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DISENtildeO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES

- MODULO DE RESILENCIA

Para el disentildeo de pavimentos flexibles deben utilizarse valores medios resultantes de los ensayos de laboratorio las diferencias que se puedan presentar estaacuten consideradas en el nivel de confiabilidad R Durante el antildeo se presentan variaciones en el contenido de humedad de la subrasante las cuales producen alteraciones en la resistencia del suelo para evaluar esta situacioacuten es necesario establecer los cambios que produce la humedad en el moacutedulo resiliente Con este fin se obtienen moacutedulos resilientes para diferentes contenidos de humedad que simulen las condiciones que se presentan en el transcurso del antildeo en base a los resultados se divide el antildeo en periodos en los cuales el MR es constante Para cada valor de MR se determina el valor del dantildeo relativo utilizando la siguiente expresioacuten

U f=118lowast108lowastMR

minus232

Se tiene el valor de CBR de la subrasante y el valor miacutenimo para la subbase y base requerido por la Norma del MTC 60 y 100 respectivamente Al tener estos paraacutemetros es necesario encontrar una correlacioacuten para hallar el moacutedulo de resilencia Para ello se utilizoacute la foacutermula recomendada por el Mechanistic Empirical Pavement Design Guide (MEPDG) que figura en la guiacutea AASHTO (2008)

M R=255lowastCBR064

- PERIODO DE DISENtildeOSe define como el tiempo elegido al iniciar el disentildeo para el cual se determinan las caracteriacutesticas del pavimento evaluando su comportamiento para distintas alternativas a largo plazo con el fin de satisfacer las exigencias del servicio durante el periodo de disentildeo elegido a un costo razonable

Generalmente el periodo de disentildeo seraacute mayor al de la vida uacutetil del pavimento porque incluye en el anaacutelisis al menos una rehabilitacioacuten o recrecimiento por lo tanto eacuteste seraacute superior a 20 antildeos

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Los periodos de disentildeo recomendados por la AASHTO se muestran en la tabla

- INDICE DE SERVICIALIDADEl Iacutendice de Serviciabilidad Presente es la comodidad de circulacioacuten ofrecida al usuario Su valor variacutea de 0 a 5 Un valor de 5 refleja la mejor comodidad teoacuterica (difiacutecil de alcanzar) y por el contrario un valor de 0 refleja el peor Cuando la condicioacuten de la viacutea decrece por deterioro el PSI tambieacuten decrece

Antes de disentildear el pavimento se deben elegir los iacutendices de servicio inicial y final El iacutendice de servicio inicial po depende del disentildeo y de la calidad de la construccioacuten En los pavimentos flexibles estudiados por la AASHTO el pavimento nuevo alcanzoacute un valor medio de po = 42

El iacutendice de servicio final pt representa al iacutendice maacutes bajo capaz de ser tolerado por el pavimento antes de que sea imprescindible su rehabilitacioacuten mediante un refuerzo o una reconstruccioacuten El valor asumido depende de la importancia de la carretera y del criterio del proyectista se sugiere para carreteras de mayor traacutensito un valor de pt ge 25 y para carreteras de menor traacutensito pt = 20

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A continuacioacuten se indican los iacutendices de servicio inicial y final para los diferentes tipos de traacuteficos

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- PEacuteRDIDA DE LA SERVICIALIDAD

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Los valores anteriormente descritos nos permiten determinar la disminucioacuten del iacutendice de servicio que representa una peacuterdida gradual de la calidad de servicio de la carretera originada por el deterioro del pavimento Por tanto

ΔPSI = po ndash pt

Donde

PSI = Iacutendice de Servicio Presente

ΔPSI =Diferencia entre los iacutendices de servicio inicial y el final deseado

po = Iacutendice de servicio inicial

pt = Iacutendice de servicio final

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- ANAacuteLISIS DE TRAacuteFICO

INDICE MEDIA DIARIO ANUAL (IMDA) El Ministerio de Transportes y Comunicaciones recopila los datos de iacutendice medio diario anual (IMDA) por tipo de vehiacuteculo de los tramos viales del paiacutes

ESTIMACION DEL TRANSITO A FUTUTO Se puede calcular el crecimiento del traacutensito utilizando una foacutermula de progresioacuten geomeacutetrica

T n=T olowast(1+r )nminus1

En la que

Tn = Traacutensito proyectado al antildeo ldquonrdquo en vehdiacutea

To = Traacutensito actual (antildeo base o) en vehdiacutea

n = Nuacutemero de antildeos del periacuteodo de disentildeo

r = Tasa anual de crecimiento del traacutensito

FACTOR DE CRECIMIENTO

Fc=(1+r )nminus1r

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FACTOR DIRECCIONAL Y FACTOR DE CARRIL El factor de distribucioacuten direccional expresado como una relacioacuten que corresponde al nuacutemero de vehiacuteculos pesados que circulan en una direccioacuten o sentido de traacutefico normalmente corresponde a la mitad del total de traacutensito circulante en ambas direcciones pero en algunos

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casos puede ser mayor en una direccioacuten que en otra el que se definiraacute seguacuten el conteo de traacutefico

El factor de distribucioacuten carril expresado como una relacioacuten que corresponde al carril que recibe el mayor nuacutemero de EE donde el traacutensito por direccioacuten mayormente se canaliza por ese carril

El traacutefico para el carril de disentildeo del pavimento tendraacute en cuenta el nuacutemero de direcciones o sentidos y el nuacutemero de carriles por calzada de carretera seguacuten el porcentaje o factor ponderado aplicado al IMD

NUMERO DE REPETICIONES DE EJES EQUIVALENTES Para el disentildeo de pavimento la demanda que corresponde al del traacutefico pesado de oacutemnibus y de camiones es la que preponderantemente tiene importancia

El efecto del traacutensito se mide en la unidad definida por AASHTO como Ejes Equivalentes (EE) o ESALrsquoS acumulados durante el periodo de disentildeo tomado en el anaacutelisis AASHTO definioacute como un EE al efecto de deterioro causado sobre el pavimento por un eje simple de dos ruedas convencionales cargado con 82 tn de peso con neumaacuteticos a la presioacuten de 80 lbspulg2 Los Ejes Equivalentes (EE) son factores de equivalencia que representan el factor destructivo de las distintas cargas por tipo de eje que conforman cada tipo de vehiacuteculo pesado sobre la estructura del pavimento

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Para el caacutelculo de los EE se utilizaraacuten las siguientes relaciones simplificadas que resultaron de correlacionar los valores de las Tablas del apeacutendice D de la Guiacutea AASHTOrsquo93 para las diferentes configuraciones de ejes de vehiacuteculos pesados (buses y camiones) y tipo de pavimento

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Para pavimentos flexibles se tiene los siguientes factores de carga equivalente

FACTORES DE EQUIVALENCIA

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TRANSITO DE DISENtildeO

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ESA L S=ADTOlowast(T )lowast(T f )lowastFClowastFDlowastFLlowast365

DONDE

ADTO= se obtiene de la sumatoria de la multiplicacioacuten del nuacutemero de repeticiones de un vehiacuteculo por su factor destructivo (LEFrsquoS) para todos los que transitan por la viacutea

T y T F = Son los porcentajes de camiones cuando se cuenta con el nuacutemero real de los vehiacuteculos estos factores se toman como 1

Fd = factor de distribucioacuten direccional se toma de tablas

FL= Factor de distribucioacuten de carril

FC= Factor de crecimiento

- NIVEL DE CONFIABILIDAD Y DESVIACION ESTANDAR Z0

El nivel de confianza es uno de los paraacutemetros importantes introducidos por la AASHTO al disentildeo de pavimentos porque establece un criterio que estaacute relacionado con el desempentildeo del pavimento frente a las solicitaciones exteriores La confiabilidad se define como la probabilidad de que el pavimento disentildeado se comporte de manera satisfactoria durante toda su vida de proyecto bajo las solicitaciones de carga e intemperismo o la probabilidad de que los problemas de deformacioacuten y fallas esteacuten por debajo de los niveles permisibles Para elegir el valor de este paraacutemetro se considera la importancia del camino la confiabilidad de la resistencia de cada una de las capas y el traacutensito de disentildeo pronosticado

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La esquematizacioacuten del comportamiento real del pavimento y la curva de disentildeo propuesta por la AASHTO tienen la misma forma pero no coinciden La falta de coincidencia se debe a los errores asociados a la ecuacioacuten de comportamiento propuesta y a la dispersioacuten de la informacioacuten utilizada en el dimensionamiento del pavimento Por esta razoacuten la AASHTO adoptoacute un enfoque regresional para ajustar estas dos curvas De esta forma los errores se representan mediante una desviacioacuten estaacutendar So para compatibilizar los dos comportamientos El factor de ajuste entre las dos curvas se define como el producto de la desviacioacuten normal ZR por la desviacioacuten estaacutendar So Los factores de desviacioacuten normal ZR se muestran a continuacioacuten

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- COEFICIENTE DE DRENAJE CD

El valor de este coeficiente depende de dos paraacutemetros la capacidad del drenaje que se determina de acuerdo al tiempo que tarda el agua en ser evacuada del pavimento y el porcentaje de tiempo durante el cual el pavimento estaacute expuesto a niveles de humedad proacuteximos a la saturacioacuten en el transcurso del antildeo Dicho porcentaje depende de la precipitacioacuten media anual y de las condiciones de drenaje la AASHTO define cinco capacidades de drenaje que se muestran en la siguiente tabla

P= (S+R ) X 100365

Donde

P = Porcentaje de tiempo en que el pavimento estaacute proacuteximo a la saturacioacuten

S = Diacuteas de traslape entre la eacutepoca lluviosa y seca

R = Diacuteas con lluvia en que el pavimento puede drenar hasta el 85 del estado de saturacioacuten en 24 horas o menos

De acuerdo a las capacidades de drenaje la AASHTO establece los factores de correccioacuten m2 (bases) y m3 (sub-bases granulares sin estabilizar) los

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cuales estaacuten dados en la Tabla IV7 en funcioacuten del porcentaje de tiempo a lo largo de un antildeo en el cual la estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles de humedad proacuteximos a la saturacioacuten

- DESVIACION ESTANDAR (s0 iquest

La Desviacioacuten Estaacutendar Combinada (So) es un valor que toma en cuenta la variabilidad esperada de la prediccioacuten del traacutensito y de los otros factores que afectan el comportamiento del pavimento como por ejemplo construccioacuten medio ambiente incertidumbre del modelo La Guiacutea AASHTO recomienda adoptar para los pavimentos flexibles valores de So comprendidos entre 040 y 050 en el presente Manual se adopta para los disentildeos recomendados el valor de 045

- DETERMINACION DEL NUacuteMERO ESTRUCTURAL

El meacutetodo estaacute basado en el caacutelculo del Nuacutemero Estructural ldquoSNrdquo sobre la capa subrasante o cuerpo del terrapleacuten Para esto se dispone del abaco y ecuacioacuten siguiente

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Donde

W18 = Traacutefico equivalente o ESALacutes

ZR = Factor de desviacioacuten normal para un nivel de confiabilidad R

So = Desviacioacuten estaacutendar

ΔPSI =Diferencia entre los iacutendices de servicio inicial y el final deseado

MR = Moacutedulo de resiliencia efectivo de la subrasante

SN = Nuacutemero estructural

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- DETERMINACION DE ESPESORES POR CAPA

La estructura del pavimento flexible estaacute formada por un sistema de varias capas por lo cual debe dimensionarse cada una de ellas considerando sus caracteriacutesticas propias

Una vez que el disentildeador ha obtenido el Nuacutemero Estructural SN para la seccioacuten estructural del pavimento se requiere determinar una seccioacuten multicapa que en conjunto provea una suficiente capacidad de soporte equivalente al nuacutemero estructural de disentildeo Para este fin se utiliza la siguiente ecuacioacuten que permite obtener los espesores de la capa de rodamiento o carpeta de la capa base y de la sub-base

Donde

a1 a2 y a3 = Coeficientes estructurales de capa de carpeta base y sub-base respectivamente

D1 D2 y D3 = Espesor de la carpeta base y sub-base respectivamente en pulgadas

m2 y m3 = Coeficientes de drenaje para base y sub-base respectivamente

De la misma manera se deberaacute obtener los coeficientes estructurales de la carpeta asfaacuteltica (a1) de la capa base (a2) y de la sub-base (a3) utilizando los valores del moacutedulo de resiliencia correspondientes a cada una de ellas

Los coeficientes de capa a1 a2 y a3 se obtienen utilizando las correlaciones de valores de diferentes pruebas de laboratorio Moacutedulo Resiliente Texas Triaxial Valor R y CBR tal como se muestra en las siguientes figuras

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Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la carpeta asfaacuteltica ldquoa1rdquo Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la capa base granular ldquoa2rdquo

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la sub-base granular ldquoa3rdquoFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures

1993

- ESPESORES MINIMOS EN FUNCION DEL ldquoSNrdquo

En el control de los espesores D1 D2 y D3 a traveacutes del SN se busca dar proteccioacuten a las capas granulares no tratadas de las tensiones verticales excesivas que produciriacutean deformaciones permanentes como se muestra en el graacutefico siguiente Los materiales son seleccionados para cada capa de acuerdo a las recomendaciones del meacutetodo por tanto se conocen los moacutedulos resilientes de cada capa Usando el aacutebaco del SN se determinan los nuacutemeros estructurales requeridos para proteger cada capa no tratada

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utilizando el moacutedulo resiliente de la capa que es encuentra inmediatamente por debajo por ejemplo para sacar el espesor D1 de la carpeta se considera el MR de la capa base y asiacute se obtiene el SN1 que debe ser soportado por la carpeta asfaacuteltica de donde

Se adopta un espesor D1 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido por esta capa seraacute

S N1=a1lowastD1

Para determinar el espesor miacutenimo de la capa base se entra al aacutebaco con el MR de la sub-base para obtener el nuacutemero estructural SN2 que seraacute absorbido por la carpeta y la capa base de donde

D2geSN 2minusSN 1

a2lowastm2geSN B

a2lowastm2

Se adopta un espesor D2 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido seraacute

S Nb=a2lowastm2lowastD 2

SNb = Nuacutemero estructural de la base

Finalmente para la sub-base se ingresa con el MR que corresponde a la subrasante y se obtiene SN3 = SN para todo el paquete estructural por tanto el espesor seraacute

D3geSNminusiquestiquestiquest

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Se adopta un espesor D3 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido por la sub-base seraacute

S N3=a3lowastm3lowastD3

SN SB = Nuacutemero estructural de la sub base

La suma de los nuacutemeros estructurales de las capas que constituyen el pavimento debe ser mayor o igual a

SN 1+SN 2+SN 3ge SN

Este procedimiento no es aplicable para determinar espesores sobre capas que tengan un moacutedulo resiliente mayor a 40000 psi (280 MPa) En este caso los espesores se determinaran mediante criterios constructivos o de acuerdo a la relacioacuten costo-eficiencia

PROBLEMA RESUELTO 01

Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado (ambas direcciones) = 6 x 104 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

Crecimiento de camiones (por antildeo) = 0 (Sin crecimiento)

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 3450 MPa = 500000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MB = 172 MPa = 25000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 827 MPa = 12000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante

Invierno (med Diciembre-fines Febrero) MR = 207 MPa = 30000 psi

Primavera (med Marzo-fines Abril) MR = 689 MPa = 1000 psi

Verano y Otontildeo (princ Mayo-med Diciembre) MR = 345 MPa = 5000 psi

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Solucioacuten

Algunas variables de entrada deben seleccionarse en base a la importancia funcional del pavimento consideraciones de construccioacuten por etapas conocimiento de la calidad de la construccioacuten y experiencia Asiacute se adoptan este tipo de variables

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 90

Desviacioacuten estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial p0 = 5

Serviciabilidad final pt = 25

En cada etapa la confiabilidad seraacute R = (090)frac12 = 095 = 95

El traacutensito esperado para el final de la vida uacutetil seraacute

W18 = Factor de crecimiento traacutensito traacutensito inicial DD TD

= 10 6 x 104 ESALs 050 070 = 21 x 105 ESALs

El moacutedulo efectivo de la subrasante es MR = 1415 MPa = 2100 psi

Variacioacuten de serviciabilidad ΔPSI = p0 ndash pt = 5 ndash 25 = 25 por traacutensito

Para R = 95 S0 = 035 W18 = 21 x 105 ESALs MR = 2100 psi y ΔPSI = 25 corresponde SN =

9652 mm (38 pulg) con

SN1 = 4064 mm (16 pulg) para proteccioacuten de base

SN2 = 5842 mm (23 pulg) para proteccioacuten de sub-base

Los coeficientes estructurales o de capa funcioacuten de la calidad de los materiales que forman cada capa son

Concreto asfaacuteltico a1 = 046

Base a2 = 012

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Sub-base a3 = 0 9

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo por lo que m2 = 112 La sub-base tiene caracteriacutesticas de drenaje pobre y estaraacute saturada el 25 del tiempo correspondieacutendole un coeficiente de drenaje m3 = 085

Espesor miacutenimo para capa asfaacuteltica

D1geSN1

a1 =4084046 = 88 mm (352 pulg) tomamos 90 mm

SN 1= a1lowastD1= 046 x 90 = 414 mm

Base granular

Como la capa maacutes efectiva desde el punto de vista econoacutemico es la base granular se elimina la sub-base resultando el espesor de base

D2geSN 2minusSN 1

a2lowastm2=9652minus414012lowast112

=41012mmtomamos 420mm

SN 2= a2lowastm2iquestD2= 420 x 012 x 112 = 5645 mm

SN 2+SN 1=414+5645=9785gt9652OK

PROBLEMA RESUELTO 02

Autopista urbana W18 = 2 x 105 ESALs El agua drena del pavimento en aproximadamente una semana y la estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles proacuteximos a la saturacioacuten en un 30 del tiempo Los datos de los materiales son Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3100 MPa = 450000 psi

Base CBR = 100 MB = 214 MPa = 31000 psi

Sub-base CBR = 16 MSB = 904 MPa = 13111 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 538 MPa = 7800 psi

Solucioacuten

Como el pavimento es para una autopista urbana se adopta

R = 99

S0 = 02

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po = 45

Pt = 25

Y asiacute se obtiene del aacutebaco

SN = 6096 mm (24 pulg)

SN1 = 381 mm (15 pulg)

SN2 = 508 mm (2 pulg)

Los coeficientes de drenaje para base y sub-base son m2 = m3 = 080

Espesor de concreto asfaacuteltico

D1geSN1

a1 =3819044 = 866 mm (34 pulg) tomamos 90 mm

SN 1= a1lowastD1= 044 x 90 = 396 mm

Espesor para base

D2geSN 2minusSN 1

a2lowastm2=5080minus3960014lowast080

=100mmtomamos 110mm

SN 2= a2lowastm2iquestD2= 014 x 080 x 110 = 1232 mm

Espesor para sub-base

D3geSNminusiquestiquestiquest

SN 3= a3lowastm3iquestD3= 010 x 080 x 140 = 1120 mm

SN 3+SN2+SN 1=381+1232+112=6162gt6096OK

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ANEXOS

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MEacuteTODO DE DISENtildeO - INSTITUTO DEL ASFALTO

Este meacutetodo estaacute basado en el establecimiento de un liacutemite de deflexioacuten a la

estructura del pavimento el cual es funcioacuten del nuacutemero e intensidad de aplicaciones

de carga

El primer paso para la aplicacioacuten del meacutetodo del Instituto Norteamericano del Asfalto

consiste en determinar el nuacutemero de traacutensito para el periodo de disentildeo

Por otro lado el meacutetodo permite el empleo de concreto asfaacuteltico o emulsiones

asfaacutelticas en la totalidad o en parte de la estructura del pavimento e incluye varias

combinaciones de capa de rodadura y bases de concreto asfaacuteltico de capa de

rodadura y bases con emulsiones asfaacutelticas asiacute como capas de rodadura asfaacuteltica

con base y subbase granulares

Tambieacuten considera al pavimento como un sistema elaacutestico de varias capas y para su

anaacutelisis emplea conceptos teoacutericos experimentales y corridas de programa de

coacutemputo sin embargo con el objeto de simplificar el meacutetodo el Instituto de Asfalto

propone una serie de aacutebacos que permiten la aplicacioacuten del meacutetodo en forma raacutepida y

sencilla

5511 Criterios de disentildeoMediante esta metodologiacutea se asume que las cargas en la superficie del pavimento

producen 2 deformaciones que son consideradas criacuteticas para el disentildeo Estas

deformaciones unitarias son

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bull La deformacioacuten horizontal de tensioacuten t e en el fondo de la capa asfaacuteltica maacutes profunda ya sea que se trate de concreto asfaacuteltico o de una capa tratada con asfalto emulsificado y

bull La deformacioacuten vertical de compresioacuten c e en la parte superior de la capa de subrasante

Si t e es excesiva se produciraacuten fisuras en la capa asfaacuteltica mientras que si c e es excesiva se produciraacuten deformaciones permanentes en la superficie del pavimento

Debido a la heterogeneidad de vehiacuteculos existentes se debe primero analizar

cada eje del vehiacuteculo a fin de encontrar la incidencia de carga que cada uno

produce (factor de equivalencia de carga)

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Como ejemplo para la realidad nacional un vehiacuteculo liviano con ejes simples se

conforma de la siguiente manera el eje delantero con una carga bruta de 2000 lb

el eje trasero con 4000 lb (Seguacuten EMAPE) Su conversioacuten a ejes simples es de

000018 y 000209 respectivamente Estos valores son altos para un vehiacuteculo

ligero promedio Sin embargo se toma el caso maacutes desfavorable debido a que

ellos se encuentran conformados por autos camionetas y furgonetas

Cada eje puede llevar en sus extremos un neumaacutetico en cuyo caso se designa

como neumaacutetico simple o dos neumaacuteticos en cuyo caso se designa como

neumaacuteticos gemelos o duales

Los tipos de ejes legalmente reconocidos son

Eje simple un uacutenico eje

Eje taacutendem grupo de dos ejes sucesivos cuya distancia entre centros es menor a

2 metros

Eje tridem grupo de tres ejes sucesivos cuya distancia entre centros es menor a 2

metros

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Carril del disentildeoPara calles y carreteras de 2 carriles el carril de disentildeo puede ser cualquiera de

los carriles de la viacutea mientras que para calles y carreteras de carriles muacuteltiples

generalmente es el carril externo

Entonces para el caacutelculo del porcentaje de camiones en el flujo vehicular sobre el

carril de disentildeo el actual meacutetodo recomienda los siguientes valores

Tabla 01 Porcentaje de camiones en el carril de disentildeo

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A continuacioacuten se visualiza la tabla 02 para la conversioacuten de cualquier carga yo

combinacioacuten de ejes y de neumaacuteticos en un nuacutemero total de pasadas del eje

estaacutendar

Periacuteodo de disentildeo y tasa de crecimiento anualEn la Tabla 03 se presenta la relacioacuten entre la taza de crecimiento anual

Afectando el iacutendice medio diario anual por la taza de crecimiento se estima el

crecimiento del volumen vehicular proyectado para los antildeos que se disentildeo el

pavimento

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La tasa de crecimiento para diferentes tipos de vehiacuteculos puede ser estimada

variando el crecimiento normal entre 3 y 5 por antildeo No obstante carreteras

nuevas o nuevos desarrollos pueden generar incrementos de mayor magnitud los

cuales pueden alcanzar valores de hasta 10

Aacuterea de contacto y presioacuten de neumaacutetico

Es sabido que la carga puede causar mas dantildeo si la presioacuten del neumaacutetico es alta

(por la menor aacuterea de contacto) Tener en cuenta pues que la presioacuten del

neumaacutetico no siempre es igual a la presioacuten de contacto

En la versioacuten actual el meacutetodo incorpora factores de ajuste de los ejes

equivalentes de disentildeo para diferentes presiones de contacto de las llantas sobre

el pavimento en funcioacuten de su presioacuten de inflado y de los espesores de la carpeta

asfaacuteltica donde contempla desde cuatro hasta diez pulgadas de espesor Ver

Figura 01

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Estimacioacuten del traacutensito vehicularPara obtener el iacutendice medio diario o traacutefico diario promedio es necesario contar

con una estacioacuten de control la cual recoja los diferentes datos del volumen

vehicular a fin de agruparlos por categoriacuteas seguacuten las normas propuestas para

cada paiacutes Ya teniendo esa informacioacuten se afecta cada grupo vehicular por un

factor de equivalencia de carga El nuacutemero de repeticiones para producir igual

dantildeo se basa en factores de equivalencia entre la carga real (volumen vehicular) y

la carga estaacutendar (eje simple 18000lb)

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Evaluacioacuten de los materialesPara el disentildeo de los espesores de una seccioacuten estructural del pavimento flexible

el meacutetodo actual del Instituto del Asfalto considera como paraacutemetro fundamental

dentro de la evaluacioacuten de los materiales la obtencioacuten del Moacutedulo de Resilencia

(Mr) de la subrasante Sin embargo reconocen que no todos los organismos

tienen el equipo adecuado para llevar a cabo tal prueba por lo que han

establecido factores de correlacioacuten entre Mr y la prueba estaacutendar de Valor Relativo

de Soporte CBR Sentildealan que los resultados son bastante aproximados sin

embargo para un disentildeo preciso se recomienda llevar a cabo la prueba del

Moacutedulo de Resiliencia para la subrasante

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Restricciones de tiempoUn pavimento debe ser disentildeado para soportar los efectos acumulados del traacutensito

para cualquier periacuteodo de tiempo El periacuteodo seleccionado que dura el pavimento

antes que requiera rehabilitacioacuten se define como ldquoPeriacuteodo de Disentildeordquo Al teacutermino

de eacuteste se espera que el pavimento requiera alguna rehabilitacioacuten mayor como

puede ser una sobre carpeta de refuerzo para restaurar su condicioacuten original

Luego de la primera intervencioacuten la vida uacutetil del pavimento o ldquoPeriacuteodo de Anaacutelisisrdquo

puede ser extendida indefinidamente a traveacutes de mejoramientos sucesivos de

rehabilitacioacuten hasta que el pavimento sea obsoleto por cambios significativos en

pendientes alineamiento geomeacutetrico y otros factores

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En funcioacuten del traacutensito esperado sobre el pavimento en estudio el meacutetodo del

Instituto del Asfalto recomienda los siguientes valores percentiles para calcular el

Moacutedulo de Resiliencia de disentildeo de la capa subrasante

Con las muestras de material obtenidas en el campo y con los resultados

obtenidos en el laboratorio para determinar sus Moacutedulos de Resiliencia se deberaacute

calcular el Mr de disentildeo de la capa subrasante con los percentiles sugeridos en la

tabla anterior

Para los requerimientos de compactacioacuten en las capas de base y subbase el

actual meacutetodo proporciona las siguientes recomendaciones

Capas de base y subbase formadas con materiales granulares sin tratamiento

esto es no estabilizadas deberaacuten compactarse con un contenido de humedad

oacuteptimo maacutes menos 15 puntos en porcentaje para alcanzar una densidad miacutenima

del 100 de la densidad maacutexima de laboratorio

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Asiacute mismo recomienda los siguientes valores para las diferentes pruebas a

realizarse con materiales de bases y subbases Ver tabla 05

Propiedades de los materialesLas bases estabilizadas con emulsiones asfaacutelticas corresponden a tres tipos de

Mezcla seguacuten la clase de agregados utilizados se tiene

Tipo I Mezcla elaborada con agregados procesados de gradacioacuten densa

Tipo II Mezcla elaborada con agregados semi-procesados

Tipo III Mezcla elaborada con arenas o arenas limosas

En cuanto a requerimientos de espesores miacutenimos en funcioacuten del nivel de traacutensito

en ejes equivalentes el meacutetodo recomienda los siguientes valores

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A) Para superficies de concreto asfaacuteltico construidas sobre bases estabilizadas

con emulsioacuten asfaacuteltica

Podraacute usarse concreto asfaacuteltico o mezclas asfaacutelticas emulsificadas Tipo I conun tratamiento superficial sobre bases asfaacutelticas tipo II o III

B) Para superficies de concreto asfaacuteltico construido sobre bases granulares sin

UPAO 44

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Estabilizar

Factores ambientalesEs importante hacer notar que el meacutetodo contempla factores de medio ambiente y

varios tipos o clases de asfalto seguacuten las necesidades particulares del disentildeo A

continuacioacuten ver la tabla

UPAO 45

Page 2: PAVIMENTOS-FLEXIBLES

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Los periodos de disentildeo recomendados por la AASHTO se muestran en la tabla

- INDICE DE SERVICIALIDADEl Iacutendice de Serviciabilidad Presente es la comodidad de circulacioacuten ofrecida al usuario Su valor variacutea de 0 a 5 Un valor de 5 refleja la mejor comodidad teoacuterica (difiacutecil de alcanzar) y por el contrario un valor de 0 refleja el peor Cuando la condicioacuten de la viacutea decrece por deterioro el PSI tambieacuten decrece

Antes de disentildear el pavimento se deben elegir los iacutendices de servicio inicial y final El iacutendice de servicio inicial po depende del disentildeo y de la calidad de la construccioacuten En los pavimentos flexibles estudiados por la AASHTO el pavimento nuevo alcanzoacute un valor medio de po = 42

El iacutendice de servicio final pt representa al iacutendice maacutes bajo capaz de ser tolerado por el pavimento antes de que sea imprescindible su rehabilitacioacuten mediante un refuerzo o una reconstruccioacuten El valor asumido depende de la importancia de la carretera y del criterio del proyectista se sugiere para carreteras de mayor traacutensito un valor de pt ge 25 y para carreteras de menor traacutensito pt = 20

UPAO 2

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A continuacioacuten se indican los iacutendices de servicio inicial y final para los diferentes tipos de traacuteficos

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- PEacuteRDIDA DE LA SERVICIALIDAD

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Los valores anteriormente descritos nos permiten determinar la disminucioacuten del iacutendice de servicio que representa una peacuterdida gradual de la calidad de servicio de la carretera originada por el deterioro del pavimento Por tanto

ΔPSI = po ndash pt

Donde

PSI = Iacutendice de Servicio Presente

ΔPSI =Diferencia entre los iacutendices de servicio inicial y el final deseado

po = Iacutendice de servicio inicial

pt = Iacutendice de servicio final

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- ANAacuteLISIS DE TRAacuteFICO

INDICE MEDIA DIARIO ANUAL (IMDA) El Ministerio de Transportes y Comunicaciones recopila los datos de iacutendice medio diario anual (IMDA) por tipo de vehiacuteculo de los tramos viales del paiacutes

ESTIMACION DEL TRANSITO A FUTUTO Se puede calcular el crecimiento del traacutensito utilizando una foacutermula de progresioacuten geomeacutetrica

T n=T olowast(1+r )nminus1

En la que

Tn = Traacutensito proyectado al antildeo ldquonrdquo en vehdiacutea

To = Traacutensito actual (antildeo base o) en vehdiacutea

n = Nuacutemero de antildeos del periacuteodo de disentildeo

r = Tasa anual de crecimiento del traacutensito

FACTOR DE CRECIMIENTO

Fc=(1+r )nminus1r

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FACTOR DIRECCIONAL Y FACTOR DE CARRIL El factor de distribucioacuten direccional expresado como una relacioacuten que corresponde al nuacutemero de vehiacuteculos pesados que circulan en una direccioacuten o sentido de traacutefico normalmente corresponde a la mitad del total de traacutensito circulante en ambas direcciones pero en algunos

UPAO 7

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casos puede ser mayor en una direccioacuten que en otra el que se definiraacute seguacuten el conteo de traacutefico

El factor de distribucioacuten carril expresado como una relacioacuten que corresponde al carril que recibe el mayor nuacutemero de EE donde el traacutensito por direccioacuten mayormente se canaliza por ese carril

El traacutefico para el carril de disentildeo del pavimento tendraacute en cuenta el nuacutemero de direcciones o sentidos y el nuacutemero de carriles por calzada de carretera seguacuten el porcentaje o factor ponderado aplicado al IMD

NUMERO DE REPETICIONES DE EJES EQUIVALENTES Para el disentildeo de pavimento la demanda que corresponde al del traacutefico pesado de oacutemnibus y de camiones es la que preponderantemente tiene importancia

El efecto del traacutensito se mide en la unidad definida por AASHTO como Ejes Equivalentes (EE) o ESALrsquoS acumulados durante el periodo de disentildeo tomado en el anaacutelisis AASHTO definioacute como un EE al efecto de deterioro causado sobre el pavimento por un eje simple de dos ruedas convencionales cargado con 82 tn de peso con neumaacuteticos a la presioacuten de 80 lbspulg2 Los Ejes Equivalentes (EE) son factores de equivalencia que representan el factor destructivo de las distintas cargas por tipo de eje que conforman cada tipo de vehiacuteculo pesado sobre la estructura del pavimento

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Para el caacutelculo de los EE se utilizaraacuten las siguientes relaciones simplificadas que resultaron de correlacionar los valores de las Tablas del apeacutendice D de la Guiacutea AASHTOrsquo93 para las diferentes configuraciones de ejes de vehiacuteculos pesados (buses y camiones) y tipo de pavimento

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Para pavimentos flexibles se tiene los siguientes factores de carga equivalente

FACTORES DE EQUIVALENCIA

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TRANSITO DE DISENtildeO

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ESA L S=ADTOlowast(T )lowast(T f )lowastFClowastFDlowastFLlowast365

DONDE

ADTO= se obtiene de la sumatoria de la multiplicacioacuten del nuacutemero de repeticiones de un vehiacuteculo por su factor destructivo (LEFrsquoS) para todos los que transitan por la viacutea

T y T F = Son los porcentajes de camiones cuando se cuenta con el nuacutemero real de los vehiacuteculos estos factores se toman como 1

Fd = factor de distribucioacuten direccional se toma de tablas

FL= Factor de distribucioacuten de carril

FC= Factor de crecimiento

- NIVEL DE CONFIABILIDAD Y DESVIACION ESTANDAR Z0

El nivel de confianza es uno de los paraacutemetros importantes introducidos por la AASHTO al disentildeo de pavimentos porque establece un criterio que estaacute relacionado con el desempentildeo del pavimento frente a las solicitaciones exteriores La confiabilidad se define como la probabilidad de que el pavimento disentildeado se comporte de manera satisfactoria durante toda su vida de proyecto bajo las solicitaciones de carga e intemperismo o la probabilidad de que los problemas de deformacioacuten y fallas esteacuten por debajo de los niveles permisibles Para elegir el valor de este paraacutemetro se considera la importancia del camino la confiabilidad de la resistencia de cada una de las capas y el traacutensito de disentildeo pronosticado

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La esquematizacioacuten del comportamiento real del pavimento y la curva de disentildeo propuesta por la AASHTO tienen la misma forma pero no coinciden La falta de coincidencia se debe a los errores asociados a la ecuacioacuten de comportamiento propuesta y a la dispersioacuten de la informacioacuten utilizada en el dimensionamiento del pavimento Por esta razoacuten la AASHTO adoptoacute un enfoque regresional para ajustar estas dos curvas De esta forma los errores se representan mediante una desviacioacuten estaacutendar So para compatibilizar los dos comportamientos El factor de ajuste entre las dos curvas se define como el producto de la desviacioacuten normal ZR por la desviacioacuten estaacutendar So Los factores de desviacioacuten normal ZR se muestran a continuacioacuten

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- COEFICIENTE DE DRENAJE CD

El valor de este coeficiente depende de dos paraacutemetros la capacidad del drenaje que se determina de acuerdo al tiempo que tarda el agua en ser evacuada del pavimento y el porcentaje de tiempo durante el cual el pavimento estaacute expuesto a niveles de humedad proacuteximos a la saturacioacuten en el transcurso del antildeo Dicho porcentaje depende de la precipitacioacuten media anual y de las condiciones de drenaje la AASHTO define cinco capacidades de drenaje que se muestran en la siguiente tabla

P= (S+R ) X 100365

Donde

P = Porcentaje de tiempo en que el pavimento estaacute proacuteximo a la saturacioacuten

S = Diacuteas de traslape entre la eacutepoca lluviosa y seca

R = Diacuteas con lluvia en que el pavimento puede drenar hasta el 85 del estado de saturacioacuten en 24 horas o menos

De acuerdo a las capacidades de drenaje la AASHTO establece los factores de correccioacuten m2 (bases) y m3 (sub-bases granulares sin estabilizar) los

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cuales estaacuten dados en la Tabla IV7 en funcioacuten del porcentaje de tiempo a lo largo de un antildeo en el cual la estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles de humedad proacuteximos a la saturacioacuten

- DESVIACION ESTANDAR (s0 iquest

La Desviacioacuten Estaacutendar Combinada (So) es un valor que toma en cuenta la variabilidad esperada de la prediccioacuten del traacutensito y de los otros factores que afectan el comportamiento del pavimento como por ejemplo construccioacuten medio ambiente incertidumbre del modelo La Guiacutea AASHTO recomienda adoptar para los pavimentos flexibles valores de So comprendidos entre 040 y 050 en el presente Manual se adopta para los disentildeos recomendados el valor de 045

- DETERMINACION DEL NUacuteMERO ESTRUCTURAL

El meacutetodo estaacute basado en el caacutelculo del Nuacutemero Estructural ldquoSNrdquo sobre la capa subrasante o cuerpo del terrapleacuten Para esto se dispone del abaco y ecuacioacuten siguiente

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Donde

W18 = Traacutefico equivalente o ESALacutes

ZR = Factor de desviacioacuten normal para un nivel de confiabilidad R

So = Desviacioacuten estaacutendar

ΔPSI =Diferencia entre los iacutendices de servicio inicial y el final deseado

MR = Moacutedulo de resiliencia efectivo de la subrasante

SN = Nuacutemero estructural

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- DETERMINACION DE ESPESORES POR CAPA

La estructura del pavimento flexible estaacute formada por un sistema de varias capas por lo cual debe dimensionarse cada una de ellas considerando sus caracteriacutesticas propias

Una vez que el disentildeador ha obtenido el Nuacutemero Estructural SN para la seccioacuten estructural del pavimento se requiere determinar una seccioacuten multicapa que en conjunto provea una suficiente capacidad de soporte equivalente al nuacutemero estructural de disentildeo Para este fin se utiliza la siguiente ecuacioacuten que permite obtener los espesores de la capa de rodamiento o carpeta de la capa base y de la sub-base

Donde

a1 a2 y a3 = Coeficientes estructurales de capa de carpeta base y sub-base respectivamente

D1 D2 y D3 = Espesor de la carpeta base y sub-base respectivamente en pulgadas

m2 y m3 = Coeficientes de drenaje para base y sub-base respectivamente

De la misma manera se deberaacute obtener los coeficientes estructurales de la carpeta asfaacuteltica (a1) de la capa base (a2) y de la sub-base (a3) utilizando los valores del moacutedulo de resiliencia correspondientes a cada una de ellas

Los coeficientes de capa a1 a2 y a3 se obtienen utilizando las correlaciones de valores de diferentes pruebas de laboratorio Moacutedulo Resiliente Texas Triaxial Valor R y CBR tal como se muestra en las siguientes figuras

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Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la carpeta asfaacuteltica ldquoa1rdquo Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la capa base granular ldquoa2rdquo

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la sub-base granular ldquoa3rdquoFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures

1993

- ESPESORES MINIMOS EN FUNCION DEL ldquoSNrdquo

En el control de los espesores D1 D2 y D3 a traveacutes del SN se busca dar proteccioacuten a las capas granulares no tratadas de las tensiones verticales excesivas que produciriacutean deformaciones permanentes como se muestra en el graacutefico siguiente Los materiales son seleccionados para cada capa de acuerdo a las recomendaciones del meacutetodo por tanto se conocen los moacutedulos resilientes de cada capa Usando el aacutebaco del SN se determinan los nuacutemeros estructurales requeridos para proteger cada capa no tratada

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utilizando el moacutedulo resiliente de la capa que es encuentra inmediatamente por debajo por ejemplo para sacar el espesor D1 de la carpeta se considera el MR de la capa base y asiacute se obtiene el SN1 que debe ser soportado por la carpeta asfaacuteltica de donde

Se adopta un espesor D1 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido por esta capa seraacute

S N1=a1lowastD1

Para determinar el espesor miacutenimo de la capa base se entra al aacutebaco con el MR de la sub-base para obtener el nuacutemero estructural SN2 que seraacute absorbido por la carpeta y la capa base de donde

D2geSN 2minusSN 1

a2lowastm2geSN B

a2lowastm2

Se adopta un espesor D2 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido seraacute

S Nb=a2lowastm2lowastD 2

SNb = Nuacutemero estructural de la base

Finalmente para la sub-base se ingresa con el MR que corresponde a la subrasante y se obtiene SN3 = SN para todo el paquete estructural por tanto el espesor seraacute

D3geSNminusiquestiquestiquest

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Se adopta un espesor D3 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido por la sub-base seraacute

S N3=a3lowastm3lowastD3

SN SB = Nuacutemero estructural de la sub base

La suma de los nuacutemeros estructurales de las capas que constituyen el pavimento debe ser mayor o igual a

SN 1+SN 2+SN 3ge SN

Este procedimiento no es aplicable para determinar espesores sobre capas que tengan un moacutedulo resiliente mayor a 40000 psi (280 MPa) En este caso los espesores se determinaran mediante criterios constructivos o de acuerdo a la relacioacuten costo-eficiencia

PROBLEMA RESUELTO 01

Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado (ambas direcciones) = 6 x 104 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

Crecimiento de camiones (por antildeo) = 0 (Sin crecimiento)

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 3450 MPa = 500000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MB = 172 MPa = 25000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 827 MPa = 12000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante

Invierno (med Diciembre-fines Febrero) MR = 207 MPa = 30000 psi

Primavera (med Marzo-fines Abril) MR = 689 MPa = 1000 psi

Verano y Otontildeo (princ Mayo-med Diciembre) MR = 345 MPa = 5000 psi

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Solucioacuten

Algunas variables de entrada deben seleccionarse en base a la importancia funcional del pavimento consideraciones de construccioacuten por etapas conocimiento de la calidad de la construccioacuten y experiencia Asiacute se adoptan este tipo de variables

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 90

Desviacioacuten estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial p0 = 5

Serviciabilidad final pt = 25

En cada etapa la confiabilidad seraacute R = (090)frac12 = 095 = 95

El traacutensito esperado para el final de la vida uacutetil seraacute

W18 = Factor de crecimiento traacutensito traacutensito inicial DD TD

= 10 6 x 104 ESALs 050 070 = 21 x 105 ESALs

El moacutedulo efectivo de la subrasante es MR = 1415 MPa = 2100 psi

Variacioacuten de serviciabilidad ΔPSI = p0 ndash pt = 5 ndash 25 = 25 por traacutensito

Para R = 95 S0 = 035 W18 = 21 x 105 ESALs MR = 2100 psi y ΔPSI = 25 corresponde SN =

9652 mm (38 pulg) con

SN1 = 4064 mm (16 pulg) para proteccioacuten de base

SN2 = 5842 mm (23 pulg) para proteccioacuten de sub-base

Los coeficientes estructurales o de capa funcioacuten de la calidad de los materiales que forman cada capa son

Concreto asfaacuteltico a1 = 046

Base a2 = 012

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Sub-base a3 = 0 9

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo por lo que m2 = 112 La sub-base tiene caracteriacutesticas de drenaje pobre y estaraacute saturada el 25 del tiempo correspondieacutendole un coeficiente de drenaje m3 = 085

Espesor miacutenimo para capa asfaacuteltica

D1geSN1

a1 =4084046 = 88 mm (352 pulg) tomamos 90 mm

SN 1= a1lowastD1= 046 x 90 = 414 mm

Base granular

Como la capa maacutes efectiva desde el punto de vista econoacutemico es la base granular se elimina la sub-base resultando el espesor de base

D2geSN 2minusSN 1

a2lowastm2=9652minus414012lowast112

=41012mmtomamos 420mm

SN 2= a2lowastm2iquestD2= 420 x 012 x 112 = 5645 mm

SN 2+SN 1=414+5645=9785gt9652OK

PROBLEMA RESUELTO 02

Autopista urbana W18 = 2 x 105 ESALs El agua drena del pavimento en aproximadamente una semana y la estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles proacuteximos a la saturacioacuten en un 30 del tiempo Los datos de los materiales son Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3100 MPa = 450000 psi

Base CBR = 100 MB = 214 MPa = 31000 psi

Sub-base CBR = 16 MSB = 904 MPa = 13111 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 538 MPa = 7800 psi

Solucioacuten

Como el pavimento es para una autopista urbana se adopta

R = 99

S0 = 02

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po = 45

Pt = 25

Y asiacute se obtiene del aacutebaco

SN = 6096 mm (24 pulg)

SN1 = 381 mm (15 pulg)

SN2 = 508 mm (2 pulg)

Los coeficientes de drenaje para base y sub-base son m2 = m3 = 080

Espesor de concreto asfaacuteltico

D1geSN1

a1 =3819044 = 866 mm (34 pulg) tomamos 90 mm

SN 1= a1lowastD1= 044 x 90 = 396 mm

Espesor para base

D2geSN 2minusSN 1

a2lowastm2=5080minus3960014lowast080

=100mmtomamos 110mm

SN 2= a2lowastm2iquestD2= 014 x 080 x 110 = 1232 mm

Espesor para sub-base

D3geSNminusiquestiquestiquest

SN 3= a3lowastm3iquestD3= 010 x 080 x 140 = 1120 mm

SN 3+SN2+SN 1=381+1232+112=6162gt6096OK

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ANEXOS

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MEacuteTODO DE DISENtildeO - INSTITUTO DEL ASFALTO

Este meacutetodo estaacute basado en el establecimiento de un liacutemite de deflexioacuten a la

estructura del pavimento el cual es funcioacuten del nuacutemero e intensidad de aplicaciones

de carga

El primer paso para la aplicacioacuten del meacutetodo del Instituto Norteamericano del Asfalto

consiste en determinar el nuacutemero de traacutensito para el periodo de disentildeo

Por otro lado el meacutetodo permite el empleo de concreto asfaacuteltico o emulsiones

asfaacutelticas en la totalidad o en parte de la estructura del pavimento e incluye varias

combinaciones de capa de rodadura y bases de concreto asfaacuteltico de capa de

rodadura y bases con emulsiones asfaacutelticas asiacute como capas de rodadura asfaacuteltica

con base y subbase granulares

Tambieacuten considera al pavimento como un sistema elaacutestico de varias capas y para su

anaacutelisis emplea conceptos teoacutericos experimentales y corridas de programa de

coacutemputo sin embargo con el objeto de simplificar el meacutetodo el Instituto de Asfalto

propone una serie de aacutebacos que permiten la aplicacioacuten del meacutetodo en forma raacutepida y

sencilla

5511 Criterios de disentildeoMediante esta metodologiacutea se asume que las cargas en la superficie del pavimento

producen 2 deformaciones que son consideradas criacuteticas para el disentildeo Estas

deformaciones unitarias son

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bull La deformacioacuten horizontal de tensioacuten t e en el fondo de la capa asfaacuteltica maacutes profunda ya sea que se trate de concreto asfaacuteltico o de una capa tratada con asfalto emulsificado y

bull La deformacioacuten vertical de compresioacuten c e en la parte superior de la capa de subrasante

Si t e es excesiva se produciraacuten fisuras en la capa asfaacuteltica mientras que si c e es excesiva se produciraacuten deformaciones permanentes en la superficie del pavimento

Debido a la heterogeneidad de vehiacuteculos existentes se debe primero analizar

cada eje del vehiacuteculo a fin de encontrar la incidencia de carga que cada uno

produce (factor de equivalencia de carga)

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Como ejemplo para la realidad nacional un vehiacuteculo liviano con ejes simples se

conforma de la siguiente manera el eje delantero con una carga bruta de 2000 lb

el eje trasero con 4000 lb (Seguacuten EMAPE) Su conversioacuten a ejes simples es de

000018 y 000209 respectivamente Estos valores son altos para un vehiacuteculo

ligero promedio Sin embargo se toma el caso maacutes desfavorable debido a que

ellos se encuentran conformados por autos camionetas y furgonetas

Cada eje puede llevar en sus extremos un neumaacutetico en cuyo caso se designa

como neumaacutetico simple o dos neumaacuteticos en cuyo caso se designa como

neumaacuteticos gemelos o duales

Los tipos de ejes legalmente reconocidos son

Eje simple un uacutenico eje

Eje taacutendem grupo de dos ejes sucesivos cuya distancia entre centros es menor a

2 metros

Eje tridem grupo de tres ejes sucesivos cuya distancia entre centros es menor a 2

metros

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Carril del disentildeoPara calles y carreteras de 2 carriles el carril de disentildeo puede ser cualquiera de

los carriles de la viacutea mientras que para calles y carreteras de carriles muacuteltiples

generalmente es el carril externo

Entonces para el caacutelculo del porcentaje de camiones en el flujo vehicular sobre el

carril de disentildeo el actual meacutetodo recomienda los siguientes valores

Tabla 01 Porcentaje de camiones en el carril de disentildeo

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A continuacioacuten se visualiza la tabla 02 para la conversioacuten de cualquier carga yo

combinacioacuten de ejes y de neumaacuteticos en un nuacutemero total de pasadas del eje

estaacutendar

Periacuteodo de disentildeo y tasa de crecimiento anualEn la Tabla 03 se presenta la relacioacuten entre la taza de crecimiento anual

Afectando el iacutendice medio diario anual por la taza de crecimiento se estima el

crecimiento del volumen vehicular proyectado para los antildeos que se disentildeo el

pavimento

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La tasa de crecimiento para diferentes tipos de vehiacuteculos puede ser estimada

variando el crecimiento normal entre 3 y 5 por antildeo No obstante carreteras

nuevas o nuevos desarrollos pueden generar incrementos de mayor magnitud los

cuales pueden alcanzar valores de hasta 10

Aacuterea de contacto y presioacuten de neumaacutetico

Es sabido que la carga puede causar mas dantildeo si la presioacuten del neumaacutetico es alta

