���������������������������������������������������������������������������������

��������������������������������������������������������������

Aplicaci�n pr�ctica del m�todo AASHTO-93 para el dise�o de pavimento r�gido

 

Practical application of the AASHTO-93 method for rigid floor design

 

Aplica��o pr�tica do m�todo AASHTO-93 para o projeto de pavimento r�gido

 

Mar�a Gabriela Castro-V�squez ^I

gcastrova@hotmail.com

https://orcid.org/0000-0002-1662-4788

 

Luis Alberto Castro-V�squez ^II

lucava23@hotmail.com

https://orcid.org/0000-0003-1672-1542

 

Prissila Germania Castro-V�squez ^III

prisicastro@hotmail.com

https://orcid.org/0000-0002-3297-6134

 

Correspondencia: gcastrova@hotmail.com

 

Ciencias econ�micas y administrativas �

Art�culo de investigaci�n

�����������������������

���������������������������������

*Recibido: 05 de julio de 2020 *Aceptado: 20 de agosto 2020 * Publicado: 07 de septiembre de 2020

 

 

 

       I.            Ingeniero Civil, Maestrante en Geograf�a, Medio Ambiente y Ordenamiento Territorial, Universidad de la Habana, Habana, Cuba.

    II.            Ingeniero Civil, Maestrante en Energ�as Renovables, Universidad Cat�lica de Cuenca. Cuenca, Ecuador.

�III.            Economista, Mag�ster en Administraci�n de Empresas, Universidad Cat�lica de Cuenca sede Azogues. Azogues, Ecuador

Resumen

Introducci�n. En este art�culo se presenta la aplicaci�n del m�todo AASTHO-93 para realizar un dise�o estructural de las capas de un pavimento r�gido. Se ha seleccionado este m�todo porque a diferencia de otros, incorpora el concepto de serviciabilidad en el dise�o. Metodolog�a. Se realizar� la descripci�n y aplicaci�n paso a paso de este m�todo con todos los elementos necesarios para su correcta aplicaci�n. La obtenci�n de la muestra de suelo para empezar con el desarrollo del m�todo, fue tomada y analizada bajo todas las exigencias para este tipo de procedimiento. Para el an�lisis de transito se utiliz� una videoc�mara por 7 d�as, colocada estrat�gicamente en la v�a a pavimentar, permitiendo realizar correctamente el conteo, an�lisis e identificaci�n de las caracter�sticas del tr�fico que circula en el tramo. Conclusiones. Con la aplicaci�n de este m�todo se lograr� dise�ar correctamente cada una de las capas que conforman la estructura del pavimento r�gido, obteniendo los niveles de seguridad, comodidad y serviciabilidad adecuados para los vol�menes de transito actuales y futuros, garantizando su funcionabilidad mientras cumple su vida �til; proporcionando un confort a los usuarios, as� como tambi�n influir� en un mejor desarrollo econ�mico y social para el sector en donde sea implementada la estructura del pavimento.

Palabras Claves: Pavimentos r�gido; serviciabilidad; tr�nsito; M�todo AASTHO-93.

 

Abstract

Introduction. This article presents the application of the AASTHO-93 method to realize a structural design of the layers of a rigid floor. This method has been selected because it differentiates it from others, it incorporates the concept of serviciability in design. Methodology. The description and application will be carried out step by step using this method with all the necessary elements for its correct application. The obtaining of the material sample to use with the development of the method, was taken and analyzed under all the requirements for this type of procedure. For the traffic analysis, a video camera is used for 7 days, strategically placed on the road to be paved, allowing to correctly carry out the content, analysis and identification of the characteristics of the traffic that circulates on the stretch. Conclusions. With the application of this method, it will be possible to correctly design each layer that conforms to the structure of the rigid floor, obtaining the levels of security, convenience and serviceability adapted to the current and future traffic volumes, guaranteeing its usefulness in addition to its useful life. ; providing a comfort to users, as well as will also influence a better economic and social development for the sector where the structure of the pavement is implemented.

Keywords: Rigid floors; serviceability; Traffic; AASHTO-93 method.

