Diseño de pavimentos MARIO CASTANEDA, MSC

Pavimentos

1. DISEÑO DE PAVIMENTOS
MARIO CASTANEDA, MSC
UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA
PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL
2020-1

2. DISEÑO DE PAVIMENTOS
Definiciones
Consideraciones previas
Métodos de diseño: generalidades
Estados de esfuerzos en un pavimento
Pavimentos flexibles y semirrígidos -Método AASHTO (1993)
Pavimentos flexibles -Método del Instituto del Asfalto
Pavimentos flexibles –Shell
Pavimentos flexibles –INVIAS 2007
Pavimentos rígidos –PCA 1984
Pavimentos rígidos –AASHTO 1993
Referencias

3. CONSIDERACIONES PREVIAS

4. CONCEPTOS GENERALES: TIPOS DE PAVIMENTOS
Pavimentos asfálticos
•Flexibles
•Semi-rígidos
Pavimentos rígidos
•Concreto simple con juntas
•Concreto reforzado con juntas
•Concreto con refuerzo
continuo
•Concreto con refuerzo
estructural
Pavimentos articulados
•Adoquines de concreto
•Adoquines de arcilla

5. CONCEPTOS GENERALES
CARACTERÍSTICAS DE ESTRUCTURAS DE PAVIMENTO
Pavimento flexible Pavimento rígido
Capaderodadura:mezclaasfáltica
Silabaseesestabilizadasedenominapavimento
semirrígido.Encasocontrario,esdecirbasegranular,
sellamapavimentoflexible
Conjuntodelosasconstruidassobrelasubrasante
preparadaosobreunacapaintermedia(baseo
subbase)
Lacapadeapoyodelalosapuedesermaterial
granularoestabilizadooconcretopobre

6. CONCEPTOS GENERALES
CARACTERÍSTICAS DE ESTRUCTURAS DE PAVIMENTO
Muestra de la pista principal de Indianápolis, EU. 108 años (2020)

7. CONCEPTOS GENERALES
ESFUERZOS EN UNA ESTRUCTURA DE PAVIMENTO
Pavimento flexible Pavimento rígido
Baseyrevestimiento
Sub-base
Subrasante
Revestimiento
Sub-base
Refuerzo
Base
Subrasante

8. CONCEPTOS GENERALES
ESFUERZOS EN UNA ESTRUCTURA DE PAVIMENTO
Pavimento flexible Pavimento rígido
Pequeña área de distribución de carga
Grande presión en la cimentación del pavimento
Grande área de distribución de carga
Pequeña presión en la fundación del pavimento

9. CONCEPTOS GENERALES –¿QUÉ ES EL DISEÑO DE PAVIMENTOS?
Empleodemétodosracionales,empíricosomecanístico
empíricosconelfindeaseguraradecuadosespesores
depavimentosparalascargasestimadasalascualesse
verásometidalaestructura.
Eldiseñodepavimentosdaunaestimativadelavida
útildelaestructura,asícomoelposiblemecanismode
fallamásprobableconelfindepreverfuturas
intervenciones.
Sebuscaencontrarunbalanceentremateriales
disponiblesponderandocostos,dificultadconstructivay
experiencia,conelfindehacerfrentealosmecanismos
queincidiránenlafalladelaestructura.
Losmétodosdediseñovaríansegúnelfin:callesy
carreteras,aeropuertos,pisosindustriales,etc.

10. CONCEPTOS GENERALES –¿QUÉ ES EL DISEÑO DE PAVIMENTOS?

11. CONCEPTOS GENERALES –¿CUÁLES VARIABLES CONSIDERAR?
Clima
Precipitación
Temperatura
Características
subrasante
Resistencia
Variación de la
resistencia: tramos
homogéneos
Susceptibilidad a la
humedad -Expansión
Tránsito
Configuración ejes
Repeticiones de carga
Cargas por eje
Presión de contacto
Velocidad
Distribución vehicular
Crecimiento
Materiales
asfálticos
Susceptibilidad a la
temperatura
Envejecimiento
Materiales
granulares
Tamaños
Dureza
Durabilidad
Limpieza
Geometría
Resistencia/resiliencia
Concreto
hidráulico/asfáltico
Resistencia/resiliencia
Módulo de Poisson

13. ¿CÓMO SE DISEÑA UN PAVIMENTO?
Lascargasimpuestasporeltránsitonodeben
generardeformacionespermanentesexcesivas
Lasdeformacionesocurrenencadaunadelascapas
enelcasodepavimentosflexibles
Encasodepavimentosrígidos,seasumequelas
deformacionessóloocurrenaniveldebasey
subrasante
Losmétodosdediseñosuponenquelas
deformacionespermanentesocurrenenla
subrasante.
Envíasdebajotráfico(espesoresasfálticos
pequeños)lascapasgranularessoportangranparte
delascargas

14. ¿CÓMO SE DISEÑA UN PAVIMENTO?
ENTRADAS
Alternativas de diseño
Objetivos y limitantes
Confiabilidad
Propiedades de suelos y
materiales
Cargas de tránsito
Factores ambientales
Precios unitarios
SALIDAS
Espesores de capas y tipos de
materiales
Predicción de comportamiento
Análisis de costos, VPN
Optimización, selección
Documentación para
construcción

15. MECANISMOS DE DAÑO
Pavimentos flexibles
1.Compresión: ahuellamiento capas asfálticas
2.Tensión: agrietamiento por fatiga en capas asfálticas
3.Compresión: ahuellamiento en base y subbase
granular
4.Compresión: ahuellamiento en la subrasante

16. MECANISMOS DE DAÑO
Pavimentos semirrígidos
1.Compresión: ahuellamiento capas asfálticas
2.Tensión: agrietamiento por fatiga en capas
estabilizada
3.Compresión: ahuellamiento en subbase granular
4.Compresión: ahuellamiento en la subrasante

17. MÉTODOS DE DISEÑO: GENERALIDADES

18. MÉTODOS DE DISEÑO DE PAVIMENTOS
Métodos empíricos
o mecánico
empíricos
Métodos analíticos,
mecanicistas o
racionales
Elementos finitos

19. MÉTODOS DE DISEÑO DE PAVIMENTOS
Pavimentos flexibles
SHELL(1978)
AI(TheasphaltInstitute,1982)
AASHTO (AmericanAssociationofState
HighwayOfficials,1986,1993)
DMRB(DesignManualforRoadsandBridges,1994)
TRL(TransportationResearchLaboratory,1993)
AUSTROADS(1992)
INVIAS(InstitutoNacionaldeVías,2007)
IDUyUA(InstitutodeDesarrolloUrbanoy
UniversidaddelosAndes,2002)
MétodoMecánico-EmpíricoMEPDG(2004)
Pavimentos rígidos
AASHTO (American Associationof State
HighwayOfficials, 1986, 1993)
PCA (Portland CementAssociation, 1984)

20. MÉTODOS DE DISEÑO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES
METODOLOGÍAS
Métodos empíricos
Generalmentelosmáscomunes(empíricoomecánico-
empírico)
Empírico:correlacióndelcomportamientoinsitu
(observacionesymedicionesencampo)confactoresque
causanlosmecanismodedegradación
Losprincipalesmecanismosquesebuscancontrolarson:fatiga
yexcesodedeformaciónpermanente
Lafatigaocurreencapasligadas(capaasfáltica,estabilizada).
Seproducecuandoladeformaciónenlazonainferiordela
capasegenerandeformacionesdetracciónelevadas.
Lasdeformacionesasociadasafatigasedebenalarespuesta
resiliente(recuperable)delmaterial
Ladeformaciónpermanenteocurredebidoalpasodelos
vehículos,loquevagenerandofallasestructuralesofuncionales

21. MÉTODOS DE DISEÑO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES
METODOLOGÍAS
Métodos empíricos
Ladeformaciónpermanente:Σdeformacionesencada
unadelascapas
Actualmentesesuponequelamayorparte
correspondealasubrasantemássusceptibleala
deformación(bajarigidezymenorcontrolsobreel
contenidodehumedad)
Sedespreciaelaportedadoporlascapasgranulares.
Envíasdebajotráficolacapaasfálticanotieneun
aporteestructura(p.e.tratamientossuperficiales)
Importanteenelcasocolombiano:164000kmdevías,
delascuales147500sondebajotráfico,ymalestado

22. MÉTODOS DE DISEÑO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES
METODOLOGÍAS
Métodos empíricos
Lasmetodologíasnopermitenseradaptadasa
condicionesdistintasalascuelesfuerondesarrolladas:
pérdidadeconfiabilidad
Incrementodeparqueautomotorydecargas.Excesode
carga
Extrapolarelcomportamientoinsituescostosoydifícil
Mundialmenteseestáhaciendounatransiciónhacia
métodosbasadosenaproximacionesanalíticaso
mecanicistas

23. MÉTODOS DE DISEÑO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES
METODOLOGÍAS
Métodos empíricos: Colombia –INVIAS (1998)
Obedeceacorrelacionesdetipoempírico
Cambiosclimáticosconllevanpérdidadela
confiabilidaddelosdiseños
Elcrecimientodelparqueautomotor.Eltransporte
porcarreteracontinúasiendoelmásempleado.
1970–2005:incrementopromedioanualdetránsito
del4,09%,incrementopromedioanualdelparque
automotor4,61%
FenómenoscomoElNiñoyLaNiña(variaciónde
temperaturasdehasta2°C)
Excesodelascargasmáximaslegalespermitidas

24. MÉTODOS DE DISEÑO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES
METODOLOGÍAS
Métodos empíricos: Colombia –INVIAS (1998)
Lacalidaddelosmaterialessecuantificamedianteensayos
(granulometría,proctor,CBR,limpieza,forma,etc.)queda
medidasindirectasdelaaplicabilidadaestructurasde
pavimento.
Laformaenqueactualmenteseevalúalacalidaddeun
materialnopredicedeformafehacientelarigidezy
resistenciaaladeformaciónpermanentebajocargas
cíclicas:CBRtriaxial

25. MÉTODOS DE DISEÑO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES
METODOLOGÍAS
Métodos empíricos: Colombia –INVIAS (1998)
Estudioshanmostrado,porejemplo,que:
Materiales“malos”presentanbuenoscomportamientosentérminosderesiliencia,y
viceversadesconocimientodelcomportamientomecánicodelosmateriales
Materialesconmismascaracterísticasderesistencia(cohesión,phi),puedenpresentar
diferentesvaloresdedeformaciónpermanente
Materialescon“buenos”valoresdeCBRpuedenpresentarbajosvaloresde
deformaciónpermanente
SesuponequecumplirlosrequerimientosINVIASaseguranquenosetendrán
comportamientosdeficientesbajocargascíclicas,locualnoestotalmente
cierto
Lasubrasanteeslalimitantedeldiseño,perosuresiliencia(MR)enlagran
mayoríadeloscasosesestimadaapartirdecorrelacionesempíricasapartirde
CBR.

