Diseño de pavimento flexible

TECNOLÓGICO NACIONAL DE MÉXICO
INSTITUTO TECNOLÓGICO DE TEHUACÁN
INGENIERÍA CIVIL
DOCENTE: ING. EDUARDO LÓPEZ SÁNCHEZ
DISEÑO Y CONSTRUCCION DE PAVIMENTOS
ACTIVIDAD: DISEÑO DE PAVIMENTO FLEXIBLE
EQUIPO:
DE LA PEÑA CASTRO JOSE DE JESUS
FLORES MORALES GUSTAVO ANGEL
ROMERO SÁNCHEZ JUAN PABLO
30/05/2021
DISEÑO DE PAVIMENTO FLEXIBLE
Con los datos del estudio de tránsito proporcionados para un camino tipo B de tres
carriles de 7 km, que se muestran en la tabla 1, y los datos del terreno natural
reportados en el resumen geotécnico de la tabla 2, diseñar un pavimento flexible
utilizando los siguientes métodos:
A) Pavimento Flexible:
i) Método del Instituto de Ingeniería de la UNAM con nomograma para un
nivel del 90%.
ii) Método del Ing. Fernando Olivera Bustamante
iii) Método del Cuerpo de Ingenieros USA mediante PCASE Roads Design
Program.
iv) Método del catálogo de pavimentos de alto desempeño de la SCT.
v) Método mecanicista del IMT-Pave 3.0
vi) Método de la AASTHO 1993
UBICACIÓN DEL CAMINO
Camino tipo B, tres carriles, 7 km, Entronque Ollera de Bustamante a Entronque
Lunatitlán del Progreso, en el estado de Oaxaca, zona Mixteca Baja.
DATOS PARA EL DISEÑO
Tabla 1. Composición vehicular para TDPA=2920 vehículos
Tabla 2. Resistencia del terreno natural registrado con CBR (AASHTO T99)
CALCULO DE LA SUMA DE EJES EQUIVALENTES DE 8.2 TON ΣL
NC := 3
Numero de carriles:
Camino Tipo "B"
TDPA := 2920
Transito Diario Promedio Anual:
Tasa de Crecimiento Anual Vehicular:
r := 3.27%
Horizonte de proyecto:
n := 25
ESTUDIO DE TRANSITO
ESTUDIO DE TRANSITO
ORIGIN := 1
Composicion vehicular:
k := 1 .. 19
PorcVehk :=
Vehk :=
TipoVehk :=
"Automovil A2"
"Pickup A'2"
"Autobus 2 ejes B2"
"Autobus 3 ejes B3"
"Autobus 4 ejes B4"
"Camion carga 2 ejes C2"
"Camion carga 3 ejes C3"
"Camion carga 4 ejes C4"
"Camion carga 2 ejes y remolque 2 ejes C2-R2"
"Camion carga 3 ejes y remolque 2 ejes C3-R2"
"Camion carga 3 ejes y remolque 3 ejes C3-R3"
"Tractor 2 ejes y semiremolque 1 eje T2-S1"
"Tractor 2 ejes y semiremolque 2 ejes T2-S2 "
"Tractor 3 ejes y semiremolque 2 ejes T3-S2"
"Tractor 3 ejes y semiremolque 3 ejes T3-S3"
"Tractor 2 ejes, semiremolque 1 eje y remolque 2 ejes T2-S1-R2 "
"Tractor 3 ejes, semiremolque 1 eje y remolque 2 ejes T3-S1-R2 "
"Tractor 3 ejes, semiremolque 2 ejeS y remolque 2 ejes T3-S2-R2 "
"Tractor 3 ejes, semiremolque 2 ejes y remolque 4 ejes T3-S2-R4 "
33%
17%
4%
2%
0%
12%
8%
0%
0%
0%
0%
0%
0%
0%
12%
0%
0%
0%
12%
"A2"
"A'2"
"B2"
"B3"
"B4"
"C2"
"C3"
"C4"
"C2-R2"
"C3-R2"
"C3-R3"
"T2-S1"
"T2-S2"
"T3-S2"
"T3-S3"
"T2-S1-R2"
"T3-S1-R2"
"T3-S2-R2"
"T3-S2-R4"
PorcVehk = 100 %
k
Se calcula el factor de proyeccion a futuro y el transito en el carril de diseño TCD.
Calculos:
Factor de proyeccion al futuro:
n
( 1 + r) - 1
365
cf :=
r
cf = 13790
Transito en el Carril de Diseño:
fnc :=
0.60 if NC = 2
0.50 if NC = 3
0.40 if NC  4
TCD := fnc TDPA
TCD = 1460
A continuacion se forma la matriz de coeficientes de equivalencia:
Matriz de coeficientes de equivalencia:
 0.536

