Este documento describe los factores a considerar en el diseño de pavimentos flexibles. Explica variables como el período de desempeño, datos de tráfico, nivel de confianza, efectos ambientales, criterios de desempeño y propiedades de los materiales. El objetivo es proporcionar una guía para el diseño estructural que maximice la vida útil del pavimento de manera rentable.

1. Modulo 3-1Modulo 3-1
DISEÑO DE PAVIMENTOSDISEÑO DE PAVIMENTOS
FLEXIBLESFLEXIBLES

2. Condiciones Específicas del ARTCondiciones Específicas del ART
Clima de Norte IllinoisClima de Norte Illinois 762mm lluvia762mm lluvia
12 ciclos congel.12 ciclos congel.
Construcción de muy alta calidadConstrucción de muy alta calidad
Secciones de ensayo cortas: 37 m (120 ft)Secciones de ensayo cortas: 37 m (120 ft)
4 tipos de base (pavimentos flexibles)4 tipos de base (pavimentos flexibles)
– Caliza Chancada, Grava, Grava tratada conCaliza Chancada, Grava, Grava tratada con
cemento, Grava tratada con Asfaltocemento, Grava tratada con Asfalto
Combinación específica de capasCombinación específica de capas
Máximo número de ESALS: 7 millones.Máximo número de ESALS: 7 millones.

3. Modelo de Diseño Actual deModelo de Diseño Actual de
Pavimentos FlexiblesPavimentos Flexibles
+ 2.32 * log (M ) - 8.07
Log W = Z * S + 9.36 log (SN + 1) - 0.20o
R
R
+
0.40 +
1094
(SN + 1) 5.19
log
4.2 − p
4.2 - 1.5[ ]t

4. Variables Generales Para el DiseñoVariables Generales Para el Diseño
Variables de tiempoVariables de tiempo
Período de desempeñoPeríodo de desempeño
Período de análisisPeríodo de análisis
TráficoTráfico
Nivel de confianza para el diseñoNivel de confianza para el diseño
Efectos de medio ambienteEfectos de medio ambiente
HinchamientoHinchamiento
CongelamientoCongelamiento
DeshieloDeshielo

5. Período de Desempeño (vida útil)Período de Desempeño (vida útil)
Tiempo para el cual el pavimento se deterioraráTiempo para el cual el pavimento se deteriorará
hasta un cierto nivel de serviciabilidad final, enhasta un cierto nivel de serviciabilidad final, en
función de:función de:
Clasificación funcional de la carreteraClasificación funcional de la carretera
Respuesta de los usuariosRespuesta de los usuarios
Costo inicial y costo del ciclo de vidaCosto inicial y costo del ciclo de vida
Otras consideraciones de ingeniería.Otras consideraciones de ingeniería.
El diseñador debe seleccionar las fronterasEl diseñador debe seleccionar las fronteras
máximas y mínimas.máximas y mínimas.

6. Período de AnálisisPeríodo de Análisis
Tiempo que debe ser cubierto por cualquierTiempo que debe ser cubierto por cualquier
estrategia de diseño (diseño inicial yestrategia de diseño (diseño inicial y
rehabilitaciones planeadas).rehabilitaciones planeadas).
El diseñador debe seleccionar el período deEl diseñador debe seleccionar el período de
análisis (min. 20 años), para evaluar conanálisis (min. 20 años), para evaluar con
precisión las estrategias a largo plazo en base aprecisión las estrategias a largo plazo en base a
costos de ciclo de vida.costos de ciclo de vida.
Para gran volúmen de tránsito debería ser 30-50Para gran volúmen de tránsito debería ser 30-50
años.años.