(por la menor aacuterea de contacto) Tener en cuenta pues que la presioacuten del

neumaacutetico no siempre es igual a la presioacuten de contacto

En la versioacuten actual el meacutetodo incorpora factores de ajuste de los ejes

equivalentes de disentildeo para diferentes presiones de contacto de las llantas sobre

el pavimento en funcioacuten de su presioacuten de inflado y de los espesores de la carpeta

asfaacuteltica donde contempla desde cuatro hasta diez pulgadas de espesor Ver

Figura 01

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Estimacioacuten del traacutensito vehicularPara obtener el iacutendice medio diario o traacutefico diario promedio es necesario contar

con una estacioacuten de control la cual recoja los diferentes datos del volumen

vehicular a fin de agruparlos por categoriacuteas seguacuten las normas propuestas para

cada paiacutes Ya teniendo esa informacioacuten se afecta cada grupo vehicular por un

factor de equivalencia de carga El nuacutemero de repeticiones para producir igual

dantildeo se basa en factores de equivalencia entre la carga real (volumen vehicular) y

la carga estaacutendar (eje simple 18000lb)

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Evaluacioacuten de los materialesPara el disentildeo de los espesores de una seccioacuten estructural del pavimento flexible

el meacutetodo actual del Instituto del Asfalto considera como paraacutemetro fundamental

dentro de la evaluacioacuten de los materiales la obtencioacuten del Moacutedulo de Resilencia

(Mr) de la subrasante Sin embargo reconocen que no todos los organismos

tienen el equipo adecuado para llevar a cabo tal prueba por lo que han

establecido factores de correlacioacuten entre Mr y la prueba estaacutendar de Valor Relativo

de Soporte CBR Sentildealan que los resultados son bastante aproximados sin

embargo para un disentildeo preciso se recomienda llevar a cabo la prueba del

Moacutedulo de Resiliencia para la subrasante

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Restricciones de tiempoUn pavimento debe ser disentildeado para soportar los efectos acumulados del traacutensito

para cualquier periacuteodo de tiempo El periacuteodo seleccionado que dura el pavimento

antes que requiera rehabilitacioacuten se define como ldquoPeriacuteodo de Disentildeordquo Al teacutermino

de eacuteste se espera que el pavimento requiera alguna rehabilitacioacuten mayor como

puede ser una sobre carpeta de refuerzo para restaurar su condicioacuten original

Luego de la primera intervencioacuten la vida uacutetil del pavimento o ldquoPeriacuteodo de Anaacutelisisrdquo

puede ser extendida indefinidamente a traveacutes de mejoramientos sucesivos de

rehabilitacioacuten hasta que el pavimento sea obsoleto por cambios significativos en

pendientes alineamiento geomeacutetrico y otros factores

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En funcioacuten del traacutensito esperado sobre el pavimento en estudio el meacutetodo del

Instituto del Asfalto recomienda los siguientes valores percentiles para calcular el

Moacutedulo de Resiliencia de disentildeo de la capa subrasante

Con las muestras de material obtenidas en el campo y con los resultados

obtenidos en el laboratorio para determinar sus Moacutedulos de Resiliencia se deberaacute

calcular el Mr de disentildeo de la capa subrasante con los percentiles sugeridos en la

tabla anterior

Para los requerimientos de compactacioacuten en las capas de base y subbase el

actual meacutetodo proporciona las siguientes recomendaciones

Capas de base y subbase formadas con materiales granulares sin tratamiento

esto es no estabilizadas deberaacuten compactarse con un contenido de humedad

oacuteptimo maacutes menos 15 puntos en porcentaje para alcanzar una densidad miacutenima

del 100 de la densidad maacutexima de laboratorio

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Asiacute mismo recomienda los siguientes valores para las diferentes pruebas a

realizarse con materiales de bases y subbases Ver tabla 05

Propiedades de los materialesLas bases estabilizadas con emulsiones asfaacutelticas corresponden a tres tipos de

Mezcla seguacuten la clase de agregados utilizados se tiene

Tipo I Mezcla elaborada con agregados procesados de gradacioacuten densa

Tipo II Mezcla elaborada con agregados semi-procesados

Tipo III Mezcla elaborada con arenas o arenas limosas

En cuanto a requerimientos de espesores miacutenimos en funcioacuten del nivel de traacutensito

en ejes equivalentes el meacutetodo recomienda los siguientes valores

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A) Para superficies de concreto asfaacuteltico construidas sobre bases estabilizadas

con emulsioacuten asfaacuteltica

Podraacute usarse concreto asfaacuteltico o mezclas asfaacutelticas emulsificadas Tipo I conun tratamiento superficial sobre bases asfaacutelticas tipo II o III

B) Para superficies de concreto asfaacuteltico construido sobre bases granulares sin

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Estabilizar

Factores ambientalesEs importante hacer notar que el meacutetodo contempla factores de medio ambiente y

varios tipos o clases de asfalto seguacuten las necesidades particulares del disentildeo A

continuacioacuten ver la tabla

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Page 3: PAVIMENTOS-FLEXIBLES

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A continuacioacuten se indican los iacutendices de servicio inicial y final para los diferentes tipos de traacuteficos

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- PEacuteRDIDA DE LA SERVICIALIDAD

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Los valores anteriormente descritos nos permiten determinar la disminucioacuten del iacutendice de servicio que representa una peacuterdida gradual de la calidad de servicio de la carretera originada por el deterioro del pavimento Por tanto

ΔPSI = po ndash pt

Donde

PSI = Iacutendice de Servicio Presente

ΔPSI =Diferencia entre los iacutendices de servicio inicial y el final deseado

po = Iacutendice de servicio inicial

pt = Iacutendice de servicio final

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- ANAacuteLISIS DE TRAacuteFICO

INDICE MEDIA DIARIO ANUAL (IMDA) El Ministerio de Transportes y Comunicaciones recopila los datos de iacutendice medio diario anual (IMDA) por tipo de vehiacuteculo de los tramos viales del paiacutes

ESTIMACION DEL TRANSITO A FUTUTO Se puede calcular el crecimiento del traacutensito utilizando una foacutermula de progresioacuten geomeacutetrica

T n=T olowast(1+r )nminus1

En la que

Tn = Traacutensito proyectado al antildeo ldquonrdquo en vehdiacutea

To = Traacutensito actual (antildeo base o) en vehdiacutea

n = Nuacutemero de antildeos del periacuteodo de disentildeo

r = Tasa anual de crecimiento del traacutensito

FACTOR DE CRECIMIENTO

Fc=(1+r )nminus1r

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FACTOR DIRECCIONAL Y FACTOR DE CARRIL El factor de distribucioacuten direccional expresado como una relacioacuten que corresponde al nuacutemero de vehiacuteculos pesados que circulan en una direccioacuten o sentido de traacutefico normalmente corresponde a la mitad del total de traacutensito circulante en ambas direcciones pero en algunos

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casos puede ser mayor en una direccioacuten que en otra el que se definiraacute seguacuten el conteo de traacutefico

El factor de distribucioacuten carril expresado como una relacioacuten que corresponde al carril que recibe el mayor nuacutemero de EE donde el traacutensito por direccioacuten mayormente se canaliza por ese carril

El traacutefico para el carril de disentildeo del pavimento tendraacute en cuenta el nuacutemero de direcciones o sentidos y el nuacutemero de carriles por calzada de carretera seguacuten el porcentaje o factor ponderado aplicado al IMD

NUMERO DE REPETICIONES DE EJES EQUIVALENTES Para el disentildeo de pavimento la demanda que corresponde al del traacutefico pesado de oacutemnibus y de camiones es la que preponderantemente tiene importancia

El efecto del traacutensito se mide en la unidad definida por AASHTO como Ejes Equivalentes (EE) o ESALrsquoS acumulados durante el periodo de disentildeo tomado en el anaacutelisis AASHTO definioacute como un EE al efecto de deterioro causado sobre el pavimento por un eje simple de dos ruedas convencionales cargado con 82 tn de peso con neumaacuteticos a la presioacuten de 80 lbspulg2 Los Ejes Equivalentes (EE) son factores de equivalencia que representan el factor destructivo de las distintas cargas por tipo de eje que conforman cada tipo de vehiacuteculo pesado sobre la estructura del pavimento

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Para el caacutelculo de los EE se utilizaraacuten las siguientes relaciones simplificadas que resultaron de correlacionar los valores de las Tablas del apeacutendice D de la Guiacutea AASHTOrsquo93 para las diferentes configuraciones de ejes de vehiacuteculos pesados (buses y camiones) y tipo de pavimento

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Para pavimentos flexibles se tiene los siguientes factores de carga equivalente

FACTORES DE EQUIVALENCIA

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TRANSITO DE DISENtildeO

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ESA L S=ADTOlowast(T )lowast(T f )lowastFClowastFDlowastFLlowast365

DONDE

ADTO= se obtiene de la sumatoria de la multiplicacioacuten del nuacutemero de repeticiones de un vehiacuteculo por su factor destructivo (LEFrsquoS) para todos los que transitan por la viacutea

T y T F = Son los porcentajes de camiones cuando se cuenta con el nuacutemero real de los vehiacuteculos estos factores se toman como 1

Fd = factor de distribucioacuten direccional se toma de tablas

FL= Factor de distribucioacuten de carril

FC= Factor de crecimiento

- NIVEL DE CONFIABILIDAD Y DESVIACION ESTANDAR Z0

El nivel de confianza es uno de los paraacutemetros importantes introducidos por la AASHTO al disentildeo de pavimentos porque establece un criterio que estaacute relacionado con el desempentildeo del pavimento frente a las solicitaciones exteriores La confiabilidad se define como la probabilidad de que el pavimento disentildeado se comporte de manera satisfactoria durante toda su vida de proyecto bajo las solicitaciones de carga e intemperismo o la probabilidad de que los problemas de deformacioacuten y fallas esteacuten por debajo de los niveles permisibles Para elegir el valor de este paraacutemetro se considera la importancia del camino la confiabilidad de la resistencia de cada una de las capas y el traacutensito de disentildeo pronosticado

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La esquematizacioacuten del comportamiento real del pavimento y la curva de disentildeo propuesta por la AASHTO tienen la misma forma pero no coinciden La falta de coincidencia se debe a los errores asociados a la ecuacioacuten de comportamiento propuesta y a la dispersioacuten de la informacioacuten utilizada en el dimensionamiento del pavimento Por esta razoacuten la AASHTO adoptoacute un enfoque regresional para ajustar estas dos curvas De esta forma los errores se representan mediante una desviacioacuten estaacutendar So para compatibilizar los dos comportamientos El factor de ajuste entre las dos curvas se define como el producto de la desviacioacuten normal ZR por la desviacioacuten estaacutendar So Los factores de desviacioacuten normal ZR se muestran a continuacioacuten

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- COEFICIENTE DE DRENAJE CD

El valor de este coeficiente depende de dos paraacutemetros la capacidad del drenaje que se determina de acuerdo al tiempo que tarda el agua en ser evacuada del pavimento y el porcentaje de tiempo durante el cual el pavimento estaacute expuesto a niveles de humedad proacuteximos a la saturacioacuten en el transcurso del antildeo Dicho porcentaje depende de la precipitacioacuten media anual y de las condiciones de drenaje la AASHTO define cinco capacidades de drenaje que se muestran en la siguiente tabla

P= (S+R ) X 100365

Donde

P = Porcentaje de tiempo en que el pavimento estaacute proacuteximo a la saturacioacuten

S = Diacuteas de traslape entre la eacutepoca lluviosa y seca

R = Diacuteas con lluvia en que el pavimento puede drenar hasta el 85 del estado de saturacioacuten en 24 horas o menos

De acuerdo a las capacidades de drenaje la AASHTO establece los factores de correccioacuten m2 (bases) y m3 (sub-bases granulares sin estabilizar) los

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cuales estaacuten dados en la Tabla IV7 en funcioacuten del porcentaje de tiempo a lo largo de un antildeo en el cual la estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles de humedad proacuteximos a la saturacioacuten

- DESVIACION ESTANDAR (s0 iquest

La Desviacioacuten Estaacutendar Combinada (So) es un valor que toma en cuenta la variabilidad esperada de la prediccioacuten del traacutensito y de los otros factores que afectan el comportamiento del pavimento como por ejemplo construccioacuten medio ambiente incertidumbre del modelo La Guiacutea AASHTO recomienda adoptar para los pavimentos flexibles valores de So comprendidos entre 040 y 050 en el presente Manual se adopta para los disentildeos recomendados el valor de 045

- DETERMINACION DEL NUacuteMERO ESTRUCTURAL

El meacutetodo estaacute basado en el caacutelculo del Nuacutemero Estructural ldquoSNrdquo sobre la capa subrasante o cuerpo del terrapleacuten Para esto se dispone del abaco y ecuacioacuten siguiente

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Donde

W18 = Traacutefico equivalente o ESALacutes

ZR = Factor de desviacioacuten normal para un nivel de confiabilidad R

So = Desviacioacuten estaacutendar

ΔPSI =Diferencia entre los iacutendices de servicio inicial y el final deseado

MR = Moacutedulo de resiliencia efectivo de la subrasante

SN = Nuacutemero estructural

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- DETERMINACION DE ESPESORES POR CAPA

La estructura del pavimento flexible estaacute formada por un sistema de varias capas por lo cual debe dimensionarse cada una de ellas considerando sus caracteriacutesticas propias

Una vez que el disentildeador ha obtenido el Nuacutemero Estructural SN para la seccioacuten estructural del pavimento se requiere determinar una seccioacuten multicapa que en conjunto provea una suficiente capacidad de soporte equivalente al nuacutemero estructural de disentildeo Para este fin se utiliza la siguiente ecuacioacuten que permite obtener los espesores de la capa de rodamiento o carpeta de la capa base y de la sub-base

Donde

a1 a2 y a3 = Coeficientes estructurales de capa de carpeta base y sub-base respectivamente

D1 D2 y D3 = Espesor de la carpeta base y sub-base respectivamente en pulgadas

m2 y m3 = Coeficientes de drenaje para base y sub-base respectivamente

De la misma manera se deberaacute obtener los coeficientes estructurales de la carpeta asfaacuteltica (a1) de la capa base (a2) y de la sub-base (a3) utilizando los valores del moacutedulo de resiliencia correspondientes a cada una de ellas

Los coeficientes de capa a1 a2 y a3 se obtienen utilizando las correlaciones de valores de diferentes pruebas de laboratorio Moacutedulo Resiliente Texas Triaxial Valor R y CBR tal como se muestra en las siguientes figuras

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Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la carpeta asfaacuteltica ldquoa1rdquo Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la capa base granular ldquoa2rdquo

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la sub-base granular ldquoa3rdquoFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures

1993

- ESPESORES MINIMOS EN FUNCION DEL ldquoSNrdquo

En el control de los espesores D1 D2 y D3 a traveacutes del SN se busca dar proteccioacuten a las capas granulares no tratadas de las tensiones verticales excesivas que produciriacutean deformaciones permanentes como se muestra en el graacutefico siguiente Los materiales son seleccionados para cada capa de acuerdo a las recomendaciones del meacutetodo por tanto se conocen los moacutedulos resilientes de cada capa Usando el aacutebaco del SN se determinan los nuacutemeros estructurales requeridos para proteger cada capa no tratada

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utilizando el moacutedulo resiliente de la capa que es encuentra inmediatamente por debajo por ejemplo para sacar el espesor D1 de la carpeta se considera el MR de la capa base y asiacute se obtiene el SN1 que debe ser soportado por la carpeta asfaacuteltica de donde

Se adopta un espesor D1 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido por esta capa seraacute

S N1=a1lowastD1

Para determinar el espesor miacutenimo de la capa base se entra al aacutebaco con el MR de la sub-base para obtener el nuacutemero estructural SN2 que seraacute absorbido por la carpeta y la capa base de donde

D2geSN 2minusSN 1

a2lowastm2geSN B

a2lowastm2

Se adopta un espesor D2 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido seraacute

S Nb=a2lowastm2lowastD 2

SNb = Nuacutemero estructural de la base

Finalmente para la sub-base se ingresa con el MR que corresponde a la subrasante y se obtiene SN3 = SN para todo el paquete estructural por tanto el espesor seraacute

D3geSNminusiquestiquestiquest

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Se adopta un espesor D3 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido por la sub-base seraacute

S N3=a3lowastm3lowastD3

SN SB = Nuacutemero estructural de la sub base

La suma de los nuacutemeros estructurales de las capas que constituyen el pavimento debe ser mayor o igual a

SN 1+SN 2+SN 3ge SN

Este procedimiento no es aplicable para determinar espesores sobre capas que tengan un moacutedulo resiliente mayor a 40000 psi (280 MPa) En este caso los espesores se determinaran mediante criterios constructivos o de acuerdo a la relacioacuten costo-eficiencia

PROBLEMA RESUELTO 01

Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado (ambas direcciones) = 6 x 104 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

Crecimiento de camiones (por antildeo) = 0 (Sin crecimiento)

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 3450 MPa = 500000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MB = 172 MPa = 25000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 827 MPa = 12000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante

Invierno (med Diciembre-fines Febrero) MR = 207 MPa = 30000 psi

Primavera (med Marzo-fines Abril) MR = 689 MPa = 1000 psi

Verano y Otontildeo (princ Mayo-med Diciembre) MR = 345 MPa = 5000 psi

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Solucioacuten

Algunas variables de entrada deben seleccionarse en base a la importancia funcional del pavimento consideraciones de construccioacuten por etapas conocimiento de la calidad de la construccioacuten y experiencia Asiacute se adoptan este tipo de variables

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 90

Desviacioacuten estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial p0 = 5

Serviciabilidad final pt = 25

En cada etapa la confiabilidad seraacute R = (090)frac12 = 095 = 95

El traacutensito esperado para el final de la vida uacutetil seraacute

W18 = Factor de crecimiento traacutensito traacutensito inicial DD TD

= 10 6 x 104 ESALs 050 070 = 21 x 105 ESALs

El moacutedulo efectivo de la subrasante es MR = 1415 MPa = 2100 psi

Variacioacuten de serviciabilidad ΔPSI = p0 ndash pt = 5 ndash 25 = 25 por traacutensito

Para R = 95 S0 = 035 W18 = 21 x 105 ESALs MR = 2100 psi y ΔPSI = 25 corresponde SN =

9652 mm (38 pulg) con

SN1 = 4064 mm (16 pulg) para proteccioacuten de base

SN2 = 5842 mm (23 pulg) para proteccioacuten de sub-base

Los coeficientes estructurales o de capa funcioacuten de la calidad de los materiales que forman cada capa son

Concreto asfaacuteltico a1 = 046

Base a2 = 012

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Sub-base a3 = 0 9

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo por lo que m2 = 112 La sub-base tiene caracteriacutesticas de drenaje pobre y estaraacute saturada el 25 del tiempo correspondieacutendole un coeficiente de drenaje m3 = 085

Espesor miacutenimo para capa asfaacuteltica

D1geSN1

a1 =4084046 = 88 mm (352 pulg) tomamos 90 mm

SN 1= a1lowastD1= 046 x 90 = 414 mm

Base granular

Como la capa maacutes efectiva desde el punto de vista econoacutemico es la base granular se elimina la sub-base resultando el espesor de base

D2geSN 2minusSN 1

a2lowastm2=9652minus414012lowast112

=41012mmtomamos 420mm

SN 2= a2lowastm2iquestD2= 420 x 012 x 112 = 5645 mm

SN 2+SN 1=414+5645=9785gt9652OK

PROBLEMA RESUELTO 02

Autopista urbana W18 = 2 x 105 ESALs El agua drena del pavimento en aproximadamente una semana y la estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles proacuteximos a la saturacioacuten en un 30 del tiempo Los datos de los materiales son Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3100 MPa = 450000 psi

Base CBR = 100 MB = 214 MPa = 31000 psi

Sub-base CBR = 16 MSB = 904 MPa = 13111 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 538 MPa = 7800 psi

Solucioacuten

Como el pavimento es para una autopista urbana se adopta

R = 99

S0 = 02

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po = 45

Pt = 25

Y asiacute se obtiene del aacutebaco

SN = 6096 mm (24 pulg)

SN1 = 381 mm (15 pulg)

SN2 = 508 mm (2 pulg)

Los coeficientes de drenaje para base y sub-base son m2 = m3 = 080

Espesor de concreto asfaacuteltico

D1geSN1

a1 =3819044 = 866 mm (34 pulg) tomamos 90 mm

SN 1= a1lowastD1= 044 x 90 = 396 mm

Espesor para base

D2geSN 2minusSN 1

a2lowastm2=5080minus3960014lowast080

=100mmtomamos 110mm

SN 2= a2lowastm2iquestD2= 014 x 080 x 110 = 1232 mm

Espesor para sub-base

D3geSNminusiquestiquestiquest

SN 3= a3lowastm3iquestD3= 010 x 080 x 140 = 1120 mm

SN 3+SN2+SN 1=381+1232+112=6162gt6096OK

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ANEXOS

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MEacuteTODO DE DISENtildeO - INSTITUTO DEL ASFALTO

Este meacutetodo estaacute basado en el establecimiento de un liacutemite de deflexioacuten a la

estructura del pavimento el cual es funcioacuten del nuacutemero e intensidad de aplicaciones

de carga

El primer paso para la aplicacioacuten del meacutetodo del Instituto Norteamericano del Asfalto

consiste en determinar el nuacutemero de traacutensito para el periodo de disentildeo

Por otro lado el meacutetodo permite el empleo de concreto asfaacuteltico o emulsiones

asfaacutelticas en la totalidad o en parte de la estructura del pavimento e incluye varias

combinaciones de capa de rodadura y bases de concreto asfaacuteltico de capa de

rodadura y bases con emulsiones asfaacutelticas asiacute como capas de rodadura asfaacuteltica

con base y subbase granulares

Tambieacuten considera al pavimento como un sistema elaacutestico de varias capas y para su

anaacutelisis emplea conceptos teoacutericos experimentales y corridas de programa de

coacutemputo sin embargo con el objeto de simplificar el meacutetodo el Instituto de Asfalto

propone una serie de aacutebacos que permiten la aplicacioacuten del meacutetodo en forma raacutepida y

sencilla

5511 Criterios de disentildeoMediante esta metodologiacutea se asume que las cargas en la superficie del pavimento

producen 2 deformaciones que son consideradas criacuteticas para el disentildeo Estas

deformaciones unitarias son

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bull La deformacioacuten horizontal de tensioacuten t e en el fondo de la capa asfaacuteltica maacutes profunda ya sea que se trate de concreto asfaacuteltico o de una capa tratada con asfalto emulsificado y

bull La deformacioacuten vertical de compresioacuten c e en la parte superior de la capa de subrasante

Si t e es excesiva se produciraacuten fisuras en la capa asfaacuteltica mientras que si c e es excesiva se produciraacuten deformaciones permanentes en la superficie del pavimento

Debido a la heterogeneidad de vehiacuteculos existentes se debe primero analizar

cada eje del vehiacuteculo a fin de encontrar la incidencia de carga que cada uno

produce (factor de equivalencia de carga)

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Como ejemplo para la realidad nacional un vehiacuteculo liviano con ejes simples se

conforma de la siguiente manera el eje delantero con una carga bruta de 2000 lb

el eje trasero con 4000 lb (Seguacuten EMAPE) Su conversioacuten a ejes simples es de

000018 y 000209 respectivamente Estos valores son altos para un vehiacuteculo

ligero promedio Sin embargo se toma el caso maacutes desfavorable debido a que

ellos se encuentran conformados por autos camionetas y furgonetas

Cada eje puede llevar en sus extremos un neumaacutetico en cuyo caso se designa

como neumaacutetico simple o dos neumaacuteticos en cuyo caso se designa como

neumaacuteticos gemelos o duales

Los tipos de ejes legalmente reconocidos son

Eje simple un uacutenico eje

Eje taacutendem grupo de dos ejes sucesivos cuya distancia entre centros es menor a

2 metros

Eje tridem grupo de tres ejes sucesivos cuya distancia entre centros es menor a 2

metros

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Carril del disentildeoPara calles y carreteras de 2 carriles el carril de disentildeo puede ser cualquiera de

los carriles de la viacutea mientras que para calles y carreteras de carriles muacuteltiples

generalmente es el carril externo

Entonces para el caacutelculo del porcentaje de camiones en el flujo vehicular sobre el

carril de disentildeo el actual meacutetodo recomienda los siguientes valores

Tabla 01 Porcentaje de camiones en el carril de disentildeo

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A continuacioacuten se visualiza la tabla 02 para la conversioacuten de cualquier carga yo

combinacioacuten de ejes y de neumaacuteticos en un nuacutemero total de pasadas del eje

estaacutendar

Periacuteodo de disentildeo y tasa de crecimiento anualEn la Tabla 03 se presenta la relacioacuten entre la taza de crecimiento anual

Afectando el iacutendice medio diario anual por la taza de crecimiento se estima el

crecimiento del volumen vehicular proyectado para los antildeos que se disentildeo el

pavimento

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La tasa de crecimiento para diferentes tipos de vehiacuteculos puede ser estimada

variando el crecimiento normal entre 3 y 5 por antildeo No obstante carreteras

nuevas o nuevos desarrollos pueden generar incrementos de mayor magnitud los

cuales pueden alcanzar valores de hasta 10

Aacuterea de contacto y presioacuten de neumaacutetico

Es sabido que la carga puede causar mas dantildeo si la presioacuten del neumaacutetico es alta

(por la menor aacuterea de contacto) Tener en cuenta pues que la presioacuten del

neumaacutetico no siempre es igual a la presioacuten de contacto

En la versioacuten actual el meacutetodo incorpora factores de ajuste de los ejes

equivalentes de disentildeo para diferentes presiones de contacto de las llantas sobre

el pavimento en funcioacuten de su presioacuten de inflado y de los espesores de la carpeta

asfaacuteltica donde contempla desde cuatro hasta diez pulgadas de espesor Ver

Figura 01

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Estimacioacuten del traacutensito vehicularPara obtener el iacutendice medio diario o traacutefico diario promedio es necesario contar

con una estacioacuten de control la cual recoja los diferentes datos del volumen

vehicular a fin de agruparlos por categoriacuteas seguacuten las normas propuestas para

cada paiacutes Ya teniendo esa informacioacuten se afecta cada grupo vehicular por un

factor de equivalencia de carga El nuacutemero de repeticiones para producir igual

dantildeo se basa en factores de equivalencia entre la carga real (volumen vehicular) y

la carga estaacutendar (eje simple 18000lb)

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Evaluacioacuten de los materialesPara el disentildeo de los espesores de una seccioacuten estructural del pavimento flexible

el meacutetodo actual del Instituto del Asfalto considera como paraacutemetro fundamental

dentro de la evaluacioacuten de los materiales la obtencioacuten del Moacutedulo de Resilencia

(Mr) de la subrasante Sin embargo reconocen que no todos los organismos

tienen el equipo adecuado para llevar a cabo tal prueba por lo que han

establecido factores de correlacioacuten entre Mr y la prueba estaacutendar de Valor Relativo

de Soporte CBR Sentildealan que los resultados son bastante aproximados sin

embargo para un disentildeo preciso se recomienda llevar a cabo la prueba del

Moacutedulo de Resiliencia para la subrasante

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Restricciones de tiempoUn pavimento debe ser disentildeado para soportar los efectos acumulados del traacutensito

para cualquier periacuteodo de tiempo El periacuteodo seleccionado que dura el pavimento

antes que requiera rehabilitacioacuten se define como ldquoPeriacuteodo de Disentildeordquo Al teacutermino

de eacuteste se espera que el pavimento requiera alguna rehabilitacioacuten mayor como

puede ser una sobre carpeta de refuerzo para restaurar su condicioacuten original

Luego de la primera intervencioacuten la vida uacutetil del pavimento o ldquoPeriacuteodo de Anaacutelisisrdquo

puede ser extendida indefinidamente a traveacutes de mejoramientos sucesivos de

rehabilitacioacuten hasta que el pavimento sea obsoleto por cambios significativos en

pendientes alineamiento geomeacutetrico y otros factores

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En funcioacuten del traacutensito esperado sobre el pavimento en estudio el meacutetodo del

Instituto del Asfalto recomienda los siguientes valores percentiles para calcular el

Moacutedulo de Resiliencia de disentildeo de la capa subrasante

Con las muestras de material obtenidas en el campo y con los resultados

obtenidos en el laboratorio para determinar sus Moacutedulos de Resiliencia se deberaacute

calcular el Mr de disentildeo de la capa subrasante con los percentiles sugeridos en la

tabla anterior

Para los requerimientos de compactacioacuten en las capas de base y subbase el

actual meacutetodo proporciona las siguientes recomendaciones

Capas de base y subbase formadas con materiales granulares sin tratamiento

esto es no estabilizadas deberaacuten compactarse con un contenido de humedad

oacuteptimo maacutes menos 15 puntos en porcentaje para alcanzar una densidad miacutenima

del 100 de la densidad maacutexima de laboratorio

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Asiacute mismo recomienda los siguientes valores para las diferentes pruebas a

realizarse con materiales de bases y subbases Ver tabla 05

Propiedades de los materialesLas bases estabilizadas con emulsiones asfaacutelticas corresponden a tres tipos de

Mezcla seguacuten la clase de agregados utilizados se tiene

Tipo I Mezcla elaborada con agregados procesados de gradacioacuten densa

Tipo II Mezcla elaborada con agregados semi-procesados

Tipo III Mezcla elaborada con arenas o arenas limosas

En cuanto a requerimientos de espesores miacutenimos en funcioacuten del nivel de traacutensito

en ejes equivalentes el meacutetodo recomienda los siguientes valores

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A) Para superficies de concreto asfaacuteltico construidas sobre bases estabilizadas

con emulsioacuten asfaacuteltica

Podraacute usarse concreto asfaacuteltico o mezclas asfaacutelticas emulsificadas Tipo I conun tratamiento superficial sobre bases asfaacutelticas tipo II o III

B) Para superficies de concreto asfaacuteltico construido sobre bases granulares sin

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Estabilizar

Factores ambientalesEs importante hacer notar que el meacutetodo contempla factores de medio ambiente y

varios tipos o clases de asfalto seguacuten las necesidades particulares del disentildeo A

continuacioacuten ver la tabla

UPAO 45

Page 4: PAVIMENTOS-FLEXIBLES

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- PEacuteRDIDA DE LA SERVICIALIDAD

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Los valores anteriormente descritos nos permiten determinar la disminucioacuten del iacutendice de servicio que representa una peacuterdida gradual de la calidad de servicio de la carretera originada por el deterioro del pavimento Por tanto

ΔPSI = po ndash pt

Donde

PSI = Iacutendice de Servicio Presente

ΔPSI =Diferencia entre los iacutendices de servicio inicial y el final deseado

po = Iacutendice de servicio inicial

pt = Iacutendice de servicio final

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- ANAacuteLISIS DE TRAacuteFICO

INDICE MEDIA DIARIO ANUAL (IMDA) El Ministerio de Transportes y Comunicaciones recopila los datos de iacutendice medio diario anual (IMDA) por tipo de vehiacuteculo de los tramos viales del paiacutes

ESTIMACION DEL TRANSITO A FUTUTO Se puede calcular el crecimiento del traacutensito utilizando una foacutermula de progresioacuten geomeacutetrica

T n=T olowast(1+r )nminus1

En la que

Tn = Traacutensito proyectado al antildeo ldquonrdquo en vehdiacutea

To = Traacutensito actual (antildeo base o) en vehdiacutea

n = Nuacutemero de antildeos del periacuteodo de disentildeo

r = Tasa anual de crecimiento del traacutensito

FACTOR DE CRECIMIENTO

Fc=(1+r )nminus1r

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FACTOR DIRECCIONAL Y FACTOR DE CARRIL El factor de distribucioacuten direccional expresado como una relacioacuten que corresponde al nuacutemero de vehiacuteculos pesados que circulan en una direccioacuten o sentido de traacutefico normalmente corresponde a la mitad del total de traacutensito circulante en ambas direcciones pero en algunos

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casos puede ser mayor en una direccioacuten que en otra el que se definiraacute seguacuten el conteo de traacutefico

El factor de distribucioacuten carril expresado como una relacioacuten que corresponde al carril que recibe el mayor nuacutemero de EE donde el traacutensito por direccioacuten mayormente se canaliza por ese carril

El traacutefico para el carril de disentildeo del pavimento tendraacute en cuenta el nuacutemero de direcciones o sentidos y el nuacutemero de carriles por calzada de carretera seguacuten el porcentaje o factor ponderado aplicado al IMD

NUMERO DE REPETICIONES DE EJES EQUIVALENTES Para el disentildeo de pavimento la demanda que corresponde al del traacutefico pesado de oacutemnibus y de camiones es la que preponderantemente tiene importancia

El efecto del traacutensito se mide en la unidad definida por AASHTO como Ejes Equivalentes (EE) o ESALrsquoS acumulados durante el periodo de disentildeo tomado en el anaacutelisis AASHTO definioacute como un EE al efecto de deterioro causado sobre el pavimento por un eje simple de dos ruedas convencionales cargado con 82 tn de peso con neumaacuteticos a la presioacuten de 80 lbspulg2 Los Ejes Equivalentes (EE) son factores de equivalencia que representan el factor destructivo de las distintas cargas por tipo de eje que conforman cada tipo de vehiacuteculo pesado sobre la estructura del pavimento

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Para el caacutelculo de los EE se utilizaraacuten las siguientes relaciones simplificadas que resultaron de correlacionar los valores de las Tablas del apeacutendice D de la Guiacutea AASHTOrsquo93 para las diferentes configuraciones de ejes de vehiacuteculos pesados (buses y camiones) y tipo de pavimento

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Para pavimentos flexibles se tiene los siguientes factores de carga equivalente

FACTORES DE EQUIVALENCIA

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TRANSITO DE DISENtildeO

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ESA L S=ADTOlowast(T )lowast(T f )lowastFClowastFDlowastFLlowast365

DONDE

ADTO= se obtiene de la sumatoria de la multiplicacioacuten del nuacutemero de repeticiones de un vehiacuteculo por su factor destructivo (LEFrsquoS) para todos los que transitan por la viacutea

T y T F = Son los porcentajes de camiones cuando se cuenta con el nuacutemero real de los vehiacuteculos estos factores se toman como 1

Fd = factor de distribucioacuten direccional se toma de tablas

FL= Factor de distribucioacuten de carril

FC= Factor de crecimiento

- NIVEL DE CONFIABILIDAD Y DESVIACION ESTANDAR Z0

El nivel de confianza es uno de los paraacutemetros importantes introducidos por la AASHTO al disentildeo de pavimentos porque establece un criterio que estaacute relacionado con el desempentildeo del pavimento frente a las solicitaciones exteriores La confiabilidad se define como la probabilidad de que el pavimento disentildeado se comporte de manera satisfactoria durante toda su vida de proyecto bajo las solicitaciones de carga e intemperismo o la probabilidad de que los problemas de deformacioacuten y fallas esteacuten por debajo de los niveles permisibles Para elegir el valor de este paraacutemetro se considera la importancia del camino la confiabilidad de la resistencia de cada una de las capas y el traacutensito de disentildeo pronosticado

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La esquematizacioacuten del comportamiento real del pavimento y la curva de disentildeo propuesta por la AASHTO tienen la misma forma pero no coinciden La falta de coincidencia se debe a los errores asociados a la ecuacioacuten de comportamiento propuesta y a la dispersioacuten de la informacioacuten utilizada en el dimensionamiento del pavimento Por esta razoacuten la AASHTO adoptoacute un enfoque regresional para ajustar estas dos curvas De esta forma los errores se representan mediante una desviacioacuten estaacutendar So para compatibilizar los dos comportamientos El factor de ajuste entre las dos curvas se define como el producto de la desviacioacuten normal ZR por la desviacioacuten estaacutendar So Los factores de desviacioacuten normal ZR se muestran a continuacioacuten

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- COEFICIENTE DE DRENAJE CD

El valor de este coeficiente depende de dos paraacutemetros la capacidad del drenaje que se determina de acuerdo al tiempo que tarda el agua en ser evacuada del pavimento y el porcentaje de tiempo durante el cual el pavimento estaacute expuesto a niveles de humedad proacuteximos a la saturacioacuten en el transcurso del antildeo Dicho porcentaje depende de la precipitacioacuten media anual y de las condiciones de drenaje la AASHTO define cinco capacidades de drenaje que se muestran en la siguiente tabla

P= (S+R ) X 100365

Donde

P = Porcentaje de tiempo en que el pavimento estaacute proacuteximo a la saturacioacuten

S = Diacuteas de traslape entre la eacutepoca lluviosa y seca

R = Diacuteas con lluvia en que el pavimento puede drenar hasta el 85 del estado de saturacioacuten en 24 horas o menos

De acuerdo a las capacidades de drenaje la AASHTO establece los factores de correccioacuten m2 (bases) y m3 (sub-bases granulares sin estabilizar) los

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cuales estaacuten dados en la Tabla IV7 en funcioacuten del porcentaje de tiempo a lo largo de un antildeo en el cual la estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles de humedad proacuteximos a la saturacioacuten

- DESVIACION ESTANDAR (s0 iquest

La Desviacioacuten Estaacutendar Combinada (So) es un valor que toma en cuenta la variabilidad esperada de la prediccioacuten del traacutensito y de los otros factores que afectan el comportamiento del pavimento como por ejemplo construccioacuten medio ambiente incertidumbre del modelo La Guiacutea AASHTO recomienda adoptar para los pavimentos flexibles valores de So comprendidos entre 040 y 050 en el presente Manual se adopta para los disentildeos recomendados el valor de 045

- DETERMINACION DEL NUacuteMERO ESTRUCTURAL

El meacutetodo estaacute basado en el caacutelculo del Nuacutemero Estructural ldquoSNrdquo sobre la capa subrasante o cuerpo del terrapleacuten Para esto se dispone del abaco y ecuacioacuten siguiente

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Donde

W18 = Traacutefico equivalente o ESALacutes

ZR = Factor de desviacioacuten normal para un nivel de confiabilidad R

So = Desviacioacuten estaacutendar

ΔPSI =Diferencia entre los iacutendices de servicio inicial y el final deseado

MR = Moacutedulo de resiliencia efectivo de la subrasante

SN = Nuacutemero estructural

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- DETERMINACION DE ESPESORES POR CAPA

La estructura del pavimento flexible estaacute formada por un sistema de varias capas por lo cual debe dimensionarse cada una de ellas considerando sus caracteriacutesticas propias

Una vez que el disentildeador ha obtenido el Nuacutemero Estructural SN para la seccioacuten estructural del pavimento se requiere determinar una seccioacuten multicapa que en conjunto provea una suficiente capacidad de soporte equivalente al nuacutemero estructural de disentildeo Para este fin se utiliza la siguiente ecuacioacuten que permite obtener los espesores de la capa de rodamiento o carpeta de la capa base y de la sub-base

Donde

a1 a2 y a3 = Coeficientes estructurales de capa de carpeta base y sub-base respectivamente

D1 D2 y D3 = Espesor de la carpeta base y sub-base respectivamente en pulgadas

m2 y m3 = Coeficientes de drenaje para base y sub-base respectivamente

De la misma manera se deberaacute obtener los coeficientes estructurales de la carpeta asfaacuteltica (a1) de la capa base (a2) y de la sub-base (a3) utilizando los valores del moacutedulo de resiliencia correspondientes a cada una de ellas

Los coeficientes de capa a1 a2 y a3 se obtienen utilizando las correlaciones de valores de diferentes pruebas de laboratorio Moacutedulo Resiliente Texas Triaxial Valor R y CBR tal como se muestra en las siguientes figuras

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Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la carpeta asfaacuteltica ldquoa1rdquo Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la capa base granular ldquoa2rdquo

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la sub-base granular ldquoa3rdquoFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures

1993

- ESPESORES MINIMOS EN FUNCION DEL ldquoSNrdquo

En el control de los espesores D1 D2 y D3 a traveacutes del SN se busca dar proteccioacuten a las capas granulares no tratadas de las tensiones verticales excesivas que produciriacutean deformaciones permanentes como se muestra en el graacutefico siguiente Los materiales son seleccionados para cada capa de acuerdo a las recomendaciones del meacutetodo por tanto se conocen los moacutedulos resilientes de cada capa Usando el aacutebaco del SN se determinan los nuacutemeros estructurales requeridos para proteger cada capa no tratada

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utilizando el moacutedulo resiliente de la capa que es encuentra inmediatamente por debajo por ejemplo para sacar el espesor D1 de la carpeta se considera el MR de la capa base y asiacute se obtiene el SN1 que debe ser soportado por la carpeta asfaacuteltica de donde

Se adopta un espesor D1 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido por esta capa seraacute

S N1=a1lowastD1

Para determinar el espesor miacutenimo de la capa base se entra al aacutebaco con el MR de la sub-base para obtener el nuacutemero estructural SN2 que seraacute absorbido por la carpeta y la capa base de donde

D2geSN 2minusSN 1

a2lowastm2geSN B

a2lowastm2

Se adopta un espesor D2 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido seraacute

S Nb=a2lowastm2lowastD 2

SNb = Nuacutemero estructural de la base

Finalmente para la sub-base se ingresa con el MR que corresponde a la subrasante y se obtiene SN3 = SN para todo el paquete estructural por tanto el espesor seraacute

D3geSNminusiquestiquestiquest

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Se adopta un espesor D3 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido por la sub-base seraacute

S N3=a3lowastm3lowastD3

SN SB = Nuacutemero estructural de la sub base

La suma de los nuacutemeros estructurales de las capas que constituyen el pavimento debe ser mayor o igual a

SN 1+SN 2+SN 3ge SN

Este procedimiento no es aplicable para determinar espesores sobre capas que tengan un moacutedulo resiliente mayor a 40000 psi (280 MPa) En este caso los espesores se determinaran mediante criterios constructivos o de acuerdo a la relacioacuten costo-eficiencia

PROBLEMA RESUELTO 01

Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado (ambas direcciones) = 6 x 104 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

Crecimiento de camiones (por antildeo) = 0 (Sin crecimiento)

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 3450 MPa = 500000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MB = 172 MPa = 25000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 827 MPa = 12000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante

Invierno (med Diciembre-fines Febrero) MR = 207 MPa = 30000 psi

Primavera (med Marzo-fines Abril) MR = 689 MPa = 1000 psi

Verano y Otontildeo (princ Mayo-med Diciembre) MR = 345 MPa = 5000 psi

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Solucioacuten

Algunas variables de entrada deben seleccionarse en base a la importancia funcional del pavimento consideraciones de construccioacuten por etapas conocimiento de la calidad de la construccioacuten y experiencia Asiacute se adoptan este tipo de variables

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 90

Desviacioacuten estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial p0 = 5

Serviciabilidad final pt = 25

En cada etapa la confiabilidad seraacute R = (090)frac12 = 095 = 95

El traacutensito esperado para el final de la vida uacutetil seraacute

W18 = Factor de crecimiento traacutensito traacutensito inicial DD TD

= 10 6 x 104 ESALs 050 070 = 21 x 105 ESALs

El moacutedulo efectivo de la subrasante es MR = 1415 MPa = 2100 psi

Variacioacuten de serviciabilidad ΔPSI = p0 ndash pt = 5 ndash 25 = 25 por traacutensito

Para R = 95 S0 = 035 W18 = 21 x 105 ESALs MR = 2100 psi y ΔPSI = 25 corresponde SN =

9652 mm (38 pulg) con

SN1 = 4064 mm (16 pulg) para proteccioacuten de base

SN2 = 5842 mm (23 pulg) para proteccioacuten de sub-base

Los coeficientes estructurales o de capa funcioacuten de la calidad de los materiales que forman cada capa son

Concreto asfaacuteltico a1 = 046

Base a2 = 012

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Sub-base a3 = 0 9

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo por lo que m2 = 112 La sub-base tiene caracteriacutesticas de drenaje pobre y estaraacute saturada el 25 del tiempo correspondieacutendole un coeficiente de drenaje m3 = 085

Espesor miacutenimo para capa asfaacuteltica

D1geSN1

a1 =4084046 = 88 mm (352 pulg) tomamos 90 mm

SN 1= a1lowastD1= 046 x 90 = 414 mm

Base granular

Como la capa maacutes efectiva desde el punto de vista econoacutemico es la base granular se elimina la sub-base resultando el espesor de base

D2geSN 2minusSN 1

a2lowastm2=9652minus414012lowast112

=41012mmtomamos 420mm

SN 2= a2lowastm2iquestD2= 420 x 012 x 112 = 5645 mm

SN 2+SN 1=414+5645=9785gt9652OK

PROBLEMA RESUELTO 02

Autopista urbana W18 = 2 x 105 ESALs El agua drena del pavimento en aproximadamente una semana y la estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles proacuteximos a la saturacioacuten en un 30 del tiempo Los datos de los materiales son Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3100 MPa = 450000 psi

Base CBR = 100 MB = 214 MPa = 31000 psi

Sub-base CBR = 16 MSB = 904 MPa = 13111 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 538 MPa = 7800 psi

Solucioacuten

Como el pavimento es para una autopista urbana se adopta

R = 99

S0 = 02

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po = 45

Pt = 25

Y asiacute se obtiene del aacutebaco

SN = 6096 mm (24 pulg)

SN1 = 381 mm (15 pulg)

SN2 = 508 mm (2 pulg)

Los coeficientes de drenaje para base y sub-base son m2 = m3 = 080

Espesor de concreto asfaacuteltico

D1geSN1

a1 =3819044 = 866 mm (34 pulg) tomamos 90 mm

SN 1= a1lowastD1= 044 x 90 = 396 mm

Espesor para base

D2geSN 2minusSN 1

a2lowastm2=5080minus3960014lowast080

=100mmtomamos 110mm

SN 2= a2lowastm2iquestD2= 014 x 080 x 110 = 1232 mm

Espesor para sub-base

D3geSNminusiquestiquestiquest

SN 3= a3lowastm3iquestD3= 010 x 080 x 140 = 1120 mm

SN 3+SN2+SN 1=381+1232+112=6162gt6096OK

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ANEXOS

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MEacuteTODO DE DISENtildeO - INSTITUTO DEL ASFALTO

Este meacutetodo estaacute basado en el establecimiento de un liacutemite de deflexioacuten a la

estructura del pavimento el cual es funcioacuten del nuacutemero e intensidad de aplicaciones

de carga

El primer paso para la aplicacioacuten del meacutetodo del Instituto Norteamericano del Asfalto

consiste en determinar el nuacutemero de traacutensito para el periodo de disentildeo

Por otro lado el meacutetodo permite el empleo de concreto asfaacuteltico o emulsiones

asfaacutelticas en la totalidad o en parte de la estructura del pavimento e incluye varias

combinaciones de capa de rodadura y bases de concreto asfaacuteltico de capa de

rodadura y bases con emulsiones asfaacutelticas asiacute como capas de rodadura asfaacuteltica

con base y subbase granulares

Tambieacuten considera al pavimento como un sistema elaacutestico de varias capas y para su

anaacutelisis emplea conceptos teoacutericos experimentales y corridas de programa de

coacutemputo sin embargo con el objeto de simplificar el meacutetodo el Instituto de Asfalto

propone una serie de aacutebacos que permiten la aplicacioacuten del meacutetodo en forma raacutepida y

sencilla

5511 Criterios de disentildeoMediante esta metodologiacutea se asume que las cargas en la superficie del pavimento

producen 2 deformaciones que son consideradas criacuteticas para el disentildeo Estas

deformaciones unitarias son

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bull La deformacioacuten horizontal de tensioacuten t e en el fondo de la capa asfaacuteltica maacutes profunda ya sea que se trate de concreto asfaacuteltico o de una capa tratada con asfalto emulsificado y

bull La deformacioacuten vertical de compresioacuten c e en la parte superior de la capa de subrasante

Si t e es excesiva se produciraacuten fisuras en la capa asfaacuteltica mientras que si c e es excesiva se produciraacuten deformaciones permanentes en la superficie del pavimento

Debido a la heterogeneidad de vehiacuteculos existentes se debe primero analizar

cada eje del vehiacuteculo a fin de encontrar la incidencia de carga que cada uno

produce (factor de equivalencia de carga)

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Como ejemplo para la realidad nacional un vehiacuteculo liviano con ejes simples se

conforma de la siguiente manera el eje delantero con una carga bruta de 2000 lb

el eje trasero con 4000 lb (Seguacuten EMAPE) Su conversioacuten a ejes simples es de

000018 y 000209 respectivamente Estos valores son altos para un vehiacuteculo

ligero promedio Sin embargo se toma el caso maacutes desfavorable debido a que

ellos se encuentran conformados por autos camionetas y furgonetas

Cada eje puede llevar en sus extremos un neumaacutetico en cuyo caso se designa

como neumaacutetico simple o dos neumaacuteticos en cuyo caso se designa como

neumaacuteticos gemelos o duales

Los tipos de ejes legalmente reconocidos son

Eje simple un uacutenico eje

Eje taacutendem grupo de dos ejes sucesivos cuya distancia entre centros es menor a

