05.01 diseño de pavimentos flexibles instituto de asfalto

DISEÑO DE PAVIMENTO

FLEXIBLE

INSTITUTO DEL ASFALTO

1

El Instituto del Asfalto esla asociación internacionalde productores de asfaltode petróleo, los fabricantesy las empresas afiliadas.

Su misión es promover eluso de los beneficios yprestaciones de calidad delasfalto de petróleo, a travésde ingeniería, investigación,comercialización yactividades educativas, yatravés de la resolución deproblemas que afectan a laindustria.

2

Este manual presenta un procedimiento para el diseñoestructural de los espesores para pavimentos utilizandocemento asfaltico o asfalto emulsificado en toda, o parte de laestructura.

3

Se incluyen varias combinaciones:

� De superficie de concreto asfaltico.� De superficie de asfalto emulsificado.� De bases o subbases de agregado no

tratado.� De base de asfalto emulsificado.

PAVIMENTO ASFALTICO

EN TODO SU ESPESOR

PAVIMENTO ASFALTICO

CON BASE GRANULAR

CONCRETO ASFALTICO

SUPERFICIAL

CONCRETO ASFALTICO

O BASE CON ASFALTO

EMULSIONADO

Ec

Et

SUBRASANTE

CONCRETO ASFALTICO

SUPERFICIAL

CONCRETO ASFALTICO

O BASE CON ASFALTO

EMULSIONADO

BASE GRANULAR

SUBRASANTEPavimentos de Concreto Asfáltico en

Todo su Espesor y Base con Asfalto

Emulsificado Pavimentos con Base Granular

Ubicación de las deformaciones consideradas en el procedimiento de diseño4

Full - Depth asphalt Pavement(Pavimento asfaltico en todo su espesor)

Es un pavimento en el que se utilizanmezclas asfálticas para todas lascapas encima de la subrasantenatural o mejorada.

Este sistema multicapa resistemucho mejor los esfuerzos delpavimento que las bases no tratadas,las cuales no poseen esfuerzos detensión.

Además no retiene agua, la cualpuede causar fallas en la base y en lasubrasante como sucedefrecuentemente en el caso de lasbases no tratadas.

CONCRETO ASFALTICO

SUPERFICIAL

CONCRETO ASFALTICO

O BASE CON ASFALTO

EMULSIONADO

Ec

Et

SUBRASANTE

Pavimentos de Concreto Asfáltico en Todo su Espesor

y Base con Asfalto Emulsificado

5

Se presentan guías para la definición delas propiedades de la subrasante,propiedades de los materiales y valores deltrafico requeridos para la selección de losespesores apropiados de las capas delpavimento.

Además, se presentan procedimientospara:

� El diseño de la construcción poretapas.

� Análisis económico.� Recomendaciones para los

requerimientos de compactación.6

METODOLOGÌA

� La Metodología considera2 condiciones especificas deEsfuerzo - Deformación.

� En la primera condiciónilustrada en la Figura la cargapor rueda W es transmitida ala superficie del pavimento através de la llanta como unapresión verticalaproximadamente uniformePo.

7

METODOLOGÌA

� La Estructura del Pavimento distribuye luego los esfuerzos de lacarga, reduciendo su intensidad hasta que en la superficie de lasubrasante, tiene una intensidad máxima P1.

�La figura ilustra lamanera general en lacual la intensidad dela máxima presiónvertical disminuyecon la profundidadde Po a P1.

8

METODOLOGÌA

� La segunda condición tal como se ilustra en la Fig. la carga porrueda W, deflecta la estructura del pavimento causando Esfuerzosy Deformaciones de Tensión y Comprensión en la CapaAsfáltica.

� Las Cartas de Diseño presentadas en este manual, han sidodesarrolladas utilizando los criterios de deformaciones verticalescomprensivas inducidas en la parte superior de la subrasante y lasdeformaciones tensionales máximas inducidas en el fondo de la capaasfáltica por las cargas de las ruedas.

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CONSIDERACIONES DE DISEÑO

En este capitulo se discute la selección de los factores apropiadospara el diseño estructural de pavimentos asfálticos. Se presentainformación sobre:

� Clasificación de vialidades� Selección de los tipos de materiales y su relación con el tipo

de trafico.� Uso de la construcción por etapas.� Comparación económica de diferentes alternativas de

diseño.

Generalmente se conoce mas acerca de las características deltrafico, clima y condiciones de la subrasante en carreteras de altovolúmenes de trafico que en caminos de bajo volumen de tráfico.

