05.01 diseño de pavimentos flexibles instituto de asfalto

DISEÑO DE PAVIMENTO
FLEXIBLE
INSTITUTO DEL ASFALTO
1
El Instituto del Asfalto es
la asociación internacional
de productores de asfalto
de petróleo, los fabricantes
y las empresas afiliadas.
Su misión es promover el
uso de los beneficios y
prestaciones de calidad del
asfalto de petróleo, a través
de ingeniería, investigación,
comercialización y
actividades educativas, ya
través de la resolución de
problemas que afectan a la
industria.
2

Este manual presenta un procedimiento para el diseño
estructural de los espesores para pavimentos utilizando
cemento asfaltico o asfalto emulsificado en toda, o parte de la
estructura.
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 utilizan
mezclas asfálticas para todas las
capas encima de la subrasante
natural o mejorada.
Este sistema multicapa resiste
mucho mejor los esfuerzos del
pavimento que las bases no tratadas,
las cuales no poseen esfuerzos de
tensión.
Además no retiene agua, la cual
puede causar fallas en la base y en la
subrasante como sucede
frecuentemente en el caso de las
bases 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 de
las propiedades de la subrasante,
propiedades de los materiales y valores del
trafico requeridos para la selección de los
espesores apropiados de las capas del
pavimento.
Además, se presentan procedimientos
para:
El diseño de la construcción por
etapas.
Análisis económico.
Recomendaciones para los
requerimientos de compactación.
6

METODOLOGÌA
La Metodología considera
2 condiciones especificas de
Esfuerzo - Deformación.
En la primera condición
ilustrada en la Figura la carga
por rueda W es transmitida a
la superficie del pavimento a
través de la llanta como una
presión vertical
aproximadamente uniforme
Po.
7
METODOLOGÌA
La Estructura del Pavimento distribuye luego los esfuerzos de la
carga, reduciendo su intensidad hasta que en la superficie de la
subrasante, tiene una intensidad máxima P1.
La figura ilustra la
manera general en la
cual la intensidad de
la máxima presión
vertical disminuye
con la profundidad
de Po a P1.
8

METODOLOGÌA
La segunda condición tal como se ilustra en la Fig. la carga por
rueda W, deflecta la estructura del pavimento causando Esfuerzos
y Deformaciones de Tensión y Comprensión en la Capa
Asfáltica.
Las Cartas de Diseño presentadas en este manual, han sido
desarrolladas utilizando los criterios de deformaciones verticales
comprensivas inducidas en la parte superior de la subrasante y las
deformaciones tensionales máximas inducidas en el fondo de la capa
asfáltica por las cargas de las ruedas.
9
CONSIDERACIONES DE DISEÑO
En este capitulo se discute la selección de los factores apropiados
para el diseño estructural de pavimentos asfálticos. Se presenta
información 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 del
trafico, clima y condiciones de la subrasante en carreteras de alto
volúmenes 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 de
Clasificación Funcional que puede ser de ayuda para determinar
apropiadamente los factores de tráfico y otras variables de diseño
necesarias. La clasificación mas importante es:
11
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 INTERVALO
OTRAS ARTERIAL
COLECTORES
Clase de camion OTRAS ARTERIAL
INTERESTATAL
COLECTORES
SISTEMA RURAL
INTERVALO
12

ANÁLISIS DE TRÁFICO
Se consideran de primordial importancia al número y cargas por eje
esperadas en un periodo de tiempo determinado. Las cargas por eje
varían típicamente de ligeras a pesadas. Se ha demostrado que es
posible representar el efecto de cualquier eje cargado con cualquier
masa, sobre el comportamiento de un pavimento, por medio del numero
de 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 80
KN fue desarrollado en el Road Test de la AASHO, en este ensayo se
cargaron pavimentos similares con diferentes configuraciones de ejes y
cargas para analizar el daño producido.
14

Así el factor equivalente de carga o LEF es un valor numérico que expresa
la relación entre la perdida de serviciabilidad causada por una carga dada de
un 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 una
carga, los LEFs cambian de acuerdo al tipo de pavimento. Por ejemplo, si el
punto de falla de un pavimento cambia, también, lo hace el LEF. Es así que
pavimentos rígidos y flexibles tienen diferentes LEFs y que también cambie
según el SN para el pavimento flexible y según el espesor de losa para
pavimentos rígidos, y que también cambien según el nivel de serviciabilidad
adoptado Pf.
16

