Diseño de rehabilitación para pavimentos rígidos usando la metodología AASHTO y sistema Black Topping

1. DISEÑO BLACKTOPING
1. Información Preliminar:
Se requiere adelantar el planteamiento de alternativas para la intervención de un tramo de vía, que hace
parte de una carretera principal, para lo pertinente, se cuenta con la siguiente información:
 Longitud del tramo: 1 Km
 Tipo de estructura de pavimento existente: Rígido
Estructura del Pavimento
Se realizó Deflectometría en 8 losas del pavimento existente con equipo FWD (carga 9.000 Lbs),
obteniendo la siguiente información:

2. 2. DISEÑO DEL REFUERZO
2.1 Deflexión Medida
Se calcula el valor de deflexión medida a utilizar para el cálculo del Módulo Resiliente de la Subrasante así:
Teniendo en cuenta la importancia y longitud de la vía a rehabilitar, se optó por escoger el mayor valor
del promedio de deflexiones medias obtenidas en el sensor No. 7 (180 cm) del FWD en las losas 1 a la 8.
2.2 Módulo Resiliente de la Subrasante
Se calcula el Modulo Resiliente de la Subrasante mediante la siguiente ecuación:
𝑀𝑅( 𝑆𝑢𝑏𝑟𝑎𝑠𝑎𝑛𝑡𝑒) = 𝐶 (
0,24 𝑃
𝑑𝑟 × 𝑟
)
La información para calcular el MR se debe ingresar en la ecuación con unidades del sistema Ingles así:
P = 9.000 Lbs (Carga FWD)
C = 0.25 (Coeficiente de Corrección)
dr = 22,68x10-4
” (Promedio deflexiones medidas a un radio de 180 cm)
r = 70,87” (radio del ultimo sensor del equipo deflectométrico)
Losa
Medicion
No. 1
Medicion
No. 2
Medicion
No. 3
Medicion
No. 4
Medicion
No. 5
Deflexión media
(micrómetros)
Deflexión media
(10
-4
pulg)
1 58.00 57.00 58.00 58.00 57.00 57.60 22.68
2 27.30 26.80 26.10 27.30 27.00 26.90 10.59
3 47.55 47.16 47.31 47.48 46.81 47.26 18.61
4 26.00 26.00 26.00 26.00 26.00 26.00 10.24
5 55.00 53.00 55.00 56.00 54.00 54.60 21.50
6 25.30 25.50 25.10 25.30 25.30 25.30 9.96
7 44.76 43.85 44.37 45.05 44.51 44.51 17.52
8 24.00 24.00 25.00 25.00 25.00 24.60 9.69
57.60 22.68Valor Escogido
PromedioInformación deflectométrica Sensor No. 7 (180 cm)

3. Entonces
𝑀𝑅( 𝑆𝑢𝑏𝑟𝑎𝑠𝑎𝑛𝑡𝑒) = 0,25 (
0,24 𝑥 (9.000 𝐿𝑏𝑠)
22,68x10 − 4” 𝑥 70,87”
)
𝑀𝑅( 𝑆𝑢𝑏𝑟𝑎𝑠𝑎𝑛𝑡𝑒) = 3.359,60 ≈ 3360 𝑃𝑠𝑖
2.3 Número Estructural (SN) Existente
Para determinar el número estructural existente, se toman los valores de coeficiente estructural
correspondientes a los de la metodología AASHTO y se obtienen de pruebas de módulo sobre los materiales
encontrados, la base estabilizada corresponde a la losa de concreto deteriorada y después del tratamiento
con equipo “rubblizing” y se espera emplearla como base estabilizada.
Se tomara como coeficiente de drenaje m= 0,90
𝑆𝑁( 𝐸𝑥𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑡𝑒) = ( 𝑎1 𝑥 𝑑1) + ( 𝑎2 𝑥 𝑑2 𝑥 𝑚2) + ( 𝑎3 𝑥 𝑑3 𝑥 𝑚3)
𝑆𝑁( 𝐸𝑥𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑡𝑒) = (0,14 𝑥 7,87) + (0,135 𝑥 7,87 𝑥 0,90) + (0,12 𝑥 9,84 𝑥 0,90)
𝑆𝑁( 𝐸𝑥𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑡𝑒) = 3,12
2.4 Número Estructural Requerido (SN)
Para poder calcular el espesor requerido de refuerzo, se debe calcular el número estructural requerido para
soportar el transito proyectado, conociendo los valores del Módulo Resiliente de la Subrasante, para esto
se usará el software Pavement Analysis Software P.A.S (1994 – Versión 5.01), los parámetros de entrada
ingresados en el Software son los siguientes:
E 18´s= 8.000.000 (Número de ejes equivalentes de 80 KN)
Reliability: 90 (Confiabilidad %)
Overall Deviation: 0,45 (Desviación Estándar)
Soil Resilient Mod: 3360 Psi (Módulo Resiliente de la Subrasante)
Initial Serviciability: 4,20 (Índice de Serviciabilidad Inicial)
Terminal Serviciability: 2,50 (Índice de Serviciabilidad Inicial)
Con esta información se procede a calcular el número estructural requerido para un tránsito proyectado a
15 años con 8x106 ejes equivalentes de 80 KN y un MR(Subrasante) de 3360 Psi.
Capa
Coeficiente
Estructural (a)
Espesor
(Pulgadas)
Espesor
(Cm)
Base Estabilizada 0,140 7.87 20
Base Granular 0,135 7.87 20
Sub-Base Granular 0,120 9.84 25