10

CLASIFICACION DE CARRETERAS Y CALLES

La Administración Federal de Carreteras de los Estados Unidos(FHWA) clasifica a las Carreteras y Calles con un Sistema deClasificación Funcional que puede ser de ayuda para determinarapropiadamente los factores de tráfico y otras variables de diseñonecesarias. La clasificación mas importante es:

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DISTRIBUCION DE CAMINOS EN DISTINTAS CLASES

DE CARRETERAS – ESTADOS UNIDOS

Tabla Nº 01

OTRAS

PRINCIPALES MENOR MAYOR MENOR AUTOPISTAS PRINCIPAL MENOR

Caminos de una unidad

2 ejes, 4 llantas 43 60 71 73 80 43-80 52 66 67 84 86 52-86

2 ejes, 6 llantas 8 10 11 10 10 8-10 12 12 15 9 11 9-15

3 ejes o mas 2 3 4 4 2 2-4 2 4 3 2 < 1 <1-4

Todas unidades simples 53 73 86 87 92 53-92 66 82 85 95 97 66-97

Camiones de unidad multiple

4 ejes o menos 5 3 3 2 2 2-5 5 5 3 2 1 1-5

5 ejes 41 23 11 10 6 6-41 28 13 12 3 2 2-28

6 ejes o mas 1 1 < 1 1 < 1 <1-1 1 < 1 < 1 < 1 < 1

Todas las unidades multiples 47 27 14 13 8 8-47 34 18 15 5 3 3-34

Todos los caminos 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100

PORCENTAJE DE CAMIONES

SISTEMA URBANOS

INTERESTATAL INTERVALOOTRAS ARTERIAL

COLECTORESClase de camion OTRAS ARTERIAL

INTERESTATALCOLECTORES

SISTEMA RURAL

INTERVALO

12

ANÁLISIS DE TRÁFICOSe consideran de primordial importancia al número y cargas por ejeesperadas en un periodo de tiempo determinado. Las cargas por ejevarían típicamente de ligeras a pesadas. Se ha demostrado que esposible representar el efecto de cualquier eje cargado con cualquiermasa, sobre el comportamiento de un pavimento, por medio del numerode aplicaciones de carga por eje simple, equivalente a 18,000 libras(80KN),representado por un EAL (Equivalent Axle Load).

13

Factores equivalentes de carga

El concepto de convertir un transito mixto en un numero de ESALs de 80KN fue desarrollado en el Road Test de la AASHO, en este ensayo secargaron pavimentos similares con diferentes configuraciones de ejes ycargas para analizar el daño producido.

14


Así el factor equivalente de carga o LEF es un valor numérico que expresala relación entre la perdida de serviciabilidad causada por una carga dada deun tipo de eje y la producida por el eje estándar de 80 KN en el mismo eje.

15


Dado que cada tipo de pavimento responde de manera diferente a unacarga, los LEFs cambian de acuerdo al tipo de pavimento. Por ejemplo, si elpunto de falla de un pavimento cambia, también, lo hace el LEF. Es así quepavimentos rígidos y flexibles tienen diferentes LEFs y que también cambiesegún el SN para el pavimento flexible y según el espesor de losa parapavimentos rígidos, y que también cambien según el nivel de serviciabilidadadoptado Pf.

16

Tabla Nº 02

17

Factor de Camión

El LEF da una manera de expresar los niveles equivalentes de daño entreejes, pero también es conveniente expresar el daño en termino de deterioroproducido por un vehiculo en particular, es decir los daños producidos porcada eje de un vehiculo son sumados para determinar el daño producidopor el vehículo total.

Así nace el concepto de Factor de Camión (FC) que se define como elnumero de ESALs por vehículo. Este tipo de camión puede sercomputado para cada clasificación general de camiones o para todos losvehículos comerciales como un promedio para una configuración de transitodada. Es más exacto considerar factores de camión para cada clasificacióngeneral de camiones.

