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1. Ing. Jorge Timaná Rojas, M. Eng .
Universidad de Piura
Facultad de Ingeniería
Programa Académico de Ingeniería Civil
TECNOLOGÍA DE PAVIMENTOS

2. DISEÑO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES

3. ECUACIÓN DE LA GUIAAASHTO 1993
W18 : número de aplicaciones de carga de 18 kips
ZR : área bajo la curva de distribución estandarizada para una confiabilidad R
So : desviación estándar de las variables
SN : número estructural
ΔPSI : pérdida de la serviciabilidad prevista en el diseño
MR : módulo resiliente de la subrasante
07
.
8
log
32
.
2
)
1
(
1094
40
.
0
5
.
1
2
.
4
log
20
.
0
)
1
log(
36
.
9
log
19
.
5
18 









 R
o
R M
SN
PSI
SN
S
Z
W

4. DISEÑO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES
• Variables de diseño:
• Variables de tiempo
• Tránsito
• Serviciabilidad
• Confiabilidad
• Propiedades de los materiales
• Drenaje
• Subrasantes expansivas o sometidas a expansión por congelamiento

5. Variables de tiempo
• Periodo de diseño o de vida útil
Tiempo entre la construcción del pavimento y el momento en que éste
alcanza la serviciabilidad mínima
• Periodo de análisis
Tiempo total que cada estrategia de diseño debe cubrir. Puede
comprender varios periodos de vida útil

6. Periodos de análisis recomendados
Volumen de tránsito Periodo de análisis
Gran volumen de tránsito urbano
Gran volumen de tránsito rural
Bajo volumen en vía pavimentada
30 – 50 años
20 – 50 años
15 – 25 años

7. Tránsito
• Estudios de Capacidad vial y Nivel de Servicio:
• Análisis operacional
• Análisis de proyecto
• Indispensable para definir características geométricas
• Crecimiento del tránsito futuro

8. Tránsito
• Definición de carril de diseño
• Estudio de tránsito para evaluar la posibilidad que camiones
cargados viajen en una dirección y descargados en la otra
• En ausencia de datos:
Carriles en dos
direcciones
% de camiones en
el carril de diseño
2
4
6 ó más
50
45 (35 – 48)
40 (25 – 48)

9. Tránsito
• Número de repeticiones de ejes equivalente
• Configuración de ejes de la Norma Peruana:
Ejes Tn Kips
Simple
Simple
Doble
Triple
7
11
18
25
16
25
40
56

10. Tránsito
• Ejemplo.
• Carretera de cuatro carriles, dos en cada dirección, separadas por una
mediana, diseñada para un periodo de diseño de 20 años.
• El TMDA es de 8,000 vehículos por día.
• De la clasificación vehicular, Se ha determinado que 4 % del volumen son
camiones, compuesto de la siguiente manera: 20 % son C2, 30 % son
T2S2, 30 % son T3S2 y 20 % son C3R3.
• Se estima que el porcentaje de camiones en el carril de diseño es de 40 %.
• Se ha estimado una tasa de crecimiento total de 2.5 %.

11. Serviciabilidad
• Elegir serviciabilidad inicial ( ρo ) y final ( ρt )
• ρo es función del diseño del pavimento y de la calidad de la
construcción
• ρt es función de la categoría del camino y adoptada con
criterio por el proyectista
• Analizar pérdida de serviciabilidad por subrasantes expansivas

12. Serviciabilidad
• Valores recomendados
Serviciabilidad inicial:
ρo = 4.5 para pavimentos rígidos
ρo = 4.2 para pavimentos flexibles
Serviciabilidad final:
ρt = 2.5 para caminos muy importantes
ρt = 2.0 para caminos de menor tránsito

13. Confiabilidad
• Definir nivel de confiabilidad
• Si la construcción es por etapas:
vida útil < periodo de análisis
Descomponer confiabilidad de cada etapa para tener la
confiabilidad en todo el periodo de diseño
Retapa = ( Rtotal )1/n
n : número de etapas previstas

14. NIVELES DE CONFIABILIDAD RECOMENDADOS POR AASHTO
Tipo de camino Confiabilidad recomendada
Zona urbana Zona rural
Rutas interestatales y
autopistas
85 – 99.99 80 – 99.9
Arterias principales 80 – 99 75 –99
Colectoras 80 – 95 75 – 95
Locales 50 – 80 50 – 80

15. Propiedades de los materiales: Subrasante
• MR del suelo y materiales de base para obtener coeficientes
estructurales
• Se utilizan ensayos individuales
• Se selecciona de acuerdo a las características del tránsito:
Límites de diseño de la subrasante
Nivel de tránsito EAL Valor percentil de diseño
1e4 ó menos
Entre 1e4 y 1e6
Más de 1e6
60
75
87.5