26. MÉTODOS DE DISEÑO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES
METODOLOGÍAS
Métodos analíticos, mecanicistas o racionales
Tienen en cuenta cómo el estado de esfuerzos y
deformaciones influyen en el comportamiento
Empleo de software:
Parámetros de entrada habituales:
Carga
Presión de contacto
Propiedades mecánicas (MR, coeficiente de Poisson)
Espesor de capas
Parámetros de salida:
Estado de esfuerzos y deformaciones
Finalmente se comparan con los admisibles a partir de
ensayo y error (tanteo de espesores)

27. MÉTODOS DE DISEÑO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES
METODOLOGÍAS
Métodos analíticos, mecanicistas o racionales
Programas usualmente empleados:
ALIZE (LCPC): LaboratoireCentral des PontseiChaussées
ELSYM5: ChevronOil
BISAR: Shell
Kenlayer: Universityof Kentucky
DEPAV: Universidad del Cauca
Losvaloresadmisiblessoncalculadosapartirdeecuaciones
desarrolladaseninstitucionesdeinvestigación:
TRL
AASHTO
AI

28. MÉTODOS DE DISEÑO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES
METODOLOGÍAS
Métodos analíticos, mecanicistas o racionales
Seconsideralaestructuracomounmediomulticapaelástico
linealSR+BGoSBG+CA
Sesuponequeparacadacicloladeformaciónpermanenteesmuy
inferioralaresiliente
Lasmezclasasfálticasnosonlinealessiguenuncomportamiento
elasto-plástico-viscosodependedelavelocidaddecargaydela
temperatura
Losmaterialesnotratadostampocosonlinealesnielásticos
deformacionesresilientes+permanentesyelMRnoesconstante
Tienenalgunassimilitudesconmétodosempíricos:
Semantieneelcriteriodefallaporfatigaenlacapaasfáltica(deformación
detracciónenlafibrainferior)
Semantieneelcriteriodedeformaciónpordeformaciónverticalenla
capadesubrasantedesconsideracióndeaportesdelasdemáscapasno
tratadas(BG,SGB)

29. MÉTODO AASHTO (1993)
PAVIMENTOS FLEXIBLES Y SEMIRRÍGIDOS

30. PAVIMENTOS FLEXIBLES Y SEMIRRÍGIDOS
AASHTO 1993 ¿2008?
2. Tránsito (W-18)
Esrequeridoelmóduloderesiliencia
Puedeaproximarseatravésdeecuaciones
semiempíricaaunqueesrecomendablesu
obtenciónenlaboratorio
��
��??????��=1500∗���(%)
Númerodeejesequivalentesde8,2Tonque
circularánenelcarrildediseñoduranteelperiodo
deldiseño
1. Subrasante

31. PAVIMENTOS FLEXIBLES Y SEMIRRÍGIDOS
AASHTO 1993
MR(PSI)�
�
�:concretoasfáltico
�
�:BGoBTC
�
�:SBG
��
�=�
�∗�
�∗??????
�
��
�:Aporteestructuraldelacarpetaasfáltica
��
�:AporteestructuraldelaBGylaCA
��
�:AporteestructuraldelaSBG,BGyCA
3. Propiedades mecánicas de los materiales

32. PAVIMENTOS FLEXIBLES Y SEMIRRÍGIDOS
AASHTO 1993
3. Propiedades mecánicas de los materiales: concreto asfáltico
MRdependedelatemperaturaydelavelocidadde
carga
�
1=0,184∗ln��
1−1,9547

33. PAVIMENTOS FLEXIBLES Y SEMIRRÍGIDOS
AASHTO 1993
3. Propiedades mecánicas de los materiales: BG
�
2=0,249∗l����
2−0,977

34. PAVIMENTOS FLEXIBLES Y SEMIRRÍGIDOS
AASHTO 1993
3. Propiedades mecánicas de los materiales: BTC
�
�RCS (7 días) -PSI MR (KSI)
0,14 300 570
0,15 400 600
0,16 450 620
0,17 500 650
0,18 550 680
0,19 639 710

35. PAVIMENTOS FLEXIBLES Y SEMIRRÍGIDOS
AASHTO 1993
3. Propiedades mecánicas de los materiales: SBG
�
3=0,227∗log��
3−0,839

36. PAVIMENTOS FLEXIBLES Y SEMIRRÍGIDOS
AASHTO 1993
4. Índice de serviciabilidad (∆??????��=??????
�−??????
�)
0<P<5
En general Po está entre 4.0 y 4.2 (buen
estado)
Pf(falla funcional) está entre 1,5 y 2,5

37. PAVIMENTOS FLEXIBLES Y SEMIRRÍGIDOS
AASHTO 1993
4. Índice de serviciabilidad (∆??????&#3627408454;&#3627408444;=??????
&#3627408476;−??????
&#3627408467;)
0<P<5
En general Po está entre 4.0 y 4.2 (buen estado)
Pf(falla funcional) está entre 1,5 y 2,5
Tipo de vía Serviciabilidad final (Pf)
Autopista 2,5–3,0
Carreteras 2,0 –2,5
Zonas industriales
Pavimento urbano principal1,5 -2,0
Pavimento urbano secundario1,5 -2,0

38. PAVIMENTOS FLEXIBLES Y SEMIRRÍGIDOS
AASHTO 1993
5. Condiciones ambientales y drenaje
Coeficientes de drenaje: &#3627408474;
??????
Características del material
%detiempoexpuestoahumedadespróximasla
saturación(anual)
Calidaddeldrenaje
&#3627408474;
1=1(capa impermeable)
&#3627408474;
2=1cuando es BTC (riego de curado -
impermeable)
Calidad de drenajeTiempoque tarda el agua
en ser evacuada
Excelente 2 horas
Bueno 1 día
Regular 1 semana
Pobre 1 mes
Muy malo El agua no evacúa

39. PAVIMENTOS FLEXIBLES Y SEMIRRÍGIDOS
AASHTO 1993
5. Condiciones ambientales y drenaje
Calidad de
drenaje
Porcentaje del tiempo que la estructura delpavimento está expuesta a grados de
humedad próximos a la saturación
Menos de 1 % 1 % –5 % 5 % -25% >25 %
Excelente 1,40–1,35 1,35–1,30 1,30 –1,20 1,20
Bueno 1,35–1,25 1,25 –1,15 1,15 –1,00 1,00
Regular 1,25–1,15 115–1,05 1,00 –0,80 0,80
Pobre 1,15 –1,05 1,05 –0,80 0,80 –0,60 0,60
Muy malo 1,05 –0,95 0,95-0,75 0,75 –0,40 0,40

40. PAVIMENTOS FLEXIBLES Y SEMIRRÍGIDOS
AASHTO 1993
6. Confiabilidad (R) Zr
Grado de incertidumbre de las variables de diseño
consideradas
Análogo a un factor de seguridad
R = 100 % Probabilidad de falla nula
R Zr(fractilde la ley normal centrada)
Tipo de carretera
Nivel de confiabilidad
R(%)
Urbana Interurbana
Autopistas y
carreteras
importantes
85,0 –99,9 80,0 –99,9
Arterias principales80,0–99,9 75,0 –95,0
Colectora 80,0 –95,0 75,0 –95,0
Local 50,0 –80,0 50,0 –80,0

41. PAVIMENTOS FLEXIBLES Y SEMIRRÍGIDOS
AASHTO 1993
6. Confiabilidad (R) So
Grado de incertidumbre de las variables de diseño
consideradas
R error normal combinado (so)
Errorodesviacióndeldiseñoydelasvariables
consideradas
Proyecto de
pavimento
So
Flexible
(0,4a 0,5)
Rígido
(0,3a 0,4)
Construcción nueva 0,45 0,35
Sobrecapas 0,50 0,40

42. PAVIMENTOS FLEXIBLES Y SEMIRRÍGIDOS
AASHTO 1993 -¿CÓMO OBTENER LOS ESPESORES?
&#3627408454;&#3627408449;
1=&#3627408462;
1∗ℎ
1∗&#3627408474;
1→&#3627408521;
&#3627409359;≥
&#3627408506;&#3627408501;
&#3627409359;
&#3627408514;
&#3627409359;
&#3627408454;&#3627408449;
1
∗
=&#3627408462;
1∗ℎ
1
∗
∗&#3627408474;
1>&#3627408454;&#3627408449;
1
ℎ
2
∗
≥
&#3627408454;&#3627408449;
2−&#3627408454;&#3627408449;
1
∗
&#3627408462;
2∗&#3627408474;
2
&#3627408454;&#3627408449;
1
∗
+&#3627408454;&#3627408449;
2
∗
≥&#3627408454;&#3627408449;
2
ℎ
3
∗
≥
&#3627408454;&#3627408449;
3−(&#3627408454;&#3627408449;
1
∗
+&#3627408454;&#3627408449;
2
∗
)
&#3627408462;
3∗&#3627408474;
3
Los espesores obtenidos son en pulgadas
*Valor corregido

43. PAVIMENTOS FLEXIBLES Y SEMIRRÍGIDOS
AASHTO 1993 -¿CÓMO OBTENER LOS ESPESORES?
log??????
18=&#3627408461;
&#3627408479;∗&#3627408454;
&#3627408476;+9,36∗log(&#3627408454;&#3627408449;
??????+1)−0,20+
log
∆??????&#3627408454;&#3627408444;
4,2−1,5
0,40+
1094
&#3627408454;&#3627408449;
??????+1
5,19
+2,32∗log(&#3627408500;&#3627408505;
&#3627408522;+&#3627409359;)−8,07

44. PAVIMENTOS FLEXIBLES Y SEMIRRÍGIDOS
AASHTO 1993 -¿CÓMO OBTENER LOS ESPESORES?

46. PAVIMENTOS FLEXIBLES Y SEMIRRÍGIDOS
AASHTO 1993 –ESPESORES MÍNIMOS (PAVIMENTOS FLEXIBLES)
W18(10^6)
Espesores mínimos (in)
Capa asfáltica BG
<0,05 TSD
4,00,05-0,15 2,0
0,15-0,50 2,5
0,50-2,00 3,0
6,02,00-7,00 3,5
>7,00 4,0

47. PAVIMENTOS FLEXIBLES Y SEMIRRÍGIDOS
AASHTO 1993 –EJEMPLO
Capa i CBR (%)MRi(KSI) &#3627408514;
&#3627408522;??????
&#3627408522;&#3627408506;&#3627408501;
&#3627408522;&#3627408506;&#3627408501;
&#3627408522;
∗
&#3627408521;
&#3627408522;
CA 1
BG 2
SBG 3
SR 4

48. PAVIMENTOS FLEXIBLES Y SEMIRRÍGIDOS
AASHTO 1993 –EJEMPLO
Capa i CBR (%)MRi(KSI) &#3627408514;
&#3627408522;??????
&#3627408522;&#3627408506;&#3627408501;
&#3627408522;(in)&#3627408506;&#3627408501;
&#3627408522;
∗
(in)&#3627408521;
&#3627408522;(in)
CA 1 -- 435
BG 2 80
SBG 3 30
SR 4 4
W18 = 2 000 000
Carreteracolectoraurbana
Construcciónnueva
30díasanualesdehumedadpróximaalasaturación
Tiempoquetardaenserevacuadaelagua:1semana
Confiabilidad=95%
So=0,45
∆??????&#3627408454;&#3627408444;=2.0

49. PAVIMENTOS FLEXIBLES Y SEMIRRÍGIDOS
AASHTO 1993 –EJEMPLO
Capa i CBR (%) MRi(KSI) &#3627408514;
&#3627408522;??????
&#3627408522;&#3627408506;&#3627408501;
&#3627408522;(in) &#3627408521;
&#3627408522;(in)&#3627408521;
&#3627408522;* (in) &#3627408506;&#3627408501;
&#3627408522;
∗
(in)
CA 1 -- 435 0,43 1.00 2,47 5,74 3,5 1,505
BG 2 80 28 0,13 0.903,10 (1,595)13,63 6,0 0,702+1,505=2,207
SBG 3 30 15 0,11 0.904,28 (2,073) 21 2,207+2,079=4,29
SR 4 4 6 0.90
W18 = 2 000 000
Carreteracolectoraurbana
Construcciónnueva
30díasanualesdehumedadpróximaalasaturación
Tiempoquetardaenserevacuadaelagua:1semana
Confiabilidad=95%
So=0,45
∆??????&#3627408454;&#3627408444;=2.0

50. PAVIMENTOS FLEXIBLES Y SEMIRRÍGIDOS
AASHTO 1993 –SOFTWARE (PAS 5) –EJEMPLO CLASE

51. PAVIMENTOS FLEXIBLES Y SEMIRRÍGIDOS
AASHTO 1993 –SOFTWARE (PAS 5) –EJEMPLO CLASE

52. PAVIMENTOS FLEXIBLES Y SEMIRRÍGIDOS
AASHTO 1993 –UNIVERSITYOF IDAHO (CÁLCULO DE SN)

53. PAVIMENTOS FLEXIBLES Y SEMIRRÍGIDOS
AASHTO 1993 –OTROS PROGRAMAS (CÁLCULO DE SNO W18)

54. PAVIMENTOS FLEXIBLES Y SEMIRRÍGIDOS
AASHTO 1993 –EXCEL (CÁLCULO DE SNU OTRAS VARIABLES)

55. PAVIMENTOS FLEXIBLES: INVIAS2007
BAJO Y MEDIANO TRÁFICO

56. PAVIMENTOS FLEXIBLES
INVIAS 2007
GENERALIDADES
Sibienexistenmetodologíasconfundamentación
teóricamásfuerte,comoeselcasodemétodos
racionales(MEPDG-Mechanistic-EmpiricalPavement
DesignGuide-),enlaactualidadelalgoritmobásico
empleadoporINVIAScorrespondealmétodo
AASHTO93(laversiónAASHTO2002seencuentra
enrevisiónporelinstituto),quecorrespondeaun
métodosemiempírico.
¿Empírico o racional?

