ESPESOR DE LA ESTRUCTURA DEL PAVIMENTO ASFÁLTICO

Generalidades

Existen diversos métodos para establecer los espesores totales de la estructura del pavimento y de cada una de las capas que lo componen, teniendo como datos básicos el índice de tráfico y la resistencia de diseño para la subrasante. Los métodos también requieren que en la estructura del pavimento se usen materiales con cualidades ya indicadas.

Diseño alternativo

Además de la estructura del pavimento totalmente de concreto asfáltico, se usan también algunas combinaciones de concreto asfáltico, base granular y, o subbase granular que pueden satisfacer las exigencias de espesores.

Alternativas de diseño de la estructura de un pavimento asfáltico.

Alternativas de diseño de la estructura de un pavimento asfáltico.

Alternativas de diseño de la estructura de un pavimento asfáltico.

Alternativas de diseño de la estructura de un pavimento asfáltico.

Relación de sustitución Algunas combinaciones de materiales son más electivas para distribuir y soportar los esfuerzos del tránsito en la estructura de un pavimento que otras. Entonces, las exigencias de espesor total y los de los espesores de las capas correspondientes, variarán con los materiales seleccionados para las capas del pavimento.

El término Relación de Sustitución, se refiere para indicar la relativa influencia de varios materiales en las exigencias del espesor. Por ejemplo, 1" de espesor de concreto asfaltico denso, similar al tipo IV de las mezclas del Instituto del asfalto, es igual y tan efectivo en la estructura del pavimento, como otro de 2" de base granular de alta calidad.

Se recomienda las siguientes relaciones de sustitución:

1) Relación de sustitución 2:1, indica que 2" de una base granular de alta calidad, que llene los requisitos indicados, equivalen a 1" de concreto asfaltico semejante al tipo IV.

2) Relación de sustitución 2.7:1; indica que 2.7'‛ de-una subbase granular, que llenen los requisitos indicados, equivalen a 1" de concreto asfaltico semejante al tipo IV.

3) Relación de sustitución 1.35:1, indica que 1.35" de subbase granular, equivalen a 1" de base granular.

Factores de equivalencia entre capas convencionales y capas de concreto asfáltico, en cuanto a espesor

Capas convencionalesFactor de

equivalencia

Bases asfálticas de arena, mezcla en planta Bases asfàlticas elaboradas con asfalto líquidos o emulsiones Base granular de alta calidad (CBR>100%) Base granular de baja Calidad (CBR>20%)

1.3

1.4

2

2.7

Se tiene también las siguientes relaciones de sustitución

GRÁFICAS PARA EL DISEÑO DE ESPESORES

Gráfico para determinar el espesor del pavimento de asfalto en función del valor soporte y el CBR de la subrasante.

Gráfico para determinar el espesor del pavimento de asfalto en función del valor de resistencia de R de la subrasante.

EXIGENCIA DEL ESPESOR MÍNIMO DEL CONCRETO ASFALTICO

El espesor mínimo del concreto asfaltico requerido para cada índice de tráfico, esta indicados por las líneas AA mostrada en la primera y la segunda figura; de la intersección de la línea que representa el índice de tráfico con la línea AA, se traza una horizontal a la escala Ta redondeando el resultado a 0.5 pulgadas, esta será la exigencia del mínimo espesor de concreto asfaltico.

El espesor de la capa de superficie no podrá ser menor de lo que indica la tabla

Cuando no se utilizan bases asfálticas si no las comunes bases granulares (no tratadas), el espesor mínimo de la capa de rodadura de concreto asfaltico puede obtener mediante la figura siguiente.

Espesores mínimos de carpeta de concreto asfáltico sobre bases granulares

cuando se usa capa de rodamiento con espesores mayores de 2 pulgadas, es frecuente ejecutar dos capas de constitución diferente. La capa inferior generalmente menos compactada y menos rica en ligante, se llama binder o capa intermedia, la superior es la capa de rodamiento.

Partes de la capa de rodadura

Terreno de fundación

Rasante

DETERMINACIÓN DEL ESPESOR DE DISEÑO

El espesor de diseño Ta se determina de la primera figura y de la segunda figura se sitúa la resistencia de diseño de la subrasante en la escala horizontal del grafico apropiado.Se traza una vertical hasta cortar la línea de índice de tráfico, interpolando si es necesario y de este punto se sigue una horizontal hasta la escala vertical de la izquierda, donde se lee el espesor redondeándolo dentro de 0.5 pulgadas.Este es el espesor de diseño Ta cuando la exigencia mínima de espesor de concreto asfaltico es mayor que Ta; este se utiliza como espesor de diseño.Espesor total de construcción asfáltica:Si el espesor total es de asfalto, el espesor recomendado de la estructura del pavimento es igual al espesor de diseño.Espesor mínimo de la capa base y subbase granular:En los siguientes conceptos se recomienda ciertas exigencias mínimas para espesores de capa granulares de base y subbase.De todas maneras no es practico el construir estas capas de espesor menor de 3 pulgadas.