2 metros

Eje tridem grupo de tres ejes sucesivos cuya distancia entre centros es menor a 2

metros

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Carril del disentildeoPara calles y carreteras de 2 carriles el carril de disentildeo puede ser cualquiera de

los carriles de la viacutea mientras que para calles y carreteras de carriles muacuteltiples

generalmente es el carril externo

Entonces para el caacutelculo del porcentaje de camiones en el flujo vehicular sobre el

carril de disentildeo el actual meacutetodo recomienda los siguientes valores

Tabla 01 Porcentaje de camiones en el carril de disentildeo

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A continuacioacuten se visualiza la tabla 02 para la conversioacuten de cualquier carga yo

combinacioacuten de ejes y de neumaacuteticos en un nuacutemero total de pasadas del eje

estaacutendar

Periacuteodo de disentildeo y tasa de crecimiento anualEn la Tabla 03 se presenta la relacioacuten entre la taza de crecimiento anual

Afectando el iacutendice medio diario anual por la taza de crecimiento se estima el

crecimiento del volumen vehicular proyectado para los antildeos que se disentildeo el

pavimento

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La tasa de crecimiento para diferentes tipos de vehiacuteculos puede ser estimada

variando el crecimiento normal entre 3 y 5 por antildeo No obstante carreteras

nuevas o nuevos desarrollos pueden generar incrementos de mayor magnitud los

cuales pueden alcanzar valores de hasta 10

Aacuterea de contacto y presioacuten de neumaacutetico

Es sabido que la carga puede causar mas dantildeo si la presioacuten del neumaacutetico es alta

(por la menor aacuterea de contacto) Tener en cuenta pues que la presioacuten del

neumaacutetico no siempre es igual a la presioacuten de contacto

En la versioacuten actual el meacutetodo incorpora factores de ajuste de los ejes

equivalentes de disentildeo para diferentes presiones de contacto de las llantas sobre

el pavimento en funcioacuten de su presioacuten de inflado y de los espesores de la carpeta

asfaacuteltica donde contempla desde cuatro hasta diez pulgadas de espesor Ver

Figura 01

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Estimacioacuten del traacutensito vehicularPara obtener el iacutendice medio diario o traacutefico diario promedio es necesario contar

con una estacioacuten de control la cual recoja los diferentes datos del volumen

vehicular a fin de agruparlos por categoriacuteas seguacuten las normas propuestas para

cada paiacutes Ya teniendo esa informacioacuten se afecta cada grupo vehicular por un

factor de equivalencia de carga El nuacutemero de repeticiones para producir igual

dantildeo se basa en factores de equivalencia entre la carga real (volumen vehicular) y

la carga estaacutendar (eje simple 18000lb)

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Evaluacioacuten de los materialesPara el disentildeo de los espesores de una seccioacuten estructural del pavimento flexible

el meacutetodo actual del Instituto del Asfalto considera como paraacutemetro fundamental

dentro de la evaluacioacuten de los materiales la obtencioacuten del Moacutedulo de Resilencia

(Mr) de la subrasante Sin embargo reconocen que no todos los organismos

tienen el equipo adecuado para llevar a cabo tal prueba por lo que han

establecido factores de correlacioacuten entre Mr y la prueba estaacutendar de Valor Relativo

de Soporte CBR Sentildealan que los resultados son bastante aproximados sin

embargo para un disentildeo preciso se recomienda llevar a cabo la prueba del

Moacutedulo de Resiliencia para la subrasante

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Restricciones de tiempoUn pavimento debe ser disentildeado para soportar los efectos acumulados del traacutensito

para cualquier periacuteodo de tiempo El periacuteodo seleccionado que dura el pavimento

antes que requiera rehabilitacioacuten se define como ldquoPeriacuteodo de Disentildeordquo Al teacutermino

de eacuteste se espera que el pavimento requiera alguna rehabilitacioacuten mayor como

puede ser una sobre carpeta de refuerzo para restaurar su condicioacuten original

Luego de la primera intervencioacuten la vida uacutetil del pavimento o ldquoPeriacuteodo de Anaacutelisisrdquo

puede ser extendida indefinidamente a traveacutes de mejoramientos sucesivos de

rehabilitacioacuten hasta que el pavimento sea obsoleto por cambios significativos en

pendientes alineamiento geomeacutetrico y otros factores

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En funcioacuten del traacutensito esperado sobre el pavimento en estudio el meacutetodo del

Instituto del Asfalto recomienda los siguientes valores percentiles para calcular el

Moacutedulo de Resiliencia de disentildeo de la capa subrasante

Con las muestras de material obtenidas en el campo y con los resultados

obtenidos en el laboratorio para determinar sus Moacutedulos de Resiliencia se deberaacute

calcular el Mr de disentildeo de la capa subrasante con los percentiles sugeridos en la

tabla anterior

Para los requerimientos de compactacioacuten en las capas de base y subbase el

actual meacutetodo proporciona las siguientes recomendaciones

Capas de base y subbase formadas con materiales granulares sin tratamiento

esto es no estabilizadas deberaacuten compactarse con un contenido de humedad

oacuteptimo maacutes menos 15 puntos en porcentaje para alcanzar una densidad miacutenima

del 100 de la densidad maacutexima de laboratorio

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Asiacute mismo recomienda los siguientes valores para las diferentes pruebas a

realizarse con materiales de bases y subbases Ver tabla 05

Propiedades de los materialesLas bases estabilizadas con emulsiones asfaacutelticas corresponden a tres tipos de

Mezcla seguacuten la clase de agregados utilizados se tiene

Tipo I Mezcla elaborada con agregados procesados de gradacioacuten densa

Tipo II Mezcla elaborada con agregados semi-procesados

Tipo III Mezcla elaborada con arenas o arenas limosas

En cuanto a requerimientos de espesores miacutenimos en funcioacuten del nivel de traacutensito

en ejes equivalentes el meacutetodo recomienda los siguientes valores

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A) Para superficies de concreto asfaacuteltico construidas sobre bases estabilizadas

con emulsioacuten asfaacuteltica

Podraacute usarse concreto asfaacuteltico o mezclas asfaacutelticas emulsificadas Tipo I conun tratamiento superficial sobre bases asfaacutelticas tipo II o III

B) Para superficies de concreto asfaacuteltico construido sobre bases granulares sin

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Estabilizar

Factores ambientalesEs importante hacer notar que el meacutetodo contempla factores de medio ambiente y

varios tipos o clases de asfalto seguacuten las necesidades particulares del disentildeo A

continuacioacuten ver la tabla

UPAO 45

Page 5: PAVIMENTOS-FLEXIBLES

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Los valores anteriormente descritos nos permiten determinar la disminucioacuten del iacutendice de servicio que representa una peacuterdida gradual de la calidad de servicio de la carretera originada por el deterioro del pavimento Por tanto

ΔPSI = po ndash pt

Donde

PSI = Iacutendice de Servicio Presente

ΔPSI =Diferencia entre los iacutendices de servicio inicial y el final deseado

po = Iacutendice de servicio inicial

pt = Iacutendice de servicio final

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- ANAacuteLISIS DE TRAacuteFICO

INDICE MEDIA DIARIO ANUAL (IMDA) El Ministerio de Transportes y Comunicaciones recopila los datos de iacutendice medio diario anual (IMDA) por tipo de vehiacuteculo de los tramos viales del paiacutes

ESTIMACION DEL TRANSITO A FUTUTO Se puede calcular el crecimiento del traacutensito utilizando una foacutermula de progresioacuten geomeacutetrica

T n=T olowast(1+r )nminus1

En la que

Tn = Traacutensito proyectado al antildeo ldquonrdquo en vehdiacutea

To = Traacutensito actual (antildeo base o) en vehdiacutea

n = Nuacutemero de antildeos del periacuteodo de disentildeo

r = Tasa anual de crecimiento del traacutensito

FACTOR DE CRECIMIENTO

Fc=(1+r )nminus1r

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FACTOR DIRECCIONAL Y FACTOR DE CARRIL El factor de distribucioacuten direccional expresado como una relacioacuten que corresponde al nuacutemero de vehiacuteculos pesados que circulan en una direccioacuten o sentido de traacutefico normalmente corresponde a la mitad del total de traacutensito circulante en ambas direcciones pero en algunos

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casos puede ser mayor en una direccioacuten que en otra el que se definiraacute seguacuten el conteo de traacutefico

El factor de distribucioacuten carril expresado como una relacioacuten que corresponde al carril que recibe el mayor nuacutemero de EE donde el traacutensito por direccioacuten mayormente se canaliza por ese carril

El traacutefico para el carril de disentildeo del pavimento tendraacute en cuenta el nuacutemero de direcciones o sentidos y el nuacutemero de carriles por calzada de carretera seguacuten el porcentaje o factor ponderado aplicado al IMD

NUMERO DE REPETICIONES DE EJES EQUIVALENTES Para el disentildeo de pavimento la demanda que corresponde al del traacutefico pesado de oacutemnibus y de camiones es la que preponderantemente tiene importancia

El efecto del traacutensito se mide en la unidad definida por AASHTO como Ejes Equivalentes (EE) o ESALrsquoS acumulados durante el periodo de disentildeo tomado en el anaacutelisis AASHTO definioacute como un EE al efecto de deterioro causado sobre el pavimento por un eje simple de dos ruedas convencionales cargado con 82 tn de peso con neumaacuteticos a la presioacuten de 80 lbspulg2 Los Ejes Equivalentes (EE) son factores de equivalencia que representan el factor destructivo de las distintas cargas por tipo de eje que conforman cada tipo de vehiacuteculo pesado sobre la estructura del pavimento

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Para el caacutelculo de los EE se utilizaraacuten las siguientes relaciones simplificadas que resultaron de correlacionar los valores de las Tablas del apeacutendice D de la Guiacutea AASHTOrsquo93 para las diferentes configuraciones de ejes de vehiacuteculos pesados (buses y camiones) y tipo de pavimento

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Para pavimentos flexibles se tiene los siguientes factores de carga equivalente

FACTORES DE EQUIVALENCIA

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TRANSITO DE DISENtildeO

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ESA L S=ADTOlowast(T )lowast(T f )lowastFClowastFDlowastFLlowast365

DONDE

ADTO= se obtiene de la sumatoria de la multiplicacioacuten del nuacutemero de repeticiones de un vehiacuteculo por su factor destructivo (LEFrsquoS) para todos los que transitan por la viacutea

T y T F = Son los porcentajes de camiones cuando se cuenta con el nuacutemero real de los vehiacuteculos estos factores se toman como 1

Fd = factor de distribucioacuten direccional se toma de tablas

FL= Factor de distribucioacuten de carril

FC= Factor de crecimiento

- NIVEL DE CONFIABILIDAD Y DESVIACION ESTANDAR Z0

El nivel de confianza es uno de los paraacutemetros importantes introducidos por la AASHTO al disentildeo de pavimentos porque establece un criterio que estaacute relacionado con el desempentildeo del pavimento frente a las solicitaciones exteriores La confiabilidad se define como la probabilidad de que el pavimento disentildeado se comporte de manera satisfactoria durante toda su vida de proyecto bajo las solicitaciones de carga e intemperismo o la probabilidad de que los problemas de deformacioacuten y fallas esteacuten por debajo de los niveles permisibles Para elegir el valor de este paraacutemetro se considera la importancia del camino la confiabilidad de la resistencia de cada una de las capas y el traacutensito de disentildeo pronosticado

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La esquematizacioacuten del comportamiento real del pavimento y la curva de disentildeo propuesta por la AASHTO tienen la misma forma pero no coinciden La falta de coincidencia se debe a los errores asociados a la ecuacioacuten de comportamiento propuesta y a la dispersioacuten de la informacioacuten utilizada en el dimensionamiento del pavimento Por esta razoacuten la AASHTO adoptoacute un enfoque regresional para ajustar estas dos curvas De esta forma los errores se representan mediante una desviacioacuten estaacutendar So para compatibilizar los dos comportamientos El factor de ajuste entre las dos curvas se define como el producto de la desviacioacuten normal ZR por la desviacioacuten estaacutendar So Los factores de desviacioacuten normal ZR se muestran a continuacioacuten

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- COEFICIENTE DE DRENAJE CD

El valor de este coeficiente depende de dos paraacutemetros la capacidad del drenaje que se determina de acuerdo al tiempo que tarda el agua en ser evacuada del pavimento y el porcentaje de tiempo durante el cual el pavimento estaacute expuesto a niveles de humedad proacuteximos a la saturacioacuten en el transcurso del antildeo Dicho porcentaje depende de la precipitacioacuten media anual y de las condiciones de drenaje la AASHTO define cinco capacidades de drenaje que se muestran en la siguiente tabla

P= (S+R ) X 100365

Donde

P = Porcentaje de tiempo en que el pavimento estaacute proacuteximo a la saturacioacuten

S = Diacuteas de traslape entre la eacutepoca lluviosa y seca

R = Diacuteas con lluvia en que el pavimento puede drenar hasta el 85 del estado de saturacioacuten en 24 horas o menos

De acuerdo a las capacidades de drenaje la AASHTO establece los factores de correccioacuten m2 (bases) y m3 (sub-bases granulares sin estabilizar) los

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cuales estaacuten dados en la Tabla IV7 en funcioacuten del porcentaje de tiempo a lo largo de un antildeo en el cual la estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles de humedad proacuteximos a la saturacioacuten

- DESVIACION ESTANDAR (s0 iquest

La Desviacioacuten Estaacutendar Combinada (So) es un valor que toma en cuenta la variabilidad esperada de la prediccioacuten del traacutensito y de los otros factores que afectan el comportamiento del pavimento como por ejemplo construccioacuten medio ambiente incertidumbre del modelo La Guiacutea AASHTO recomienda adoptar para los pavimentos flexibles valores de So comprendidos entre 040 y 050 en el presente Manual se adopta para los disentildeos recomendados el valor de 045

- DETERMINACION DEL NUacuteMERO ESTRUCTURAL

El meacutetodo estaacute basado en el caacutelculo del Nuacutemero Estructural ldquoSNrdquo sobre la capa subrasante o cuerpo del terrapleacuten Para esto se dispone del abaco y ecuacioacuten siguiente

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Donde

W18 = Traacutefico equivalente o ESALacutes

ZR = Factor de desviacioacuten normal para un nivel de confiabilidad R

So = Desviacioacuten estaacutendar

ΔPSI =Diferencia entre los iacutendices de servicio inicial y el final deseado

MR = Moacutedulo de resiliencia efectivo de la subrasante

SN = Nuacutemero estructural

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- DETERMINACION DE ESPESORES POR CAPA

La estructura del pavimento flexible estaacute formada por un sistema de varias capas por lo cual debe dimensionarse cada una de ellas considerando sus caracteriacutesticas propias

Una vez que el disentildeador ha obtenido el Nuacutemero Estructural SN para la seccioacuten estructural del pavimento se requiere determinar una seccioacuten multicapa que en conjunto provea una suficiente capacidad de soporte equivalente al nuacutemero estructural de disentildeo Para este fin se utiliza la siguiente ecuacioacuten que permite obtener los espesores de la capa de rodamiento o carpeta de la capa base y de la sub-base

Donde

a1 a2 y a3 = Coeficientes estructurales de capa de carpeta base y sub-base respectivamente

D1 D2 y D3 = Espesor de la carpeta base y sub-base respectivamente en pulgadas

m2 y m3 = Coeficientes de drenaje para base y sub-base respectivamente

De la misma manera se deberaacute obtener los coeficientes estructurales de la carpeta asfaacuteltica (a1) de la capa base (a2) y de la sub-base (a3) utilizando los valores del moacutedulo de resiliencia correspondientes a cada una de ellas

Los coeficientes de capa a1 a2 y a3 se obtienen utilizando las correlaciones de valores de diferentes pruebas de laboratorio Moacutedulo Resiliente Texas Triaxial Valor R y CBR tal como se muestra en las siguientes figuras

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Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la carpeta asfaacuteltica ldquoa1rdquo Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la capa base granular ldquoa2rdquo

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la sub-base granular ldquoa3rdquoFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures

1993

- ESPESORES MINIMOS EN FUNCION DEL ldquoSNrdquo

En el control de los espesores D1 D2 y D3 a traveacutes del SN se busca dar proteccioacuten a las capas granulares no tratadas de las tensiones verticales excesivas que produciriacutean deformaciones permanentes como se muestra en el graacutefico siguiente Los materiales son seleccionados para cada capa de acuerdo a las recomendaciones del meacutetodo por tanto se conocen los moacutedulos resilientes de cada capa Usando el aacutebaco del SN se determinan los nuacutemeros estructurales requeridos para proteger cada capa no tratada

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utilizando el moacutedulo resiliente de la capa que es encuentra inmediatamente por debajo por ejemplo para sacar el espesor D1 de la carpeta se considera el MR de la capa base y asiacute se obtiene el SN1 que debe ser soportado por la carpeta asfaacuteltica de donde

Se adopta un espesor D1 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido por esta capa seraacute

S N1=a1lowastD1

Para determinar el espesor miacutenimo de la capa base se entra al aacutebaco con el MR de la sub-base para obtener el nuacutemero estructural SN2 que seraacute absorbido por la carpeta y la capa base de donde

D2geSN 2minusSN 1

a2lowastm2geSN B

a2lowastm2

Se adopta un espesor D2 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido seraacute

S Nb=a2lowastm2lowastD 2

SNb = Nuacutemero estructural de la base

Finalmente para la sub-base se ingresa con el MR que corresponde a la subrasante y se obtiene SN3 = SN para todo el paquete estructural por tanto el espesor seraacute

D3geSNminusiquestiquestiquest

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Se adopta un espesor D3 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido por la sub-base seraacute

S N3=a3lowastm3lowastD3

SN SB = Nuacutemero estructural de la sub base

La suma de los nuacutemeros estructurales de las capas que constituyen el pavimento debe ser mayor o igual a

SN 1+SN 2+SN 3ge SN

Este procedimiento no es aplicable para determinar espesores sobre capas que tengan un moacutedulo resiliente mayor a 40000 psi (280 MPa) En este caso los espesores se determinaran mediante criterios constructivos o de acuerdo a la relacioacuten costo-eficiencia

PROBLEMA RESUELTO 01

Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado (ambas direcciones) = 6 x 104 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

Crecimiento de camiones (por antildeo) = 0 (Sin crecimiento)

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 3450 MPa = 500000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MB = 172 MPa = 25000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 827 MPa = 12000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante

Invierno (med Diciembre-fines Febrero) MR = 207 MPa = 30000 psi

Primavera (med Marzo-fines Abril) MR = 689 MPa = 1000 psi

Verano y Otontildeo (princ Mayo-med Diciembre) MR = 345 MPa = 5000 psi

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Solucioacuten

Algunas variables de entrada deben seleccionarse en base a la importancia funcional del pavimento consideraciones de construccioacuten por etapas conocimiento de la calidad de la construccioacuten y experiencia Asiacute se adoptan este tipo de variables

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 90

Desviacioacuten estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial p0 = 5

Serviciabilidad final pt = 25

En cada etapa la confiabilidad seraacute R = (090)frac12 = 095 = 95

El traacutensito esperado para el final de la vida uacutetil seraacute

W18 = Factor de crecimiento traacutensito traacutensito inicial DD TD

= 10 6 x 104 ESALs 050 070 = 21 x 105 ESALs

El moacutedulo efectivo de la subrasante es MR = 1415 MPa = 2100 psi

Variacioacuten de serviciabilidad ΔPSI = p0 ndash pt = 5 ndash 25 = 25 por traacutensito

Para R = 95 S0 = 035 W18 = 21 x 105 ESALs MR = 2100 psi y ΔPSI = 25 corresponde SN =

9652 mm (38 pulg) con

SN1 = 4064 mm (16 pulg) para proteccioacuten de base

SN2 = 5842 mm (23 pulg) para proteccioacuten de sub-base

Los coeficientes estructurales o de capa funcioacuten de la calidad de los materiales que forman cada capa son

Concreto asfaacuteltico a1 = 046

Base a2 = 012

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Sub-base a3 = 0 9

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo por lo que m2 = 112 La sub-base tiene caracteriacutesticas de drenaje pobre y estaraacute saturada el 25 del tiempo correspondieacutendole un coeficiente de drenaje m3 = 085

Espesor miacutenimo para capa asfaacuteltica

D1geSN1

a1 =4084046 = 88 mm (352 pulg) tomamos 90 mm

SN 1= a1lowastD1= 046 x 90 = 414 mm

Base granular

Como la capa maacutes efectiva desde el punto de vista econoacutemico es la base granular se elimina la sub-base resultando el espesor de base

D2geSN 2minusSN 1

a2lowastm2=9652minus414012lowast112

=41012mmtomamos 420mm

SN 2= a2lowastm2iquestD2= 420 x 012 x 112 = 5645 mm

SN 2+SN 1=414+5645=9785gt9652OK

PROBLEMA RESUELTO 02

Autopista urbana W18 = 2 x 105 ESALs El agua drena del pavimento en aproximadamente una semana y la estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles proacuteximos a la saturacioacuten en un 30 del tiempo Los datos de los materiales son Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3100 MPa = 450000 psi

Base CBR = 100 MB = 214 MPa = 31000 psi

Sub-base CBR = 16 MSB = 904 MPa = 13111 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 538 MPa = 7800 psi

Solucioacuten

Como el pavimento es para una autopista urbana se adopta

R = 99

S0 = 02

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po = 45

Pt = 25

Y asiacute se obtiene del aacutebaco

SN = 6096 mm (24 pulg)

SN1 = 381 mm (15 pulg)

SN2 = 508 mm (2 pulg)

Los coeficientes de drenaje para base y sub-base son m2 = m3 = 080

Espesor de concreto asfaacuteltico

D1geSN1

a1 =3819044 = 866 mm (34 pulg) tomamos 90 mm

SN 1= a1lowastD1= 044 x 90 = 396 mm

Espesor para base

D2geSN 2minusSN 1

a2lowastm2=5080minus3960014lowast080

=100mmtomamos 110mm

SN 2= a2lowastm2iquestD2= 014 x 080 x 110 = 1232 mm

Espesor para sub-base

D3geSNminusiquestiquestiquest

SN 3= a3lowastm3iquestD3= 010 x 080 x 140 = 1120 mm

SN 3+SN2+SN 1=381+1232+112=6162gt6096OK

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ANEXOS

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MEacuteTODO DE DISENtildeO - INSTITUTO DEL ASFALTO

Este meacutetodo estaacute basado en el establecimiento de un liacutemite de deflexioacuten a la

estructura del pavimento el cual es funcioacuten del nuacutemero e intensidad de aplicaciones

de carga

El primer paso para la aplicacioacuten del meacutetodo del Instituto Norteamericano del Asfalto

consiste en determinar el nuacutemero de traacutensito para el periodo de disentildeo

Por otro lado el meacutetodo permite el empleo de concreto asfaacuteltico o emulsiones

asfaacutelticas en la totalidad o en parte de la estructura del pavimento e incluye varias

combinaciones de capa de rodadura y bases de concreto asfaacuteltico de capa de

rodadura y bases con emulsiones asfaacutelticas asiacute como capas de rodadura asfaacuteltica

con base y subbase granulares

Tambieacuten considera al pavimento como un sistema elaacutestico de varias capas y para su

anaacutelisis emplea conceptos teoacutericos experimentales y corridas de programa de

coacutemputo sin embargo con el objeto de simplificar el meacutetodo el Instituto de Asfalto

propone una serie de aacutebacos que permiten la aplicacioacuten del meacutetodo en forma raacutepida y

sencilla

5511 Criterios de disentildeoMediante esta metodologiacutea se asume que las cargas en la superficie del pavimento

producen 2 deformaciones que son consideradas criacuteticas para el disentildeo Estas

deformaciones unitarias son

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bull La deformacioacuten horizontal de tensioacuten t e en el fondo de la capa asfaacuteltica maacutes profunda ya sea que se trate de concreto asfaacuteltico o de una capa tratada con asfalto emulsificado y

bull La deformacioacuten vertical de compresioacuten c e en la parte superior de la capa de subrasante

Si t e es excesiva se produciraacuten fisuras en la capa asfaacuteltica mientras que si c e es excesiva se produciraacuten deformaciones permanentes en la superficie del pavimento

Debido a la heterogeneidad de vehiacuteculos existentes se debe primero analizar

cada eje del vehiacuteculo a fin de encontrar la incidencia de carga que cada uno

produce (factor de equivalencia de carga)

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Como ejemplo para la realidad nacional un vehiacuteculo liviano con ejes simples se

conforma de la siguiente manera el eje delantero con una carga bruta de 2000 lb

el eje trasero con 4000 lb (Seguacuten EMAPE) Su conversioacuten a ejes simples es de

000018 y 000209 respectivamente Estos valores son altos para un vehiacuteculo

ligero promedio Sin embargo se toma el caso maacutes desfavorable debido a que

ellos se encuentran conformados por autos camionetas y furgonetas

Cada eje puede llevar en sus extremos un neumaacutetico en cuyo caso se designa

como neumaacutetico simple o dos neumaacuteticos en cuyo caso se designa como

neumaacuteticos gemelos o duales

Los tipos de ejes legalmente reconocidos son

Eje simple un uacutenico eje

Eje taacutendem grupo de dos ejes sucesivos cuya distancia entre centros es menor a

2 metros

Eje tridem grupo de tres ejes sucesivos cuya distancia entre centros es menor a 2

metros

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Carril del disentildeoPara calles y carreteras de 2 carriles el carril de disentildeo puede ser cualquiera de

los carriles de la viacutea mientras que para calles y carreteras de carriles muacuteltiples

generalmente es el carril externo

Entonces para el caacutelculo del porcentaje de camiones en el flujo vehicular sobre el

carril de disentildeo el actual meacutetodo recomienda los siguientes valores

Tabla 01 Porcentaje de camiones en el carril de disentildeo

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A continuacioacuten se visualiza la tabla 02 para la conversioacuten de cualquier carga yo

combinacioacuten de ejes y de neumaacuteticos en un nuacutemero total de pasadas del eje

estaacutendar

Periacuteodo de disentildeo y tasa de crecimiento anualEn la Tabla 03 se presenta la relacioacuten entre la taza de crecimiento anual

Afectando el iacutendice medio diario anual por la taza de crecimiento se estima el

crecimiento del volumen vehicular proyectado para los antildeos que se disentildeo el

pavimento

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La tasa de crecimiento para diferentes tipos de vehiacuteculos puede ser estimada

variando el crecimiento normal entre 3 y 5 por antildeo No obstante carreteras

nuevas o nuevos desarrollos pueden generar incrementos de mayor magnitud los

cuales pueden alcanzar valores de hasta 10

Aacuterea de contacto y presioacuten de neumaacutetico

Es sabido que la carga puede causar mas dantildeo si la presioacuten del neumaacutetico es alta

(por la menor aacuterea de contacto) Tener en cuenta pues que la presioacuten del

neumaacutetico no siempre es igual a la presioacuten de contacto

En la versioacuten actual el meacutetodo incorpora factores de ajuste de los ejes

equivalentes de disentildeo para diferentes presiones de contacto de las llantas sobre

el pavimento en funcioacuten de su presioacuten de inflado y de los espesores de la carpeta

asfaacuteltica donde contempla desde cuatro hasta diez pulgadas de espesor Ver

Figura 01

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Estimacioacuten del traacutensito vehicularPara obtener el iacutendice medio diario o traacutefico diario promedio es necesario contar

con una estacioacuten de control la cual recoja los diferentes datos del volumen

vehicular a fin de agruparlos por categoriacuteas seguacuten las normas propuestas para

cada paiacutes Ya teniendo esa informacioacuten se afecta cada grupo vehicular por un

factor de equivalencia de carga El nuacutemero de repeticiones para producir igual

dantildeo se basa en factores de equivalencia entre la carga real (volumen vehicular) y

la carga estaacutendar (eje simple 18000lb)

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Evaluacioacuten de los materialesPara el disentildeo de los espesores de una seccioacuten estructural del pavimento flexible

el meacutetodo actual del Instituto del Asfalto considera como paraacutemetro fundamental

dentro de la evaluacioacuten de los materiales la obtencioacuten del Moacutedulo de Resilencia

(Mr) de la subrasante Sin embargo reconocen que no todos los organismos

tienen el equipo adecuado para llevar a cabo tal prueba por lo que han

establecido factores de correlacioacuten entre Mr y la prueba estaacutendar de Valor Relativo

de Soporte CBR Sentildealan que los resultados son bastante aproximados sin

embargo para un disentildeo preciso se recomienda llevar a cabo la prueba del

Moacutedulo de Resiliencia para la subrasante

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Restricciones de tiempoUn pavimento debe ser disentildeado para soportar los efectos acumulados del traacutensito

para cualquier periacuteodo de tiempo El periacuteodo seleccionado que dura el pavimento

antes que requiera rehabilitacioacuten se define como ldquoPeriacuteodo de Disentildeordquo Al teacutermino

de eacuteste se espera que el pavimento requiera alguna rehabilitacioacuten mayor como

puede ser una sobre carpeta de refuerzo para restaurar su condicioacuten original

Luego de la primera intervencioacuten la vida uacutetil del pavimento o ldquoPeriacuteodo de Anaacutelisisrdquo

puede ser extendida indefinidamente a traveacutes de mejoramientos sucesivos de

rehabilitacioacuten hasta que el pavimento sea obsoleto por cambios significativos en

pendientes alineamiento geomeacutetrico y otros factores

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En funcioacuten del traacutensito esperado sobre el pavimento en estudio el meacutetodo del

Instituto del Asfalto recomienda los siguientes valores percentiles para calcular el

Moacutedulo de Resiliencia de disentildeo de la capa subrasante

Con las muestras de material obtenidas en el campo y con los resultados

obtenidos en el laboratorio para determinar sus Moacutedulos de Resiliencia se deberaacute

calcular el Mr de disentildeo de la capa subrasante con los percentiles sugeridos en la

tabla anterior

Para los requerimientos de compactacioacuten en las capas de base y subbase el

actual meacutetodo proporciona las siguientes recomendaciones

Capas de base y subbase formadas con materiales granulares sin tratamiento

esto es no estabilizadas deberaacuten compactarse con un contenido de humedad

oacuteptimo maacutes menos 15 puntos en porcentaje para alcanzar una densidad miacutenima

del 100 de la densidad maacutexima de laboratorio

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Asiacute mismo recomienda los siguientes valores para las diferentes pruebas a

realizarse con materiales de bases y subbases Ver tabla 05

Propiedades de los materialesLas bases estabilizadas con emulsiones asfaacutelticas corresponden a tres tipos de

Mezcla seguacuten la clase de agregados utilizados se tiene

Tipo I Mezcla elaborada con agregados procesados de gradacioacuten densa

Tipo II Mezcla elaborada con agregados semi-procesados

Tipo III Mezcla elaborada con arenas o arenas limosas

En cuanto a requerimientos de espesores miacutenimos en funcioacuten del nivel de traacutensito

en ejes equivalentes el meacutetodo recomienda los siguientes valores

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A) Para superficies de concreto asfaacuteltico construidas sobre bases estabilizadas

con emulsioacuten asfaacuteltica

Podraacute usarse concreto asfaacuteltico o mezclas asfaacutelticas emulsificadas Tipo I conun tratamiento superficial sobre bases asfaacutelticas tipo II o III

B) Para superficies de concreto asfaacuteltico construido sobre bases granulares sin

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Estabilizar

Factores ambientalesEs importante hacer notar que el meacutetodo contempla factores de medio ambiente y

varios tipos o clases de asfalto seguacuten las necesidades particulares del disentildeo A

continuacioacuten ver la tabla

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Page 6: PAVIMENTOS-FLEXIBLES

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- ANAacuteLISIS DE TRAacuteFICO

INDICE MEDIA DIARIO ANUAL (IMDA) El Ministerio de Transportes y Comunicaciones recopila los datos de iacutendice medio diario anual (IMDA) por tipo de vehiacuteculo de los tramos viales del paiacutes

ESTIMACION DEL TRANSITO A FUTUTO Se puede calcular el crecimiento del traacutensito utilizando una foacutermula de progresioacuten geomeacutetrica

T n=T olowast(1+r )nminus1

En la que

Tn = Traacutensito proyectado al antildeo ldquonrdquo en vehdiacutea

To = Traacutensito actual (antildeo base o) en vehdiacutea

n = Nuacutemero de antildeos del periacuteodo de disentildeo

r = Tasa anual de crecimiento del traacutensito

FACTOR DE CRECIMIENTO

Fc=(1+r )nminus1r

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FACTOR DIRECCIONAL Y FACTOR DE CARRIL El factor de distribucioacuten direccional expresado como una relacioacuten que corresponde al nuacutemero de vehiacuteculos pesados que circulan en una direccioacuten o sentido de traacutefico normalmente corresponde a la mitad del total de traacutensito circulante en ambas direcciones pero en algunos

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casos puede ser mayor en una direccioacuten que en otra el que se definiraacute seguacuten el conteo de traacutefico

El factor de distribucioacuten carril expresado como una relacioacuten que corresponde al carril que recibe el mayor nuacutemero de EE donde el traacutensito por direccioacuten mayormente se canaliza por ese carril

El traacutefico para el carril de disentildeo del pavimento tendraacute en cuenta el nuacutemero de direcciones o sentidos y el nuacutemero de carriles por calzada de carretera seguacuten el porcentaje o factor ponderado aplicado al IMD

NUMERO DE REPETICIONES DE EJES EQUIVALENTES Para el disentildeo de pavimento la demanda que corresponde al del traacutefico pesado de oacutemnibus y de camiones es la que preponderantemente tiene importancia

El efecto del traacutensito se mide en la unidad definida por AASHTO como Ejes Equivalentes (EE) o ESALrsquoS acumulados durante el periodo de disentildeo tomado en el anaacutelisis AASHTO definioacute como un EE al efecto de deterioro causado sobre el pavimento por un eje simple de dos ruedas convencionales cargado con 82 tn de peso con neumaacuteticos a la presioacuten de 80 lbspulg2 Los Ejes Equivalentes (EE) son factores de equivalencia que representan el factor destructivo de las distintas cargas por tipo de eje que conforman cada tipo de vehiacuteculo pesado sobre la estructura del pavimento

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Para el caacutelculo de los EE se utilizaraacuten las siguientes relaciones simplificadas que resultaron de correlacionar los valores de las Tablas del apeacutendice D de la Guiacutea AASHTOrsquo93 para las diferentes configuraciones de ejes de vehiacuteculos pesados (buses y camiones) y tipo de pavimento

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Para pavimentos flexibles se tiene los siguientes factores de carga equivalente

FACTORES DE EQUIVALENCIA

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TRANSITO DE DISENtildeO

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ESA L S=ADTOlowast(T )lowast(T f )lowastFClowastFDlowastFLlowast365

DONDE

ADTO= se obtiene de la sumatoria de la multiplicacioacuten del nuacutemero de repeticiones de un vehiacuteculo por su factor destructivo (LEFrsquoS) para todos los que transitan por la viacutea

T y T F = Son los porcentajes de camiones cuando se cuenta con el nuacutemero real de los vehiacuteculos estos factores se toman como 1

Fd = factor de distribucioacuten direccional se toma de tablas

FL= Factor de distribucioacuten de carril

FC= Factor de crecimiento

- NIVEL DE CONFIABILIDAD Y DESVIACION ESTANDAR Z0

El nivel de confianza es uno de los paraacutemetros importantes introducidos por la AASHTO al disentildeo de pavimentos porque establece un criterio que estaacute relacionado con el desempentildeo del pavimento frente a las solicitaciones exteriores La confiabilidad se define como la probabilidad de que el pavimento disentildeado se comporte de manera satisfactoria durante toda su vida de proyecto bajo las solicitaciones de carga e intemperismo o la probabilidad de que los problemas de deformacioacuten y fallas esteacuten por debajo de los niveles permisibles Para elegir el valor de este paraacutemetro se considera la importancia del camino la confiabilidad de la resistencia de cada una de las capas y el traacutensito de disentildeo pronosticado

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La esquematizacioacuten del comportamiento real del pavimento y la curva de disentildeo propuesta por la AASHTO tienen la misma forma pero no coinciden La falta de coincidencia se debe a los errores asociados a la ecuacioacuten de comportamiento propuesta y a la dispersioacuten de la informacioacuten utilizada en el dimensionamiento del pavimento Por esta razoacuten la AASHTO adoptoacute un enfoque regresional para ajustar estas dos curvas De esta forma los errores se representan mediante una desviacioacuten estaacutendar So para compatibilizar los dos comportamientos El factor de ajuste entre las dos curvas se define como el producto de la desviacioacuten normal ZR por la desviacioacuten estaacutendar So Los factores de desviacioacuten normal ZR se muestran a continuacioacuten

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- COEFICIENTE DE DRENAJE CD

El valor de este coeficiente depende de dos paraacutemetros la capacidad del drenaje que se determina de acuerdo al tiempo que tarda el agua en ser evacuada del pavimento y el porcentaje de tiempo durante el cual el pavimento estaacute expuesto a niveles de humedad proacuteximos a la saturacioacuten en el transcurso del antildeo Dicho porcentaje depende de la precipitacioacuten media anual y de las condiciones de drenaje la AASHTO define cinco capacidades de drenaje que se muestran en la siguiente tabla

P= (S+R ) X 100365

Donde

P = Porcentaje de tiempo en que el pavimento estaacute proacuteximo a la saturacioacuten

S = Diacuteas de traslape entre la eacutepoca lluviosa y seca

R = Diacuteas con lluvia en que el pavimento puede drenar hasta el 85 del estado de saturacioacuten en 24 horas o menos

De acuerdo a las capacidades de drenaje la AASHTO establece los factores de correccioacuten m2 (bases) y m3 (sub-bases granulares sin estabilizar) los

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cuales estaacuten dados en la Tabla IV7 en funcioacuten del porcentaje de tiempo a lo largo de un antildeo en el cual la estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles de humedad proacuteximos a la saturacioacuten

- DESVIACION ESTANDAR (s0 iquest

La Desviacioacuten Estaacutendar Combinada (So) es un valor que toma en cuenta la variabilidad esperada de la prediccioacuten del traacutensito y de los otros factores que afectan el comportamiento del pavimento como por ejemplo construccioacuten medio ambiente incertidumbre del modelo La Guiacutea AASHTO recomienda adoptar para los pavimentos flexibles valores de So comprendidos entre 040 y 050 en el presente Manual se adopta para los disentildeos recomendados el valor de 045

- DETERMINACION DEL NUacuteMERO ESTRUCTURAL

El meacutetodo estaacute basado en el caacutelculo del Nuacutemero Estructural ldquoSNrdquo sobre la capa subrasante o cuerpo del terrapleacuten Para esto se dispone del abaco y ecuacioacuten siguiente

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Donde

W18 = Traacutefico equivalente o ESALacutes

ZR = Factor de desviacioacuten normal para un nivel de confiabilidad R

So = Desviacioacuten estaacutendar

ΔPSI =Diferencia entre los iacutendices de servicio inicial y el final deseado

MR = Moacutedulo de resiliencia efectivo de la subrasante

SN = Nuacutemero estructural

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- DETERMINACION DE ESPESORES POR CAPA

La estructura del pavimento flexible estaacute formada por un sistema de varias capas por lo cual debe dimensionarse cada una de ellas considerando sus caracteriacutesticas propias

Una vez que el disentildeador ha obtenido el Nuacutemero Estructural SN para la seccioacuten estructural del pavimento se requiere determinar una seccioacuten multicapa que en conjunto provea una suficiente capacidad de soporte equivalente al nuacutemero estructural de disentildeo Para este fin se utiliza la siguiente ecuacioacuten que permite obtener los espesores de la capa de rodamiento o carpeta de la capa base y de la sub-base

Donde

a1 a2 y a3 = Coeficientes estructurales de capa de carpeta base y sub-base respectivamente

D1 D2 y D3 = Espesor de la carpeta base y sub-base respectivamente en pulgadas

m2 y m3 = Coeficientes de drenaje para base y sub-base respectivamente

De la misma manera se deberaacute obtener los coeficientes estructurales de la carpeta asfaacuteltica (a1) de la capa base (a2) y de la sub-base (a3) utilizando los valores del moacutedulo de resiliencia correspondientes a cada una de ellas

Los coeficientes de capa a1 a2 y a3 se obtienen utilizando las correlaciones de valores de diferentes pruebas de laboratorio Moacutedulo Resiliente Texas Triaxial Valor R y CBR tal como se muestra en las siguientes figuras

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Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la carpeta asfaacuteltica ldquoa1rdquo Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la capa base granular ldquoa2rdquo

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la sub-base granular ldquoa3rdquoFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures

1993

- ESPESORES MINIMOS EN FUNCION DEL ldquoSNrdquo

En el control de los espesores D1 D2 y D3 a traveacutes del SN se busca dar proteccioacuten a las capas granulares no tratadas de las tensiones verticales excesivas que produciriacutean deformaciones permanentes como se muestra en el graacutefico siguiente Los materiales son seleccionados para cada capa de acuerdo a las recomendaciones del meacutetodo por tanto se conocen los moacutedulos resilientes de cada capa Usando el aacutebaco del SN se determinan los nuacutemeros estructurales requeridos para proteger cada capa no tratada

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utilizando el moacutedulo resiliente de la capa que es encuentra inmediatamente por debajo por ejemplo para sacar el espesor D1 de la carpeta se considera el MR de la capa base y asiacute se obtiene el SN1 que debe ser soportado por la carpeta asfaacuteltica de donde

Se adopta un espesor D1 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido por esta capa seraacute

S N1=a1lowastD1

Para determinar el espesor miacutenimo de la capa base se entra al aacutebaco con el MR de la sub-base para obtener el nuacutemero estructural SN2 que seraacute absorbido por la carpeta y la capa base de donde

D2geSN 2minusSN 1

a2lowastm2geSN B

a2lowastm2

Se adopta un espesor D2 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido seraacute

S Nb=a2lowastm2lowastD 2

SNb = Nuacutemero estructural de la base

Finalmente para la sub-base se ingresa con el MR que corresponde a la subrasante y se obtiene SN3 = SN para todo el paquete estructural por tanto el espesor seraacute

D3geSNminusiquestiquestiquest

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Se adopta un espesor D3 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido por la sub-base seraacute

S N3=a3lowastm3lowastD3

SN SB = Nuacutemero estructural de la sub base

La suma de los nuacutemeros estructurales de las capas que constituyen el pavimento debe ser mayor o igual a

SN 1+SN 2+SN 3ge SN

Este procedimiento no es aplicable para determinar espesores sobre capas que tengan un moacutedulo resiliente mayor a 40000 psi (280 MPa) En este caso los espesores se determinaran mediante criterios constructivos o de acuerdo a la relacioacuten costo-eficiencia

PROBLEMA RESUELTO 01

Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado (ambas direcciones) = 6 x 104 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

Crecimiento de camiones (por antildeo) = 0 (Sin crecimiento)

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 3450 MPa = 500000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MB = 172 MPa = 25000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 827 MPa = 12000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante

Invierno (med Diciembre-fines Febrero) MR = 207 MPa = 30000 psi

Primavera (med Marzo-fines Abril) MR = 689 MPa = 1000 psi

Verano y Otontildeo (princ Mayo-med Diciembre) MR = 345 MPa = 5000 psi

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Solucioacuten

Algunas variables de entrada deben seleccionarse en base a la importancia funcional del pavimento consideraciones de construccioacuten por etapas conocimiento de la calidad de la construccioacuten y experiencia Asiacute se adoptan este tipo de variables

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 90

Desviacioacuten estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial p0 = 5

Serviciabilidad final pt = 25

En cada etapa la confiabilidad seraacute R = (090)frac12 = 095 = 95

El traacutensito esperado para el final de la vida uacutetil seraacute

W18 = Factor de crecimiento traacutensito traacutensito inicial DD TD

= 10 6 x 104 ESALs 050 070 = 21 x 105 ESALs

El moacutedulo efectivo de la subrasante es MR = 1415 MPa = 2100 psi

Variacioacuten de serviciabilidad ΔPSI = p0 ndash pt = 5 ndash 25 = 25 por traacutensito

Para R = 95 S0 = 035 W18 = 21 x 105 ESALs MR = 2100 psi y ΔPSI = 25 corresponde SN =

9652 mm (38 pulg) con

SN1 = 4064 mm (16 pulg) para proteccioacuten de base

SN2 = 5842 mm (23 pulg) para proteccioacuten de sub-base

Los coeficientes estructurales o de capa funcioacuten de la calidad de los materiales que forman cada capa son

Concreto asfaacuteltico a1 = 046

Base a2 = 012

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Sub-base a3 = 0 9

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo por lo que m2 = 112 La sub-base tiene caracteriacutesticas de drenaje pobre y estaraacute saturada el 25 del tiempo correspondieacutendole un coeficiente de drenaje m3 = 085

Espesor miacutenimo para capa asfaacuteltica

D1geSN1

a1 =4084046 = 88 mm (352 pulg) tomamos 90 mm

SN 1= a1lowastD1= 046 x 90 = 414 mm

Base granular

Como la capa maacutes efectiva desde el punto de vista econoacutemico es la base granular se elimina la sub-base resultando el espesor de base

D2geSN 2minusSN 1

a2lowastm2=9652minus414012lowast112

=41012mmtomamos 420mm

SN 2= a2lowastm2iquestD2= 420 x 012 x 112 = 5645 mm

SN 2+SN 1=414+5645=9785gt9652OK

PROBLEMA RESUELTO 02

Autopista urbana W18 = 2 x 105 ESALs El agua drena del pavimento en aproximadamente una semana y la estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles proacuteximos a la saturacioacuten en un 30 del tiempo Los datos de los materiales son Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3100 MPa = 450000 psi

Base CBR = 100 MB = 214 MPa = 31000 psi

Sub-base CBR = 16 MSB = 904 MPa = 13111 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 538 MPa = 7800 psi

Solucioacuten

Como el pavimento es para una autopista urbana se adopta

R = 99

S0 = 02

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po = 45

Pt = 25

Y asiacute se obtiene del aacutebaco

SN = 6096 mm (24 pulg)

SN1 = 381 mm (15 pulg)

SN2 = 508 mm (2 pulg)

Los coeficientes de drenaje para base y sub-base son m2 = m3 = 080

Espesor de concreto asfaacuteltico

D1geSN1

a1 =3819044 = 866 mm (34 pulg) tomamos 90 mm

SN 1= a1lowastD1= 044 x 90 = 396 mm

Espesor para base

D2geSN 2minusSN 1

a2lowastm2=5080minus3960014lowast080

=100mmtomamos 110mm

SN 2= a2lowastm2iquestD2= 014 x 080 x 110 = 1232 mm

Espesor para sub-base

D3geSNminusiquestiquestiquest

SN 3= a3lowastm3iquestD3= 010 x 080 x 140 = 1120 mm

SN 3+SN2+SN 1=381+1232+112=6162gt6096OK

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ANEXOS

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MEacuteTODO DE DISENtildeO - INSTITUTO DEL ASFALTO

Este meacutetodo estaacute basado en el establecimiento de un liacutemite de deflexioacuten a la

estructura del pavimento el cual es funcioacuten del nuacutemero e intensidad de aplicaciones

de carga

El primer paso para la aplicacioacuten del meacutetodo del Instituto Norteamericano del Asfalto

consiste en determinar el nuacutemero de traacutensito para el periodo de disentildeo

Por otro lado el meacutetodo permite el empleo de concreto asfaacuteltico o emulsiones

asfaacutelticas en la totalidad o en parte de la estructura del pavimento e incluye varias

combinaciones de capa de rodadura y bases de concreto asfaacuteltico de capa de

rodadura y bases con emulsiones asfaacutelticas asiacute como capas de rodadura asfaacuteltica

con base y subbase granulares

Tambieacuten considera al pavimento como un sistema elaacutestico de varias capas y para su

anaacutelisis emplea conceptos teoacutericos experimentales y corridas de programa de

coacutemputo sin embargo con el objeto de simplificar el meacutetodo el Instituto de Asfalto

propone una serie de aacutebacos que permiten la aplicacioacuten del meacutetodo en forma raacutepida y

sencilla

5511 Criterios de disentildeoMediante esta metodologiacutea se asume que las cargas en la superficie del pavimento

producen 2 deformaciones que son consideradas criacuteticas para el disentildeo Estas

deformaciones unitarias son

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bull La deformacioacuten horizontal de tensioacuten t e en el fondo de la capa asfaacuteltica maacutes profunda ya sea que se trate de concreto asfaacuteltico o de una capa tratada con asfalto emulsificado y

bull La deformacioacuten vertical de compresioacuten c e en la parte superior de la capa de subrasante

Si t e es excesiva se produciraacuten fisuras en la capa asfaacuteltica mientras que si c e es excesiva se produciraacuten deformaciones permanentes en la superficie del pavimento

Debido a la heterogeneidad de vehiacuteculos existentes se debe primero analizar

cada eje del vehiacuteculo a fin de encontrar la incidencia de carga que cada uno

produce (factor de equivalencia de carga)

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Como ejemplo para la realidad nacional un vehiacuteculo liviano con ejes simples se

conforma de la siguiente manera el eje delantero con una carga bruta de 2000 lb

el eje trasero con 4000 lb (Seguacuten EMAPE) Su conversioacuten a ejes simples es de

000018 y 000209 respectivamente Estos valores son altos para un vehiacuteculo

ligero promedio Sin embargo se toma el caso maacutes desfavorable debido a que

ellos se encuentran conformados por autos camionetas y furgonetas

Cada eje puede llevar en sus extremos un neumaacutetico en cuyo caso se designa

como neumaacutetico simple o dos neumaacuteticos en cuyo caso se designa como

neumaacuteticos gemelos o duales

Los tipos de ejes legalmente reconocidos son

Eje simple un uacutenico eje

Eje taacutendem grupo de dos ejes sucesivos cuya distancia entre centros es menor a

