El documento describe el método venezolano para el diseño de pavimentos flexibles. Se basa en los métodos Shell y AASHTO y utiliza un número estructural para cada capa que garantiza que no falle. Incluye ecuaciones de diseño, aportes estructurales de las capas, y un ejemplo de cálculo del diseño de un pavimento.
2. • Se basa en el método de la SHELL (Europeo) y de la AASHTO,
entro en vigencia en 1970, por una comisión del MTC, Ing. Luis
Salame.
- Método Shell Influye la temperatura y topografía.
- Método AASHTO Plantea un número estructural para que
ninguna capa falle, y se mantenga con el valor de CBR.
Fallas:
1. De las capas asfálticas en la parte inferior y luego se va
desplazando hacia arriba.
2. Deformación de la Sub-rasante.
3. Ecuación de Diseño:
NEVi= Número Estructural venezolano de la capa i. Valor mínimo a
cumplir, garantiza que la capa i no falle. (Adimensional).
CR= Carpeta de rodamiento, 5 cm.
CAR= Capa asfáltica remanente.
CR y CAR Pueden ser del mismo tipo de mezcla o no, MAC o
mezclas en frio.
MS=Material Seleccionado.
SB
B
CAR
NEVMS
NEVSB
NEVB
SR
MS
CR
NEVSR
4. Notas:
El material seleccionado (MS) se usa generalmente cuando
CBRSR≤3%:
- Mejor que la SR (5 ≤ CBR≤20%)
- Peor que la base.
El MS sirve de filtro para que la SB no se mezcle con la SR cuando
el terreno de fundación es muy malo.
Este método no involucra coeficientes de drenaje, porque la
AASHTO en ese momento no tomaba en cuenta este parámetro
(método venezolano se quedo obsoleto).
5. Este método es solo aplicable a materiales granulares no
estabilizados, esto debido a que el NEV involucra al CBR de los
materiales y este ensayo solo se aplica a materiales no
modificados.
El método venezolano se trabaja de abajo hacia arriba y luego
ajustamos las correcciones de arriba hacia abajo.
Del Método SHELL involucra:
a) Factor por pendiente :
Rg= Factor regional por pendiente.
p= Pendiente promedio longitudinal de la unidad de diseño del
pavimento, expresado en porcentaje.
6. p=3% Pendiente máxima que puede afectar el diseño.
Rg=1 si p≤3%
Rg>1 si p>3%
Corrección Nt=N´t.Rg Es el que se usa en la ecuación.
Los vehículos pesados que transitan por vías con pendiente >3%
deben disminuir su velocidad y transmiten esfuerzos mayores al
pavimento, los cuales tienden a correrse hacia atrás, esto no ocurre
en vías planas con p≤3%.
Aumentar las cargas para diseñar espesores mas grandes de
manera de que esta carpeta (CR) sea de mayor espesor y menos
deformable.
7. b) Factor regional por temperatura (Rta):
Rta Solo afecta a las capas asfálticas.
No es lo mismo construir una CR en el calor que en zonas de
temperatura fría, ya que a mayor temperatura el asfalto se hace mas
fluido, hay que dar en este caso mayores espesores.
Este factor depende de la temperatura y del asfalto utilizado (Fig.
28).
9. Aportes estructurales:
aCR Fig. 21,
Curva A, mezclas cerradas (Tipo I --- Tipo V)
Curva B, Mezclas Abiertas (Tipo VI --- Tipo X)
Nota: Para mezclas M9,M12,M19,M24 Usar la curva de mezclas
cerradas.
aCAR Fig. 22,
Curva A, MAC Densa
Curva B, MAC abiertas y BAC (bases asfálticas en caliente).
Curva C, Grava Emulsión, mezclas asfálticas en frio densas.
Curva D, Arena asfalto.
10. aB y aSB
Fig. 23, Materiales naturales, Curva A: CBR dinámico, Curva B: CBR
estático.
Fig. 24, Bases estabilizadas con cemento. Solo bases.
aMS
Nota: Las bases y sub-bases estabilizadas no tienen NEV, ya que
el parámetro utilizado es el CBR, que es un ensayo para suelos
naturales.
Nota: CBR dinámico, se usa un disco compactador para
compactar en vez del martillo.
Fig. 25.
12. Ejercicio: Diseñar por el método venezolano un pavimento con los
siguientes datos:
CBRSR=3%, CBRMS=10%, CBRSB=30%, CBRB=65%,
CAR EM=1500 lbs (Estabilidad Marshall), mezcla Tipo VII, CA 85-
100
CR EM 2800 lbs (Estabilidad Marshall), mezcla Tipo III, CA 60-70
TMAA=28°C, p=5%, N´t=9E7 e.e
Solución:
Corrección por pendiente
Rg=? Como p>3%
Nt=Rg.N´t=1.14x9E7=1.03E8 e.e ( este es el que se usa en la
ecuación).
