Modulo 20

DISEÑO DE OBRAS DE
REHABILITACIÓN PARA LA
CORRECCIÓN DE DEFICIENCIAS
ESTRUCTURALES

CONTENIDO

Diseño de sobrecapas asfálticas sobre pavimentos asfálticos
Diseño de sobrecapas de concreto sobre pavimentos
asfálticos (whitetopping)
Diseño de pavimentos asfálticos reciclados
Diseño de sobrecapas asfálticas sobre pavimentos rígidos
Diseño de sobrecapas de concreto adheridas sobre
pavimentos rígidos
Diseño de sobrecapas de concreto no adheridas sobre
pavimentos rígidos
Diseño de reconstrucción de pavimentos

DISEÑO DE LA REHABILITACIÓN

OPCIONES ADECUADAS DE MEJORAMIENTO EN
DIFERENTES PUNTOS DE LA VIDA DEL PAVIMENTO


DISEÑO DE SOBRECAPAS
ASFÁLTICAS SOBRE
PAVIMENTOS ASFÁLTICOS

DISEÑO DE SOBRECAPAS ASFÁLTICAS
SOBRE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS

APLICACIONES DE LAS SOBRECAPAS

Se pueden construir con un fin funcional, para mejorar la
fricción superficial y la comodidad del usuario, caso en el
cual la sobrecapa es delgada y su espesor no se define con
base en procedimientos de diseño

Se pueden construir para acondicionar la capacidad
estructural del pavimento a la intensidad del tránsito
futuro, caso en el cual su espesor es mayor y se obtiene
como resultado de un diseño. Una sobrecapa construida
con esta misión también corrige las deficiencias de tipo
funcional


ENFOQUES PARA EL DISEÑO DE LAS SOBRECAPAS

A partir del concepto de la deficiencia estructural
(AASHTO, The Asphalt Institute)

A partir de las medidas de deflexión (The Asphalt
Institute)

Procedimiento empírico – mecanístico (Washington
DOT, Instituto Nacional de Vías)


ENFOQUE A PARTIR DEL CONCEPTO DE LA DEFICIENCIA
ESTRUCTURAL

Concepto

La sobrecapa debe satisfacer la deficiencia entre la
capacidad estructural requerida para soportar el tránsito
futuro (SCf) y la capacidad estructural del pavimento
existente (SCeff)


ESTRUCTURAL


ENFOQUE A PARTIR DEL CONCEPTO DE LA DEFICIENCIA ESTRUCTURAL
(AASHTO)

PASOS PARA DETERMINAR EL ESPESOR DE LA SOBRECAPA
1 Análisis de tránsito Ejes equivalentes durante el período
de diseño del refuerzo y,si es posible,
los soportados por la estructura actual
2 Determinación del número Empleando la fórmula AASHTO para
estructural requerido para el diseño de pavimentos nuevos, con
soportar el tránsito futuro el módulo de la subrasante obtenido en
(SNf) ensayos de laboratorio o por retrocálculo


(AASHTO)

3 Determinación del número Hay tres métodos:
estructural del pavimento (1) *Se estima en función del espesor y
existente (SNeff) del módulo efectivo de la estructura
del pavimento. Este último es función
de la deflexión máxima, del módulo de
la subrasante in situ, del espesor del
pavimento y del radio del plato de carga
(2) *Se estima asignando coeficientes
estructurales a las capas del pavimento
existente de acuerdo con su condición
(3) *Se estima mediante el concepto
de vida residual
4 Determinación del espesor ( SNf - SNeff ) / a1
de la sobrecapa a1 = coeficiente estructural del material
del refuerzo


Enfoque a partir del concepto de la deficiencia estructural (AASHTO)
COEFICIENTES ESTRUCTURALES SUGERIDOS POR AASHTO
MATERIAL CONDICIÓN SUPERFICIAL COEFICIENTE
Concreto asfáltico Pocas grietas piel cocodrilo y baja severidad y/o
sólo grietas transversales de baja severidad 0.35 - 0.40

< 10% grietas piel cocodrilo baja severidad y/o
< 5 % grietas transversales severidad media y alta 0.25 - 0.35

>10 % grietas piel cocodrilo severidad media y/o
< 10 % grietas piel cocodrilo severidad alta y/o
> 10 % grietas transversales severidad media y alta 0.14 - 0.20

Base estabilizada Pocas grietas piel cocodrilo y baja severidad y/o
sólo grietas transversales de baja severidad 0.20 - 0.35

< 10% grietas piel cocodrilo baja severidad y/o
< 5 % grietas transversales severidad media y alta 0.15 - 0.25

>10 % grietas piel cocodrilo severidad media y/o
< 10 % grietas piel cocodrilo severidad alta y/o
> 10 % grietas transversales severidad media y alta 0.10 - 0.20

Capas granulares Sin evidencia de degradación y contaminación 0.10 - 0.14

Con evidencia de degradación y contaminación 0.00 - 0.10


EJEMPLO DE DISEÑO AASHTO – PRIMER MÉTODO

1 Análisis de tránsito Ejes equivalentes durante el período
de diseño del refuerzo: N = 1.000.000
2 Determinación del número Empleando la fórmula AASHTO para
estructural requerido para el diseño de pavimentos nuevos,
soportar el tránsito futuro con los siguientes datos:
(SNf) pi = 4.5 , pt = 2.5 ; MR = 2188 psi ;
R = 50% ; So = 0.49
SNf = 4.25

EJEMPLO DE DISEÑO AASHTO – PRIMER MÉTODO
3 Determinación del número *Deflexiones obtenidas:
estructural del pavimento D0 = 0.02718" ; D 24 = 0.01371"
existente (SNeff) *Espesor pavimento existente (H):
5" (capas asf), 8" (capas granulares)
* MR subras. por retrocálculo con D24:
MR = (0.24*P)/(r*Dr)
= (0.24*9000)/(24*0.01371) = 6544 psi
*MR para diseño = MR retrocálculo/ C
= 6544/3 = 2188 psi
*Se halla por retrocálculo el módulo
efectivo del pavimento (Ep)
Ep = 77593 psi
(también es posible solución gráfica)

SNeff = 0.0045*(H)*(Ep)1/3
Sneff = 0.0045*13*(77593)1/3 = 2.50
4 Espesor de sobrecapa (SNf - SNeff)/a 1 = (4.25 - 2.50) / 0.44
= 4.0 pulgadas concreto asfáltico


EJEMPLO DE DISEÑO AASHTO – SEGUNDO MÉTODO
1 Análisis de tránsito Ejes equivalentes durante el período de
diseño del refuerzo: N = 1.000.000
2 Determinación del número Empleando la fórmula AASHTO para el
estructural requerido para diseño de pavimentos nuevos, con los
soportar el tránsito futuro siguientes datos:
(SNf) pi = 4.5 , pt = 2.5 ; MR = 2188 psi ;
R = 50% ; So = 0.49
SNf = 4.25
3 Determinación del número El pavimento está compuesto por:
estructural del pavimento 5" de capas asf álticas con 8 %
existente (SNeff) de agrietamiento piel de cocodrilo
de severidad media (a 1 = 0.30)
8" de granulares con síntomas de
contaminación (a 2 = 0.10)