7. Período de Análisis y de DesempeñoPeríodo de Análisis y de Desempeño
p
P1
P2
1.5
0
Sobrecarpeta
N
N1.5
f
Período de Análisis
N
Período de Desempeño (vida útil)

8. Datos de TráficoDatos de Tráfico
Ejes Equivalentes acumulados de 80KNEjes Equivalentes acumulados de 80KN
para el período inicial de desempeño enpara el período inicial de desempeño en
el carril de diseñoel carril de diseño

9. Nivel de ConfianzaNivel de Confianza
Probabilidad de que el pavimento sobreviva a suProbabilidad de que el pavimento sobreviva a su
período de desempeño.período de desempeño.
En la ecuación de diseño, Fr es un multiplicadorEn la ecuación de diseño, Fr es un multiplicador
del tráfico.del tráfico.
Fr = f(R,So)Fr = f(R,So)
Fr es el coeficiente de seguridad del diseñoFr es el coeficiente de seguridad del diseño
Para el caso de rehabilitaciones planeadas, sePara el caso de rehabilitaciones planeadas, se
debe considerar el factor compuesto,debe considerar el factor compuesto, RR 1/n1/n

10. Nivel de Confianza, RNivel de Confianza, R
ClasificaciónClasificación
Interestatal/AutopistaInterestatal/Autopista
Arteria PrincipalArteria Principal
ColectoresColectores
LocalesLocales
UrbanoUrbano
85-99.985-99.9
80-9980-99
80-9580-95
50-8050-80
RuralRural
80-99.980-99.9
75-9575-95
75-9575-95
50-8050-80

11. Desviación Standard, SoDesviación Standard, So
Factor que toma en cuenta los errores oFactor que toma en cuenta los errores o
variabilidad asociados con el diseño y los datosvariabilidad asociados con el diseño y los datos
de construcción, incluyendo la variabilidad ende construcción, incluyendo la variabilidad en
las propiedades de los materiales del suelo,las propiedades de los materiales del suelo,
estimaciones de tráfico, condiciones climáticas yestimaciones de tráfico, condiciones climáticas y
calidad de construcción.calidad de construcción.
Si existe gran confiabilidad en los datos deSi existe gran confiabilidad en los datos de
tráfico se recomienda 0.44, de no ser así, 0.49tráfico se recomienda 0.44, de no ser así, 0.49

12. Efectos Ambientales AdversosEfectos Ambientales Adversos
AASHTO tiene un procedimiento paraAASHTO tiene un procedimiento para
considerar la pérdida de serviciabilidad porconsiderar la pérdida de serviciabilidad por
cuestiones de medio ambiente comocuestiones de medio ambiente como
hinchamiento de suelos y congelamiento.hinchamiento de suelos y congelamiento.
Estos aspectos deben preferentemente tratarseEstos aspectos deben preferentemente tratarse
en el campo, tratar los suelos expansivos oen el campo, tratar los suelos expansivos o
removerlos y construir por sobre las capasremoverlos y construir por sobre las capas
susceptibles de congelamiento.susceptibles de congelamiento.

13. Criterio de DesempeñoCriterio de Desempeño
Indice de serviciabilidad inicial PoIndice de serviciabilidad inicial Po
Diseño de Pavimento.Diseño de Pavimento.
Construcción según la suavidad especificada (IRI).Construcción según la suavidad especificada (IRI).
Serviciabilidad final PtServiciabilidad final Pt
Importancia del pavimentoImportancia del pavimento
Clasificación funcionalClasificación funcional
Pérdida de serviciabilidadPérdida de serviciabilidad
PSI = Po - PtPSI = Po - Pt

14. Valores Recomendados de ServiciabilidadValores Recomendados de Serviciabilidad
Serviciabilidad inicial:Serviciabilidad inicial:
4.2 en el AASHTO Road Test.4.2 en el AASHTO Road Test.
4.5 o mayor con especificaciones estrictas, alto4.5 o mayor con especificaciones estrictas, alto
grado de control y equipo de última generación.grado de control y equipo de última generación.
Serviciabilidad final:Serviciabilidad final:
1.5 en el A AASHTO Road Test (falla)1.5 en el A AASHTO Road Test (falla)
Dependiendo del tipo de vía 2.5 en vías importantesDependiendo del tipo de vía 2.5 en vías importantes
y 2.0 en vías de bajo tráficoy 2.0 en vías de bajo tráfico

15. Propiedades de los Materiales paraPropiedades de los Materiales para
Diseño EstructuralDiseño Estructural
Módulo ResilienteMódulo Resiliente
Suelo de SubrasanteSuelo de Subrasante
Capas GranularesCapas Granulares
Módulo ElásticoMódulo Elástico
Concreto AsfaltícoConcreto Asfaltíco
Materiales Estabilizados.Materiales Estabilizados.