2 metros

Eje tridem grupo de tres ejes sucesivos cuya distancia entre centros es menor a 2

metros

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Carril del disentildeoPara calles y carreteras de 2 carriles el carril de disentildeo puede ser cualquiera de

los carriles de la viacutea mientras que para calles y carreteras de carriles muacuteltiples

generalmente es el carril externo

Entonces para el caacutelculo del porcentaje de camiones en el flujo vehicular sobre el

carril de disentildeo el actual meacutetodo recomienda los siguientes valores

Tabla 01 Porcentaje de camiones en el carril de disentildeo

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A continuacioacuten se visualiza la tabla 02 para la conversioacuten de cualquier carga yo

combinacioacuten de ejes y de neumaacuteticos en un nuacutemero total de pasadas del eje

estaacutendar

Periacuteodo de disentildeo y tasa de crecimiento anualEn la Tabla 03 se presenta la relacioacuten entre la taza de crecimiento anual

Afectando el iacutendice medio diario anual por la taza de crecimiento se estima el

crecimiento del volumen vehicular proyectado para los antildeos que se disentildeo el

pavimento

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La tasa de crecimiento para diferentes tipos de vehiacuteculos puede ser estimada

variando el crecimiento normal entre 3 y 5 por antildeo No obstante carreteras

nuevas o nuevos desarrollos pueden generar incrementos de mayor magnitud los

cuales pueden alcanzar valores de hasta 10

Aacuterea de contacto y presioacuten de neumaacutetico

Es sabido que la carga puede causar mas dantildeo si la presioacuten del neumaacutetico es alta

(por la menor aacuterea de contacto) Tener en cuenta pues que la presioacuten del

neumaacutetico no siempre es igual a la presioacuten de contacto

En la versioacuten actual el meacutetodo incorpora factores de ajuste de los ejes

equivalentes de disentildeo para diferentes presiones de contacto de las llantas sobre

el pavimento en funcioacuten de su presioacuten de inflado y de los espesores de la carpeta

asfaacuteltica donde contempla desde cuatro hasta diez pulgadas de espesor Ver

Figura 01

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Estimacioacuten del traacutensito vehicularPara obtener el iacutendice medio diario o traacutefico diario promedio es necesario contar

con una estacioacuten de control la cual recoja los diferentes datos del volumen

vehicular a fin de agruparlos por categoriacuteas seguacuten las normas propuestas para

cada paiacutes Ya teniendo esa informacioacuten se afecta cada grupo vehicular por un

factor de equivalencia de carga El nuacutemero de repeticiones para producir igual

dantildeo se basa en factores de equivalencia entre la carga real (volumen vehicular) y

la carga estaacutendar (eje simple 18000lb)

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Evaluacioacuten de los materialesPara el disentildeo de los espesores de una seccioacuten estructural del pavimento flexible

el meacutetodo actual del Instituto del Asfalto considera como paraacutemetro fundamental

dentro de la evaluacioacuten de los materiales la obtencioacuten del Moacutedulo de Resilencia

(Mr) de la subrasante Sin embargo reconocen que no todos los organismos

tienen el equipo adecuado para llevar a cabo tal prueba por lo que han

establecido factores de correlacioacuten entre Mr y la prueba estaacutendar de Valor Relativo

de Soporte CBR Sentildealan que los resultados son bastante aproximados sin

embargo para un disentildeo preciso se recomienda llevar a cabo la prueba del

Moacutedulo de Resiliencia para la subrasante

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Restricciones de tiempoUn pavimento debe ser disentildeado para soportar los efectos acumulados del traacutensito

para cualquier periacuteodo de tiempo El periacuteodo seleccionado que dura el pavimento

antes que requiera rehabilitacioacuten se define como ldquoPeriacuteodo de Disentildeordquo Al teacutermino

de eacuteste se espera que el pavimento requiera alguna rehabilitacioacuten mayor como

puede ser una sobre carpeta de refuerzo para restaurar su condicioacuten original

Luego de la primera intervencioacuten la vida uacutetil del pavimento o ldquoPeriacuteodo de Anaacutelisisrdquo

puede ser extendida indefinidamente a traveacutes de mejoramientos sucesivos de

rehabilitacioacuten hasta que el pavimento sea obsoleto por cambios significativos en

pendientes alineamiento geomeacutetrico y otros factores

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En funcioacuten del traacutensito esperado sobre el pavimento en estudio el meacutetodo del

Instituto del Asfalto recomienda los siguientes valores percentiles para calcular el

Moacutedulo de Resiliencia de disentildeo de la capa subrasante

Con las muestras de material obtenidas en el campo y con los resultados

obtenidos en el laboratorio para determinar sus Moacutedulos de Resiliencia se deberaacute

calcular el Mr de disentildeo de la capa subrasante con los percentiles sugeridos en la

tabla anterior

Para los requerimientos de compactacioacuten en las capas de base y subbase el

actual meacutetodo proporciona las siguientes recomendaciones

Capas de base y subbase formadas con materiales granulares sin tratamiento

esto es no estabilizadas deberaacuten compactarse con un contenido de humedad

oacuteptimo maacutes menos 15 puntos en porcentaje para alcanzar una densidad miacutenima

del 100 de la densidad maacutexima de laboratorio

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Asiacute mismo recomienda los siguientes valores para las diferentes pruebas a

realizarse con materiales de bases y subbases Ver tabla 05

Propiedades de los materialesLas bases estabilizadas con emulsiones asfaacutelticas corresponden a tres tipos de

Mezcla seguacuten la clase de agregados utilizados se tiene

Tipo I Mezcla elaborada con agregados procesados de gradacioacuten densa

Tipo II Mezcla elaborada con agregados semi-procesados

Tipo III Mezcla elaborada con arenas o arenas limosas

En cuanto a requerimientos de espesores miacutenimos en funcioacuten del nivel de traacutensito

en ejes equivalentes el meacutetodo recomienda los siguientes valores

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A) Para superficies de concreto asfaacuteltico construidas sobre bases estabilizadas

con emulsioacuten asfaacuteltica

Podraacute usarse concreto asfaacuteltico o mezclas asfaacutelticas emulsificadas Tipo I conun tratamiento superficial sobre bases asfaacutelticas tipo II o III

B) Para superficies de concreto asfaacuteltico construido sobre bases granulares sin

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Estabilizar

Factores ambientalesEs importante hacer notar que el meacutetodo contempla factores de medio ambiente y

varios tipos o clases de asfalto seguacuten las necesidades particulares del disentildeo A

continuacioacuten ver la tabla

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Page 7: PAVIMENTOS-FLEXIBLES

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FACTOR DIRECCIONAL Y FACTOR DE CARRIL El factor de distribucioacuten direccional expresado como una relacioacuten que corresponde al nuacutemero de vehiacuteculos pesados que circulan en una direccioacuten o sentido de traacutefico normalmente corresponde a la mitad del total de traacutensito circulante en ambas direcciones pero en algunos

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casos puede ser mayor en una direccioacuten que en otra el que se definiraacute seguacuten el conteo de traacutefico

El factor de distribucioacuten carril expresado como una relacioacuten que corresponde al carril que recibe el mayor nuacutemero de EE donde el traacutensito por direccioacuten mayormente se canaliza por ese carril

El traacutefico para el carril de disentildeo del pavimento tendraacute en cuenta el nuacutemero de direcciones o sentidos y el nuacutemero de carriles por calzada de carretera seguacuten el porcentaje o factor ponderado aplicado al IMD

NUMERO DE REPETICIONES DE EJES EQUIVALENTES Para el disentildeo de pavimento la demanda que corresponde al del traacutefico pesado de oacutemnibus y de camiones es la que preponderantemente tiene importancia

El efecto del traacutensito se mide en la unidad definida por AASHTO como Ejes Equivalentes (EE) o ESALrsquoS acumulados durante el periodo de disentildeo tomado en el anaacutelisis AASHTO definioacute como un EE al efecto de deterioro causado sobre el pavimento por un eje simple de dos ruedas convencionales cargado con 82 tn de peso con neumaacuteticos a la presioacuten de 80 lbspulg2 Los Ejes Equivalentes (EE) son factores de equivalencia que representan el factor destructivo de las distintas cargas por tipo de eje que conforman cada tipo de vehiacuteculo pesado sobre la estructura del pavimento

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Para el caacutelculo de los EE se utilizaraacuten las siguientes relaciones simplificadas que resultaron de correlacionar los valores de las Tablas del apeacutendice D de la Guiacutea AASHTOrsquo93 para las diferentes configuraciones de ejes de vehiacuteculos pesados (buses y camiones) y tipo de pavimento

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Para pavimentos flexibles se tiene los siguientes factores de carga equivalente

FACTORES DE EQUIVALENCIA

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TRANSITO DE DISENtildeO

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ESA L S=ADTOlowast(T )lowast(T f )lowastFClowastFDlowastFLlowast365

DONDE

ADTO= se obtiene de la sumatoria de la multiplicacioacuten del nuacutemero de repeticiones de un vehiacuteculo por su factor destructivo (LEFrsquoS) para todos los que transitan por la viacutea

T y T F = Son los porcentajes de camiones cuando se cuenta con el nuacutemero real de los vehiacuteculos estos factores se toman como 1

Fd = factor de distribucioacuten direccional se toma de tablas

FL= Factor de distribucioacuten de carril

FC= Factor de crecimiento

- NIVEL DE CONFIABILIDAD Y DESVIACION ESTANDAR Z0

El nivel de confianza es uno de los paraacutemetros importantes introducidos por la AASHTO al disentildeo de pavimentos porque establece un criterio que estaacute relacionado con el desempentildeo del pavimento frente a las solicitaciones exteriores La confiabilidad se define como la probabilidad de que el pavimento disentildeado se comporte de manera satisfactoria durante toda su vida de proyecto bajo las solicitaciones de carga e intemperismo o la probabilidad de que los problemas de deformacioacuten y fallas esteacuten por debajo de los niveles permisibles Para elegir el valor de este paraacutemetro se considera la importancia del camino la confiabilidad de la resistencia de cada una de las capas y el traacutensito de disentildeo pronosticado

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La esquematizacioacuten del comportamiento real del pavimento y la curva de disentildeo propuesta por la AASHTO tienen la misma forma pero no coinciden La falta de coincidencia se debe a los errores asociados a la ecuacioacuten de comportamiento propuesta y a la dispersioacuten de la informacioacuten utilizada en el dimensionamiento del pavimento Por esta razoacuten la AASHTO adoptoacute un enfoque regresional para ajustar estas dos curvas De esta forma los errores se representan mediante una desviacioacuten estaacutendar So para compatibilizar los dos comportamientos El factor de ajuste entre las dos curvas se define como el producto de la desviacioacuten normal ZR por la desviacioacuten estaacutendar So Los factores de desviacioacuten normal ZR se muestran a continuacioacuten

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- COEFICIENTE DE DRENAJE CD

El valor de este coeficiente depende de dos paraacutemetros la capacidad del drenaje que se determina de acuerdo al tiempo que tarda el agua en ser evacuada del pavimento y el porcentaje de tiempo durante el cual el pavimento estaacute expuesto a niveles de humedad proacuteximos a la saturacioacuten en el transcurso del antildeo Dicho porcentaje depende de la precipitacioacuten media anual y de las condiciones de drenaje la AASHTO define cinco capacidades de drenaje que se muestran en la siguiente tabla

P= (S+R ) X 100365

Donde

P = Porcentaje de tiempo en que el pavimento estaacute proacuteximo a la saturacioacuten

S = Diacuteas de traslape entre la eacutepoca lluviosa y seca

R = Diacuteas con lluvia en que el pavimento puede drenar hasta el 85 del estado de saturacioacuten en 24 horas o menos

De acuerdo a las capacidades de drenaje la AASHTO establece los factores de correccioacuten m2 (bases) y m3 (sub-bases granulares sin estabilizar) los

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cuales estaacuten dados en la Tabla IV7 en funcioacuten del porcentaje de tiempo a lo largo de un antildeo en el cual la estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles de humedad proacuteximos a la saturacioacuten

- DESVIACION ESTANDAR (s0 iquest

La Desviacioacuten Estaacutendar Combinada (So) es un valor que toma en cuenta la variabilidad esperada de la prediccioacuten del traacutensito y de los otros factores que afectan el comportamiento del pavimento como por ejemplo construccioacuten medio ambiente incertidumbre del modelo La Guiacutea AASHTO recomienda adoptar para los pavimentos flexibles valores de So comprendidos entre 040 y 050 en el presente Manual se adopta para los disentildeos recomendados el valor de 045

- DETERMINACION DEL NUacuteMERO ESTRUCTURAL

El meacutetodo estaacute basado en el caacutelculo del Nuacutemero Estructural ldquoSNrdquo sobre la capa subrasante o cuerpo del terrapleacuten Para esto se dispone del abaco y ecuacioacuten siguiente

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Donde

W18 = Traacutefico equivalente o ESALacutes

ZR = Factor de desviacioacuten normal para un nivel de confiabilidad R

So = Desviacioacuten estaacutendar

ΔPSI =Diferencia entre los iacutendices de servicio inicial y el final deseado

MR = Moacutedulo de resiliencia efectivo de la subrasante

SN = Nuacutemero estructural

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- DETERMINACION DE ESPESORES POR CAPA

La estructura del pavimento flexible estaacute formada por un sistema de varias capas por lo cual debe dimensionarse cada una de ellas considerando sus caracteriacutesticas propias

Una vez que el disentildeador ha obtenido el Nuacutemero Estructural SN para la seccioacuten estructural del pavimento se requiere determinar una seccioacuten multicapa que en conjunto provea una suficiente capacidad de soporte equivalente al nuacutemero estructural de disentildeo Para este fin se utiliza la siguiente ecuacioacuten que permite obtener los espesores de la capa de rodamiento o carpeta de la capa base y de la sub-base

Donde

a1 a2 y a3 = Coeficientes estructurales de capa de carpeta base y sub-base respectivamente

D1 D2 y D3 = Espesor de la carpeta base y sub-base respectivamente en pulgadas

m2 y m3 = Coeficientes de drenaje para base y sub-base respectivamente

De la misma manera se deberaacute obtener los coeficientes estructurales de la carpeta asfaacuteltica (a1) de la capa base (a2) y de la sub-base (a3) utilizando los valores del moacutedulo de resiliencia correspondientes a cada una de ellas

Los coeficientes de capa a1 a2 y a3 se obtienen utilizando las correlaciones de valores de diferentes pruebas de laboratorio Moacutedulo Resiliente Texas Triaxial Valor R y CBR tal como se muestra en las siguientes figuras

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Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la carpeta asfaacuteltica ldquoa1rdquo Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la capa base granular ldquoa2rdquo

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la sub-base granular ldquoa3rdquoFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures

1993

- ESPESORES MINIMOS EN FUNCION DEL ldquoSNrdquo

En el control de los espesores D1 D2 y D3 a traveacutes del SN se busca dar proteccioacuten a las capas granulares no tratadas de las tensiones verticales excesivas que produciriacutean deformaciones permanentes como se muestra en el graacutefico siguiente Los materiales son seleccionados para cada capa de acuerdo a las recomendaciones del meacutetodo por tanto se conocen los moacutedulos resilientes de cada capa Usando el aacutebaco del SN se determinan los nuacutemeros estructurales requeridos para proteger cada capa no tratada

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utilizando el moacutedulo resiliente de la capa que es encuentra inmediatamente por debajo por ejemplo para sacar el espesor D1 de la carpeta se considera el MR de la capa base y asiacute se obtiene el SN1 que debe ser soportado por la carpeta asfaacuteltica de donde

Se adopta un espesor D1 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido por esta capa seraacute

S N1=a1lowastD1

Para determinar el espesor miacutenimo de la capa base se entra al aacutebaco con el MR de la sub-base para obtener el nuacutemero estructural SN2 que seraacute absorbido por la carpeta y la capa base de donde

D2geSN 2minusSN 1

a2lowastm2geSN B

a2lowastm2

Se adopta un espesor D2 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido seraacute

S Nb=a2lowastm2lowastD 2

SNb = Nuacutemero estructural de la base

Finalmente para la sub-base se ingresa con el MR que corresponde a la subrasante y se obtiene SN3 = SN para todo el paquete estructural por tanto el espesor seraacute

D3geSNminusiquestiquestiquest

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Se adopta un espesor D3 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido por la sub-base seraacute

S N3=a3lowastm3lowastD3

SN SB = Nuacutemero estructural de la sub base

La suma de los nuacutemeros estructurales de las capas que constituyen el pavimento debe ser mayor o igual a

SN 1+SN 2+SN 3ge SN

Este procedimiento no es aplicable para determinar espesores sobre capas que tengan un moacutedulo resiliente mayor a 40000 psi (280 MPa) En este caso los espesores se determinaran mediante criterios constructivos o de acuerdo a la relacioacuten costo-eficiencia

PROBLEMA RESUELTO 01

Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado (ambas direcciones) = 6 x 104 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

Crecimiento de camiones (por antildeo) = 0 (Sin crecimiento)

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 3450 MPa = 500000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MB = 172 MPa = 25000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 827 MPa = 12000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante

Invierno (med Diciembre-fines Febrero) MR = 207 MPa = 30000 psi

Primavera (med Marzo-fines Abril) MR = 689 MPa = 1000 psi

Verano y Otontildeo (princ Mayo-med Diciembre) MR = 345 MPa = 5000 psi

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Solucioacuten

Algunas variables de entrada deben seleccionarse en base a la importancia funcional del pavimento consideraciones de construccioacuten por etapas conocimiento de la calidad de la construccioacuten y experiencia Asiacute se adoptan este tipo de variables

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 90

Desviacioacuten estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial p0 = 5

Serviciabilidad final pt = 25

En cada etapa la confiabilidad seraacute R = (090)frac12 = 095 = 95

El traacutensito esperado para el final de la vida uacutetil seraacute

W18 = Factor de crecimiento traacutensito traacutensito inicial DD TD

= 10 6 x 104 ESALs 050 070 = 21 x 105 ESALs

El moacutedulo efectivo de la subrasante es MR = 1415 MPa = 2100 psi

Variacioacuten de serviciabilidad ΔPSI = p0 ndash pt = 5 ndash 25 = 25 por traacutensito

Para R = 95 S0 = 035 W18 = 21 x 105 ESALs MR = 2100 psi y ΔPSI = 25 corresponde SN =

9652 mm (38 pulg) con

SN1 = 4064 mm (16 pulg) para proteccioacuten de base

SN2 = 5842 mm (23 pulg) para proteccioacuten de sub-base

Los coeficientes estructurales o de capa funcioacuten de la calidad de los materiales que forman cada capa son

Concreto asfaacuteltico a1 = 046

Base a2 = 012

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Sub-base a3 = 0 9

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo por lo que m2 = 112 La sub-base tiene caracteriacutesticas de drenaje pobre y estaraacute saturada el 25 del tiempo correspondieacutendole un coeficiente de drenaje m3 = 085

Espesor miacutenimo para capa asfaacuteltica

D1geSN1

a1 =4084046 = 88 mm (352 pulg) tomamos 90 mm

SN 1= a1lowastD1= 046 x 90 = 414 mm

Base granular

Como la capa maacutes efectiva desde el punto de vista econoacutemico es la base granular se elimina la sub-base resultando el espesor de base

D2geSN 2minusSN 1

a2lowastm2=9652minus414012lowast112

=41012mmtomamos 420mm

SN 2= a2lowastm2iquestD2= 420 x 012 x 112 = 5645 mm

SN 2+SN 1=414+5645=9785gt9652OK

PROBLEMA RESUELTO 02

Autopista urbana W18 = 2 x 105 ESALs El agua drena del pavimento en aproximadamente una semana y la estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles proacuteximos a la saturacioacuten en un 30 del tiempo Los datos de los materiales son Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3100 MPa = 450000 psi

Base CBR = 100 MB = 214 MPa = 31000 psi

Sub-base CBR = 16 MSB = 904 MPa = 13111 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 538 MPa = 7800 psi

Solucioacuten

Como el pavimento es para una autopista urbana se adopta

R = 99

S0 = 02

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po = 45

Pt = 25

Y asiacute se obtiene del aacutebaco

SN = 6096 mm (24 pulg)

SN1 = 381 mm (15 pulg)

SN2 = 508 mm (2 pulg)

Los coeficientes de drenaje para base y sub-base son m2 = m3 = 080

Espesor de concreto asfaacuteltico

D1geSN1

a1 =3819044 = 866 mm (34 pulg) tomamos 90 mm

SN 1= a1lowastD1= 044 x 90 = 396 mm

Espesor para base

D2geSN 2minusSN 1

a2lowastm2=5080minus3960014lowast080

=100mmtomamos 110mm

SN 2= a2lowastm2iquestD2= 014 x 080 x 110 = 1232 mm

Espesor para sub-base

D3geSNminusiquestiquestiquest

SN 3= a3lowastm3iquestD3= 010 x 080 x 140 = 1120 mm

SN 3+SN2+SN 1=381+1232+112=6162gt6096OK

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ANEXOS

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MEacuteTODO DE DISENtildeO - INSTITUTO DEL ASFALTO

Este meacutetodo estaacute basado en el establecimiento de un liacutemite de deflexioacuten a la

estructura del pavimento el cual es funcioacuten del nuacutemero e intensidad de aplicaciones

de carga

El primer paso para la aplicacioacuten del meacutetodo del Instituto Norteamericano del Asfalto

consiste en determinar el nuacutemero de traacutensito para el periodo de disentildeo

Por otro lado el meacutetodo permite el empleo de concreto asfaacuteltico o emulsiones

asfaacutelticas en la totalidad o en parte de la estructura del pavimento e incluye varias

combinaciones de capa de rodadura y bases de concreto asfaacuteltico de capa de

rodadura y bases con emulsiones asfaacutelticas asiacute como capas de rodadura asfaacuteltica

con base y subbase granulares

Tambieacuten considera al pavimento como un sistema elaacutestico de varias capas y para su

anaacutelisis emplea conceptos teoacutericos experimentales y corridas de programa de

coacutemputo sin embargo con el objeto de simplificar el meacutetodo el Instituto de Asfalto

propone una serie de aacutebacos que permiten la aplicacioacuten del meacutetodo en forma raacutepida y

sencilla

5511 Criterios de disentildeoMediante esta metodologiacutea se asume que las cargas en la superficie del pavimento

producen 2 deformaciones que son consideradas criacuteticas para el disentildeo Estas

deformaciones unitarias son

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bull La deformacioacuten horizontal de tensioacuten t e en el fondo de la capa asfaacuteltica maacutes profunda ya sea que se trate de concreto asfaacuteltico o de una capa tratada con asfalto emulsificado y

bull La deformacioacuten vertical de compresioacuten c e en la parte superior de la capa de subrasante

Si t e es excesiva se produciraacuten fisuras en la capa asfaacuteltica mientras que si c e es excesiva se produciraacuten deformaciones permanentes en la superficie del pavimento

Debido a la heterogeneidad de vehiacuteculos existentes se debe primero analizar

cada eje del vehiacuteculo a fin de encontrar la incidencia de carga que cada uno

produce (factor de equivalencia de carga)

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Como ejemplo para la realidad nacional un vehiacuteculo liviano con ejes simples se

conforma de la siguiente manera el eje delantero con una carga bruta de 2000 lb

el eje trasero con 4000 lb (Seguacuten EMAPE) Su conversioacuten a ejes simples es de

000018 y 000209 respectivamente Estos valores son altos para un vehiacuteculo

ligero promedio Sin embargo se toma el caso maacutes desfavorable debido a que

ellos se encuentran conformados por autos camionetas y furgonetas

Cada eje puede llevar en sus extremos un neumaacutetico en cuyo caso se designa

como neumaacutetico simple o dos neumaacuteticos en cuyo caso se designa como

neumaacuteticos gemelos o duales

Los tipos de ejes legalmente reconocidos son

Eje simple un uacutenico eje

Eje taacutendem grupo de dos ejes sucesivos cuya distancia entre centros es menor a

2 metros

Eje tridem grupo de tres ejes sucesivos cuya distancia entre centros es menor a 2

metros

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Carril del disentildeoPara calles y carreteras de 2 carriles el carril de disentildeo puede ser cualquiera de

los carriles de la viacutea mientras que para calles y carreteras de carriles muacuteltiples

generalmente es el carril externo

Entonces para el caacutelculo del porcentaje de camiones en el flujo vehicular sobre el

carril de disentildeo el actual meacutetodo recomienda los siguientes valores

Tabla 01 Porcentaje de camiones en el carril de disentildeo

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A continuacioacuten se visualiza la tabla 02 para la conversioacuten de cualquier carga yo

combinacioacuten de ejes y de neumaacuteticos en un nuacutemero total de pasadas del eje

estaacutendar

Periacuteodo de disentildeo y tasa de crecimiento anualEn la Tabla 03 se presenta la relacioacuten entre la taza de crecimiento anual

Afectando el iacutendice medio diario anual por la taza de crecimiento se estima el

crecimiento del volumen vehicular proyectado para los antildeos que se disentildeo el

pavimento

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La tasa de crecimiento para diferentes tipos de vehiacuteculos puede ser estimada

variando el crecimiento normal entre 3 y 5 por antildeo No obstante carreteras

nuevas o nuevos desarrollos pueden generar incrementos de mayor magnitud los

cuales pueden alcanzar valores de hasta 10

Aacuterea de contacto y presioacuten de neumaacutetico

Es sabido que la carga puede causar mas dantildeo si la presioacuten del neumaacutetico es alta

(por la menor aacuterea de contacto) Tener en cuenta pues que la presioacuten del

neumaacutetico no siempre es igual a la presioacuten de contacto

En la versioacuten actual el meacutetodo incorpora factores de ajuste de los ejes

equivalentes de disentildeo para diferentes presiones de contacto de las llantas sobre

el pavimento en funcioacuten de su presioacuten de inflado y de los espesores de la carpeta

asfaacuteltica donde contempla desde cuatro hasta diez pulgadas de espesor Ver

Figura 01

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Estimacioacuten del traacutensito vehicularPara obtener el iacutendice medio diario o traacutefico diario promedio es necesario contar

con una estacioacuten de control la cual recoja los diferentes datos del volumen

vehicular a fin de agruparlos por categoriacuteas seguacuten las normas propuestas para

cada paiacutes Ya teniendo esa informacioacuten se afecta cada grupo vehicular por un

factor de equivalencia de carga El nuacutemero de repeticiones para producir igual

dantildeo se basa en factores de equivalencia entre la carga real (volumen vehicular) y

la carga estaacutendar (eje simple 18000lb)

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Evaluacioacuten de los materialesPara el disentildeo de los espesores de una seccioacuten estructural del pavimento flexible

el meacutetodo actual del Instituto del Asfalto considera como paraacutemetro fundamental

dentro de la evaluacioacuten de los materiales la obtencioacuten del Moacutedulo de Resilencia

(Mr) de la subrasante Sin embargo reconocen que no todos los organismos

tienen el equipo adecuado para llevar a cabo tal prueba por lo que han

establecido factores de correlacioacuten entre Mr y la prueba estaacutendar de Valor Relativo

de Soporte CBR Sentildealan que los resultados son bastante aproximados sin

embargo para un disentildeo preciso se recomienda llevar a cabo la prueba del

Moacutedulo de Resiliencia para la subrasante

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Restricciones de tiempoUn pavimento debe ser disentildeado para soportar los efectos acumulados del traacutensito

para cualquier periacuteodo de tiempo El periacuteodo seleccionado que dura el pavimento

antes que requiera rehabilitacioacuten se define como ldquoPeriacuteodo de Disentildeordquo Al teacutermino

de eacuteste se espera que el pavimento requiera alguna rehabilitacioacuten mayor como

puede ser una sobre carpeta de refuerzo para restaurar su condicioacuten original

Luego de la primera intervencioacuten la vida uacutetil del pavimento o ldquoPeriacuteodo de Anaacutelisisrdquo

puede ser extendida indefinidamente a traveacutes de mejoramientos sucesivos de

rehabilitacioacuten hasta que el pavimento sea obsoleto por cambios significativos en

pendientes alineamiento geomeacutetrico y otros factores

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En funcioacuten del traacutensito esperado sobre el pavimento en estudio el meacutetodo del

Instituto del Asfalto recomienda los siguientes valores percentiles para calcular el

Moacutedulo de Resiliencia de disentildeo de la capa subrasante

Con las muestras de material obtenidas en el campo y con los resultados

obtenidos en el laboratorio para determinar sus Moacutedulos de Resiliencia se deberaacute

calcular el Mr de disentildeo de la capa subrasante con los percentiles sugeridos en la

tabla anterior

Para los requerimientos de compactacioacuten en las capas de base y subbase el

actual meacutetodo proporciona las siguientes recomendaciones

Capas de base y subbase formadas con materiales granulares sin tratamiento

esto es no estabilizadas deberaacuten compactarse con un contenido de humedad

oacuteptimo maacutes menos 15 puntos en porcentaje para alcanzar una densidad miacutenima

del 100 de la densidad maacutexima de laboratorio

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Asiacute mismo recomienda los siguientes valores para las diferentes pruebas a

realizarse con materiales de bases y subbases Ver tabla 05

Propiedades de los materialesLas bases estabilizadas con emulsiones asfaacutelticas corresponden a tres tipos de

Mezcla seguacuten la clase de agregados utilizados se tiene

Tipo I Mezcla elaborada con agregados procesados de gradacioacuten densa

Tipo II Mezcla elaborada con agregados semi-procesados

Tipo III Mezcla elaborada con arenas o arenas limosas

En cuanto a requerimientos de espesores miacutenimos en funcioacuten del nivel de traacutensito

en ejes equivalentes el meacutetodo recomienda los siguientes valores

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A) Para superficies de concreto asfaacuteltico construidas sobre bases estabilizadas

con emulsioacuten asfaacuteltica

Podraacute usarse concreto asfaacuteltico o mezclas asfaacutelticas emulsificadas Tipo I conun tratamiento superficial sobre bases asfaacutelticas tipo II o III

B) Para superficies de concreto asfaacuteltico construido sobre bases granulares sin

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Estabilizar

Factores ambientalesEs importante hacer notar que el meacutetodo contempla factores de medio ambiente y

varios tipos o clases de asfalto seguacuten las necesidades particulares del disentildeo A

continuacioacuten ver la tabla

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casos puede ser mayor en una direccioacuten que en otra el que se definiraacute seguacuten el conteo de traacutefico

El factor de distribucioacuten carril expresado como una relacioacuten que corresponde al carril que recibe el mayor nuacutemero de EE donde el traacutensito por direccioacuten mayormente se canaliza por ese carril

El traacutefico para el carril de disentildeo del pavimento tendraacute en cuenta el nuacutemero de direcciones o sentidos y el nuacutemero de carriles por calzada de carretera seguacuten el porcentaje o factor ponderado aplicado al IMD

NUMERO DE REPETICIONES DE EJES EQUIVALENTES Para el disentildeo de pavimento la demanda que corresponde al del traacutefico pesado de oacutemnibus y de camiones es la que preponderantemente tiene importancia

El efecto del traacutensito se mide en la unidad definida por AASHTO como Ejes Equivalentes (EE) o ESALrsquoS acumulados durante el periodo de disentildeo tomado en el anaacutelisis AASHTO definioacute como un EE al efecto de deterioro causado sobre el pavimento por un eje simple de dos ruedas convencionales cargado con 82 tn de peso con neumaacuteticos a la presioacuten de 80 lbspulg2 Los Ejes Equivalentes (EE) son factores de equivalencia que representan el factor destructivo de las distintas cargas por tipo de eje que conforman cada tipo de vehiacuteculo pesado sobre la estructura del pavimento

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Para el caacutelculo de los EE se utilizaraacuten las siguientes relaciones simplificadas que resultaron de correlacionar los valores de las Tablas del apeacutendice D de la Guiacutea AASHTOrsquo93 para las diferentes configuraciones de ejes de vehiacuteculos pesados (buses y camiones) y tipo de pavimento

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Para pavimentos flexibles se tiene los siguientes factores de carga equivalente

FACTORES DE EQUIVALENCIA

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TRANSITO DE DISENtildeO

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ESA L S=ADTOlowast(T )lowast(T f )lowastFClowastFDlowastFLlowast365

DONDE

ADTO= se obtiene de la sumatoria de la multiplicacioacuten del nuacutemero de repeticiones de un vehiacuteculo por su factor destructivo (LEFrsquoS) para todos los que transitan por la viacutea

T y T F = Son los porcentajes de camiones cuando se cuenta con el nuacutemero real de los vehiacuteculos estos factores se toman como 1

Fd = factor de distribucioacuten direccional se toma de tablas

FL= Factor de distribucioacuten de carril

FC= Factor de crecimiento

- NIVEL DE CONFIABILIDAD Y DESVIACION ESTANDAR Z0

El nivel de confianza es uno de los paraacutemetros importantes introducidos por la AASHTO al disentildeo de pavimentos porque establece un criterio que estaacute relacionado con el desempentildeo del pavimento frente a las solicitaciones exteriores La confiabilidad se define como la probabilidad de que el pavimento disentildeado se comporte de manera satisfactoria durante toda su vida de proyecto bajo las solicitaciones de carga e intemperismo o la probabilidad de que los problemas de deformacioacuten y fallas esteacuten por debajo de los niveles permisibles Para elegir el valor de este paraacutemetro se considera la importancia del camino la confiabilidad de la resistencia de cada una de las capas y el traacutensito de disentildeo pronosticado

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La esquematizacioacuten del comportamiento real del pavimento y la curva de disentildeo propuesta por la AASHTO tienen la misma forma pero no coinciden La falta de coincidencia se debe a los errores asociados a la ecuacioacuten de comportamiento propuesta y a la dispersioacuten de la informacioacuten utilizada en el dimensionamiento del pavimento Por esta razoacuten la AASHTO adoptoacute un enfoque regresional para ajustar estas dos curvas De esta forma los errores se representan mediante una desviacioacuten estaacutendar So para compatibilizar los dos comportamientos El factor de ajuste entre las dos curvas se define como el producto de la desviacioacuten normal ZR por la desviacioacuten estaacutendar So Los factores de desviacioacuten normal ZR se muestran a continuacioacuten

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- COEFICIENTE DE DRENAJE CD

El valor de este coeficiente depende de dos paraacutemetros la capacidad del drenaje que se determina de acuerdo al tiempo que tarda el agua en ser evacuada del pavimento y el porcentaje de tiempo durante el cual el pavimento estaacute expuesto a niveles de humedad proacuteximos a la saturacioacuten en el transcurso del antildeo Dicho porcentaje depende de la precipitacioacuten media anual y de las condiciones de drenaje la AASHTO define cinco capacidades de drenaje que se muestran en la siguiente tabla

P= (S+R ) X 100365

Donde

P = Porcentaje de tiempo en que el pavimento estaacute proacuteximo a la saturacioacuten

S = Diacuteas de traslape entre la eacutepoca lluviosa y seca

R = Diacuteas con lluvia en que el pavimento puede drenar hasta el 85 del estado de saturacioacuten en 24 horas o menos

De acuerdo a las capacidades de drenaje la AASHTO establece los factores de correccioacuten m2 (bases) y m3 (sub-bases granulares sin estabilizar) los

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cuales estaacuten dados en la Tabla IV7 en funcioacuten del porcentaje de tiempo a lo largo de un antildeo en el cual la estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles de humedad proacuteximos a la saturacioacuten

- DESVIACION ESTANDAR (s0 iquest

La Desviacioacuten Estaacutendar Combinada (So) es un valor que toma en cuenta la variabilidad esperada de la prediccioacuten del traacutensito y de los otros factores que afectan el comportamiento del pavimento como por ejemplo construccioacuten medio ambiente incertidumbre del modelo La Guiacutea AASHTO recomienda adoptar para los pavimentos flexibles valores de So comprendidos entre 040 y 050 en el presente Manual se adopta para los disentildeos recomendados el valor de 045

- DETERMINACION DEL NUacuteMERO ESTRUCTURAL

El meacutetodo estaacute basado en el caacutelculo del Nuacutemero Estructural ldquoSNrdquo sobre la capa subrasante o cuerpo del terrapleacuten Para esto se dispone del abaco y ecuacioacuten siguiente

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Donde

W18 = Traacutefico equivalente o ESALacutes

ZR = Factor de desviacioacuten normal para un nivel de confiabilidad R

So = Desviacioacuten estaacutendar

ΔPSI =Diferencia entre los iacutendices de servicio inicial y el final deseado

MR = Moacutedulo de resiliencia efectivo de la subrasante

SN = Nuacutemero estructural

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- DETERMINACION DE ESPESORES POR CAPA

La estructura del pavimento flexible estaacute formada por un sistema de varias capas por lo cual debe dimensionarse cada una de ellas considerando sus caracteriacutesticas propias

Una vez que el disentildeador ha obtenido el Nuacutemero Estructural SN para la seccioacuten estructural del pavimento se requiere determinar una seccioacuten multicapa que en conjunto provea una suficiente capacidad de soporte equivalente al nuacutemero estructural de disentildeo Para este fin se utiliza la siguiente ecuacioacuten que permite obtener los espesores de la capa de rodamiento o carpeta de la capa base y de la sub-base

Donde

a1 a2 y a3 = Coeficientes estructurales de capa de carpeta base y sub-base respectivamente

D1 D2 y D3 = Espesor de la carpeta base y sub-base respectivamente en pulgadas

m2 y m3 = Coeficientes de drenaje para base y sub-base respectivamente

De la misma manera se deberaacute obtener los coeficientes estructurales de la carpeta asfaacuteltica (a1) de la capa base (a2) y de la sub-base (a3) utilizando los valores del moacutedulo de resiliencia correspondientes a cada una de ellas

Los coeficientes de capa a1 a2 y a3 se obtienen utilizando las correlaciones de valores de diferentes pruebas de laboratorio Moacutedulo Resiliente Texas Triaxial Valor R y CBR tal como se muestra en las siguientes figuras

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Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la carpeta asfaacuteltica ldquoa1rdquo Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la capa base granular ldquoa2rdquo

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la sub-base granular ldquoa3rdquoFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures

1993

- ESPESORES MINIMOS EN FUNCION DEL ldquoSNrdquo

En el control de los espesores D1 D2 y D3 a traveacutes del SN se busca dar proteccioacuten a las capas granulares no tratadas de las tensiones verticales excesivas que produciriacutean deformaciones permanentes como se muestra en el graacutefico siguiente Los materiales son seleccionados para cada capa de acuerdo a las recomendaciones del meacutetodo por tanto se conocen los moacutedulos resilientes de cada capa Usando el aacutebaco del SN se determinan los nuacutemeros estructurales requeridos para proteger cada capa no tratada

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utilizando el moacutedulo resiliente de la capa que es encuentra inmediatamente por debajo por ejemplo para sacar el espesor D1 de la carpeta se considera el MR de la capa base y asiacute se obtiene el SN1 que debe ser soportado por la carpeta asfaacuteltica de donde

Se adopta un espesor D1 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido por esta capa seraacute

S N1=a1lowastD1

Para determinar el espesor miacutenimo de la capa base se entra al aacutebaco con el MR de la sub-base para obtener el nuacutemero estructural SN2 que seraacute absorbido por la carpeta y la capa base de donde

D2geSN 2minusSN 1

a2lowastm2geSN B

a2lowastm2

Se adopta un espesor D2 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido seraacute

S Nb=a2lowastm2lowastD 2

SNb = Nuacutemero estructural de la base

Finalmente para la sub-base se ingresa con el MR que corresponde a la subrasante y se obtiene SN3 = SN para todo el paquete estructural por tanto el espesor seraacute

D3geSNminusiquestiquestiquest

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Se adopta un espesor D3 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido por la sub-base seraacute

S N3=a3lowastm3lowastD3

SN SB = Nuacutemero estructural de la sub base

La suma de los nuacutemeros estructurales de las capas que constituyen el pavimento debe ser mayor o igual a

SN 1+SN 2+SN 3ge SN

Este procedimiento no es aplicable para determinar espesores sobre capas que tengan un moacutedulo resiliente mayor a 40000 psi (280 MPa) En este caso los espesores se determinaran mediante criterios constructivos o de acuerdo a la relacioacuten costo-eficiencia

PROBLEMA RESUELTO 01

Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado (ambas direcciones) = 6 x 104 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

Crecimiento de camiones (por antildeo) = 0 (Sin crecimiento)

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 3450 MPa = 500000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MB = 172 MPa = 25000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 827 MPa = 12000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante

Invierno (med Diciembre-fines Febrero) MR = 207 MPa = 30000 psi

Primavera (med Marzo-fines Abril) MR = 689 MPa = 1000 psi

Verano y Otontildeo (princ Mayo-med Diciembre) MR = 345 MPa = 5000 psi

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Solucioacuten

Algunas variables de entrada deben seleccionarse en base a la importancia funcional del pavimento consideraciones de construccioacuten por etapas conocimiento de la calidad de la construccioacuten y experiencia Asiacute se adoptan este tipo de variables

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 90

Desviacioacuten estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial p0 = 5

Serviciabilidad final pt = 25

En cada etapa la confiabilidad seraacute R = (090)frac12 = 095 = 95

El traacutensito esperado para el final de la vida uacutetil seraacute

W18 = Factor de crecimiento traacutensito traacutensito inicial DD TD

= 10 6 x 104 ESALs 050 070 = 21 x 105 ESALs

El moacutedulo efectivo de la subrasante es MR = 1415 MPa = 2100 psi

Variacioacuten de serviciabilidad ΔPSI = p0 ndash pt = 5 ndash 25 = 25 por traacutensito

Para R = 95 S0 = 035 W18 = 21 x 105 ESALs MR = 2100 psi y ΔPSI = 25 corresponde SN =

9652 mm (38 pulg) con

SN1 = 4064 mm (16 pulg) para proteccioacuten de base

SN2 = 5842 mm (23 pulg) para proteccioacuten de sub-base

Los coeficientes estructurales o de capa funcioacuten de la calidad de los materiales que forman cada capa son

Concreto asfaacuteltico a1 = 046

Base a2 = 012

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Sub-base a3 = 0 9

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo por lo que m2 = 112 La sub-base tiene caracteriacutesticas de drenaje pobre y estaraacute saturada el 25 del tiempo correspondieacutendole un coeficiente de drenaje m3 = 085

Espesor miacutenimo para capa asfaacuteltica

D1geSN1

a1 =4084046 = 88 mm (352 pulg) tomamos 90 mm

SN 1= a1lowastD1= 046 x 90 = 414 mm

Base granular

Como la capa maacutes efectiva desde el punto de vista econoacutemico es la base granular se elimina la sub-base resultando el espesor de base

D2geSN 2minusSN 1

a2lowastm2=9652minus414012lowast112

=41012mmtomamos 420mm

SN 2= a2lowastm2iquestD2= 420 x 012 x 112 = 5645 mm

SN 2+SN 1=414+5645=9785gt9652OK

PROBLEMA RESUELTO 02

Autopista urbana W18 = 2 x 105 ESALs El agua drena del pavimento en aproximadamente una semana y la estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles proacuteximos a la saturacioacuten en un 30 del tiempo Los datos de los materiales son Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3100 MPa = 450000 psi

Base CBR = 100 MB = 214 MPa = 31000 psi

Sub-base CBR = 16 MSB = 904 MPa = 13111 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 538 MPa = 7800 psi

Solucioacuten

Como el pavimento es para una autopista urbana se adopta

R = 99

S0 = 02

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po = 45

Pt = 25

Y asiacute se obtiene del aacutebaco

SN = 6096 mm (24 pulg)

SN1 = 381 mm (15 pulg)

SN2 = 508 mm (2 pulg)

Los coeficientes de drenaje para base y sub-base son m2 = m3 = 080

Espesor de concreto asfaacuteltico

D1geSN1

a1 =3819044 = 866 mm (34 pulg) tomamos 90 mm

SN 1= a1lowastD1= 044 x 90 = 396 mm

Espesor para base

D2geSN 2minusSN 1

a2lowastm2=5080minus3960014lowast080

=100mmtomamos 110mm

SN 2= a2lowastm2iquestD2= 014 x 080 x 110 = 1232 mm

Espesor para sub-base

D3geSNminusiquestiquestiquest

SN 3= a3lowastm3iquestD3= 010 x 080 x 140 = 1120 mm

SN 3+SN2+SN 1=381+1232+112=6162gt6096OK

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ANEXOS

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MEacuteTODO DE DISENtildeO - INSTITUTO DEL ASFALTO

Este meacutetodo estaacute basado en el establecimiento de un liacutemite de deflexioacuten a la

estructura del pavimento el cual es funcioacuten del nuacutemero e intensidad de aplicaciones

de carga

El primer paso para la aplicacioacuten del meacutetodo del Instituto Norteamericano del Asfalto

consiste en determinar el nuacutemero de traacutensito para el periodo de disentildeo

Por otro lado el meacutetodo permite el empleo de concreto asfaacuteltico o emulsiones

asfaacutelticas en la totalidad o en parte de la estructura del pavimento e incluye varias

combinaciones de capa de rodadura y bases de concreto asfaacuteltico de capa de

rodadura y bases con emulsiones asfaacutelticas asiacute como capas de rodadura asfaacuteltica

con base y subbase granulares

Tambieacuten considera al pavimento como un sistema elaacutestico de varias capas y para su

anaacutelisis emplea conceptos teoacutericos experimentales y corridas de programa de

coacutemputo sin embargo con el objeto de simplificar el meacutetodo el Instituto de Asfalto

propone una serie de aacutebacos que permiten la aplicacioacuten del meacutetodo en forma raacutepida y

sencilla

5511 Criterios de disentildeoMediante esta metodologiacutea se asume que las cargas en la superficie del pavimento

producen 2 deformaciones que son consideradas criacuteticas para el disentildeo Estas

deformaciones unitarias son

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bull La deformacioacuten horizontal de tensioacuten t e en el fondo de la capa asfaacuteltica maacutes profunda ya sea que se trate de concreto asfaacuteltico o de una capa tratada con asfalto emulsificado y

bull La deformacioacuten vertical de compresioacuten c e en la parte superior de la capa de subrasante

Si t e es excesiva se produciraacuten fisuras en la capa asfaacuteltica mientras que si c e es excesiva se produciraacuten deformaciones permanentes en la superficie del pavimento

Debido a la heterogeneidad de vehiacuteculos existentes se debe primero analizar

cada eje del vehiacuteculo a fin de encontrar la incidencia de carga que cada uno

produce (factor de equivalencia de carga)

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Como ejemplo para la realidad nacional un vehiacuteculo liviano con ejes simples se

conforma de la siguiente manera el eje delantero con una carga bruta de 2000 lb

el eje trasero con 4000 lb (Seguacuten EMAPE) Su conversioacuten a ejes simples es de

000018 y 000209 respectivamente Estos valores son altos para un vehiacuteculo

ligero promedio Sin embargo se toma el caso maacutes desfavorable debido a que

ellos se encuentran conformados por autos camionetas y furgonetas

Cada eje puede llevar en sus extremos un neumaacutetico en cuyo caso se designa

como neumaacutetico simple o dos neumaacuteticos en cuyo caso se designa como

neumaacuteticos gemelos o duales

Los tipos de ejes legalmente reconocidos son

Eje simple un uacutenico eje

Eje taacutendem grupo de dos ejes sucesivos cuya distancia entre centros es menor a

2 metros

Eje tridem grupo de tres ejes sucesivos cuya distancia entre centros es menor a 2

metros

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Carril del disentildeoPara calles y carreteras de 2 carriles el carril de disentildeo puede ser cualquiera de

los carriles de la viacutea mientras que para calles y carreteras de carriles muacuteltiples

generalmente es el carril externo

Entonces para el caacutelculo del porcentaje de camiones en el flujo vehicular sobre el

carril de disentildeo el actual meacutetodo recomienda los siguientes valores

Tabla 01 Porcentaje de camiones en el carril de disentildeo

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A continuacioacuten se visualiza la tabla 02 para la conversioacuten de cualquier carga yo

combinacioacuten de ejes y de neumaacuteticos en un nuacutemero total de pasadas del eje

estaacutendar

Periacuteodo de disentildeo y tasa de crecimiento anualEn la Tabla 03 se presenta la relacioacuten entre la taza de crecimiento anual

Afectando el iacutendice medio diario anual por la taza de crecimiento se estima el

crecimiento del volumen vehicular proyectado para los antildeos que se disentildeo el

pavimento

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La tasa de crecimiento para diferentes tipos de vehiacuteculos puede ser estimada

variando el crecimiento normal entre 3 y 5 por antildeo No obstante carreteras

nuevas o nuevos desarrollos pueden generar incrementos de mayor magnitud los

cuales pueden alcanzar valores de hasta 10

Aacuterea de contacto y presioacuten de neumaacutetico

Es sabido que la carga puede causar mas dantildeo si la presioacuten del neumaacutetico es alta

(por la menor aacuterea de contacto) Tener en cuenta pues que la presioacuten del

neumaacutetico no siempre es igual a la presioacuten de contacto

En la versioacuten actual el meacutetodo incorpora factores de ajuste de los ejes

equivalentes de disentildeo para diferentes presiones de contacto de las llantas sobre

el pavimento en funcioacuten de su presioacuten de inflado y de los espesores de la carpeta

asfaacuteltica donde contempla desde cuatro hasta diez pulgadas de espesor Ver

Figura 01

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Estimacioacuten del traacutensito vehicularPara obtener el iacutendice medio diario o traacutefico diario promedio es necesario contar

con una estacioacuten de control la cual recoja los diferentes datos del volumen

vehicular a fin de agruparlos por categoriacuteas seguacuten las normas propuestas para

cada paiacutes Ya teniendo esa informacioacuten se afecta cada grupo vehicular por un

factor de equivalencia de carga El nuacutemero de repeticiones para producir igual

dantildeo se basa en factores de equivalencia entre la carga real (volumen vehicular) y

la carga estaacutendar (eje simple 18000lb)