57. PAVIMENTOS FLEXIBLES
INVIAS 2007
GENERALIDADES
Seconsideranvariosperiodosdediseño,
teniendoencuentaqueenmuchoscasos
estructurasdébilesnecesariamenterequerirán
intervencionestempranas.
Tránsito:ejessimpleruedadoble8,2Tonf
Otras consideraciones

58. PAVIMENTOS FLEXIBLES
INVIAS2007
SOFTWARE –PAV-NT1 (DESCARGAR DE SITEDE INVIAS)

59. PAVIMENTOS FLEXIBLES
INVIAS2007
PROYECTO

60. PAVIMENTOS FLEXIBLES
INVIAS2007
UNIDADES DE DISEÑO

61. PAVIMENTOS FLEXIBLES
INVIAS 2007
TRÁNSITO
Composición vehicular típica y tasas
promedio de crecimientoNiveles de diseño

62. PAVIMENTOS FLEXIBLES
INVIAS 2007
TRÁNSITO
Composición vehicular típica y tasas promedio de crecimiento

63. PAVIMENTOS FLEXIBLES
INVIAS 2007
TRÁNSITO

64. PAVIMENTOS FLEXIBLES
INVIAS2007
CLIMA: ESTACIONES Y CLASIFICACIÓN CLIMÁTICA

65. PAVIMENTOS FLEXIBLES
INVIAS2007
CLIMA: ESTACIONES Y CLASIFICACIÓN CLIMÁTICA

66. PAVIMENTOS FLEXIBLES
INVIAS2007
CAPACIDAD DE SOPORTE DE LA SUBRASANTE
CBR, PDC, clasificación
Sectorización
Estimación de MR de los tramos definidos
Categorización tipo de subrasante

68. PAVIMENTOS FLEXIBLES
INVIAS2007
CAPACIDAD DE SOPORTE DE LA SUBRASANTE
CBR, PDC, clasificación
Sectorización
Estimación de MR de los tramos definidos
Categorización tipo de subrasante

72. PAVIMENTOS FLEXIBLES
INVIAS2007
ALTERNATIVAS DE DISEÑO

73. PAVIMENTOS FLEXIBLES
INVIAS2007
ALTERNATIVAS DE DISEÑO

74. PAVIMENTOS FLEXIBLES
INVIAS2007
ALTERNATIVAS DE DISEÑO
Tipos de alternativas –donde no es
posible emplear el afirmado existente
Tipos de alternativas –donde sí es posible
emplear el afirmado existente

76. 1 2 3
S1
(CBR<=3)
N/A

77. 1 2 3
S3
(CBR>10)

78. 4 5 6
S1
(CBR<=3)
N/A

79. 4 5 6
S3
(CBR>10)

81. PAVIMENTOS FLEXIBLES
INVIAS2007
ALTERNATIVAS DE DISEÑO
Espesores mínimos CA. El mayor de:
1.Espesormínimorequeridoparagarantizarla
proteccióndelacapasubyacente
2.Elespesormínimocomofuncióndeltráfico
3.EspesormínimocomofuncióndelTMNdel
agregado

82. PAVIMENTOS FLEXIBLES
INVIAS2007
ALTERNATIVAS DE DISEÑO
Espesores mínimos granulares
h-mínimo: protección de capa subyacente
h-min: 150 mm
Ejemplo: S1-E5

83. PAVIMENTOS FLEXIBLES
INVIAS2007
ALTERNATIVAS DE DISEÑO
Espesores fijos
BG, BEC, BEE
Obedecen a procesos constructivos
Ejemplo: S2-E6

84. PAVIMENTOS FLEXIBLES
INVIAS2007
ALTERNATIVAS DE DISEÑO
Espesores existentes
Cuando se emplea afirmado existente y se considera
su aporte estructural
Ejemplo: S4-E5 (con afirmado existente)

85. PAVIMENTOS FLEXIBLES
INVIAS2007
CONSIDERACIONES IMPORTANTES
Las estructuras presentan alta flexibilidad
Se busca absorber grandes deflexiones sin fisurarse
SebuscateneralternativasconBEEyBECpara
casosdondelaobtencióndematerialespétreossea
limitada
ProponerTSDbuscaevitarlanecesidad,enciertos
casos,delainstalacióndeplantasdefabricación
complejasycostosas
Sebusca,cuandoseaposible,elempleodeafirmado
existenteparaefectosdecostos
CuandoelCBResinferioroigualal3%,eldiseño
involucrageotextilTparaestabilización
Criteriodeselección:másfavorableporcostode
construccióninicial

86. PAVIMENTOS FLEXIBLES
INVIAS2007
CONSIDERACIONES IMPORTANTES
Sielingenierodemuestraqueelaporte
estructuraldeotraalternativaessuficiente,
puedeconsiderarseésta

87. ESTADOS DE ESFUERZOS -PAVIMENTOS FLEXIBLES

88. ESTADOS DE ESFUERZOS -PAVIMENTOS FLEXIBLES
CONSIDERACIONES INICIALES
Joseph Boussinesq (1885). Matemático
Suelo homogéneo, isotrópico, elástico
La ecuación no es función de la relación de Poisson

89. ESTADOS DE ESFUERZOS -PAVIMENTOS FLEXIBLES
CONSIDERACIONES INICIALES

90. ESTADOS DE ESFUERZOS -PAVIMENTOS FLEXIBLES
CONSIDERACIONES INICIALES
Calcularlosestadosde
esfuerzos(∆??????
??????=∆??????
1=∆??????
??????,
∆??????
&#3627408479;=∆??????
3)bajolallantadeun
ESRDde82kN,r=0,108m.
Z=0,30m
∆??????
??????(&#3627408472;??????&#3627408462;)=&#3627408478;
&#3627408476;∗&#3627408444;=560∗&#3627408444;
∆??????
1=560∗0,175=98&#3627408472;??????&#3627408462;
∆??????
3≈0

92. Esfuerzos bajo el centro de la placa
Elincrementodeesfuerzoverticalnodependedel
módulodeelasticidad,nirelacióndePoisson
Elincrementodeesfuerzoradialnodependedel
módulodeelasticidad
ESTADOS DE ESFUERZOS -PAVIMENTOS FLEXIBLES
CONSIDERACIONES INICIALES –UNA CAPA
&#3627408462;=&#3627408479;&#3627408462;&#3627408465;??????&#3627408476;&#3627408465;&#3627408466;&#3627408464;&#3627408462;&#3627408479;&#3627408468;&#3627408462;
??????=&#3627408477;&#3627408479;&#3627408476;&#3627408467;&#3627408482;&#3627408475;&#3627408465;??????&#3627408465;&#3627408462;&#3627408465;

93. Deformaciones bajo el centro de la placa
ESTADOS DE ESFUERZOS -PAVIMENTOS FLEXIBLES
CONSIDERACIONES INICIALES –UNA CAPA
??????
??????=
1+??????∗&#3627408478;
&#3627408440;
∗1−2??????+
2????????????
(&#3627408462;
2
+??????
2
)
0.5
−
??????
3
(&#3627408462;
2
+??????
2
)
1.5
??????
&#3627408479;=
1+??????∗&#3627408478;
2&#3627408440;
∗1−2??????−
21−????????????
&#3627408462;
2
+??????
20.5
+
??????
3
(&#3627408462;
2
+??????
2
)
1.5

94. Deformaciones bajo el centro de la placa
ESTADOS DE ESFUERZOS -PAVIMENTOS FLEXIBLES
CONSIDERACIONES INICIALES –UNA CAPA
Calcularladeformaciónverticalyradial(??????
??????y
??????
&#3627408479;)bajoelcentrodeunallantadeunESRD
de82kN,r=0,108m.Z=0,30m.Elmaterial
esunaBG(&#3627408440;=300&#3627408448;??????&#3627408462;,??????=0,35)
??????
??????=
1+??????∗&#3627408478;
&#3627408440;
∗1−2??????+
2????????????
(&#3627408462;
2
+??????
2
)
0.5
−
??????
3
(&#3627408462;
2
+??????
2
)
1.5
??????
&#3627408479;=
1+??????∗&#3627408478;
2&#3627408440;
∗1−2??????−
21−????????????
&#3627408462;
2
+??????
20.5
+
??????
3
(&#3627408462;
2
+??????
2
)
1.5

95. Deformaciones bajo el centro de la placa
ESTADOS DE ESFUERZOS -PAVIMENTOS FLEXIBLES
CONSIDERACIONES INICIALES –UNA CAPA
Calcularladeformación
verticalyradial(??????
??????y??????
&#3627408479;)bajo
elcentrodeunallantadeun
ESRDde82kN,r=0,108m.
Z=0,30m.Elmaterialesuna
BG(&#3627408440;=300&#3627408448;??????&#3627408462;,??????=0,35)
??????
??????=
1,35∗0,56
300
∗1−20,35+
20,35∗0,3
0,108
2
+0,3
20.5
−
0,3
3
0,108
2
+0,3
21.5
=3,17∗10
−4
&#3627409361;&#3627409359;&#3627409365;????????????
??????
&#3627408479;=
1,35∗0,56
600
∗1−20,35−
2∗0,65∗0,3
0,108
2
+0,35
20.5
+
0,3
3
0,108
2
+0,35
21.5
=−2,71∗10
−4
−&#3627409360;&#3627409365;&#3627409359;????????????

96. Deflexiones bajo el centro de la placa
ESTADOS DE ESFUERZOS -PAVIMENTOS FLEXIBLES
CONSIDERACIONES INICIALES –UNA CAPA

97. ESTADOS DE ESFUERZOS -PAVIMENTOS FLEXIBLES
CONSIDERACIONES INICIALES –UNA CAPA
Métododetiporacional
Pavimento:espaciohomogéneo
Áreayprofundidadinfinitasobrelacualseaplicancargas
Acción:esfuerzoReacción:deformaciónydeflexión
bajoelcentro

98. ESTADOS DE ESFUERZOS -PAVIMENTOS FLEXIBLES
CONSIDERACIONES INICIALES -UNA CAPA
Limitaciones
Losmaterialessólorespondenlinealmenteparabajos
rangosdeesfuerzos
Mezclasasfálticas:materialesvisco-elásticos
Notodaslasdeformacionessonrecuperables:resiliencia
Algunasdeformacionessonpermanentes

99. ESTADOS DE ESFUERZOS -PAVIMENTOS FLEXIBLES
EVOLUCIÓN DE LA RESOLUCIÓN DE SISTEMAS MULTICAPA
Dos capas (carga circular) Tres capas (carga circular)
Cálculodeesfuerzos,deformacionesy
desplazamientosenfuncióndez/ayr/a(Burmister,
1943)
Expresiones analíticas para cálculo de esfuerzos y
desplazamientos (Burmister, 1945)
Tablas para determinar esfuerzos normales y radiales
(Acum& Fox, 1951)
Soluciones gráficas para cálculo de esfuerzos
verticales (Peattie, 1962)

100. ESTADOS DE ESFUERZOS -PAVIMENTOS FLEXIBLES
SISTEMA ELÁSTICO MULTICAPA GENERALIZADO
Materialhomogéneo,isotrópico,linealmente
elásticoMR(E),µ
Sedespreciaelpesodelmaterial
Espesorúltimacapa:infinito
Capasinfinitaslateralmente:nojuntas,nogrietas
Hayfriccióncompletaenlasinterfaces(ligadas)
Nohayfuerzascortantesenlasuperficie
Presiónuniforme(áreacircular)

101. ESTADOS DE ESFUERZOS -PAVIMENTOS FLEXIBLES
ESFUERZOS NORMALES VS ESFUERZOS PRINCIPALES

102. ESTADOS DE ESFUERZOS -PAVIMENTOS FLEXIBLES
ESFUERZOS NORMALES VS ESFUERZOS PRINCIPALES

103. ESTADOS DE ESFUERZOS -PAVIMENTOS FLEXIBLES
ESFUERZOS NORMALES VS ESFUERZOS PRINCIPALES

104. ESTADOS DE ESFUERZOS -PAVIMENTOS FLEXIBLES
¿CÓMO ANALIZAR DE FORMA EFICIENTE DIFERENTES PUNTOS EN UNA ESTRU CTURA?
SOFTWARE
Antes ¿Ahora?