16. Módulo Resiliente de la SubrasanteMódulo Resiliente de la Subrasante
Muestras del suelo natural o banco deMuestras del suelo natural o banco de
préstamopréstamo
Muestras inalteradasMuestras inalteradas
PerforacionesPerforaciones
DefleccionesDeflecciones
Penetrómetro dinámico de conoPenetrómetro dinámico de cono
Espaciamiento: 100 a 500m alternando líneas.Espaciamiento: 100 a 500m alternando líneas.

17. Realizar ensayos de:Realizar ensayos de:
Módulo Resiliente (AASHTO T 294-921)Módulo Resiliente (AASHTO T 294-921)
CBR, Valor-RCBR, Valor-R
Propiedades de suelosPropiedades de suelos
Retrocálculo por deflexionesRetrocálculo por deflexiones
Penetrómetro-estimar CBR.Penetrómetro-estimar CBR.
Determinar valor promedio Mr para los nivelesDeterminar valor promedio Mr para los niveles
de humedad esperados en el futuro.de humedad esperados en el futuro.
Variaciones EstacionalesVariaciones Estacionales
Módulo Resiliente de la Subrasante (2)Módulo Resiliente de la Subrasante (2)

18. Determinar variaciones estacionalesDeterminar variaciones estacionales
del Módulo Resilientedel Módulo Resiliente
Dividir el año en períodos cortos deDividir el año en períodos cortos de
tiempotiempo
Determinar el valor del daño relativoDeterminar el valor del daño relativo
para cada módulo estacionalpara cada módulo estacional
Estimar el Mr efectivoEstimar el Mr efectivo
Módulo Resiliente EfectivoMódulo Resiliente Efectivo
de la Subrasantede la Subrasante

19. Ecuación del Número EstructuralEcuación del Número Estructural
SNSNeffeff = a= a11DD11 + a+ a22DD22mm22 + a+ a33DD33mm33 + ...+ ...
DDii = Espesor de la capa “i” (asfalto, base, subbase)= Espesor de la capa “i” (asfalto, base, subbase)
aaii = Coeficiente estructural de la capa “i”= Coeficiente estructural de la capa “i”
mmii = Coeficiente de drenaje de las capas “i”, capas= Coeficiente de drenaje de las capas “i”, capas
consideradas impermeables i= 1consideradas impermeables i= 1

20. Coeficientes Estructurales de Capa (aCoeficientes Estructurales de Capa (aii))
Capacidad relativa de un material de espesorCapacidad relativa de un material de espesor
unitario para que funcione como ununitario para que funcione como un
componente estructural del pavimentocomponente estructural del pavimento
Indicación de la contribución estructural de unIndicación de la contribución estructural de un
material a la estructura del pavimentomaterial a la estructura del pavimento
Los valores originales se derivan del AASHOLos valores originales se derivan del AASHO
Road Test y han sido modificados por variasRoad Test y han sido modificados por varias
agencias de víasagencias de vías

21. Coeficientes de Drenaje (mCoeficientes de Drenaje (mii))
Ajustan los coeficientes estructurales deAjustan los coeficientes estructurales de
materiales no tratados para tomar en cuentamateriales no tratados para tomar en cuenta
los efectos de drenaje en el desempeño delos efectos de drenaje en el desempeño de
los pavimentos en función de:los pavimentos en función de:
Calidad del Drenaje.Calidad del Drenaje.
Tiempo de saturación.Tiempo de saturación.
Las condiciones de drenaje en el AASHTOLas condiciones de drenaje en el AASHTO
Road Test fueron pobres.Road Test fueron pobres.

