Este documento describe el Método del Instituto de Asfalto para el diseño de pavimentos. Este método considera la estructura del pavimento como un sistema elástico de capas múltiples y utiliza parámetros como el módulo de elasticidad y relación de Poisson de cada capa. El método evalúa las deformaciones unitarias críticas producidas por las cargas de tránsito y estima el tráfico mediante factores de equivalencia de ejes. Finalmente, determina los espesores requeridos de cada capa en función de parámetros como

1. MÉTODO DEL INSTITUTO
DE ASFALTO
Diseño de Pavimentos y Estabilización de Suelos
Prof. José HARRIS
II Cuatrimestre - 2015

2. • En este procedimiento de diseño, la
estructura de pavimento es considerada
como un sistema elástico de capas
múltiples.
• El material en cada una de las capas se
caracteriza por su módulo de
elasticidad, Ei, y relación de Poisson, mi.
MÉTODO DEL INSTITUTO DE ASFALTO 2

3. • Este procedimiento es usado para el diseño de pavimentos de carpeta asfáltica, capa base y
subbase sin ningún tratamiento.
• La subrasante es la capa subyacente más baja y es asumida infinita en el sentido vertical de
arriba hacia abajo y en dirección horizontal
• Las otras capas de un espesor finito, se asumen infinitas hasta cierto punto en el sentido
horizontal.
• Continuidad o fricción total, es asumida en la interfase entre cada una de las capas para
efectos de diseño.
MÉTODO DEL INSTITUTO DE ASFALTO 3

4. • En la metodología adoptada por este método, las cargas sobre la
superficie del pavimento producen deformaciones unitarias que
son críticas para propósitos de diseño:
• La deformación horizontal por tracción, et, sobre el lado debajo en
el límite de la carpeta asfáltica
• La deformación vertical por compresión, ec, en la superficie de la
subrasante.
MÉTODO DEL INSTITUTO DE ASFALTO 4
e -0.25
c = 0.0018N
e -0.1626
t = 0.0022622N

5. • Si la deformación horizontal por tracción, et
es excesiva, pueden resultar grietas en la
carpeta.
MÉTODO DEL INSTITUTO DE ASFALTO 5
• Si la deformación vertical por compresión, ec es
excesiva, resultan deformaciones permanentes
en la superficie de la estructura del pavimento
por las sobrecargas en la subrasante.

6. ESTIMACIÓN DELTRÁFICO
Dado que los camiones son los que más daño ocasionan en una carretera, se debe considerar
este tipo de flujo vehicular sobre el carril de diseño:
MÉTODO DEL INSTITUTO DE ASFALTO 6

7. MÉTODO DEL INSTITUTO DE ASFALTO 7
Para efectos de cálculo en la
Tabla 7-5 se consideran periodos
de diseño de 1 a 35 años (n) y
tasas de crecimiento vehicular (r)
desde 2% hasta 10%.
ESTIMACIÓN DELTRÁFICO
 
 
n
1 r 1
Factor =
r

8. MÉTODO DEL INSTITUTO DE ASFALTO 8
Los factores de equivalencia se
toman de laTabla 7-6 para cargas
desde 1000lb hasta 90000lb.
Este rango cubre cualquier condición
de peso de vehículos de carga en
cualquier red de carreteras, desde
rurales hasta autopistas.
ESTIMACIÓN DELTRÁFICO
23.28
23.28
23.28

9. MÉTODO DEL INSTITUTO DE ASFALTO 9
Los factores de equivalencia de
cargas para ejes simples se puede
aproximar con la siguiente relación:
ESTIMACIÓN DELTRÁFICO
 
 

 
 
 
x
10
1
18
10
1000
0.00002
18000
log 0.00002
x 3.74 4
log
por ejemplo:
 
 
 
 
4
16000
0.624 0.623
18000

10. MÉTODO DEL INSTITUTO DE ASFALTO 10
Este método incorpora factores de ajuste de los ESAL’s para diferentes presiones de contacto
de las llantas sobre el pavimento, en función de la presión de inflado y los espesores de carpeta
asfáltica.
ESTIMACIÓN DELTRÁFICO
Este ajuste caracteriza la importancia que tiene la
presión de inflado sobre el espesor de una
estructura de pavimento; a mayor presión de
inflado y menor espesor de carpeta, se incrementa
el daño a la estructura del pavimento.