105. ESTADOS DE ESFUERZOS -PAVIMENTOS FLEXIBLES
¿CÓMO ANALIZAR DE FORMA EFICIENTE DIFERENTES PUNTOS EN UNA ESTRU CTURA?
SOFTWARE
BISAR 3 (SHELL, 1998)
ELSYM 5
Everstress 5.0 (Washington State
DepartmentTransportation, 1999)
Kenpave(Universityof Kentucky)
DEPAV (Universidad del Cauca, 1993)
WinDEPAV2.6 (Universidad del Cauca,
1994)
Pitra (Universidad de Costa Rica)
3D Move(AsphaltResearch
Consortium)

106. ESTADOS DE ESFUERZOS -PAVIMENTOS FLEXIBLES
SOFTWARE
Programas
BISAR 3 (SHELL, 1998)
ELSYM 5
Everstress 5.0 (Washington StateDepartmentTransportation,
1999)
Kenpave(Universityof Kentucky)
DEPAV (Universidad del Cauca, 1993)
WinDEPAV2.6 (Universdidaddel Cauca, 1994)
WindowsXP-32bits–MáquinavirtualOracleVM
VirtualBoxv.5.1.22
Máquina virtual

107. ESTADOS DE ESFUERZOS -PAVIMENTOS FLEXIBLES
SOFTWARE
Programas
BISAR 3 (SHELL, 1998)
ELSYM 5
Everstress 5.0 (Washington StateDepartmentTransportation,
1999)
Kenpave(Universityof Kentucky)
DEPAV (Universidad del Cauca, 1993)
WinDEPAV2.6 (Universdidaddel Cauca, 1994)
WindowsXP-32bits–MáquinavirtualOracleVM
VirtualBoxv.5.1.22
Máquina virtual

108. ESTADOS DE ESFUERZOS -PAVIMENTOS FLEXIBLES
DEPAV (1993) –UNIVERSIDAD DEL CAUCA

109. ESTADOS DE ESFUERZOS -PAVIMENTOS FLEXIBLES
CEDEM (2000) -UNIVERSIDAD DE LOS ANDES

110. ESTADOS DE ESFUERZOS -PAVIMENTOS FLEXIBLES
WINDEPAV(1994) –UNIVERSIDAD DEL CAUCA

111. ESTADOS DE ESFUERZOS -PAVIMENTOS FLEXIBLES
BISAR 3 (SHELL, 1998)

112. ESTADOS DE ESFUERZOS -PAVIMENTOS FLEXIBLES
KENPAVE(UNIVERSITYOF KENTUCKY)

113. ESTADOS DE ESFUERZOS -PAVIMENTOS FLEXIBLES
EVERSTRESS 5.0 (WASHINGTON STATEDEPARTMENTTRANSPORTATION, 1999)

114. ESTADOS DE ESFUERZOS -PAVIMENTOS FLEXIBLES
EJEMPLO DE CÁLCULO POR DIFERENTES PROGRAMAS
SOFTWARE
Eje simple rueda doble: 82 kN/4 = 20.5 kN
Radio de carga: 10,8 cm
Presión de contacto: 549 kPa
Distancia entre ejes: 32.4 cm
Capa
MR
(MPa)
Relación de
Poisson
Espesor (m)
1CA 1961 0.35 0.10
2BG 490 0.40 0.20
3
SB
G
147 0.40 0.35
4 SR 29 0.50
*EjemplotomadodeHigueraSandoval.Mecánicadepavimentos.
Principiosbásicos

115. ESTADOS DE ESFUERZOS -PAVIMENTOS FLEXIBLES
EJEMPLO DE CÁLCULO POR DIFERENTES PROGRAMAS (TOMADO DE HIGUERA S ANDOVAL)
SOFTWARE
¿Dónde calcular?
Dependedelmétodoqueseemplee,aunquehay
puntosquehabitualmenteseanalizan
Hayprogramasquedeformaautomáticacalculanen
talespuntos:DEPAV
Otrosprogramasrequierenelingresodelospuntos
aanalizar,ofreciendomayoresposibilidadesde
análisis:Everstress,Kenpave
*EjemplotomadodeHigueraSandoval.Mecánicadepavimentos.
Principiosbásicos

116. ESTADOS DE ESFUERZOS -PAVIMENTOS FLEXIBLES
EJEMPLO DE CÁLCULO POR DIFERENTES PROGRAMAS
SOFTWARE
¿Dónde calcular?
Paraelejemplo,seanalizará:
1.Deformacióndetracciónenlafibrainferiordela
CA:??????
??????
2.Esfuerzoverticaldecompresiónaniveldela
subrasante:??????
??????
3.Deformaciónverticaldecompresiónenla
subrasante.??????
??????
4.Deflexiónenlasuperficieenelejedecadallanta:∆
??????
*EjemplotomadodeHigueraSandoval.Mecánicadepavimentos.
Principiosbásicos

117. ESTADOS DE ESFUERZOS -PAVIMENTOS FLEXIBLES
EJEMPLO DE CÁLCULO POR DIFERENTES PROGRAMAS
SOFTWARE
¿Dónde calcular?
Paraelejemplo,seanalizará:
1.Deformacióndetracciónenlafibrainferiordela
CA:??????
??????
2.Esfuerzoverticaldecompresiónaniveldela
subrasante:??????
??????
3.Deformaciónverticaldecompresiónenla
subrasante.??????
??????
4.Deflexiónenlasuperficieenelejedecadallanta:∆
??????

118. ESTADOS DE ESFUERZOS -PAVIMENTOS FLEXIBLES
EJEMPLO DE CÁLCULO POR DIFERENTES PROGRAMAS
SOFTWARE -DEPAV
Entrada de datos

119. ESTADOS DE ESFUERZOS -PAVIMENTOS FLEXIBLES
EJEMPLO DE CÁLCULO POR DIFERENTES PROGRAMAS
SOFTWARE -DEPAV
Resultados –Primera parte
A: Bajo una rueda Simple
B: Bajo una de las llantas de la
rueda doble
C: Al centro de la rueda doble

120. ESTADOS DE ESFUERZOS -PAVIMENTOS FLEXIBLES
EJEMPLO DE CÁLCULO POR DIFERENTES PROGRAMAS
SOFTWARE -DEPAV
Resultados –Segunda parte
A: Bajo una rueda Simple
B: Bajo una de las llantas de la
rueda doble
C: Al centro de la rueda doble

121. ESTADOS DE ESFUERZOS -PAVIMENTOS FLEXIBLES
EJEMPLO DE CÁLCULO POR DIFERENTES PROGRAMAS
SOFTWARE -WINDEPAV
Entrada de datos

122. ESTADOS DE ESFUERZOS -PAVIMENTOS FLEXIBLES
EJEMPLO DE CÁLCULO POR DIFERENTES PROGRAMAS
SOFTWARE -WINDEPAV
Resultados

123. ESTADOS DE ESFUERZOS -PAVIMENTOS FLEXIBLES
EJEMPLO DE CÁLCULO POR DIFERENTES PROGRAMAS
SOFTWARE -WINDEPAV
Resultados

124. ESTADOS DE ESFUERZOS -PAVIMENTOS FLEXIBLES
EJEMPLO DE CÁLCULO POR DIFERENTES PROGRAMAS
SOFTWARE -WINDEPAV
Resultados

125. ESTADOS DE ESFUERZOS -PAVIMENTOS FLEXIBLES
EJEMPLO DE CÁLCULO POR DIFERENTES PROGRAMAS
SOFTWARE -WINDEPAV
Resultados

126. ESTADOS DE ESFUERZOS -PAVIMENTOS FLEXIBLES
EJEMPLO DE CÁLCULO POR DIFERENTES PROGRAMAS
SOFTWARE -WINDEPAV
Resultados

127. ESTADOS DE ESFUERZOS -PAVIMENTOS FLEXIBLES
EJEMPLO DE CÁLCULO POR DIFERENTES PROGRAMAS
SOFTWARE –CEDEM
Entrada de datos

128. ESTADOS DE ESFUERZOS -PAVIMENTOS FLEXIBLES
EJEMPLO DE CÁLCULO POR DIFERENTES PROGRAMAS
SOFTWARE –CEDEM
Resultados

129. ESTADOS DE ESFUERZOS -PAVIMENTOS FLEXIBLES
EJEMPLO DE CÁLCULO POR DIFERENTES PROGRAMAS
SOFTWARE –BISAR 3.0
Entrada de datos

130. ESTADOS DE ESFUERZOS -PAVIMENTOS FLEXIBLES
EJEMPLO DE CÁLCULO POR DIFERENTES PROGRAMAS
SOFTWARE –BISAR 3.0
Entrada de datos

131. ESTADOS DE ESFUERZOS -PAVIMENTOS FLEXIBLES
EJEMPLO DE CÁLCULO POR DIFERENTES PROGRAMAS
SOFTWARE –BISAR 3.0
Resultados

132. ESTADOS DE ESFUERZOS -PAVIMENTOS FLEXIBLES
EJEMPLO DE CÁLCULO POR DIFERENTES PROGRAMAS
SOFTWARE –PITRA PAVE

133. ESTADOS DE ESFUERZOS -PAVIMENTOS FLEXIBLES
EJEMPLO DE CÁLCULO POR DIFERENTES PROGRAMAS
SOFTWARE –PITRA PAVE
Ingreso de datos -Capas

134. ESTADOS DE ESFUERZOS -PAVIMENTOS FLEXIBLES
EJEMPLO DE CÁLCULO POR DIFERENTES PROGRAMAS
SOFTWARE –PITRA PAVE
Ingreso de datos -Cargas

135. ESTADOS DE ESFUERZOS -PAVIMENTOS FLEXIBLES
EJEMPLO DE CÁLCULO POR DIFERENTES PROGRAMAS
SOFTWARE –PITRA PAVE
Ingreso de datos –puntos de análisis

136. ESTADOS DE ESFUERZOS -PAVIMENTOS FLEXIBLES
EJEMPLO DE CÁLCULO POR DIFERENTES PROGRAMAS
SOFTWARE –PITRA PAVE
Resultados -esfuerzos

137. ESTADOS DE ESFUERZOS -PAVIMENTOS FLEXIBLES
EJEMPLO DE CÁLCULO POR DIFERENTES PROGRAMAS
SOFTWARE –PITRA PAVE
Resultados
(deformaciones en µɛ)

138. ESTADOS DE ESFUERZOS -PAVIMENTOS FLEXIBLES
EJEMPLO DE CÁLCULO POR DIFERENTES PROGRAMAS
SOFTWARE –PITRA PAVE
Resultados -deflexiones

139. ESTADOS DE ESFUERZOS -PAVIMENTOS FLEXIBLES
EJEMPLO DE CÁLCULO POR DIFERENTES PROGRAMAS
SOFTWARE –KENPAVE
Entrada de datos

140. ESTADOS DE ESFUERZOS -PAVIMENTOS FLEXIBLES
EJEMPLO DE CÁLCULO POR DIFERENTES PROGRAMAS
SOFTWARE –KENPAVE
Entrada de datos

141. ESTADOS DE ESFUERZOS -PAVIMENTOS FLEXIBLES
EJEMPLO DE CÁLCULO POR DIFERENTES PROGRAMAS
SOFTWARE –KENPAVE
Entrada de datos

142. ESTADOS DE ESFUERZOS -PAVIMENTOS FLEXIBLES
EJEMPLO DE CÁLCULO POR DIFERENTES PROGRAMAS
SOFTWARE –KENPAVE
Resultados

143. ESTADOS DE ESFUERZOS -PAVIMENTOS FLEXIBLES
EJEMPLO DE CÁLCULO POR DIFERENTES PROGRAMAS
SOFTWARE –KENPAVE
Resultados

144. ESTADOS DE ESFUERZOS -PAVIMENTOS FLEXIBLES
EJEMPLO DE CÁLCULO POR DIFERENTES PROGRAMAS
SOFTWARE –KENPAVE
Resultados

145. ESTADOS DE ESFUERZOS -PAVIMENTOS FLEXIBLES
EJEMPLO DE CÁLCULO POR DIFERENTES PROGRAMAS
SOFTWARE –EVERSTRESS 5.0
Entrada de datos

146. ESTADOS DE ESFUERZOS -PAVIMENTOS FLEXIBLES
EJEMPLO DE CÁLCULO POR DIFERENTES PROGRAMAS
SOFTWARE –EVERSTRESS 5.0
Entrada de datos

147. ESTADOS DE ESFUERZOS -PAVIMENTOS FLEXIBLES
EJEMPLO DE CÁLCULO POR DIFERENTES PROGRAMAS
SOFTWARE –EVERSTRESS 5.0
Resultados

148. ESTADOS DE ESFUERZOS -PAVIMENTOS FLEXIBLES
EJEMPLO DE CÁLCULO POR DIFERENTES PROGRAMAS
SOFTWARE –RESUMEN DE RESULTADOS
Algunas consideraciones
Ser precavido con las unidades de resultados
1microstrain=10^-6[Adimensional]
100µm=1mm
Serprecavidoconlasconvencionesdesignos(enalgunoscasosesfuerzosydeformacionesdetracciónson
positivos)
Los puntos calculados por Bisar, Kenpave y Everstress (que permiten elegir los puntos), son el centro de la llanta,
pero no necesariamente coinciden con los puntos automáticamente analizados por Depav, Windepavy Cedem.

