Presentación Esquema Basico de diseño de pavimentos

Presentación Esquema Basico de diseño de pavimentos

Carlos Augusto Cobo Cortes

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Diseño de pavimento con MEPDG Resumen

Proyecto: Vía rural de acceso — tramo 3 km — diseño 20 años ________________________________________ Datos del proyecto (supuestos) • Ubicación: tramo rural (suelo arenoso-limoso). • Longitud: 3 000 m. • Carril de diseño: 1 carril de circulación por sentido (diseño por carril). • Periodo de diseño: 20 años. • TPD (año base): 3 000 vehículos/día. • % vehículos pesados (trucks): 12%. • Tasa de crecimiento anual de tráfico: 3%. • Objetivo de servicio: IRI ≤ 2.5 m/km y ahuellamiento < 20 mm para 20 años.

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Caracterizacion de la subrasante

Ensayos/Parámetros supuestos • Clasificación: SC (arena limosa). • Módulo resiliente = 40 MPa (valor típico para subrasante compactada de calidad media). • Densidad relativa / grado de compactación: 95% estándar Proctor. • Nivel freático: profundo (> 2 m) — drenaje normal. • Cohesión efectiva: pequeña (c ≈ 5 kPa). • Fricción interna (φ) ≈ 30°. Comentarios: es el parámetro clave que ingresas a MEPDG para representar la subrasante frente a cargas repetidas.

Para humedad constante: Al aumentar el peso unitario seco (mayor compactación), el módulo resiliente tiende a aumentar porque el suelo se vuelve más denso y rígido. Esto se ve como la pendiente positiva de cada curva. Para un mismo peso unitario seco pero diferente humedad: Cuando aumenta la humedad, el módulo resiliente disminuye. Esto se indica con la flecha vertical: al saturarse el suelo, la rigidez baja, porque el agua reduce la fricción interna y la capacidad de soporte. Punto óptimo alrededor de la humedad óptima: En muchos suelos, el módulo resiliente crece hasta cerca de la humedad óptima (de compactación) y luego disminuye rápidamente si el suelo se pasa de humedad. Esto concuerda con la experiencia práctica en diseño de subrasantes y capas granulares.

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Transito

Estimación simplificada de ESALs (ejemplo) • TPD = 3 000 veh/día; % pesados = 12% → camiones/día = 360. • Supongamos que un camión promedio produce 1.2 ESALs/día (valor simplificado según distribución de ejes y pesos). • ESALs año 0 ≈ 360 × 1.2 × 365 ≈ 157 680 ESALs/año. • Crecimiento 3% anual → carga acumulada en 20 años (aprox.): suma geométrica ≈ 157 680 × [(1.03^{20} − 1) / (1.03 − 1)] ≈ 157 680 × 72.46 ≈ 11.4 × 10^6 ESALs (carril de diseño). Observacion: este cálculo es ilustrativo; en MEPDG se usan espectros detallados (WIM, distribución por ejes, porcentajes por configuración).

El espectro de cargas representa la distribución estadística de las cargas por eje que realmente circulan sobre una vía, diferenciadas por tipo de configuración vehicular (Simple, Tándem, Tridem). Ejes simples (azul): pico alrededor de 4 toneladas/eje. Ejes tándem (rojo): pico cerca de 6 toneladas/eje. Ejes tridem (amarillo): distribución más amplia, con pico en torno a 10 toneladas/eje. Este espectro permite entender cuántas veces se presenta cada nivel de carga, lo cual es esencial para estimar el daño acumulado en pavimentos.

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Materiales

Propiedades supuestas por capa (valores comunes en MEPDG)

Esta gráfica muestra cómo varía el módulo dinámico (E\)* de una mezcla asfáltica en función del tiempo de carga (representado en escala logarítmica) y la temperatura. Es decir: A menor temperatura, el material se comporta más rígido (mayor E\*). A mayor temperatura, el módulo disminuye, indicando mayor deformabilidad. Este comportamiento es típico de materiales viscoelásticos como el asfalto, cuya rigidez depende tanto del tiempo de carga como de la temperatura.

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Analisis y diseño inicial

1. Ingresar a AASHTOWare Pavement ME Design: clima, tráfico (espectro), materiales (MR, módulos dinámicos), capas y espesores iniciales. 2. Ejecutar simulación de desempeño por tiempo (mensual o anual) hasta 20 años. 3. Revisar curvas de daño: ahuellamiento (rutting), fatiga de la mezcla (cracking por tensión), IRI. 4. Si alguna falla supera el umbral (p. ej. rutting > 20 mm), iterar: aumentar espesor o mejorar material

Alternativas de diseño

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Alternativa A (económica): • Carpeta HMA 60 mm, base 150 mm, subbase 200 mm. • Resultado (simulado/ejemplo): o Rutting a 20 años ≈ 28 mm → Excede umbral. o Fatiga (cracking) ≈ 12% área agrietada → aceptable/marginal. o IRI final ≈ 3.0 m/km → por encima objetivo.