 

Resumo

Introducci�n. Neste artigo se apresenta a aplica��o do m�todo AASTHO-93 para realizar um projeto estrutural das capas de um pavimento r�gido. Se ha selecionado este m�todo porque a diferen�a de outros, incorpora o conceito de serviciabilidad no dise�o. Metodolog�a. Se realizar a descri��o e aplica��o paso a paso de este m�todo con todos los elementos necesarios para su correta aplicaci�n. A obten��o da muestra de suelo para empegar com o desarrollo del m�todo, fue tomada y analizada bajo all las demandencias for this type of processimiento. Para que a an�lise de transi��o se utilize um videocassete por 7 dias, posicionada estrategicamente na via a pavimentar, permitindo realizar corretamente o conte�do, an�lise e identifica��o das caracter�sticas do tr�fico que circula no tr�nsito. Conclusiones. Com a aplica��o de este m�todo se lograr� dise�ar cada corretamente uma das capas que conforma a estructura do pavimento de vida r�gido, obteniendo los niveles de seguran�a, comodidad y serviciabilidad adecuados para los vol�menes de transito atuais y futuros, garantindo sua funcionabilidade mientras cumple suprema �til ; Proporcionando um conforto aos usu�rios, como tambi�n influir� em um mejor desarrollo econ�mico y social para el setor en donde sea implementada la estructura del pavimento.

Palavras-chave: Pavimentos r�gidos; serviciabilidad; tr�nsito; M�todo AASHTO-93.

 

Introducci�n

Desde el principio de la existencia del ser humano se ha observado como una de sus principales necesidades es el comunicarse, raz�n por la cual se fueron desarrollando varios m�todos y formas para poder lograr ello, siendo una de la m�s transcendentales la construcci�n de caminos, desde los caminos de herradura, los caminos a base de piedra, hasta llegar a nuestra �poca con m�todos perfeccionados bas�ndose siempre en la experiencia que han tenido los antepasados, esto conlleva a que en la actualidad tengamos grandes autopistas, que han servido para lograr un mejor y mayor desarrollo, tanto econ�mico y social como as� se ve� reflejado en el progreso y desarrollo de nuestro Pa�s.

Este estudio describir� brevemente las definiciones de pavimentos, as� como tambi�n explicar� sistem�ticamente el dise�o estructural de las capas del pavimento r�gido; los espesores de cada una de estas capas ser�n calculados gracias al m�todo AASHTO, el cual considera entre otras cosas que la estructura debe ser resistente a las acciones de cargas producidas por el tr�nsito.

El estudio de las muestras de suelo para empezar con el dise�o fue realizado bajo las normas vigentes para este procedimiento.

Se presentar� tambi�n un estudio de tr�fico de 7 d�as consecutivos desde el martes hasta el lunes (24 hora diarias), los cuales fueron realizados a trav�s de una c�mara de video y posteriormente procesados en una hoja de c�lculo. Este estudio nos permite analizar el trafico existente, el mismo que servir� para conocer la intensidad y densidad del tr�fico; para clasificarlo seg�n categor�as de veh�culos, como por ejemplo Livianos, Pesados y Buses; los resultados que se obtengan servir�n para que el dise�o de pavimento sea el adecuado para soportar las cargas externas de tr�fico que generan esfuerzos y deformaciones internas en las capas que lo componen.

Objetivo General: Plantear el dise�o estructural de las capas del pavimento r�gido, mediante la utilizaci�n del m�todo AASHTO-93, explicando detalladamente todos sus pasos para proporcionar una correcta comprensi�n del m�todo.

Objetivos Espec�ficos:

�                     Realizar un correcto an�lisis de la muestra de suelo.

�                     Aplicaci�n del m�todo AASHTO para el dimensionamiento de las capas del pavimento r�gido.

�                     Determinar el flujo vehicular en la v�a e identificar las caracter�sticas del tr�fico.

�                     Lograr un dise�o de pavimento r�gido que proporcione comodidad y seguridad a los usuarios.

Pavimento: Est� compuesto por un conjunto de capas superpuestas, relativamente horizontales, que se dise�an y construyen t�cnicamente con materiales apropiados y adecuadamente compactados. Estas estructuras estratificadas descansan sobre la subrasante de una v�a obtenida por el movimiento de tierras en el proceso de exploraci�n y que han de resistir adecuadamente los esfuerzos que las cargas reiteradas del tr�nsito le transmiten durante el periodo de vida para el cual fue dise�ada la estructura del pavimento.

Caracter�sticas de un Pavimento: Un pavimento para cumplir adecuadamente sus funciones debe reunir los siguientes requisitos:

�                     Ser resistente a la acci�n de las cargas aplicadas por el tr�nsito.

�                     Ser resistente ante los agentes de intemperismo.

�                     Presentar una textura superficial adaptada a las velocidades de dise�o de la v�a, por cuanto ella tiene una decisiva influencia en la seguridad vial. Adem�s, debe ser resistente al desgaste producido por el efecto abrasivo de las llantas de los veh�culos.

�                     Debe presentar una regularidad superficial, tanto transversal como longitudinal, que permite una apropiada comodidad a los usuarios en funci�n de las longitudes de onda de las deformaciones y de la velocidad de circulaci�n.

�                     Debe ser duradero.

�                     Debe disponer de condiciones adecuadas respecto al drenaje.