Factor camión = Σ(Cantidades de ejes x factor de equivalencia de carga)cantidad de vehículos

18

19

OTRAS



2 ejes, 4 llantas 0.003 0.003 0.003 0.017 0.003 0.003-0.017 0.0002 0.015 0.002 0.006 - 0.006-0.015

2 ejes, 6 llantas 0.21 0.25 0.28 0.41 0.19 0.19-0.41 0.17 0.13 0.24 0.23 0.13 0.13-0.24

3 ejes o mas 0.61 0.86 1.06 1.26 0.45 0.45-1.26 0.61 0.74 1.02 0.76 0.72 0.61-1.02

Todas unidades simples 0.06 0.08 0.08 0.12 0.03 0.03-0.12 0.05 0.06 0.09 0.04 0.16 0.04-0.16


4 ejes o menos 0.62 0.92 0.62 0.37 0.91 0.37-0.91 0.98 0.48 0.71 0.46 0.4 0.40-0.98

5 ejes 1.09 1.25 1.05 1.67 1.11 1.05-1.67 1.07 1.17 0.97 0.77 0.63 0.63-1.17

6 ejes o mas 1.23 1.54 1.04 2.21 1.35 1.04-2.21 1.05 1.19 0.9 0.64 - 0.64-1.19

Todas las unidades multiples 1.04 1.21 0.97 1.52 1.08 0.97-1.52 1.05 0.96 0.91 0.67 0.53 0.53-1.05

Todos los caminos 0.52 0.38 0.21 0.3 0.12 0.12-0.52 0.39 0.23 0.21 0.07 0.24 0.07-0.39

COLECTORES INTERVALO

FACTORES DE CAMION

Clase de camion

SISTEMA RURAL SISTEMA URBANOS

INTERESTATALOTRAS ARTERIAL COLECTORES

INTERVALO INTERESTATALOTRAS ARTERIAL

DISTRIBUCION DE FACTORES DE CAMION (fi) PARA

DISTINTAS CLASES DE CARRETERAS Y VEHICULOS

Tabla Nº 03

20

Los Factores Camión pueden calcularse para camiones individuales decualquier tipo ó para combinaciones de diferentes tipos de camiones comopueden ser unidades simples de 2 ó 3 ejes, unidades de tractor y trailer de 5ejes.

La tabla anterior presenta Factores Camión típicos para una variedad declasificaciones de camiones y carreteras en los EEUU. Estos factorescamión fueron calculados de los datos recolectados individualmente pordiferentes estados y recopilados pór la FHWA.

Es necesario enfatizar que esos datos son promedios de un estudio y quedeberá usarse la información detallada de los conteos de tráfico locales,cuando estén disponibles.

Las características de la flota actual de vehículos está cambiandogeneralmente a medida que los vehículos antiguos son reemplazados porotros de tecnologías más modernas.

21

ESTIMACIÓN DEL EALEl análisis de trafico recomendado permite determinar el numero de aplicaciones de cargasequivalentes a un eje simple de 18,000 lb (EAL), a ser usado en la determinación de los espesoresdel pavimento.

Factor Equivalencia de Carga.- Es el numero de aplicaciones equivalentes a una carga por ejesimple de 18,000 lb en una pasada de un eje dado.

ESAL0= ΣIMDi. Fei

ESAL= ESAL0 . 365 . Dd . Dl . Gj

Factor Camión.- Es el numero de aplicaciones equivalente a una carga por eje simple de 18,000 lben una pasada de un vehículo dado.

ESAL0= ΣIMDi. fi

ESAL= ESAL0 . 365 . Dl . Gj

Donde:ESAL : Carga equivalente acumulada de 18,000 lb por ejeIMD : transito anual medio diario durante el primer año.Fei : factor equivalente de carga.Dd : Factor de dirección.Dl : Factor de carril.Gi : Factor de crecimiento.fi : factor camión.

22

PERIODO DE DISEÑO

Es el periodo seleccionado en años, para el cual se diseña elpavimento. Al termino de este periodo puede esperarse queel pavimento requiera de trabajos de rehabilitación,usualmente de una sobre capa asfáltica, para devolver suadecuado nivel de transitabilidad.

El Periodo de Diseño sin embargo, no debe confundirse conla Vida del Pavimento o con el Periodo de Análisis.

La vida del pavimento puede extenderse indefinidamente pormedio de sobrecapas u otras medidas de rehabilitación, hastaque la vía se torne obsoleta, por cambios de rasante,alineamiento u otros factores.

23

TABLA IV-2 .- PORCENTAJE DEL TRAFICO TOTAL DE CAMIONESEN EL CARRIL DE DISEÑO

Tabla Nº 04

CARRIL DEL DISEÑOPara calles y carreteras de 2 carriles, el carril de diseño puede ser cualquierade los carriles de la vía, mientras que para calles y carreteras de carrilesmúltiples, generalmente es el carril externo. Bajo ciertas condiciones esprobable que haya un mayor tráfico de camiones en un sentido que en otro.En muchas localidades, los camiones circulan cargados en un sentido yvacíos en el otro.