11. MÉTODO DEL INSTITUTO DE ASFALTO 11

4”
5”
6”
7”
8”
9”
10”

12. MÉTODO DEL INSTITUTO DE ASFALTO 12
Para el uso de la hoja de trabajo HT-01, se procede de la siguiente manera:
En la columna A se coloca la cantidad de vehículos diarios que corresponden a cada tipo de
vehículo; valor tomado de un aforo anteriormente efectuado.
2 En la columna B se coloca el factor de crecimiento de vehículos en función de la tasa anual
de crecimiento considerada (r = 4%, 2%, 6%, 2%) y el periodo de diseño asumido (n=15 años).
En la columna C se coloca el producto de las columnas A por B y por `para llevar el
valor a forma anual).
4 En la columna D se coloca el factor de equivalencia de carga, tomado de laTabla -6 en
función de la carga total por eje o conjunto de ejes, si estos son sencillos, dobles o triples.
ESTIMACIÓN DELTRÁFICO

13. MÉTODO DEL INSTITUTO DE ASFALTO 13
En la columna E se coloca el producto de las columnas C y D que son los ESAL’s de
diseño para cada tipo de vehículo considerado en esta hoja de trabajo.
6 La suma de la columna E da el valor total de los ESAL’s calculados para el periodo de diseño
considerado.
7) Posteriormente, este valor de ESAL’s debe afectarse por el porcentaje de camiones en el
carril de diseño dado en laTabla 7-4.
8)También debe afectarse el valor de los ESAL’s por el factor de ajuste por presión de llantas
determinado por la Figura 7-9.
ESTIMACIÓN DELTRÁFICO

14. MÉTODO DEL INSTITUTO DE ASFALTO 14
Este método considera como parámetro fundamental la evaluación de los materiales para
obtener el módulo de resiliencia (Mr).
Como no es fácil tener el equipo adecuado para llevar a cabo este tipo de pruebas, se han
establecido correlaciones entre Mr y el CBR.
Los valores obtenidos son aproximados, para obtener valores de diseño será necesario realizar
pruebas del Mr de la subrasante.
Es importante recordar que tales correlaciones sólo son aplicables a materiales de la subrasante
con CBR < 10%
MATERIALES
  
 
r
r
M MPa 10.3 CBR
M (psi) 1500 CBR
CBR (%) CLASIFICACIÓN
0 - 5 Subrasante muy mala
5 - 10 Subrasante mala
10 - 20 Subrasante regular a buena
20 - 30 Subrasante buena
30 - 50 Subrasante muy buena
50 - 80 Base buena
80 - 100 Base muy buena

15. MÉTODO DEL INSTITUTO DE ASFALTO 15
El Instituto de Asfalto recomienda los siguientes valores percentiles para calcular el módulo de
resiliencia de diseño de la subrasante, mostrados en laTabla 7-8:
MATERIALES
Con los valores obtenidos en camp del módulo de resiliencia, se deberá calcular el Mr de diseño
de la subrasante con los percentiles de la tabla anterior.

16. MÉTODO DEL INSTITUTO DE ASFALTO 16
Ejemplo: Determine el valor de diseño del módulo de resiliencia Mr (psi) para 87.5 percentil.
Los resultados obtenidos de 7 pruebas realizadas directamente a la subrasante fueron los
siguientes:
44.8, 58.6, 67.6, 68.3, 68.3, 80.0, 106.9 MPa
6500, 8500, 9800, 9900, 9900, 11600, 15500 psi
MATERIALES
MPa psi
106,9 15500 1 (1/7)×100 = 14
80,0 11600 2 (2/7)×100 = 29
68,3 9990
68,3 9990 4 (4/7)×100 = 57
67,6 9800 5 (5/7)×100 = 71
58,6 8500 6 (6/7)×100 = 86
44,8 6500 7 (7/7)×100 = 100
Mr Número igual
o mayor
Porcentaje igual o
mayor
87.5
8500

17. MÉTODO DEL INSTITUTO DE ASFALTO 17
Es necesario que los requerimientos de compactación de las capas base y subbase, cumplan con
las recomendaciones siguientes:
Capas base y subbase constituidas por materiales granulares sin ningún tratamiento (no
estabilizadas),
Se deben compactar con un contenido de agua ±1.5% del contenido de agua óptimo para
alcanzar un grado de compactación del 100% con respecto al peso volumétrico seco máximo de
laboratorio.
Utilizar como referencia los capítulos 21 (Material Selecto o Subbase), 22 (Base de agregados
pétreos), y 24 (Carpeta de Hormigón Asfáltico) de las ETG del MOP.
MATERIALES