22. Calidad del DrenajeCalidad del Drenaje
Calidad deCalidad de Agua Removida dentro deAgua Removida dentro de
DrenajeDrenaje
Excelente 2 horas
Bueno 1 día
Regular 1 semana
Pobre 1 mes
Muy Pobre El agua no drena

23. Valores mValores mii RecomendadosRecomendados
Calidad delCalidad del
DrenajeDrenaje
ExcelenteExcelente
BuenaBuena
RegularRegular
PobrePobre
Muy PobreMuy Pobre
< 1%< 1%
1.40-1.351.40-1.35
1.35-1.251.35-1.25
1.25-1.151.25-1.15
1.15-1.051.15-1.05
1.05-0.951.05-0.95
1-5%1-5%
1.35-1.301.35-1.30
1.25-1.151.25-1.15
1.15-1.051.15-1.05
1.05-0.801.05-0.80
0.95-0.750.95-0.75
5-25%5-25%
1.30-1.201.30-1.20
1.15-1.001.15-1.00
1.00-0.801.00-0.80
0.80-0.600.80-0.60
0.75-0.400.75-0.40
> 25%> 25%
1.201.20
1.001.00
0.800.80
0.600.60
0.400.40
% del tiempo en que la estructura del pavimento está% del tiempo en que la estructura del pavimento está
expuesta a niveles de humedad próximos a la saturaciónexpuesta a niveles de humedad próximos a la saturación

24. Procedimiento de DiseñoProcedimiento de Diseño
Determinación de Espesores:Determinación de Espesores:
Soluciones manualesSoluciones manuales
Abacos (Nomogramas)Abacos (Nomogramas)
SoftwareSoftware

25. SubgradeRes
50
70
90
99
99.9
.6
.4
.2
StandardDeviation,S
.05
.5
5.0
50
18-kipESALs(millio
40
20
10
5
1
9 7 5 3 1
D esign Structural Number, SN
D esign Serviceability L oss
0.5
1.5
3.0
Abaco de DiseñoAbaco de Diseño

26. Procedimiento de Diseño de AASHTOProcedimiento de Diseño de AASHTO
Determinar el número estructural requeridoDeterminar el número estructural requerido
Identificar diseños tentativosIdentificar diseños tentativos
Corregir por pérdidas de serviciabilidadCorregir por pérdidas de serviciabilidad
ambientales (opcional)ambientales (opcional)
Determinar opciones “en etapas”Determinar opciones “en etapas”
Realizar análisis de costo del ciclo de vidaRealizar análisis de costo del ciclo de vida
Definir el diseño final del pavimentoDefinir el diseño final del pavimento

27. Ecuación del Número EstructuralEcuación del Número Estructural
SNef = a1D1 + a2D2m2 + a3D3m3 + ...
DDii = Espesor de la capa “i” (asfalto, base, subbase)= Espesor de la capa “i” (asfalto, base, subbase)
aaii = Coeficiente estructural de la capa “i”= Coeficiente estructural de la capa “i”
mmii = Coeficiente de drenaje de las capas “i”, capas= Coeficiente de drenaje de las capas “i”, capas
consideradas impermeables i= 1consideradas impermeables i= 1
NO EXISTE UNA SOLUCION UNICANO EXISTE UNA SOLUCION UNICA

28. Consideraciones para la SelecciónConsideraciones para la Selección
de los Materialesde los Materiales
Facilidad de construcciónFacilidad de construcción
Disponibilidad a distancias razonablesDisponibilidad a distancias razonables
Consideraciones de costoConsideraciones de costo
Consideraciones de mantenimientoConsideraciones de mantenimiento
Normas de la entidad ejecutoraNormas de la entidad ejecutora
Espesores Mínimos (tabla 8-2)Espesores Mínimos (tabla 8-2)

29. Análisis con Verificación por CapasAnálisis con Verificación por Capas
Espesores Mínimos en Función del SNEspesores Mínimos en Función del SN
DDii == SNSNi+1i+1 - SN- SNii
aaii mmii
Espesores mínimos para proteger la capa subyacenteEspesores mínimos para proteger la capa subyacente
DDii = Espesor de la capa “i”= Espesor de la capa “i”
aaii = Coeficiente estructural de la capa “i”= Coeficiente estructural de la capa “i”
mmii = Coeficiente de drenaje de las capas “i”= Coeficiente de drenaje de las capas “i”
SNSNii = Número estructural requerido sobre la capa= Número estructural requerido sobre la capa
SNSNi+1i+1 = Número estructural requerido por encima= Número estructural requerido por encima
de la capa subyacentede la capa subyacente