NUMERO DE CARRILES (DOS DIRECCIONES)

PORCENTAJE DE CAMIONES EN EL CARRIL DE DISEÑO

2 50

4 45(35-48) *

6 ó más 40(25-48) *

* Rango Probable 24

El pavimento debe ser diseñadopara servir adecuadamente lademanda del tráfico durante unperiodo de años. Al aplicar losfactores de crecimiento hay queevitar exceder la capacidad de losvehículos sobre la vía, ya que estoacarrearía un diseñoinnecesariamente conservador.

El Crecimiento puede tomarse enel diseño empleando los Factoresde Crecimiento mostrados en laTabla IV-3.

CRECIMIENTO DE TRÁFICO

0

10

20

30

40

50

60

70

80

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23

FACTOR DE CRECIMIENTODE TRAFICO

25

sin

crecimiento 2 4 5 6 7 8 10

1 1 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00

2 2 2.02 2.04 2.05 2.06 2.07 2.08 2.10

3 3 3.06 3.12 3.15 3.18 3.21 3.25 3.31

4 4 4.12 4.25 4.31 4.37 4.44 4.51 4.64

5 5 5.20 5.42 5.53 5.64 5.75 5.87 6.11

6 6 6.31 6.63 6.80 6.98 7.15 7.34 7.72

7 7 7.43 7.90 8.14 8.39 8.65 8.92 9.49

8 8 8.58 9.21 9.55 9.90 10.26 10.64 11.44

9 9 9.75 10.58 11.03 11.49 11.98 12.49 13.58

10 10 10.95 12.01 12.58 13.18 13.82 14.49 15.94

11 11 12.17 13.49 14.21 14.97 15.78 16.65 18.53

12 12 13.41 15.03 15.92 16.87 17.89 18.98 21.38

13 13 14.68 16.63 17.71 18.88 20.14 21.50 24.52

14 14 15.97 18.29 19.60 21.02 22.55 24.21 27.97

15 15 17.29 20.02 21.58 23.28 25.13 27.15 31.77

16 16 18.64 21.82 23.66 25.67 27.89 30.32 35.95

17 17 20.01 23.70 25.84 28.21 30.84 33.75 40.54

18 18 21.41 25.65 28.13 30.91 34.00 37.45 45.60

19 19 22.84 27.67 30.54 33.76 37.38 41.45 51.16

20 20 24.30 29.78 33.07 36.79 41.00 45.76 57.27

25 25 32.03 41.65 47.73 54.86 63.25 73.11 98.35

30 30 40.57 56.08 66.44 79.06 94.46 113.28 164.49

35 35 49.99 73.65 90.32 111.43 138.24 172.32 271.02

Periodo

de diseño

años(n)

Tasa de crecimiento anual (n) porciento

FACTOR DE CRECIMIENTO

FUENTE: ThicknessDesing – asphalt Pavementsfor highways and strrets,Manual Series Nº 01, theasphalt Instituto, Lexington.

Tabla Nº 05

26

EJEMPLO Nº 01

Calcular la carga acumulada de ejes equivalentes en una arteria menor dedos carriles de una zona rural, si su IMD= 12,000, su tasa de crecimiento esde 4% y el periodo de diseño es 20 años.

Automóviles = 50%Camiones de eje simple:

de 2 ejes y 4 ruedas = 33% (10,000 lb)de 3 ejes o mas = 17% (16,000 lb)

Determinar :

a) El Esal acumulado usando factor equivalente de carga.b) El Esal acumulado usando factores camión.

27

a) SOLUCION

Se espera que la mezcla vehicular permanezcaigual durante la vida de diseño del pavimento.ESAL0= ΣIMDi. Fei

ESAL= ESAL0 . 365 . Dd . Dl . Gj

i) Calculo del ESAL.

Factor de crecimiento = 29.78

Volumen porcentual de camiones en el carril dediseño = 45% (ver tabla Nº )

Factores equivalente de carga. (ver tabla Nº )Automoviles (50%)= 0.00002 despreciable

Caminos de eje simple :de 2 ejes y 4 ruedas (33%) = 0.087x2 = 0.174de 3 ejes o mas (17%) = 0.623x3= 1.869

28

a) SOLUCION

i) Calculo del ESAL.