SNeff =D1*a 1+D2*a 2 = 5*0.3 +8*0.10 = 2.30
4 Espesor de sobrecapa (SNf - SNeff)/a 1 = (4.25 - 2.30) / 0.44 =
4.5 pulgadas de concreto asfáltico


(THE ASPHALT INSTITUTE)

diseño del refuerzo y, si es posible,
los soportados por la estructura actual
2 Determinación del espesor Empleando la gráfica del I.A. para el
requerido en concreto asfáltico diseño de pavimentos nuevos, con el módulo
para soportar tránsito futuro (Tf) de la subrasante obtenido mediante
ensayos de laboratorio o por retrocálculo
3 Determinación del espesor Se estima en función del espesor de cada
efectivo del pavimento capa y de factores de conversión de espesor,
existente (Te) dependientes de la condición de los
materiales constitutivos
4 Determinación del espesor Tr = Tf - Te
de la sobrecapa (Tr)


(THE ASPHALT INSTITUTE)
FACTORES DE CONVERSIÓN SUGERIDOS POR
EL INSTITUTO DEL ASFALTO
MATERIAL CONDICIÓN SUPERFICIAL FACTOR
Concreto asfáltico Poco agrietado o sin grietas 0.90 - 1.00
Con agrietamiento extensivo 0.50 - 0.70

Concreto hidráulico Estable, subsellado y sin grietas 0.90 - 1.00
Fragmentado en pequeños trozos 0.30 - 0.50

Base estabilizada Con cemento o cal y patrones de agrietamiento 0.30 - 0.50
Con emulsión y grietas o deformaciones 0.30 - 0.50
Subbases modificadas con cemento 0.10 - 0.30

Capas granulares Con CBR > 20 0.10 - 0.30


EJEMPLO DE DISEÑO - THE ASPHALT INSTITUTE

1 Análisis de tránsito Ejes equivalentes durante el período de diseño
del refuerzo: N =870.000
2 Determinación del espesor en Empleando la gráfica del I.A. para el diseño
concreto asfáltico requerido de pavimentos nuevos, con los siguientes datos:
para soportar tránsito futuro MR = 12.000 psi ; N = 870.000 ejes, se obtiene:
(Tf) Tf = 7.7 pulgadas
3 Determinación del espesor El pavimento existente está compuesto por:
efectivo del pavimento 3 pg de capas asfálticas agrietadas (Factor =0.5)
existente (Te) 8 pg de capas granulares, condición aceptable
(Factor = 0.2)
Te=3*0.5 + 8*0.2=3.1 pg concreto asfáltico nuevo
4 Determinación del espesor Tf - Te = 7.7 - 3.1 = 4.6 pg de concreto asfáltico
de la sobrecapa (Tr)


ENFOQUE A PARTIR DE LAS MEDIDAS DE DEFLEXIÓN

Concepto:

La sobrecapa reduce la
di
deflexión inducida por la
carga en el pavimento,
hasta un nivel adecuado
asociado con la vida df
prevista para el
pavimento reforzado


1 Análisis de tránsito Ejes equivalentes durante el período de diseño del refuerzo
y, si es posible, los soportados por la estructura actual
2 Auscultación deflectométrica Medida de deflexiones Benkelman.
Si se emplea otro equipo, se deben aplicar correlaciones
para estimar las deflexiones Benkelman
3 Cálculo de la deflexión La vía se divide en sectores homogéneos a partir de
característica la condición del pavimento, la resistencia de la subrasante,
las condiciones de drenaje y la homogeneidad de las
deflexiones.
Se calcula la deflexión característica como la suma de la
deflexión promedio (Dp) del sector más "n" veces la desviación
estándar (s), dependiendo "n" de la confiabilidad deseada en
el diseño ( Dc = Dp +n*s )
Las deflexiones se deben corregir por efecto de la temperatura
en el momento del ensayo y la temporada climática (Ft, Fc)
4 Determinación del espesor Se obtiene en una gráfica preparada por el Instituto del Asfalto
de la sobrecapa a partir de la deflexión característica y del tránsito de diseño



FACTOR DE AJUSTE POR TEMPERATURA (FT)



FACTOR DE AJUSTE POR TEMPORADA CLIMÁTICA (Fc)

SUELO DE FACTOR DE CORRECCIÓN (Fc)
SUBRASANTE Período Período Período
lluvioso intermedio seco
Arenoso y permeable 1.0 1.0 - 1.1 1.1. -1.3
Arcilloso e impermeable 1.0 1.2 - 1.5 1.5 - 1.8


EJEMPLO DE DISEÑO (The Asphalt Institute)
1 Análisis de tránsito Ejes equivalentes durante el período de diseño del
refuerzo: N = 2.000.000
2 Auscultación deflectométrica Medida deflexiones Benkelman en mayo (período
intermedio) sobre una subrasante arcillosa (M R = 52 MPa)
Temperatura promedio pavimento = 15 ºC
3 Cálculo de la deflexión La deflexión promedio (Dp) en un sector es 0.90 mm,
característica y la desviación estándar (s) es 0.45 mm
El diseño se hará con una confiabilidad=95 %, por lo tanto
Dc = Dp + n*s = 0.90 + 1.65*0.45 = 1.64 mm

El pavimento tiene 200 mm de capas granulares
Factor de corrección por temperatura (Ft) = 1.15 (figura)
Factor de corrección por temporada climática (Fc) = 1.3
Dc corregida = Dc*Ft*Fc
Dc corregida = 1.64*1.15*1.3 = 2.45 mm
4 Determinación del espesor Se entra a gráfica de diseño con N= 2*10 6 y Dcc= 2.45 mm
de la sobrecapa Espesor de sobrecapa en concreto asfáltico = 150 mm


PROCEDIMIENTO EMPÍRICO - MECANÍSTICO

Concepto:

La sobrecapa reduce, a
niveles admisibles para
el tránsito previsto, la
deformación horizontal
por tracción en las fibras
inferiores de las capas
ligadas y la deformación
vertical por compresión
sobre la subrasante


Ejemplo:
Diseñar un refuerzo en concreto asfáltico ( E = 2,100 MPa) para un
pavimento asfáltico en condición aceptable, de acuerdo con los
siguientes datos:
Estructura existente
Capas asfálticas de 80 mm, E = 1,700 MPa, relación Poisson= 0.30
Capas granulares de 275 mm, E = 450 MPa, relación Poisson= 0.35
Subrasante arcillosa, E = 60 MPa, relación Poisson= 0.40
Leyes de fatiga
Concreto asfáltico: εt = 2.60*10-3*Nf-0.2
Subrasante: εv = 0.021*N-0.23
Tránsito
Pasado antes de la rehabilitación = 3*106 ejes equivalentes
Futuro después de la rehabilitación = 12*106 ejes equivalentes


Solución
I.- Modelar la estructura existente, con algún programa de cómputo


Solución
II.- Calcular las deformaciones críticas de tracción y compresión
en el pavimento existente


Solución
III.- Determinar si las capas asfálticas existentes tiene vida
residual, comparando el número admisible de aplicaciones de
carga para la deformación específica de tracción del modelo, con
el número de aplicaciones que ha soportado el pavimento
εt del modelo= 1.85*10-4
1.85*10-4 = 2.60*10-3*N FATIGA -0.2
N FATIGA = (2.60*10-3 /1.85*10-4)5
N FATIGA = 0.55*10 6
N ADMISIBLE TERRENO = N FATIGA* FACTOR DE DISTRIBUCIÓN
N ADMISIBLE TERRENO = 0.55*10 6* 10 = 5.5*10 6
N circulante antes de la rehabilitación= 3.0*10 6 < 5.5*10 6 O.K.