17. Propiedades de los materiales: Bases
• La base es una capa de alta densidad y estabilidad
• Distribuye los esfuerzos creados por las cargas de tránsito
• Se especifica su granulometría y otros parámetros
• Especificaciones EG 2000
• DEFINIR COEFICIENTES DE CAPA, ai

18. Propiedades de los materiales: Subbases
• La resistencia no es tan importante como en la base
• Está a mayor profundidad y por tanto, la influencia de las cargas es menos
• La mezcla de materiales no debe ser necesariamente densa
• Sin embargo, se debe evitar capas de gradación abierta que pueda
contaminarse por intrusión de finos
• Se esepecifican requerimientos de permeabilidad y erosión interna:
D15Subbase / D15Subrasante > 5 D15Subbase / D85Subrasante < 4

19. Propiedades de los materiales: Asfalto
Propiedades de la mezcla asfáltica:
• ESTABILIDAD. Capacidad para resistir desplazamiento y
deformación
• DURABILIDAD: Habilidad para resistir acción del tránsito y
del clima (polimerización, oxidación o desintegración)
• IMPERMEABILIDAD. Resistencia al paso del aire y agua

20. Propiedades de los materiales: Asfalto
• TRABAJABILIDAD. Facilidad para colocar y compactar la
mezcla
• FLEXIBILIDAD. Capacidad de deformarse sin agrietarse
• RESISTENCIA A LA FATIGA. Resistencia a carga repetida
• RESISTENCIA AL DESLIZAMIENTO. Calidad superficial

21. Drenaje
• Determinar la calidad del drenaje
• Tiempo en que las capas granulares están sometidas a niveles
de humedad próximos a la saturación
• Selección de coeficientes mi

22. Determinación de espesores
• Usando ábacos
• Usando Software
• Primero se obtiene el número estructural requerido, SNreq
• Luego:
SN = a1 D1 + a2 m2 D2 + a3 m3 D3 SN ≥ SNreq
ai : coeficiente de capa en pulg-1
mi : coeficiente de drenaje
Di : espesor de capa en pulgadas
• No hay solución única

24. Espesores mínimos en función del SN:
Criterio de protección de capas
• Se basa en el concepto de que las capas granulares no tratadas deben estar
protegidas de tensiones verticales excesivas
• Exceso de tensiones = deformaciones permanentes
• Se selecciona el material para cada capa
• Se estudia el material para conocer el MR de cada capa
• Se determinan los números estructurales requeridos para proteger cada
capa, reemplazando el MR de la subrasante por el MR de la capa que está
inmediatamente bajo

26. Ejemplo
• Calcular el paquete estructural en base al criterio de espesores mínimos,
siendo:
R = 90 %
So = 0.35
E18 = 10 x 106 EAL
Δ PSI = 2.0
Material MR (psi) ai mi
Concreto asfáltico
Base piedra partida
Subbase granular
subrasante
400000
30000
14000
5000
0.42
0.14
0.10
---
---
0.8
0.7
---

27. • De acuerdo a los MR se obtiene:
SN = 5.20
SN1 = 2.80 para proteger la base
SN2 = 3.80 para proteger la subbase
Adoptando D1 = 7.0” SN1
* = a1 D1 = 0.42 x 7.0 = 2.94
Adoptando D2 = 8.0” SN2
* = a2 m2 D2 = 0.14 x 0.8 x 8 = 0.90
Adoptando D3 = 20” SN3
* = a3 m3 D3 = 0.10 x 0.70 x 20 = 1.40
"
7
.
6
42
.
0
8
.
2
1
1
1
1 


 D
a
SN
D
"
7
.
7
8
.
0
14
.
0
94
.
2
8
.
3
2
2
*
1
2
2 





m
a
SN
SN
D
"
4
.
19
7
.
0
10
.
0
)
9
.
0
94
.
2
(
2
.
5
)
(
3
3
*
2
*
1
3 







m
a
SN
SN
SN
D

28. base
subbase
subrasante
carpeta
Primera aproximación:
7”
8”
20”
Distribución poco práctica

29. Estabilidad y factibilidad de construcción
• No es práctico ni económico colocar capas de un espesor menor que un
mínimo requerido
• Espesores por encima de valor mínimo son más estables
• Los espesores se especifican muchas veces para mantener la estructura por
encima del nivel de congelamiento o para mitigar efecto de suelos
expansivos
• Espesor de capas de tratamientos superficiales es despreciable en lo que se
refiere a SN absorbido, pero tienen un gran efecto sobre las bases

30. Estabilidad y factibilidad de construcción
Espesores mínimos sugeridos por AASHTO en función del tránsito
Espesores mínimos de concreto asfáltico y base granular
Número de EALs Concreto asfáltico Base granular
Hasta 5 E 4
5 e 4 – 15 e 4
15 e 4 – 5 e 5
5e5 – 2 e 6
2 e 6 – 7 e 6
Más de 7 e 6
2.5 cm. (1 pulg.) TS
5.0 cm. (2 pulg.)
6.5 cm. (2.5 pulg.)
7.5 cm. ( 3 pulg. )
9.0 cm. (3.5 pulg.)
10.0 cm. ( 4 pulg. )
10 cm. (4 pulg.)
10 cm. (4 pulg.)
10 cm. ( 4 pulg.)
15 cm. ( 6 pulg.)
15 cm. (6 pulg.)
15 cm. (6 pulg.)