 0.536
 2.000

 1.999
 2.666
 2.000

 3.000
 4.000

 4.000
CE :=  5.000

 6.000
 3.000

 4.000
 5.000

 6.000
 5.000

 6.000
 7.000

 9.000
0.064 0.023
0.015
0.064 0.023
0.015
1.890 2.457
2.939
1.369 0.876
0.851
1.219 0.751
0.753
2.444 4.015
5.517
3.530 3.734
5.041
3.563 3.732
5.037
5.577 8.879 11.574
6.639 8.846 11.504
7.567 8.556 11.024
4.013 6.465
8.564
4.938 5.966
7.719
5.992 5.939
7.642
5.927 5.877
7.567
7.141 11.315 14.631
8.215 11.373 14.729
8.065 8.659 10.363
6.809 4.451
4.471
0.014 


3.092 

0.846

0.753 

6.039

5.488 

5.484

12.454 
12.372 

11.826 
9.259 

8.294 
8.199 

8.120 
15.705 

15.817 
10.887 

4.481 
0.014
Calculando las matrices de coeficientes de daño y la matriz de ejes equivalentes:
Matriz de coeficientes de daño vehicular.
j := 1 .. 5
CEVk , j := CEk , j  ( PorcVehk)
1
CEV =
2
3
4
5
1
0.1769
0.0211
7.59·10-3
4.95·10-3
4.62·10-3
2
0.0911
0.0109
3.91·10-3
2.55·10-3
2.38·10-3
3
0.08
0.0756
0.0983
0.1176
0.1237
4
0.04
0.0274
0.0175
0.017
0.0169
5
0
0
0
0
0
6
0.24
0.2933
0.4818
0.662
0.7247
7
0.24
0.2824
0.2987
0.4033
0.439
8
0
0
0
0
0
9
0
0
0
0
0
10
0
0
0
0
0
11
0
0
0
0
0
12
0
0
0
0
0
13
0
0
0
0
0
14
0
0
0
0
0
15
0.72
0.7112
0.7052
0.908
0.9744
16
0
0
0
0
0
17
0
0
0
0
0
18
0
0
0
0
0
19
1.08
0.8171
0.5341
0.5365
0.5377
Matriz de ejes equivalentes.
MEE := cf  TCD CEV
1
2
3
4
1
3561088.84
425204.64
152807.92
99657.34
2
1834500.31
219044.81
78719.23
51338.63
3
1610623.63
1522039.33
1978651.13
2366811.42
4
804909.16
551235.94
352726.57
342660.18
5
0
0
0
0
6
4831870.88
5904546.22
9699980.8
13328715.83
7
4831870.88
5685501.41
6014068.63
8119153.71
Matriz de ejes equivalentes.
MEE := cf  TCD CEV
1
MEE =
2
3
4
1
3561088.84
425204.64
152807.92
99657.34
2
1834500.31
219044.81
78719.23
51338.63
3
1610623.63
1522039.33
1978651.13
2366811.42
4
804909.16
551235.94
352726.57
342660.18
5
0
0
0
0
6
4831870.88
5904546.22
9699980.8
13328715.83
7
4831870.88
5685501.41
6014068.63
8119153.71
8
0
0
0
0
9
0
0
0
0
10
0
0
0
0
11
0
0
0
0
12
0
0
0
0
13
0
0
0
0
14
0
0
0
0
15 14495612.65 14319249.36
14198452.59
18281383.49
16
0
0
0
0
17
0
0
0
0
18
0
0
0
0
19 21743418.97 16450104.42
10753328.65
...
Finalmente se obtiene la suma de ejes equivalentes 8.2 ton a las prfundidades indicadas
Suma de ejes equivalentes 8.2 Ton
( MEEj ) k
Lj :=
k
T
L = ( 53713895.33 45076926.1261 43228735.5133 53391367.9485 56843739.6947 )
C) CALCULO DEL CBR CRITICO DE DISEÑO , METODO T DE STUDENT
Numero de observaciones:
n := 14
Nivel de confianza :
NC := 90%
Cadenamiento
CAD :=
CBR en terracerias:terreno natural y subrasante
CBR_tn :=
i
i
0
100
650
1320
1660
2370
2760
3450
3710
4420
4650
5330
5800
6620
6990
i := 1 .. n
CBR_sr := CBR_tn  1.90
i
12.2
10.5
9.9
12.8
9.1
11.7
7.5
8.8
10.3
11.8
10.1
11.0
7.2
12.3
i
CBR_sr =
i
n
CBR_tn
CBR_tn m :=
i=1
n
i
= 10.371
Calculo de la media aritmetica, desviacion tipica y coeficiente de variacion de terracerias:
n
CBR_tn
i
i=1
Media_CBR_tn :=
Media_CBR_tn = 10.371
n
n
CBR_sr
i
i=1
Media_CBR_sr :=
n
DE_CBR_tn :=
i=1
CV_CBR_tn :=
CV_CBR_sr :=
(CBR_tni - Media_CBR_tn)
2
DE_CBR_tn = 1.688
n
n
DE_CBR_sr :=
Media_CBR_sr = 19.706
n
i=1
(CBR_sri - Media_CBR_sr)
2
DE_CBR_sr = 3.206
n
DE_CBR_tn
CV_CBR_tn = 16.271  %
Media_CBR_tn
DE_CBR_sr
CV_CBR_sr = 16.271  %
Media_CBR_sr
Determinacion del valor t a partir del nivel de confianza y el calculo de los intervalos de
confianza de las terracerias:
t := NC +
1 - NC
t = 0.95
2
tc :=
= qt( t , n - 1)
ICtn := Media_CBR_tn - 