Solución
IV.- Postular un espesor de refuerzo en concreto asfáltico y
ajustar los módulos de las capas granulares y la subrasante en la
nueva configuración del pavimento con refuerzo, debido a que
su módulo resiliente es dependiente del estado de esfuerzos en
que se encuentren (el módulo de las capas granulares
disminuirá y el del suelo fino de subrasante aumentará)

Espesor de refuerzo asumido = 100 mm
(En el presente problema se omitirá el ajuste de módulos para
simplificar la solución. Esta omisión afecta el resultado del
problema)


Solución
V.- Modelar la estructura reforzada con el programa de cómputo


Solución
VI.- Calcular las deformaciones críticas de tracción y compresión
en el pavimento existente


Solución
VI.- Calcular las deformaciones críticas de tracción y
compresión en el pavimento existente


Solución
VII.- Calcular la deformación vertical admisible de
compresión sobre la subrasante (εzd) y compararla con la
deformación de compresión obtenida en el modelo reforzado
(3.54*10-4 )
εzd = εzp *(NF/NA)-0.23

εzp = deformación vertical de compresión sobre la subrasante
en el modelo del pavimento existente (5.497*10-4)

εzd = 5.497*10-4 *(12*106 / 3*106 )-0.23 = 4.0*10-4
3.54*10-4 < 4.0*10-4 O.K.


Solución
VIII.- Con la fórmula de fatiga de la mezcla asfáltica de refuerzo,
calcular el número admisible de aplicaciones de carga para la
deformación crítica de tracción obtenida en el cálculo para la capa de
refuerzo (εtr) y comparar el tránsito de diseño (NF) con el admisible
εtr del modelo reforzado= 4.629*10-5
4.629*10-5 = 2.60*10-3*N FATIGA -0.2
N FATIGA = (2.60*10-3 /4.629*10-5)5 = 5.6*10 8
N ADMISIBLE TERRENO = N FATIGA* FACTOR DE DESPLAZAMIENTO
N de diseño de la rehabilitación = 12.0*10 6 < 5.6*109 O.K.


Solución
IX.- Con la fórmula de fatiga de la mezcla asfáltica del pavimento
existente, calcular el número admisible de aplicaciones de carga para la
deformación crítica de tracción obtenida en el cálculo para la capa
asfáltica existente (εtra) y comparar el tránsito de diseño (NF) con el
admisible
εtra del modelo reforzado= 1.327*10-4
1.327*10-4 = 2.60*10-3*N FATIGA -0.2
N FATIGA = (2.60*10-3 /1.327*10-4)5 = 2.89*10 6
N ADMISIBLE TERRENO = N FATIGA* FACTOR DE DESPLAZAMIENTO
N de diseño de la rehabilitación = 12.0*10 6 < 28.9*10 6 O.K.


Solución
X.- El espesor de refuerzo asumido es aceptable porque se
cumplen satisfactoriamente los criterios analizados, a saber:
la deformación de compresión sobre la subrasante, obtenida en el
modelo reforzado (3.54*10-4 ) es menor que la deformación
vertical admisible (4.0*10-4)
la deformación de tracción en la fibra inferior del refuerzo genera
un tránsito admisible (5.6*10 11) mayor que el de diseño del
refuerzo (12.0*10 6 )
la deformación de tracción en la fibra inferior de la capa asfáltica
actual en el pavimento reforzado genera un tránsito admisible
(28.9*10 6) mayor que el de diseño del refuerzo (12.0*10 6 )

CONDICIONES BAJO LAS CUALES NO ES CONVENIENTE
DISEÑAR UNA SOBRECAPA ASFÁLTICA SOBRE UN PAVIMENTO
ASFÁLTICO

Cuando el pavimento existente presente áreas extensas con
agrietamientos del tipo piel de cocodrilo de severidad alta, que
indican que la solución más conveniente consiste en la remoción y
el reemplazo de parte de la estructura
Cuando hay ahuellamientos excesivos, sintomáticos de la
existencia de materiales cuya baja estabilidad no prevendrá la
recurrencia del fenómeno
Cuando exista una base estabilizada con severos deterioros que
exigirían una excesiva cantidad de arreglos previos para
proporcionar un soporte uniforme a la sobrecapa
Cuando se considere que la base granular deba ser reemplazada
debido a infiltración y contaminación por una subrasante blanda


DE CONCRETO SOBRE
PAVIMENTOS ASFÁLTICOS
(WHITETOPPING)

DISEÑO DE SOBRECAPAS DE CONCRETO

ENFOQUE PARA EL DISEÑO DE LAS SOBRECAPAS

Las sobrecapas de concreto sobre pavimentos asfálticos se
construyen para aumentar la capacidad estructural y se
diseñan como pavimentos nuevos, considerando al pavimento
existente como una fundación de elevada fricción y alta
capacidad portante
Se recomienda que el espesor de diseño no sea inferior a los
siguientes mínimos, para refuerzos de concreto simple con
juntas:
—150 mm para vías principales
—100 mm para vías de bajo tránsito y estacionamientos

1 Caracterización del pavimento Análisis de antecedentes de diseño y construcción
e inspección visual
2 Análisis de tránsito Calcular número de ejes equivalentes durante
el período de diseño del refuerzo
3 Auscultación deflectométrica Medida de deflexiones con deflectómetro de impacto
5 Estimación del módulo de Hay dos métodos:
reacción del soporte (1) *A partir de las deflexiones se determina el módulo
resiliente de la subrasante "in situ" (M R ) y el módulo
efectivo del pavimento (Ep).
Con MR , Ep y el espesor total del pavimento (D), se estima
el "k"dinámico efectivo con un nomograma elaborado
por la AASHTO.
A partir del "k" dinámico se estima el "k" estático.
"k" estático = "k" dinámico / 2
(2) *Se realizan pruebas de placa sobre el pavimento
asfáltico existente y, a partir de ellas, se determina
el "k" estático
4 Determinación del espesor Se obtiene mediante el algoritmo o la gráfica de
de la sobrecapa diseño AASHTO para pavimentos nuevos
(También se puede emplear otro método de diseño)


EJEMPLO DE DISEÑO

Información del pavimento asfáltico existente
Concreto asfáltico = 4.5 pulgadas
Base granular triturada = 7.5 pulgadas
Subbase granular = 20 pulgadas
Espesor total = 32.0 pulgadas

Medidas de deflexión FWD
Carga de 9,000 libras sobre placa de 5.9 pulgadas de radio
D0 = 0.01929 pulgadas; D36 = 0.00407 pulgadas


EJEMPLO DE DISEÑO

Tránsito de diseño
11 millones de ejes simples equivalentes

Condiciones de diseño de la sobrecapa en concreto
(Whitetopping)
Módulo de rotura del concreto (promedio) = 690 psi
Módulo elástico del concreto = 4*106 psi
pi = 4.2 ; pt = 2.2
J (coeficiente de transferencia de carga) = 3.2
Cd (coeficiente de drenaje) = 1.0
S0 (error estándar combinado) = 0.35; confiabilidad = 90%
(Zr= 1.282)


EJEMPLO DE DISEÑO

Solución

I. Determinación del módulo resiliente de la subrasante a
partir de la deflexión medida a 36 pulgadas del centro del
plato de carga:

0.24 * P 0.24 * 9,000
MR    14,740 psi
dr * r 0.00407 * 36


EJEMPLO DE DISEÑO
Solución
II. Determinación del módulo
efectivo del pavimento por
retrocálculo o empleando la
gráfica, a partir del espesor
total del pavimento (32 pg) y
de la relación:

M R * d 0 14,740 *19.29
  31.6
P 9000

Ep
 3  E p  3 * M R  3 *14,740  44,220 psi
MR


EJEMPLO DE DISEÑO

Solución
III. Se verifica que la deflexión utilizada para determinar el
módulo resiliente haya sido medida a una distancia mayor o
igual a (0.7*ae):

  44220  
2

 (5.9) 2   32 * 3
    46.53 pg
  14740  
 


0.7*ae = 0.7*46.53 = 32.57 pg < 36 pg O.K.