�                     El ruido de rodadura, en el interior de los veh�culos que afectan al usuario, as� como en el exterior, que influye en el entorno, debe ser adecuadamente moderado.

�                     Debe tener el color adecuado para evitar reflejos y deslumbramientos, y ofrecer una adecuada seguridad al tr�nsito.

Dise�o Estructural: En nuestro medio los pavimentos se clasifican en: pavimento flexible y pavimento r�gido; pueden existir soluciones intermedias a las cuales se les ha llamado pavimentos combinados o Semirr�gidos. El comportamiento de los mismos al aplicarles cargas es muy diferente, tal como se observa en la figura 1.

 

Figura. 1. Esquema del comportamiento de pavimentos.

Fuente: Manual Centroamericano de Dise�o de pavimentos. Cap�tulo 5, pag.1.

 

Es com�n que emerja la pregunta de qu� opci�n es la mejor entre un pavimento r�gido y uno flexible. No existe, de una manera generalizada, una respuesta a esta inc�gnita. Se deben de tener en cuenta las variables que intervienen en la elecci�n del tipo de pavimento, para las cuales una alternativa puede resultar mejor que otra bajo las mismas circunstancias. En la pr�ctica com�n, no es inaudito ver que se opte por la soluci�n de menor coste, pero �nicamente considerando la variable de construcci�n, sin evaluar una serie de alternativas como por ejemplo el mantenimiento, la vida �til, el tipo de v�a y estudio econ�mico, es decir el tiempo de recuperaci�n de la inversi�n de ser el caso.

Al momento de escoger el tipo de capa de rodadura a implementarse en una via es necesario tener en cuenta que los pavimentos r�gidos tienen mayor durabilidad que los flexibles. Las capas flexibles son nobles, ya que permiten la construcci�n en espesores menores que los r�gidos, lo cual lleva a los constructores a abusar de esta caracter�stica para disminuir los costos de construcci�n y que la obra resulte �econ�mica� dejando de lado los costos que se generaran por conservaci�n y por operaci�n. En el caso de las losas de hormig�n, los espesores de construcci�n m�nimos son mayores que los de las capas flexibles, debido a esto es que llevan una ventaja por si mismos sobre los pavimentos flexibles.

En el caso de tener zonas de fallas geol�gicas lo recomendable t�cnicamente es colocar sobre estas superficies, pavimento flexible, ya que este tiene un mayor rango de elasticidad, con esto evitamos fisuras constantes en estas zonas. Mientras que la tolerancia a deformaciones del pavimento r�gido es menor, por lo mismo tiende a fisurarse en este tipo de zonas con mayor facilidad. Una soluci�n �ptima para estos casos es reponer el suelo desde la ra�z de la falla a trav�s de un estudio geot�cnico, con esto quedara abierta la opci�n de usar un pavimento r�gido con seguridad.

Dise�o de Pavimento R�gido: Los pavimentos r�gidos son aquellos que fundamentalmente est�n compuestos por una losa de concreto hidr�ulico. Por su mayor rigidez distribuyen las cargas verticales sobre un �rea grande y con presiones muy reducidas. Salvo en bordes de losas y juntas sin pasa juntas, las deflexiones o deformaciones el�sticas son inapreciables.

Las losas se apoyar�n en la capa subrasante, si �sta es de buena calidad y el tr�nsito es ligero, o bien, sobre una capa de material seleccionado, llamada sub-base. Esta capa no tiene funciones estructurales, emple�ndose como una superficie de apoyo, capa drenante, plataforma de trabajo, etc. Y formada por materiales granulares o bien estabilizada con cemento Portland, o inclusive por concreto pobre.

 

Metodolog�a

Este documento se basa en una investigaci�n descriptiva, presentando las caracter�sticas de los pavimentos r�gidos y la aplicaci�n detallada del m�todo AASHTO para el dise�o de las capas estructurales del pavimento. Para el estudio y an�lisis de las muestras de suelo necesarias para clasificar el mismo, y partir con el dise�o, se realizaron en un laboratorio que cumple con todas las normas t�rmicas de calidad en los procesos aplicados en las muestras. Para la recolecci�n de la informaci�n del tr�fico se realiz� un an�lisis riguroso del mismo mediante un coteo a trav�s de una hoja de c�lculo y un software instalado junto con a una videoc�mara mediante la cual se pudo definir la cantidad, tipo y caracter�sticas del mismo.

