27/10/2010
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.
DISEÑO DE PAVIMENTO FLEXIBLE INSTITUTO DEL ASFALTO 1
2
PAVIMENTO ASFALTICO EN TODO SU ESPESOR
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.
PAVIMENTO ASFALTICO CON BASE GRANULAR
CONCRETO ASFALTICO SUPERFICIAL
CONCRETO ASFALTICO SUPERFICIAL
CONCRETO ASFALTICO O BASE CON ASFALTO EMULSIONADO
CONCRETO ASFALTICO O BASE CON ASFALTO EMULSIONADO
Se incluyen varias combinaciones:
BASE GRANULAR Ec
De superficie de concreto asfaltico. De superficie de asfalto emulsificado. De bases o subbases de agregado no tratado. De base de asfalto emulsificado.
Et SUBRASANTE SUBRASANTE
Pavimentos de Concreto Asfáltico en Todo su Espesor y Base con Asfalto Emulsificado
Pavimentos con Base Granular
4 Ubicación de las deformaciones consideradas en el procedimiento de diseño
3
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.
CONCRETO ASFALTICO SUPERFICIAL
Este sistema multicapa resiste mucho mejor los esfuerzos del pavimento que las bases no tratadas, las cuales no poseen esfuerzos de tensión.
CONCRETO ASFALTICO O BASE CON ASFALTO EMULSIONADO
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.
Ec Et SUBRASANTE
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.
Pavimentos de Concreto Asfáltico en Todo su Espesor y Base con Asfalto Emulsificado 5
6
1
27/10/2010
METODOLOGÌA
METODOLOGÌA
La Estructura del Pavimento distribuye luego los esfuerzos de la
La Metodología considera
carga, reduciendo su intensidad hasta que en la superficie de la subrasante, tiene una intensidad máxima P1.
2 condiciones especificas de Esfuerzo - Deformación.
La figura ilustra la manera general en la cual la intensidad de la máxima presión vertical disminuye con la profundidad de Po a P1.
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
8
CONSIDERACIONES DE DISEÑO
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.
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.
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.
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.
9
10
DISTRIBUCION DE CAMINOS EN DISTINTAS CLASES DE CARRETERAS – ESTADOS UNIDOS Tabla Nº 01
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:
PORCENTAJE DE CAMIONES Clase de camion
SISTEMA RURAL OTRAS ARTERIAL COLECTORES INTERESTATAL PRINCIPALES MENOR MAYOR MENOR
INTERVALO INTERESTATAL
SISTEMA URBANOS OTRAS OTRAS ARTERIAL COLECTORES INTERVALO 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
82
85
95
97
66-97
66
Camiones de unidad multiple
11
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
1
<1
6 ejes o mas
1
1
<1
1
<1
<1-1
Todas las unidades multiples
47
27
14
13
8
8-47
Todos los caminos
100
100
100
100
100
<1
<1
<1
34
18
15
5
3
100
100
100
100
100
3-34
12
2
27/10/2010
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).
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.
13
14
Factores equivalentes de carga
Factores equivalentes de carga
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.
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.
15
16
Tabla Nº 02
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 17
18
3
27/10/2010
DISTRIBUCION DE FACTORES DE CAMION (fi) PARA DISTINTAS CLASES DE CARRETERAS Y VEHICULOS Tabla Nº 03 FACTORES DE CAMION Clase de camion
INTERESTATAL
SISTEMA RURAL OTRAS ARTERIAL COLECTORES PRINCIPALES
MENOR
MAYOR
MENOR
INTERVALO
INTERESTATAL
SISTEMA URBANOS OTRAS ARTERIAL
OTRAS
AUTOPISTAS PRINCIPAL
MENOR
COLECTORES
INTERVALO
Caminos de una unidad 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
0.06
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
0.05
Camiones de unidad multiple
19
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.
20
ESTIMACIÓN
DEL
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 IMD Fei Dd Dl Gi fi
: Carga equivalente acumulada de 18,000 lb por eje : transito anual medio diario durante el primer año. : factor equivalente de carga. : Factor de dirección. : Factor de carril. : Factor de crecimiento. : factor camión.
21
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
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.
22
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. TABLA IV-2 .- PORCENTAJE DEL TRAFICO TOTAL DE CAMIONES EN EL CARRIL DE DISEÑO Tabla Nº 04 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
4
27/10/2010
CRECIMIENTO DE TRÁFICO 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.