EJEMPLO DE DISEÑO

Solución

IV. Determinación del ―k‖
dinámico en la gráfica
AASHTO, a partir de los
siguientes datos:

Espesor pavimento = 32 pg
MR subrasante = 14,740 psi
Ep = 44,240 psi

―k‖ dinámico = 1,000 pci


EJEMPLO DE DISEÑO

Solución
V. Determinación del ―k‖ estático

―k‖ estático = ―k‖ dinámico / 2 = 1,000 / 2 = 500 pci

Alternativamente, el ―k‖ estático se puede determinar
mediante la ejecución de pruebas de placa directa sobre la
superficie del pavimento asfáltico por rehabilitar


EJEMPLO DE DISEÑO

Solución

VI. Determinación del espesor de losas de concreto

Con la gráfica o el algoritmo correspondiente al método
que se desee emplear y con los datos adecuados, se
determina el espesor de sobrecapa (Whitetopping) como si
se tratase del diseño de un pavimento rígido nuevo


EJEMPLO DE DISEÑO

Solución
VI. Determinación del espesor de losas de concreto (cont.)

R:/ D = 9.0 pulgadas (230 mm) de losas de concreto simple


DISEÑAR UNA SOBRECAPA DE CONCRETO SOBRE UN
PAVIMENTO ASFÁLTICO

Cuando el pavimento existente presente pocos deterioros,
pudiendo existir otra solución de rehabilitación más económica
Cuando se presenten inconvenientes por la elevación de la
rasante, especialmente en vías urbanas y cuando los gálibos
sean limitados y se puedan generar problemas en la luz libre
debido al espesor de las losas (para evitar este inconveniente se
pudieran realizar reconstrucciones del pavimento en los cruces
a desnivel)
Cuando exista la posibilidad de que el pavimento existente
sufra cambios volumétricos de importancia (levantamientos o
asentamientos)


DISEÑO DE PAVIMENTOS
ASFÁLTICOS RECICLADOS


GUÍA PARA LA SELECCIÓN DEL MÉTODO DE RECICLADO


ENFOQUE PARA EL DISEÑO DEL RECICLADO
EN PLANTA EN CALIENTE

El reciclado en planta en caliente constituye una
mezcla similar a una nueva

Su aplicación como sobrecapa sirve para corregir
deficiencias funcionales de la calzada, caso en el cual
no se realiza dimensionamiento, o para mejorar la
capacidad estructural del pavimento, caso en el cual el
diseño de la rehabilitación es el correspondiente al
diseño de sobrecapas asfálticas


ENFOQUE PARA EL DISEÑO DEL RECICLADO
EN CALIENTE EN EL SITIO

El reciclado superficial en caliente, en sus diversas
modalidades, (cepillado, termo-reperfilado y termo-
regeneración) consiste en un reprocesamiento de la
superficie del pavimento en bajos espesores, con o sin
la adición de nuevos materiales
Es aplicable donde los deterioros del pavimento no
obedezcan a causas estructurales y, por lo tanto, es
considerado como un trabajo de restauración superficial
al cual no aplica ningún método de diseño estructural

ENFOQUE PARA EL DISEÑO DEL RECICLADO EN FRÍO EN
EL SITIO
El reciclado en frío en el lugar es un medio de incrementar
la capacidad estructural de un pavimento asfáltico mediante
el reprocesamiento de los materiales de las capas superiores
Se emplean ligantes hidrocarbonados (emulsión o asfalto
espumado), cemento Portland o una mezcla de ellos
Las capas recicladas en frío son susceptibles a la abrasión
y a la erosión, por lo cual deben ser protegidas por un
revestimiento, generalmente de tipo asfáltico
El diseño del pavimento reciclado se puede realizar a partir
del concepto de la deficiencia estructural o mediante
procedimientos empírico - mecanísticos


ENFOQUE PARA EL DISEÑO DEL RECICLADO EN FRÍO
EN EL SITIO
POSIBILIDADES DE RECICLADO EN FRÍO CON LIGANTES HIDROCARBONADOS


PROPIEDADES BÁSICAS DE LOS MATERIALES
RECICLADOS EN FRÍO EN EL SITIO

MÓDULOS DINÁMICOS (MPa)
Reciclado con emulsión
o asfalto espumado
Tipo I 1200 - 1800
Tipo II 2000 - 2500
Tipo III 2500 - 3000
Reciclado con cemento 3500 - 4200
Reciclado mixto Como el reciclado con emulsión
LEYES DE FATIGA
Reciclado con emulsión
 t  k1 * N  k 2
o asfalto espumado o mixto
Reciclado con cemento

 1  A * log N
 máx

DISEÑO DE PAVIMENTO ASFÁLTICO
RECICLADO EN FRÍO EN EL SITIO

(The Asphalt Institute)
PASOS PARA DETERMINAR EL ESPESOR DE UN PAVIMENTO ASFÁLTICO
RECICLADO EN FRÍO CON EMULSIÓN ASFÁLTICA O ASFALTO ESPUMADO
1 Análisis de tránsito Ejes equivalentes durante el período de diseño de la
rehabilitación (N)
2 Determinación de las Se determinan los espesores y condicIón de las capas
características del asfálticas (ha) y granulares (hg) del pavimento existente
pavimento por reciclar
3 Asignación de factor de Se asigna un valor variable entre 0.1 y 0.2 de acuerdo
equivalencia al material con sus características de plasticidad, abrasión
granular por reciclar (Fe) y resistencia
4 Determinación del espesor Empleando la gráfica del I.A. para el diseño de pavimentos
requerido de pavimento reciclados, con el módulo de la subrasante, obtenido
reciclado y la nueva mediante ensayos de laboratorio o por retrocálculo
carpeta asfáltica (Tn) y con el tránsito de diseño
5 Determinación del espesor Se determina en tabla propuesta por el Instituto del Asfalto
requerido de carpeta en función del tránsito de diseño de la rehabilitación (N)
asfáltica nueva (Ta)



(CONTINUACIÓN)
6 Determinación del espesor de Tr = Tn - Ta
pavimento existente que debe ser
reprocesado (Tr)
7 Determinación del espesor granular hgr = Tr - ha
por reprocesar (hgr)
8 Determinación del espesor efectivo de hger = (hg - hgr)*Fe
las capas granulares remanentes (hger)
9 Determinación del espesor corregido hgr* = hgr - hger
de las capas granulares por reciclar (hgr*)
10 Cálculo del espesor definitivo del espesor Tr* = ha + hgr*
de pavimento por reciclar (Tr*)