EJEMPLO APLICATIVO 01Calcular el espesor del pavimento flexible para una carretera de dos carriles para un periodo de diseño de 20 años, sabiendo que el IT es 140 y el terreno de fundación tiene una capacidad portante de CBR = 4%El diseño del pavimento debe hacerse por etapas, siendo la primera de 5 años.

1. Calculo del pavimento para la primera etapa de 5 añosa) Se corrige el IT de acuerdo a la indicación anterior, para etapa 1 de 5 años:IT = 0.05x5x140 IT = 35b) Con IT =35 y CBR =4%, se determina el espesor total del pavimento y se obtiene un espesor de 8.5”c) Como el IT = 35, es un tráfico mediano y para este, la capa de rodadura mínima es 1.5”

Tipo de Tránsito Espesor Mínimo

reducido 1.0"

Mediano 1.5"

Intenso 2.0"

2. Calculo del pavimento para la segunda etapaa) Se puede modificar el IT y el tiempo de diseño, el primero de acuerdo a las condiciones reales del tráfico al final del periodo de la etapa 1, y el segundo, conforme a la necesidad.b) Supongamos que el IT previsto de 140 no es conforme, porque el crecimiento del tráfico vehicular a sido mayor y el número de camiones pesados ha aumentado y que el IT sea 600 y el periodo de diseño se ha fijado en 20 años. 

c) Con el IT de 600 y el CBR=4%, se determina el espesor total del pavimento sobre la subrasante de 12”En la primera etapa, el espesor del pavimento, es decir el espesor del pavimento existente es de 8.5”, entonces, lo que hay que añadir para alcanzar el espesor necesario, es:12”-8.5” = 3.5”Esto es, que al pavimento existente hay que ponerle una sobre capa de 3.5”   

EJEMPLO APLICATIVO 02DATOS:- Carretera Urbana de dos carriles- Transito diario inicial 1100- CBR de terreno de fundación 5% Solución* Con los gráficos, obtenemos para un TDI 1100, obtenemos un VTD de 11.* Para un CBR de 4% y un VTD de 11 determinamos que el espesor de concreto asfáltico (TA) requerido es de 7.2” = 7.5”. * Asimismo, encontramos el espesor mínimo de capa de rodadura asfáltica es de 1.5 (Tráfico mediano).

 

Tipo de Tránsito Espesor Mínimo

reducido 1.0"

Mediano 1.5"

Intenso 2.0"

 

 

 De otra parte observamos que el punto de intersección de las líneas que corresponden al valor del CBR y el VTD se ubica a la izquierda de la línea B – B, por tanto existe alternativa de diseño empleando sub base y base granulares.a. Si colocamos base granular el espesor mínimo de concreto asfaltico es 4.2 “valor leído en el eje de ordenadas según la línea horizontal que pasa por el punto de intersección de la línea de valor 11 para VTD y la línea A-A.b. Si colocamos sub base granular el espesor mínimo de concreto asfaltico es de 5.6”, lectura que da la línea horizontal que pasa por el punto de intersección de la línea VTD 2000 y la línea B-B.c. La Diferencia entre los valores TA obtenidos en los pasos b y c nos da el espesor de base asfáltica a reemplazar por base granular. Es decir para nuestro caso: 5.6”-4.2”=1.4” de base asfáltica. Considerando el factor de equivalencia de espesor por diferente calidad de material y que para el caso es de 2, encontramos que el espesor de la base granular es de 1.4”x2= 2.8” por lo que tomamos 3”

d. El espesor de concreto asfaltico a sustituir por sub-base granular está dado por la diferencia de espesor total del pavimento determinado según 1.b y 1.d., es decir 7.2”-5.6”=1.6” y dando que el actor de equivalencia de espesores por materiales de calidad diferente es de 2.7, tendremos que el espesor de sub base es de 1.6”x2.7=4.32” por lo que tomamos 4.5”.En consecuencia una primera alternativa de diseño es:

Capa de rodadura de concreto asfáltico

1.5”

Base de concreto asfáltico 6”

Espesor total del pavimento 7.5”

Segunda alternativa de diseño es:

Capa de rodadura de concreto asfáltico

1.5"

Base de concreto asfáltico 4.2"

Base granular 3"

Sub Base granular 4.5"

Espesor total del pavimento 13.2"