Tabla Nº 05 80
Periodo sin de diseño años(n) crecimiento 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 9 9 10 10 11 11 12 12 13 13 14 14 15 15 16 16 17 17 18 18 19 19 20 20 25 25 30 30 35 35
FACTOR DE CRECIMIENTO
70 60 50
FACTOR DE CRECIMIENTO DE TRAFICO
40 30 20
El Crecimiento puede tomarse en el diseño empleando los Factores de Crecimiento mostrados en la Tabla IV-3.
10 0 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23
FUENTE: Thickness Desing – asphalt Pavements for highways and strrets, Manual Series Nº 01, the asphalt Instituto, Lexington.
Tasa de crecimiento anual (n) porciento
2
4
5
1.00 2.02 3.06 4.12 5.20 6.31 7.43 8.58 9.75 10.95 12.17 13.41 14.68 15.97 17.29 18.64 20.01 21.41 22.84 24.30 32.03 40.57 49.99
1.00 2.04 3.12 4.25 5.42 6.63 7.90 9.21 10.58 12.01 13.49 15.03 16.63 18.29 20.02 21.82 23.70 25.65 27.67 29.78 41.65 56.08 73.65
1.00 2.05 3.15 4.31 5.53 6.80 8.14 9.55 11.03 12.58 14.21 15.92 17.71 19.60 21.58 23.66 25.84 28.13 30.54 33.07 47.73 66.44 90.32
7
8
10
26
25
EJEMPLO Nº 01
a) SOLUCION
Calcular la carga acumulada de ejes equivalentes en una arteria menor rural 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.
Se espera que la mezcla vehicular permanezca igual durante la vida de diseño del pavimento.
Automóviles = 50% Caminos de eje simple: de 2 ejes y 4 ruedas = 33% (10,000 lb) de 3 ejes o mas = 17% (16,000 lb)
6
1.00 1.00 1.00 1.00 2.06 2.07 2.08 2.10 3.18 3.21 3.25 3.31 4.37 4.44 4.51 4.64 5.64 5.75 5.87 6.11 6.98 7.15 7.34 7.72 8.39 8.65 8.92 9.49 9.90 10.26 10.64 11.44 11.49 11.98 12.49 13.58 13.18 13.82 14.49 15.94 14.97 15.78 16.65 18.53 16.87 17.89 18.98 21.38 18.88 20.14 21.50 24.52 21.02 22.55 24.21 27.97 23.28 25.13 27.15 31.77 25.67 27.89 30.32 35.95 28.21 30.84 33.75 40.54 30.91 34.00 37.45 45.60 33.76 37.38 41.45 51.16 36.79 41.00 45.76 57.27 54.86 63.25 73.11 98.35 79.06 94.46 113.28 164.49 111.43 138.24 172.32 271.02
ESAL0= ΣIMDi. Fei ESAL= ESAL0 . 365 . Dd . Dl . Gj i) Calculo del ESAL. Factor de crecimiento
= 29.78
Determinar :
Volumen porcentual de camiones en el carril de diseño = 45% (ver tabla Nº )
a) El Esal acumulado usando factor equivalente de carga. b) El Esal acumulado usando factores camión.
Factores equivalente de carga. (ver tabla Nº ) Automoviles (50%)= 0.00002 despreciable Caminosde eje simple : de 2 ejes y 4 ruedas (33%) = 0.087x2 = 0.174 de 3 ejes o mas (17%) = 0.623x3= 1.869
27
a) SOLUCION i)
28
b) SOLUCION Como no se menciona las cargas por eje, se usara el factor de camión para calcular las Esal respectivas.
Calculo del ESAL.