tc DE_CBR_tn 
tc DE_CBR_tn 
n
n
 Media_CBR_tn +



ICtn1 := Media_CBR_tn - 

ICtn2 := Media_CBR_tn +
ICtn = ( 9.573 11.17 )
n
tc DE_CBR_tn

ICsr = ( 18.188 21.223 )

tc DE_CBR_sr 
tc DE_CBR_sr 
n
n
 Media_CBR_sr +




ICsr2 := Media_CBR_sr +
 = 9.573

= 11.17
n
ICsr1 := Media_CBR_sr - 
ICsr := Media_CBR_sr - 
tc DE_CBR_tn 
tc DE_CBR_sr 
n
tc DE_CBR_sr
n
 = 18.188

= 21.223
Calculo del CBR critico de diseño.
CBR crítico de diseño del terreno natural
CBR_crit_distn := min ICtn
T

  ( 1 - 0.84  CV_CBR_tn)
CBR_crit_distn = 8.264
CBR crítico de diseño de la subrasante
CBR_crit_dis := min ICsr

sr
CBR_crit_dis
sr
T
  ( 1 - 0.84  CV_CBR_sr)
= 15.702
LARGUILLO CBR EN TRAMO 0+000 AL 7+000 (Terreno natural)
14
CBR EN %
12
10
8
6
0
3
3
210
410
CADENAMIENTO EN m
CBR terreno natural
CBR crítico de diseño
Intervalo de confianza
Intervalo de confianza
Media CBR
3
610
3
810
LARGUILLO CBR EN TRAMO 0+000 AL 7+000 (Subrasante)
CBR EN %
25
20
15
10
0
3
3
210
410
CADENAMIENTO EN m
CBR Subrasante
CBR crítico de diseño
Intervalo de confianza
Intervalo de confianza
Media CBR
3
610
3
810
Diseño del pavimento flexible método del Instituto de
Ingeniería de la UNAM
De acuerdo a los valores obtenidos:
Espesor que va desde la superficie a la subrasante:
Espesor que va desde la superficie al terreno natural:
Zsr := 35 cm
Ztn := 52 cm
Determinación delespesor de la Subrasante:
h sr :=
= Z cm
tn - Zsr
h sr = 17 cm
De acuerdo a la norma N.CMT.03/02 CARACTERISTICAS DE LOS MATERIALES
Materiales para subrasante D) REQUISISTOS DE CALIDAD, el espesor minimo que
tendrá la subrasante será de 30cm.
HSR = 30 cm
Determinación delespesor de laCarpeta Asfaltica:
El espesor de la carpeta asfáltica debe entrar en un rango de entre 5.0cm y 7.5cm,
por lo que se propondrá que sea de 7.0cm debido a que tenemos un alto numero de
ejes equivalentes
HCA := 7.0 cm
Determinación delespesor de laBase:
El espesor de la base estará en función del CBR, debido a la gran cantidad de ejes
7
equivalentes, el CBR crítico será de 85%, por lo tanto, entrando con ΣL=45x10
Proponiendo un espesor de base de 20cm
HBH := 20 cm
(
)
HSR := if h sr  30 cm , h sr , 30 cm
Determinación delespesor de laSub-Base:
El espesor de la base estará en función del CBR, debido a la gran cantidad de ejes
7
equivalentes, el CBR crítico será de 85%, por lo tanto, entrando con ΣL=45x10
H3C := HSR + HCA + HBH
H3C = 57 cm
HSB := H3C - 2  HCA - HBH
HSB = 23 cm
Espesor total del Pavimento Flexible:
HPAV := HCA + HBH + HSB + HSR
HPAV = 80 cm
os cálculos realizados con el método de la UNAM determinaron que el espesor
requerido del pavimento flexible, es de 80 cm.
Conformado por:
•
•
•
•
Carpeta Asfáltica de 7 cm de espesor
Base de 20 cm de espesor
Sub-base de 23 cm de espesor
Subrasante de 30 cm de espesor
DISEÑO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES
METODO DEL ING.FERNANDO OLIVERA BUSTAMANTE
Datos del proyecto: Diseño de un pavimento para un camino tipo B, Tres carriles.
Datos del transito:
Transit o Dia rio Promedio Anula:
TDPA := 2920
Vehiculos
Periodo de diseño:
n := 25
Años
Tasa de incremento anual:
r := 3.27%
por ciento
k := 1 .. 3
Tipo := 1
Tip o de camino:
(1) Dos carriles
(2) Tres carriles
(3) Cuatro o mas carriles
%TCDk :=
60%
55%
45%
Datos del material:
VRSterr := 8.269
VRS cuerpo del terreno natural (2-20%):
VRSsubr := 15.711
VRS capa subrasante (2-20%) y > VRS terr:
Composicion del transito:
Vehiculo i :=
i := 1 .. 6
Vehiculos hasta 15 Ton (A2 y A"2)
Autobuses (B2 y B3):
Camiones 15 a 23 Ton (C2 y C3):
Tractor con semiremolque 25 a 33 Ton (T3-S3)
Caminon con remolque 35 a 55 Ton (C3-R3):
Tractor con semiremolque y remolque 65 a 85 (T3-S2-R2):
50
6
20
12
0
12
 Vehiculo = 100
Procentaje de vehiculos pesados:
Vehpesados := 50%
CALCULOS :
Valor a futuro:
Tansito en el carril de diseño:
C :=
( 1 + r)n-1 - 1
r
 365
C = 12999.502
TCD := %TCDTipo TDPA
TCD = 1752
TDPA = 2920
CoefEqi :=
0.060
2.100
2.100
4.100
6.400
8.400
DistTransitoi := TCD
Vehiculo i
100
EjesEquivalentesi := DistTransitoi CoefEqi
SumaEjesEquivalentes := C
DistTransitoi =
 EjesEquivalentes
Suma :=
 EjesEquivalentes
EjesEquivalentesi =
Suma = 3637.152
SumaEjesEquivalentes = 47281165.187
vrs := VRSterr
ejes2 := ( 504749312.146 435512628.947 413366554.065 505977412.662 537424838.994 )
ejes := 537424838.994
A := 0.0017 vrs + 0.833
1



2

225
 
Z := 
  A
1


 
- 1  
1
 
 
 