13. Números Estructurales:
Con CBRSR NEVSR=19.71
Con CBRMS NEVMS=13.82
Con CBRSB NEVSB=10.30
Con CBRB NEVB=8.53
NEVB<NEVSB<NEVMS<NEVSR
Se diseña desde el punto de vista estructural de abajo hacia arriba
15. NEVMS≥ eSB.aSB+eB.aB+eCAR.aCAR+ eCR.aCR
NEVMS= eSB.aSB+ NEVSB =13.82
aSB Fig. 23 0.104
eSB=(NEVMS - NEVSB )/aSB =(13.82 – 10.30)/0.104=33.85 cm
Redondeo eSB=34 cm en campo 40 cm.
NEVSB≥ eB.aB+eCAR.aCAR+ eCR.aCR
NEVSB= eB.aB+NEVB =8.53
aB Fig. 23 0.135
eB=(NEVSB - NEVB )/aB =(10.30 – 8.53)/0.135=13.11 cm
Redondeo: eB=14 cm La base tiene un mínimo de eminB=15 cm
16. NEVB≥ eCAR.aCAR+eCR.aCR =8.53
aCAR Fig. 22 0.287
aCR Fig. 21 0.448
eCR=5 cm
eCAR=(NEVB – eCR.aCR )/aCAR =(8.53 – 5x0.448)/0.287=21.92 cm
Redondeo: eCAR=22 cm
17. Chequeo: Por Fatiga
MAestructural MAfatiga
eMA=eCAR + eCR =22 + 5 = 27 cm
Nota: Para el chequeo por fatiga uso las Fig. 26 y 27, depende de la
mezcla que se esta colocando sobre la superficie no tratada, en este
caso la base, y la mezcla sobre la base es la CAR.
Fig 26 Mezclas cerradas ( Tipo I ---- Tipo V, Superpave)
Fig. 27 Mezclas Abiertas ( Tipo VI ---- Tipo X)
En este ejemplo la mezcla (CAR) es abierta, entonces Fig. 27
18.
19. Continuación del Ejercicio:
En este caso no hay restricciones del espesor de MS, entonces usar
CBRMS
Con CBRMS=10% Fig. 27 eMA fatiga min = 19 cm
eMA Estructural = 27 cm
eMA fatiga = 19 cm , 27>19 El diseño lo gobierna el espesor
estructural.
- Corrección por temperatura
Rta=?
Con TMAA=28 °C Rta CR = 1.05 , Rta CAR= 1.25
eMA= eCR . Rta + eCAR . Rta = 5x1.05 + 22x1.25 = 32.75 = 33 cm
Por convenio la capa de rodamiento es 5 cm y el resto lo absorbe la
capa de asfalto remanente , CR=5 cm , CAR= 28 cm
20. Chequeo Estructural:
Recalculo del diseño de arriba hacia abajo.
NEVB=eCAR.aCAR+eCR.aCR =22x0.287 + 5x0.448=8.55 > 8.53 √√
Criterio: Usar 22 en vez de 28, ya
que una capa mas delgada es mas susceptible al calor.
NEV´B= 8.55
NEVSB= eB.aB+NEV´B =8.55
eB=(NEVSB – NEV´B )/aB =(10.30 – 8.55)/0.135=12.90 cm
e´minB=15 cm
23. Ejemplo: Rediseñar el pavimento anterior considerando un espesor
de material seleccionado de 40 cm.
Solución:
Nota: Siempre que se replante un diseño se trabaja con
NEVoriginales, hasta el chequeo por fatiga es igual.
24.
25. eMA = 30 cm , CR=5 cm y CAR=25 cm
Corrección por temperatura
Rta=?
Con TMAA=28 °C Rta CR = 1.05 , Rta CAR= 1.25
eMA= eCR . Rta + eCAR . Rta = 5x1.05 + 25x1.25 = 36.5 cm
Por convenio la capa de rodamiento es 5 cm y el resto lo absorbe la
capa de asfalto remanente , CR=5 cm , CAR= 31.5 cm
Nota: Como el diseño es gobernado por fatiga se comporta como
eMA = 30 cm
26. Chequeo Estructural:
Recalculo del diseño de arriba hacia abajo.
NEVB=eCAR.aCAR+eCR.aCR =25x0.287 + 5x0.448=9.42 > 8.53 √√
Criterio: Usar 25 en vez de 31.5, ya
que una capa mas delgada es mas susceptible al calor.