Automoviles=12000x365x0.50x0.50x0.25x29.78x0.00002= 163.04

Caminos de eje simple:de 2 ejes y 4 ruedas (33%)= 12000x365x0.33x0.5x 0.25x29.78x 0.174= 936,207de 3 ejes o mas (17%)= 12000x365x0.17x0.50x0.25x29.78 x 1.869= 5’180,444

ESAL = 6’116,651

29

b) SOLUCION

Como no se menciona las cargas por eje, se usara el factor de camión paracalcular las Esal respectivas.

ESAL0= ΣIMDi. fi

ESAL= ESAL0 . 365 . Dl . Gj

i) Cantidad de vehículos en el primer año

Automóviles ( 50%) =12,000x365x0.50x0.25 = 547,500

Caminos de eje simple:de 2 ejes y 4 ruedas (33%) = 12,000x365x0.33x0.25 = 361,350de 3 ejes o mas (17%) = 12,000x365x0.17x0.25 = 186,150

30

OTRAS



2 ejes, 4 llantas 0.003 0.003 0.003 0.017 0.003 0.003-0.017 0.0002 0.015 0.002 0.006 - 0.006-0.015

2 ejes, 6 llantas 0.21 0.25 0.28 0.41 0.19 0.19-0.41 0.17 0.13 0.24 0.23 0.13 0.13-0.24

3 ejes o mas 0.61 0.86 1.06 1.26 0.45 0.45-1.26 0.61 0.74 1.02 0.76 0.72 0.61-1.02

Todas unidades simples 0.06 0.08 0.08 0.12 0.03 0.03-0.12 0.05 0.06 0.09 0.04 0.16 0.04-0.16


4 ejes o menos 0.62 0.92 0.62 0.37 0.91 0.37-0.91 0.98 0.48 0.71 0.46 0.4 0.40-0.98

5 ejes 1.09 1.25 1.05 1.67 1.11 1.05-1.67 1.07 1.17 0.97 0.77 0.63 0.63-1.17

6 ejes o mas 1.23 1.54 1.04 2.21 1.35 1.04-2.21 1.05 1.19 0.9 0.64 - 0.64-1.19

Todas las unidades multiples 1.04 1.21 0.97 1.52 1.08 0.97-1.52 1.05 0.96 0.91 0.67 0.53 0.53-1.05

Todos los caminos 0.52 0.38 0.21 0.3 0.12 0.12-0.52 0.39 0.23 0.21 0.07 0.24 0.07-0.39

COLECTORES INTERVALO

FACTORES DE CAMION

Clase de camion

SISTEMA RURAL SISTEMA URBANOS

INTERESTATALOTRAS ARTERIAL COLECTORES

INTERVALO INTERESTATALOTRAS ARTERIAL

DISTRIBUCION DE FACTORES DE CAMION (fi) PARA

DISTINTAS CLASES DE CARRETERAS Y VEHICULOS

Tabla Nº 02

31

sin

crecimiento 2 4 5 6 7 8 10

1 1 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00

2 2 2.02 2.04 2.05 2.06 2.07 2.08 2.10

3 3 3.06 3.12 3.15 3.18 3.21 3.25 3.31

4 4 4.12 4.25 4.31 4.37 4.44 4.51 4.64

5 5 5.20 5.42 5.53 5.64 5.75 5.87 6.11

6 6 6.31 6.63 6.80 6.98 7.15 7.34 7.72

7 7 7.43 7.90 8.14 8.39 8.65 8.92 9.49

8 8 8.58 9.21 9.55 9.90 10.26 10.64 11.44

9 9 9.75 10.58 11.03 11.49 11.98 12.49 13.58

10 10 10.95 12.01 12.58 13.18 13.82 14.49 15.94

11 11 12.17 13.49 14.21 14.97 15.78 16.65 18.53

12 12 13.41 15.03 15.92 16.87 17.89 18.98 21.38

13 13 14.68 16.63 17.71 18.88 20.14 21.50 24.52

14 14 15.97 18.29 19.60 21.02 22.55 24.21 27.97

15 15 17.29 20.02 21.58 23.28 25.13 27.15 31.77

16 16 18.64 21.82 23.66 25.67 27.89 30.32 35.95

17 17 20.01 23.70 25.84 28.21 30.84 33.75 40.54

18 18 21.41 25.65 28.13 30.91 34.00 37.45 45.60

19 19 22.84 27.67 30.54 33.76 37.38 41.45 51.16

20 20 24.30 29.78 33.07 36.79 41.00 45.76 57.27

25 25 32.03 41.65 47.73 54.86 63.25 73.11 98.35

30 30 40.57 56.08 66.44 79.06 94.46 113.28 164.49

35 35 49.99 73.65 90.32 111.43 138.24 172.32 271.02

Periodo

de diseño

años(n)

Tasa de crecimiento anual (n) porciento

FACTOR DE CRECIMIENTO

FUENTE: ThicknessDesing – asphalt Pavementsfor highways and strrets,Manual Series Nº 01, theasphalt Instituto, Lexington.