3
 
2



 
vrs
 

1
+
1
 

 
log( ejes )
 2.4
  1.6

 
Z = 5.295
D2 := Z ( VRSterr)
D2 = 43.782
D1 := Z VRSsubr
D1 = 83.185
Dsubr := if ( D1 - D2) > 30 , ( D1 - D2) , 30
D1 - D2 = 39.403
Dsubr = 39.403
TDPAvehpesados := TDPA Vehpesados
TDPAvehpesados = 1460
Seleccion del tipo y espesor de la carpeta dependiendo del transito de vehiculos pesados:
(1) Menos de 500
Carpeta de un riego
(2) De 500 a 2000
Carpeta de dos riegos o mezcla en el lugar de 5 a 7 cm
(3) De 2000 a 3000
Carpeta de tres riegos o mezcla en el lugar de 7 a 10 cm
(4) Mas de 3000
Carpeta de concreto asfaltico sobre base mejorada con cemento
Portland de 8 a 10 cm
Sellecion del tipo de material y el factor de equivalencia correspondiente.
i := 1 .. 7
1 Carpeta de concreto asfaltico
FGi :=
2 Carpeta de mezcla en el lugar de buena calidad
3 Carpeta de mezcla en el lugar de regular calidad
4 Base estabilizada con cemento Portland
5 Carpeta de tres riegos
6 Carpeta de uno o dos riegos
7 Material natural
Espesor de la carpeta selleccionada:
d1 := 7
Factor de equivalencia sellecionado:
a1 := 2
2.0
1.8
1.3
1.8
1.5
1.0
1.0
Espesor de la base:
d2 := if ( TDPAvehpesados > 5000 , 20 , 15) d2 = 15
Factor de equivalencia seleccionado:
a2 := 1
Espesor de la sub-base:
d3 := D2 - a1 d1 - a2 - d2
d3 = 14
Se concluye que esta propuesta de diseño queda como sigue:
"CAPA"
"Espesor (cm)" 



7
 "Carpeta asfaltica tipo HMA"



"Base hidraulica"
15



"Sub-base"
14



"Subrasante"
30


1
2
225



Z ( vrs , ejes) := 
 if 
1


- 1


1


3

 
2
vrs







+1




log
(
ejes
)


 1.6
 2.4
 


 ejes > 3 106 , 0.017 vrs + 0.833 , 0.0056 vrs + 0.789


Método del Cuerpo de Ingenieros USA mediante PCASE
Roads Design Program
Método del catálogo de pavimentos de alto desempeño de la SCT.
k := 1 .. 8
j := 1 .. 5
Veh :=
Porcveh :=
k
k
"A2"
"A´2"
"B2"
"B3"
"C2"
"C3"
"T3-S3"
"T3-S3-R4"
33%
17%
4%
2%
12%
8%
12%
12%
 Porcvehk = 100%
k
Calculo del rango veicular
Donde:
TD = Tránsito de diseño
TC = Tasa de crecimieto, en decimales
n = Número de años de servicio (horizonte de proyecto)
TDPAactual = Último dato registrado del Tránsito Diario Promedio Anual.
CT = Coeficiente de acumulación del tránsito =
 ( 1 + TC) n - 1

TC


365 
TC := 3.27%
TDPAactual := 2920 Vehículos
n := 25 años
 ( 1 + TC) n - 1

TC


CT := 365
CT = 13790
TD := TDPAactual CT
TD = 40265591
Transito en el carril Diseño:
Número de carriles:
NC := 3
Camino Tipo "B"
fnc :=
0.60 if NC = 2
0.50 if NC = 3
0.40 if NC  4
TCD := fnc TDPAactual
Matriz de coeficientes
de esquivalencia:
TCD = 1460
 0.536
 0.536

 2.000
 1.999
CE := 
 2.000
 3.000
 6.000

 9.000
j := 1 .. 5
Z := ( 0 15 30 60 100 )
0.064 0.023 0.015 0.014 


1.736 
0.802 

6.039

5.488 
8.120 

4.481 
0.064 0.023 0.015 0.014
1.495 1.589 1.701
1.299 0.820 0.805
2.444 4.015 5.517
3.530 3.734 5.041
5.927 5.877 7.567
6.809 4.451 4.471
Matriz de coeficiente de daño vehicular:
 0.17688
 0.09112

 0.08
 0.03998
CEV := 
 0.24
 0.24
 0.72

 1.08
0.02112 0.00759 0.00495 0.00462 


0.06944 
0.01604 

0.72468

0.43904 
0.9744 

0.53772 
0.01088 0.00391 0.00255 0.00238
0.0598
0.06356 0.06804
0.02598 0.0164
0.0161
0.29328 0.4818
0.66204
0.2824
0.29872 0.40328
0.71124 0.70524 0.90804
0.81708 0.53412 0.53652
Matriz de ejes equivalentes:
MEE := CT  TCD CEV
 3561089
 1834500