Alternativa B (intermedia): • Carpeta HMA 80 mm, base 200 mm, subbase 250 mm. • Resultado ejemplo: o Rutting ≈ 16 mm → Dentro de umbral. o Fatiga ≈ 8% → aceptable. o IRI ≈ 2.3 m/km → cumple objetivo.

Alternativa C (robusta): • Carpeta HMA 100 mm, base 250 mm, subbase 300 mm. • Resultado ejemplo: o Rutting ≈ 10 mm. o Fatiga ≈ 4%. o IRI ≈ 1.9 m/km. • Costo más alto pero mayor vida útil.

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Seleccion final analisis costo beneficio

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Supongamos vida útil esperada hasta intervención mayor: • A: 8 años → requiere rehabilitación prematura. • B: 20 años → cumple diseño . • C: 30 años → excede requerimientos.

Hacemos un LCCA simple (sin descontar para mantener ejemplo simple): • Costo por 20 años (incluye 1 rehabilitación para A a los 10 años a $15/m²): o A: $25 + $15 = $40/m² (en 20 años) o B: $32/m² o C: $40/m²

Supuestos de costos (valores ilustrativos por m²): • Construcción alternativa A: $25 / m² • B: $32 / m² • C: $40 / m²

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Alternativa B es la más costo-efectiva para 20 años: cumple criterios de servicio y balance costo-beneficio.

mas cara C puede ser buena si se quiere extender a 30 años sin intervención

mas economica

Conclusiones

Enfoque integral y realista El MEPDG permite un diseño más preciso al integrar datos de tráfico, propiedades de materiales y características de la subrasante en un modelo estructural calibrado empíricamente.Subrasante: impacto moderado pero esencial Aunque el tipo de suelo tiene poca influencia directa en el espesor del pavimento (variaciones menores a 0.6 cm en pavimentos rígidos), su caracterización sigue siendo crítica para garantizar estabilidad, drenaje y durabilidad. Tránsito: factor determinante La carga acumulada (ESALs) y la distribución por tipo de eje son fundamentales. Un tránsito mal caracterizado puede llevar a fallos prematuros por ahuellamiento o fatiga. Materiales: clave para optimizar desempeñoLa selección de mezclas asfálticas, bases y subbases con módulos adecuados permite ajustar espesores y mejorar la vida útil del pavimento. El comportamiento viscoelástico del HMA requiere atención especial a temperatura y frecuencia de carga. Iteración del diseño: necesaria para cumplir criterios El proceso incluye simulaciones, ajustes de espesores y selección de materiales hasta alcanzar los objetivos de desempeño (IRI, rutting, cracking). Análisis costo-beneficio: guía la decisión final La alternativa intermedia (B) fue la más costo-efectiva en el ejemplo, cumpliendo los criterios de servicio a 20 años sin necesidad de rehabilitación temprana. Sensibilidad del diseño Cambios en el módulo resiliente de la subrasante o en el porcentaje de vehículos pesados pueden alterar significativamente la solución óptima. Mejorar materiales puede reducir espesores requerid

¡Muchas gracias!

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. Forma alternativa: usar CBR o clasificación para estimar MR • Si no tienes MR de laboratorio, el programa puede calcular un valor aproximado a partir de: o CBR (California Bearing Ratio) → con correlaciones estándar (p.ej. MR ≈ 2555 × CBR^0.64 en psi). o Clasificación del suelo (USCS o AASHTO) → con valores por defecto sugeridos. • Estas opciones están disponibles si seleccionas “default correlations” dentro del software. Sin embargo, no son recomendables para diseño final, solo para estudios preliminares

Correcciones por humedad y temperatura • El MEPDG ajusta automáticamente el MR según las condiciones climáticas ingresadas (precipitación, nivel freático, profundidad de heladas). • Si activas el Seasonal Variation Model, el software calcula MR mes a mes usando datos climáticos (de la estación seleccionada o un archivo climático .hcd). ________________________________________

. Forma principal: ingresar directamente el Módulo Resiliente (MR) • Parámetro requerido: o MR expresado en MPa (megapascales) o psi (generalmente en el orden de 20 a 80 MPa para suelos finos a granulares compactados). • Dónde se ingresa en Pavement ME Design: o En el menú de Inputs → Subgrade → Material Properties. o Se especifica el tipo de suelo (granular, limo-arcilloso, etc.) y el valor MR a 38°C (100°F), que es la referencia estándar AASHTO T307. • Si el MR varía con el tiempo o humedad, el programa permite: o Usar un valor constante (diseños simples). o Usar un modelo estacional ajustado (requiere datos de humedad/clima).

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