149. ESTADOS DE ESFUERZOS -PAVIMENTOS FLEXIBLES
EJEMPLO DE CÁLCULO POR DIFERENTES PROGRAMAS
SOFTWARE –RESUMEN DE RESULTADOS
Programa
(--) (--) (kgf/cm2) (mm)
??????
?????? ??????
?????? ??????
?????? ∆
??????
Deformación de tracción
en la fibra inferior de la
CA
Deformación vertical de
compresión en la
subrasante
Esfuerzo vertical de
compresión a nivel de la
subrasante
Deflexión en la superficie
en el eje de cada llanta
Depav 1,81∗10
−4
3,59∗10
−4
0,1224 0,6483
Windepav 1,53∗10
−4
2,76∗10
−4
0,0939 0,4978
Cedem 1,81∗10
−4
3,61∗10
−4
0,1213 0,6533
Bisar 3.0 1,77∗10
−4
3,38∗10
−4
0,1229 0,6678
Pitra 1,83∗10
−4
3,53∗10
−4
0,1133 0,6805
Kenpave 1,81∗10
−4
3,38∗10
−4
0,1152 0,6560
Everstress 1,81∗10
−4
2,50∗10
−4
0,1152 0,6494
Libro 1,81∗10
−4
3,61∗10
−4
0,12236 0,6680

150. ESTADOS DE ESFUERZOS -PAVIMENTOS FLEXIBLES
EJEMPLO DE CÁLCULO POR DIFERENTES PROGRAMAS
SOFTWARE –CUENCO DE DEFLEXIÓN

151. ESTADOS DE ESFUERZOS -PAVIMENTOS FLEXIBLES
EJEMPLO DE CÁLCULO POR DIFERENTES PROGRAMAS
SOFTWARE –VALORES ADMISIBLES DE RESPUESTA DEL PAVIMENTO
Valores admisibles para la estructura evaluada según algunas metodologías

152. MEPDG (2004)
MECHANISTIC-EMPIRICALPAVEMENTDESIGNGUIDE

153. ¿QUÉ ES?

154. ¿QUÉ ES?
One of the significant changes with the MEPDG is that
the approach to pavement design is effectively reversed.
In conventional design methods, various inputs are
considered and used to produce the design
requirements for the pavement structure. In
mechanistic-empirical design, the design of thepavement
structureis initially assumed on a trial basis, along with
inputs for traffic and climate. MEPDG software can
compute how the trial design will respond to the load
and environmental stresses created by these inputs. This
leads to an estimate of the level of damage the
pavement will sustain over time, in terms ofpavement
distressesand deterioration inride quality.

155. ¿QUÉ ES?
“Does the predicted performance
of the pavement satisfy criteria for
the design, such as the desired
service life of the pavement, based
on the level of distress and
potential maintenance and
rehabilitation needs?”
“Are there reasonable alternatives
to the initial design assumptions
that could generate better
predicted performance or lower
life cycle costs?”

156. ¿QUÉ ES?
“Does the predicted performance
of the pavement satisfy criteria for
the design, such as the desired
service life of the pavement, based
on the level of distress and
potential maintenance and
rehabilitation needs?”
“Are there reasonable alternatives
to the initial design assumptions
that could generate better
predicted performance or lower
life cycle costs?”
The predicted level of
performance is
acceptable
Mechanistic-empirical
design is an iterative
process

157. INDICADORES
Pavimentos flexibles
Ahuellamiento (rutting)
Fatiga(fatigue) (or alligator) cracking,
Fallaslongitudinalescracking
Fallastransversales

158. INDICADORES
Pavimentos flexibles
Ahuellamiento (rutting)
Fatiga(fatigue) (or alligator) cracking,
Fallaslongitudinalescracking
Fallastransversales

159. INDICADORES
Pavimentos flexibles
Ahuellamiento (rutting)
Fatiga(fatigue) (or alligator) cracking,
Fallaslongitudinalescracking
Fallastransversales

160. INDICADORES
Pavimentos flexibles
Ahuellamiento (rutting)
Fatiga(fatigue) (or alligator) cracking,
Fallaslongitudinalescracking
Fallastransversales

161. INDICADORES –INTERNATIONAL ROUGHNESSINDEX(IRI)
PresentServiceabilityRating (PSR)
PSR is defined as “The judgment of an observer as to
the current ability of a pavement to serve the traffic it is
meant to serve” (Highway Research Board, 1972).

162. INDICADORES –INTERNATIONAL ROUGHNESSINDEX(IRI)
DesarrolladoporelBancoMundial,enlosaños80,
esempleadoparacaracterizarelperfillongitudinal
deunavíayconstituyeunpatróndemedidade
irregularidadsuperficial(m/kmomm/m).
ARS:AverageRectifiedSlope.Acumulaciónde
desplazamientosenvalorabsoluto,deunvehículo
tipo

163. INDICADORES –INTERNATIONAL ROUGHNESSINDEX(IRI)
DesarrolladoporelBancoMundial,enlosaños80,
esempleadoparacaracterizarelperfillongitudinal
deunavíayconstituyeunpatróndemedidade
irregularidadsuperficial(m/kmomm/m).
ARS:AverageRectifiedSlope.Acumulaciónde
desplazamientosenvalorabsoluto,deunvehículo
tipo

164. INDICADORES –INTERNATIONAL ROUGHNESSINDEX(IRI)
DesarrolladoporelBancoMundial,enlosaños80,
esempleadoparacaracterizarelperfillongitudinal
deunavíayconstituyeunpatróndemedidade
irregularidadsuperficial(m/kmomm/m).
ARS:AverageRectifiedSlope.Acumulaciónde
desplazamientosenvalorabsoluto,deunvehículo
tipo

165. INDICADORES –INTERNATIONAL ROUGHNESSINDEX(IRI)
DesarrolladoporelBancoMundial,enlosaños80,
esempleadoparacaracterizarelperfillongitudinal
deunavíayconstituyeunpatróndemedidade
irregularidadsuperficial(m/kmomm/m).
ARS:AverageRectifiedSlope.Acumulaciónde
desplazamientosenvalorabsoluto,deunvehículo
tipo

166. INDICADORES –INTERNATIONAL ROUGHNESSINDEX(IRI)
DesarrolladoporelBancoMundial,enlosaños80,
esempleadoparacaracterizarelperfillongitudinal
deunavíayconstituyeunpatróndemedidade
irregularidadsuperficial(m/kmomm/m).
ARS:AverageRectifiedSlope.Acumulaciónde
desplazamientosenvalorabsoluto,deunvehículo
tipo
??????&#3627408454;&#3627408453;=5&#3627408466;
−0,18(??????????????????)
??????&#3627408454;&#3627408453;=5&#3627408466;
−0,26(??????????????????)

167. INDICADORES
Pavimentos rígidos
Fallaen juntas
Fallade la losa
Punzonamiento(concretode refuerzocontinuo)

168. INDICADORES
Pavimentos rígidos
Fallaen juntas
Fallade la losa
Punzonamiento(concretode refuerzocontinuo)

169. INDICADORES
Pavimentos rígidos
Fallaen juntas
Fallade la losa
Punzonamiento(concretode refuerzocontinuo)

171. METODOLOGÍA DE DISEÑO

172. METODOLOGÍA DE DISEÑO

173. RESUMEN
Calculareldañoacumuladoalfinaldelperiodo
dediseño
Predecirlapatologíaprincipalalfinaldel
periododediseñoempleandomodelos
mecanístico-empíricos
PrediccióndelIRIyfallasacumuladasenel
tiempo
Evaluareldesempeñodeldiseñodepruebaal
niveldeconfiabilidaddado
Sieldiseñodepruebanoseajustaacriteriode
desempeño,modificareldiseñodesdelaetapa
demodelación
Definirvariables
Establecercriteriosdedesempeñoparaelfin
delavidaútil,i.e.,nivelesaceptablesde
ahuellamiento,fracturaporfatiga,fallas
localizadas,IRI
Definirelniveldeconfiabilidad(estodefinelos
requerimientos)
ObtencióndeESALs(equivalentsingleaxle
load),clima
Modelaciónyrespuestaestructural(estado
esfuerzo-deformación)

174. ESTRUCTURAS TÍPICAS

175. ESTRUCTURAS TÍPICAS

176. NIVELES DE DISEÑO
1
•site and/or material specific inputs for the project obtained through directtestingormeasurements.
•e.g. data includematerial properties obtained through laboratory testing and measured traffic volumes
and weights at the project site
2
•the use of correlations to establish or determine the required inputs
•e.g. the resilient modulus of the subgrade or unbound base materials estimated from CBR or R-values
using empirical correlations.
3
•use of national or regional default values to define the inputs
•input include the use of AASHTO soil classifications to determine a typical resilient modulus value or
the use of roadway type and truck type classifications to determine normalized axle weight and truck
type distributions.

177. MODELOS DE RESPUESTA

178. PREDICCIÓN DE DESEMPEÑO
DEFORMACIÓN PERMANENTE -GENERALIDADES
1.Ahuellamiento en edades tempranas: cambios
volumétricos del pavimento
2.Tasa constante de ahuellamiento: cambios
volumétricos + deformaciones por cortante
3.Alta tasa de ahuellamiento: deformaciones plásticas
sin cambios volumétricos

179. PREDICCIÓN DE DESEMPEÑO
DEFORMACIÓN PERMANENTE -GENERALIDADES
1.Ahuellamiento en edades tempranas: cambios
volumétricos del pavimento
2.Tasa constante de ahuellamiento: cambios
volumétricos + deformaciones por cortante
3.Alta tasa de ahuellamiento: deformaciones plásticas
sin cambios volumétricos

180. PREDICCIÓN DE DESEMPEÑO
DEFORMACIÓN PERMANENTE –CARPETA ASFÁLTICA

181. PREDICCIÓN DE DESEMPEÑO
DEFORMACIÓN PERMANENTE –CARPETA ASFÁLTICA

182. PREDICCIÓN DE DESEMPEÑO
DEFORMACIÓN PERMANENTE –CARPETA ASFÁLTICA

183. PREDICCIÓN DE DESEMPEÑO
DEFORMACIÓN PERMANENTE –MATERIALES NO LIGADOS

185. PREDICCIÓN DE DESEMPEÑO
DEFORMACIÓN PERMANENTE –MATERIALES NO LIGADOS (BG. SBG, SR)

186. PREDICCIÓN DE DESEMPEÑO
DEFORMACIÓN PERMANENTE –MATERIALES NO LIGADOS (BG. SBG, SR)

187. PREDICCIÓN DE DESEMPEÑO
DEFORMACIÓN PERMANENTE –MATERIALES NO LIGADOS (BG. SBG, SR)

188. PREDICCIÓN DE DESEMPEÑO
FATIGA EN CAPA ASFÁLTICA
Elmodelomáscomúnesfuncióndel
esfuerzodetracciónyelmódulode
resilienciadelamezclaasfáltica

189. PREDICCIÓN DE DESEMPEÑO
FATIGA EN CAPA ASFÁLTICA –ASPHALT INSTITUTE
82 tramos de prueba
24 estados
441 observaciones de fractura por fatiga
408 puntos para fallas longitudinales

190. PREDICCIÓN DE DESEMPEÑO
FATIGA EN CAPA ASFÁLTICA –ASPHALTINSTITUTE

191. PREDICCIÓN DE DESEMPEÑO
FATIGA EN CAPA ASFÁLTICA –ASPHALTINSTITUTE

192. PAVIMENTOS FLEXIBLES: SHELL

193. PAVIMENTOS FLEXIBLES
SHELL
Generalidades
Racional
Pavimento,sistemamulticapa:capaasfáltica+capas
granulares+subrasante
Sistemamulticapa:módulodeelasticidadymódulo
dePoisson
Materialeshomogéneos,isotrópicos
Extensiónhorizontalinfinita
Tránsito:ejesequivalentesde8,2Tonf

194. PAVIMENTOS FLEXIBLES
SHELL
Generalidades
Racional
Pavimento,sistemamulticapa:capasasfálticas+capas
granulares+subrasante
Lascapasestánligadas(hayfriccióncompletaentre
unacapayotra)
Sistematricapa:módulodeelasticidadymódulode
Poisson
Materialeshomogéneos,isotrópicos
Extensiónhorizontalinfinita
Tránsito:ejesequivalentesde8,2Tonf

195. PAVIMENTOS FLEXIBLES
SHELL
Criterios de falla
1.Deformación por tracción en la fibra inferior de las
capas asfálticas (??????
&#3627408481;)
2.Deformación vertical por compresión en subrasante
(??????
??????)
Elobjetivoeselegirentreunacombinaciónde
espesoresycaracterísticasdelosmaterialesdemodo
queambosvaloresseencuentrenpordebajodevalores
admisibles.