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Evaluacioacuten de los materialesPara el disentildeo de los espesores de una seccioacuten estructural del pavimento flexible

el meacutetodo actual del Instituto del Asfalto considera como paraacutemetro fundamental

dentro de la evaluacioacuten de los materiales la obtencioacuten del Moacutedulo de Resilencia

(Mr) de la subrasante Sin embargo reconocen que no todos los organismos

tienen el equipo adecuado para llevar a cabo tal prueba por lo que han

establecido factores de correlacioacuten entre Mr y la prueba estaacutendar de Valor Relativo

de Soporte CBR Sentildealan que los resultados son bastante aproximados sin

embargo para un disentildeo preciso se recomienda llevar a cabo la prueba del

Moacutedulo de Resiliencia para la subrasante

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Restricciones de tiempoUn pavimento debe ser disentildeado para soportar los efectos acumulados del traacutensito

para cualquier periacuteodo de tiempo El periacuteodo seleccionado que dura el pavimento

antes que requiera rehabilitacioacuten se define como ldquoPeriacuteodo de Disentildeordquo Al teacutermino

de eacuteste se espera que el pavimento requiera alguna rehabilitacioacuten mayor como

puede ser una sobre carpeta de refuerzo para restaurar su condicioacuten original

Luego de la primera intervencioacuten la vida uacutetil del pavimento o ldquoPeriacuteodo de Anaacutelisisrdquo

puede ser extendida indefinidamente a traveacutes de mejoramientos sucesivos de

rehabilitacioacuten hasta que el pavimento sea obsoleto por cambios significativos en

pendientes alineamiento geomeacutetrico y otros factores

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En funcioacuten del traacutensito esperado sobre el pavimento en estudio el meacutetodo del

Instituto del Asfalto recomienda los siguientes valores percentiles para calcular el

Moacutedulo de Resiliencia de disentildeo de la capa subrasante

Con las muestras de material obtenidas en el campo y con los resultados

obtenidos en el laboratorio para determinar sus Moacutedulos de Resiliencia se deberaacute

calcular el Mr de disentildeo de la capa subrasante con los percentiles sugeridos en la

tabla anterior

Para los requerimientos de compactacioacuten en las capas de base y subbase el

actual meacutetodo proporciona las siguientes recomendaciones

Capas de base y subbase formadas con materiales granulares sin tratamiento

esto es no estabilizadas deberaacuten compactarse con un contenido de humedad

oacuteptimo maacutes menos 15 puntos en porcentaje para alcanzar una densidad miacutenima

del 100 de la densidad maacutexima de laboratorio

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Asiacute mismo recomienda los siguientes valores para las diferentes pruebas a

realizarse con materiales de bases y subbases Ver tabla 05

Propiedades de los materialesLas bases estabilizadas con emulsiones asfaacutelticas corresponden a tres tipos de

Mezcla seguacuten la clase de agregados utilizados se tiene

Tipo I Mezcla elaborada con agregados procesados de gradacioacuten densa

Tipo II Mezcla elaborada con agregados semi-procesados

Tipo III Mezcla elaborada con arenas o arenas limosas

En cuanto a requerimientos de espesores miacutenimos en funcioacuten del nivel de traacutensito

en ejes equivalentes el meacutetodo recomienda los siguientes valores

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A) Para superficies de concreto asfaacuteltico construidas sobre bases estabilizadas

con emulsioacuten asfaacuteltica

Podraacute usarse concreto asfaacuteltico o mezclas asfaacutelticas emulsificadas Tipo I conun tratamiento superficial sobre bases asfaacutelticas tipo II o III

B) Para superficies de concreto asfaacuteltico construido sobre bases granulares sin

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Estabilizar

Factores ambientalesEs importante hacer notar que el meacutetodo contempla factores de medio ambiente y

varios tipos o clases de asfalto seguacuten las necesidades particulares del disentildeo A

continuacioacuten ver la tabla

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Page 9: PAVIMENTOS-FLEXIBLES

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Para el caacutelculo de los EE se utilizaraacuten las siguientes relaciones simplificadas que resultaron de correlacionar los valores de las Tablas del apeacutendice D de la Guiacutea AASHTOrsquo93 para las diferentes configuraciones de ejes de vehiacuteculos pesados (buses y camiones) y tipo de pavimento

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Para pavimentos flexibles se tiene los siguientes factores de carga equivalente

FACTORES DE EQUIVALENCIA

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TRANSITO DE DISENtildeO

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ESA L S=ADTOlowast(T )lowast(T f )lowastFClowastFDlowastFLlowast365

DONDE

ADTO= se obtiene de la sumatoria de la multiplicacioacuten del nuacutemero de repeticiones de un vehiacuteculo por su factor destructivo (LEFrsquoS) para todos los que transitan por la viacutea

T y T F = Son los porcentajes de camiones cuando se cuenta con el nuacutemero real de los vehiacuteculos estos factores se toman como 1

Fd = factor de distribucioacuten direccional se toma de tablas

FL= Factor de distribucioacuten de carril

FC= Factor de crecimiento

- NIVEL DE CONFIABILIDAD Y DESVIACION ESTANDAR Z0

El nivel de confianza es uno de los paraacutemetros importantes introducidos por la AASHTO al disentildeo de pavimentos porque establece un criterio que estaacute relacionado con el desempentildeo del pavimento frente a las solicitaciones exteriores La confiabilidad se define como la probabilidad de que el pavimento disentildeado se comporte de manera satisfactoria durante toda su vida de proyecto bajo las solicitaciones de carga e intemperismo o la probabilidad de que los problemas de deformacioacuten y fallas esteacuten por debajo de los niveles permisibles Para elegir el valor de este paraacutemetro se considera la importancia del camino la confiabilidad de la resistencia de cada una de las capas y el traacutensito de disentildeo pronosticado

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La esquematizacioacuten del comportamiento real del pavimento y la curva de disentildeo propuesta por la AASHTO tienen la misma forma pero no coinciden La falta de coincidencia se debe a los errores asociados a la ecuacioacuten de comportamiento propuesta y a la dispersioacuten de la informacioacuten utilizada en el dimensionamiento del pavimento Por esta razoacuten la AASHTO adoptoacute un enfoque regresional para ajustar estas dos curvas De esta forma los errores se representan mediante una desviacioacuten estaacutendar So para compatibilizar los dos comportamientos El factor de ajuste entre las dos curvas se define como el producto de la desviacioacuten normal ZR por la desviacioacuten estaacutendar So Los factores de desviacioacuten normal ZR se muestran a continuacioacuten

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- COEFICIENTE DE DRENAJE CD

El valor de este coeficiente depende de dos paraacutemetros la capacidad del drenaje que se determina de acuerdo al tiempo que tarda el agua en ser evacuada del pavimento y el porcentaje de tiempo durante el cual el pavimento estaacute expuesto a niveles de humedad proacuteximos a la saturacioacuten en el transcurso del antildeo Dicho porcentaje depende de la precipitacioacuten media anual y de las condiciones de drenaje la AASHTO define cinco capacidades de drenaje que se muestran en la siguiente tabla

P= (S+R ) X 100365

Donde

P = Porcentaje de tiempo en que el pavimento estaacute proacuteximo a la saturacioacuten

S = Diacuteas de traslape entre la eacutepoca lluviosa y seca

R = Diacuteas con lluvia en que el pavimento puede drenar hasta el 85 del estado de saturacioacuten en 24 horas o menos

De acuerdo a las capacidades de drenaje la AASHTO establece los factores de correccioacuten m2 (bases) y m3 (sub-bases granulares sin estabilizar) los

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cuales estaacuten dados en la Tabla IV7 en funcioacuten del porcentaje de tiempo a lo largo de un antildeo en el cual la estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles de humedad proacuteximos a la saturacioacuten

- DESVIACION ESTANDAR (s0 iquest

La Desviacioacuten Estaacutendar Combinada (So) es un valor que toma en cuenta la variabilidad esperada de la prediccioacuten del traacutensito y de los otros factores que afectan el comportamiento del pavimento como por ejemplo construccioacuten medio ambiente incertidumbre del modelo La Guiacutea AASHTO recomienda adoptar para los pavimentos flexibles valores de So comprendidos entre 040 y 050 en el presente Manual se adopta para los disentildeos recomendados el valor de 045

- DETERMINACION DEL NUacuteMERO ESTRUCTURAL

El meacutetodo estaacute basado en el caacutelculo del Nuacutemero Estructural ldquoSNrdquo sobre la capa subrasante o cuerpo del terrapleacuten Para esto se dispone del abaco y ecuacioacuten siguiente

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Donde

W18 = Traacutefico equivalente o ESALacutes

ZR = Factor de desviacioacuten normal para un nivel de confiabilidad R

So = Desviacioacuten estaacutendar

ΔPSI =Diferencia entre los iacutendices de servicio inicial y el final deseado

MR = Moacutedulo de resiliencia efectivo de la subrasante

SN = Nuacutemero estructural

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- DETERMINACION DE ESPESORES POR CAPA

La estructura del pavimento flexible estaacute formada por un sistema de varias capas por lo cual debe dimensionarse cada una de ellas considerando sus caracteriacutesticas propias

Una vez que el disentildeador ha obtenido el Nuacutemero Estructural SN para la seccioacuten estructural del pavimento se requiere determinar una seccioacuten multicapa que en conjunto provea una suficiente capacidad de soporte equivalente al nuacutemero estructural de disentildeo Para este fin se utiliza la siguiente ecuacioacuten que permite obtener los espesores de la capa de rodamiento o carpeta de la capa base y de la sub-base

Donde

a1 a2 y a3 = Coeficientes estructurales de capa de carpeta base y sub-base respectivamente

D1 D2 y D3 = Espesor de la carpeta base y sub-base respectivamente en pulgadas

m2 y m3 = Coeficientes de drenaje para base y sub-base respectivamente

De la misma manera se deberaacute obtener los coeficientes estructurales de la carpeta asfaacuteltica (a1) de la capa base (a2) y de la sub-base (a3) utilizando los valores del moacutedulo de resiliencia correspondientes a cada una de ellas

Los coeficientes de capa a1 a2 y a3 se obtienen utilizando las correlaciones de valores de diferentes pruebas de laboratorio Moacutedulo Resiliente Texas Triaxial Valor R y CBR tal como se muestra en las siguientes figuras

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Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la carpeta asfaacuteltica ldquoa1rdquo Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la capa base granular ldquoa2rdquo

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la sub-base granular ldquoa3rdquoFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures

1993

- ESPESORES MINIMOS EN FUNCION DEL ldquoSNrdquo

En el control de los espesores D1 D2 y D3 a traveacutes del SN se busca dar proteccioacuten a las capas granulares no tratadas de las tensiones verticales excesivas que produciriacutean deformaciones permanentes como se muestra en el graacutefico siguiente Los materiales son seleccionados para cada capa de acuerdo a las recomendaciones del meacutetodo por tanto se conocen los moacutedulos resilientes de cada capa Usando el aacutebaco del SN se determinan los nuacutemeros estructurales requeridos para proteger cada capa no tratada

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utilizando el moacutedulo resiliente de la capa que es encuentra inmediatamente por debajo por ejemplo para sacar el espesor D1 de la carpeta se considera el MR de la capa base y asiacute se obtiene el SN1 que debe ser soportado por la carpeta asfaacuteltica de donde

Se adopta un espesor D1 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido por esta capa seraacute

S N1=a1lowastD1

Para determinar el espesor miacutenimo de la capa base se entra al aacutebaco con el MR de la sub-base para obtener el nuacutemero estructural SN2 que seraacute absorbido por la carpeta y la capa base de donde

D2geSN 2minusSN 1

a2lowastm2geSN B

a2lowastm2

Se adopta un espesor D2 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido seraacute

S Nb=a2lowastm2lowastD 2

SNb = Nuacutemero estructural de la base

Finalmente para la sub-base se ingresa con el MR que corresponde a la subrasante y se obtiene SN3 = SN para todo el paquete estructural por tanto el espesor seraacute

D3geSNminusiquestiquestiquest

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Se adopta un espesor D3 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido por la sub-base seraacute

S N3=a3lowastm3lowastD3

SN SB = Nuacutemero estructural de la sub base

La suma de los nuacutemeros estructurales de las capas que constituyen el pavimento debe ser mayor o igual a

SN 1+SN 2+SN 3ge SN

Este procedimiento no es aplicable para determinar espesores sobre capas que tengan un moacutedulo resiliente mayor a 40000 psi (280 MPa) En este caso los espesores se determinaran mediante criterios constructivos o de acuerdo a la relacioacuten costo-eficiencia

PROBLEMA RESUELTO 01

Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado (ambas direcciones) = 6 x 104 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

Crecimiento de camiones (por antildeo) = 0 (Sin crecimiento)

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 3450 MPa = 500000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MB = 172 MPa = 25000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 827 MPa = 12000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante

Invierno (med Diciembre-fines Febrero) MR = 207 MPa = 30000 psi

Primavera (med Marzo-fines Abril) MR = 689 MPa = 1000 psi

Verano y Otontildeo (princ Mayo-med Diciembre) MR = 345 MPa = 5000 psi

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Solucioacuten

Algunas variables de entrada deben seleccionarse en base a la importancia funcional del pavimento consideraciones de construccioacuten por etapas conocimiento de la calidad de la construccioacuten y experiencia Asiacute se adoptan este tipo de variables

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 90

Desviacioacuten estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial p0 = 5

Serviciabilidad final pt = 25

En cada etapa la confiabilidad seraacute R = (090)frac12 = 095 = 95

El traacutensito esperado para el final de la vida uacutetil seraacute

W18 = Factor de crecimiento traacutensito traacutensito inicial DD TD

= 10 6 x 104 ESALs 050 070 = 21 x 105 ESALs

El moacutedulo efectivo de la subrasante es MR = 1415 MPa = 2100 psi

Variacioacuten de serviciabilidad ΔPSI = p0 ndash pt = 5 ndash 25 = 25 por traacutensito

Para R = 95 S0 = 035 W18 = 21 x 105 ESALs MR = 2100 psi y ΔPSI = 25 corresponde SN =

9652 mm (38 pulg) con

SN1 = 4064 mm (16 pulg) para proteccioacuten de base

SN2 = 5842 mm (23 pulg) para proteccioacuten de sub-base

Los coeficientes estructurales o de capa funcioacuten de la calidad de los materiales que forman cada capa son

Concreto asfaacuteltico a1 = 046

Base a2 = 012

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Sub-base a3 = 0 9

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo por lo que m2 = 112 La sub-base tiene caracteriacutesticas de drenaje pobre y estaraacute saturada el 25 del tiempo correspondieacutendole un coeficiente de drenaje m3 = 085

Espesor miacutenimo para capa asfaacuteltica

D1geSN1

a1 =4084046 = 88 mm (352 pulg) tomamos 90 mm

SN 1= a1lowastD1= 046 x 90 = 414 mm

Base granular

Como la capa maacutes efectiva desde el punto de vista econoacutemico es la base granular se elimina la sub-base resultando el espesor de base

D2geSN 2minusSN 1

a2lowastm2=9652minus414012lowast112

=41012mmtomamos 420mm

SN 2= a2lowastm2iquestD2= 420 x 012 x 112 = 5645 mm

SN 2+SN 1=414+5645=9785gt9652OK

PROBLEMA RESUELTO 02

Autopista urbana W18 = 2 x 105 ESALs El agua drena del pavimento en aproximadamente una semana y la estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles proacuteximos a la saturacioacuten en un 30 del tiempo Los datos de los materiales son Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3100 MPa = 450000 psi

Base CBR = 100 MB = 214 MPa = 31000 psi

Sub-base CBR = 16 MSB = 904 MPa = 13111 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 538 MPa = 7800 psi

Solucioacuten

Como el pavimento es para una autopista urbana se adopta

R = 99

S0 = 02

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po = 45

Pt = 25

Y asiacute se obtiene del aacutebaco

SN = 6096 mm (24 pulg)

SN1 = 381 mm (15 pulg)

SN2 = 508 mm (2 pulg)

Los coeficientes de drenaje para base y sub-base son m2 = m3 = 080

Espesor de concreto asfaacuteltico

D1geSN1

a1 =3819044 = 866 mm (34 pulg) tomamos 90 mm

SN 1= a1lowastD1= 044 x 90 = 396 mm

Espesor para base

D2geSN 2minusSN 1

a2lowastm2=5080minus3960014lowast080

=100mmtomamos 110mm

SN 2= a2lowastm2iquestD2= 014 x 080 x 110 = 1232 mm

Espesor para sub-base

D3geSNminusiquestiquestiquest

SN 3= a3lowastm3iquestD3= 010 x 080 x 140 = 1120 mm

SN 3+SN2+SN 1=381+1232+112=6162gt6096OK

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ANEXOS

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MEacuteTODO DE DISENtildeO - INSTITUTO DEL ASFALTO

Este meacutetodo estaacute basado en el establecimiento de un liacutemite de deflexioacuten a la

estructura del pavimento el cual es funcioacuten del nuacutemero e intensidad de aplicaciones

de carga

El primer paso para la aplicacioacuten del meacutetodo del Instituto Norteamericano del Asfalto

consiste en determinar el nuacutemero de traacutensito para el periodo de disentildeo

Por otro lado el meacutetodo permite el empleo de concreto asfaacuteltico o emulsiones

asfaacutelticas en la totalidad o en parte de la estructura del pavimento e incluye varias

combinaciones de capa de rodadura y bases de concreto asfaacuteltico de capa de

rodadura y bases con emulsiones asfaacutelticas asiacute como capas de rodadura asfaacuteltica

con base y subbase granulares

Tambieacuten considera al pavimento como un sistema elaacutestico de varias capas y para su

anaacutelisis emplea conceptos teoacutericos experimentales y corridas de programa de

coacutemputo sin embargo con el objeto de simplificar el meacutetodo el Instituto de Asfalto

propone una serie de aacutebacos que permiten la aplicacioacuten del meacutetodo en forma raacutepida y

sencilla

5511 Criterios de disentildeoMediante esta metodologiacutea se asume que las cargas en la superficie del pavimento

producen 2 deformaciones que son consideradas criacuteticas para el disentildeo Estas

deformaciones unitarias son

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bull La deformacioacuten horizontal de tensioacuten t e en el fondo de la capa asfaacuteltica maacutes profunda ya sea que se trate de concreto asfaacuteltico o de una capa tratada con asfalto emulsificado y

bull La deformacioacuten vertical de compresioacuten c e en la parte superior de la capa de subrasante

Si t e es excesiva se produciraacuten fisuras en la capa asfaacuteltica mientras que si c e es excesiva se produciraacuten deformaciones permanentes en la superficie del pavimento

Debido a la heterogeneidad de vehiacuteculos existentes se debe primero analizar

cada eje del vehiacuteculo a fin de encontrar la incidencia de carga que cada uno

produce (factor de equivalencia de carga)

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Como ejemplo para la realidad nacional un vehiacuteculo liviano con ejes simples se

conforma de la siguiente manera el eje delantero con una carga bruta de 2000 lb

el eje trasero con 4000 lb (Seguacuten EMAPE) Su conversioacuten a ejes simples es de

000018 y 000209 respectivamente Estos valores son altos para un vehiacuteculo

ligero promedio Sin embargo se toma el caso maacutes desfavorable debido a que

ellos se encuentran conformados por autos camionetas y furgonetas

Cada eje puede llevar en sus extremos un neumaacutetico en cuyo caso se designa

como neumaacutetico simple o dos neumaacuteticos en cuyo caso se designa como

neumaacuteticos gemelos o duales

Los tipos de ejes legalmente reconocidos son

Eje simple un uacutenico eje

Eje taacutendem grupo de dos ejes sucesivos cuya distancia entre centros es menor a

2 metros

Eje tridem grupo de tres ejes sucesivos cuya distancia entre centros es menor a 2

metros

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Carril del disentildeoPara calles y carreteras de 2 carriles el carril de disentildeo puede ser cualquiera de

los carriles de la viacutea mientras que para calles y carreteras de carriles muacuteltiples

generalmente es el carril externo

Entonces para el caacutelculo del porcentaje de camiones en el flujo vehicular sobre el

carril de disentildeo el actual meacutetodo recomienda los siguientes valores

Tabla 01 Porcentaje de camiones en el carril de disentildeo

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A continuacioacuten se visualiza la tabla 02 para la conversioacuten de cualquier carga yo

combinacioacuten de ejes y de neumaacuteticos en un nuacutemero total de pasadas del eje

estaacutendar

Periacuteodo de disentildeo y tasa de crecimiento anualEn la Tabla 03 se presenta la relacioacuten entre la taza de crecimiento anual

Afectando el iacutendice medio diario anual por la taza de crecimiento se estima el

crecimiento del volumen vehicular proyectado para los antildeos que se disentildeo el

pavimento

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La tasa de crecimiento para diferentes tipos de vehiacuteculos puede ser estimada

variando el crecimiento normal entre 3 y 5 por antildeo No obstante carreteras

nuevas o nuevos desarrollos pueden generar incrementos de mayor magnitud los

cuales pueden alcanzar valores de hasta 10

Aacuterea de contacto y presioacuten de neumaacutetico

Es sabido que la carga puede causar mas dantildeo si la presioacuten del neumaacutetico es alta

(por la menor aacuterea de contacto) Tener en cuenta pues que la presioacuten del

neumaacutetico no siempre es igual a la presioacuten de contacto

En la versioacuten actual el meacutetodo incorpora factores de ajuste de los ejes

equivalentes de disentildeo para diferentes presiones de contacto de las llantas sobre

el pavimento en funcioacuten de su presioacuten de inflado y de los espesores de la carpeta

asfaacuteltica donde contempla desde cuatro hasta diez pulgadas de espesor Ver

Figura 01

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Estimacioacuten del traacutensito vehicularPara obtener el iacutendice medio diario o traacutefico diario promedio es necesario contar

con una estacioacuten de control la cual recoja los diferentes datos del volumen

vehicular a fin de agruparlos por categoriacuteas seguacuten las normas propuestas para

cada paiacutes Ya teniendo esa informacioacuten se afecta cada grupo vehicular por un

factor de equivalencia de carga El nuacutemero de repeticiones para producir igual

dantildeo se basa en factores de equivalencia entre la carga real (volumen vehicular) y

la carga estaacutendar (eje simple 18000lb)

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Evaluacioacuten de los materialesPara el disentildeo de los espesores de una seccioacuten estructural del pavimento flexible

el meacutetodo actual del Instituto del Asfalto considera como paraacutemetro fundamental

dentro de la evaluacioacuten de los materiales la obtencioacuten del Moacutedulo de Resilencia

(Mr) de la subrasante Sin embargo reconocen que no todos los organismos

tienen el equipo adecuado para llevar a cabo tal prueba por lo que han

establecido factores de correlacioacuten entre Mr y la prueba estaacutendar de Valor Relativo

de Soporte CBR Sentildealan que los resultados son bastante aproximados sin

embargo para un disentildeo preciso se recomienda llevar a cabo la prueba del

Moacutedulo de Resiliencia para la subrasante

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Restricciones de tiempoUn pavimento debe ser disentildeado para soportar los efectos acumulados del traacutensito

para cualquier periacuteodo de tiempo El periacuteodo seleccionado que dura el pavimento

antes que requiera rehabilitacioacuten se define como ldquoPeriacuteodo de Disentildeordquo Al teacutermino

de eacuteste se espera que el pavimento requiera alguna rehabilitacioacuten mayor como

puede ser una sobre carpeta de refuerzo para restaurar su condicioacuten original

Luego de la primera intervencioacuten la vida uacutetil del pavimento o ldquoPeriacuteodo de Anaacutelisisrdquo

puede ser extendida indefinidamente a traveacutes de mejoramientos sucesivos de

rehabilitacioacuten hasta que el pavimento sea obsoleto por cambios significativos en

pendientes alineamiento geomeacutetrico y otros factores

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En funcioacuten del traacutensito esperado sobre el pavimento en estudio el meacutetodo del

Instituto del Asfalto recomienda los siguientes valores percentiles para calcular el

Moacutedulo de Resiliencia de disentildeo de la capa subrasante

Con las muestras de material obtenidas en el campo y con los resultados

obtenidos en el laboratorio para determinar sus Moacutedulos de Resiliencia se deberaacute

calcular el Mr de disentildeo de la capa subrasante con los percentiles sugeridos en la

tabla anterior

Para los requerimientos de compactacioacuten en las capas de base y subbase el

actual meacutetodo proporciona las siguientes recomendaciones

Capas de base y subbase formadas con materiales granulares sin tratamiento

esto es no estabilizadas deberaacuten compactarse con un contenido de humedad

oacuteptimo maacutes menos 15 puntos en porcentaje para alcanzar una densidad miacutenima

del 100 de la densidad maacutexima de laboratorio

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Asiacute mismo recomienda los siguientes valores para las diferentes pruebas a

realizarse con materiales de bases y subbases Ver tabla 05

Propiedades de los materialesLas bases estabilizadas con emulsiones asfaacutelticas corresponden a tres tipos de

Mezcla seguacuten la clase de agregados utilizados se tiene

Tipo I Mezcla elaborada con agregados procesados de gradacioacuten densa

Tipo II Mezcla elaborada con agregados semi-procesados

Tipo III Mezcla elaborada con arenas o arenas limosas

En cuanto a requerimientos de espesores miacutenimos en funcioacuten del nivel de traacutensito

en ejes equivalentes el meacutetodo recomienda los siguientes valores

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A) Para superficies de concreto asfaacuteltico construidas sobre bases estabilizadas

con emulsioacuten asfaacuteltica

Podraacute usarse concreto asfaacuteltico o mezclas asfaacutelticas emulsificadas Tipo I conun tratamiento superficial sobre bases asfaacutelticas tipo II o III

B) Para superficies de concreto asfaacuteltico construido sobre bases granulares sin

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Estabilizar

Factores ambientalesEs importante hacer notar que el meacutetodo contempla factores de medio ambiente y

varios tipos o clases de asfalto seguacuten las necesidades particulares del disentildeo A

continuacioacuten ver la tabla

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Page 10: PAVIMENTOS-FLEXIBLES

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Para pavimentos flexibles se tiene los siguientes factores de carga equivalente

FACTORES DE EQUIVALENCIA

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TRANSITO DE DISENtildeO

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ESA L S=ADTOlowast(T )lowast(T f )lowastFClowastFDlowastFLlowast365

DONDE

ADTO= se obtiene de la sumatoria de la multiplicacioacuten del nuacutemero de repeticiones de un vehiacuteculo por su factor destructivo (LEFrsquoS) para todos los que transitan por la viacutea

T y T F = Son los porcentajes de camiones cuando se cuenta con el nuacutemero real de los vehiacuteculos estos factores se toman como 1

Fd = factor de distribucioacuten direccional se toma de tablas

FL= Factor de distribucioacuten de carril

FC= Factor de crecimiento

- NIVEL DE CONFIABILIDAD Y DESVIACION ESTANDAR Z0

El nivel de confianza es uno de los paraacutemetros importantes introducidos por la AASHTO al disentildeo de pavimentos porque establece un criterio que estaacute relacionado con el desempentildeo del pavimento frente a las solicitaciones exteriores La confiabilidad se define como la probabilidad de que el pavimento disentildeado se comporte de manera satisfactoria durante toda su vida de proyecto bajo las solicitaciones de carga e intemperismo o la probabilidad de que los problemas de deformacioacuten y fallas esteacuten por debajo de los niveles permisibles Para elegir el valor de este paraacutemetro se considera la importancia del camino la confiabilidad de la resistencia de cada una de las capas y el traacutensito de disentildeo pronosticado

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La esquematizacioacuten del comportamiento real del pavimento y la curva de disentildeo propuesta por la AASHTO tienen la misma forma pero no coinciden La falta de coincidencia se debe a los errores asociados a la ecuacioacuten de comportamiento propuesta y a la dispersioacuten de la informacioacuten utilizada en el dimensionamiento del pavimento Por esta razoacuten la AASHTO adoptoacute un enfoque regresional para ajustar estas dos curvas De esta forma los errores se representan mediante una desviacioacuten estaacutendar So para compatibilizar los dos comportamientos El factor de ajuste entre las dos curvas se define como el producto de la desviacioacuten normal ZR por la desviacioacuten estaacutendar So Los factores de desviacioacuten normal ZR se muestran a continuacioacuten

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- COEFICIENTE DE DRENAJE CD

El valor de este coeficiente depende de dos paraacutemetros la capacidad del drenaje que se determina de acuerdo al tiempo que tarda el agua en ser evacuada del pavimento y el porcentaje de tiempo durante el cual el pavimento estaacute expuesto a niveles de humedad proacuteximos a la saturacioacuten en el transcurso del antildeo Dicho porcentaje depende de la precipitacioacuten media anual y de las condiciones de drenaje la AASHTO define cinco capacidades de drenaje que se muestran en la siguiente tabla

P= (S+R ) X 100365

Donde

P = Porcentaje de tiempo en que el pavimento estaacute proacuteximo a la saturacioacuten

S = Diacuteas de traslape entre la eacutepoca lluviosa y seca

R = Diacuteas con lluvia en que el pavimento puede drenar hasta el 85 del estado de saturacioacuten en 24 horas o menos

De acuerdo a las capacidades de drenaje la AASHTO establece los factores de correccioacuten m2 (bases) y m3 (sub-bases granulares sin estabilizar) los

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cuales estaacuten dados en la Tabla IV7 en funcioacuten del porcentaje de tiempo a lo largo de un antildeo en el cual la estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles de humedad proacuteximos a la saturacioacuten

- DESVIACION ESTANDAR (s0 iquest

La Desviacioacuten Estaacutendar Combinada (So) es un valor que toma en cuenta la variabilidad esperada de la prediccioacuten del traacutensito y de los otros factores que afectan el comportamiento del pavimento como por ejemplo construccioacuten medio ambiente incertidumbre del modelo La Guiacutea AASHTO recomienda adoptar para los pavimentos flexibles valores de So comprendidos entre 040 y 050 en el presente Manual se adopta para los disentildeos recomendados el valor de 045

- DETERMINACION DEL NUacuteMERO ESTRUCTURAL

El meacutetodo estaacute basado en el caacutelculo del Nuacutemero Estructural ldquoSNrdquo sobre la capa subrasante o cuerpo del terrapleacuten Para esto se dispone del abaco y ecuacioacuten siguiente

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Donde

W18 = Traacutefico equivalente o ESALacutes

ZR = Factor de desviacioacuten normal para un nivel de confiabilidad R

So = Desviacioacuten estaacutendar

ΔPSI =Diferencia entre los iacutendices de servicio inicial y el final deseado

MR = Moacutedulo de resiliencia efectivo de la subrasante

SN = Nuacutemero estructural

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- DETERMINACION DE ESPESORES POR CAPA

La estructura del pavimento flexible estaacute formada por un sistema de varias capas por lo cual debe dimensionarse cada una de ellas considerando sus caracteriacutesticas propias

Una vez que el disentildeador ha obtenido el Nuacutemero Estructural SN para la seccioacuten estructural del pavimento se requiere determinar una seccioacuten multicapa que en conjunto provea una suficiente capacidad de soporte equivalente al nuacutemero estructural de disentildeo Para este fin se utiliza la siguiente ecuacioacuten que permite obtener los espesores de la capa de rodamiento o carpeta de la capa base y de la sub-base

Donde

a1 a2 y a3 = Coeficientes estructurales de capa de carpeta base y sub-base respectivamente

D1 D2 y D3 = Espesor de la carpeta base y sub-base respectivamente en pulgadas

m2 y m3 = Coeficientes de drenaje para base y sub-base respectivamente

De la misma manera se deberaacute obtener los coeficientes estructurales de la carpeta asfaacuteltica (a1) de la capa base (a2) y de la sub-base (a3) utilizando los valores del moacutedulo de resiliencia correspondientes a cada una de ellas

Los coeficientes de capa a1 a2 y a3 se obtienen utilizando las correlaciones de valores de diferentes pruebas de laboratorio Moacutedulo Resiliente Texas Triaxial Valor R y CBR tal como se muestra en las siguientes figuras

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Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la carpeta asfaacuteltica ldquoa1rdquo Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la capa base granular ldquoa2rdquo

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la sub-base granular ldquoa3rdquoFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures

1993

- ESPESORES MINIMOS EN FUNCION DEL ldquoSNrdquo

En el control de los espesores D1 D2 y D3 a traveacutes del SN se busca dar proteccioacuten a las capas granulares no tratadas de las tensiones verticales excesivas que produciriacutean deformaciones permanentes como se muestra en el graacutefico siguiente Los materiales son seleccionados para cada capa de acuerdo a las recomendaciones del meacutetodo por tanto se conocen los moacutedulos resilientes de cada capa Usando el aacutebaco del SN se determinan los nuacutemeros estructurales requeridos para proteger cada capa no tratada

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utilizando el moacutedulo resiliente de la capa que es encuentra inmediatamente por debajo por ejemplo para sacar el espesor D1 de la carpeta se considera el MR de la capa base y asiacute se obtiene el SN1 que debe ser soportado por la carpeta asfaacuteltica de donde

Se adopta un espesor D1 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido por esta capa seraacute

S N1=a1lowastD1

Para determinar el espesor miacutenimo de la capa base se entra al aacutebaco con el MR de la sub-base para obtener el nuacutemero estructural SN2 que seraacute absorbido por la carpeta y la capa base de donde

D2geSN 2minusSN 1

a2lowastm2geSN B

a2lowastm2

Se adopta un espesor D2 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido seraacute

S Nb=a2lowastm2lowastD 2

SNb = Nuacutemero estructural de la base

Finalmente para la sub-base se ingresa con el MR que corresponde a la subrasante y se obtiene SN3 = SN para todo el paquete estructural por tanto el espesor seraacute

D3geSNminusiquestiquestiquest

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Se adopta un espesor D3 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido por la sub-base seraacute

S N3=a3lowastm3lowastD3

SN SB = Nuacutemero estructural de la sub base

La suma de los nuacutemeros estructurales de las capas que constituyen el pavimento debe ser mayor o igual a

SN 1+SN 2+SN 3ge SN

Este procedimiento no es aplicable para determinar espesores sobre capas que tengan un moacutedulo resiliente mayor a 40000 psi (280 MPa) En este caso los espesores se determinaran mediante criterios constructivos o de acuerdo a la relacioacuten costo-eficiencia

PROBLEMA RESUELTO 01

Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado (ambas direcciones) = 6 x 104 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

Crecimiento de camiones (por antildeo) = 0 (Sin crecimiento)

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 3450 MPa = 500000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MB = 172 MPa = 25000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 827 MPa = 12000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante

Invierno (med Diciembre-fines Febrero) MR = 207 MPa = 30000 psi

Primavera (med Marzo-fines Abril) MR = 689 MPa = 1000 psi

Verano y Otontildeo (princ Mayo-med Diciembre) MR = 345 MPa = 5000 psi

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Solucioacuten

Algunas variables de entrada deben seleccionarse en base a la importancia funcional del pavimento consideraciones de construccioacuten por etapas conocimiento de la calidad de la construccioacuten y experiencia Asiacute se adoptan este tipo de variables

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 90

Desviacioacuten estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial p0 = 5

Serviciabilidad final pt = 25

En cada etapa la confiabilidad seraacute R = (090)frac12 = 095 = 95

El traacutensito esperado para el final de la vida uacutetil seraacute

W18 = Factor de crecimiento traacutensito traacutensito inicial DD TD

= 10 6 x 104 ESALs 050 070 = 21 x 105 ESALs

El moacutedulo efectivo de la subrasante es MR = 1415 MPa = 2100 psi

Variacioacuten de serviciabilidad ΔPSI = p0 ndash pt = 5 ndash 25 = 25 por traacutensito

Para R = 95 S0 = 035 W18 = 21 x 105 ESALs MR = 2100 psi y ΔPSI = 25 corresponde SN =

9652 mm (38 pulg) con

SN1 = 4064 mm (16 pulg) para proteccioacuten de base

SN2 = 5842 mm (23 pulg) para proteccioacuten de sub-base

Los coeficientes estructurales o de capa funcioacuten de la calidad de los materiales que forman cada capa son

Concreto asfaacuteltico a1 = 046

Base a2 = 012

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Sub-base a3 = 0 9

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo por lo que m2 = 112 La sub-base tiene caracteriacutesticas de drenaje pobre y estaraacute saturada el 25 del tiempo correspondieacutendole un coeficiente de drenaje m3 = 085

Espesor miacutenimo para capa asfaacuteltica

D1geSN1

a1 =4084046 = 88 mm (352 pulg) tomamos 90 mm

SN 1= a1lowastD1= 046 x 90 = 414 mm

Base granular

Como la capa maacutes efectiva desde el punto de vista econoacutemico es la base granular se elimina la sub-base resultando el espesor de base

D2geSN 2minusSN 1

a2lowastm2=9652minus414012lowast112

=41012mmtomamos 420mm

SN 2= a2lowastm2iquestD2= 420 x 012 x 112 = 5645 mm

SN 2+SN 1=414+5645=9785gt9652OK

PROBLEMA RESUELTO 02

Autopista urbana W18 = 2 x 105 ESALs El agua drena del pavimento en aproximadamente una semana y la estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles proacuteximos a la saturacioacuten en un 30 del tiempo Los datos de los materiales son Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3100 MPa = 450000 psi

Base CBR = 100 MB = 214 MPa = 31000 psi

Sub-base CBR = 16 MSB = 904 MPa = 13111 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 538 MPa = 7800 psi

Solucioacuten

Como el pavimento es para una autopista urbana se adopta

R = 99

S0 = 02

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po = 45

Pt = 25

Y asiacute se obtiene del aacutebaco

SN = 6096 mm (24 pulg)

SN1 = 381 mm (15 pulg)

SN2 = 508 mm (2 pulg)

Los coeficientes de drenaje para base y sub-base son m2 = m3 = 080

Espesor de concreto asfaacuteltico

D1geSN1

a1 =3819044 = 866 mm (34 pulg) tomamos 90 mm

SN 1= a1lowastD1= 044 x 90 = 396 mm

Espesor para base

D2geSN 2minusSN 1

a2lowastm2=5080minus3960014lowast080

=100mmtomamos 110mm

SN 2= a2lowastm2iquestD2= 014 x 080 x 110 = 1232 mm

Espesor para sub-base

D3geSNminusiquestiquestiquest

SN 3= a3lowastm3iquestD3= 010 x 080 x 140 = 1120 mm

SN 3+SN2+SN 1=381+1232+112=6162gt6096OK

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ANEXOS

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MEacuteTODO DE DISENtildeO - INSTITUTO DEL ASFALTO

Este meacutetodo estaacute basado en el establecimiento de un liacutemite de deflexioacuten a la

estructura del pavimento el cual es funcioacuten del nuacutemero e intensidad de aplicaciones

de carga

El primer paso para la aplicacioacuten del meacutetodo del Instituto Norteamericano del Asfalto

consiste en determinar el nuacutemero de traacutensito para el periodo de disentildeo

Por otro lado el meacutetodo permite el empleo de concreto asfaacuteltico o emulsiones

asfaacutelticas en la totalidad o en parte de la estructura del pavimento e incluye varias

combinaciones de capa de rodadura y bases de concreto asfaacuteltico de capa de

rodadura y bases con emulsiones asfaacutelticas asiacute como capas de rodadura asfaacuteltica

con base y subbase granulares

Tambieacuten considera al pavimento como un sistema elaacutestico de varias capas y para su

anaacutelisis emplea conceptos teoacutericos experimentales y corridas de programa de

coacutemputo sin embargo con el objeto de simplificar el meacutetodo el Instituto de Asfalto

propone una serie de aacutebacos que permiten la aplicacioacuten del meacutetodo en forma raacutepida y

sencilla

5511 Criterios de disentildeoMediante esta metodologiacutea se asume que las cargas en la superficie del pavimento

producen 2 deformaciones que son consideradas criacuteticas para el disentildeo Estas

deformaciones unitarias son

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bull La deformacioacuten horizontal de tensioacuten t e en el fondo de la capa asfaacuteltica maacutes profunda ya sea que se trate de concreto asfaacuteltico o de una capa tratada con asfalto emulsificado y

bull La deformacioacuten vertical de compresioacuten c e en la parte superior de la capa de subrasante

Si t e es excesiva se produciraacuten fisuras en la capa asfaacuteltica mientras que si c e es excesiva se produciraacuten deformaciones permanentes en la superficie del pavimento

Debido a la heterogeneidad de vehiacuteculos existentes se debe primero analizar

cada eje del vehiacuteculo a fin de encontrar la incidencia de carga que cada uno

produce (factor de equivalencia de carga)

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Como ejemplo para la realidad nacional un vehiacuteculo liviano con ejes simples se

conforma de la siguiente manera el eje delantero con una carga bruta de 2000 lb

el eje trasero con 4000 lb (Seguacuten EMAPE) Su conversioacuten a ejes simples es de

000018 y 000209 respectivamente Estos valores son altos para un vehiacuteculo

ligero promedio Sin embargo se toma el caso maacutes desfavorable debido a que

ellos se encuentran conformados por autos camionetas y furgonetas

Cada eje puede llevar en sus extremos un neumaacutetico en cuyo caso se designa

como neumaacutetico simple o dos neumaacuteticos en cuyo caso se designa como

neumaacuteticos gemelos o duales

Los tipos de ejes legalmente reconocidos son

Eje simple un uacutenico eje

Eje taacutendem grupo de dos ejes sucesivos cuya distancia entre centros es menor a

2 metros

Eje tridem grupo de tres ejes sucesivos cuya distancia entre centros es menor a 2

metros

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Carril del disentildeoPara calles y carreteras de 2 carriles el carril de disentildeo puede ser cualquiera de

los carriles de la viacutea mientras que para calles y carreteras de carriles muacuteltiples

generalmente es el carril externo

Entonces para el caacutelculo del porcentaje de camiones en el flujo vehicular sobre el

carril de disentildeo el actual meacutetodo recomienda los siguientes valores

Tabla 01 Porcentaje de camiones en el carril de disentildeo

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A continuacioacuten se visualiza la tabla 02 para la conversioacuten de cualquier carga yo

combinacioacuten de ejes y de neumaacuteticos en un nuacutemero total de pasadas del eje

estaacutendar

Periacuteodo de disentildeo y tasa de crecimiento anualEn la Tabla 03 se presenta la relacioacuten entre la taza de crecimiento anual

Afectando el iacutendice medio diario anual por la taza de crecimiento se estima el

crecimiento del volumen vehicular proyectado para los antildeos que se disentildeo el

pavimento

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La tasa de crecimiento para diferentes tipos de vehiacuteculos puede ser estimada

variando el crecimiento normal entre 3 y 5 por antildeo No obstante carreteras

nuevas o nuevos desarrollos pueden generar incrementos de mayor magnitud los

cuales pueden alcanzar valores de hasta 10

Aacuterea de contacto y presioacuten de neumaacutetico

Es sabido que la carga puede causar mas dantildeo si la presioacuten del neumaacutetico es alta

(por la menor aacuterea de contacto) Tener en cuenta pues que la presioacuten del

neumaacutetico no siempre es igual a la presioacuten de contacto

En la versioacuten actual el meacutetodo incorpora factores de ajuste de los ejes

equivalentes de disentildeo para diferentes presiones de contacto de las llantas sobre

el pavimento en funcioacuten de su presioacuten de inflado y de los espesores de la carpeta

asfaacuteltica donde contempla desde cuatro hasta diez pulgadas de espesor Ver

Figura 01

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Estimacioacuten del traacutensito vehicularPara obtener el iacutendice medio diario o traacutefico diario promedio es necesario contar

con una estacioacuten de control la cual recoja los diferentes datos del volumen

vehicular a fin de agruparlos por categoriacuteas seguacuten las normas propuestas para

cada paiacutes Ya teniendo esa informacioacuten se afecta cada grupo vehicular por un

factor de equivalencia de carga El nuacutemero de repeticiones para producir igual

dantildeo se basa en factores de equivalencia entre la carga real (volumen vehicular) y

la carga estaacutendar (eje simple 18000lb)

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Evaluacioacuten de los materialesPara el disentildeo de los espesores de una seccioacuten estructural del pavimento flexible

el meacutetodo actual del Instituto del Asfalto considera como paraacutemetro fundamental

dentro de la evaluacioacuten de los materiales la obtencioacuten del Moacutedulo de Resilencia

(Mr) de la subrasante Sin embargo reconocen que no todos los organismos

tienen el equipo adecuado para llevar a cabo tal prueba por lo que han

establecido factores de correlacioacuten entre Mr y la prueba estaacutendar de Valor Relativo

de Soporte CBR Sentildealan que los resultados son bastante aproximados sin

embargo para un disentildeo preciso se recomienda llevar a cabo la prueba del

Moacutedulo de Resiliencia para la subrasante

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Restricciones de tiempoUn pavimento debe ser disentildeado para soportar los efectos acumulados del traacutensito

para cualquier periacuteodo de tiempo El periacuteodo seleccionado que dura el pavimento

antes que requiera rehabilitacioacuten se define como ldquoPeriacuteodo de Disentildeordquo Al teacutermino

de eacuteste se espera que el pavimento requiera alguna rehabilitacioacuten mayor como

puede ser una sobre carpeta de refuerzo para restaurar su condicioacuten original

Luego de la primera intervencioacuten la vida uacutetil del pavimento o ldquoPeriacuteodo de Anaacutelisisrdquo

puede ser extendida indefinidamente a traveacutes de mejoramientos sucesivos de

rehabilitacioacuten hasta que el pavimento sea obsoleto por cambios significativos en

pendientes alineamiento geomeacutetrico y otros factores

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En funcioacuten del traacutensito esperado sobre el pavimento en estudio el meacutetodo del

Instituto del Asfalto recomienda los siguientes valores percentiles para calcular el

Moacutedulo de Resiliencia de disentildeo de la capa subrasante

Con las muestras de material obtenidas en el campo y con los resultados

obtenidos en el laboratorio para determinar sus Moacutedulos de Resiliencia se deberaacute

calcular el Mr de disentildeo de la capa subrasante con los percentiles sugeridos en la

tabla anterior

Para los requerimientos de compactacioacuten en las capas de base y subbase el

actual meacutetodo proporciona las siguientes recomendaciones

Capas de base y subbase formadas con materiales granulares sin tratamiento

esto es no estabilizadas deberaacuten compactarse con un contenido de humedad

oacuteptimo maacutes menos 15 puntos en porcentaje para alcanzar una densidad miacutenima

del 100 de la densidad maacutexima de laboratorio

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Asiacute mismo recomienda los siguientes valores para las diferentes pruebas a

realizarse con materiales de bases y subbases Ver tabla 05

Propiedades de los materialesLas bases estabilizadas con emulsiones asfaacutelticas corresponden a tres tipos de

Mezcla seguacuten la clase de agregados utilizados se tiene

Tipo I Mezcla elaborada con agregados procesados de gradacioacuten densa

Tipo II Mezcla elaborada con agregados semi-procesados

Tipo III Mezcla elaborada con arenas o arenas limosas

En cuanto a requerimientos de espesores miacutenimos en funcioacuten del nivel de traacutensito

en ejes equivalentes el meacutetodo recomienda los siguientes valores

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A) Para superficies de concreto asfaacuteltico construidas sobre bases estabilizadas

con emulsioacuten asfaacuteltica

Podraacute usarse concreto asfaacuteltico o mezclas asfaacutelticas emulsificadas Tipo I conun tratamiento superficial sobre bases asfaacutelticas tipo II o III

B) Para superficies de concreto asfaacuteltico construido sobre bases granulares sin

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Estabilizar

Factores ambientalesEs importante hacer notar que el meacutetodo contempla factores de medio ambiente y

varios tipos o clases de asfalto seguacuten las necesidades particulares del disentildeo A

continuacioacuten ver la tabla

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Page 11: PAVIMENTOS-FLEXIBLES

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TRANSITO DE DISENtildeO

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ESA L S=ADTOlowast(T )lowast(T f )lowastFClowastFDlowastFLlowast365

DONDE

ADTO= se obtiene de la sumatoria de la multiplicacioacuten del nuacutemero de repeticiones de un vehiacuteculo por su factor destructivo (LEFrsquoS) para todos los que transitan por la viacutea

T y T F = Son los porcentajes de camiones cuando se cuenta con el nuacutemero real de los vehiacuteculos estos factores se toman como 1

Fd = factor de distribucioacuten direccional se toma de tablas

FL= Factor de distribucioacuten de carril

FC= Factor de crecimiento

- NIVEL DE CONFIABILIDAD Y DESVIACION ESTANDAR Z0

El nivel de confianza es uno de los paraacutemetros importantes introducidos por la AASHTO al disentildeo de pavimentos porque establece un criterio que estaacute relacionado con el desempentildeo del pavimento frente a las solicitaciones exteriores La confiabilidad se define como la probabilidad de que el pavimento disentildeado se comporte de manera satisfactoria durante toda su vida de proyecto bajo las solicitaciones de carga e intemperismo o la probabilidad de que los problemas de deformacioacuten y fallas esteacuten por debajo de los niveles permisibles Para elegir el valor de este paraacutemetro se considera la importancia del camino la confiabilidad de la resistencia de cada una de las capas y el traacutensito de disentildeo pronosticado

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La esquematizacioacuten del comportamiento real del pavimento y la curva de disentildeo propuesta por la AASHTO tienen la misma forma pero no coinciden La falta de coincidencia se debe a los errores asociados a la ecuacioacuten de comportamiento propuesta y a la dispersioacuten de la informacioacuten utilizada en el dimensionamiento del pavimento Por esta razoacuten la AASHTO adoptoacute un enfoque regresional para ajustar estas dos curvas De esta forma los errores se representan mediante una desviacioacuten estaacutendar So para compatibilizar los dos comportamientos El factor de ajuste entre las dos curvas se define como el producto de la desviacioacuten normal ZR por la desviacioacuten estaacutendar So Los factores de desviacioacuten normal ZR se muestran a continuacioacuten