Tabla Nº 02
17
Factor de Camión
El LEF da una manera de expresar los niveles equivalentes de daño entre
ejes, pero también es conveniente expresar el daño en termino de deterioro
producido por un vehiculo en particular, es decir los daños producidos por
cada eje de un vehiculo son sumados para determinar el daño producido
por el vehículo total.
Así nace el concepto de Factor de Camión (FC) que se define como el
numero de ESALs por vehículo. Este tipo de camión puede ser
computado para cada clasificación general de camiones o para todos los
vehículos comerciales como un promedio para una configuración de transito
dada. Es más exacto considerar factores de camión para cada clasificación
general 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
INTERESTATAL
OTRAS ARTERIAL COLECTORES
INTERVALO INTERESTATAL
OTRAS 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 de
cualquier tipo ó para combinaciones de diferentes tipos de camiones como
pueden ser unidades simples de 2 ó 3 ejes, unidades de tractor y trailer de 5
ejes.
La tabla anterior presenta Factores Camión típicos para una variedad de
clasificaciones de camiones y carreteras en los EEUU. Estos factores
camión fueron calculados de los datos recolectados individualmente por
diferentes estados y recopilados pór la FHWA.
Es necesario enfatizar que esos datos son promedios de un estudio y que
deberá usarse la información detallada de los conteos de tráfico locales,
cuando estén disponibles.
Las características de la flota actual de vehículos está cambiando
generalmente a medida que los vehículos antiguos son reemplazados por
otros de tecnologías más modernas.
21
ESTIMACIÓN DEL EAL
El análisis de trafico recomendado permite determinar el numero de aplicaciones de cargas
equivalentes a un eje simple de 18,000 lb (EAL), a ser usado en la determinación de los espesores
del pavimento.
Factor Equivalencia de Carga.- Es el numero de aplicaciones equivalentes a una carga por eje
simple 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 lb
en una pasada de un vehículo dado.
ESAL0= ΣIMDi. fi
ESAL= ESAL0 . 365 . Dl . Gj
Donde:
ESAL : Carga equivalente acumulada de 18,000 lb por eje
IMD : 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 el
pavimento. Al termino de este periodo puede esperarse que
el pavimento requiera de trabajos de rehabilitación,
usualmente de una sobre capa asfáltica, para devolver su
adecuado nivel de transitabilidad.
El Periodo de Diseño sin embargo, no debe confundirse con
la Vida del Pavimento o con el Periodo de Análisis.
La vida del pavimento puede extenderse indefinidamente por
medio de sobrecapas u otras medidas de rehabilitación, hasta
que la vía se torne obsoleta, por cambios de rasante,
alineamiento u otros factores.
23
TABLA IV-2 .- PORCENTAJE DEL TRAFICO TOTAL DE CAMIONES
EN EL CARRIL DE DISEÑO
Tabla Nº 04
CARRIL DEL DISEÑO
Para calles y carreteras de 2 carriles, el carril de diseño puede ser cualquiera
de los carriles de la vía, mientras que para calles y carreteras de carriles
múltiples, generalmente es el carril externo. Bajo ciertas condiciones es
probable que haya un mayor tráfico de camiones en un sentido que en otro.
En muchas localidades, los camiones circulan cargados en un sentido y
vacíos 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 diseñado
para servir adecuadamente la
demanda del tráfico durante un
periodo de años. Al aplicar los
factores de crecimiento hay que
evitar exceder la capacidad de los
vehículos sobre la vía, ya que esto
acarrearía un diseño
innecesariamente conservador.
El Crecimiento puede tomarse en
el diseño empleando los Factores
de Crecimiento mostrados en la
Tabla 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
CRECIMIENTO
DE 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: Thickness
Desing – asphalt Pavements
for highways and strrets,
Manual Series Nº 01, the
asphalt Instituto, Lexington.
Tabla Nº 05
26