196. PAVIMENTOS FLEXIBLES
SHELL
1. Deformación por tracción en la fibra inferior
de las capas asfálticas, ??????
&#3627408481;
??????
&#3627408481;=&#3627408462;∗
1
&#3627408449;
&#3627408463;

197. PAVIMENTOS FLEXIBLES
SHELL
Deformación por tracción en la fibra inferior
de las capas asfálticas, ??????
&#3627408481;

198. SHELL -PAVIMENTOS FLEXIBLES
SHELL
y = 2,593x
-7,283
R² = 0,5741
y = 4E-05x
-9,201
R² = 0,8551
y = 2E-06x
-9,932
R² = 0,7812
1E+01
1E+02
1E+03
1E+04
1E+05
1E+06
0,01 0,10 1,00
Número de ciclos (N)
Deformação de tração inicial normalizada
Mistura 2-20
Mistura 2-50
Mistura 2-70
Potencial (Mistura 2-20)
Potencial (Mistura 2-50)
Potencial (Mistura 2-70)

199. SHELL -PAVIMENTOS FLEXIBLES
SHELL

200. PAVIMENTOS FLEXIBLES
SHELL
2. Deformación por compresión en la
subrasante, ??????
??????
??????
&#3627408481;=&#3627408464;∗
1
&#3627408449;
&#3627408465;

201. SHELL -PAVIMENTOS FLEXIBLES
¿CÓMO OBTENER LOS VALORES ADMISIBLES?

202. SHELL -PAVIMENTOS FLEXIBLES
¿CÓMO OBTENER LOS VALORES ADMISIBLES?

203. SHELL -PAVIMENTOS FLEXIBLES
¿CÓMO OBTENER LOS VALORES ADMISIBLES DE DEFORMACIONES?
1.Tránsito
2.Temperatura
3.Propiedadesmecánicasdelosmaterialesde
subrasante,subbaseybase
4.Características de la mezcla
Variables de diseño

204. SHELL -PAVIMENTOS FLEXIBLES
¿CÓMO DISEÑAR?
CURVAS DE DISEÑO
Deformaciones admisibles
Características de la mezcla asfáltica
Módulo de elasticidad dinámico Resistencia a la fatiga
Propiedades de capas granulares y subrasante
Módulos de resiliencia y módulos de Poisson
Temperatura
w-MAAT: temperatura media anual ponderada del aire
Tránsito
ELSALs(EquivalentSingle AxleLload)

205. SHELL -PAVIMENTOS FLEXIBLES
¿CÓMO OBTENER LOS VALORES ADMISIBLES DE DEFORMACIONES?
1.Tránsito
2.Temperatura
3.Propiedadesmecánicasdelosmaterialesde
subrasante,subbaseybase
4.Características de la mezcla
Variables de diseño

206. SHELL -PAVIMENTOS FLEXIBLES
¿CÓMO OBTENER LOS VALORES ADMISIBLES DE DEFORMACIONES?
1. TRÁNSITO
&#3627408449;=&#3627408455;??????&#3627408439;∗
&#3627408436;
100
∗
&#3627408437;
100
∗365∗
1+&#3627408479;
&#3627408475;
−1
ln1+&#3627408479;
∗&#3627408441;&#3627408438;

207. SHELL -PAVIMENTOS FLEXIBLES
¿CÓMO OBTENER LOS VALORES ADMISIBLES DE DEFORMACIONES?
1.Tránsito
2.Temperatura
3.Propiedadesmecánicasdelosmaterialesde
subrasante,subbaseybase
4.Características de la mezcla
Variables de diseño

208. SHELL -PAVIMENTOS FLEXIBLES
¿CÓMO OBTENER LOS VALORES ADMISIBLES DE DEFORMACIONES?
2. TEMPERATURA PROMEDIO ANUAL DEL AIRE (W-MAAT)
Seponderanlastemperaturasmediasmensuales(MMAT*)
yseestimaunfactordeponderaciónanualo,
Seobtienedirectamentelatemperaturamediaanual(w-
MMAT*)
*Consultar IDEAM
&#3627408441;??????=
1
12
∗
??????=1
??????=12
&#3627408441;??????
??????→&#3627408481;&#3627408462;&#3627408463;&#3627408473;&#3627408462;&#3627408477;&#3627408462;&#3627408479;&#3627408462;&#3627408476;&#3627408463;&#3627408481;&#3627408466;&#3627408475;&#3627408466;&#3627408479;&#3627408484;−&#3627408448;&#3627408436;&#3627408436;&#3627408455;

209. SHELL -PAVIMENTOS FLEXIBLES
¿CÓMO OBTENER LOS VALORES ADMISIBLES DE DEFORMACIONES?
2. TEMPERATURA

210. SHELL -PAVIMENTOS FLEXIBLES
¿CÓMO OBTENER LOS VALORES ADMISIBLES DE DEFORMACIONES?
1.Tránsito
2.Temperatura
3.Propiedadesmecánicasdelosmaterialesde
subrasante,subbaseybase
4.Características de la mezcla
Variables de diseño

211. SHELL -PAVIMENTOS FLEXIBLES
¿CÓMO OBTENER LOS VALORES ADMISIBLES DE DEFORMACIONES?
3. PROPIEDADES MECÁNICAS DE LOS MATERIALES DE SUBRASANTE, SUBBASE Y BASE
&#3627408448;&#3627408453;
&#3627408449;
&#3627408474;&#3627408474;
2
=10
7
∗&#3627408438;&#3627408437;&#3627408453;
&#3627408448;&#3627408453;
&#3627408472;&#3627408468;
&#3627408464;&#3627408474;
2
=10
2
∗&#3627408438;&#3627408437;&#3627408453;

212. SHELL -PAVIMENTOS FLEXIBLES
¿CÓMO OBTENER LOS VALORES ADMISIBLES DE DEFORMACIONES?
1.Tránsito
2.Temperatura
3.Propiedadesmecánicasdelosmaterialesde
subrasante,subbaseybase
4.Características de la mezcla
Variables de diseño

213. SHELL -PAVIMENTOS FLEXIBLES
¿CÓMO OBTENER LOS VALORES ADMISIBLES DE DEFORMACIONES?
4. CARACTERÍSTICAS DE LA MEZCLA
S1
Mezclas corrientes,
CA de alta rigidez y
cantidades promedio
de agregados,asfalto y
vacíos con aire
S2
Mezclas de baja
rigidez, abiertas, alto
contenido de vacíos
con aire y bajo
contenido de asfalto
F1
Alta resistencia y
cantidades moderadas de
vacíos con aire y asfalto
S1-F1-50
S1-F1-100
S2-F1-50
S2-F1-100
F2
Baja resistencia y altos
volúmenesde vacíos con
aire
S1-F2-50
S1-F2-100
S2-F2-50
S2-F2-100
1.Stiffness: rigidez de la mezcla a
cortos tiempos de aplicación
de carga
2.Resistencia a fatiga: resistencia
al agrietamiento bajo cargas
repetidas

214. SHELL -PAVIMENTOS FLEXIBLES
¿CÓMO OBTENER LOS VALORES ADMISIBLES DE DEFORMACIONES?
4. CARACTERÍSTICAS DE LA MEZCLA
4.1
Ipen, T800
4.2
Stiffnessdel
asfalto a la
temperatura
de trabajo
4.3
Stiffnessde la
mezcla
asfáltica
4.4
Código de la
mezcla (¿S1 o
S2?)
4.5
??????
&#3627408481;&#3627408462;&#3627408465;&#3627408474;
4.6
Código de
fatiga de la
mezcla
4.7
Código total
de la mezcla

215. SHELL -PAVIMENTOS FLEXIBLES
¿CÓMO OBTENER LOS VALORES ADMISIBLES DE DEFORMACIONES?
4. CARACTERÍSTICAS DE LA MEZCLA
4.1 Ipeny T800
Gráfica de Heukelom

216. SHELL -PAVIMENTOS FLEXIBLES
¿CÓMO OBTENER LOS VALORES ADMISIBLES DE DEFORMACIONES?
4. CARACTERÍSTICAS DE LA MEZCLA
4.2 Stiffnessdel asfalto a la temperatura de
trabajo
Rigidez del cemento asfáltico: Ipen
Tiempo de aplicación de carga: 0,02 s(50-60 km/h)
Temperatura: ∆T= T800-Tmezcla

217. SHELL -PAVIMENTOS FLEXIBLES
¿CÓMO OBTENER LOS VALORES ADMISIBLES DE DEFORMACIONES?
4. CARACTERÍSTICAS DE LA MEZCLA

218. SHELL -PAVIMENTOS FLEXIBLES
¿CÓMO OBTENER LOS VALORES ADMISIBLES DE DEFORMACIONES?
4. CARACTERÍSTICAS DE LA MEZCLA
4.3 Stiffnessde la mezcla asfáltica
Módulo dinámico del
asfalto
Volumen del asfalto
Volumen agregado
mineral
MÓDULO DINÁMICO
DE LA MEZCLA

220. SHELL -PAVIMENTOS FLEXIBLES
¿CÓMO OBTENER LOS VALORES ADMISIBLES DE DEFORMACIONES?
4. CARACTERÍSTICAS DE LA MEZCLA
4.4 Identificación de la mezcla (¿S1 o S2?)

221. SHELL -PAVIMENTOS FLEXIBLES
¿CÓMO OBTENER LOS VALORES ADMISIBLES DE DEFORMACIONES?
4. CARACTERÍSTICAS DE LA MEZCLA
4.5 Deformación admisible de tracción ??????
&#3627408481;&#3627408462;&#3627408465;&#3627408474;
??????
??????&#3627408514;????????????=&#3627409358;.&#3627409366;&#3627409363;&#3627409364;??????&#3627408515;+&#3627409359;.&#3627409358;&#3627409366;∗??????
&#3627409359;
−&#3627409358;,&#3627409361;&#3627409364;
∗
&#3627408501;
&#3627409366;.&#3627409360;
??????
−&#3627409358;,&#3627409360;&#3627409358;
K=10 (Factor campo-laboratorio)

222. SHELL -PAVIMENTOS FLEXIBLES
¿CÓMO OBTENER LOS VALORES ADMISIBLES DE DEFORMACIONES?
4. CARACTERÍSTICAS DE LA MEZCLA
4.6 Identificación del código de fatiga

223. SHELL -PAVIMENTOS FLEXIBLES
¿CÓMO OBTENER LOS VALORES ADMISIBLES DE DEFORMACIONES?
4. CARACTERÍSTICAS DE LA MEZCLA
4.7 Identificación del código total
1.Paso 4.4: ¿S1 o S2?
2.Paso 4.5: ¿F1 o F2?
3.Paso 3: CA ¿50 o 100?