18. MÉTODO DEL INSTITUTO DE ASFALTO 18
Es importante señalar que también el método incluye factores de medio ambiente y diferentes
clases de tipos de asfalto; para el caso se consideran 3 diferentes temperaturas dependiendo de
la región o zona en donde se planea construir el pavimento.
Clima frío:TMAA <45ºF (<7ºC )
Clima templado: 45ºF <TMAA < 75º
Clima cálido:TMAA > 75ºF (>24ºC)
TMAA =Temperatura Media Anual del Aire
En la República de Panamá el clima es marítimo tropical; caliente, húmedo, nublado, con una
estación seca corta (entre enero y mayo) y una estación lluviosa (entre mayo y enero).
LaTMAA para zonas costeras está entre 23 y 27ºC y para zonas montañosas es de unos 19ºC.
MATERIALES

19. MÉTODO DEL INSTITUTO DE ASFALTO 19
Para espesores mínimos en función de la cantidad de tránsito de ejes equivalentes, este
método recomienda los siguientes valores para la carpeta asfáltica:
ESPESORES
Para la selección final de los espesores de diseño, el Instituto de Asfalto proporciona 9 figuras -
de diseño; de la 7-10 a la 7-18 en sistema métrico y de la 7-19 a la 7-27 en sistema inglés.
Las figuras se presentan en escalas logarítmicas para los siguientes parámetros:
1) Las 3 condiciones climáticas consideradas en laTMAA de laTabla 7-9
2)Total de ejes equivalentes acumulados durante el periodo de diseño, Hoja deTrabajo HT-01

20. MÉTODO DEL INSTITUTO DE ASFALTO 20
3) Módulo de Resiliencia de la subrasante, Mr.
4) Carpeta asfáltica de una sola capa o espesor total (Full-depth).
Carpeta asfáltica + Capa base granular de mm .
Carpeta asfáltica +Capa base granular de mm .
ESPESORES

21. MÉTODO DEL INSTITUTO DE ASFALTO 21
Ejemplo:
CBR de diseño de la subrasante = 3.5%
ESAL’s = 7 024 463
Espesor de capa base seleccionado = mm
TMAA = 75ºF (24ºC)
ESPESORES
1) Se calcula del módulo de resiliencia de la subrasante: Mr = 10.3 CBR = 10.3 × 3.5 = 36.05MPa
2) En la Figura 7-18 del Instituto de Asfalto que corresponde a unaTMAA = 24ºC y considera un
espesor de capa base granular de 300mm. Se parte del eje horizontal en donde están los ESAL’s
de ≈ ×106 y del eje vertical con el Mr = . ≈ MPa, las dos líneas se interceptan en
mm .
3) Con los mismos datos pero considerando un espesor de capa base granular de 150mm, se
obtiene un espesor de carpeta asfáltica de mm de la Figura -17.

22. MÉTODO DEL INSTITUTO DE ASFALTO 22
ESPESORES

23. MÉTODO DEL INSTITUTO DE ASFALTO 23
ESPESORES

24. MÉTODO DEL INSTITUTO DE ASFALTO 24
ESPESORES
En caso de necesitar la colocación de una capa subbase se debe definir un espesor mínimo de la
capa base en función de los ESAL’s esperados para el periodo de diseño:
Para el ejemplo anterior se tiene un espesor de capa base de mm , y un ESAL = ×106 con
el cual definimos un espesor mínimo de capa base de mm y se requiere convertir las otras
de capa base en espesor de capa subbase equivalente.
El Capítulo 21 (Material Selecto o Subbase) de las ETG del MOP especifica en valor de CBR > 25%.
Utilizando los nomogramas de la Figura 2-7 se puede estimar el Mr = 14000psi.
El Capítulo 22 (Base de Agregados Pétreos) de las ETG del MOP especifica un valor de CBR > 80%.
Utilizando los nomogramas de la Figura 2-6 se puede estimar el Mr = 28000psi.

25. MÉTODO DEL INSTITUTO DE ASFALTO 25
ESPESORES

26. MÉTODO DEL INSTITUTO DE ASFALTO 26
ESPESORES
f
i f
BS
SB
BS BS
BS
D 6"
E 14000psi
D D 6"
E 28000psi


 

SB
D 10"

Se obtiene un
espesor de
capa subbase
equivalente:

27. MÉTODO DEL INSTITUTO DE ASFALTO 27