190 mm



Espesores mínimos de carpeta asfáltica para pavimentos
reciclados en frío con emulsión asfáltica
Ejes equivalentes en el Espesor mínimo de carpeta
carril de diseño (N) asfáltica nueva (Ta), mm
< 104 Tratamiento superficial
104 - 105 50*
105 - 106 75*
106 - 107 100*
> 107 125*
* concreto asfáltico


The Asphalt Institute - Ejemplo de diseño

1 Análisis de tránsito N = 105 ejes equivalentes de 80 kN
2 Determinación de las características ha = 40 mm
del pavimento por reciclar hg = 180 mm
3 Asignación de factor de equivalencia Se asigna un valor de 0.2 teniendo en
al material granular por reciclar (Fe) cuenta que la calidad de los materiales
granulares cumple las especificaciones
4 Determinación del espesor Empleando la gráfica del I.A. para
requerido de pavimento reciclado diseño de pavimentos reciclados, con el
y la nueva carpeta asfáltica (Tn) módulo de la subrasante (M R = 30 MPa)
y N = 105 ejes , se obtiene: Tn = 190 mm
5 Determinación del espesor requerido Ta = 50 mm (ver Tabla Instituto Asfalto)
de carpeta asfáltica nueva (Ta)


The Asphalt Institute - Ejemplo de diseño (cont.)

6 Determinación del espesor de Tr = 190 - 50 = 140 mm
pavimento existente que debe ser
reprocesado (Tr)
7 Determinación del espesor granular hgr = 140 - 40 = 100 mm
por reprocesar (hgr)
8 Determinación del espesor efectivo de hger = (180 - 100)*0.2 = 16 mm
las capas granulares remanentes (hger)
9 Ddeterminación del espesor corregido hgr* = 100 - 16 = 84 mm
de las capas granulares por reciclar (hgr*)
10 Cálculo del espesor definitivo del espesor Tr* = 40 + 84 = 124 mm del pavimento
de pavimento por reciclar (Tr*) existente


RECICLADO EN FRÍO
diseño de la rehabilitación (N)
2 Determinación de las características Se determinan los espesores y módulos
del pavimento por reciclar de las capas asfálticas y granulares del
pavimento existente y el módulo de
la subrasante
3 Elección del espesor de pavimento Se escoge por tanteo un espesor de
antiguo por reciclar (Ter1) pavimento por reciclar
4 Elección del tipo de reciclado y El tipo de reciclado se escoge según las
determinación de su módulo y del caracterísiticas de los materiales por
módulo de la nueva capa de rodadura reciclar y los módulos se determinan
a través de ensayos de laboratorio
u otros medios confiables
5 Determinación del espesor requerido Se determina en una tabla propuesta por
de carpeta asfáltica nueva (Ta) el Instituto del Asfalto en función del
tránsito de diseño de la rehabilitación (N)


PROCEDIMIENTO EMPÍRICO – MECANÍSTICO
(cont.)
RECICLADO EN FRÍO
6 Ajustar los módulos de las capas Debido al cambio tensional que sufrirán
granulares remanentes y de la estas capas, se deben estas capas, se deben
subrasante recalcular sus módulos para su nueva
condición de trabajo una vez rehabilitado
el pavimento
7 Elaboración del modelo del pavimento Se entrega al programa de cómputo la
rehabilitado información que requiera del modelo
(carga, espesores, módulos, μ, etc)
8 Corrida del programa de cómputo El programa calcula deformaciones y
esfuerzos en diferentes puntos del modelo.
Se eligen los críticos
9 Determinación de valores admisibles A partir de las leyes de fatiga y el N de diseño,
de esfuerzo y deformación se calculan los valores admisibles. Aplicar el
factor de desplazamiento cuando corresponda
10 Comparación de valores críticos del Si los valores críticos de la estructura modelada
pavimento reciclado con los admisibles exceden los admisibles se hará un nuevo tanteo
eligiendo otro espesor por reciclar (Ter2)


Ejemplo de diseño

Análisis de tránsito N = 8*106
Determinación de las características Capas asfálticas agrietadas (h = 80 mm; E =1500 MPa; μ = 0.30)
del pavimento por reciclar Capas granulares (h = 275 mm; E =400 MPa; μ = 0.35)
Subrasante ( E =100 MPa; μ = 0.40)
Elección del espesor de pavimento 120 mm (80 mm de las capas asfálticas y 40 mm de las granulares)
antiguo por reciclar (Ter1)
Elección del tipo de reciclado y Reciclado con emulsión asfáltica (Tipo II)
determinación de su módulo y del módulo E capa reciclada = 2000 MPa
de la nueva capa de rodadura E nueva capa rodadura = 2100 MPa
Determinación del espesor requerido Según tabla propuesta por el Instituto del Asfalto (Ta = 100 mm)
de carpeta asfáltica nueva (Ta)
Ajustar los módulos de las capas Se omite este paso para simplificar la explicación
granulares remanentes y de la subrasante Esta omisión afecta el resultado del diseño
Elaboración del modelo del pavimento Capa asfáltica nueva (h = 100 mm; E =2100MPa; μ = 0.30)
rehabilitado Capa reciclada (h = 120 mm; E =2000 MPa; μ = 0.35)
Capa granular remanente (h = 275-40 = 235 mm; E =400 MPa; μ = 0.35)
Subrasante ( E =100 MPa; μ = 0.40)

Ejemplo de diseño (cont.)

Ejemplo de diseño (cont.)

Corrida del programa y determinación εt (fibra inferior capas asfálticas) = 3.13*10-5
de las deformaciones críticas εz (superficie de la subrasante) = 2.66*10-4
Determinación de valores admisibles Ley de fatiga mezcla asfáltica:
de las deformaciones críticas εt adm = 3.38*10-3*Nfat-0.2 = 3.38*10-3*(N/10)-0.2 = 8.88*10-4
Ley de fatiga de la subrasante:
εz adm = 0.021*N-0.23 = 4.53*10-4
Comparación de valores críticos del Si los módulos de las capas granulares y la subrasante fuesen correctos,
pavimento reciclado con los admisibles el diseño sería aceptable, porque las deformaciones críticas de la
estructura modelada son menores que los valores críticos admisibles

DISEÑAR EL RECICLADO EN FRÍO EN EL LUGAR DE UN
PAVIMENTO ASFÁLTICO
Cuando el pavimento existente presente pocos deterioros, por
cuanto puede existir otra solución de rehabilitación más
económica
Cuando existan variaciones muy pronunciadas en las
características de los materiales por tratar, así como en los
espesores de las capas, tanto en sentido longitudinal como
transversal
Cuando la capa de apoyo de la reciclada tenga muy baja
capacidad de soporte
Cuando las propiedades de los agentes de reciclado disponibles
no se ajusten a las necesidades específicas del proyecto


DISEÑO DE
SOBRECAPAS
ASFÁLTICAS SOBRE
PAVIMENTOS RÍGIDOS

SOBRE PAVIMENTOS RÍGIDOS


Una sobrecapa asfáltica sobre un pavimento rígido se
construye para: (i) mejorar la calidad de la circulación y la
fricción superficial y (ii) incrementar la capacidad
estructural del pavimento
Se considera que un pavimento de concreto simple con
juntas requiere mejoramiento estructural cuando 10 % o
más de las losas del carril exterior presentan grietas
estructurales
El enfoque que más se utiliza para el diseño de la
sobrecapa es el que parte del concepto de la deficiencia
estructural (AASHTO)