30. Análisis con Verificación por CapasAnálisis con Verificación por Capas
Espesores Mínimos en Función del SNEspesores Mínimos en Función del SN
DDii == SNSNi+1i+1 - SN- SNii
aaii mmii
Substituir el Mr de subrasante por el Mr de base,Substituir el Mr de subrasante por el Mr de base,
determinar S1 con el mismo ábaco u ecuación.determinar S1 con el mismo ábaco u ecuación.
Con S1 y a1 definir D1. (D1 = S1/a1)Con S1 y a1 definir D1. (D1 = S1/a1)
Con Mr de subbase, determinar SN2, el valor debeCon Mr de subbase, determinar SN2, el valor debe
ser absorbido por el asfalto y la capa base,ser absorbido por el asfalto y la capa base,
entonces se puede determinar D2 …entonces se puede determinar D2 …
Los espesores tienen la lógica del sistema enLos espesores tienen la lógica del sistema en
capas.capas.

31. Análisis con Verificación por CapasAnálisis con Verificación por Capas
Espesores Mínimos en Función del SNEspesores Mínimos en Función del SN
Los espesores tienen la lógica del sistema enLos espesores tienen la lógica del sistema en
capas. Cada capa estaría protegida por la capacapas. Cada capa estaría protegida por la capa
superior.superior.
El criterio no es aplicable para capas conEl criterio no es aplicable para capas con
módulo resiliente mayor a 40,000 psi (280 MPa)módulo resiliente mayor a 40,000 psi (280 MPa)

32. Construcción en EtapasConstrucción en Etapas
Construcción de la estructura del pavimentoConstrucción de la estructura del pavimento
en etapas, de acuerdo con unaen etapas, de acuerdo con una programaciónprogramación
pre-determinadapre-determinada..
Fondos limitados para el diseño completoFondos limitados para el diseño completo
Se espera que los volúmenes de camiones seSe espera que los volúmenes de camiones se
incrementen fuertemente en el futuroincrementen fuertemente en el futuro
Diseñar la 2a etapa como SobrecarpetaDiseñar la 2a etapa como Sobrecarpeta
(método de la vida remanente)(método de la vida remanente)
R(etapa) = R (global)R(etapa) = R (global)1/n1/n

33. Análisis de SensibilidadAnálisis de Sensibilidad
Examinar el efecto de diferentes datos en elExaminar el efecto de diferentes datos en el
Número Estructural resultante.Número Estructural resultante.
Provee un indicador de los valores que debenProvee un indicador de los valores que deben
ser seleccionados más cuidadosamente.ser seleccionados más cuidadosamente.

34. Ejemplo de los ApuntesEjemplo de los Apuntes
ESALs = 10 millonesESALs = 10 millones
Serviciabilidad inicial = 4.2Serviciabilidad inicial = 4.2
Serviciabilidad final = 2.5Serviciabilidad final = 2.5
Nivel de confianza = 90%Nivel de confianza = 90%
Desviación standard = 0.45Desviación standard = 0.45
Módulo Resiliente = 5000psiMódulo Resiliente = 5000psi

35. Los Gráficos de Sensibilidad seLos Gráficos de Sensibilidad se
Observan en DIPAVObservan en DIPAV

36. Limitaciones delLimitaciones del
Método de Diseño AASHTOMétodo de Diseño AASHTO
Materiales y subrasantes limitados.Materiales y subrasantes limitados.
Variabilidad de materiales y de los procesosVariabilidad de materiales y de los procesos
construcctivosconstrucctivos
Una sóla región climáticaUna sóla región climática
Corto periodo de desempeño del Road TestCorto periodo de desempeño del Road Test
No uso de tráfico mixtoNo uso de tráfico mixto
Ausencia de guía en algunas variables de diseñoAusencia de guía en algunas variables de diseño
Modelos extrapolados para los FactoresModelos extrapolados para los Factores
Equivalentes VehicularesEquivalentes Vehiculares
Es importante la calibración a condiciones localesEs importante la calibración a condiciones locales