Tabla Nº 05

32

b) SOLUCION

Como no se menciona las cargas por eje, se usara el factor de camion paracalcular las Esal respectivas.

ESAL0= ΣIMDi. fi

ESAL= ESAL0 . 365 . Dl . GjTipo de vehículo

Cantidad de

vehículos en el

primer año

(01)

Factor camión

(tabla Nº )

(02)

Factores de crecimiento

para tasa anual 5%

(tabla Nº )

(03)

ESAL

(01)X(02)x(03)

(04)

Automóviles ( 55%) 547,500 0.00001 29.78 163

Caminos de eje simple

de 2 ejes y 4 ruedas = 18% 361,350 0.003 29.78 32,283

de 3 ejes o mas = 4% 186,150 1.065 29.78 5,876,159

Esal total 5’908,605

33

SUELOS DE SUBRASANTE

SUBRASANTE : Suelo preparado y compactado para soportarla estructura del pavimento. Es la cimentación de la estructura delpavimento; también se le llama “basamento” o “suelo de cimentación”.

SUBRASANTE MEJORADA: Es cualquier capa o capas dematerial mejorado entre el suelo y la estructura del pavimento. Puede serun material tratado o de un material transportado.

Normalmente no es necesaria en el diseño y construcción de unPavimento Asfáltico o Full Depth.

Debe ser considerada solamente cuando se encuentre una subrasanteque no puede soportar el equipo de construcción en cuyo caso solo esutilizada como una plataforma de trabajo para la construcción de lascapas del pavimento y no afecta el espesor de diseño de la estructura delpavimento.

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Módulo de ResilenciaLa propiedad determinante de la subrasante es el Módulo de

Resilencia (Resilient Modulus, Mr). Se describe en el Manual de Suelos(MS-10) del I.A.

Al no disponer de equipos apropiados para hallar el Mr., se haestablecido factores apropiados para determinar el Mr., a partir de losensayos de CBR y del Valor de Resistencia – R; los resultados sonaproximados.

Este valor del Mr. de los suelos de subrasante depende de la magnituddel esfuerzo bajo la carga de diseño. El método de ensayo recomienda unapresión de confinamiento y un esfuerzo desviador que son razonables parala mayoría de los ensayos

Los Módulos de Resiliencia de los materiales granulares no tratadosvarían con las condiciones de esfuerzos en el pavimento. Los valoresutilizados en el desarrollo de las cartas de diseño varían al menos entre15,000 psi (103 Mpa) hasta mas de 50,000 psi (345 Mpa) .

35

Módulo de ResilenciaPara facilitar el uso de las cartas de diseño con otros ensayos ampliamente usados,se han establecido correlaciones del Mr con el CBR y con los valores de –R,como se detallan en el MS-10, ASTM y AASHTO.

- CBR de Suelos Compactados: ASTM D 1883, AASHTO T 193.Muestras compactadas de acuerdo a ASTM D 1557, AASHTO T 180,Métodos B ò D

- Valor de Resistencia – R: ASTM D 2844, AASHTO Método T 190

RELACIÒN Mr. vs CBR:

Mr (MPa) = 10.3 x CBRMr (psi) = 1500 x CBRMr (kg/cm2) = 100 x CBR

RELACIÒN Mr. vs Valor – R:

Mr (MPa) = 8.0 + 3.8 (Valor – R)Mr (psi) = 1155 + 555 (Valor – R)

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� Estas correlaciones son aplicables a materiales clasificados como CL,CH. ML, SC, SM y SP, según el SUCS ( ASTM D2487), òA-7, A- 6, A - 5, A – 4, y A – 2 según el Sistema AASHTO(Designación M 145) ò a aquellos materiales que se estima tendrán unMr de 30,000 psi ( 207 Mpa) ò menor.