(AASHTO)
1. Información sobre el diseño del pavimento existente
Espesor construido (D), tipo de transferencia de carga, tipo de
bermas
2. Tránsito de diseño
Calcular el número de ejes equivalentes de 80kN en el período de
diseño de la sobrecapa, empleando los factores de equivalencia de
carga aplicables a pavimentos rígidos
3. Análisis de la condición general del pavimento
Determinación del número de grietas transversales y juntas
transversales deterioradas por milla, número de parches asfálticos
y de juntas muy abiertas
Detección de problemas de durabilidad o agregados reactivos
Evidencias de escalonamiento o bombeo


(AASHTO)
4. Medida de deflexiones en la huella externa
Las deflexiones se emplean para determinar el módulo de reacción
de la subrasante (ke), el módulo de elasticidad del concreto (E) y
la eficiencia de la transferencia de carga en las juntas (ET)

4.1 Determinación del módulo de reacción (ke)
A partir de las medidas de deflexión en cada punto, se calcula
el parámetro AREA


(AASHTO)
4.1 Determinación del módulo de reacción (ke) (continuación)
A partir de la deflexión máxima (D0) y del valor de AREA,
determinar en la figura el k dinámico efectivo de cada punto


(AASHTO)


Promediar los valores del k dinámico en la sección homogénea
y, a partir de dicho promedio, determinar el k estático efectivo:

ke = k dinámico efectivo promedio / 2


(AASHTO)
4.2 Determinación del módulo de elasticidad del concreto (E)
A partir de ke y del parámetro AREA, determinar en la figura
el producto ED3 y de allí despejar E


(AASHTO)
4.3 Determinación de la eficiencia de la transferencia de carga en
las juntas transversales (ET)

Se miden valores de deflexión a uno y otro lado de la junta, a una
separación de 12 pulgadas

 
ET  100 *  ul  * B
 l 
Δul = deflexión medida en el lado no cargado
Δl = deflexión medida en el lado cargado
B = factor de corrección por alabeo de losa, típicamente entre
1.05 y 1.10 [B = d0 centro / d12 centro]


(AASHTO)

4.4 Asignación del coeficiente de transferencia de carga en las
juntas transversales (J)

ET J
> 70 3.2
50 – 70 3.5
< 50 4.0


(AASHTO)
5. Toma de núcleos del pavimento y ejecución de ensayos de
resistencia

Extraer núcleos del centro de las losas y medir espesor (D)
Determinar resistencia de núcleos a la tensión indirecta (IT)
según norma ASTM C 496
Calcular el módulo de rotura correspondiente (Sc)

Sc = 210 + 1.02*IT

Sc e IT en libras/pulgada2


(AASHTO)

6. Determinación del espesor requerido de losas para soportar el
tránsito futuro (Df)

Emplear la fórmula AASHTO para el diseño de pavimentos
rígidos nuevos:


(AASHTO)
tránsito futuro (Df) – continuación -

Fórmula en la cual:
ke: obtenido en paso 4.1 o hallado por pruebas de placa sobre la
subrasante in situ
E: módulo dinámico del concreto existente ( paso 4.2 )
ΔISP: diferencia de índices de servicio inicial (pi) y terminal (pt)
J: factor de transferencia de carga ( paso 4.4 )
Sc: módulo de rotura del concreto del pavimento existente (paso
5)

(AASHTO)
tránsito futuro (Df) – continuación –
El valor Sc se puede hallar también a partir de E, con la expresión
Sc = 43.5*(E/106) + 488.5
Pérdida de soporte de las losas existentes (LS): las faltas de
soporte se deben corregir antes de construir la sobrecapa, por lo
cual LS = 0.0
Confiabilidad ( R ) y error estándar total: usar los habituales para
el diseño de pavimentos nuevos
Coeficiente de drenaje (Cd): emplear el correspondiente según las
condiciones de drenaje del lugar (usualmente Cd = 1.0)


(AASHTO)
7. Determinación del espesor efectivo del pavimento existente (Deff )

Deff = D*Fjc*Fd*Ffat

D = espesor de losas del pavimento existente
Fjc = factor de ajuste por severidad y cantidad de daños en juntas y
grietas
Fd = factor de ajuste por severidad y cantidad de daños relacionados
con la durabilidad o con la presencia de agregados reactivos
Ffat= factor de ajuste por severidad y cantidad de daños por fatiga


(AASHTO)

7.1 Factor de ajuste por severidad y cantidad de daños en juntas
y grietas (Fjc)

Considera la posibilidad de que se reflejen en la
sobrecapa todas las juntas deterioradas, grietas y otras
discontinuidades no corregidas previamente
Si las reparaciones se realizan correctamente, Fjc = 1.0
Si no es posible realizar todas las reparaciones, se
determina el número de juntas deterioradas, grietas y otras
discontinuidades por milla y se halla el valor Fjc en la
siguiente figura


(AASHTO)

7.1 Factor de ajuste por severidad y cantidad de daños en juntas
y grietas (Fjc)


(AASHTO)

7.2 Factor de ajuste por severidad y cantidad de daños relacionados
con la durabilidad y la presencia de agregados reactivos (Fd)

CONDICIÓN DEL PAVIMENTO (Fd)
Sin problemas de durabilidad 1.0
Algunas grietas en ―D‖, pero sin 0.96 – 0.99
desintegraciones por reacción expansiva
Bastantes grietas en ―D‖ y algunas 0.88 – 0.95
Extensivos agrietamientos en ―D‖ y 0.80 – 0.88


(AASHTO)

7.3 Factor de ajuste por el agrietamiento por fatiga que haya
sufrido el pavimento hasta el instante de la rehabilitación (Ffat)

CONDICIÓN DEL PAVIMENTO (Fd)
< 5 % DE LOSAS AGRIETADAS 0.97 – 1.00
5 % - 15 % DE LOSAS AGRIETADAS 0.94 – 0.96
> 15 % DE LOSAS AGRIETADAS 0.90 – 0.93


(AASHTO)

8. Determinación del espesor de sobrecapa en concreto asfáltico (Dol )

Dol = (Df –Deff)*A

A = factor para convertir la deficiencia en espesor de pavimento
rígido a espesor de sobrecapa asfáltica
Opciones:
A = 2.5
A = 2.2233 + 0.0099 (Df –Deff)2 - 0.1534 (Df –Deff)


DISEÑAR UNA SOBRECAPA ASFÁLTICA SOBRE UN
PAVIMENTO RÍGIDO

Cuando la cantidad de losas agrietadas y con juntas
deterioradas sea tan grande, que resulte más conveniente la
remoción y reemplazo de las losas

Cuando haya daños severos y extensos por durabilidad o por
reacciones expansivas de los agregados del concreto

Cuando el gálibo en las intersecciones a desnivel sea
insuficiente para alojar el espesor de diseño de la sobrecapa o
existan problemas con el manejo de la rasante



(AASHTO – Ejemplo de diseño)