Automoviles =12000x365x0.50x0.50x0.25x29.78x0.00002 = 163.04 Caminosde 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%) = 12000x365x0.17x0.50x0.25x29.78 x 1.869 = 5’180,444
ESAL0= ΣIMDi. fi ESAL= ESAL0 . 365 . Dl . Gj i) Cantidad de vehículos en el primer año Automóviles ( 50%)
=12,000x365x0.50x0.25
Caminos de eje simple: de 2 ejes y 4 ruedas (33%) = 12,000x365x0.33x0.25 de 3 ejes o mas (17%) = 12,000x365x0.17x0.25
= 547,500
= 361,350 = 186,150
ESAL = 6’116,651 29
30
5
27/10/2010
Tabla Nº 05
DISTRIBUCION DE FACTORES DE CAMION (fi) PARA DISTINTAS CLASES DE CARRETERAS Y VEHICULOS Tabla Nº 02
FACTOR DE CRECIMIENTO
FACTORES DE CAMION Clase de camion
INTERESTATAL
SISTEMA RURAL OTRAS ARTERIAL COLECTORES PRINCIPALES
MENOR
MAYOR
MENOR
INTERVALO
INTERESTATAL
OTRAS
SISTEMA URBANOS OTRAS ARTERIAL
AUTOPISTAS PRINCIPAL
MENOR
COLECTORES
INTERVALO
Caminos de una unidad 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
0.06
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
0.05
Camiones de unidad multiple
FUENTE: Thickness Desing – asphalt Pavements for highways and strrets, Manual Series Nº 01, the asphalt Instituto, Lexington.
Tasa de crecimiento anual (n) porciento Periodo sin de diseño 2 4 5 6 7 8 10 años(n) crecimiento 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
31
32
b) SOLUCION
SUELOS DE SUBRASANTE
Como no se menciona las cargas por eje, se usara el factor de camion para calcular las Esal respectivas.
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”.
Cantidad de Factor camión Factores de crecimiento ESAL0= ΣIMDi. vehículos en elfi (tabla Nº ) para tasa anual 5% primer año (tabla Nº ) ESAL= ESAL0 . 365 . Dl . Gj
Tipo de vehículo
ESAL (01)X(02)x(03)
(01)
(02)
(03)
(04)
547,500
0.00001
29.78
163
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
Automóviles ( 55%) Caminos de eje simple
Esal total
5’908,605
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.
33
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
34
Módulo de Resilencia 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
6
27/10/2010
Módulo de Resilencia
¿DE VALOR DEL CBR TOMO PARA DISEÑO?
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
38
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
granulares no tratadas
Límites para la selección de resistencia
Se recomienda efectuar ensayos de laboratorio directos para obtener
valores de Mr mayores para subrasante
Número de ejes de 8.2 t en el carril de diseño (N)
Presentir a seleccionar para hallar la resistencia
< 10 4
60
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
10 4 - 10 6
75
>10 6
87.5 Fuente: 1 Asphalt Institute, Thickness Dessing, 1981
37
Módulo de Resilencia de diseño
Dibújense los valores de Mr y % obtenidos. 17,000
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.
15,000
13,000
Mr. PSI 11,000
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 >10 6
75 87.5
9,000
7,000
5,000 0
20
40
60
80
100
PORCENTAJE MAYOR O IGUAL QUE 39
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. 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
41
40
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
7
27/10/2010
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
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
43
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..
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.
45
Determinar el valor del ESAL
46
Determinar el valor del Mr
Seleccionar Materiales
Determinar las Combinaciones del espesor de diseño
Construcción por etapas
Construcción sin etapas
Análisis económico
Diseño Final 47
Ejemplo: diseñar un pavimento en una carretera principal rural de dos carriles, si su IMD= 3,000, su tasa de crecimiento es de 5% y el periodo de diseño es 20 años. el suelo de 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%
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
48 12
7
8
27/10/2010
Solución:
Solución:
3. Determinación de los espesores en función de diseño en función de los parámetros calculados anteriormente.
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.
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 29.00 cm
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 partir del CBR.
9x102 kg/cm2
5.9x106
Mr = 100 x 9 = 900 kg/cm2
49
50
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 30.00 cm – 2.50cm = 27.50, cubiertos por un tratamiento superficial.
9x102 kg/cm2
ii. Alternativa con base estabilizada con emulsión tipo I, II y III. 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.
5.9x106
5.9x106
9x102 kg/cm2
51
52
ii. Alternativa con base estabilizada con emulsión tipo I, II y III. 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.
ii. Alternativa con base no tratadas. Si se desea usar capas granulares de 10 cm de espesor, se debe colocar 26.0 cm.
5.9x106 53
5.9x106
9x102 kg/cm2
9x102 kg/cm2
54
9
27/10/2010
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.
5.9x106
9x102 kg/cm2
55
10