NEV´B= 9.42
NEVSB= eB.aB+NEV´B =10.30
eB=(NEVSB – NEV´B )/aB =(10.30 – 9.42)/0.135=6.51 cm
e´minB=15 cm
27. NEVSB= e´B.aB+NEV´B = 15x0.135 + 9.42 =11.45 > 10.30 √√
NEV´SB= 11.45
NEVMS= eSB.aSB+ NEV´SB
eSB=(NEVMS – NEV´SB )/aSB =(13.82 – 11.45)/0.104=22.79 = 23 cm
e´SB=23 cm
NEVMS= e´SB.aSB+NEV´SB = 23x0.104 + 11.45 =13.84 > 13.82 √√
NEV´MS= 13.84
NEVSR= eMS.aMS+ NEV´MS
eMS=(NEVSR – NEV´MS )/aMS = 40 cm (Fijo en el ejercicio)
e´MS=40 cm
NEVSR= e´MS.aMS+NEV´MS = 40x0.072 + 13.84 =16.72 <19.71 XX
No Cumple
28. No cumple, hay que aumentar NEVSR y eso ocurre si aumento
NEV´MS, ya que no puedo aumentar eMS porque se fijo en 40 cm.
NEV´MS = 16.83
NEVSR= e´MS.aMS+ NEV´MS = 19,71 (obligado)
e´MS=40 cm
NEVSR= e´MS.aMS+NEV´MS = 40x0.072 + NEV´MS =19.71
NEV´MS= eSB.aSB+ NEV´SB
eSB=(NEV´MS – NEV´SB )/aSB =(16.83 – 11.45)/0.104=51.73 = 52 cm
e´SB=52 cm
NEVMS= e´SB.aSB+NEV´SB = 52x0.104 + 11.45 =16.86 > 13.82 √√
NEV´MS= 16.86
NEVSR= e´MS.aMS+NEV´MS = 40x0.072 + 16.86 =19.74 >19.71 √√
30. Ejercicio: Eliminando el material
seleccionado, rediseñar el
pavimento.
Solución:
Como se esta partiendo de un
diseño ya realizado y se le va a
eliminar el MS, hay un diferencial
del número estructural.
ΔNEV = NEVSR – NEVMS
ΔNEV = 19.71 – 13.82=5.89
La solución depende de la
economía. Lo mas económico es
que la diferencia la absorba la sub-
base. La escogencia va a
depender de un análisis
económico.
Como es un rediseño se usan
NEVoriginales
31. Todo es igual hasta el chequeo por fatiga.
Chequeo por Fatiga.
Caso I , no hay material seleccionado
Con CBRSR=3% Fig. 27 (mezcla abierta) eMAC fatiga min= 33.5 cm
Como e´MA fatiga > e´MA estructural =27 cm El diseño lo gobierna la
fatiga.
eMAC = CR + CAR = 5 + 28.5 = 33.5 cm
Corrección por temperatura
Rta=?
Con TMAA=28 °C Rta CR = 1.05 , Rta CAR= 1.25
eMA= eCR . Rta + eCAR . Rta = 5x1.05 + 28.5x1.25 = 40.88=41 cm
32. Por convenio la capa de rodamiento es 5 cm y el resto lo absorbe la
capa de asfalto remanente , CR=5 cm , CAR= 36 cm
Nota: Como el diseño es gobernado por fatiga se comporta como
eMA = 33.5 cm
33. Chequeo Estructural:
Recalculo del diseño de arriba hacia abajo.
NEVB=e´CAR.aCAR+e´CR.aCR =28.5x0.287 + 5x0.448=10.42> 8.53 √√
Criterio: Usar 28.5 en vez de 36, ya
que una capa mas delgada es mas
susceptible al calor.
NEV´B= 10.42
NEVSB= eB.aB+NEV´B =10.30
eB=(NEVSB – NEV´B )/aB =(10.30 – 8.53)/0.135=13.11 cm
e´minB=15 cm
34. NEVSB= e´B.aB+NEV´B = 15x0.135 + 10.42 =12.45 > 10.30 √√
NEV´SB= 12.45
NEVSR= eSB.aSB+ NEV´SB Esta ecuación se modifica ya que no hay
MS.
eSB=(NEVSR – NEV´SB )/aSB =(19.71 – 12.45)/0.104=69.81 = 70 cm
e´SB=70 cm
NEVSR= e´SB.aSB+NEV´SB = 70x0.104 + 12.45 =19.73>19.71 √√
NEV´SR=19.73