Espesor construido (D = 8.2 pg), transferencia de carga por trabazón
11,000,000 de ejes de 80 kN durante el período de diseño
Aunque hay algunas juntas transversales deterioradas, ellas serán
reparadas en espesor pleno antes de la colocación de la sobrecapa
(Fjc=1.0). No se detectaron problemas de durabilidad o agregados
reactivos (Fd= 1.0) y el agrietamiento transversal atribuible a fatiga se
estima que abarca 10 % de las losas (Ffat= 0.95)



4. Medida de deflexiones en la huella externa (mils)

D0 D12 D24 D36
3.55 3.10 2.75 2.25
A partir de las medidas de deflexión en cada punto, se calcula el
parámetro AREA

6 * (3.55  2 * 3.10  2 * 2.75  2.25)
AREA   29.58 pg
3.55



se determina en la figura el k dinámico efectivo = 367 pci





 A partir del k dinámico se determina el k estático
efectivo:


ke = 367 / 2 = 184 pci



4.2 Determinación del módulo de elasticidad del concreto (E)
A partir de ke y del parámetro AREA, determinar en la
figura el producto ED3 y de allí despejar E

ke = 184 pci
AREA = 29.58 pg
184

ED3 = 2.5*109
E = 2.5*109/(8.2) 3
E = 4.6*106 psi




4.3 Asignación del coeficiente de transferencia de carga en las
juntas transversales (J)

Debido al sistema de transferencia de carga (trabazón
de agregados), el coeficiente de transferencia (J) se
encuentra entre 3.6 y 4.4, según el criterio de diseño
AASHTO

Se adopta J = 4.0



5. Toma de núcleos del pavimento y ejecución de ensayos de
resistencia

No se pudieron realizar ensayos de resistencia, motivo
por el cual la resistencia a flexión se estima a partir del
módulo de elasticidad:

Sc = 43.5*(E/106) + 488.5
Sc = 43.5*(4.6* 106 /106) + 488.5
Sc= 689 psi



tránsito futuro (Df)

Emplear la fórmula AASHTO para el diseño de
pavimentos rígidos nuevos, con los siguientes datos:

ke: 184 pci Sc: 689 psi
E: 4.6* 106 psi Pérdida de soporte (LS): 0.0
ΔISP: 4.5 – 2.5 = 2.0 Confiabilidad ( R ): 90% (Zr = 1.282)
J: 4.0 Error estándar total (S0): 0.35

- Coeficiente de drenaje (Cd): 1.0




Df




Deff = D*Fjc*Fd*Ffat = Deff = 8.2*1.0*1.0*0.95 = 7.79 pg

8. Determinación del espesor de sobrecapa en concreto asfáltico (Dol )

A = 2.2233 + 0.0099 (11.08 –7.79)2 - 0.1534 (11.08 –7.79) = 1.826

Dol = (Df –Deff)*A = (11.08 –7.79)*1.826 = 6.0 pg

R/ La sobrecapa debe tener 6.0 pulgadas de concreto asfáltico


DE CONCRETO
ADHERIDAS SOBRE
PAVIMENTOS RÍGIDOS

ADHERIDAS SOBRE PAVIMENTOS RÍGIDOS


Una sobrecapa de concreto sobre un pavimento rígido
se construye para: (i) mejorar la condición funcional y (ii)
incrementar la capacidad estructural del pavimento
Se considera que un pavimento de concreto simple con
juntas requiere mejoramiento estructural cuando 10 % o
más de las losas del carril exterior presentan grietas
estructurales


ESTRUCTURAL

(AASHTO)

Dol = (Df – Deff)

Los pasos necesarios para determinar Df y Deff son
los mismos que se requieren para el diseño de
sobrecapas asfálticas sobre pavimentos rígidos


CONDICIONES BAJO LAS CUALES NO ES CONVENIENTE DISEÑAR
UNA SOBRECAPA ADHERIDA DE CONCRETO SOBRE UN PAVIMENTO
RÍGIDO

deterioradas sea tan grande, que resulte más conveniente la
remoción y el reemplazo de las losas

Cuando haya daños severos y extensos por durabilidad o
por reacciones expansivas de los agregados del concreto (en
general, si Fd < 0.95)



DISEÑO DE
SOBRECAPAS DE
CONCRETO NO
ADHERIDAS SOBRE
PAVIMENTOS RÍGIDOS

DISEÑO DE SOBRECAPAS DE CONCRETO NO


Una sobrecapa no adherida de concreto sobre un
pavimento rígido se construye fundamentalmente para
incrementar la capacidad estructural del pavimento
Se considera que un pavimento de concreto simple
con juntas requiere mejoramiento estructural cuando
10% o más de las losas del carril exterior presentan
grietas estructurales


(AASHTO)

1. Información sobre el diseño del pavimento
existente
Espesor construido (D), tipo de bermas

Calcular el número de ejes equivalentes de 80 kN en
el período de diseño de la sobrecapa, empleando los
factores de equivalencia de carga aplicables a
pavimentos rígidos


(AASHTO)


Determinación del número de grietas transversales y
juntas transversales deterioradas por milla, número
de parches asfálticos y de juntas muy abiertas
Detección de problemas de durabilidad o agregados
reactivos
Evidencias de escalonamiento o bombeo


(AASHTO)

4. Medida de deflexiones en la huella externa
Las deflexiones se emplean para determinar el
módulo de reacción de la subrasante (ke)
A partir de las medidas de deflexión en cada punto,
se calcula el parámetro AREA


(AASHTO)
4.1 Determinación del módulo de reacción (ke) (cont.)
determinar en la figura el k dinámico efectivo de cada
punto


(AASHTO)


Promediar los valores del k dinámico en la sección
homogénea y, a partir de dicho promedio, determinar
el k estático efectivo:



(AASHTO)

5. Toma de núcleos del pavimento y ejecución de
ensayos de resistencia
En el caso del diseño de sobrecapas de concreto no
adheridas sobre pavimentos rígidos, no se requiere la
toma de núcleos ni la ejecución de ensayos de
resistencia sobre el concreto del pavimento existente
La resistencia a la flexión y el módulo de elasticidad
del concreto para la sobrecapa serán los
correspondientes a una mezcla nueva de las
características deseadas por el diseñador


(AASHTO)

6. Determinación del espesor requerido de losas para
soportar el tránsito futuro (Df)
rígidos nuevos, con los siguientes datos:
ke: obtenido en paso 4.1 o hallado por pruebas de placa
sobre la subrasante in situ
E: módulo dinámico del concreto para la sobrecapa
ΔISP: diferencia de índices de servicio inicial (pi) y terminal
(pt)


(AASHTO)

soportar el tránsito futuro (Df) – continuación –

J: factor de transferencia de carga (como para el diseño de
pavimentos nuevos)

Sc: módulo de rotura promedio del concreto con el cual se
prevé construir la sobrecapa


(AASHTO)

soportar el tránsito futuro (Df) – continuación –

Pérdida de soporte de las losas existentes (LS): 0.0

Confiabilidad ( R ) y error estándar total: usar los habituales
para el diseño de pavimentos nuevos

Coeficiente de drenaje (Cd): emplear el correspondiente
según las condiciones de drenaje del lugar (usualmente Cd =
1.0)


(AASHTO)

7. Determinación del espesor efectivo del pavimento
existente (Deff )

Deff = D*Fjcu

D = espesor de losas del pavimento existente (si es
mayor de 10 pulgadas, tomar 10 pulgadas)