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- COEFICIENTE DE DRENAJE CD

El valor de este coeficiente depende de dos paraacutemetros la capacidad del drenaje que se determina de acuerdo al tiempo que tarda el agua en ser evacuada del pavimento y el porcentaje de tiempo durante el cual el pavimento estaacute expuesto a niveles de humedad proacuteximos a la saturacioacuten en el transcurso del antildeo Dicho porcentaje depende de la precipitacioacuten media anual y de las condiciones de drenaje la AASHTO define cinco capacidades de drenaje que se muestran en la siguiente tabla

P= (S+R ) X 100365

Donde

P = Porcentaje de tiempo en que el pavimento estaacute proacuteximo a la saturacioacuten

S = Diacuteas de traslape entre la eacutepoca lluviosa y seca

R = Diacuteas con lluvia en que el pavimento puede drenar hasta el 85 del estado de saturacioacuten en 24 horas o menos

De acuerdo a las capacidades de drenaje la AASHTO establece los factores de correccioacuten m2 (bases) y m3 (sub-bases granulares sin estabilizar) los

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cuales estaacuten dados en la Tabla IV7 en funcioacuten del porcentaje de tiempo a lo largo de un antildeo en el cual la estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles de humedad proacuteximos a la saturacioacuten

- DESVIACION ESTANDAR (s0 iquest

La Desviacioacuten Estaacutendar Combinada (So) es un valor que toma en cuenta la variabilidad esperada de la prediccioacuten del traacutensito y de los otros factores que afectan el comportamiento del pavimento como por ejemplo construccioacuten medio ambiente incertidumbre del modelo La Guiacutea AASHTO recomienda adoptar para los pavimentos flexibles valores de So comprendidos entre 040 y 050 en el presente Manual se adopta para los disentildeos recomendados el valor de 045

- DETERMINACION DEL NUacuteMERO ESTRUCTURAL

El meacutetodo estaacute basado en el caacutelculo del Nuacutemero Estructural ldquoSNrdquo sobre la capa subrasante o cuerpo del terrapleacuten Para esto se dispone del abaco y ecuacioacuten siguiente

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Donde

W18 = Traacutefico equivalente o ESALacutes

ZR = Factor de desviacioacuten normal para un nivel de confiabilidad R

So = Desviacioacuten estaacutendar

ΔPSI =Diferencia entre los iacutendices de servicio inicial y el final deseado

MR = Moacutedulo de resiliencia efectivo de la subrasante

SN = Nuacutemero estructural

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- DETERMINACION DE ESPESORES POR CAPA

La estructura del pavimento flexible estaacute formada por un sistema de varias capas por lo cual debe dimensionarse cada una de ellas considerando sus caracteriacutesticas propias

Una vez que el disentildeador ha obtenido el Nuacutemero Estructural SN para la seccioacuten estructural del pavimento se requiere determinar una seccioacuten multicapa que en conjunto provea una suficiente capacidad de soporte equivalente al nuacutemero estructural de disentildeo Para este fin se utiliza la siguiente ecuacioacuten que permite obtener los espesores de la capa de rodamiento o carpeta de la capa base y de la sub-base

Donde

a1 a2 y a3 = Coeficientes estructurales de capa de carpeta base y sub-base respectivamente

D1 D2 y D3 = Espesor de la carpeta base y sub-base respectivamente en pulgadas

m2 y m3 = Coeficientes de drenaje para base y sub-base respectivamente

De la misma manera se deberaacute obtener los coeficientes estructurales de la carpeta asfaacuteltica (a1) de la capa base (a2) y de la sub-base (a3) utilizando los valores del moacutedulo de resiliencia correspondientes a cada una de ellas

Los coeficientes de capa a1 a2 y a3 se obtienen utilizando las correlaciones de valores de diferentes pruebas de laboratorio Moacutedulo Resiliente Texas Triaxial Valor R y CBR tal como se muestra en las siguientes figuras

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Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la carpeta asfaacuteltica ldquoa1rdquo Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la capa base granular ldquoa2rdquo

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la sub-base granular ldquoa3rdquoFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures

1993

- ESPESORES MINIMOS EN FUNCION DEL ldquoSNrdquo

En el control de los espesores D1 D2 y D3 a traveacutes del SN se busca dar proteccioacuten a las capas granulares no tratadas de las tensiones verticales excesivas que produciriacutean deformaciones permanentes como se muestra en el graacutefico siguiente Los materiales son seleccionados para cada capa de acuerdo a las recomendaciones del meacutetodo por tanto se conocen los moacutedulos resilientes de cada capa Usando el aacutebaco del SN se determinan los nuacutemeros estructurales requeridos para proteger cada capa no tratada

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utilizando el moacutedulo resiliente de la capa que es encuentra inmediatamente por debajo por ejemplo para sacar el espesor D1 de la carpeta se considera el MR de la capa base y asiacute se obtiene el SN1 que debe ser soportado por la carpeta asfaacuteltica de donde

Se adopta un espesor D1 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido por esta capa seraacute

S N1=a1lowastD1

Para determinar el espesor miacutenimo de la capa base se entra al aacutebaco con el MR de la sub-base para obtener el nuacutemero estructural SN2 que seraacute absorbido por la carpeta y la capa base de donde

D2geSN 2minusSN 1

a2lowastm2geSN B

a2lowastm2

Se adopta un espesor D2 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido seraacute

S Nb=a2lowastm2lowastD 2

SNb = Nuacutemero estructural de la base

Finalmente para la sub-base se ingresa con el MR que corresponde a la subrasante y se obtiene SN3 = SN para todo el paquete estructural por tanto el espesor seraacute

D3geSNminusiquestiquestiquest

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Se adopta un espesor D3 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido por la sub-base seraacute

S N3=a3lowastm3lowastD3

SN SB = Nuacutemero estructural de la sub base

La suma de los nuacutemeros estructurales de las capas que constituyen el pavimento debe ser mayor o igual a

SN 1+SN 2+SN 3ge SN

Este procedimiento no es aplicable para determinar espesores sobre capas que tengan un moacutedulo resiliente mayor a 40000 psi (280 MPa) En este caso los espesores se determinaran mediante criterios constructivos o de acuerdo a la relacioacuten costo-eficiencia

PROBLEMA RESUELTO 01

Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado (ambas direcciones) = 6 x 104 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

Crecimiento de camiones (por antildeo) = 0 (Sin crecimiento)

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 3450 MPa = 500000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MB = 172 MPa = 25000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 827 MPa = 12000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante

Invierno (med Diciembre-fines Febrero) MR = 207 MPa = 30000 psi

Primavera (med Marzo-fines Abril) MR = 689 MPa = 1000 psi

Verano y Otontildeo (princ Mayo-med Diciembre) MR = 345 MPa = 5000 psi

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Solucioacuten

Algunas variables de entrada deben seleccionarse en base a la importancia funcional del pavimento consideraciones de construccioacuten por etapas conocimiento de la calidad de la construccioacuten y experiencia Asiacute se adoptan este tipo de variables

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 90

Desviacioacuten estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial p0 = 5

Serviciabilidad final pt = 25

En cada etapa la confiabilidad seraacute R = (090)frac12 = 095 = 95

El traacutensito esperado para el final de la vida uacutetil seraacute

W18 = Factor de crecimiento traacutensito traacutensito inicial DD TD

= 10 6 x 104 ESALs 050 070 = 21 x 105 ESALs

El moacutedulo efectivo de la subrasante es MR = 1415 MPa = 2100 psi

Variacioacuten de serviciabilidad ΔPSI = p0 ndash pt = 5 ndash 25 = 25 por traacutensito

Para R = 95 S0 = 035 W18 = 21 x 105 ESALs MR = 2100 psi y ΔPSI = 25 corresponde SN =

9652 mm (38 pulg) con

SN1 = 4064 mm (16 pulg) para proteccioacuten de base

SN2 = 5842 mm (23 pulg) para proteccioacuten de sub-base

Los coeficientes estructurales o de capa funcioacuten de la calidad de los materiales que forman cada capa son

Concreto asfaacuteltico a1 = 046

Base a2 = 012

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Sub-base a3 = 0 9

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo por lo que m2 = 112 La sub-base tiene caracteriacutesticas de drenaje pobre y estaraacute saturada el 25 del tiempo correspondieacutendole un coeficiente de drenaje m3 = 085

Espesor miacutenimo para capa asfaacuteltica

D1geSN1

a1 =4084046 = 88 mm (352 pulg) tomamos 90 mm

SN 1= a1lowastD1= 046 x 90 = 414 mm

Base granular

Como la capa maacutes efectiva desde el punto de vista econoacutemico es la base granular se elimina la sub-base resultando el espesor de base

D2geSN 2minusSN 1

a2lowastm2=9652minus414012lowast112

=41012mmtomamos 420mm

SN 2= a2lowastm2iquestD2= 420 x 012 x 112 = 5645 mm

SN 2+SN 1=414+5645=9785gt9652OK

PROBLEMA RESUELTO 02

Autopista urbana W18 = 2 x 105 ESALs El agua drena del pavimento en aproximadamente una semana y la estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles proacuteximos a la saturacioacuten en un 30 del tiempo Los datos de los materiales son Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3100 MPa = 450000 psi

Base CBR = 100 MB = 214 MPa = 31000 psi

Sub-base CBR = 16 MSB = 904 MPa = 13111 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 538 MPa = 7800 psi

Solucioacuten

Como el pavimento es para una autopista urbana se adopta

R = 99

S0 = 02

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po = 45

Pt = 25

Y asiacute se obtiene del aacutebaco

SN = 6096 mm (24 pulg)

SN1 = 381 mm (15 pulg)

SN2 = 508 mm (2 pulg)

Los coeficientes de drenaje para base y sub-base son m2 = m3 = 080

Espesor de concreto asfaacuteltico

D1geSN1

a1 =3819044 = 866 mm (34 pulg) tomamos 90 mm

SN 1= a1lowastD1= 044 x 90 = 396 mm

Espesor para base

D2geSN 2minusSN 1

a2lowastm2=5080minus3960014lowast080

=100mmtomamos 110mm

SN 2= a2lowastm2iquestD2= 014 x 080 x 110 = 1232 mm

Espesor para sub-base

D3geSNminusiquestiquestiquest

SN 3= a3lowastm3iquestD3= 010 x 080 x 140 = 1120 mm

SN 3+SN2+SN 1=381+1232+112=6162gt6096OK

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ANEXOS

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MEacuteTODO DE DISENtildeO - INSTITUTO DEL ASFALTO

Este meacutetodo estaacute basado en el establecimiento de un liacutemite de deflexioacuten a la

estructura del pavimento el cual es funcioacuten del nuacutemero e intensidad de aplicaciones

de carga

El primer paso para la aplicacioacuten del meacutetodo del Instituto Norteamericano del Asfalto

consiste en determinar el nuacutemero de traacutensito para el periodo de disentildeo

Por otro lado el meacutetodo permite el empleo de concreto asfaacuteltico o emulsiones

asfaacutelticas en la totalidad o en parte de la estructura del pavimento e incluye varias

combinaciones de capa de rodadura y bases de concreto asfaacuteltico de capa de

rodadura y bases con emulsiones asfaacutelticas asiacute como capas de rodadura asfaacuteltica

con base y subbase granulares

Tambieacuten considera al pavimento como un sistema elaacutestico de varias capas y para su

anaacutelisis emplea conceptos teoacutericos experimentales y corridas de programa de

coacutemputo sin embargo con el objeto de simplificar el meacutetodo el Instituto de Asfalto

propone una serie de aacutebacos que permiten la aplicacioacuten del meacutetodo en forma raacutepida y

sencilla

5511 Criterios de disentildeoMediante esta metodologiacutea se asume que las cargas en la superficie del pavimento

producen 2 deformaciones que son consideradas criacuteticas para el disentildeo Estas

deformaciones unitarias son

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bull La deformacioacuten horizontal de tensioacuten t e en el fondo de la capa asfaacuteltica maacutes profunda ya sea que se trate de concreto asfaacuteltico o de una capa tratada con asfalto emulsificado y

bull La deformacioacuten vertical de compresioacuten c e en la parte superior de la capa de subrasante

Si t e es excesiva se produciraacuten fisuras en la capa asfaacuteltica mientras que si c e es excesiva se produciraacuten deformaciones permanentes en la superficie del pavimento

Debido a la heterogeneidad de vehiacuteculos existentes se debe primero analizar

cada eje del vehiacuteculo a fin de encontrar la incidencia de carga que cada uno

produce (factor de equivalencia de carga)

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Como ejemplo para la realidad nacional un vehiacuteculo liviano con ejes simples se

conforma de la siguiente manera el eje delantero con una carga bruta de 2000 lb

el eje trasero con 4000 lb (Seguacuten EMAPE) Su conversioacuten a ejes simples es de

000018 y 000209 respectivamente Estos valores son altos para un vehiacuteculo

ligero promedio Sin embargo se toma el caso maacutes desfavorable debido a que

ellos se encuentran conformados por autos camionetas y furgonetas

Cada eje puede llevar en sus extremos un neumaacutetico en cuyo caso se designa

como neumaacutetico simple o dos neumaacuteticos en cuyo caso se designa como

neumaacuteticos gemelos o duales

Los tipos de ejes legalmente reconocidos son

Eje simple un uacutenico eje

Eje taacutendem grupo de dos ejes sucesivos cuya distancia entre centros es menor a

2 metros

Eje tridem grupo de tres ejes sucesivos cuya distancia entre centros es menor a 2

metros

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Carril del disentildeoPara calles y carreteras de 2 carriles el carril de disentildeo puede ser cualquiera de

los carriles de la viacutea mientras que para calles y carreteras de carriles muacuteltiples

generalmente es el carril externo

Entonces para el caacutelculo del porcentaje de camiones en el flujo vehicular sobre el

carril de disentildeo el actual meacutetodo recomienda los siguientes valores

Tabla 01 Porcentaje de camiones en el carril de disentildeo

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A continuacioacuten se visualiza la tabla 02 para la conversioacuten de cualquier carga yo

combinacioacuten de ejes y de neumaacuteticos en un nuacutemero total de pasadas del eje

estaacutendar

Periacuteodo de disentildeo y tasa de crecimiento anualEn la Tabla 03 se presenta la relacioacuten entre la taza de crecimiento anual

Afectando el iacutendice medio diario anual por la taza de crecimiento se estima el

crecimiento del volumen vehicular proyectado para los antildeos que se disentildeo el

pavimento

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La tasa de crecimiento para diferentes tipos de vehiacuteculos puede ser estimada

variando el crecimiento normal entre 3 y 5 por antildeo No obstante carreteras

nuevas o nuevos desarrollos pueden generar incrementos de mayor magnitud los

cuales pueden alcanzar valores de hasta 10

Aacuterea de contacto y presioacuten de neumaacutetico

Es sabido que la carga puede causar mas dantildeo si la presioacuten del neumaacutetico es alta

(por la menor aacuterea de contacto) Tener en cuenta pues que la presioacuten del

neumaacutetico no siempre es igual a la presioacuten de contacto

En la versioacuten actual el meacutetodo incorpora factores de ajuste de los ejes

equivalentes de disentildeo para diferentes presiones de contacto de las llantas sobre

el pavimento en funcioacuten de su presioacuten de inflado y de los espesores de la carpeta

asfaacuteltica donde contempla desde cuatro hasta diez pulgadas de espesor Ver

Figura 01

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Estimacioacuten del traacutensito vehicularPara obtener el iacutendice medio diario o traacutefico diario promedio es necesario contar

con una estacioacuten de control la cual recoja los diferentes datos del volumen

vehicular a fin de agruparlos por categoriacuteas seguacuten las normas propuestas para

cada paiacutes Ya teniendo esa informacioacuten se afecta cada grupo vehicular por un

factor de equivalencia de carga El nuacutemero de repeticiones para producir igual

dantildeo se basa en factores de equivalencia entre la carga real (volumen vehicular) y

la carga estaacutendar (eje simple 18000lb)

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Evaluacioacuten de los materialesPara el disentildeo de los espesores de una seccioacuten estructural del pavimento flexible

el meacutetodo actual del Instituto del Asfalto considera como paraacutemetro fundamental

dentro de la evaluacioacuten de los materiales la obtencioacuten del Moacutedulo de Resilencia

(Mr) de la subrasante Sin embargo reconocen que no todos los organismos

tienen el equipo adecuado para llevar a cabo tal prueba por lo que han

establecido factores de correlacioacuten entre Mr y la prueba estaacutendar de Valor Relativo

de Soporte CBR Sentildealan que los resultados son bastante aproximados sin

embargo para un disentildeo preciso se recomienda llevar a cabo la prueba del

Moacutedulo de Resiliencia para la subrasante

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Restricciones de tiempoUn pavimento debe ser disentildeado para soportar los efectos acumulados del traacutensito

para cualquier periacuteodo de tiempo El periacuteodo seleccionado que dura el pavimento

antes que requiera rehabilitacioacuten se define como ldquoPeriacuteodo de Disentildeordquo Al teacutermino

de eacuteste se espera que el pavimento requiera alguna rehabilitacioacuten mayor como

puede ser una sobre carpeta de refuerzo para restaurar su condicioacuten original

Luego de la primera intervencioacuten la vida uacutetil del pavimento o ldquoPeriacuteodo de Anaacutelisisrdquo

puede ser extendida indefinidamente a traveacutes de mejoramientos sucesivos de

rehabilitacioacuten hasta que el pavimento sea obsoleto por cambios significativos en

pendientes alineamiento geomeacutetrico y otros factores

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En funcioacuten del traacutensito esperado sobre el pavimento en estudio el meacutetodo del

Instituto del Asfalto recomienda los siguientes valores percentiles para calcular el

Moacutedulo de Resiliencia de disentildeo de la capa subrasante

Con las muestras de material obtenidas en el campo y con los resultados

obtenidos en el laboratorio para determinar sus Moacutedulos de Resiliencia se deberaacute

calcular el Mr de disentildeo de la capa subrasante con los percentiles sugeridos en la

tabla anterior

Para los requerimientos de compactacioacuten en las capas de base y subbase el

actual meacutetodo proporciona las siguientes recomendaciones

Capas de base y subbase formadas con materiales granulares sin tratamiento

esto es no estabilizadas deberaacuten compactarse con un contenido de humedad

oacuteptimo maacutes menos 15 puntos en porcentaje para alcanzar una densidad miacutenima

del 100 de la densidad maacutexima de laboratorio

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Asiacute mismo recomienda los siguientes valores para las diferentes pruebas a

realizarse con materiales de bases y subbases Ver tabla 05

Propiedades de los materialesLas bases estabilizadas con emulsiones asfaacutelticas corresponden a tres tipos de

Mezcla seguacuten la clase de agregados utilizados se tiene

Tipo I Mezcla elaborada con agregados procesados de gradacioacuten densa

Tipo II Mezcla elaborada con agregados semi-procesados

Tipo III Mezcla elaborada con arenas o arenas limosas

En cuanto a requerimientos de espesores miacutenimos en funcioacuten del nivel de traacutensito

en ejes equivalentes el meacutetodo recomienda los siguientes valores

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A) Para superficies de concreto asfaacuteltico construidas sobre bases estabilizadas

con emulsioacuten asfaacuteltica

Podraacute usarse concreto asfaacuteltico o mezclas asfaacutelticas emulsificadas Tipo I conun tratamiento superficial sobre bases asfaacutelticas tipo II o III

B) Para superficies de concreto asfaacuteltico construido sobre bases granulares sin

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Estabilizar

Factores ambientalesEs importante hacer notar que el meacutetodo contempla factores de medio ambiente y

varios tipos o clases de asfalto seguacuten las necesidades particulares del disentildeo A

continuacioacuten ver la tabla

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Page 12: PAVIMENTOS-FLEXIBLES

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ESA L S=ADTOlowast(T )lowast(T f )lowastFClowastFDlowastFLlowast365

DONDE

ADTO= se obtiene de la sumatoria de la multiplicacioacuten del nuacutemero de repeticiones de un vehiacuteculo por su factor destructivo (LEFrsquoS) para todos los que transitan por la viacutea

T y T F = Son los porcentajes de camiones cuando se cuenta con el nuacutemero real de los vehiacuteculos estos factores se toman como 1

Fd = factor de distribucioacuten direccional se toma de tablas

FL= Factor de distribucioacuten de carril

FC= Factor de crecimiento

- NIVEL DE CONFIABILIDAD Y DESVIACION ESTANDAR Z0

El nivel de confianza es uno de los paraacutemetros importantes introducidos por la AASHTO al disentildeo de pavimentos porque establece un criterio que estaacute relacionado con el desempentildeo del pavimento frente a las solicitaciones exteriores La confiabilidad se define como la probabilidad de que el pavimento disentildeado se comporte de manera satisfactoria durante toda su vida de proyecto bajo las solicitaciones de carga e intemperismo o la probabilidad de que los problemas de deformacioacuten y fallas esteacuten por debajo de los niveles permisibles Para elegir el valor de este paraacutemetro se considera la importancia del camino la confiabilidad de la resistencia de cada una de las capas y el traacutensito de disentildeo pronosticado

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La esquematizacioacuten del comportamiento real del pavimento y la curva de disentildeo propuesta por la AASHTO tienen la misma forma pero no coinciden La falta de coincidencia se debe a los errores asociados a la ecuacioacuten de comportamiento propuesta y a la dispersioacuten de la informacioacuten utilizada en el dimensionamiento del pavimento Por esta razoacuten la AASHTO adoptoacute un enfoque regresional para ajustar estas dos curvas De esta forma los errores se representan mediante una desviacioacuten estaacutendar So para compatibilizar los dos comportamientos El factor de ajuste entre las dos curvas se define como el producto de la desviacioacuten normal ZR por la desviacioacuten estaacutendar So Los factores de desviacioacuten normal ZR se muestran a continuacioacuten

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- COEFICIENTE DE DRENAJE CD

El valor de este coeficiente depende de dos paraacutemetros la capacidad del drenaje que se determina de acuerdo al tiempo que tarda el agua en ser evacuada del pavimento y el porcentaje de tiempo durante el cual el pavimento estaacute expuesto a niveles de humedad proacuteximos a la saturacioacuten en el transcurso del antildeo Dicho porcentaje depende de la precipitacioacuten media anual y de las condiciones de drenaje la AASHTO define cinco capacidades de drenaje que se muestran en la siguiente tabla

P= (S+R ) X 100365

Donde

P = Porcentaje de tiempo en que el pavimento estaacute proacuteximo a la saturacioacuten

S = Diacuteas de traslape entre la eacutepoca lluviosa y seca

R = Diacuteas con lluvia en que el pavimento puede drenar hasta el 85 del estado de saturacioacuten en 24 horas o menos

De acuerdo a las capacidades de drenaje la AASHTO establece los factores de correccioacuten m2 (bases) y m3 (sub-bases granulares sin estabilizar) los

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cuales estaacuten dados en la Tabla IV7 en funcioacuten del porcentaje de tiempo a lo largo de un antildeo en el cual la estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles de humedad proacuteximos a la saturacioacuten

- DESVIACION ESTANDAR (s0 iquest

La Desviacioacuten Estaacutendar Combinada (So) es un valor que toma en cuenta la variabilidad esperada de la prediccioacuten del traacutensito y de los otros factores que afectan el comportamiento del pavimento como por ejemplo construccioacuten medio ambiente incertidumbre del modelo La Guiacutea AASHTO recomienda adoptar para los pavimentos flexibles valores de So comprendidos entre 040 y 050 en el presente Manual se adopta para los disentildeos recomendados el valor de 045

- DETERMINACION DEL NUacuteMERO ESTRUCTURAL

El meacutetodo estaacute basado en el caacutelculo del Nuacutemero Estructural ldquoSNrdquo sobre la capa subrasante o cuerpo del terrapleacuten Para esto se dispone del abaco y ecuacioacuten siguiente

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Donde

W18 = Traacutefico equivalente o ESALacutes

ZR = Factor de desviacioacuten normal para un nivel de confiabilidad R

So = Desviacioacuten estaacutendar

ΔPSI =Diferencia entre los iacutendices de servicio inicial y el final deseado

MR = Moacutedulo de resiliencia efectivo de la subrasante

SN = Nuacutemero estructural

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- DETERMINACION DE ESPESORES POR CAPA

La estructura del pavimento flexible estaacute formada por un sistema de varias capas por lo cual debe dimensionarse cada una de ellas considerando sus caracteriacutesticas propias

Una vez que el disentildeador ha obtenido el Nuacutemero Estructural SN para la seccioacuten estructural del pavimento se requiere determinar una seccioacuten multicapa que en conjunto provea una suficiente capacidad de soporte equivalente al nuacutemero estructural de disentildeo Para este fin se utiliza la siguiente ecuacioacuten que permite obtener los espesores de la capa de rodamiento o carpeta de la capa base y de la sub-base

Donde

a1 a2 y a3 = Coeficientes estructurales de capa de carpeta base y sub-base respectivamente

D1 D2 y D3 = Espesor de la carpeta base y sub-base respectivamente en pulgadas

m2 y m3 = Coeficientes de drenaje para base y sub-base respectivamente

De la misma manera se deberaacute obtener los coeficientes estructurales de la carpeta asfaacuteltica (a1) de la capa base (a2) y de la sub-base (a3) utilizando los valores del moacutedulo de resiliencia correspondientes a cada una de ellas

Los coeficientes de capa a1 a2 y a3 se obtienen utilizando las correlaciones de valores de diferentes pruebas de laboratorio Moacutedulo Resiliente Texas Triaxial Valor R y CBR tal como se muestra en las siguientes figuras

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Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la carpeta asfaacuteltica ldquoa1rdquo Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la capa base granular ldquoa2rdquo

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la sub-base granular ldquoa3rdquoFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures

1993

- ESPESORES MINIMOS EN FUNCION DEL ldquoSNrdquo

En el control de los espesores D1 D2 y D3 a traveacutes del SN se busca dar proteccioacuten a las capas granulares no tratadas de las tensiones verticales excesivas que produciriacutean deformaciones permanentes como se muestra en el graacutefico siguiente Los materiales son seleccionados para cada capa de acuerdo a las recomendaciones del meacutetodo por tanto se conocen los moacutedulos resilientes de cada capa Usando el aacutebaco del SN se determinan los nuacutemeros estructurales requeridos para proteger cada capa no tratada

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utilizando el moacutedulo resiliente de la capa que es encuentra inmediatamente por debajo por ejemplo para sacar el espesor D1 de la carpeta se considera el MR de la capa base y asiacute se obtiene el SN1 que debe ser soportado por la carpeta asfaacuteltica de donde

Se adopta un espesor D1 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido por esta capa seraacute

S N1=a1lowastD1

Para determinar el espesor miacutenimo de la capa base se entra al aacutebaco con el MR de la sub-base para obtener el nuacutemero estructural SN2 que seraacute absorbido por la carpeta y la capa base de donde

D2geSN 2minusSN 1

a2lowastm2geSN B

a2lowastm2

Se adopta un espesor D2 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido seraacute

S Nb=a2lowastm2lowastD 2

SNb = Nuacutemero estructural de la base

Finalmente para la sub-base se ingresa con el MR que corresponde a la subrasante y se obtiene SN3 = SN para todo el paquete estructural por tanto el espesor seraacute

D3geSNminusiquestiquestiquest

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Se adopta un espesor D3 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido por la sub-base seraacute

S N3=a3lowastm3lowastD3

SN SB = Nuacutemero estructural de la sub base

La suma de los nuacutemeros estructurales de las capas que constituyen el pavimento debe ser mayor o igual a

SN 1+SN 2+SN 3ge SN

Este procedimiento no es aplicable para determinar espesores sobre capas que tengan un moacutedulo resiliente mayor a 40000 psi (280 MPa) En este caso los espesores se determinaran mediante criterios constructivos o de acuerdo a la relacioacuten costo-eficiencia

PROBLEMA RESUELTO 01

Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado (ambas direcciones) = 6 x 104 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

Crecimiento de camiones (por antildeo) = 0 (Sin crecimiento)

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 3450 MPa = 500000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MB = 172 MPa = 25000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 827 MPa = 12000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante

Invierno (med Diciembre-fines Febrero) MR = 207 MPa = 30000 psi

Primavera (med Marzo-fines Abril) MR = 689 MPa = 1000 psi

Verano y Otontildeo (princ Mayo-med Diciembre) MR = 345 MPa = 5000 psi

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Solucioacuten

Algunas variables de entrada deben seleccionarse en base a la importancia funcional del pavimento consideraciones de construccioacuten por etapas conocimiento de la calidad de la construccioacuten y experiencia Asiacute se adoptan este tipo de variables

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 90

Desviacioacuten estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial p0 = 5

Serviciabilidad final pt = 25

En cada etapa la confiabilidad seraacute R = (090)frac12 = 095 = 95

El traacutensito esperado para el final de la vida uacutetil seraacute

W18 = Factor de crecimiento traacutensito traacutensito inicial DD TD

= 10 6 x 104 ESALs 050 070 = 21 x 105 ESALs

El moacutedulo efectivo de la subrasante es MR = 1415 MPa = 2100 psi

Variacioacuten de serviciabilidad ΔPSI = p0 ndash pt = 5 ndash 25 = 25 por traacutensito

Para R = 95 S0 = 035 W18 = 21 x 105 ESALs MR = 2100 psi y ΔPSI = 25 corresponde SN =

9652 mm (38 pulg) con

SN1 = 4064 mm (16 pulg) para proteccioacuten de base

SN2 = 5842 mm (23 pulg) para proteccioacuten de sub-base

Los coeficientes estructurales o de capa funcioacuten de la calidad de los materiales que forman cada capa son

Concreto asfaacuteltico a1 = 046

Base a2 = 012

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Sub-base a3 = 0 9

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo por lo que m2 = 112 La sub-base tiene caracteriacutesticas de drenaje pobre y estaraacute saturada el 25 del tiempo correspondieacutendole un coeficiente de drenaje m3 = 085

Espesor miacutenimo para capa asfaacuteltica

D1geSN1

a1 =4084046 = 88 mm (352 pulg) tomamos 90 mm

SN 1= a1lowastD1= 046 x 90 = 414 mm

Base granular

Como la capa maacutes efectiva desde el punto de vista econoacutemico es la base granular se elimina la sub-base resultando el espesor de base

D2geSN 2minusSN 1

a2lowastm2=9652minus414012lowast112

=41012mmtomamos 420mm

SN 2= a2lowastm2iquestD2= 420 x 012 x 112 = 5645 mm

SN 2+SN 1=414+5645=9785gt9652OK

PROBLEMA RESUELTO 02

Autopista urbana W18 = 2 x 105 ESALs El agua drena del pavimento en aproximadamente una semana y la estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles proacuteximos a la saturacioacuten en un 30 del tiempo Los datos de los materiales son Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3100 MPa = 450000 psi

Base CBR = 100 MB = 214 MPa = 31000 psi

Sub-base CBR = 16 MSB = 904 MPa = 13111 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 538 MPa = 7800 psi

Solucioacuten

Como el pavimento es para una autopista urbana se adopta

R = 99

S0 = 02

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po = 45

Pt = 25

Y asiacute se obtiene del aacutebaco

SN = 6096 mm (24 pulg)

SN1 = 381 mm (15 pulg)

SN2 = 508 mm (2 pulg)

Los coeficientes de drenaje para base y sub-base son m2 = m3 = 080

Espesor de concreto asfaacuteltico

D1geSN1

a1 =3819044 = 866 mm (34 pulg) tomamos 90 mm

SN 1= a1lowastD1= 044 x 90 = 396 mm

Espesor para base

D2geSN 2minusSN 1

a2lowastm2=5080minus3960014lowast080

=100mmtomamos 110mm

SN 2= a2lowastm2iquestD2= 014 x 080 x 110 = 1232 mm

Espesor para sub-base

D3geSNminusiquestiquestiquest

SN 3= a3lowastm3iquestD3= 010 x 080 x 140 = 1120 mm

SN 3+SN2+SN 1=381+1232+112=6162gt6096OK

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ANEXOS

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MEacuteTODO DE DISENtildeO - INSTITUTO DEL ASFALTO

Este meacutetodo estaacute basado en el establecimiento de un liacutemite de deflexioacuten a la

estructura del pavimento el cual es funcioacuten del nuacutemero e intensidad de aplicaciones

de carga

El primer paso para la aplicacioacuten del meacutetodo del Instituto Norteamericano del Asfalto

consiste en determinar el nuacutemero de traacutensito para el periodo de disentildeo

Por otro lado el meacutetodo permite el empleo de concreto asfaacuteltico o emulsiones

asfaacutelticas en la totalidad o en parte de la estructura del pavimento e incluye varias

combinaciones de capa de rodadura y bases de concreto asfaacuteltico de capa de

rodadura y bases con emulsiones asfaacutelticas asiacute como capas de rodadura asfaacuteltica

con base y subbase granulares

Tambieacuten considera al pavimento como un sistema elaacutestico de varias capas y para su

anaacutelisis emplea conceptos teoacutericos experimentales y corridas de programa de

coacutemputo sin embargo con el objeto de simplificar el meacutetodo el Instituto de Asfalto

propone una serie de aacutebacos que permiten la aplicacioacuten del meacutetodo en forma raacutepida y

sencilla

5511 Criterios de disentildeoMediante esta metodologiacutea se asume que las cargas en la superficie del pavimento

producen 2 deformaciones que son consideradas criacuteticas para el disentildeo Estas

deformaciones unitarias son

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bull La deformacioacuten horizontal de tensioacuten t e en el fondo de la capa asfaacuteltica maacutes profunda ya sea que se trate de concreto asfaacuteltico o de una capa tratada con asfalto emulsificado y

bull La deformacioacuten vertical de compresioacuten c e en la parte superior de la capa de subrasante

Si t e es excesiva se produciraacuten fisuras en la capa asfaacuteltica mientras que si c e es excesiva se produciraacuten deformaciones permanentes en la superficie del pavimento

Debido a la heterogeneidad de vehiacuteculos existentes se debe primero analizar

cada eje del vehiacuteculo a fin de encontrar la incidencia de carga que cada uno

produce (factor de equivalencia de carga)

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Como ejemplo para la realidad nacional un vehiacuteculo liviano con ejes simples se

conforma de la siguiente manera el eje delantero con una carga bruta de 2000 lb

el eje trasero con 4000 lb (Seguacuten EMAPE) Su conversioacuten a ejes simples es de

000018 y 000209 respectivamente Estos valores son altos para un vehiacuteculo

ligero promedio Sin embargo se toma el caso maacutes desfavorable debido a que

ellos se encuentran conformados por autos camionetas y furgonetas

Cada eje puede llevar en sus extremos un neumaacutetico en cuyo caso se designa

como neumaacutetico simple o dos neumaacuteticos en cuyo caso se designa como

neumaacuteticos gemelos o duales

Los tipos de ejes legalmente reconocidos son

Eje simple un uacutenico eje

Eje taacutendem grupo de dos ejes sucesivos cuya distancia entre centros es menor a

2 metros

Eje tridem grupo de tres ejes sucesivos cuya distancia entre centros es menor a 2

metros

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Carril del disentildeoPara calles y carreteras de 2 carriles el carril de disentildeo puede ser cualquiera de

los carriles de la viacutea mientras que para calles y carreteras de carriles muacuteltiples

generalmente es el carril externo

Entonces para el caacutelculo del porcentaje de camiones en el flujo vehicular sobre el

carril de disentildeo el actual meacutetodo recomienda los siguientes valores

Tabla 01 Porcentaje de camiones en el carril de disentildeo

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A continuacioacuten se visualiza la tabla 02 para la conversioacuten de cualquier carga yo

combinacioacuten de ejes y de neumaacuteticos en un nuacutemero total de pasadas del eje

estaacutendar

Periacuteodo de disentildeo y tasa de crecimiento anualEn la Tabla 03 se presenta la relacioacuten entre la taza de crecimiento anual

Afectando el iacutendice medio diario anual por la taza de crecimiento se estima el

crecimiento del volumen vehicular proyectado para los antildeos que se disentildeo el

pavimento

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La tasa de crecimiento para diferentes tipos de vehiacuteculos puede ser estimada

variando el crecimiento normal entre 3 y 5 por antildeo No obstante carreteras

nuevas o nuevos desarrollos pueden generar incrementos de mayor magnitud los

cuales pueden alcanzar valores de hasta 10

Aacuterea de contacto y presioacuten de neumaacutetico

Es sabido que la carga puede causar mas dantildeo si la presioacuten del neumaacutetico es alta

(por la menor aacuterea de contacto) Tener en cuenta pues que la presioacuten del

neumaacutetico no siempre es igual a la presioacuten de contacto

En la versioacuten actual el meacutetodo incorpora factores de ajuste de los ejes

equivalentes de disentildeo para diferentes presiones de contacto de las llantas sobre

el pavimento en funcioacuten de su presioacuten de inflado y de los espesores de la carpeta

asfaacuteltica donde contempla desde cuatro hasta diez pulgadas de espesor Ver

Figura 01

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Estimacioacuten del traacutensito vehicularPara obtener el iacutendice medio diario o traacutefico diario promedio es necesario contar

con una estacioacuten de control la cual recoja los diferentes datos del volumen

vehicular a fin de agruparlos por categoriacuteas seguacuten las normas propuestas para

cada paiacutes Ya teniendo esa informacioacuten se afecta cada grupo vehicular por un

factor de equivalencia de carga El nuacutemero de repeticiones para producir igual

dantildeo se basa en factores de equivalencia entre la carga real (volumen vehicular) y

la carga estaacutendar (eje simple 18000lb)

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Evaluacioacuten de los materialesPara el disentildeo de los espesores de una seccioacuten estructural del pavimento flexible

el meacutetodo actual del Instituto del Asfalto considera como paraacutemetro fundamental

dentro de la evaluacioacuten de los materiales la obtencioacuten del Moacutedulo de Resilencia

(Mr) de la subrasante Sin embargo reconocen que no todos los organismos

tienen el equipo adecuado para llevar a cabo tal prueba por lo que han

establecido factores de correlacioacuten entre Mr y la prueba estaacutendar de Valor Relativo

de Soporte CBR Sentildealan que los resultados son bastante aproximados sin

embargo para un disentildeo preciso se recomienda llevar a cabo la prueba del

Moacutedulo de Resiliencia para la subrasante

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Restricciones de tiempoUn pavimento debe ser disentildeado para soportar los efectos acumulados del traacutensito

para cualquier periacuteodo de tiempo El periacuteodo seleccionado que dura el pavimento

antes que requiera rehabilitacioacuten se define como ldquoPeriacuteodo de Disentildeordquo Al teacutermino

de eacuteste se espera que el pavimento requiera alguna rehabilitacioacuten mayor como

puede ser una sobre carpeta de refuerzo para restaurar su condicioacuten original

Luego de la primera intervencioacuten la vida uacutetil del pavimento o ldquoPeriacuteodo de Anaacutelisisrdquo

puede ser extendida indefinidamente a traveacutes de mejoramientos sucesivos de

rehabilitacioacuten hasta que el pavimento sea obsoleto por cambios significativos en

pendientes alineamiento geomeacutetrico y otros factores

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En funcioacuten del traacutensito esperado sobre el pavimento en estudio el meacutetodo del

Instituto del Asfalto recomienda los siguientes valores percentiles para calcular el

Moacutedulo de Resiliencia de disentildeo de la capa subrasante

Con las muestras de material obtenidas en el campo y con los resultados

obtenidos en el laboratorio para determinar sus Moacutedulos de Resiliencia se deberaacute

calcular el Mr de disentildeo de la capa subrasante con los percentiles sugeridos en la

tabla anterior

Para los requerimientos de compactacioacuten en las capas de base y subbase el

actual meacutetodo proporciona las siguientes recomendaciones

Capas de base y subbase formadas con materiales granulares sin tratamiento

esto es no estabilizadas deberaacuten compactarse con un contenido de humedad

oacuteptimo maacutes menos 15 puntos en porcentaje para alcanzar una densidad miacutenima

del 100 de la densidad maacutexima de laboratorio

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Asiacute mismo recomienda los siguientes valores para las diferentes pruebas a

realizarse con materiales de bases y subbases Ver tabla 05

Propiedades de los materialesLas bases estabilizadas con emulsiones asfaacutelticas corresponden a tres tipos de

Mezcla seguacuten la clase de agregados utilizados se tiene

Tipo I Mezcla elaborada con agregados procesados de gradacioacuten densa

Tipo II Mezcla elaborada con agregados semi-procesados

Tipo III Mezcla elaborada con arenas o arenas limosas

En cuanto a requerimientos de espesores miacutenimos en funcioacuten del nivel de traacutensito

en ejes equivalentes el meacutetodo recomienda los siguientes valores

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A) Para superficies de concreto asfaacuteltico construidas sobre bases estabilizadas

con emulsioacuten asfaacuteltica

Podraacute usarse concreto asfaacuteltico o mezclas asfaacutelticas emulsificadas Tipo I conun tratamiento superficial sobre bases asfaacutelticas tipo II o III

B) Para superficies de concreto asfaacuteltico construido sobre bases granulares sin

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Estabilizar

Factores ambientalesEs importante hacer notar que el meacutetodo contempla factores de medio ambiente y

varios tipos o clases de asfalto seguacuten las necesidades particulares del disentildeo A

continuacioacuten ver la tabla

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Page 13: PAVIMENTOS-FLEXIBLES

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La esquematizacioacuten del comportamiento real del pavimento y la curva de disentildeo propuesta por la AASHTO tienen la misma forma pero no coinciden La falta de coincidencia se debe a los errores asociados a la ecuacioacuten de comportamiento propuesta y a la dispersioacuten de la informacioacuten utilizada en el dimensionamiento del pavimento Por esta razoacuten la AASHTO adoptoacute un enfoque regresional para ajustar estas dos curvas De esta forma los errores se representan mediante una desviacioacuten estaacutendar So para compatibilizar los dos comportamientos El factor de ajuste entre las dos curvas se define como el producto de la desviacioacuten normal ZR por la desviacioacuten estaacutendar So Los factores de desviacioacuten normal ZR se muestran a continuacioacuten

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- COEFICIENTE DE DRENAJE CD

El valor de este coeficiente depende de dos paraacutemetros la capacidad del drenaje que se determina de acuerdo al tiempo que tarda el agua en ser evacuada del pavimento y el porcentaje de tiempo durante el cual el pavimento estaacute expuesto a niveles de humedad proacuteximos a la saturacioacuten en el transcurso del antildeo Dicho porcentaje depende de la precipitacioacuten media anual y de las condiciones de drenaje la AASHTO define cinco capacidades de drenaje que se muestran en la siguiente tabla

P= (S+R ) X 100365

Donde

P = Porcentaje de tiempo en que el pavimento estaacute proacuteximo a la saturacioacuten

S = Diacuteas de traslape entre la eacutepoca lluviosa y seca

R = Diacuteas con lluvia en que el pavimento puede drenar hasta el 85 del estado de saturacioacuten en 24 horas o menos

De acuerdo a las capacidades de drenaje la AASHTO establece los factores de correccioacuten m2 (bases) y m3 (sub-bases granulares sin estabilizar) los

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cuales estaacuten dados en la Tabla IV7 en funcioacuten del porcentaje de tiempo a lo largo de un antildeo en el cual la estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles de humedad proacuteximos a la saturacioacuten

- DESVIACION ESTANDAR (s0 iquest

La Desviacioacuten Estaacutendar Combinada (So) es un valor que toma en cuenta la variabilidad esperada de la prediccioacuten del traacutensito y de los otros factores que afectan el comportamiento del pavimento como por ejemplo construccioacuten medio ambiente incertidumbre del modelo La Guiacutea AASHTO recomienda adoptar para los pavimentos flexibles valores de So comprendidos entre 040 y 050 en el presente Manual se adopta para los disentildeos recomendados el valor de 045

- DETERMINACION DEL NUacuteMERO ESTRUCTURAL

El meacutetodo estaacute basado en el caacutelculo del Nuacutemero Estructural ldquoSNrdquo sobre la capa subrasante o cuerpo del terrapleacuten Para esto se dispone del abaco y ecuacioacuten siguiente

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Donde

W18 = Traacutefico equivalente o ESALacutes

ZR = Factor de desviacioacuten normal para un nivel de confiabilidad R

So = Desviacioacuten estaacutendar

ΔPSI =Diferencia entre los iacutendices de servicio inicial y el final deseado

MR = Moacutedulo de resiliencia efectivo de la subrasante

SN = Nuacutemero estructural

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- DETERMINACION DE ESPESORES POR CAPA

La estructura del pavimento flexible estaacute formada por un sistema de varias capas por lo cual debe dimensionarse cada una de ellas considerando sus caracteriacutesticas propias

Una vez que el disentildeador ha obtenido el Nuacutemero Estructural SN para la seccioacuten estructural del pavimento se requiere determinar una seccioacuten multicapa que en conjunto provea una suficiente capacidad de soporte equivalente al nuacutemero estructural de disentildeo Para este fin se utiliza la siguiente ecuacioacuten que permite obtener los espesores de la capa de rodamiento o carpeta de la capa base y de la sub-base

Donde

a1 a2 y a3 = Coeficientes estructurales de capa de carpeta base y sub-base respectivamente

D1 D2 y D3 = Espesor de la carpeta base y sub-base respectivamente en pulgadas

m2 y m3 = Coeficientes de drenaje para base y sub-base respectivamente

De la misma manera se deberaacute obtener los coeficientes estructurales de la carpeta asfaacuteltica (a1) de la capa base (a2) y de la sub-base (a3) utilizando los valores del moacutedulo de resiliencia correspondientes a cada una de ellas

Los coeficientes de capa a1 a2 y a3 se obtienen utilizando las correlaciones de valores de diferentes pruebas de laboratorio Moacutedulo Resiliente Texas Triaxial Valor R y CBR tal como se muestra en las siguientes figuras

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Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la carpeta asfaacuteltica ldquoa1rdquo Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la capa base granular ldquoa2rdquo

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la sub-base granular ldquoa3rdquoFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures

1993

- ESPESORES MINIMOS EN FUNCION DEL ldquoSNrdquo

En el control de los espesores D1 D2 y D3 a traveacutes del SN se busca dar proteccioacuten a las capas granulares no tratadas de las tensiones verticales excesivas que produciriacutean deformaciones permanentes como se muestra en el graacutefico siguiente Los materiales son seleccionados para cada capa de acuerdo a las recomendaciones del meacutetodo por tanto se conocen los moacutedulos resilientes de cada capa Usando el aacutebaco del SN se determinan los nuacutemeros estructurales requeridos para proteger cada capa no tratada

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utilizando el moacutedulo resiliente de la capa que es encuentra inmediatamente por debajo por ejemplo para sacar el espesor D1 de la carpeta se considera el MR de la capa base y asiacute se obtiene el SN1 que debe ser soportado por la carpeta asfaacuteltica de donde

Se adopta un espesor D1 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido por esta capa seraacute

S N1=a1lowastD1

Para determinar el espesor miacutenimo de la capa base se entra al aacutebaco con el MR de la sub-base para obtener el nuacutemero estructural SN2 que seraacute absorbido por la carpeta y la capa base de donde

D2geSN 2minusSN 1

a2lowastm2geSN B

a2lowastm2

Se adopta un espesor D2 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido seraacute

S Nb=a2lowastm2lowastD 2

SNb = Nuacutemero estructural de la base

Finalmente para la sub-base se ingresa con el MR que corresponde a la subrasante y se obtiene SN3 = SN para todo el paquete estructural por tanto el espesor seraacute

D3geSNminusiquestiquestiquest

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Se adopta un espesor D3 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido por la sub-base seraacute

S N3=a3lowastm3lowastD3

SN SB = Nuacutemero estructural de la sub base

La suma de los nuacutemeros estructurales de las capas que constituyen el pavimento debe ser mayor o igual a

SN 1+SN 2+SN 3ge SN

Este procedimiento no es aplicable para determinar espesores sobre capas que tengan un moacutedulo resiliente mayor a 40000 psi (280 MPa) En este caso los espesores se determinaran mediante criterios constructivos o de acuerdo a la relacioacuten costo-eficiencia

PROBLEMA RESUELTO 01

Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado (ambas direcciones) = 6 x 104 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

Crecimiento de camiones (por antildeo) = 0 (Sin crecimiento)

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 3450 MPa = 500000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MB = 172 MPa = 25000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 827 MPa = 12000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante

Invierno (med Diciembre-fines Febrero) MR = 207 MPa = 30000 psi

Primavera (med Marzo-fines Abril) MR = 689 MPa = 1000 psi

Verano y Otontildeo (princ Mayo-med Diciembre) MR = 345 MPa = 5000 psi

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Solucioacuten

Algunas variables de entrada deben seleccionarse en base a la importancia funcional del pavimento consideraciones de construccioacuten por etapas conocimiento de la calidad de la construccioacuten y experiencia Asiacute se adoptan este tipo de variables

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 90

Desviacioacuten estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial p0 = 5

Serviciabilidad final pt = 25

En cada etapa la confiabilidad seraacute R = (090)frac12 = 095 = 95

El traacutensito esperado para el final de la vida uacutetil seraacute

W18 = Factor de crecimiento traacutensito traacutensito inicial DD TD

= 10 6 x 104 ESALs 050 070 = 21 x 105 ESALs

El moacutedulo efectivo de la subrasante es MR = 1415 MPa = 2100 psi

Variacioacuten de serviciabilidad ΔPSI = p0 ndash pt = 5 ndash 25 = 25 por traacutensito

Para R = 95 S0 = 035 W18 = 21 x 105 ESALs MR = 2100 psi y ΔPSI = 25 corresponde SN =