� Estas correlaciones no son aplicables a materiales de base o subbasegranulares no tratadas

� Se recomienda efectuar ensayos de laboratorio directos para obtenervalores de Mr mayores para subrasante

� También existen correlaciones entre el CBR ò Valor – R con elMódulo Dinámico, muchas de las cuales producen valores de Mrmenores y consecuentemente mayores espesores del pavimento

Módulo de Resilencia

37

¿DE VALOR DEL CBR TOMO PARA DISEÑO?

El criterio más difundido para la determinación del valor de resistencia de

diseño es el propuesto por el Instituto del asfalto, el cual recomienda tomar

un valor total, que es el 60, el 75 o el 87. 5% de los valores individuales sea

igual o mayor que el, de acuerdo con el tránsito que se espera circulen sobre

el pavimento, como se muestra en la tabla

Límites para la selección de resistencia

Número de ejes de 8.2 t en el

carril de diseño (N)

Presentil a seleccionar para

hallar la resistencia

< 10 4 60

10 4 - 10 6 75

>10 6 87.5

Fuente: 1 Asphalt Institute, Thickness Dessing, 1981

38

El modulo de resilencia de diseño de la subrasante (Mr) se define como elvalor del modulo de resilencia que es el menor que el 60%, el 75% o el87.5% del total de valores analisados en la seccion.

Estos porcentajes se conocen como valores percentiles y estanrelacionados con el trafico de diseño.

Módulo de Resilencia de diseño

Límites para la selección de resistencia

Número de ejes de 8.2 t en el

carril de diseño (N)

Presentir a seleccionar para

hallar la resistencia

< 10 4 60

10 4 - 10 6 75

>10 6 87.5

39

5,000

7,000

9,000

11,000

13,000

15,000

17,000

0 20 40 60 80 100

PORCENTAJE MAYOR O IGUAL QUE

Mr. PSI

Dibújense los valores de Mr y % obtenidos.

40

MATERIALES PARA LA CONSTRUCCION DE PAVIMENTOS.

En cuanto a la rodadura, el método considera la utilización de mezclaasfáltica del tipo concreto asfaltico y en uno de sus casos, tratamientosuperficial doble.

Las bases pueden ser en concreto asfaltico, estabilizadas con emulsiónasfáltica o granulares. Las bases estabilizadas con emulsión asfálticacorresponden a tres tipos de mezcla, según la clase de agregado utilizado.

41

Tipo I Mezcla de emulsión asfáltica con agregado procesado,

densamente graduado

Tipo II Mezcla de emulsión asfáltica con agregado semiprocesado,

de trituración, de banco o carretera.

Tipo III Mezcla de emulsión con arena o arenas limosas

PROCEDIMEINTO DE DISEÑO

El diseño del pavimento por este método requiere de la ejecución ordenadade los siguientes pasos.

a) Estimación esperada del transito durante el periodo de diseñoexpresado como numero de acumulado de ejes simples equivalentes de8.2 toneladas en el carril de diseño.

b) Determinación de la resistencia de los suelos típicos de la subrasante.Si se emplea el ensayo CBR deberá aplicarse la formula decorrelación que le corresponda.

c) Elección de los tipos de base y capa de rodadura a utilizar. Para cadatipo de base elegido el método presenta una grafica de diseño quepermite determinar los espesores de las diversas capas del pavimento.Ahora bien, siempre que se desea utilizar bases estabilizadas de lostipos II y III deberán cubrirse con concreto asfaltico en espesor noinferior a los que se indican en la siguiente tabla VI-2.

42

TABLA VI-2 ESPESORES MINIMOS DE CONCRETO ASFALTICO SOBRE BASES CON ASFALTO EMULSIFICADO

Se pueden usar concreto asfáltico o mezclas con asfalto emulsificadoTipo I con un tratamiento de superficie, sobre capas de base con asfalto emulsificado Tipos II o III.

Trafico de diseño (EAL)

Tipos II y III

milimetros pulgadas

104 50 2

105 50 2

106 75 3

107 100 4

>107 130 5

43

CONSIDERACIONES AMBIENTALES

Adicionalmente a los efectos de las variaciones mensuales detemperatura a lo largo del año, sobre los módulos dinámicos delas mezclas de concreto asfáltico y de asfalto emulsificado; lascurvas de diseño también toman en consideración los efectosde la temperatura sobre los módulos de resilencia de lasubrasante y de los materiales granulares de la base

En el caso de la subrasante, este se corrigió utilizando un Mrincrementado para representar la época de helada en elinvierno y un Mr reducido para representar la época dedescongelamiento.