4. Paso 1: Para realizar el Cálculo se ubica en el menú la opción Diseño y Evaluación de Pavimentos.

5. Paso 2: Luego se elige la opción de Análisis de Pavimentos Flexibles.
Paso 3: Una vez ejecutado el Paso 2, se muestra una ventana que solicita los parámetros de entrada.

6. Paso 4: Se ingresan las variables solicitadas para proceder a calcular el número estructural (SN).
Paso5: Con la totalidad de variables ingresadas en el software se procede a obtener el número estructural.
2.5 Determinación espesor faltante del refuerzo
Con el fin de definir el espesor de refuerzo en blacktoping, se usará la metodología de la AASHTO 1993
así:

7. 𝐷𝑜𝑙 = (
𝑆𝑁𝑜𝑙
𝑎𝑜𝑙
) = (
𝑆𝑁𝑓 − 𝑆𝑁𝑒𝑓𝑓
𝑎𝑜𝑙
)
Donde:
SNol: Número Estructural requerido de refuerzo
aol: Coeficiente Estructural de la carpeta asfáltica del refuerzo
Dol: Espesor requerido de carpeta asfáltica de refuerzo
SNf: Número estructural futuro calculado
SNeff: Número Estructural efectivo existente de la estructura
Se asume un valor de 0,40 para el coeficiente estructural de una buena mezcla asfáltica
𝐷𝑜𝑙 = (
6,20 − 3,12
0,40
) = 7,70" ≈ 20 𝑐𝑚
3. VARIACION DISEÑO DEL REFUERZO
3.1 Deflexión Medida
Se calcula el valor de deflexión medida a utilizar para el cálculo del Módulo Resiliente de la Subrasante así:
Con el fin de realizar una comparación con el diseño inicial, se optó por escoger la media de los valores
del promedio de deflexiones medias obtenidas en el sensor No. 7 (180 cm) del FWD en las losas 1 a la 8.
3.2 Módulo Resiliente de la Subrasante
Se calcula el Modulo Resiliente de la Subrasante mediante la siguiente ecuación:
𝑀𝑅( 𝑆𝑢𝑏𝑟𝑎𝑠𝑎𝑛𝑡𝑒) = 𝐶 (
0,24 𝑃
𝑑𝑟 × 𝑟
)
Losa
Medicion
No. 1
Medicion
No. 2
Medicion
No. 3
Medicion
No. 4
Medicion
No. 5
Deflexión media
(micrómetros)
Deflexión media
(10
-4
pulg)
1 58.00 57.00 58.00 58.00 57.00 57.60 22.68
2 27.30 26.80 26.10 27.30 27.00 26.90 10.59
3 47.55 47.16 47.31 47.48 46.81 47.26 18.61
4 26.00 26.00 26.00 26.00 26.00 26.00 10.24
5 55.00 53.00 55.00 56.00 54.00 54.60 21.50
6 25.30 25.50 25.10 25.30 25.30 25.30 9.96
7 44.76 43.85 44.37 45.05 44.51 44.51 17.52
8 24.00 24.00 25.00 25.00 25.00 24.60 9.69
38.35 15.10
Información deflectométrica Sensor No. 7 (180 cm) Promedio
Valor Escogido