 

Estudios de suelos

Muestra de Suelo: La muestra de suelo obtenida para la realizaci�n de los ensayos se extrajo tomando en cuenta que el comportamiento de la estructura del pavimento, est� relacionada con las propiedades f�sicas y la resistencia de los suelos del lecho de las v�as (subrasante natural), para obtener la informaci�n geot�cnica b�sica donde se pretenda implantar la estructura de pavimento r�gido, se recomienda realizar una exploraci�n del subsuelo mediante una excavaci�n cuadrada de 1.00*1.00m y profundidad de 1.50m como m�nimo, en lo que respecta al n�mero de muestras, esto est� en funci�n de la longitud de la v�a a ser pavimentada y de acuerdo a las recomendaciones que constan en el Manual del Ministerio de Transporte y Obras P�blicas, sin embargo queda a criterio del dise�ador el aumentar la cantidad de muestras dependiendo de las necesidades por simple inspecci�n visual. Para el presente estudio se ha procedido a la excavaci�n de tres pozos a cielo abierto, con una profundidad aproximada de 1.70m.

Con las diferentes muestras obtenidas se han realizado ensayos con fines clasificatorios, cuya finalidad ha sido la de permitir la identificaci�n de los diferentes tipos de suelos presentes en las zonas del proyecto, dichos ensayos se detallan a continuaci�n:

1.                  An�lisis granulom�trico: Procedimiento aplicado: NORMAS: ASTM D-422, AASHTO T-88 INEN

2.                  Limite liquido: Procedimiento aplicado: NORMAS: ASTM D-423 AASHTO T-89.

3.                  Limite Pl�stico: Procedimiento aplicado: NORMAS: ASTM D-424 AASHTO T-90

 

Resultados obtenidos

Tabla 1. An�lisis granulom�trico, fracci�n gruesa-fina.

Fuente: Los Autores.

Figura 2. Grafica valores l�mite l�quido.

Fuente: Los Autores.

 

Tabla 2. C�lculo del l�mite l�quido.

Fuente: Los Autores

 

Tabla 3. C�lculo del l�mite pl�stico.

Fuente: Los Autores.

�

Tabla 4. Resultados finales.

Fuente: Los Autores.

 

Clasificaci�n de los Suelos: Los sistemas de clasificaci�n proporcionan un lenguaje com�n para expresar en forma concisa las caracter�sticas generales de los suelos, que son infinitamente variadas sin una descripci�n detallada. Actualmente, dos sistemas de clasificaci�n son usados, el Sistema de Clasificaci�n AASHTO y el Sistema Unificado de Clasificaci�n de Suelos SUCS.

�Para tener mayor seguridad del tipo de suelo con el que se va a trabajar, se ha realizado la clasificaci�n del mismo por los dos sistemas antes mencionados.

Clasificaci�n SUCS:

 

Tabla 5. Clasificaci�n de suelos por el M�todo SUCS.

Fuente: Crespo Villalaz. C. (2004). Mec�nica de suelos y cimentaciones. M�xico: Limusa S.A. Pag.87

 

��������

Con la utilizaci�n de la tabla 5 se tiene un suelo de tipo:������ ML

Clasificaci�n AASHTO:

 

Tabla 6. Clasificaci�n de suelos por el M�todo de la AASHTO.

Fuente: Braja M. Das. (2015). Fundamentos de ingenier�a geot�cnica. Sacramento-California, Estados Unidos: Editorial Thomson. Pag. 35

 

Con la utilizaci�n de la tabla 6 se tiene un suelo de tipo:��������� A-7-6

Determinaci�n del Valor relativo de soporte C.B.R. (Relaci�n Californiana de Soporte): El ensayo de C.B.R mide la resistencia al corte de un suelo bajo condiciones de humedad y densidad controladas. Con los resultados finales de los ensayos anteriores se estima el valor de CBR en relaci�n a su tipo de suelo, tal como se muestra en la tabla 7:

 

Tabla 7. Valores de C.B.R, en funci�n del tipo de suelo.

Fuente: Curso de Actualizaci�n de Dise�o Estructural de Caminos M�todo AASHTO-93. Pag.60

 

Con la utilizaci�n de la tabla 7 se tiene:�������� CBR = 8 %

Conteo de tr�fico: El principal resultado de los conteos vehiculares ser� la obtenci�n del Tr�fico Promedio Diario Anual, TPDA, junto con este se tendr� la composici�n del tr�fico que circula en el tramo en estudio.

 

Tabla 8. Calculo del TPDA. Fuente: Los Autores

 

Tabla 9. Composici�n Vehicular. (peso bruto vehicular permitidas seg�n MTOP)

Fuente: Los Autores

 

Figura 3. Vol�menes de Tr�fico Semanal.

Fuente: Los Autores

Figura 4. Composici�n Vehicular Semanal

Fuente: Los Autores.