9652 mm (38 pulg) con

SN1 = 4064 mm (16 pulg) para proteccioacuten de base

SN2 = 5842 mm (23 pulg) para proteccioacuten de sub-base

Los coeficientes estructurales o de capa funcioacuten de la calidad de los materiales que forman cada capa son

Concreto asfaacuteltico a1 = 046

Base a2 = 012

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Sub-base a3 = 0 9

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo por lo que m2 = 112 La sub-base tiene caracteriacutesticas de drenaje pobre y estaraacute saturada el 25 del tiempo correspondieacutendole un coeficiente de drenaje m3 = 085

Espesor miacutenimo para capa asfaacuteltica

D1geSN1

a1 =4084046 = 88 mm (352 pulg) tomamos 90 mm

SN 1= a1lowastD1= 046 x 90 = 414 mm

Base granular

Como la capa maacutes efectiva desde el punto de vista econoacutemico es la base granular se elimina la sub-base resultando el espesor de base

D2geSN 2minusSN 1

a2lowastm2=9652minus414012lowast112

=41012mmtomamos 420mm

SN 2= a2lowastm2iquestD2= 420 x 012 x 112 = 5645 mm

SN 2+SN 1=414+5645=9785gt9652OK

PROBLEMA RESUELTO 02

Autopista urbana W18 = 2 x 105 ESALs El agua drena del pavimento en aproximadamente una semana y la estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles proacuteximos a la saturacioacuten en un 30 del tiempo Los datos de los materiales son Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3100 MPa = 450000 psi

Base CBR = 100 MB = 214 MPa = 31000 psi

Sub-base CBR = 16 MSB = 904 MPa = 13111 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 538 MPa = 7800 psi

Solucioacuten

Como el pavimento es para una autopista urbana se adopta

R = 99

S0 = 02

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po = 45

Pt = 25

Y asiacute se obtiene del aacutebaco

SN = 6096 mm (24 pulg)

SN1 = 381 mm (15 pulg)

SN2 = 508 mm (2 pulg)

Los coeficientes de drenaje para base y sub-base son m2 = m3 = 080

Espesor de concreto asfaacuteltico

D1geSN1

a1 =3819044 = 866 mm (34 pulg) tomamos 90 mm

SN 1= a1lowastD1= 044 x 90 = 396 mm

Espesor para base

D2geSN 2minusSN 1

a2lowastm2=5080minus3960014lowast080

=100mmtomamos 110mm

SN 2= a2lowastm2iquestD2= 014 x 080 x 110 = 1232 mm

Espesor para sub-base

D3geSNminusiquestiquestiquest

SN 3= a3lowastm3iquestD3= 010 x 080 x 140 = 1120 mm

SN 3+SN2+SN 1=381+1232+112=6162gt6096OK

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ANEXOS

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Este meacutetodo estaacute basado en el establecimiento de un liacutemite de deflexioacuten a la

estructura del pavimento el cual es funcioacuten del nuacutemero e intensidad de aplicaciones

de carga

El primer paso para la aplicacioacuten del meacutetodo del Instituto Norteamericano del Asfalto

consiste en determinar el nuacutemero de traacutensito para el periodo de disentildeo

Por otro lado el meacutetodo permite el empleo de concreto asfaacuteltico o emulsiones

asfaacutelticas en la totalidad o en parte de la estructura del pavimento e incluye varias

combinaciones de capa de rodadura y bases de concreto asfaacuteltico de capa de

rodadura y bases con emulsiones asfaacutelticas asiacute como capas de rodadura asfaacuteltica

con base y subbase granulares

Tambieacuten considera al pavimento como un sistema elaacutestico de varias capas y para su

anaacutelisis emplea conceptos teoacutericos experimentales y corridas de programa de

coacutemputo sin embargo con el objeto de simplificar el meacutetodo el Instituto de Asfalto

propone una serie de aacutebacos que permiten la aplicacioacuten del meacutetodo en forma raacutepida y

sencilla

5511 Criterios de disentildeoMediante esta metodologiacutea se asume que las cargas en la superficie del pavimento

producen 2 deformaciones que son consideradas criacuteticas para el disentildeo Estas

deformaciones unitarias son

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bull La deformacioacuten horizontal de tensioacuten t e en el fondo de la capa asfaacuteltica maacutes profunda ya sea que se trate de concreto asfaacuteltico o de una capa tratada con asfalto emulsificado y

bull La deformacioacuten vertical de compresioacuten c e en la parte superior de la capa de subrasante

Si t e es excesiva se produciraacuten fisuras en la capa asfaacuteltica mientras que si c e es excesiva se produciraacuten deformaciones permanentes en la superficie del pavimento

Debido a la heterogeneidad de vehiacuteculos existentes se debe primero analizar

cada eje del vehiacuteculo a fin de encontrar la incidencia de carga que cada uno

produce (factor de equivalencia de carga)

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Como ejemplo para la realidad nacional un vehiacuteculo liviano con ejes simples se

conforma de la siguiente manera el eje delantero con una carga bruta de 2000 lb

el eje trasero con 4000 lb (Seguacuten EMAPE) Su conversioacuten a ejes simples es de

000018 y 000209 respectivamente Estos valores son altos para un vehiacuteculo

ligero promedio Sin embargo se toma el caso maacutes desfavorable debido a que

ellos se encuentran conformados por autos camionetas y furgonetas

Cada eje puede llevar en sus extremos un neumaacutetico en cuyo caso se designa

como neumaacutetico simple o dos neumaacuteticos en cuyo caso se designa como

neumaacuteticos gemelos o duales

Los tipos de ejes legalmente reconocidos son

Eje simple un uacutenico eje

Eje taacutendem grupo de dos ejes sucesivos cuya distancia entre centros es menor a

2 metros

Eje tridem grupo de tres ejes sucesivos cuya distancia entre centros es menor a 2

metros

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Carril del disentildeoPara calles y carreteras de 2 carriles el carril de disentildeo puede ser cualquiera de

los carriles de la viacutea mientras que para calles y carreteras de carriles muacuteltiples

generalmente es el carril externo

Entonces para el caacutelculo del porcentaje de camiones en el flujo vehicular sobre el

carril de disentildeo el actual meacutetodo recomienda los siguientes valores

Tabla 01 Porcentaje de camiones en el carril de disentildeo

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A continuacioacuten se visualiza la tabla 02 para la conversioacuten de cualquier carga yo

combinacioacuten de ejes y de neumaacuteticos en un nuacutemero total de pasadas del eje

estaacutendar

Periacuteodo de disentildeo y tasa de crecimiento anualEn la Tabla 03 se presenta la relacioacuten entre la taza de crecimiento anual

Afectando el iacutendice medio diario anual por la taza de crecimiento se estima el

crecimiento del volumen vehicular proyectado para los antildeos que se disentildeo el

pavimento

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La tasa de crecimiento para diferentes tipos de vehiacuteculos puede ser estimada

variando el crecimiento normal entre 3 y 5 por antildeo No obstante carreteras

nuevas o nuevos desarrollos pueden generar incrementos de mayor magnitud los

cuales pueden alcanzar valores de hasta 10

Aacuterea de contacto y presioacuten de neumaacutetico

Es sabido que la carga puede causar mas dantildeo si la presioacuten del neumaacutetico es alta

(por la menor aacuterea de contacto) Tener en cuenta pues que la presioacuten del

neumaacutetico no siempre es igual a la presioacuten de contacto

En la versioacuten actual el meacutetodo incorpora factores de ajuste de los ejes

equivalentes de disentildeo para diferentes presiones de contacto de las llantas sobre

el pavimento en funcioacuten de su presioacuten de inflado y de los espesores de la carpeta

asfaacuteltica donde contempla desde cuatro hasta diez pulgadas de espesor Ver

Figura 01

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Estimacioacuten del traacutensito vehicularPara obtener el iacutendice medio diario o traacutefico diario promedio es necesario contar

con una estacioacuten de control la cual recoja los diferentes datos del volumen

vehicular a fin de agruparlos por categoriacuteas seguacuten las normas propuestas para

cada paiacutes Ya teniendo esa informacioacuten se afecta cada grupo vehicular por un

factor de equivalencia de carga El nuacutemero de repeticiones para producir igual

dantildeo se basa en factores de equivalencia entre la carga real (volumen vehicular) y

la carga estaacutendar (eje simple 18000lb)

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Evaluacioacuten de los materialesPara el disentildeo de los espesores de una seccioacuten estructural del pavimento flexible

el meacutetodo actual del Instituto del Asfalto considera como paraacutemetro fundamental

dentro de la evaluacioacuten de los materiales la obtencioacuten del Moacutedulo de Resilencia

(Mr) de la subrasante Sin embargo reconocen que no todos los organismos

tienen el equipo adecuado para llevar a cabo tal prueba por lo que han

establecido factores de correlacioacuten entre Mr y la prueba estaacutendar de Valor Relativo

de Soporte CBR Sentildealan que los resultados son bastante aproximados sin

embargo para un disentildeo preciso se recomienda llevar a cabo la prueba del

Moacutedulo de Resiliencia para la subrasante

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Restricciones de tiempoUn pavimento debe ser disentildeado para soportar los efectos acumulados del traacutensito

para cualquier periacuteodo de tiempo El periacuteodo seleccionado que dura el pavimento

antes que requiera rehabilitacioacuten se define como ldquoPeriacuteodo de Disentildeordquo Al teacutermino

de eacuteste se espera que el pavimento requiera alguna rehabilitacioacuten mayor como

puede ser una sobre carpeta de refuerzo para restaurar su condicioacuten original

Luego de la primera intervencioacuten la vida uacutetil del pavimento o ldquoPeriacuteodo de Anaacutelisisrdquo

puede ser extendida indefinidamente a traveacutes de mejoramientos sucesivos de

rehabilitacioacuten hasta que el pavimento sea obsoleto por cambios significativos en

pendientes alineamiento geomeacutetrico y otros factores

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En funcioacuten del traacutensito esperado sobre el pavimento en estudio el meacutetodo del

Instituto del Asfalto recomienda los siguientes valores percentiles para calcular el

Moacutedulo de Resiliencia de disentildeo de la capa subrasante

Con las muestras de material obtenidas en el campo y con los resultados

obtenidos en el laboratorio para determinar sus Moacutedulos de Resiliencia se deberaacute

calcular el Mr de disentildeo de la capa subrasante con los percentiles sugeridos en la

tabla anterior

Para los requerimientos de compactacioacuten en las capas de base y subbase el

actual meacutetodo proporciona las siguientes recomendaciones

Capas de base y subbase formadas con materiales granulares sin tratamiento

esto es no estabilizadas deberaacuten compactarse con un contenido de humedad

oacuteptimo maacutes menos 15 puntos en porcentaje para alcanzar una densidad miacutenima

del 100 de la densidad maacutexima de laboratorio

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Asiacute mismo recomienda los siguientes valores para las diferentes pruebas a

realizarse con materiales de bases y subbases Ver tabla 05

Propiedades de los materialesLas bases estabilizadas con emulsiones asfaacutelticas corresponden a tres tipos de

Mezcla seguacuten la clase de agregados utilizados se tiene

Tipo I Mezcla elaborada con agregados procesados de gradacioacuten densa

Tipo II Mezcla elaborada con agregados semi-procesados

Tipo III Mezcla elaborada con arenas o arenas limosas

En cuanto a requerimientos de espesores miacutenimos en funcioacuten del nivel de traacutensito

en ejes equivalentes el meacutetodo recomienda los siguientes valores

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A) Para superficies de concreto asfaacuteltico construidas sobre bases estabilizadas

con emulsioacuten asfaacuteltica

Podraacute usarse concreto asfaacuteltico o mezclas asfaacutelticas emulsificadas Tipo I conun tratamiento superficial sobre bases asfaacutelticas tipo II o III

B) Para superficies de concreto asfaacuteltico construido sobre bases granulares sin

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Estabilizar

Factores ambientalesEs importante hacer notar que el meacutetodo contempla factores de medio ambiente y

varios tipos o clases de asfalto seguacuten las necesidades particulares del disentildeo A

continuacioacuten ver la tabla

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- COEFICIENTE DE DRENAJE CD

El valor de este coeficiente depende de dos paraacutemetros la capacidad del drenaje que se determina de acuerdo al tiempo que tarda el agua en ser evacuada del pavimento y el porcentaje de tiempo durante el cual el pavimento estaacute expuesto a niveles de humedad proacuteximos a la saturacioacuten en el transcurso del antildeo Dicho porcentaje depende de la precipitacioacuten media anual y de las condiciones de drenaje la AASHTO define cinco capacidades de drenaje que se muestran en la siguiente tabla

P= (S+R ) X 100365

Donde

P = Porcentaje de tiempo en que el pavimento estaacute proacuteximo a la saturacioacuten

S = Diacuteas de traslape entre la eacutepoca lluviosa y seca

R = Diacuteas con lluvia en que el pavimento puede drenar hasta el 85 del estado de saturacioacuten en 24 horas o menos

De acuerdo a las capacidades de drenaje la AASHTO establece los factores de correccioacuten m2 (bases) y m3 (sub-bases granulares sin estabilizar) los

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cuales estaacuten dados en la Tabla IV7 en funcioacuten del porcentaje de tiempo a lo largo de un antildeo en el cual la estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles de humedad proacuteximos a la saturacioacuten

- DESVIACION ESTANDAR (s0 iquest

La Desviacioacuten Estaacutendar Combinada (So) es un valor que toma en cuenta la variabilidad esperada de la prediccioacuten del traacutensito y de los otros factores que afectan el comportamiento del pavimento como por ejemplo construccioacuten medio ambiente incertidumbre del modelo La Guiacutea AASHTO recomienda adoptar para los pavimentos flexibles valores de So comprendidos entre 040 y 050 en el presente Manual se adopta para los disentildeos recomendados el valor de 045

- DETERMINACION DEL NUacuteMERO ESTRUCTURAL

El meacutetodo estaacute basado en el caacutelculo del Nuacutemero Estructural ldquoSNrdquo sobre la capa subrasante o cuerpo del terrapleacuten Para esto se dispone del abaco y ecuacioacuten siguiente

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Donde

W18 = Traacutefico equivalente o ESALacutes

ZR = Factor de desviacioacuten normal para un nivel de confiabilidad R

So = Desviacioacuten estaacutendar

ΔPSI =Diferencia entre los iacutendices de servicio inicial y el final deseado

MR = Moacutedulo de resiliencia efectivo de la subrasante

SN = Nuacutemero estructural

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- DETERMINACION DE ESPESORES POR CAPA

La estructura del pavimento flexible estaacute formada por un sistema de varias capas por lo cual debe dimensionarse cada una de ellas considerando sus caracteriacutesticas propias

Una vez que el disentildeador ha obtenido el Nuacutemero Estructural SN para la seccioacuten estructural del pavimento se requiere determinar una seccioacuten multicapa que en conjunto provea una suficiente capacidad de soporte equivalente al nuacutemero estructural de disentildeo Para este fin se utiliza la siguiente ecuacioacuten que permite obtener los espesores de la capa de rodamiento o carpeta de la capa base y de la sub-base

Donde

a1 a2 y a3 = Coeficientes estructurales de capa de carpeta base y sub-base respectivamente

D1 D2 y D3 = Espesor de la carpeta base y sub-base respectivamente en pulgadas

m2 y m3 = Coeficientes de drenaje para base y sub-base respectivamente

De la misma manera se deberaacute obtener los coeficientes estructurales de la carpeta asfaacuteltica (a1) de la capa base (a2) y de la sub-base (a3) utilizando los valores del moacutedulo de resiliencia correspondientes a cada una de ellas

Los coeficientes de capa a1 a2 y a3 se obtienen utilizando las correlaciones de valores de diferentes pruebas de laboratorio Moacutedulo Resiliente Texas Triaxial Valor R y CBR tal como se muestra en las siguientes figuras

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Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la carpeta asfaacuteltica ldquoa1rdquo Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la capa base granular ldquoa2rdquo

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la sub-base granular ldquoa3rdquoFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures

1993

- ESPESORES MINIMOS EN FUNCION DEL ldquoSNrdquo

En el control de los espesores D1 D2 y D3 a traveacutes del SN se busca dar proteccioacuten a las capas granulares no tratadas de las tensiones verticales excesivas que produciriacutean deformaciones permanentes como se muestra en el graacutefico siguiente Los materiales son seleccionados para cada capa de acuerdo a las recomendaciones del meacutetodo por tanto se conocen los moacutedulos resilientes de cada capa Usando el aacutebaco del SN se determinan los nuacutemeros estructurales requeridos para proteger cada capa no tratada

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utilizando el moacutedulo resiliente de la capa que es encuentra inmediatamente por debajo por ejemplo para sacar el espesor D1 de la carpeta se considera el MR de la capa base y asiacute se obtiene el SN1 que debe ser soportado por la carpeta asfaacuteltica de donde

Se adopta un espesor D1 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido por esta capa seraacute

S N1=a1lowastD1

Para determinar el espesor miacutenimo de la capa base se entra al aacutebaco con el MR de la sub-base para obtener el nuacutemero estructural SN2 que seraacute absorbido por la carpeta y la capa base de donde

D2geSN 2minusSN 1

a2lowastm2geSN B

a2lowastm2

Se adopta un espesor D2 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido seraacute

S Nb=a2lowastm2lowastD 2

SNb = Nuacutemero estructural de la base

Finalmente para la sub-base se ingresa con el MR que corresponde a la subrasante y se obtiene SN3 = SN para todo el paquete estructural por tanto el espesor seraacute

D3geSNminusiquestiquestiquest

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Se adopta un espesor D3 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido por la sub-base seraacute

S N3=a3lowastm3lowastD3

SN SB = Nuacutemero estructural de la sub base

La suma de los nuacutemeros estructurales de las capas que constituyen el pavimento debe ser mayor o igual a

SN 1+SN 2+SN 3ge SN

Este procedimiento no es aplicable para determinar espesores sobre capas que tengan un moacutedulo resiliente mayor a 40000 psi (280 MPa) En este caso los espesores se determinaran mediante criterios constructivos o de acuerdo a la relacioacuten costo-eficiencia

PROBLEMA RESUELTO 01

Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado (ambas direcciones) = 6 x 104 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

Crecimiento de camiones (por antildeo) = 0 (Sin crecimiento)

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 3450 MPa = 500000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MB = 172 MPa = 25000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 827 MPa = 12000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante

Invierno (med Diciembre-fines Febrero) MR = 207 MPa = 30000 psi

Primavera (med Marzo-fines Abril) MR = 689 MPa = 1000 psi

Verano y Otontildeo (princ Mayo-med Diciembre) MR = 345 MPa = 5000 psi

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Solucioacuten

Algunas variables de entrada deben seleccionarse en base a la importancia funcional del pavimento consideraciones de construccioacuten por etapas conocimiento de la calidad de la construccioacuten y experiencia Asiacute se adoptan este tipo de variables

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 90

Desviacioacuten estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial p0 = 5

Serviciabilidad final pt = 25

En cada etapa la confiabilidad seraacute R = (090)frac12 = 095 = 95

El traacutensito esperado para el final de la vida uacutetil seraacute

W18 = Factor de crecimiento traacutensito traacutensito inicial DD TD

= 10 6 x 104 ESALs 050 070 = 21 x 105 ESALs

El moacutedulo efectivo de la subrasante es MR = 1415 MPa = 2100 psi

Variacioacuten de serviciabilidad ΔPSI = p0 ndash pt = 5 ndash 25 = 25 por traacutensito

Para R = 95 S0 = 035 W18 = 21 x 105 ESALs MR = 2100 psi y ΔPSI = 25 corresponde SN =

9652 mm (38 pulg) con

SN1 = 4064 mm (16 pulg) para proteccioacuten de base

SN2 = 5842 mm (23 pulg) para proteccioacuten de sub-base

Los coeficientes estructurales o de capa funcioacuten de la calidad de los materiales que forman cada capa son

Concreto asfaacuteltico a1 = 046

Base a2 = 012

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Sub-base a3 = 0 9

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo por lo que m2 = 112 La sub-base tiene caracteriacutesticas de drenaje pobre y estaraacute saturada el 25 del tiempo correspondieacutendole un coeficiente de drenaje m3 = 085

Espesor miacutenimo para capa asfaacuteltica

D1geSN1

a1 =4084046 = 88 mm (352 pulg) tomamos 90 mm

SN 1= a1lowastD1= 046 x 90 = 414 mm

Base granular

Como la capa maacutes efectiva desde el punto de vista econoacutemico es la base granular se elimina la sub-base resultando el espesor de base

D2geSN 2minusSN 1

a2lowastm2=9652minus414012lowast112

=41012mmtomamos 420mm

SN 2= a2lowastm2iquestD2= 420 x 012 x 112 = 5645 mm

SN 2+SN 1=414+5645=9785gt9652OK

PROBLEMA RESUELTO 02

Autopista urbana W18 = 2 x 105 ESALs El agua drena del pavimento en aproximadamente una semana y la estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles proacuteximos a la saturacioacuten en un 30 del tiempo Los datos de los materiales son Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3100 MPa = 450000 psi

Base CBR = 100 MB = 214 MPa = 31000 psi

Sub-base CBR = 16 MSB = 904 MPa = 13111 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 538 MPa = 7800 psi

Solucioacuten

Como el pavimento es para una autopista urbana se adopta

R = 99

S0 = 02

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po = 45

Pt = 25

Y asiacute se obtiene del aacutebaco

SN = 6096 mm (24 pulg)

SN1 = 381 mm (15 pulg)

SN2 = 508 mm (2 pulg)

Los coeficientes de drenaje para base y sub-base son m2 = m3 = 080

Espesor de concreto asfaacuteltico

D1geSN1

a1 =3819044 = 866 mm (34 pulg) tomamos 90 mm

SN 1= a1lowastD1= 044 x 90 = 396 mm

Espesor para base

D2geSN 2minusSN 1

a2lowastm2=5080minus3960014lowast080

=100mmtomamos 110mm

SN 2= a2lowastm2iquestD2= 014 x 080 x 110 = 1232 mm

Espesor para sub-base

D3geSNminusiquestiquestiquest

SN 3= a3lowastm3iquestD3= 010 x 080 x 140 = 1120 mm

SN 3+SN2+SN 1=381+1232+112=6162gt6096OK

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ANEXOS

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MEacuteTODO DE DISENtildeO - INSTITUTO DEL ASFALTO

Este meacutetodo estaacute basado en el establecimiento de un liacutemite de deflexioacuten a la

estructura del pavimento el cual es funcioacuten del nuacutemero e intensidad de aplicaciones

de carga

El primer paso para la aplicacioacuten del meacutetodo del Instituto Norteamericano del Asfalto

consiste en determinar el nuacutemero de traacutensito para el periodo de disentildeo

Por otro lado el meacutetodo permite el empleo de concreto asfaacuteltico o emulsiones

asfaacutelticas en la totalidad o en parte de la estructura del pavimento e incluye varias

combinaciones de capa de rodadura y bases de concreto asfaacuteltico de capa de

rodadura y bases con emulsiones asfaacutelticas asiacute como capas de rodadura asfaacuteltica

con base y subbase granulares

Tambieacuten considera al pavimento como un sistema elaacutestico de varias capas y para su

anaacutelisis emplea conceptos teoacutericos experimentales y corridas de programa de

coacutemputo sin embargo con el objeto de simplificar el meacutetodo el Instituto de Asfalto

propone una serie de aacutebacos que permiten la aplicacioacuten del meacutetodo en forma raacutepida y

sencilla

5511 Criterios de disentildeoMediante esta metodologiacutea se asume que las cargas en la superficie del pavimento

producen 2 deformaciones que son consideradas criacuteticas para el disentildeo Estas

deformaciones unitarias son

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bull La deformacioacuten horizontal de tensioacuten t e en el fondo de la capa asfaacuteltica maacutes profunda ya sea que se trate de concreto asfaacuteltico o de una capa tratada con asfalto emulsificado y

bull La deformacioacuten vertical de compresioacuten c e en la parte superior de la capa de subrasante

Si t e es excesiva se produciraacuten fisuras en la capa asfaacuteltica mientras que si c e es excesiva se produciraacuten deformaciones permanentes en la superficie del pavimento

Debido a la heterogeneidad de vehiacuteculos existentes se debe primero analizar

cada eje del vehiacuteculo a fin de encontrar la incidencia de carga que cada uno

produce (factor de equivalencia de carga)

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Como ejemplo para la realidad nacional un vehiacuteculo liviano con ejes simples se

conforma de la siguiente manera el eje delantero con una carga bruta de 2000 lb

el eje trasero con 4000 lb (Seguacuten EMAPE) Su conversioacuten a ejes simples es de

000018 y 000209 respectivamente Estos valores son altos para un vehiacuteculo

ligero promedio Sin embargo se toma el caso maacutes desfavorable debido a que

ellos se encuentran conformados por autos camionetas y furgonetas

Cada eje puede llevar en sus extremos un neumaacutetico en cuyo caso se designa

como neumaacutetico simple o dos neumaacuteticos en cuyo caso se designa como

neumaacuteticos gemelos o duales

Los tipos de ejes legalmente reconocidos son

Eje simple un uacutenico eje

Eje taacutendem grupo de dos ejes sucesivos cuya distancia entre centros es menor a

2 metros

Eje tridem grupo de tres ejes sucesivos cuya distancia entre centros es menor a 2

metros

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Carril del disentildeoPara calles y carreteras de 2 carriles el carril de disentildeo puede ser cualquiera de

los carriles de la viacutea mientras que para calles y carreteras de carriles muacuteltiples

generalmente es el carril externo

Entonces para el caacutelculo del porcentaje de camiones en el flujo vehicular sobre el

carril de disentildeo el actual meacutetodo recomienda los siguientes valores

Tabla 01 Porcentaje de camiones en el carril de disentildeo

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A continuacioacuten se visualiza la tabla 02 para la conversioacuten de cualquier carga yo

combinacioacuten de ejes y de neumaacuteticos en un nuacutemero total de pasadas del eje

estaacutendar

Periacuteodo de disentildeo y tasa de crecimiento anualEn la Tabla 03 se presenta la relacioacuten entre la taza de crecimiento anual

Afectando el iacutendice medio diario anual por la taza de crecimiento se estima el

crecimiento del volumen vehicular proyectado para los antildeos que se disentildeo el

pavimento

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La tasa de crecimiento para diferentes tipos de vehiacuteculos puede ser estimada

variando el crecimiento normal entre 3 y 5 por antildeo No obstante carreteras

nuevas o nuevos desarrollos pueden generar incrementos de mayor magnitud los

cuales pueden alcanzar valores de hasta 10

Aacuterea de contacto y presioacuten de neumaacutetico

Es sabido que la carga puede causar mas dantildeo si la presioacuten del neumaacutetico es alta

(por la menor aacuterea de contacto) Tener en cuenta pues que la presioacuten del

neumaacutetico no siempre es igual a la presioacuten de contacto

En la versioacuten actual el meacutetodo incorpora factores de ajuste de los ejes

equivalentes de disentildeo para diferentes presiones de contacto de las llantas sobre

el pavimento en funcioacuten de su presioacuten de inflado y de los espesores de la carpeta

asfaacuteltica donde contempla desde cuatro hasta diez pulgadas de espesor Ver

Figura 01

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Estimacioacuten del traacutensito vehicularPara obtener el iacutendice medio diario o traacutefico diario promedio es necesario contar

con una estacioacuten de control la cual recoja los diferentes datos del volumen

vehicular a fin de agruparlos por categoriacuteas seguacuten las normas propuestas para

cada paiacutes Ya teniendo esa informacioacuten se afecta cada grupo vehicular por un

factor de equivalencia de carga El nuacutemero de repeticiones para producir igual

dantildeo se basa en factores de equivalencia entre la carga real (volumen vehicular) y

la carga estaacutendar (eje simple 18000lb)

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Evaluacioacuten de los materialesPara el disentildeo de los espesores de una seccioacuten estructural del pavimento flexible

el meacutetodo actual del Instituto del Asfalto considera como paraacutemetro fundamental

dentro de la evaluacioacuten de los materiales la obtencioacuten del Moacutedulo de Resilencia

(Mr) de la subrasante Sin embargo reconocen que no todos los organismos

tienen el equipo adecuado para llevar a cabo tal prueba por lo que han

establecido factores de correlacioacuten entre Mr y la prueba estaacutendar de Valor Relativo

de Soporte CBR Sentildealan que los resultados son bastante aproximados sin

embargo para un disentildeo preciso se recomienda llevar a cabo la prueba del

Moacutedulo de Resiliencia para la subrasante

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Restricciones de tiempoUn pavimento debe ser disentildeado para soportar los efectos acumulados del traacutensito

para cualquier periacuteodo de tiempo El periacuteodo seleccionado que dura el pavimento

antes que requiera rehabilitacioacuten se define como ldquoPeriacuteodo de Disentildeordquo Al teacutermino

de eacuteste se espera que el pavimento requiera alguna rehabilitacioacuten mayor como

puede ser una sobre carpeta de refuerzo para restaurar su condicioacuten original

Luego de la primera intervencioacuten la vida uacutetil del pavimento o ldquoPeriacuteodo de Anaacutelisisrdquo

puede ser extendida indefinidamente a traveacutes de mejoramientos sucesivos de

rehabilitacioacuten hasta que el pavimento sea obsoleto por cambios significativos en

pendientes alineamiento geomeacutetrico y otros factores

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En funcioacuten del traacutensito esperado sobre el pavimento en estudio el meacutetodo del

Instituto del Asfalto recomienda los siguientes valores percentiles para calcular el

Moacutedulo de Resiliencia de disentildeo de la capa subrasante

Con las muestras de material obtenidas en el campo y con los resultados

obtenidos en el laboratorio para determinar sus Moacutedulos de Resiliencia se deberaacute

calcular el Mr de disentildeo de la capa subrasante con los percentiles sugeridos en la

tabla anterior

Para los requerimientos de compactacioacuten en las capas de base y subbase el

actual meacutetodo proporciona las siguientes recomendaciones

Capas de base y subbase formadas con materiales granulares sin tratamiento

esto es no estabilizadas deberaacuten compactarse con un contenido de humedad

oacuteptimo maacutes menos 15 puntos en porcentaje para alcanzar una densidad miacutenima

del 100 de la densidad maacutexima de laboratorio

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Asiacute mismo recomienda los siguientes valores para las diferentes pruebas a

realizarse con materiales de bases y subbases Ver tabla 05

Propiedades de los materialesLas bases estabilizadas con emulsiones asfaacutelticas corresponden a tres tipos de

Mezcla seguacuten la clase de agregados utilizados se tiene

Tipo I Mezcla elaborada con agregados procesados de gradacioacuten densa

Tipo II Mezcla elaborada con agregados semi-procesados

Tipo III Mezcla elaborada con arenas o arenas limosas

En cuanto a requerimientos de espesores miacutenimos en funcioacuten del nivel de traacutensito

en ejes equivalentes el meacutetodo recomienda los siguientes valores

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A) Para superficies de concreto asfaacuteltico construidas sobre bases estabilizadas

con emulsioacuten asfaacuteltica

Podraacute usarse concreto asfaacuteltico o mezclas asfaacutelticas emulsificadas Tipo I conun tratamiento superficial sobre bases asfaacutelticas tipo II o III

B) Para superficies de concreto asfaacuteltico construido sobre bases granulares sin

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Estabilizar

Factores ambientalesEs importante hacer notar que el meacutetodo contempla factores de medio ambiente y

varios tipos o clases de asfalto seguacuten las necesidades particulares del disentildeo A

continuacioacuten ver la tabla

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- COEFICIENTE DE DRENAJE CD

El valor de este coeficiente depende de dos paraacutemetros la capacidad del drenaje que se determina de acuerdo al tiempo que tarda el agua en ser evacuada del pavimento y el porcentaje de tiempo durante el cual el pavimento estaacute expuesto a niveles de humedad proacuteximos a la saturacioacuten en el transcurso del antildeo Dicho porcentaje depende de la precipitacioacuten media anual y de las condiciones de drenaje la AASHTO define cinco capacidades de drenaje que se muestran en la siguiente tabla

P= (S+R ) X 100365

Donde

P = Porcentaje de tiempo en que el pavimento estaacute proacuteximo a la saturacioacuten

S = Diacuteas de traslape entre la eacutepoca lluviosa y seca

R = Diacuteas con lluvia en que el pavimento puede drenar hasta el 85 del estado de saturacioacuten en 24 horas o menos

De acuerdo a las capacidades de drenaje la AASHTO establece los factores de correccioacuten m2 (bases) y m3 (sub-bases granulares sin estabilizar) los

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cuales estaacuten dados en la Tabla IV7 en funcioacuten del porcentaje de tiempo a lo largo de un antildeo en el cual la estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles de humedad proacuteximos a la saturacioacuten

- DESVIACION ESTANDAR (s0 iquest

La Desviacioacuten Estaacutendar Combinada (So) es un valor que toma en cuenta la variabilidad esperada de la prediccioacuten del traacutensito y de los otros factores que afectan el comportamiento del pavimento como por ejemplo construccioacuten medio ambiente incertidumbre del modelo La Guiacutea AASHTO recomienda adoptar para los pavimentos flexibles valores de So comprendidos entre 040 y 050 en el presente Manual se adopta para los disentildeos recomendados el valor de 045

- DETERMINACION DEL NUacuteMERO ESTRUCTURAL

El meacutetodo estaacute basado en el caacutelculo del Nuacutemero Estructural ldquoSNrdquo sobre la capa subrasante o cuerpo del terrapleacuten Para esto se dispone del abaco y ecuacioacuten siguiente

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Donde

W18 = Traacutefico equivalente o ESALacutes

ZR = Factor de desviacioacuten normal para un nivel de confiabilidad R

So = Desviacioacuten estaacutendar

ΔPSI =Diferencia entre los iacutendices de servicio inicial y el final deseado

MR = Moacutedulo de resiliencia efectivo de la subrasante

SN = Nuacutemero estructural

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- DETERMINACION DE ESPESORES POR CAPA

La estructura del pavimento flexible estaacute formada por un sistema de varias capas por lo cual debe dimensionarse cada una de ellas considerando sus caracteriacutesticas propias

Una vez que el disentildeador ha obtenido el Nuacutemero Estructural SN para la seccioacuten estructural del pavimento se requiere determinar una seccioacuten multicapa que en conjunto provea una suficiente capacidad de soporte equivalente al nuacutemero estructural de disentildeo Para este fin se utiliza la siguiente ecuacioacuten que permite obtener los espesores de la capa de rodamiento o carpeta de la capa base y de la sub-base

Donde

a1 a2 y a3 = Coeficientes estructurales de capa de carpeta base y sub-base respectivamente

D1 D2 y D3 = Espesor de la carpeta base y sub-base respectivamente en pulgadas

m2 y m3 = Coeficientes de drenaje para base y sub-base respectivamente

De la misma manera se deberaacute obtener los coeficientes estructurales de la carpeta asfaacuteltica (a1) de la capa base (a2) y de la sub-base (a3) utilizando los valores del moacutedulo de resiliencia correspondientes a cada una de ellas

Los coeficientes de capa a1 a2 y a3 se obtienen utilizando las correlaciones de valores de diferentes pruebas de laboratorio Moacutedulo Resiliente Texas Triaxial Valor R y CBR tal como se muestra en las siguientes figuras

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Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la carpeta asfaacuteltica ldquoa1rdquo Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la capa base granular ldquoa2rdquo

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la sub-base granular ldquoa3rdquoFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures

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- ESPESORES MINIMOS EN FUNCION DEL ldquoSNrdquo

En el control de los espesores D1 D2 y D3 a traveacutes del SN se busca dar proteccioacuten a las capas granulares no tratadas de las tensiones verticales excesivas que produciriacutean deformaciones permanentes como se muestra en el graacutefico siguiente Los materiales son seleccionados para cada capa de acuerdo a las recomendaciones del meacutetodo por tanto se conocen los moacutedulos resilientes de cada capa Usando el aacutebaco del SN se determinan los nuacutemeros estructurales requeridos para proteger cada capa no tratada

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utilizando el moacutedulo resiliente de la capa que es encuentra inmediatamente por debajo por ejemplo para sacar el espesor D1 de la carpeta se considera el MR de la capa base y asiacute se obtiene el SN1 que debe ser soportado por la carpeta asfaacuteltica de donde

Se adopta un espesor D1 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido por esta capa seraacute

S N1=a1lowastD1

Para determinar el espesor miacutenimo de la capa base se entra al aacutebaco con el MR de la sub-base para obtener el nuacutemero estructural SN2 que seraacute absorbido por la carpeta y la capa base de donde

D2geSN 2minusSN 1

a2lowastm2geSN B

a2lowastm2

Se adopta un espesor D2 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido seraacute

S Nb=a2lowastm2lowastD 2

SNb = Nuacutemero estructural de la base

Finalmente para la sub-base se ingresa con el MR que corresponde a la subrasante y se obtiene SN3 = SN para todo el paquete estructural por tanto el espesor seraacute

D3geSNminusiquestiquestiquest

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Se adopta un espesor D3 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido por la sub-base seraacute

S N3=a3lowastm3lowastD3

SN SB = Nuacutemero estructural de la sub base

La suma de los nuacutemeros estructurales de las capas que constituyen el pavimento debe ser mayor o igual a

SN 1+SN 2+SN 3ge SN

Este procedimiento no es aplicable para determinar espesores sobre capas que tengan un moacutedulo resiliente mayor a 40000 psi (280 MPa) En este caso los espesores se determinaran mediante criterios constructivos o de acuerdo a la relacioacuten costo-eficiencia

PROBLEMA RESUELTO 01

Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado (ambas direcciones) = 6 x 104 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

Crecimiento de camiones (por antildeo) = 0 (Sin crecimiento)

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 3450 MPa = 500000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MB = 172 MPa = 25000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 827 MPa = 12000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante

Invierno (med Diciembre-fines Febrero) MR = 207 MPa = 30000 psi

Primavera (med Marzo-fines Abril) MR = 689 MPa = 1000 psi

Verano y Otontildeo (princ Mayo-med Diciembre) MR = 345 MPa = 5000 psi

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Solucioacuten

Algunas variables de entrada deben seleccionarse en base a la importancia funcional del pavimento consideraciones de construccioacuten por etapas conocimiento de la calidad de la construccioacuten y experiencia Asiacute se adoptan este tipo de variables

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 90

Desviacioacuten estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial p0 = 5

Serviciabilidad final pt = 25

En cada etapa la confiabilidad seraacute R = (090)frac12 = 095 = 95

El traacutensito esperado para el final de la vida uacutetil seraacute

W18 = Factor de crecimiento traacutensito traacutensito inicial DD TD

= 10 6 x 104 ESALs 050 070 = 21 x 105 ESALs

El moacutedulo efectivo de la subrasante es MR = 1415 MPa = 2100 psi

Variacioacuten de serviciabilidad ΔPSI = p0 ndash pt = 5 ndash 25 = 25 por traacutensito

Para R = 95 S0 = 035 W18 = 21 x 105 ESALs MR = 2100 psi y ΔPSI = 25 corresponde SN =

9652 mm (38 pulg) con

SN1 = 4064 mm (16 pulg) para proteccioacuten de base

SN2 = 5842 mm (23 pulg) para proteccioacuten de sub-base

Los coeficientes estructurales o de capa funcioacuten de la calidad de los materiales que forman cada capa son

Concreto asfaacuteltico a1 = 046

Base a2 = 012

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Sub-base a3 = 0 9

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo por lo que m2 = 112 La sub-base tiene caracteriacutesticas de drenaje pobre y estaraacute saturada el 25 del tiempo correspondieacutendole un coeficiente de drenaje m3 = 085

Espesor miacutenimo para capa asfaacuteltica

D1geSN1

a1 =4084046 = 88 mm (352 pulg) tomamos 90 mm

SN 1= a1lowastD1= 046 x 90 = 414 mm

Base granular

Como la capa maacutes efectiva desde el punto de vista econoacutemico es la base granular se elimina la sub-base resultando el espesor de base

D2geSN 2minusSN 1

a2lowastm2=9652minus414012lowast112

=41012mmtomamos 420mm

SN 2= a2lowastm2iquestD2= 420 x 012 x 112 = 5645 mm

SN 2+SN 1=414+5645=9785gt9652OK

PROBLEMA RESUELTO 02

Autopista urbana W18 = 2 x 105 ESALs El agua drena del pavimento en aproximadamente una semana y la estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles proacuteximos a la saturacioacuten en un 30 del tiempo Los datos de los materiales son Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3100 MPa = 450000 psi

Base CBR = 100 MB = 214 MPa = 31000 psi

Sub-base CBR = 16 MSB = 904 MPa = 13111 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 538 MPa = 7800 psi

Solucioacuten

Como el pavimento es para una autopista urbana se adopta

R = 99

S0 = 02

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po = 45

Pt = 25

Y asiacute se obtiene del aacutebaco

SN = 6096 mm (24 pulg)

SN1 = 381 mm (15 pulg)

SN2 = 508 mm (2 pulg)

Los coeficientes de drenaje para base y sub-base son m2 = m3 = 080

Espesor de concreto asfaacuteltico

D1geSN1

a1 =3819044 = 866 mm (34 pulg) tomamos 90 mm

SN 1= a1lowastD1= 044 x 90 = 396 mm

Espesor para base

D2geSN 2minusSN 1

a2lowastm2=5080minus3960014lowast080

=100mmtomamos 110mm

SN 2= a2lowastm2iquestD2= 014 x 080 x 110 = 1232 mm

Espesor para sub-base

D3geSNminusiquestiquestiquest

SN 3= a3lowastm3iquestD3= 010 x 080 x 140 = 1120 mm

SN 3+SN2+SN 1=381+1232+112=6162gt6096OK

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ANEXOS

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MEacuteTODO DE DISENtildeO - INSTITUTO DEL ASFALTO

Este meacutetodo estaacute basado en el establecimiento de un liacutemite de deflexioacuten a la

estructura del pavimento el cual es funcioacuten del nuacutemero e intensidad de aplicaciones

de carga

El primer paso para la aplicacioacuten del meacutetodo del Instituto Norteamericano del Asfalto

consiste en determinar el nuacutemero de traacutensito para el periodo de disentildeo

Por otro lado el meacutetodo permite el empleo de concreto asfaacuteltico o emulsiones

asfaacutelticas en la totalidad o en parte de la estructura del pavimento e incluye varias

combinaciones de capa de rodadura y bases de concreto asfaacuteltico de capa de

rodadura y bases con emulsiones asfaacutelticas asiacute como capas de rodadura asfaacuteltica

con base y subbase granulares

Tambieacuten considera al pavimento como un sistema elaacutestico de varias capas y para su

anaacutelisis emplea conceptos teoacutericos experimentales y corridas de programa de

coacutemputo sin embargo con el objeto de simplificar el meacutetodo el Instituto de Asfalto

propone una serie de aacutebacos que permiten la aplicacioacuten del meacutetodo en forma raacutepida y

sencilla

5511 Criterios de disentildeoMediante esta metodologiacutea se asume que las cargas en la superficie del pavimento

producen 2 deformaciones que son consideradas criacuteticas para el disentildeo Estas

deformaciones unitarias son

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bull La deformacioacuten horizontal de tensioacuten t e en el fondo de la capa asfaacuteltica maacutes profunda ya sea que se trate de concreto asfaacuteltico o de una capa tratada con asfalto emulsificado y

bull La deformacioacuten vertical de compresioacuten c e en la parte superior de la capa de subrasante

Si t e es excesiva se produciraacuten fisuras en la capa asfaacuteltica mientras que si c e es excesiva se produciraacuten deformaciones permanentes en la superficie del pavimento

Debido a la heterogeneidad de vehiacuteculos existentes se debe primero analizar

cada eje del vehiacuteculo a fin de encontrar la incidencia de carga que cada uno

produce (factor de equivalencia de carga)

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Como ejemplo para la realidad nacional un vehiacuteculo liviano con ejes simples se

conforma de la siguiente manera el eje delantero con una carga bruta de 2000 lb

el eje trasero con 4000 lb (Seguacuten EMAPE) Su conversioacuten a ejes simples es de

000018 y 000209 respectivamente Estos valores son altos para un vehiacuteculo

ligero promedio Sin embargo se toma el caso maacutes desfavorable debido a que

ellos se encuentran conformados por autos camionetas y furgonetas

Cada eje puede llevar en sus extremos un neumaacutetico en cuyo caso se designa

como neumaacutetico simple o dos neumaacuteticos en cuyo caso se designa como

neumaacuteticos gemelos o duales

Los tipos de ejes legalmente reconocidos son

Eje simple un uacutenico eje

Eje taacutendem grupo de dos ejes sucesivos cuya distancia entre centros es menor a

2 metros

Eje tridem grupo de tres ejes sucesivos cuya distancia entre centros es menor a 2

metros

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Carril del disentildeoPara calles y carreteras de 2 carriles el carril de disentildeo puede ser cualquiera de

los carriles de la viacutea mientras que para calles y carreteras de carriles muacuteltiples

generalmente es el carril externo

Entonces para el caacutelculo del porcentaje de camiones en el flujo vehicular sobre el

carril de disentildeo el actual meacutetodo recomienda los siguientes valores

Tabla 01 Porcentaje de camiones en el carril de disentildeo

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A continuacioacuten se visualiza la tabla 02 para la conversioacuten de cualquier carga yo

combinacioacuten de ejes y de neumaacuteticos en un nuacutemero total de pasadas del eje

estaacutendar

Periacuteodo de disentildeo y tasa de crecimiento anualEn la Tabla 03 se presenta la relacioacuten entre la taza de crecimiento anual

Afectando el iacutendice medio diario anual por la taza de crecimiento se estima el

crecimiento del volumen vehicular proyectado para los antildeos que se disentildeo el

pavimento

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La tasa de crecimiento para diferentes tipos de vehiacuteculos puede ser estimada

variando el crecimiento normal entre 3 y 5 por antildeo No obstante carreteras

nuevas o nuevos desarrollos pueden generar incrementos de mayor magnitud los

cuales pueden alcanzar valores de hasta 10

Aacuterea de contacto y presioacuten de neumaacutetico

Es sabido que la carga puede causar mas dantildeo si la presioacuten del neumaacutetico es alta

(por la menor aacuterea de contacto) Tener en cuenta pues que la presioacuten del

neumaacutetico no siempre es igual a la presioacuten de contacto

En la versioacuten actual el meacutetodo incorpora factores de ajuste de los ejes

equivalentes de disentildeo para diferentes presiones de contacto de las llantas sobre

el pavimento en funcioacuten de su presioacuten de inflado y de los espesores de la carpeta

asfaacuteltica donde contempla desde cuatro hasta diez pulgadas de espesor Ver

Figura 01

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Estimacioacuten del traacutensito vehicularPara obtener el iacutendice medio diario o traacutefico diario promedio es necesario contar

con una estacioacuten de control la cual recoja los diferentes datos del volumen

vehicular a fin de agruparlos por categoriacuteas seguacuten las normas propuestas para

cada paiacutes Ya teniendo esa informacioacuten se afecta cada grupo vehicular por un

factor de equivalencia de carga El nuacutemero de repeticiones para producir igual

dantildeo se basa en factores de equivalencia entre la carga real (volumen vehicular) y

la carga estaacutendar (eje simple 18000lb)

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Evaluacioacuten de los materialesPara el disentildeo de los espesores de una seccioacuten estructural del pavimento flexible

el meacutetodo actual del Instituto del Asfalto considera como paraacutemetro fundamental

dentro de la evaluacioacuten de los materiales la obtencioacuten del Moacutedulo de Resilencia

(Mr) de la subrasante Sin embargo reconocen que no todos los organismos

tienen el equipo adecuado para llevar a cabo tal prueba por lo que han

establecido factores de correlacioacuten entre Mr y la prueba estaacutendar de Valor Relativo

de Soporte CBR Sentildealan que los resultados son bastante aproximados sin

embargo para un disentildeo preciso se recomienda llevar a cabo la prueba del

Moacutedulo de Resiliencia para la subrasante

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Restricciones de tiempoUn pavimento debe ser disentildeado para soportar los efectos acumulados del traacutensito

para cualquier periacuteodo de tiempo El periacuteodo seleccionado que dura el pavimento

antes que requiera rehabilitacioacuten se define como ldquoPeriacuteodo de Disentildeordquo Al teacutermino

de eacuteste se espera que el pavimento requiera alguna rehabilitacioacuten mayor como

puede ser una sobre carpeta de refuerzo para restaurar su condicioacuten original

Luego de la primera intervencioacuten la vida uacutetil del pavimento o ldquoPeriacuteodo de Anaacutelisisrdquo

puede ser extendida indefinidamente a traveacutes de mejoramientos sucesivos de

rehabilitacioacuten hasta que el pavimento sea obsoleto por cambios significativos en

pendientes alineamiento geomeacutetrico y otros factores

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En funcioacuten del traacutensito esperado sobre el pavimento en estudio el meacutetodo del

Instituto del Asfalto recomienda los siguientes valores percentiles para calcular el

Moacutedulo de Resiliencia de disentildeo de la capa subrasante

Con las muestras de material obtenidas en el campo y con los resultados

obtenidos en el laboratorio para determinar sus Moacutedulos de Resiliencia se deberaacute

calcular el Mr de disentildeo de la capa subrasante con los percentiles sugeridos en la

tabla anterior

Para los requerimientos de compactacioacuten en las capas de base y subbase el

actual meacutetodo proporciona las siguientes recomendaciones

Capas de base y subbase formadas con materiales granulares sin tratamiento

esto es no estabilizadas deberaacuten compactarse con un contenido de humedad

oacuteptimo maacutes menos 15 puntos en porcentaje para alcanzar una densidad miacutenima

del 100 de la densidad maacutexima de laboratorio

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Asiacute mismo recomienda los siguientes valores para las diferentes pruebas a

realizarse con materiales de bases y subbases Ver tabla 05

Propiedades de los materialesLas bases estabilizadas con emulsiones asfaacutelticas corresponden a tres tipos de