224. SHELL -PAVIMENTOS FLEXIBLES
¿CÓMO DISEÑAR TENIENDO LOS PARÁMETROS ADMISIBLES ?
Curvas de diseño: 8 gráficas para 8 mezclasSoftware: Bands2.0

225. SHELL -PAVIMENTOS FLEXIBLES
¿CÓMO DISEÑAR TENIENDO LOS PARÁMETROS ADMISIBLES ?
CURVAS DE DISEÑO

226. SHELL -PAVIMENTOS FLEXIBLES
¿CÓMO DISEÑAR TENIENDO LOS PARÁMETROS ADMISIBLES ?
CURVAS DE DISEÑO

227. SHELL -PAVIMENTOS FLEXIBLES
¿CÓMO DISEÑAR TENIENDO LOS PARÁMETROS ADMISIBLES ?
CURVAS DE DISEÑO

228. SHELL -PAVIMENTOS FLEXIBLES
¿CÓMO DISEÑAR TENIENDO LOS PARÁMETROS ADMISIBLES ?
CURVAS DE DISEÑO

229. SHELL -PAVIMENTOS FLEXIBLES
¿CÓMO DISEÑAR TENIENDO LOS PARÁMETROS ADMISIBLES ?
BANDS2.0 –RIGIDEZ DE LA MEZCLA ASFÁLTICA

230. SHELL -PAVIMENTOS FLEXIBLES
¿CÓMO DISEÑAR TENIENDO LOS PARÁMETROS ADMISIBLES ?
BANDS2.0 –RIGIDEZ DEL CEMENTO ASFÁLTICO

231. SHELL -PAVIMENTOS FLEXIBLES
¿CÓMO DISEÑAR TENIENDO LOS PARÁMETROS ADMISIBLES ?
BANDS2.0 –DEFORMACIÓN DE FATIGA ADMISIBLE

232. SHELL -PAVIMENTOS FLEXIBLES
¿CÓMO DISEÑAR TENIENDO LOS PARÁMETROS ADMISIBLES ?
BANDS2.0 –DEFORMACIÓN DE FATIGA ADMISIBLE

233. INSTITUTO DEL ASFALTO
PAVIMENTOS FLEXIBLES

234. PAVIMENTOS FLEXIBLES
INSTITUTO DEL ASFALTO -GENERALIDADES
Permiteelempleodeasfaltosólidoyemulsiones
Incluyediferentescombinacionesdemateriales
Seconsideraalpavimentocomounsistemaelásticodevariascapas
Laiteraciónpermitiódesarrollarábacosdediseñoparadiferentes
tiposdemateriales
Criteriosdediseño:deformaciónportracciónenlafibrainferiorde
lacapaasfálticayladeformaciónporcompresiónenlasubrasante
soninferioresalasadmisibles

235. PAVIMENTOS FLEXIBLES
INSTITUTO DEL ASFALTO
Variables de diseño
Tránsito
Subrasante
&#3627408448;&#3627408453;
&#3627408472;&#3627408468;
&#3627408464;&#3627408474;
2
=100∗&#3627408438;&#3627408437;&#3627408453;
&#3627408448;&#3627408453;&#3627408448;??????&#3627408462;=10.3∗&#3627408438;&#3627408437;&#3627408453;
&#3627408448;&#3627408453;??????&#3627408454;&#3627408444;=1500∗&#3627408438;&#3627408437;&#3627408453;
Materiales considerados
Rodadura Bases (ver Art. 340)
TSD CA
CA
TipoI (Agregados procesado
estabilizados con emulsiones)
Tipo II (Agregados semiprocesados, de
trituración,de bancos o carreteras
estabilizados con emulsiones)
Tipo III (Mezclas de emulsiones con
arenas oarenas limosas)

236. PAVIMENTOS FLEXIBLES
INSTITUTO DEL ASFALTO -PASOS
Estimación del
tránsito
Determinación
del MR de la
SR
Elección de
materiales

237. PAVIMENTOS FLEXIBLES
INSTITUTO DEL ASFALTO –ESPESORES MÍNIMOS DE CA
Sobre bases estabilizadas con emulsión
Tránsito
Tipo II y Tipo III
(cm)
10
4
5.0
10
5
5.0
10
6
7.5
10
7
10.0
>10
7
12.5
Sobre bases granulares
Tránsito
Tipo II y Tipo III
(cm)
<=10
4
7.5
10
4
−10
6
10.0
≥10
6
12.5
Puede colocarse Tipo I + TSD

238. PAVIMENTOS FLEXIBLES
INSTITUTO DEL ASFALTO –ÁBACOS DE DISEÑO
Espesor pleno de CA
Lalecturacorrespondealespesordetodalaestructura(enestecaso,lacapaasfáltica)

239. PAVIMENTOS FLEXIBLES
INSTITUTO DEL ASFALTO –ÁBACOS DE DISEÑO
Base estabilizada Tipo I
Lalecturacorrespondealespesordetodalaestructura(enestecaso,labaseestabilizadasinincluirTSD)

240. PAVIMENTOS FLEXIBLES
INSTITUTO DEL ASFALTO –ÁBACOS DE DISEÑO
Base estabilizada Tipo II
Lalecturacorrespondealespesordetodalaestructura(enestecaso,deberestarseelespesordelacapaasfáltica–espesormínimo)

241. PAVIMENTOS FLEXIBLES
INSTITUTO DEL ASFALTO –ÁBACOS DE DISEÑO
Base estabilizada Tipo III
Lalecturacorrespondealespesordetodalaestructura(enestecaso,deberestarseelespesordelacapaasfáltica–espesormínimo)

242. PAVIMENTOS FLEXIBLES
INSTITUTO DEL ASFALTO –ÁBACOS DE DISEÑO
BG –10 cm, 15 cm, 20 cm, 25 cm, 30 cm, 45 cm
LalecturacorrespondealespesordelacarpetaasfálticasobreyacentealespesorfijadodeBG(tenerencuentaespesoresmínimos)

243. PAVIMENTOS FLEXIBLES
INSTITUTO DEL ASFALTO –ÁBACOS DE DISEÑO
BG –15 cm, 20 cm, 25 cm, 30 cm, 45 cm
LalecturacorrespondealespesordelacarpetaasfálticasobreyacentealespesorfijadodeBG(tenerencuentaespesoresmínimos)

244. PAVIMENTOS RÍGIDOS: CONCEPTOS GENERALES

245. CONCEPTOS GENERALES
PAVIMENTOS RÍGIDOS
Simple con juntas
Nocontieneaceroderefuerzo
Elempleodejuntasbuscacontrolaragrietamientos
porretracciónyporcambiosdetemperatura
Lajuntashabitualmentetienenespaciamientosde
3,5ma6,5mlosascortas
Puedetenerpasadores.varillaslisas(juntas
transversales)ycorrugadas(juntaslongitudinales)
Espaciamientodecortalongitud

246. CONCEPTOS GENERALES
PAVIMENTOS RÍGIDOS
Simple con juntas
Nocontieneaceroderefuerzo
Elempleodejuntasbuscacontrolaragrietamientos
porretracciónyporcambiosdetemperatura
Lajuntashabitualmentetienenespaciamientosde
3,5ma6,5mlosascortas
Puedetenerpasadores.varillaslisas(juntas
transversales)ycorrugadas(juntaslongitudinales)
Espaciamientodecortalongitud
Barras de transferencia

247. CONCEPTOS GENERALES
PAVIMENTOS RÍGIDOS
Simple con juntas
Nocontieneaceroderefuerzo
Elempleodejuntasbuscacontrolaragrietamientos
porretracciónyporcambiosdetemperatura
Lajuntashabitualmentetienenespaciamientosde
3,5ma6,5mlosascortas
Puedetenerpasadores.varillaslisas(juntas
transversales)ycorrugadas(juntaslongitudinales)
Espaciamientodecortalongitud

248. CONCEPTOS GENERALES
PAVIMENTOS RÍGIDOS
Simple con juntas
Nocontieneaceroderefuerzo
Elempleodejuntasbuscacontrolaragrietamientos
porretracciónyporcambiosdetemperatura
Lajuntashabitualmentetienenespaciamientosde
3,5ma6,5mlosascortas
Puedetenerpasadores.varillaslisas(juntas
transversales)ycorrugadas(juntaslongitudinales)
Espaciamientodecortalongitud

249. CONCEPTOS GENERALES
PAVIMENTOS RÍGIDOS
Reforzado con juntas
Losasmáslargas(7,5a15m)
requierenaceroderefuerzo
Elrefuerzobuscanmantener
unidaslasfisuras,nosebusca
tomaresfuerzosdetensión
Pocoempleadosactualmente
Bajacuantíadeacero:0,1%a0,2
%delaseccióntransversaldel
pavimento
Barras de transferencia
7,5 a 15 m 7,5 a 15 m

250. CONCEPTOS GENERALES
PAVIMENTOS RÍGIDOS
Refuerzo continuo
No requiere juntas
Sebuscaforzarelagrietamientoa
intervalospequeñosymantenerla
cohesióndelacapafracturada
Mayorescuantíadeacero:0,5%a0,8
%delaseccióntransversaldel
pavimento
Juntas de construcción de fin de jornada

251. CONCEPTOS GENERALES
PAVIMENTOS RÍGIDOS
Reforzado con concreto estructural
Sebuscatomaresfuerzosdetensión,loque
eventualmenteincideenlareduccióndelespesordel
pavimento
Seempleanenpisosindustriales:cargasdegran
magnitud
Elaceronodebeatravesarlasjuntas

252. CONCEPTOS GENERALES
PAVIMENTOS RÍGIDOS: MÉTODOS DE DISEÑO
Portland CementAssociation(PCA 1984)
American Associationof StateHighwayand TransportationOfficials
AASHTO 1993
AASHTO (suplemento 1998)
AASHTO 2002
INVIAS (2008)
Manual de diseño de pavimentos de concreto para vías con bajos, medios y altos volúmenes de tránsito

253. DISEÑO DE PAVIMENTOS RÍGIDOS: PCA 1984

254. DISEÑO DE PAVIMENTOS RÍGIDOS
PCA1984
ThePortlandCementAssociation(PCA)developeda
newrigidpavementdesignmethodpublishedin1966.
Thismethodwasimprovedin1984toincludeawider
rangeofdesignconsiderationsandpavementtypes.It
includedtheerosiondesignconditionandtableswere
includedforthedesignofpavementswithconcrete
shouldersandwithundoweledjoints.

255. DISEÑO DE PAVIMENTOS RÍGIDOS
PCA1984
UnliketheAASHTOrigidpavementdesignmethod
whichisempiricallybasedonroadtestdata,thePCA
methodwasanearlyattemptatamechanistic
designmethod.ThePCAmethodwasdeveloped
basedonfiniteelementcalculationsofpavement
stressesanddeflectionswhichwerethencalibratedwith
somesimpledesignandperformancecriteriatocreatea
seriesofdesigntablesandcharts.Thefiniteelement
modelwaspopulatedlargelybyPickett’sequationsbased
onWestergaard’sinitialstressanddeflectionanalysis.

256. DISEÑO DE PAVIMENTOS RÍGIDOS
PCA1984
ThePCAprocedureincludestwomainmodesof
pavementfailure,fatigueorerosion.Fatiguefailure
occurswhenconcretepavementsfailduetothe
repeateddamagecausedbymanymillionsofloading
cycles.Erosionfailureoccurswhenpumpingorerosion
ofthepavementfoundationsleadstofailureofthe
pavementandjointfaulting.Onecriticismofthe
Westergaardmethodisthatisdoesnottakeaccountof
erosiontypefailureswhichwerefoundtobevery
commonduringtheAASHTORoadTestforconcrete
roads.