 

Procedimiento de dise�o: M�todo AASHTO-93:

Para el dise�o del pavimento del proyecto se utilizar� un Hormig�n de cemento Portland de 300Kg/cm2; el cual es una mezcla de agregados, agua y cemento; con una considerable resistencia a la compresi�n; debido a que los pavimentos de concreto trabajan principalmente a flexi�n es recomendable que su especificaci�n de resistencia sea acorde con ello, por eso el dise�o considera principalmente la resistencia del concreto trabajando a flexi�n, con la resistencia del hormig�n de 300 Kg/cm2 se considera su valor de m�dulo de rotura necesario para el tipo de v�a a ser pavimentada, siendo este de 42 Kg/cm2

�                     S�c = m�dulo de ruptura, en libras por pulgadas cuadradas (psi), para el concreto de cemento P�rtland o M�dulo de Ruptura (MR) normalmente especificada a los 28 d�as.

Viene dado por la f�rmula mostrada: �La resistencia a la compresi�n que se adopta para el dise�o es de 300 Kg/cm2 que equivale a 4300 psi. Por lo tanto, aplicando la f�rmula:���� S�c= 590.17 psi.

Este valor puede ser comprobado utilizando la tabla 10, de acurdo al tipo de v�a a pavimentar.

 

Tabla 10.� Valores del M�dulo de Rotura de acuerdo a la clasificaci�n funcional del camino.

Fuente: Curso de Actualizaci�n de Dise�o Estructural de Caminos M�todo AASHTO-93.

 

Adoptando el valor recomendado se tiene:������ S�c= 597.4 psi

 

�                     k = M�dulo de reacci�n de la subrasante. Es el valor de la capacidad de soporte del suelo, la cual depende del M�dulo de resiliencia de la subrasante y subbase y del M�dulo de elasticidad de la subbase. El c�lculo de k se realiza mediante la utilizaci�n de nomogramas, para lo cual es necesario conocer los siguientes datos:

�         DSB= es el espesor de la sub-base, se recomienda 8pulg, como m�nimo. Para el dise�o se adoptar� el m�nimo recomendado:����

DSB= 8pulg

 

�         ESB= M�dulo El�stico del material de sub-base, se obtiene normalmente por relaci�n gr�fica con el CBR. Para el caso de la v�a en dise�o se ha determinado un valor de

ESB= 20000 psi.

 

�         El m�dulo de resiliencia MR obtenido en los c�lculos referentes al pavimento flexible est�n en funci�n del valor del CBR = 8% lo cual nos da un valor:

MR=1500*CBR = 1500*8 = 12000 psi.

 

�         Es necesario tambi�n analizar en el estudio geot�cnico, la presencia o la ausencia de un estrato r�gido (duro), espec�ficamente a que profundidad se ubica este estrato con respecto al nivel de la subrasante; la cual denotaremos DSG. Por lo tanto, en nuestra v�a de dise�o se tiene un valor de:������ ����

DSG= 1.7 m = 5.57ft = 6ft (adoptado)

 

El dise�o se realizar� partiendo de que el estrato r�gido se encuentra a una profundidad mayor a 10 ft, con esta consideraci�n y los datos establecidos anteriormente se utilizar� la figura 5 expuesta a continuaci�n; luego de esto se realizar� una correcci�n del valor de K debido a que en nuestro caso se tiene un valor de DSG menor a 10ft.

 

 

 

Figura 5. Carta para estimar el m�dulo compuesto de reacci�n del subgrado, k∞

Fuente: Curso de Actualizaci�n de Dise�o Estructural de Caminos M�todo AASHTO-93. Pag.75

 

Se obtiene un valor de:������������ k∞= 600 pci

En nuestro caso DSG resulta menor de 10 ft, se deber� considerar la influencia del estrato r�gido en el valor k∞ obtenido en el paso anterior. Para tal efecto se utilizar� la figura 6.

�

Figura 6. �Carta para modificar el m�dulo de reacci�n del subgrado a fin de considerar los efectos de la proximidad superficial de un estrato r�gido�.

Fuente: Curso de Actualizaci�n de Dise�o Estructural de Caminos M�todo AASHTO-93. Pag.76

Se obtiene un valor de:��������������� k= 680 pci

Despu�s se considerar� la p�rdida de soporte, a trav�s del factor LS, utilizado para corregir el valor efectivo k. considerando la erosi�n potencial del material de la capa sub-base. Se utilizar� la tabla 10. En la tabla E es el m�dulo de resiliencia del material.

�

Tabla 10. Rangos t�picos de los factores de p�rdida de soporte (LS) para diferentes tipos de materiales.

Fuente: Curso de Actualizaci�n de Dise�o Estructural de Caminos M�todo AASHTO-93.