8. La información para calcular el MR se debe ingresar en la ecuación con unidades del sistema Ingles así:
P = 9.000 Lbs (Carga FWD)
C = 0.25 (Coeficiente de Corrección)
dr = 15,10x10-4
” (Promedio deflexiones medidas a un radio de 180 cm)
r = 70,87” (radio del ultimo sensor del equipo deflectométrico)
Entonces
𝑀𝑅( 𝑆𝑢𝑏𝑟𝑎𝑠𝑎𝑛𝑡𝑒) = 0,25 (
0,24 𝑥 (9.000 𝐿𝑏𝑠)
15,10x10 − 4” 𝑥 70,87”
)
𝑀𝑅( 𝑆𝑢𝑏𝑟𝑎𝑠𝑎𝑛𝑡𝑒) = 5.046,09 ≈ 5050 𝑃𝑠𝑖
3.3 Número Estructural Requerido (SN)
Para poder calcular el espesor requerido de refuerzo, se debe calcular el número estructural requerido para
soportar el transito proyectado, conociendo los valores del Módulo Resiliente de la Subrasante, para esto
se usará el software Pavement Analysis Software P.A.S (1994 – Versión 5.01), los parámetros de entrada
ingresados en el Software son los siguientes:
E 18´s= 8.000.000 (Número de ejes equivalentes de 80 KN)
Reliability: 90 (Confiabilidad %)
Overall Deviation: 0,45 (Desviación Estándar)
Soil Resilient Mod: 5.050 Psi (Módulo Resiliente de la Subrasante)
Initial Serviciability: 4,20 (Índice de Serviciabilidad Inicial)
Terminal Serviciability: 2,50 (Índice de Serviciabilidad Inicial)
Con esta información se procede a calcular el número estructural requerido para un tránsito proyectado a
15 años con 8x106 ejes equivalentes de 80 KN y un MR(Subrasante) de 3360 Psi.

9. 3.4 Determinación espesor faltante del refuerzo
Con el fin de definir el espesor de refuerzo en blacktoping, se usará la metodología de la AASHTO 1993
así:
𝐷𝑜𝑙 = (
𝑆𝑁𝑜𝑙
𝑎𝑜𝑙
) = (
𝑆𝑁𝑓 − 𝑆𝑁𝑒𝑓𝑓
𝑎𝑜𝑙
)
Donde:
SNol: Número Estructural requerido de refuerzo
aol: Coeficiente Estructural de la carpeta asfáltica del refuerzo
Dol: Espesor requerido de carpeta asfáltica de refuerzo
SNf: Número estructural futuro calculado
SNeff: Número Estructural efectivo existente de la estructura
Se asume un valor de 0,40 para el coeficiente estructural de una buena mezcla asfáltica
𝐷𝑜𝑙 = (
5,47 − 3,12
0,40
) = 5,875" ≈ 15 𝑐𝑚

10. CONCLUSIONES
Se debe tener en cuenta una adecuada determinación del valor de deflexión media para que el
valor de capacidad de soporte de la subrasante no se vea afectado significativamente.
Se hace necesario establecer qué nivel de serviciabilidad podría llegar a ser el mínimo del proyecto,
con el fin de disminuir los costos iniciales de inversión.
RECOMENDACIONES
Teniendo en cuenta los resultados obtenidos se recomienda sean usadas 2 capas asfálticas, dando
como resultado las siguientes estructuras de pavimento:
MDC - 19 e= 0,08 m
MDC - 25 e= 0,12 m
BASE ESTABILIZADA e= 0,20 m
BASE GRANULAR e= 0,20 m
SUB-BASE GRANULAR e= 0,25 m
MDC - 19 e= 0,05 m
MDC - 25 e= 0,10 m
BASE ESTABILIZADA e= 0,20 m
BASE GRANULAR e= 0,20 m
SUB-BASE GRANULAR e= 0,25 m