 1610624
 804909
MEE = 
 4831871
 4831871
 14495613

 21743419
425205
152808
99657
219045
78719
51339
1203941
1279640
1369835
523050
330178
324138
5904546
9699981 13328716
5685501
6014069
8119154
14319249 14198453 18281383
16450104 10753329 10801647


47916

1398021 
322930 

14589834

8839102 
19617396 

10825807 
93014
Ejes equivalentes de 8.2t ( ΣEE)
Datos;
ΣEE = Suma de ejes sencillos equivalentes de 8.2 t, esperados en el
horizonte de proyecto.
TD = Tránsito de diseño
Cd = Coeficiente de daño (en función del tipo de vehículo)
CD = Coeficiente de distribución por carril (en decimales)
Ci = Coeficiente de distribución direccional
Z = ( 0 15 30 60 100 ) cm
Estacion Climatologica 00020248 Santiago Chazumba II, SA
Temperatura máxima observada:
Tmax := 46
Temperatura mínima observada:
Tmin := 1
Presipitación máxima observada:
PPm := 91.7
Aptitud del terreno Natural:
f := 1 .. 4
Calificación Particular:
Cp :=
f
0
0
50
75
Cg :=
Alta
Factor de Influencia:
Fi :=
f
15%
30%
20%
35%
 Cif = 36.25
Calificación por influencia
Ci := Cp  Fi
f
f
f
Ci :=
f
0
0
10
26.25
f
Clasificación de la Regióes:
Región :=
1 if 100 > Cg  80
2 if 80 > Cg  60
3 if 60 > Cg  40
4 if 40 > Cg > 20
5 if 20 > Cg > 0
Región = 4
ΣL1 = 37000000
CA : Carpeta Asfáltica
CH : Concreto Hidraúlico
BH : Base Hidraúlica
BEA : Base Estabilizada con Asfalto
BEC : Base Estabilizada con Cemento Hidraúlico
BMC : Base Modificada con Cemento Hidraúlico
SB : Sub-Base
ΣL1 := 37 10
6
METODO DEL IMT.
INSTITUTO MEXICANO DEL TRANSPORTE
IMT - PAVE
Ver. 3.0
ANÁLISIS DE LA ESTRUCTURA DEL PAVIMENTO
Proyecto:EQUIPO 6 PAV 12-1
DATOS DE TRÁNSITO
TDPA : 2920
Factor de distribución por carril :
Factor de distribución por sentido :
CLASIFICACIÓN VEHÍCULAR
A : 50
B2 : 4
B3 : 2
C2 :
12
C3 :
8
T3-S2 : 0
Fecha :
30/05/2021
Horizonte del proyecto :
25
Años :
Tasa de crecimiento :
3.27 %
0.5
0.5
VOLUMEN DE TRÁNSITO PARA EL HORIZONTE DEL PROYECTO
T3-S3 :
12
T3-S2-R4 : 12
Otros :
0
TIPO DE EJE
%
Sencillo
Dual
Tandem
Tridem
33.78
10.81
47.30
8.11
# DE REPETICIONES POR AÑO
201,328.0
64,425.0
281,859.1
48,318.7
ESTRUCTURA DEL PAVIMENTO
No. CAPA
1
2
3
4
5
NOMBRE CAPA
Carpeta Asfáltica
Base Granular
Sub Base
Sub rasante
Capa semi-infinita
NIVEL DE CARGA USADO :
CONFIABILIDAD :
ESPESOR
(cm)
MÓDULO
(MPa)
10
15
30
25
3500
1000
1000
100
50
COEF. VARIACIÓN
(%)
15
15
15
15
15
LEGAL
90%%
RESULTADOS
VIDA A LA FATIGA : > 25 Años
A LA DEFORMACIÓN : 22.4 Años
Nota: El proyecto constructivo deberá contemplar los espesores indicados y verificar que los
materiales seleccionados para cada una de las capas del pavimento cumple con los valores de
módulo de resiliencia definidos en el diseño y para las condiciones de compactación especificadas.