 

Para nuestro dise�o adoptamos un LS = 2, ya que tenemos un material de subgrado natural o suelos de grano fino, considerando esto por la clasificaci�n de suelo presentada anteriormente, en la cual se dijo que se tiene un suelo compuesto por limos inorg�nicos y arenas muy finas, polvo de roca, limo arcilloso, poco pl�stico, arenas finas limosas y arcillosas.

Finalmente, con el valor de LS se determina el valor de K con la figura 7.

 

Figura 7: �Correcci�n del M�dulo Efectivo de Reacci�n del Subgrado debido a la p�rdida potencial de soporte de la sub-base�.

Fuente: Curso de Actualizaci�n de Dise�o Estructural de Caminos M�todo AASHTO-93. Pag.78

K= 58 pci

�         Ec = m�dulo de elasticidad, en psi, del concreto de cemento P�rtland: Para concretos de peso normal se puede utilizar la siguiente f�rmula para la correlaci�n en funci�n de la resistencia a la compresi�n simple (psi) a los 28 d�as: ��La resistencia a la compresi�n que se adopta para el dise�o es de 300 Kg/cm2 que equivale a 4300 psi. Por lo tanto:�� Ec= 3737739.96 psi.

�         ZR = Desviaci�n Est�ndar Normal: Para obtener el valor de ZR, es necesario primero conocer la confiabilidad en el dise�o (R) que puede ser definida como la probabilidad de que la estructura tenga un comportamiento real igual o mejor que el previsto durante la vida de dise�o adoptada. Para obtener su valor se utiliza la tabla 11.

�

Tabla 11.� Niveles sugeridos de confiabilidad de acuerdo a la clasificaci�n funcional del camino.

Fuente: Curso de Actualizaci�n de Dise�o Estructural de Caminos M�todo AASHTO-93. Pag.123

 

Se adopta un: R = 80 %.� Con este valor se conseguir� el valor de ZR mediante la tabla 12.

�

Tabla 12.� Valor de la desviaci�n est�ndar normal ZR, correspondientes a los niveles de confiabilidad R.

Fuente: Curso de Actualizaci�n de Dise�o Estructural de Caminos M�todo AASHTO-93

 

Se adopta un:���� �ZR = -0.841.

�         So = Desviaci�n normal del error est�ndar combinado en la estimaci�n de los par�metros de dise�o y el comportamiento del pavimento (modelo de deterioro). Se analiza el n�mero de ejes que puede soportar un pavimento hasta que su �ndice de serviciabilidad descienda por debajo de un determinado �ndice de serviciabilidad terminal (Pt).

Para pavimentos r�gidos:������ 0,30 < So < 0,40��������������������� Se recomienda usar 0,37 � 0,38

Se adoptado para el dise�o un:��� ���So = 0.37

 

�         D = Espesor, en pulgadas, de la losa de concreto: Aunque es la inc�gnita a determinar, se deber� asumir un valor inicial del espesor de losa de concreto; puede considerar 6 in (0,15 m) como m�nimo.

Para el dise�o se adopta el valor m�nimo:����� D = 6 pulg = 0.15 m

 

�         ΔPSI = diferencia entre el �ndice de serviciabilidad inicial, po, y el �ndice de serviciabilidad terminal de dise�o, pt: La serviciabilidad se define como la habilidad del pavimento de servir al tipo de tr�fico (autos y camiones) que circulan en la v�a, se mide en una escala del 0 al 5.

ΔPSI = po � pt

 

po = es la m�xima calificaci�n lograda en la AASHTO, para pavimento r�gido = 4.2 a 4.5

pt = �ndice m�s bajo que puede tolerarse antes de realizar una medida de rehabilitaci�n es igual a 2.5 para carreteras con un volumen de tr�fico alto o 2.0 para carreteras con un volumen menor.

En el dise�o se eligi� lo siguiente:��������� Po = 4.2,������������������ Pt = 2.5

������

Por lo tanto:������������� ΔPSI = 1.7

 

�         J = coeficiente de transferencia de carga: La transferencia de carga es la capacidad que tiene una losa del pavimento de transmitir fuerzas cortantes con sus losas adyacentes, con el objeto de minimizar las deformaciones y los esfuerzos en la estructura del pavimento, mientras mejor sea la transferencia de cargas mejor ser� el comportamiento de las losas del pavimento. El efecto de transferencia de carga se considera en conjunto con el sistema de hombros, a trav�s de un coeficiente J, cuyos valores se indican en la tabla 13.

Tabla 13. Valores del Coeficiente de Transferencia de Carga.

Fuente: Curso de Actualizaci�n de Dise�o Estructural de Caminos M�todo AASHTO-93. Pag.185

Por lo tanto, se adopta un valor de:������������������������ J= 3 psi.

 

�         Cd = coeficiente de drenaje. Este coeficiente es funci�n de las condiciones de drenaje predominantes y de la precipitaci�n media anual. Es estimado con la utilizaci�n de la tabla 14.