Fjcu = factor de ajuste por severidad y cantidad de
daños en juntas y grietas (figura)


(AASHTO)
Factor de ajuste por severidad y cantidad de daños en juntas y
grietas (Fjcu)


(AASHTO)

8. Determinación del espesor de sobrecapa de concreto
(Dol )

Dol  D 2  Deff
f
2


(AASHTO)
9. Determinación del tipo y espesor de la capa separadora

Generalmente se emplean mezclas de concreto asfáltico,
de 25 mm a 50 mm de espesor, aunque se deben colocar
espesores mayores cuando el pavimento existente presente
baja capacidad de transferencia de carga y altas deflexiones
diferenciales a través de juntas y grietas
También se pueden usar capas permeables estabilizadas,
si se diseña un adecuado sistema de drenaje para colectar el
agua de ellas


(AASHTO) – Ejemplo de diseño

Espesor construido (D = 9.0 pg), pavimento con bermas
asfálticas
16,000,000 de ejes de 80 kN durante el período de diseño
Hay un número abundante de juntas transversales deterioradas
y zonas agrietadas (Fjcu= 0.90)


4. Medida de deflexiones en la huella externa (mils)

D0 D12 D24 D36
3.79 3.47 2.93 2.40

A partir de las medidas de deflexión en cada punto, se calcula
el parámetro AREA
6 * (3.79  2 * 3.47  2 * 2.93  2.40)
AREA   30.06 pg
3.79

determinar en la figura el k dinámico efectivo = 290 pci




A partir del k dinámico se determina el k estático efectivo:


ke = 290 / 2 = 145 pci


soportar el tránsito futuro (Df)
rígidos nuevos, con los siguientes datos:

ke: 145 pci Sc: 720 psi (nuevo)
E: 5.0* 106 psi Pérdida de soporte (LS): 0.0
ΔISP: 4.5 – 2.5 = 2.0 Confiabilidad ( R ): 90% (Zr = 1.282)
J: 3.6 Error estándar total (S0): 0.35

- Coeficiente de drenaje (Cd): 1.0



Df



Deff = D*Fjcu= Deff = 9.0*0.90 = 8.1 pg

7. Determinación del espesor de sobrecapa en concreto hidráulico
(Dol )

Dol  D 2  Deff  (11) 2  (8.1) 2  7.44 pg
f
2

Previamente a la colocación de la sobrecapa se deberán
reparar localmente las zonas más deterioradas y colocar la
capa separadora


DISEÑAR UNA SOBRECAPA NO ADHERIDA DE
CONCRETO SOBRE UN PAVIMENTO RÍGIDO

deterioradas sea tan reducida, que existan otras soluciones más
económicas

Cuando el pavimento por reparar sea susceptible de sufrir
grandes asentamientos o levantamientos



DISEÑO DE
RECONSTRUCCIÓN
DE PAVIMENTOS

DISEÑO DE RECONSTRUCCIÓN DE PAVIMENTOS

ENFOQUE PARA EL DISEÑO DE LA RECONSTRUCCIÓN

La alternativa de reconstrucción es la más drástica que
se contempla para la rehabilitación de pavimentos

Se adopta cuando el pavimento existente presenta
deterioros tan severos y extensos, que resulta necesaria
la remoción parcial o total de la estructura y su
reemplazo por materiales totalmente nuevos

En este caso, la vida residual del pavimento existente
es nula


PROCEDIMIENTO PARA EL DISEÑO DE LA
RECONSTRUCCIÓN
1. Estimación del tránsito futuro de diseño
2. Determinación de la resistencia de la subrasante y del
espesor de capas por remover, según las características de
sus materiales y el tipo, gravedad e intensidad de las fallas
del pavimento
3. Determinación del aporte que pueden presentar las capas
del pavimento existente que no esté previsto remover
4. Determinación del espesor requerido de nuevas capas para
soportar el tránsito futuro sobre la estructura remanente
empleando un procedimiento reconocido. La solución
puede ser en pavimento asfáltico o rígido


EJEMPLO DE DISEÑO DE RECONSTRUCCIÓN DE UN
PAVIMENTO ASFÁLTICO MEDIANTE ALTERNATIVA
ASFÁLTICA
Características del pavimento por rehabilitar
Capa de rodadura de 80 mm de espesor promedio con
elevado grado de deterioro (agrietamientos y deformaciones
severos y abundantes, ojos de pescado y pérdidas de película de
ligante)
Base granular de 180 mm deficientemente compactada (IP =
12 %; equivalente de arena =16 %; % pasa tamiz 200=22 %)
Subbase granular aceptable de 300 mm (IP=6 %; CBR=25 %)
La subrasante es una arena arcillosa que, en la condición de
equilibrio actual presenta un CBR = 6 % (MR = 60 MPa)


Tránsito de diseño
El pavimento se debe rehabilitar para un tránsito de diseño
de 6*106 ejes simples equivalentes (flexible)

Leyes de fatiga
Concreto asfáltico: la de Shell
Subrasante: la de Shell (85 % de confiabilidad)

Otras características de la mezcla asfáltica compactada
Composición volumétrica= Agregados 82%, Asfalto 12%,
Aire 6%
Stiffness = 2,300 MPa, para t = 0.02 segundos


Clima
w - MAAT = 14 º C

Módulo capas granulares nuevas
Calculado al 85 % de confiabilidad

Relaciones de Poisson (μ)
Mezcla asfáltica = 0.35
Capas granulares nuevas = 0.35
Soporte del nuevo pavimento= 0.40


Solución del problema
Debido a la deficiente condición de las capas superiores se
recomienda la remoción de la capa de rodadura y de la base
granular y diseñar una nueva estructura a partir de la
subbase existente, de espesores apropiados para soportar el
tránsito futuro de diseño

El módulo de la subrasante es 60 MPa y el módulo de la
subbase se puede estimar con la expresión SHELL

MRsb = 0.2*hsb0.45* MRsr
MRsb = 0.2*(300)0.45* 60 = 156 MPa


Solución del problema (cont.)
En estas condiciones, corresponde estimar el aporte
que brinda el sistema bicapa constituido por la
subrasante y la subbase granular

Dicho aporte se puede establecer mediante la gráfica
de Ivanov o el criterio checoeslovaco
3
 3 2
a 3 
 hsb M R sb  h M R sr 
M Re quiv   sb 
 a2 
 hsb  
 hsb 



Empleando la ecuación checoeslovaca se halla:

MR equivalente = 131 MPa

A partir del MR equivalente se diseña una nueva
estructura para el tránsito previsto
El ejemplo se resolverá para una alternativa asfáltica
empleando el SPDM 3.0



El método SPDM 3.0 exige adoptar un espesor de
capas granulares
—Para el ejemplo se adopta hg=0.20 m (200 mm)

Con todos los demás parámetros de diseño, el
programa calcula automáticamente el espesor
requerido de capas asfálticas y entrega el resultado:
0.130 m ( 130 mm)


Solución del problema (SPDM 3.0)


Solución del problema (SPDM 3.0)

En consecuencia, el diseño consistirá en:

—Remoción de las capas asfálticas y base existentes
—Conformación y recompactación de la subbase
—Base granular nueva de 200 mm
—Capas asfálticas nuevas (Stiffness = 2,300 MPa)
de 130 mm

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