EJEMPLO Nº 01
Calcular la carga acumulada de ejes equivalentes en una arteria menor de
dos carriles de una zona rural, si su IMD= 12,000, su tasa de crecimiento es
de 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 permanezca
igual 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 de
diseño = 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 = 0.174
de 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
= 936,207
de 3 ejes o mas (17%)
= 12000x365x0.17x0.50x0.25x29.78x 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 para
calcular las Esal respectivas.
ESAL0= ΣIMDi. fi
i) Cantidad de vehículos en el primer año
Automóviles ( 50%) =12,000x365x0.50x0.25 = 547,500
de 2 ejes y 4 ruedas (33%) = 12,000x365x0.33x0.25 = 361,350
de 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
INTERESTATAL
OTRAS ARTERIAL COLECTORES
INTERVALO INTERESTATAL
OTRAS 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: Thickness
Desing – asphalt Pavements
for highways and strrets,
Manual Series Nº 01, the
asphalt Instituto, Lexington.
Tabla Nº 05
32

b) SOLUCION
Como no se menciona las cargas por eje, se usara el factor de camion para
calcular las Esal respectivas.
ESAL0= ΣIMDi. fi
Tipo 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 soportar
la estructura del pavimento. Es la cimentación de la estructura del
pavimento; también se le llama “basamento” o “suelo de cimentación”.
SUBRASANTE MEJORADA: Es cualquier capa o capas de
material mejorado entre el suelo y la estructura del pavimento. Puede ser
un material tratado o de un material transportado.
Normalmente no es necesaria en el diseño y construcción de un
Pavimento Asfáltico o Full Depth.
Debe ser considerada solamente cuando se encuentre una subrasante
que no puede soportar el equipo de construcción en cuyo caso solo es
utilizada como una plataforma de trabajo para la construcción de las
capas del pavimento y no afecta el espesor de diseño de la estructura del
pavimento.
34

Módulo de Resilencia
La 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 ha
establecido factores apropiados para determinar el Mr., a partir de los
ensayos de CBR y del Valor de Resistencia – R; los resultados son
aproximados.
Este valor del Mr. de los suelos de subrasante depende de la magnitud
del esfuerzo bajo la carga de diseño. El método de ensayo recomienda una
presión de confinamiento y un esfuerzo desviador que son razonables para
la mayoría de los ensayos
Los Módulos de Resiliencia de los materiales granulares no tratados
varían con las condiciones de esfuerzos en el pavimento. Los valores
utilizados en el desarrollo de las cartas de diseño varían al menos entre
15,000 psi (103 Mpa) hasta mas de 50,000 psi (345 Mpa) .
35
Para 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 CBR
Mr (psi) = 1500 x CBR
Mr (kg/cm2) = 100 x CBR
RELACIÒN Mr. vs Valor – R:
Mr (MPa) = 8.0 + 3.8 (Valor – R)
Mr (psi) = 1155 + 555 (Valor – R)
36

Estas correlaciones son aplicables a materiales clasificados como CL,
CH. ML, SC, SM y SP, según el SUCS ( ASTM D2487), ò
A-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 un
Mr de 30,000 psi ( 207 Mpa) ò menor.
Estas correlaciones no son aplicables a materiales de base o subbase
granulares no tratadas
Se recomienda efectuar ensayos de laboratorio directos para obtener
valores de Mr mayores para subrasante
También existen correlaciones entre el CBR ò Valor – R con el
Módulo Dinámico, muchas de las cuales producen valores de Mr
menores y consecuentemente mayores espesores del pavimento
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 el
valor del modulo de resilencia que es el menor que el 60%, el 75% o el
87.5% del total de valores analisados en la seccion.
Estos porcentajes se conocen como valores percentiles y estan
relacionados 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 mezcla
asfáltica del tipo concreto asfaltico y en uno de sus casos, tratamiento
superficial doble.
Las bases pueden ser en concreto asfaltico, estabilizadas con emulsión
asfáltica o granulares. Las bases estabilizadas con emulsión asfáltica
corresponden 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 ordenada
de los siguientes pasos.
a) Estimación esperada del transito durante el periodo de diseño
expresado como numero de acumulado de ejes simples equivalentes de
8.2 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 de
correlación que le corresponda.
c) Elección de los tipos de base y capa de rodadura a utilizar. Para cada
tipo de base elegido el método presenta una grafica de diseño que
permite determinar los espesores de las diversas capas del pavimento.
Ahora bien, siempre que se desea utilizar bases estabilizadas de los
tipos II y III deberán cubrirse con concreto asfaltico en espesor no
inferior 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 emulsificado
Tipo 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 de
temperatura a lo largo del año, sobre los módulos dinámicos de
las mezclas de concreto asfáltico y de asfalto emulsificado; las
curvas de diseño también toman en consideración los efectos
de la temperatura sobre los módulos de resilencia de la
subrasante y de los materiales granulares de la base
En el caso de la subrasante, este se corrigió utilizando un Mr
incrementado para representar la época de helada en el
invierno y un Mr reducido para representar la época de
descongelamiento.
La misma técnica se utilizó para representar los efectos
ambientales en las bases granulares
44