257. DISEÑO DE PAVIMENTOS RÍGIDOS
PCA1984
Consideraciones iniciales
1.Gradodetransferenciadecargaproporcionadoen
lasjuntastransversales
2.Efectodelempleodebermasdeconcreto
adyacentesalpavimentoreduccióndeesfuerzos
deflexiónydeflexiones
3.Efectodelempleodesubbasedeconcretopobre

258. DISEÑO DE PAVIMENTOS RÍGIDOS
PCA 1984
Variables de diseño
1.Resistencia de la subrasante
2.Tránsito: conteo o clasificación
3.Concreto: resistencia

259. DISEÑO DE PAVIMENTOS RÍGIDOS
PCA 1984
Criterios de diseño
Notodoslosmecanismosdedegradaciónestán
asociadosalafatiga:bombeo,desnivelentrelosas,
deteriorobermas
Puedenemplearseejestridem(suusovaen
aumento).Sonmásdañinosdesdeelpuntodevista
deerosiónquedefatiga
Fatiga
•Protegeral
concreto
contralaacción
de cargas
repetidas
Erosión
•Limitarefectos
dedeflexiónen
losbordesde
losas

260. DISEÑO DE PAVIMENTOS RÍGIDOS
PCA1984 –FACTORES DE DISEÑO
0. Tipo de pavimento a
emplear
•Tipo de subbase
•Tipo de concreto
•Tipo de berma
1. Resistencia a flexión
del concreto
•Módulo de rotura del
concreto
2. Soporte de SR y SBG
•Módulo de reacción (K)
•Correlaciones CBR
3. Tránsito
•Periodo de diseño
•Conteo y pesaje
4. ANÁLISIS DE
FATIGA
(Tanteo espesor)
5. ANÁLISIS DE
EROSIÓN
(Tanteo espesor)

261. DISEÑO DE PAVIMENTOS RÍGIDOS
PCA1984
1. RESISTENCIA A FLEXIÓN DEL CONCRETO
Empleadoelresultadodetracciónenflexiónenvigas
de15cmx15cmx75cm
28díasdecura
Dosterciosmedios(flexiónpura)

262. DISEÑO DE PAVIMENTOS RÍGIDOS
PCA1984
1. RESISTENCIA A FLEXIÓN DEL CONCRETO
&#3627408448;&#3627408453;&#3627408472;&#3627408468;/&#3627408464;&#3627408474;
2
=&#3627408446;&#3627408467;′
&#3627408464;&#3627408472;&#3627408468;/&#3627408464;&#3627408474;
2
Kvaríade2.0a2.7

263. DISEÑO DE PAVIMENTOS RÍGIDOS
PCA1984
2. SOPORTE DE LA SUBRASANTE Y LA SUBBASE
Ladeformaciónesdirectamenteproporcionalalapresiónejercida
??????=&#3627408472;∗&#3627408485;
K:coeficientedereacción
PruebasdecargaocorrelacionesconCBR
Ver:Cápítulo06.Ensayosderesistenciaensuelospara
pavimentos
ElempleodeSBGoBTC,incrementaelvalordeKaumentadependiendo
Resistencia de la subrasante

265. DISEÑO DE PAVIMENTOS RÍGIDOS
PCA1984
2. SOPORTE DE LA SUBRASANTE Y LA SUBBASE
Efecto de SBG (k en MPa/m)
K_SR
K combinado
100 mm150 mm225 mm300 mm
20 23 26 32 38
40 45 49 57 66
60 64 66 76 90
80 87 90 100 117
Efecto de BTC
K_SR
K combinado
100 mm150 mm200 mm250 mm
20 60 80 105 135
40 100 130 185 230
60 140 190 245 --

266. DISEÑO DE PAVIMENTOS RÍGIDOS
PCA1984
3. TRÁNSITO
Métodos de estimación
Periodo de diseño: 20 años
1.TPD
2.TPD (VC)
3.Carga por eje de VC
FSC (Factor de seguridad de carga)
FSC = 1,2 para tránsito pesado
FSC = 1,1 para tránsito medio
FSC = 1,0 para tránsito bajo

267. DISEÑO DE PAVIMENTOS RÍGIDOS
PCA1984
4 Y 5. ANÁLISIS POR FATIGA Y POR EROSIÓN
Análisis de por fatiga: factor de relación de esfuerzosAnálisis por erosión: factor de erosión
&#3627408441;&#3627408462;&#3627408464;&#3627408481;&#3627408476;&#3627408479;&#3627408465;&#3627408466;&#3627408479;&#3627408466;&#3627408473;&#3627408462;&#3627408464;??????ó&#3627408475;&#3627408465;&#3627408466;&#3627408466;&#3627408480;&#3627408467;&#3627408482;&#3627408466;&#3627408479;??????&#3627408476;&#3627408480;=
&#3627408466;&#3627408480;&#3627408467;&#3627408482;&#3627408466;&#3627408479;??????&#3627408476;&#3627408466;&#3627408478;&#3627408482;??????&#3627408483;&#3627408462;&#3627408473;&#3627408466;&#3627408475;&#3627408481;&#3627408466;
&#3627408474;ó&#3627408465;&#3627408482;&#3627408473;&#3627408476;&#3627408465;&#3627408466;&#3627408479;&#3627408476;&#3627408481;&#3627408482;&#3627408479;&#3627408462;
CARTAS DE
DISEÑO
Factor de erosión

268. DISEÑO DE PAVIMENTOS RÍGIDOS
PCA1984
4 Y 5. ANÁLISIS POR FATIGA Y POR EROSIÓN
Análisis de por fatiga: esfuerzo equivalente
Cuatro cartas de diseño
Ejes Con Berma Sin berma
Simple Ok Ok
Tándem Ok Ok
Análisis por erosión: factor de erosión
Ocho cartas de diseño
Ejes
Pasadores
en juntas
o refuerzo
continuo
Juntas:
trabazón
agregados
Pasadores
en juntas
o refuerzo
continuo
Juntas:
trabazón
agregados
Sin berma Con berma
Simple Ok Ok Ok Ok
Tándem Ok Ok Ok Ok

269. DISEÑO DE PAVIMENTOS RÍGIDOS
PCA1984
4. ANÁLISIS POR FATIGA
Relación de esfuerzos Ecuación
Menor que 0,45 N=ilimitado
0,45-0,55 &#3627408449;=
4,2577
&#3627408453;
&#3627408466;−0,4325
3,268
Mayor que 0,55 log&#3627408449;=
0,9718−&#3627408453;
&#3627408466;
0,0828

270. DISEÑO DE PAVIMENTOS RÍGIDOS
PCA1984
4. ANÁLISIS POR FATIGA: ESFUERZOS EQUIVALENTES

271. DISEÑO DE PAVIMENTOS RÍGIDOS
PCA1984
5. ANÁLISIS POR EROSIÓN: FACTOR DE EROSIÓN

272. DISEÑO DE PAVIMENTOS RÍGIDOS
PCA1984
4. ANÁLISIS POR FATIGA

273. DISEÑO DE PAVIMENTOS RÍGIDOS
PCA1984
5. ANÁLISIS POR EROSIÓN
Sin berma Con berma

274. SIN BERMA CON BERMA

275. DISEÑO DE PAVIMENTOS RÍGIDOS
PCA1984
FORMATO ESTÁNDAR DE TOMA Y MANEJO DE DATOS

277. DISEÑO DE PAVIMENTOS RÍGIDOS
PCA1984
EJEMPLO PRÁCTICO

279. DISEÑO DE PAVIMENTOS RÍGIDOS
PCA1984
CONSIDERACIONES FINALES
1.Elconsumodefatigaydeerosióndebeserinferior
al100%
2.Encasodesersuperadoelumbral,seaumentael
espesordelalosaodelasub-base(bienseaBTCo
SBG)

280. DISEÑO DE PAVIMENTOS RÍGIDOS
PCA1984
SOFTWAREBS-PCA

281. DISEÑO DE PAVIMENTOS RÍGIDOS
PCA1984
SOFTWAREBS-PCA

282. DISEÑO DE PAVIMENTOS RÍGIDOS
PCA1984
SOFTWAREBS-PCA

283. DISEÑO DE PAVIMENTOS RÍGIDOS: AASHTO 1993

284. DISEÑO DE PAVIMENTOS RÍGIDOS
AASHTO 1993
CONSIDERACIONES GENERALES
Subrasante
(K)
Tránsito
(W18)
Propiedades
mecánicas de la losa
(E y MR –módulo de
rotura)-
Índice serviciabilidad
(∆PSI)
Condiciones
ambientales
(Cd)
Confiabilidad
(Zr, So)
Coeficientes de
transferencia de
carga
(J)
Espesor de la losa
(D)
Pasadores y barras
de anclaje
DISEÑO
FINALIZADO

285. DISEÑO DE PAVIMENTOS RÍGIDOS
AASHTO 1993
VARIABLES DE DISEÑO
Subrasante y tránsito
Considerarcambiosenelmódulodereacción
debidosalmaterialdeapoyo:mismas
consideracionesquePCA/84
Tránsitoigualaloconsideradoparapavimentos
flexibles(AASHTO93)
Propiedades mecánicas del material (28 días de cura)
Módulo de rotura (MR)
Módulo de elasticidad
Tipo de agregado y
origen
Módulo de
elasticidad (MPa)
Grueso –ígneo 5500&#3627408467;
&#3627408464;
′
Grueso –metamórfico 4700&#3627408467;
&#3627408464;
′
Grueso–sedimentario 3600&#3627408467;
&#3627408464;
′
Sin información 3900&#3627408467;
&#3627408464;
′

286. DISEÑO DE PAVIMENTOS RÍGIDOS
AASHTO 1993
VARIABLES DE DISEÑO
Índice serviciabilidad (pavimentos rígidos)
Tipo de vía Serviciabilidad final
Autopista 3.00
Colectores 2.50
Calles comerciales e
industriales
2.25
Calles residenciales y
estacionamientos
2.00
Igual que para el caso de pavimentos flexibles
(AASHTO 1993)
Confiabilidad

287. DISEÑO DE PAVIMENTOS RÍGIDOS
AASHTO 1993
VARIABLES DE DISEÑO
Condiciones ambientales y drenaje (Cd)
Calidad de
drenaje
Porcentaje del tiempo que la estructura delpavimento está expuesta a grados de
humedad próximos a la saturación
Menos de 1 % 1 % –5 % 5 % -25% >25 %
Excelente 1,25–1,20 1,20–1,15 1,15 –1,10 1,10
Bueno 1,20–1,15 1,15 –1,10 1,10 –1,00 1,00
Regular 1,15–1,10 110–1,00 1,00 –0,90 0,90
Pobre 1,10 –1,00 1,00 –0,90 0,90 –0,80 0,80
Muy malo 1,00 –0,90 0,90-0,80 0,80 –0,70 0,70

288. DISEÑO DE PAVIMENTOS RÍGIDOS
AASHTO 1993
VARIABLES DE DISEÑO
Coeficientes de transferencia de carga

289. DISEÑO DE PAVIMENTOS RÍGIDOS
AASHTO 1993
VARIABLES DE DISEÑO
Coeficientes de transferencia de carga

290. DISEÑO DE PAVIMENTOS RÍGIDOS
AASHTO 1993
VARIABLES DE DISEÑO
Coeficientes de transferencia de carga (J)
Confinamiento
lateral
Juntas con
pasadores
Sin
pasadores
Sí 2,7 4,2
No 3.0 4,0

291. DISEÑO DE PAVIMENTOS RÍGIDOS
AASHTO 1993
VARIABLES DE DISEÑO

292. DISEÑO DE PAVIMENTOS RÍGIDOS
AASHTO 1993
VARIABLES DE DISEÑO

293. DISEÑO DE PAVIMENTOS RÍGIDOS
AASHTO 1993
VARIABLES DE DISEÑO
Juntas

294. DISEÑO DE PAVIMENTOS RÍGIDOS
AASHTO 1993
VARIABLES DE DISEÑO
Longitud máxima de losa
&#3627408447;
&#3627408474;&#3627408462;??????=1,25∗&#3627408463;
y
&#3627408447;
&#3627408474;&#3627408462;??????=25∗&#3627408443;

295. DISEÑO DE PAVIMENTOS RÍGIDOS
AASHTO 1993
SOFTWARE –PAS5

296. REFERENCIAS

297. REFERENCIAS
1.MontejoFonseca,Alfonso2006.Ingenieríadepavimentos.UniversidadCatólicadeColombia.ISBN958-97617-9-8(v.1)
2.Bariani,L.;Gorett,L.;Pereira,J.;BarbosaJ.2006.Pavimentacaoasfáltica–Formacaobásicaparaengenheiros.Petrobras.
3.HigueraSandoval,C.2016.Mecánicadepavimentos.Principiosbásicos.UniversidadPedagógicayTecnológicadeColombia.ISBN978-
9586601221
4.RondónQuintana,H.A.;ReyesLizcano,F.A.2018.Pavimentos:materiales,construcciónydiseño.ECOEEdiciones.ISBN978-958-771-
175-2
5.SánchezSabogal,F.Presentacionescursobásicodediseñodepavimentos.EscuelaColombianadeIngenieríaJulioGaravito
6.INVIAS.2008.Manualdediseñodepavimentosdeconcretoparavíasconbajos,mediosyaltosvolúmenesdetránsito
7.INVIAS.2007.Manualdediseñodepavimentosasfálticosparavíasconbajosvolúmenesdetránsito
8.INVIAS2013.Normasdeensayodematerialesparaconstruccióndecarreteras.
9.INVIAS2013.Especificacionesgeneralesparaconstruccióndecarreteras.
10.NationalCooperativeHighwayResearchProgram,NCHRP.2004.GuideforMechanical-EmpiricalDesighofnewandrehabilited
pavementstructures.Finalreport.TransportationResearchBoard.NationalResearchCouncil.
11.SHELL.2015.Shellbitumenhandbook.ShellInternationalpetroleumcompany.ISBN978-0-7277-5837-8.

298. DISEÑO DE PAVIMENTOS
MARIO CASTANEDA, MSC
UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA
PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL
2020-1