�

Tabla 14. Valores del Coeficiente de Drenaje.

Fuente: Curso de Actualizaci�n de Dise�o Estructural de Caminos M�todo AASHTO-93. Pag.136

 

Por lo tanto, se adopta un valor de:����������� ��Cd= 1.

 

�         DD= distribuci�n direccional cr�tica: Generalmente se adopta un valor de 0.5, es decir que, del total del flujo vehicular censado, la mitad va por cada direcci�n, pero en algunos casos puede ser mayor en una direcci�n que en otra, lo que deber�a deducirse del censo de tr�nsito. Para nuestro dise�o mediante el an�lisis del tr�nsito, se pudo considerar un DD=0.5.

 

�         DL= factor de distribuci�n por carril.

�

 

Tabla 15.� Factor de distribuci�n por carril.

Fuente: Curso de Actualizaci�n de Dise�o Estructural de Caminos M�todo AASHTO-93. Pag.54

 

Por lo tanto, como la v�a de dise�o tendr� un carril por sentido se toma:� DL= 1.

 

�         Utilizaci�n de la hoja de c�lculo.

Luego de establecer los datos anteriores se programar� en una hoja de c�lculo con todos los valores antes determinados. Se calcular� ESAL = n�mero de repeticiones esperadas de carga de Ejes Equivalentes: El m�todo AASHTO utiliza el ESAL, es decir, que antes de entrar a las f�rmulas general de dise�o, debemos transformar los Ejes de Pesos Normales de los veh�culos que circular�n por el camino, en Ejes Sencillos Equivalentes de 18 kips (8.2 Ton).

W18 = Cantidad pronosticada de repeticiones del eje de carga equivalente de 18 kips para el periodo analizado.

 

Tabla 16. Datos para el dise�o del pavimento r�gido. Fuente: Los Autores

 

Tabla. 17. Calculo de w18.

Fuente: Los Autores

 

�         Dise�o del Espesor D: Finalmente en la ecuaci�n AASHTO con todos los datos calculados obtenemos un nuevo espesor D calculado mediante iteraciones debido a la complejidad de la ecuaci�n.

Luego comparamos D asumido con D calculado:

o   Si la diferencia es menor a 1 in, entonces el proceso finaliza.

o   Si la diferencia es mayor a 1 in, entonces se procede iterativamente hasta lograr que D (calculado) = D (asumido).

 

Tabla 18. Calculo del espesor del pavimento.

Fuente: Los Autores

 

Como resultado de la utilizaci�n de la hoja de c�lculo se logra dise�ar las capas estructurales del pavimento r�gido; el espesor de la carpeta de hormig�n es 14.90 cm por lo tanto debemos adoptar el espesor m�nimo recomendado de 15cm, colocado sobre una capa de Sub-Base de 20.40cm, para los efectos constructivos se adopta 22 cm.

Estos resultados se ilustran en el siguiente gr�fico.

Figura 8. Espesores del pavimento r�gido dise�ado.

Fuente: Los Autores

 

�         Dise�o del espaciamiento entre juntas: Las juntas Son discontinuidades en el pavimento r�gido, dispuestas tanto en el sentido longitudinal como en el transversal; tienen por objeto controlar agrietamientos que se producen por efectos de temperatura (retracci�n, expansi�n y alabeo) y racionalizar la construcci�n.

Junta Longitudinal: El espacio entre juntas longitudinales es igual al ancho del carril, es decir: 3.30m

Junta Transversal: El espacio entre junta y junta transversal es igual a:

L ≤ 24 * h (espesor de la losa)������������������������ L = 24*0.15 = 3.6m���� Se adopta este valor.

�

Figura 9. Espaciamiento entre jutas longitudinales y trasversales.

Fuente: Los Autores.

 

Pasadores de Acero en juntas de pavimentos: Los pasadores son barras de acero liso, generalmente de secci�n circular, que se colocan en las juntas con el objeto de transferir cargas y deformaciones entre losas contiguas.

 

 

 

 

Tabla 19. Requisitos m�nimos para pasadores de acero en juntas de pavimentos.

Fuente: Curso de Actualizaci�n de Dise�o Estructural de Caminos M�todo AASHTO-93.

 

Entonces se tiene un valor de:������ Di�metro del pasador = � pulg

������ ��������������������������������������������������� Longitud total = 35 cm

������ ��������������������������������������������������� Separaci�n = 30 cm

 

Figura 9. Detalles de los pasadores de acero.

Fuente: Los Autores.