FACTORES AMBIENTALES
Las cartas de diseño presentadas en este manual están basadas
en tres tipos de condiciones ambientales típicas en la mayor parte
de Norteamérica. El programa DAMA puede ser usado para el
diseño de pavimentos bajo condiciones diferentes.
En zonas donde existan suelos susceptibles al fenómeno de
heladas y donde se encuentren severas condiciones de
temperatura bajas, es necesario remover reemplazar tales suelos o
tomar ciertas precauciones antes del inicio de la construcción del
pavimento.
En climas extremadamente cálidos, las mezclas asfálticas deben ser
diseñadas para resistir el ahuellamiento y mantener una adecuada
rigidez a altas temperaturas.
Debido a que las mezclas asfálticas son susceptibles a la
temperatura, es aconsejable utilizar diferentes grados de asfaltos
de acuerdo a las condiciones de temperatura prevalecientes..
45
Se usó la Temperatura Media Anual del Aire (MAAT) para caracterizar las condiciones ambientales
aplicables 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:
48
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 suelo
de subrasante es una arena arcillosa cuyo CBR es de 9%
Automóviles = 55%
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%

49
Solución:
1. Calculo del numero acumulado de ejes equivalente de 8.2 toneladas en el carril
de diseño y durante un periodo de diseño de 20 años.
ESAL = 5’908,605 = 5.9 x 106
( valor extraído del problema anterior sobre ejes equivalentes) )
2. Determinación del modulo de resiliencia del suelo típico de subrasante a partir
del 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
5.9x106

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 espesor
debe de ser 31.00 cm – 2.50cm = 29.50, cubiertos por un tratamiento
superficial.
9x102 kg/cm2
5.9x106
52
Si se desea utilizar base estabilizada del tipo II el espesor total del
pavimento debe de ser 35cm, como el espesor mínimo de concreto
asfaltico, según tabla debe de ser de 7.5 cm o 3”, la base estabilizada
tendrá 35- 7.5 = 27.50 cm.
9x102 kg/cm2
5.9x106

53
Si se desea utilizar base estabilizada del tipo III el espesor total del
pavimento debe de ser 43 cm, como el espesor mínimo de concreto
asfaltico, según tabla debe de ser de 7.5 cm o 3”, la base
estabilizada tendrá 43-7.5 = 35.50cm.
9x102 kg/cm2
5.9x106
54
ii. Alternativa con base no tratadas.
Si se desea usar capas granulares de 15 cm de espesor, se debe
colocar 26.0 cm.
9x102 kg/cm2
5.9x106

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 capas
granulares podrán constituirse con material que presente las
características de base y el resto con material apto para subbase.
9x102 kg/cm2
5.9x106
56

05.01 diseño de pavimentos flexibles instituto de asfalto

Recomendados

Recomendados

Más contenido relacionado

La actualidad más candente

La actualidad más candente (20)

Destacado

Destacado (20)

Similar a 05.01 diseño de pavimentos flexibles instituto de asfalto

Similar a 05.01 diseño de pavimentos flexibles instituto de asfalto (20)

Más de Juan Soto

Más de Juan Soto (20)

Último

Último (20)

05.01 diseño de pavimentos flexibles instituto de asfalto