La misma técnica se utilizó para representar los efectosambientales en las bases granulares

44

FACTORES AMBIENTALESLas cartas de diseño presentadas en este manual están basadasen tres tipos de condiciones ambientales típicas en la mayor partede Norteamérica. El programa DAMA puede ser usado para eldiseño de pavimentos bajo condiciones diferentes.

En zonas donde existan suelos susceptibles al fenómeno deheladas y donde se encuentren severas condiciones detemperatura bajas, es necesario remover reemplazar tales suelos otomar ciertas precauciones antes del inicio de la construcción delpavimento.

En climas extremadamente cálidos, las mezclas asfálticas deben serdiseñadas para resistir el ahuellamiento y mantener una adecuadarigidez a altas temperaturas.

Debido a que las mezclas asfálticas son susceptibles a latemperatura, es aconsejable utilizar diferentes grados de asfaltosde acuerdo a las condiciones de temperatura prevalecientes..

45

� Se usó la Temperatura Media Anual del Aire (MAAT) para caracterizar las condiciones ambientalesaplicables a cada región, seleccionándose las características de los materiales según esto.

46

47

Determinar el valor del

ESAL

Determinar el valor del

Mr

Seleccionar

Materiales

Determinar las Combinaciones del

espesor de diseño

Construcción por

etapas

Construcción sin

etapas

Análisis económico

Diseño Final

Ejemplo:

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Requisitos de calidad de las capas granulares

Ensayo Requisitos de los ensayos

Sub base granular Base granular

CBR mínimo

R mínimo

20

55

50

78

LL máximo 25 25

IP máximo 6 NP

Equivalente de arena,

minimo

25 35

% Nº 200, maximo 12 7

diseñar un pavimento en una carretera principal rural de dos carriles, si su IMD=12,000, su tasa de crecimiento es de 4% y el periodo de diseño es 20 años. el suelode subrasante es una arena arcillosa cuyo CBR es de 9%Automóviles = 55%Caminos de eje simple:

de 2 ejes y 4 ruedas = 33% (10,000 lb)de 3 ejes o mas = 17% (16,000 lb)

Tractores semiremolques y combinacion.de 4 ejes o menos = 4%

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Solución:

1. Calculo del numero acumulado de ejes equivalente de 8.2 toneladas en el carrilde diseño y durante un periodo de diseño de 20 años.

ESAL = 5’908,605 = 5.9 x 10 6

( valor extraído del problema anterior sobre ejes equivalentes) )

2. Determinación del modulo de resiliencia del suelo típico de subrasante a partirdel CBR.

Mr = 100 x 9 = 900 kg/cm2

50

Solución:3. Determinación de los espesores en función de diseño en función de los

parámetros calculados anteriormente.i. Alternativa en espesor pleno de concreto asfaltico – full deph

A partir de los datos básicos y utilizando la tablas , se tiene que el espesor del pavimento, en concreto asfaltico es de 28.00 cm

9x102 kg/cm2

5.9x

106

51

ii. Alternativa con base estabilizada con emulsión tipo I, II y III.

Si se desea usar base estabilizada con emulsión asfáltica del tipo I su espesordebe de ser 31.00 cm – 2.50cm = 29.50, cubiertos por un tratamientosuperficial.

9x102 kg/cm2

5.9x

106

52


Si se desea utilizar base estabilizada del tipo II el espesor total delpavimento debe de ser 35cm, como el espesor mínimo de concretoasfaltico, según tabla debe de ser de 7.5 cm o 3”, la base estabilizadatendrá 35- 7.5 = 27.50 cm.

9x102 kg/cm2

5.9x

106

53


Si se desea utilizar base estabilizada del tipo III el espesor total delpavimento debe de ser 43 cm, como el espesor mínimo de concretoasfaltico, según tabla debe de ser de 7.5 cm o 3”, la baseestabilizada tendrá 43-7.5 = 35.50cm.

9x102 kg/cm2

5.9x

106

54

ii. Alternativa con base no tratadas.

Si se desea usar capas granulares de 15 cm de espesor, se debecolocar 26.0 cm.

9x102 kg/cm2

5.9x

106

55

ii. Alternativa con base no tratadas.Si se desea usar capas granulares de 30 cm de espesor, se debe colocar 23.0

cm en concreto asfaltico. En este caso, 15 de los 30 cm de capasgranulares podrán constituirse con material que presente lascaracterísticas de base y el resto con material apto para subbase.

9x102 kg/cm2

5.9x

106

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57

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59

60

61

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05.01 diseño de pavimentos flexibles instituto de asfalto

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