 

Conclusi�n y Recomendaciones

La descripci�n, explicaci�n y aplicaci�n detallada del m�todo AASHTO presentada en este documento servir� como una base de gran ayuda para realizar un correcto dimensionamiento de las capas estructurales de un pavimento r�gido. La forma en la que se presenta cada paso es muy ilustrativa permitiendo entender f�cilmente el m�todo para los profesionales y/o estudiantes en esta rama.

Con el flujo vehicular estimado en la v�a y el an�lisis de tr�nsito realizado se pudo obtener una losa de la capa de rodadura de 15cm de espesor siendo esta, seg�n los requerimientos, la minina recomendada. Esto no ocurrir� en todos los casos ya que depender� del tipo de suelo de la subrasante y de la cantidad, tipo y peso de los veh�culos que se estima circularan por la v�a.

La intervenci�n a nivel de pavimento implicar� un mejoramiento sustancial a las condiciones de vida de los moradores del sector principalmente y a los transe�ntes de las v�as colectoras que usar�n �stas como v�as de paso para mejorar sus condiciones de movilidad.

En el pavimento propuesto se deber� dar el respectivo mantenimiento rutinario tanto de la se�alizaci�n horizontal como vertical, as� como tambi�n, el adecuado mantenimiento de la capa de rodadura a implantarse en la v�a, dicho mantenimiento se deber� realizar como m�nimo una vez cada a�o.

Con todo lo analizado durante la redacci�n del este documento se puede concluir que el m�todo AASTHO-93 para el dise�o de un pavimento r�gido es efectivo, did�ctico y de f�cil entendimiento.

A comunicaci�n, se dar�n algunas recomendaciones para considerar utilizar un pavimento r�gido a la hora de pensar en una obra de pavimentaci�n: deterioro m�nimo durante su vida �til, deformaci�n m�nima de su superficie, las cargas pesadas no producen roderas, dislocamientos del asfalto o agrietamientos por fatiga, requiere poco mantenimiento, la rapidez de las construcciones con hormig�n y el poco mantenimiento necesario minimizan los costos, su periodo de vida �til var�a entre 20 y 40 a�os (con m�nimo mantenimiento).

Los pavimentos deben dise�arse para las caracter�sticas de subrasante, escenarios de tr�fico y efectos del medio ambiente a los que estar� sometido durante su vida en servicio. Las propiedades de los materiales, t�cnicas de construcci�n, y pol�ticas de mantenimiento afectan el desempe�o del pavimento. Los criterios de desempe�o y niveles de tolerancia considerados como aceptables son establecidos por el dise�ador en coordinaci�n con la agencia de transportes responsable de la red vial.

Con la implementaci�n de una estructura de pavimento, se evitar�n da�os en los de veh�culos producidos por transitar en v�as defectuosas, por otra parte, tambi�n se permite que los habitantes que hacen uso de forma habitual o directa de la v�a en donde se construir� este tipo de obra, puedan acceder al transporte p�blico de una manera c�moda o que el mismo llegue a estos puntos, ya que en ocasiones no se puede abastecer de este servicio a muchos sectores por las condiciones viales.

 

Referencias

1. Ba��n Bl�zquez. L., Bev�a G. J. (2000) Manual de Carreteras. Construcci�n y Mantenimiento. Volumen II. Alicante, Espa�a: Ortiz e Hijos, Contratista de Obras, S.A.
2. Coronado Itulbide J. (2002). Manual Centroamericano de Dise�o de Pavimentos. Guatemala, M�xico: Secretaria de Integraci�n Econ�mica Centroamericana.
3. Crespo Villalaz. C. (2004). Mec�nica de suelos y cimentaciones. M�xico: Editorial Limusa S.A.
4. Das Braja M. (2015). Fundamentos de Ingenier�a Geot�cnica. Sacramento-California, Estados Unidos: Editorial Thomson.
5. Escuela de Ingenier�a de Caminos de Monta�a � Facultad de Ingenier�a. Curso de Actualizacion de Dise�o Estructural de Caminos Metodo AASHTO-93. San Juan, Argentina. Editorial Universidad de San Juan de Argentina.
6. Ministerio de Transporte y Obras Publicas del Ecuador (2013). Norma Ecuatoriana Vial NEVI-12-MTOP. Quito, Ecuador: Autor.
7. Montejo Fonseca A. (2002) Ingenier�a de pavimentos para carreteras tomo I. Bogot�, Colombia: Editorial Universidad Cat�lica de Colombia.
8. The American Association Of State Highway And Transportation Officials. (2001). AASHTO Guide for desing of pavement structures. Washington D. C, Estados Unidos: The Association, 1993.

 

 

 

 

 

�2020 por los autores. Este art�culo es de acceso abierto y distribuido seg�n los t�rminos y condiciones de la licencia Creative Commons Atribuci�n-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacional (CC BY-NC-SA 4.0) (https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/).