31. En el ejemplo anterior:
SN1
* + SN2
* + SN3
* = 2.94 + 0.90 + 1.40 = 5.24 > 5.20
Espesores establecidos con el criterio de protección de capas
Sin embargo, se debe evaluar espesores mínimos recomendados
Asimismo, la relación costo – eficiencia desde el punto de vista
constructivo
( Costo $ / SN )
Se maximizará el espesor del material que provea la mayor
contribución estructural por dólar gastado
Se minimizará el espesor de menor contribución por dólar gastado

32. Capa ai mi Di ai.mi.Di
1
2
3
.
.
.
SN = Σai.mi.Di
Cálculo del Número Estructural requerido:
Si SN ≥ SNreq

33. base
subbase
subrasante
carpeta
Diseño propuesto:
4”
20”
20”

34. Consideración de pérdida de serviciabilidad para condiciones
ambientales.
• Se aplica en casos de paquetes estructurales sobre suelos expansivos o
sometidos a hinchamientos por heladas
• Seleccionar un SN apropiado para la estructura inicial
• Seleccionar un periodo de vida útil esperado bajo condiciones de expansión
o hinchamiento
• Usando el gráfico de pérdida de serviciabilidad por condiciones
ambientales, se puede conocer la pérdida para los periodos asumidos
• Se resta la pérdida de serviciabilidad por condiciones ambientales de la
pérdida total de serviciabilidad Δ PSI

35. Consideración de pérdida de serviciabilidad para condiciones
ambientales.
• Del ábaco de diseño, estimar el número de EALs correspondiente a la
pérdida de serviciabilidad anterior
• Estimar el número de años que corresponde a cada valor de EAL
• Comparar el periodo de vida asumido con el último valor calculado. Si la
diferencia es mayor a un año, se promedian y se usa este promedio en la
próxima iteración
• Si la diferencia es menor a un año, el valor correspondiente es el periodo de
vida útil previsto

36. Pérdida de serviciabilidad para condiciones ambientales.

37. Consideración de pérdida de serviciabilidad pore condiciones
ambientales: Ejemplo.
Si ρo = 4.4 y ρt = 2.5; ΔPSI = 4.4 – 2.5 = 1.9
máximo periodo de vida útil: 15 años
Periodo de vida útil: ( 8.5 + 8.2 ) / 2 = 8.3 8 AÑOS
Iteración
Nº
(1)
Periodo de
vida útil
estimado
(2)
Δp por
hinchamiento
(3)
Δp por
tránsito
(4)
1.9 – (3)
Nº EAL
(5)
Periodo de vida
útil
correspondiente (6)
1
2
3
13.0
9.7
8.5
0.73
0.63
0.56
1.17
1.27
1.34
2.0x106
2.3x106
2.6x106
6.3
7.2
8.2

38. Análisis de sensibilidad
• La influencia que tienen las variables de entrada sobre el SN es muy dispar
• Unas variables pesan más que otras e incluso para valores bajos o altos, una
variable puede tener distintas influencias en el SN
• Este análisis se facilita cuando se trabaja con un software
• Fijando una de las variables y haciendo variar otras se puede estudiar la
sensibilidad

39. Efecto del tránsito sobre el SN
• Un incremento de EAL de 5 a 25 millones produce un incremento de 1.24
en el SN
• El incremento es más sustancial a niveles bajos del tránsito
• Por ejemplo, de 5 a 10 millones, el incremento de SN es 0.51
• De 20 a 25 millones, el incremento de SN es de 0.17
Efecto del cambio de serviciabilidad
• Una disminución del cambio de serviciabilidad de 1 a 2.5 produce una
disminución de 1.42 en el SN
• La disminución es casi lineal

40. Efecto del MR de la subrasante
• Las subrasantes más débiles requieren un mayor SN para reducir las
tensiones verticales y prevenir así las deformaciones permanentes
• El incremento puede lograrse en forma eficiente y barata incrementando los
espesores de base y subbase
• A menos que la base tenga poca resistencia, no conviene incrementar
mucho la carpeta asfáltica

41. Efecto de la confiabilidad
• Si la confiabilidad es menor a 90 % los cambios tienen un efecto pequeño
sobre el SN
• Por encima del 90 % en SN se incrementa notablemente
Efecto de la desviación estándar
• Su influencia es muy pequeña
• Un aumento de So de 0.4 a 0.5 produce un incremento de 0.18 en el SN