Mezcla seguacuten la clase de agregados utilizados se tiene

Tipo I Mezcla elaborada con agregados procesados de gradacioacuten densa

Tipo II Mezcla elaborada con agregados semi-procesados

Tipo III Mezcla elaborada con arenas o arenas limosas

En cuanto a requerimientos de espesores miacutenimos en funcioacuten del nivel de traacutensito

en ejes equivalentes el meacutetodo recomienda los siguientes valores

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A) Para superficies de concreto asfaacuteltico construidas sobre bases estabilizadas

con emulsioacuten asfaacuteltica

Podraacute usarse concreto asfaacuteltico o mezclas asfaacutelticas emulsificadas Tipo I conun tratamiento superficial sobre bases asfaacutelticas tipo II o III

B) Para superficies de concreto asfaacuteltico construido sobre bases granulares sin

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Estabilizar

Factores ambientalesEs importante hacer notar que el meacutetodo contempla factores de medio ambiente y

varios tipos o clases de asfalto seguacuten las necesidades particulares del disentildeo A

continuacioacuten ver la tabla

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Page 16: PAVIMENTOS-FLEXIBLES

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cuales estaacuten dados en la Tabla IV7 en funcioacuten del porcentaje de tiempo a lo largo de un antildeo en el cual la estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles de humedad proacuteximos a la saturacioacuten

- DESVIACION ESTANDAR (s0 iquest

La Desviacioacuten Estaacutendar Combinada (So) es un valor que toma en cuenta la variabilidad esperada de la prediccioacuten del traacutensito y de los otros factores que afectan el comportamiento del pavimento como por ejemplo construccioacuten medio ambiente incertidumbre del modelo La Guiacutea AASHTO recomienda adoptar para los pavimentos flexibles valores de So comprendidos entre 040 y 050 en el presente Manual se adopta para los disentildeos recomendados el valor de 045

- DETERMINACION DEL NUacuteMERO ESTRUCTURAL

El meacutetodo estaacute basado en el caacutelculo del Nuacutemero Estructural ldquoSNrdquo sobre la capa subrasante o cuerpo del terrapleacuten Para esto se dispone del abaco y ecuacioacuten siguiente

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Donde

W18 = Traacutefico equivalente o ESALacutes

ZR = Factor de desviacioacuten normal para un nivel de confiabilidad R

So = Desviacioacuten estaacutendar

ΔPSI =Diferencia entre los iacutendices de servicio inicial y el final deseado

MR = Moacutedulo de resiliencia efectivo de la subrasante

SN = Nuacutemero estructural

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- DETERMINACION DE ESPESORES POR CAPA

La estructura del pavimento flexible estaacute formada por un sistema de varias capas por lo cual debe dimensionarse cada una de ellas considerando sus caracteriacutesticas propias

Una vez que el disentildeador ha obtenido el Nuacutemero Estructural SN para la seccioacuten estructural del pavimento se requiere determinar una seccioacuten multicapa que en conjunto provea una suficiente capacidad de soporte equivalente al nuacutemero estructural de disentildeo Para este fin se utiliza la siguiente ecuacioacuten que permite obtener los espesores de la capa de rodamiento o carpeta de la capa base y de la sub-base

Donde

a1 a2 y a3 = Coeficientes estructurales de capa de carpeta base y sub-base respectivamente

D1 D2 y D3 = Espesor de la carpeta base y sub-base respectivamente en pulgadas

m2 y m3 = Coeficientes de drenaje para base y sub-base respectivamente

De la misma manera se deberaacute obtener los coeficientes estructurales de la carpeta asfaacuteltica (a1) de la capa base (a2) y de la sub-base (a3) utilizando los valores del moacutedulo de resiliencia correspondientes a cada una de ellas

Los coeficientes de capa a1 a2 y a3 se obtienen utilizando las correlaciones de valores de diferentes pruebas de laboratorio Moacutedulo Resiliente Texas Triaxial Valor R y CBR tal como se muestra en las siguientes figuras

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Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la carpeta asfaacuteltica ldquoa1rdquo Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la capa base granular ldquoa2rdquo

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la sub-base granular ldquoa3rdquoFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures

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- ESPESORES MINIMOS EN FUNCION DEL ldquoSNrdquo

En el control de los espesores D1 D2 y D3 a traveacutes del SN se busca dar proteccioacuten a las capas granulares no tratadas de las tensiones verticales excesivas que produciriacutean deformaciones permanentes como se muestra en el graacutefico siguiente Los materiales son seleccionados para cada capa de acuerdo a las recomendaciones del meacutetodo por tanto se conocen los moacutedulos resilientes de cada capa Usando el aacutebaco del SN se determinan los nuacutemeros estructurales requeridos para proteger cada capa no tratada

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utilizando el moacutedulo resiliente de la capa que es encuentra inmediatamente por debajo por ejemplo para sacar el espesor D1 de la carpeta se considera el MR de la capa base y asiacute se obtiene el SN1 que debe ser soportado por la carpeta asfaacuteltica de donde

Se adopta un espesor D1 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido por esta capa seraacute

S N1=a1lowastD1

Para determinar el espesor miacutenimo de la capa base se entra al aacutebaco con el MR de la sub-base para obtener el nuacutemero estructural SN2 que seraacute absorbido por la carpeta y la capa base de donde

D2geSN 2minusSN 1

a2lowastm2geSN B

a2lowastm2

Se adopta un espesor D2 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido seraacute

S Nb=a2lowastm2lowastD 2

SNb = Nuacutemero estructural de la base

Finalmente para la sub-base se ingresa con el MR que corresponde a la subrasante y se obtiene SN3 = SN para todo el paquete estructural por tanto el espesor seraacute

D3geSNminusiquestiquestiquest

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Se adopta un espesor D3 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido por la sub-base seraacute

S N3=a3lowastm3lowastD3

SN SB = Nuacutemero estructural de la sub base

La suma de los nuacutemeros estructurales de las capas que constituyen el pavimento debe ser mayor o igual a

SN 1+SN 2+SN 3ge SN

Este procedimiento no es aplicable para determinar espesores sobre capas que tengan un moacutedulo resiliente mayor a 40000 psi (280 MPa) En este caso los espesores se determinaran mediante criterios constructivos o de acuerdo a la relacioacuten costo-eficiencia

PROBLEMA RESUELTO 01

Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado (ambas direcciones) = 6 x 104 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

Crecimiento de camiones (por antildeo) = 0 (Sin crecimiento)

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 3450 MPa = 500000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MB = 172 MPa = 25000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 827 MPa = 12000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante

Invierno (med Diciembre-fines Febrero) MR = 207 MPa = 30000 psi

Primavera (med Marzo-fines Abril) MR = 689 MPa = 1000 psi

Verano y Otontildeo (princ Mayo-med Diciembre) MR = 345 MPa = 5000 psi

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Solucioacuten

Algunas variables de entrada deben seleccionarse en base a la importancia funcional del pavimento consideraciones de construccioacuten por etapas conocimiento de la calidad de la construccioacuten y experiencia Asiacute se adoptan este tipo de variables

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 90

Desviacioacuten estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial p0 = 5

Serviciabilidad final pt = 25

En cada etapa la confiabilidad seraacute R = (090)frac12 = 095 = 95

El traacutensito esperado para el final de la vida uacutetil seraacute

W18 = Factor de crecimiento traacutensito traacutensito inicial DD TD

= 10 6 x 104 ESALs 050 070 = 21 x 105 ESALs

El moacutedulo efectivo de la subrasante es MR = 1415 MPa = 2100 psi

Variacioacuten de serviciabilidad ΔPSI = p0 ndash pt = 5 ndash 25 = 25 por traacutensito

Para R = 95 S0 = 035 W18 = 21 x 105 ESALs MR = 2100 psi y ΔPSI = 25 corresponde SN =

9652 mm (38 pulg) con

SN1 = 4064 mm (16 pulg) para proteccioacuten de base

SN2 = 5842 mm (23 pulg) para proteccioacuten de sub-base

Los coeficientes estructurales o de capa funcioacuten de la calidad de los materiales que forman cada capa son

Concreto asfaacuteltico a1 = 046

Base a2 = 012

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Sub-base a3 = 0 9

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo por lo que m2 = 112 La sub-base tiene caracteriacutesticas de drenaje pobre y estaraacute saturada el 25 del tiempo correspondieacutendole un coeficiente de drenaje m3 = 085

Espesor miacutenimo para capa asfaacuteltica

D1geSN1

a1 =4084046 = 88 mm (352 pulg) tomamos 90 mm

SN 1= a1lowastD1= 046 x 90 = 414 mm

Base granular

Como la capa maacutes efectiva desde el punto de vista econoacutemico es la base granular se elimina la sub-base resultando el espesor de base

D2geSN 2minusSN 1

a2lowastm2=9652minus414012lowast112

=41012mmtomamos 420mm

SN 2= a2lowastm2iquestD2= 420 x 012 x 112 = 5645 mm

SN 2+SN 1=414+5645=9785gt9652OK

PROBLEMA RESUELTO 02

Autopista urbana W18 = 2 x 105 ESALs El agua drena del pavimento en aproximadamente una semana y la estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles proacuteximos a la saturacioacuten en un 30 del tiempo Los datos de los materiales son Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3100 MPa = 450000 psi

Base CBR = 100 MB = 214 MPa = 31000 psi

Sub-base CBR = 16 MSB = 904 MPa = 13111 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 538 MPa = 7800 psi

Solucioacuten

Como el pavimento es para una autopista urbana se adopta

R = 99

S0 = 02

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po = 45

Pt = 25

Y asiacute se obtiene del aacutebaco

SN = 6096 mm (24 pulg)

SN1 = 381 mm (15 pulg)

SN2 = 508 mm (2 pulg)

Los coeficientes de drenaje para base y sub-base son m2 = m3 = 080

Espesor de concreto asfaacuteltico

D1geSN1

a1 =3819044 = 866 mm (34 pulg) tomamos 90 mm

SN 1= a1lowastD1= 044 x 90 = 396 mm

Espesor para base

D2geSN 2minusSN 1

a2lowastm2=5080minus3960014lowast080

=100mmtomamos 110mm

SN 2= a2lowastm2iquestD2= 014 x 080 x 110 = 1232 mm

Espesor para sub-base

D3geSNminusiquestiquestiquest

SN 3= a3lowastm3iquestD3= 010 x 080 x 140 = 1120 mm

SN 3+SN2+SN 1=381+1232+112=6162gt6096OK

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ANEXOS

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MEacuteTODO DE DISENtildeO - INSTITUTO DEL ASFALTO

Este meacutetodo estaacute basado en el establecimiento de un liacutemite de deflexioacuten a la

estructura del pavimento el cual es funcioacuten del nuacutemero e intensidad de aplicaciones

de carga

El primer paso para la aplicacioacuten del meacutetodo del Instituto Norteamericano del Asfalto

consiste en determinar el nuacutemero de traacutensito para el periodo de disentildeo

Por otro lado el meacutetodo permite el empleo de concreto asfaacuteltico o emulsiones

asfaacutelticas en la totalidad o en parte de la estructura del pavimento e incluye varias

combinaciones de capa de rodadura y bases de concreto asfaacuteltico de capa de

rodadura y bases con emulsiones asfaacutelticas asiacute como capas de rodadura asfaacuteltica

con base y subbase granulares

Tambieacuten considera al pavimento como un sistema elaacutestico de varias capas y para su

anaacutelisis emplea conceptos teoacutericos experimentales y corridas de programa de

coacutemputo sin embargo con el objeto de simplificar el meacutetodo el Instituto de Asfalto

propone una serie de aacutebacos que permiten la aplicacioacuten del meacutetodo en forma raacutepida y

sencilla

5511 Criterios de disentildeoMediante esta metodologiacutea se asume que las cargas en la superficie del pavimento

producen 2 deformaciones que son consideradas criacuteticas para el disentildeo Estas

deformaciones unitarias son

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bull La deformacioacuten horizontal de tensioacuten t e en el fondo de la capa asfaacuteltica maacutes profunda ya sea que se trate de concreto asfaacuteltico o de una capa tratada con asfalto emulsificado y

bull La deformacioacuten vertical de compresioacuten c e en la parte superior de la capa de subrasante

Si t e es excesiva se produciraacuten fisuras en la capa asfaacuteltica mientras que si c e es excesiva se produciraacuten deformaciones permanentes en la superficie del pavimento

Debido a la heterogeneidad de vehiacuteculos existentes se debe primero analizar

cada eje del vehiacuteculo a fin de encontrar la incidencia de carga que cada uno

produce (factor de equivalencia de carga)

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Como ejemplo para la realidad nacional un vehiacuteculo liviano con ejes simples se

conforma de la siguiente manera el eje delantero con una carga bruta de 2000 lb

el eje trasero con 4000 lb (Seguacuten EMAPE) Su conversioacuten a ejes simples es de

000018 y 000209 respectivamente Estos valores son altos para un vehiacuteculo

ligero promedio Sin embargo se toma el caso maacutes desfavorable debido a que

ellos se encuentran conformados por autos camionetas y furgonetas

Cada eje puede llevar en sus extremos un neumaacutetico en cuyo caso se designa

como neumaacutetico simple o dos neumaacuteticos en cuyo caso se designa como

neumaacuteticos gemelos o duales

Los tipos de ejes legalmente reconocidos son

Eje simple un uacutenico eje

Eje taacutendem grupo de dos ejes sucesivos cuya distancia entre centros es menor a

2 metros

Eje tridem grupo de tres ejes sucesivos cuya distancia entre centros es menor a 2

metros

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Carril del disentildeoPara calles y carreteras de 2 carriles el carril de disentildeo puede ser cualquiera de

los carriles de la viacutea mientras que para calles y carreteras de carriles muacuteltiples

generalmente es el carril externo

Entonces para el caacutelculo del porcentaje de camiones en el flujo vehicular sobre el

carril de disentildeo el actual meacutetodo recomienda los siguientes valores

Tabla 01 Porcentaje de camiones en el carril de disentildeo

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A continuacioacuten se visualiza la tabla 02 para la conversioacuten de cualquier carga yo

combinacioacuten de ejes y de neumaacuteticos en un nuacutemero total de pasadas del eje

estaacutendar

Periacuteodo de disentildeo y tasa de crecimiento anualEn la Tabla 03 se presenta la relacioacuten entre la taza de crecimiento anual

Afectando el iacutendice medio diario anual por la taza de crecimiento se estima el

crecimiento del volumen vehicular proyectado para los antildeos que se disentildeo el

pavimento

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La tasa de crecimiento para diferentes tipos de vehiacuteculos puede ser estimada

variando el crecimiento normal entre 3 y 5 por antildeo No obstante carreteras

nuevas o nuevos desarrollos pueden generar incrementos de mayor magnitud los

cuales pueden alcanzar valores de hasta 10

Aacuterea de contacto y presioacuten de neumaacutetico

Es sabido que la carga puede causar mas dantildeo si la presioacuten del neumaacutetico es alta

(por la menor aacuterea de contacto) Tener en cuenta pues que la presioacuten del

neumaacutetico no siempre es igual a la presioacuten de contacto

En la versioacuten actual el meacutetodo incorpora factores de ajuste de los ejes

equivalentes de disentildeo para diferentes presiones de contacto de las llantas sobre

el pavimento en funcioacuten de su presioacuten de inflado y de los espesores de la carpeta

asfaacuteltica donde contempla desde cuatro hasta diez pulgadas de espesor Ver

Figura 01

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Estimacioacuten del traacutensito vehicularPara obtener el iacutendice medio diario o traacutefico diario promedio es necesario contar

con una estacioacuten de control la cual recoja los diferentes datos del volumen

vehicular a fin de agruparlos por categoriacuteas seguacuten las normas propuestas para

cada paiacutes Ya teniendo esa informacioacuten se afecta cada grupo vehicular por un

factor de equivalencia de carga El nuacutemero de repeticiones para producir igual

dantildeo se basa en factores de equivalencia entre la carga real (volumen vehicular) y

la carga estaacutendar (eje simple 18000lb)

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Evaluacioacuten de los materialesPara el disentildeo de los espesores de una seccioacuten estructural del pavimento flexible

el meacutetodo actual del Instituto del Asfalto considera como paraacutemetro fundamental

dentro de la evaluacioacuten de los materiales la obtencioacuten del Moacutedulo de Resilencia

(Mr) de la subrasante Sin embargo reconocen que no todos los organismos

tienen el equipo adecuado para llevar a cabo tal prueba por lo que han

establecido factores de correlacioacuten entre Mr y la prueba estaacutendar de Valor Relativo

de Soporte CBR Sentildealan que los resultados son bastante aproximados sin

embargo para un disentildeo preciso se recomienda llevar a cabo la prueba del

Moacutedulo de Resiliencia para la subrasante

UPAO 40

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Restricciones de tiempoUn pavimento debe ser disentildeado para soportar los efectos acumulados del traacutensito

para cualquier periacuteodo de tiempo El periacuteodo seleccionado que dura el pavimento

antes que requiera rehabilitacioacuten se define como ldquoPeriacuteodo de Disentildeordquo Al teacutermino

de eacuteste se espera que el pavimento requiera alguna rehabilitacioacuten mayor como

puede ser una sobre carpeta de refuerzo para restaurar su condicioacuten original

Luego de la primera intervencioacuten la vida uacutetil del pavimento o ldquoPeriacuteodo de Anaacutelisisrdquo

puede ser extendida indefinidamente a traveacutes de mejoramientos sucesivos de

rehabilitacioacuten hasta que el pavimento sea obsoleto por cambios significativos en

pendientes alineamiento geomeacutetrico y otros factores

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En funcioacuten del traacutensito esperado sobre el pavimento en estudio el meacutetodo del

Instituto del Asfalto recomienda los siguientes valores percentiles para calcular el

Moacutedulo de Resiliencia de disentildeo de la capa subrasante

Con las muestras de material obtenidas en el campo y con los resultados

obtenidos en el laboratorio para determinar sus Moacutedulos de Resiliencia se deberaacute

calcular el Mr de disentildeo de la capa subrasante con los percentiles sugeridos en la

tabla anterior

Para los requerimientos de compactacioacuten en las capas de base y subbase el

actual meacutetodo proporciona las siguientes recomendaciones

Capas de base y subbase formadas con materiales granulares sin tratamiento

esto es no estabilizadas deberaacuten compactarse con un contenido de humedad

oacuteptimo maacutes menos 15 puntos en porcentaje para alcanzar una densidad miacutenima

del 100 de la densidad maacutexima de laboratorio

UPAO 42

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Asiacute mismo recomienda los siguientes valores para las diferentes pruebas a

realizarse con materiales de bases y subbases Ver tabla 05

Propiedades de los materialesLas bases estabilizadas con emulsiones asfaacutelticas corresponden a tres tipos de

Mezcla seguacuten la clase de agregados utilizados se tiene

Tipo I Mezcla elaborada con agregados procesados de gradacioacuten densa

Tipo II Mezcla elaborada con agregados semi-procesados

Tipo III Mezcla elaborada con arenas o arenas limosas

En cuanto a requerimientos de espesores miacutenimos en funcioacuten del nivel de traacutensito

en ejes equivalentes el meacutetodo recomienda los siguientes valores

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A) Para superficies de concreto asfaacuteltico construidas sobre bases estabilizadas

con emulsioacuten asfaacuteltica

Podraacute usarse concreto asfaacuteltico o mezclas asfaacutelticas emulsificadas Tipo I conun tratamiento superficial sobre bases asfaacutelticas tipo II o III

B) Para superficies de concreto asfaacuteltico construido sobre bases granulares sin

UPAO 44

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Estabilizar

Factores ambientalesEs importante hacer notar que el meacutetodo contempla factores de medio ambiente y

varios tipos o clases de asfalto seguacuten las necesidades particulares del disentildeo A

continuacioacuten ver la tabla

UPAO 45

Page 17: PAVIMENTOS-FLEXIBLES

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Donde

W18 = Traacutefico equivalente o ESALacutes

ZR = Factor de desviacioacuten normal para un nivel de confiabilidad R

So = Desviacioacuten estaacutendar

ΔPSI =Diferencia entre los iacutendices de servicio inicial y el final deseado

MR = Moacutedulo de resiliencia efectivo de la subrasante

SN = Nuacutemero estructural

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- DETERMINACION DE ESPESORES POR CAPA

La estructura del pavimento flexible estaacute formada por un sistema de varias capas por lo cual debe dimensionarse cada una de ellas considerando sus caracteriacutesticas propias

Una vez que el disentildeador ha obtenido el Nuacutemero Estructural SN para la seccioacuten estructural del pavimento se requiere determinar una seccioacuten multicapa que en conjunto provea una suficiente capacidad de soporte equivalente al nuacutemero estructural de disentildeo Para este fin se utiliza la siguiente ecuacioacuten que permite obtener los espesores de la capa de rodamiento o carpeta de la capa base y de la sub-base

Donde

a1 a2 y a3 = Coeficientes estructurales de capa de carpeta base y sub-base respectivamente

D1 D2 y D3 = Espesor de la carpeta base y sub-base respectivamente en pulgadas

m2 y m3 = Coeficientes de drenaje para base y sub-base respectivamente

De la misma manera se deberaacute obtener los coeficientes estructurales de la carpeta asfaacuteltica (a1) de la capa base (a2) y de la sub-base (a3) utilizando los valores del moacutedulo de resiliencia correspondientes a cada una de ellas

Los coeficientes de capa a1 a2 y a3 se obtienen utilizando las correlaciones de valores de diferentes pruebas de laboratorio Moacutedulo Resiliente Texas Triaxial Valor R y CBR tal como se muestra en las siguientes figuras

UPAO 19

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Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la carpeta asfaacuteltica ldquoa1rdquo Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la capa base granular ldquoa2rdquo

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la sub-base granular ldquoa3rdquoFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures

1993

- ESPESORES MINIMOS EN FUNCION DEL ldquoSNrdquo

En el control de los espesores D1 D2 y D3 a traveacutes del SN se busca dar proteccioacuten a las capas granulares no tratadas de las tensiones verticales excesivas que produciriacutean deformaciones permanentes como se muestra en el graacutefico siguiente Los materiales son seleccionados para cada capa de acuerdo a las recomendaciones del meacutetodo por tanto se conocen los moacutedulos resilientes de cada capa Usando el aacutebaco del SN se determinan los nuacutemeros estructurales requeridos para proteger cada capa no tratada

UPAO 22

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utilizando el moacutedulo resiliente de la capa que es encuentra inmediatamente por debajo por ejemplo para sacar el espesor D1 de la carpeta se considera el MR de la capa base y asiacute se obtiene el SN1 que debe ser soportado por la carpeta asfaacuteltica de donde

Se adopta un espesor D1 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido por esta capa seraacute

S N1=a1lowastD1

Para determinar el espesor miacutenimo de la capa base se entra al aacutebaco con el MR de la sub-base para obtener el nuacutemero estructural SN2 que seraacute absorbido por la carpeta y la capa base de donde

D2geSN 2minusSN 1

a2lowastm2geSN B

a2lowastm2

Se adopta un espesor D2 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido seraacute

S Nb=a2lowastm2lowastD 2

SNb = Nuacutemero estructural de la base

Finalmente para la sub-base se ingresa con el MR que corresponde a la subrasante y se obtiene SN3 = SN para todo el paquete estructural por tanto el espesor seraacute

D3geSNminusiquestiquestiquest

UPAO 23

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Se adopta un espesor D3 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido por la sub-base seraacute

S N3=a3lowastm3lowastD3

SN SB = Nuacutemero estructural de la sub base

La suma de los nuacutemeros estructurales de las capas que constituyen el pavimento debe ser mayor o igual a

SN 1+SN 2+SN 3ge SN

Este procedimiento no es aplicable para determinar espesores sobre capas que tengan un moacutedulo resiliente mayor a 40000 psi (280 MPa) En este caso los espesores se determinaran mediante criterios constructivos o de acuerdo a la relacioacuten costo-eficiencia

PROBLEMA RESUELTO 01

Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado (ambas direcciones) = 6 x 104 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

Crecimiento de camiones (por antildeo) = 0 (Sin crecimiento)

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 3450 MPa = 500000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MB = 172 MPa = 25000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 827 MPa = 12000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante

Invierno (med Diciembre-fines Febrero) MR = 207 MPa = 30000 psi

Primavera (med Marzo-fines Abril) MR = 689 MPa = 1000 psi

Verano y Otontildeo (princ Mayo-med Diciembre) MR = 345 MPa = 5000 psi

UPAO 24

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Solucioacuten

Algunas variables de entrada deben seleccionarse en base a la importancia funcional del pavimento consideraciones de construccioacuten por etapas conocimiento de la calidad de la construccioacuten y experiencia Asiacute se adoptan este tipo de variables

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 90

Desviacioacuten estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial p0 = 5

Serviciabilidad final pt = 25

En cada etapa la confiabilidad seraacute R = (090)frac12 = 095 = 95

El traacutensito esperado para el final de la vida uacutetil seraacute

W18 = Factor de crecimiento traacutensito traacutensito inicial DD TD

= 10 6 x 104 ESALs 050 070 = 21 x 105 ESALs

El moacutedulo efectivo de la subrasante es MR = 1415 MPa = 2100 psi

Variacioacuten de serviciabilidad ΔPSI = p0 ndash pt = 5 ndash 25 = 25 por traacutensito

Para R = 95 S0 = 035 W18 = 21 x 105 ESALs MR = 2100 psi y ΔPSI = 25 corresponde SN =

9652 mm (38 pulg) con

SN1 = 4064 mm (16 pulg) para proteccioacuten de base

SN2 = 5842 mm (23 pulg) para proteccioacuten de sub-base

Los coeficientes estructurales o de capa funcioacuten de la calidad de los materiales que forman cada capa son

Concreto asfaacuteltico a1 = 046

Base a2 = 012

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Sub-base a3 = 0 9

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo por lo que m2 = 112 La sub-base tiene caracteriacutesticas de drenaje pobre y estaraacute saturada el 25 del tiempo correspondieacutendole un coeficiente de drenaje m3 = 085

Espesor miacutenimo para capa asfaacuteltica

D1geSN1

a1 =4084046 = 88 mm (352 pulg) tomamos 90 mm

SN 1= a1lowastD1= 046 x 90 = 414 mm

Base granular

Como la capa maacutes efectiva desde el punto de vista econoacutemico es la base granular se elimina la sub-base resultando el espesor de base

D2geSN 2minusSN 1

a2lowastm2=9652minus414012lowast112

=41012mmtomamos 420mm

SN 2= a2lowastm2iquestD2= 420 x 012 x 112 = 5645 mm

SN 2+SN 1=414+5645=9785gt9652OK

PROBLEMA RESUELTO 02

Autopista urbana W18 = 2 x 105 ESALs El agua drena del pavimento en aproximadamente una semana y la estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles proacuteximos a la saturacioacuten en un 30 del tiempo Los datos de los materiales son Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3100 MPa = 450000 psi

Base CBR = 100 MB = 214 MPa = 31000 psi

Sub-base CBR = 16 MSB = 904 MPa = 13111 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 538 MPa = 7800 psi

Solucioacuten

Como el pavimento es para una autopista urbana se adopta

R = 99

S0 = 02

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po = 45

Pt = 25

Y asiacute se obtiene del aacutebaco

SN = 6096 mm (24 pulg)

SN1 = 381 mm (15 pulg)

SN2 = 508 mm (2 pulg)

Los coeficientes de drenaje para base y sub-base son m2 = m3 = 080

Espesor de concreto asfaacuteltico

D1geSN1

a1 =3819044 = 866 mm (34 pulg) tomamos 90 mm

SN 1= a1lowastD1= 044 x 90 = 396 mm

Espesor para base

D2geSN 2minusSN 1

a2lowastm2=5080minus3960014lowast080

=100mmtomamos 110mm

SN 2= a2lowastm2iquestD2= 014 x 080 x 110 = 1232 mm

Espesor para sub-base

D3geSNminusiquestiquestiquest

SN 3= a3lowastm3iquestD3= 010 x 080 x 140 = 1120 mm

SN 3+SN2+SN 1=381+1232+112=6162gt6096OK

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ANEXOS

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Este meacutetodo estaacute basado en el establecimiento de un liacutemite de deflexioacuten a la

estructura del pavimento el cual es funcioacuten del nuacutemero e intensidad de aplicaciones

de carga

El primer paso para la aplicacioacuten del meacutetodo del Instituto Norteamericano del Asfalto

consiste en determinar el nuacutemero de traacutensito para el periodo de disentildeo

Por otro lado el meacutetodo permite el empleo de concreto asfaacuteltico o emulsiones

asfaacutelticas en la totalidad o en parte de la estructura del pavimento e incluye varias

combinaciones de capa de rodadura y bases de concreto asfaacuteltico de capa de

rodadura y bases con emulsiones asfaacutelticas asiacute como capas de rodadura asfaacuteltica

con base y subbase granulares

Tambieacuten considera al pavimento como un sistema elaacutestico de varias capas y para su

anaacutelisis emplea conceptos teoacutericos experimentales y corridas de programa de

coacutemputo sin embargo con el objeto de simplificar el meacutetodo el Instituto de Asfalto

propone una serie de aacutebacos que permiten la aplicacioacuten del meacutetodo en forma raacutepida y

sencilla

5511 Criterios de disentildeoMediante esta metodologiacutea se asume que las cargas en la superficie del pavimento

producen 2 deformaciones que son consideradas criacuteticas para el disentildeo Estas

deformaciones unitarias son

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bull La deformacioacuten horizontal de tensioacuten t e en el fondo de la capa asfaacuteltica maacutes profunda ya sea que se trate de concreto asfaacuteltico o de una capa tratada con asfalto emulsificado y

bull La deformacioacuten vertical de compresioacuten c e en la parte superior de la capa de subrasante

Si t e es excesiva se produciraacuten fisuras en la capa asfaacuteltica mientras que si c e es excesiva se produciraacuten deformaciones permanentes en la superficie del pavimento

Debido a la heterogeneidad de vehiacuteculos existentes se debe primero analizar

cada eje del vehiacuteculo a fin de encontrar la incidencia de carga que cada uno

produce (factor de equivalencia de carga)

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Como ejemplo para la realidad nacional un vehiacuteculo liviano con ejes simples se

conforma de la siguiente manera el eje delantero con una carga bruta de 2000 lb

el eje trasero con 4000 lb (Seguacuten EMAPE) Su conversioacuten a ejes simples es de

000018 y 000209 respectivamente Estos valores son altos para un vehiacuteculo

ligero promedio Sin embargo se toma el caso maacutes desfavorable debido a que

ellos se encuentran conformados por autos camionetas y furgonetas

Cada eje puede llevar en sus extremos un neumaacutetico en cuyo caso se designa

como neumaacutetico simple o dos neumaacuteticos en cuyo caso se designa como

neumaacuteticos gemelos o duales

Los tipos de ejes legalmente reconocidos son

Eje simple un uacutenico eje

Eje taacutendem grupo de dos ejes sucesivos cuya distancia entre centros es menor a

2 metros

Eje tridem grupo de tres ejes sucesivos cuya distancia entre centros es menor a 2

metros

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Carril del disentildeoPara calles y carreteras de 2 carriles el carril de disentildeo puede ser cualquiera de

los carriles de la viacutea mientras que para calles y carreteras de carriles muacuteltiples

generalmente es el carril externo

Entonces para el caacutelculo del porcentaje de camiones en el flujo vehicular sobre el

carril de disentildeo el actual meacutetodo recomienda los siguientes valores

Tabla 01 Porcentaje de camiones en el carril de disentildeo

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A continuacioacuten se visualiza la tabla 02 para la conversioacuten de cualquier carga yo

combinacioacuten de ejes y de neumaacuteticos en un nuacutemero total de pasadas del eje

estaacutendar

Periacuteodo de disentildeo y tasa de crecimiento anualEn la Tabla 03 se presenta la relacioacuten entre la taza de crecimiento anual

Afectando el iacutendice medio diario anual por la taza de crecimiento se estima el

crecimiento del volumen vehicular proyectado para los antildeos que se disentildeo el

pavimento

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La tasa de crecimiento para diferentes tipos de vehiacuteculos puede ser estimada

variando el crecimiento normal entre 3 y 5 por antildeo No obstante carreteras

nuevas o nuevos desarrollos pueden generar incrementos de mayor magnitud los

cuales pueden alcanzar valores de hasta 10

Aacuterea de contacto y presioacuten de neumaacutetico

Es sabido que la carga puede causar mas dantildeo si la presioacuten del neumaacutetico es alta

(por la menor aacuterea de contacto) Tener en cuenta pues que la presioacuten del

neumaacutetico no siempre es igual a la presioacuten de contacto

En la versioacuten actual el meacutetodo incorpora factores de ajuste de los ejes

equivalentes de disentildeo para diferentes presiones de contacto de las llantas sobre

el pavimento en funcioacuten de su presioacuten de inflado y de los espesores de la carpeta

asfaacuteltica donde contempla desde cuatro hasta diez pulgadas de espesor Ver

Figura 01

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Estimacioacuten del traacutensito vehicularPara obtener el iacutendice medio diario o traacutefico diario promedio es necesario contar

con una estacioacuten de control la cual recoja los diferentes datos del volumen

vehicular a fin de agruparlos por categoriacuteas seguacuten las normas propuestas para

cada paiacutes Ya teniendo esa informacioacuten se afecta cada grupo vehicular por un

factor de equivalencia de carga El nuacutemero de repeticiones para producir igual

dantildeo se basa en factores de equivalencia entre la carga real (volumen vehicular) y

la carga estaacutendar (eje simple 18000lb)

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Evaluacioacuten de los materialesPara el disentildeo de los espesores de una seccioacuten estructural del pavimento flexible

el meacutetodo actual del Instituto del Asfalto considera como paraacutemetro fundamental

dentro de la evaluacioacuten de los materiales la obtencioacuten del Moacutedulo de Resilencia

(Mr) de la subrasante Sin embargo reconocen que no todos los organismos

tienen el equipo adecuado para llevar a cabo tal prueba por lo que han

establecido factores de correlacioacuten entre Mr y la prueba estaacutendar de Valor Relativo

de Soporte CBR Sentildealan que los resultados son bastante aproximados sin

embargo para un disentildeo preciso se recomienda llevar a cabo la prueba del

Moacutedulo de Resiliencia para la subrasante

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Restricciones de tiempoUn pavimento debe ser disentildeado para soportar los efectos acumulados del traacutensito

para cualquier periacuteodo de tiempo El periacuteodo seleccionado que dura el pavimento

antes que requiera rehabilitacioacuten se define como ldquoPeriacuteodo de Disentildeordquo Al teacutermino

de eacuteste se espera que el pavimento requiera alguna rehabilitacioacuten mayor como

puede ser una sobre carpeta de refuerzo para restaurar su condicioacuten original

Luego de la primera intervencioacuten la vida uacutetil del pavimento o ldquoPeriacuteodo de Anaacutelisisrdquo

puede ser extendida indefinidamente a traveacutes de mejoramientos sucesivos de

rehabilitacioacuten hasta que el pavimento sea obsoleto por cambios significativos en

pendientes alineamiento geomeacutetrico y otros factores

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En funcioacuten del traacutensito esperado sobre el pavimento en estudio el meacutetodo del

Instituto del Asfalto recomienda los siguientes valores percentiles para calcular el

Moacutedulo de Resiliencia de disentildeo de la capa subrasante

Con las muestras de material obtenidas en el campo y con los resultados

obtenidos en el laboratorio para determinar sus Moacutedulos de Resiliencia se deberaacute

calcular el Mr de disentildeo de la capa subrasante con los percentiles sugeridos en la

tabla anterior

Para los requerimientos de compactacioacuten en las capas de base y subbase el

actual meacutetodo proporciona las siguientes recomendaciones

Capas de base y subbase formadas con materiales granulares sin tratamiento

esto es no estabilizadas deberaacuten compactarse con un contenido de humedad

oacuteptimo maacutes menos 15 puntos en porcentaje para alcanzar una densidad miacutenima

del 100 de la densidad maacutexima de laboratorio

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Asiacute mismo recomienda los siguientes valores para las diferentes pruebas a

realizarse con materiales de bases y subbases Ver tabla 05

Propiedades de los materialesLas bases estabilizadas con emulsiones asfaacutelticas corresponden a tres tipos de

Mezcla seguacuten la clase de agregados utilizados se tiene

Tipo I Mezcla elaborada con agregados procesados de gradacioacuten densa

Tipo II Mezcla elaborada con agregados semi-procesados

Tipo III Mezcla elaborada con arenas o arenas limosas

En cuanto a requerimientos de espesores miacutenimos en funcioacuten del nivel de traacutensito

en ejes equivalentes el meacutetodo recomienda los siguientes valores

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A) Para superficies de concreto asfaacuteltico construidas sobre bases estabilizadas

con emulsioacuten asfaacuteltica

Podraacute usarse concreto asfaacuteltico o mezclas asfaacutelticas emulsificadas Tipo I conun tratamiento superficial sobre bases asfaacutelticas tipo II o III

B) Para superficies de concreto asfaacuteltico construido sobre bases granulares sin

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Estabilizar

Factores ambientalesEs importante hacer notar que el meacutetodo contempla factores de medio ambiente y

varios tipos o clases de asfalto seguacuten las necesidades particulares del disentildeo A

continuacioacuten ver la tabla

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Page 18: PAVIMENTOS-FLEXIBLES

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- DETERMINACION DE ESPESORES POR CAPA

La estructura del pavimento flexible estaacute formada por un sistema de varias capas por lo cual debe dimensionarse cada una de ellas considerando sus caracteriacutesticas propias

Una vez que el disentildeador ha obtenido el Nuacutemero Estructural SN para la seccioacuten estructural del pavimento se requiere determinar una seccioacuten multicapa que en conjunto provea una suficiente capacidad de soporte equivalente al nuacutemero estructural de disentildeo Para este fin se utiliza la siguiente ecuacioacuten que permite obtener los espesores de la capa de rodamiento o carpeta de la capa base y de la sub-base

Donde

a1 a2 y a3 = Coeficientes estructurales de capa de carpeta base y sub-base respectivamente

D1 D2 y D3 = Espesor de la carpeta base y sub-base respectivamente en pulgadas

m2 y m3 = Coeficientes de drenaje para base y sub-base respectivamente

De la misma manera se deberaacute obtener los coeficientes estructurales de la carpeta asfaacuteltica (a1) de la capa base (a2) y de la sub-base (a3) utilizando los valores del moacutedulo de resiliencia correspondientes a cada una de ellas

Los coeficientes de capa a1 a2 y a3 se obtienen utilizando las correlaciones de valores de diferentes pruebas de laboratorio Moacutedulo Resiliente Texas Triaxial Valor R y CBR tal como se muestra en las siguientes figuras

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Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la carpeta asfaacuteltica ldquoa1rdquo Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la capa base granular ldquoa2rdquo

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la sub-base granular ldquoa3rdquoFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures

1993

- ESPESORES MINIMOS EN FUNCION DEL ldquoSNrdquo

En el control de los espesores D1 D2 y D3 a traveacutes del SN se busca dar proteccioacuten a las capas granulares no tratadas de las tensiones verticales excesivas que produciriacutean deformaciones permanentes como se muestra en el graacutefico siguiente Los materiales son seleccionados para cada capa de acuerdo a las recomendaciones del meacutetodo por tanto se conocen los moacutedulos resilientes de cada capa Usando el aacutebaco del SN se determinan los nuacutemeros estructurales requeridos para proteger cada capa no tratada

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utilizando el moacutedulo resiliente de la capa que es encuentra inmediatamente por debajo por ejemplo para sacar el espesor D1 de la carpeta se considera el MR de la capa base y asiacute se obtiene el SN1 que debe ser soportado por la carpeta asfaacuteltica de donde

Se adopta un espesor D1 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido por esta capa seraacute

S N1=a1lowastD1

Para determinar el espesor miacutenimo de la capa base se entra al aacutebaco con el MR de la sub-base para obtener el nuacutemero estructural SN2 que seraacute absorbido por la carpeta y la capa base de donde

D2geSN 2minusSN 1

a2lowastm2geSN B

a2lowastm2

Se adopta un espesor D2 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido seraacute

S Nb=a2lowastm2lowastD 2

SNb = Nuacutemero estructural de la base

Finalmente para la sub-base se ingresa con el MR que corresponde a la subrasante y se obtiene SN3 = SN para todo el paquete estructural por tanto el espesor seraacute

D3geSNminusiquestiquestiquest

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Se adopta un espesor D3 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido por la sub-base seraacute

S N3=a3lowastm3lowastD3

SN SB = Nuacutemero estructural de la sub base

La suma de los nuacutemeros estructurales de las capas que constituyen el pavimento debe ser mayor o igual a

SN 1+SN 2+SN 3ge SN

Este procedimiento no es aplicable para determinar espesores sobre capas que tengan un moacutedulo resiliente mayor a 40000 psi (280 MPa) En este caso los espesores se determinaran mediante criterios constructivos o de acuerdo a la relacioacuten costo-eficiencia

PROBLEMA RESUELTO 01

Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado (ambas direcciones) = 6 x 104 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

Crecimiento de camiones (por antildeo) = 0 (Sin crecimiento)

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 3450 MPa = 500000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MB = 172 MPa = 25000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 827 MPa = 12000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante

Invierno (med Diciembre-fines Febrero) MR = 207 MPa = 30000 psi

Primavera (med Marzo-fines Abril) MR = 689 MPa = 1000 psi

Verano y Otontildeo (princ Mayo-med Diciembre) MR = 345 MPa = 5000 psi

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Solucioacuten

Algunas variables de entrada deben seleccionarse en base a la importancia funcional del pavimento consideraciones de construccioacuten por etapas conocimiento de la calidad de la construccioacuten y experiencia Asiacute se adoptan este tipo de variables

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 90

Desviacioacuten estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial p0 = 5

Serviciabilidad final pt = 25

En cada etapa la confiabilidad seraacute R = (090)frac12 = 095 = 95

El traacutensito esperado para el final de la vida uacutetil seraacute

W18 = Factor de crecimiento traacutensito traacutensito inicial DD TD

= 10 6 x 104 ESALs 050 070 = 21 x 105 ESALs

El moacutedulo efectivo de la subrasante es MR = 1415 MPa = 2100 psi

Variacioacuten de serviciabilidad ΔPSI = p0 ndash pt = 5 ndash 25 = 25 por traacutensito

Para R = 95 S0 = 035 W18 = 21 x 105 ESALs MR = 2100 psi y ΔPSI = 25 corresponde SN =

9652 mm (38 pulg) con

SN1 = 4064 mm (16 pulg) para proteccioacuten de base

SN2 = 5842 mm (23 pulg) para proteccioacuten de sub-base

Los coeficientes estructurales o de capa funcioacuten de la calidad de los materiales que forman cada capa son

Concreto asfaacuteltico a1 = 046

Base a2 = 012

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Sub-base a3 = 0 9

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo por lo que m2 = 112 La sub-base tiene caracteriacutesticas de drenaje pobre y estaraacute saturada el 25 del tiempo correspondieacutendole un coeficiente de drenaje m3 = 085

Espesor miacutenimo para capa asfaacuteltica

D1geSN1

a1 =4084046 = 88 mm (352 pulg) tomamos 90 mm

SN 1= a1lowastD1= 046 x 90 = 414 mm

Base granular

Como la capa maacutes efectiva desde el punto de vista econoacutemico es la base granular se elimina la sub-base resultando el espesor de base

D2geSN 2minusSN 1

a2lowastm2=9652minus414012lowast112

=41012mmtomamos 420mm

SN 2= a2lowastm2iquestD2= 420 x 012 x 112 = 5645 mm

SN 2+SN 1=414+5645=9785gt9652OK

PROBLEMA RESUELTO 02

Autopista urbana W18 = 2 x 105 ESALs El agua drena del pavimento en aproximadamente una semana y la estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles proacuteximos a la saturacioacuten en un 30 del tiempo Los datos de los materiales son Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3100 MPa = 450000 psi

Base CBR = 100 MB = 214 MPa = 31000 psi

Sub-base CBR = 16 MSB = 904 MPa = 13111 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 538 MPa = 7800 psi

Solucioacuten

Como el pavimento es para una autopista urbana se adopta

R = 99

S0 = 02

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po = 45

Pt = 25

Y asiacute se obtiene del aacutebaco

SN = 6096 mm (24 pulg)

SN1 = 381 mm (15 pulg)

SN2 = 508 mm (2 pulg)

Los coeficientes de drenaje para base y sub-base son m2 = m3 = 080

Espesor de concreto asfaacuteltico

D1geSN1

a1 =3819044 = 866 mm (34 pulg) tomamos 90 mm

SN 1= a1lowastD1= 044 x 90 = 396 mm

Espesor para base

D2geSN 2minusSN 1

a2lowastm2=5080minus3960014lowast080

=100mmtomamos 110mm

SN 2= a2lowastm2iquestD2= 014 x 080 x 110 = 1232 mm

Espesor para sub-base

D3geSNminusiquestiquestiquest

SN 3= a3lowastm3iquestD3= 010 x 080 x 140 = 1120 mm

SN 3+SN2+SN 1=381+1232+112=6162gt6096OK

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ANEXOS

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MEacuteTODO DE DISENtildeO - INSTITUTO DEL ASFALTO

Este meacutetodo estaacute basado en el establecimiento de un liacutemite de deflexioacuten a la

estructura del pavimento el cual es funcioacuten del nuacutemero e intensidad de aplicaciones

de carga

El primer paso para la aplicacioacuten del meacutetodo del Instituto Norteamericano del Asfalto

consiste en determinar el nuacutemero de traacutensito para el periodo de disentildeo

Por otro lado el meacutetodo permite el empleo de concreto asfaacuteltico o emulsiones

asfaacutelticas en la totalidad o en parte de la estructura del pavimento e incluye varias

combinaciones de capa de rodadura y bases de concreto asfaacuteltico de capa de

rodadura y bases con emulsiones asfaacutelticas asiacute como capas de rodadura asfaacuteltica

con base y subbase granulares

Tambieacuten considera al pavimento como un sistema elaacutestico de varias capas y para su

anaacutelisis emplea conceptos teoacutericos experimentales y corridas de programa de

coacutemputo sin embargo con el objeto de simplificar el meacutetodo el Instituto de Asfalto

propone una serie de aacutebacos que permiten la aplicacioacuten del meacutetodo en forma raacutepida y

sencilla

5511 Criterios de disentildeoMediante esta metodologiacutea se asume que las cargas en la superficie del pavimento

producen 2 deformaciones que son consideradas criacuteticas para el disentildeo Estas

deformaciones unitarias son

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bull La deformacioacuten horizontal de tensioacuten t e en el fondo de la capa asfaacuteltica maacutes profunda ya sea que se trate de concreto asfaacuteltico o de una capa tratada con asfalto emulsificado y

bull La deformacioacuten vertical de compresioacuten c e en la parte superior de la capa de subrasante

Si t e es excesiva se produciraacuten fisuras en la capa asfaacuteltica mientras que si c e es excesiva se produciraacuten deformaciones permanentes en la superficie del pavimento

Debido a la heterogeneidad de vehiacuteculos existentes se debe primero analizar

cada eje del vehiacuteculo a fin de encontrar la incidencia de carga que cada uno

produce (factor de equivalencia de carga)

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Como ejemplo para la realidad nacional un vehiacuteculo liviano con ejes simples se

conforma de la siguiente manera el eje delantero con una carga bruta de 2000 lb

el eje trasero con 4000 lb (Seguacuten EMAPE) Su conversioacuten a ejes simples es de

000018 y 000209 respectivamente Estos valores son altos para un vehiacuteculo

ligero promedio Sin embargo se toma el caso maacutes desfavorable debido a que

ellos se encuentran conformados por autos camionetas y furgonetas

Cada eje puede llevar en sus extremos un neumaacutetico en cuyo caso se designa

como neumaacutetico simple o dos neumaacuteticos en cuyo caso se designa como

neumaacuteticos gemelos o duales

Los tipos de ejes legalmente reconocidos son

Eje simple un uacutenico eje

Eje taacutendem grupo de dos ejes sucesivos cuya distancia entre centros es menor a

2 metros

Eje tridem grupo de tres ejes sucesivos cuya distancia entre centros es menor a 2

metros

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Carril del disentildeoPara calles y carreteras de 2 carriles el carril de disentildeo puede ser cualquiera de

los carriles de la viacutea mientras que para calles y carreteras de carriles muacuteltiples

generalmente es el carril externo

Entonces para el caacutelculo del porcentaje de camiones en el flujo vehicular sobre el

carril de disentildeo el actual meacutetodo recomienda los siguientes valores

Tabla 01 Porcentaje de camiones en el carril de disentildeo

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A continuacioacuten se visualiza la tabla 02 para la conversioacuten de cualquier carga yo

combinacioacuten de ejes y de neumaacuteticos en un nuacutemero total de pasadas del eje

estaacutendar

Periacuteodo de disentildeo y tasa de crecimiento anualEn la Tabla 03 se presenta la relacioacuten entre la taza de crecimiento anual

Afectando el iacutendice medio diario anual por la taza de crecimiento se estima el

crecimiento del volumen vehicular proyectado para los antildeos que se disentildeo el

pavimento

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La tasa de crecimiento para diferentes tipos de vehiacuteculos puede ser estimada

variando el crecimiento normal entre 3 y 5 por antildeo No obstante carreteras

nuevas o nuevos desarrollos pueden generar incrementos de mayor magnitud los

cuales pueden alcanzar valores de hasta 10

Aacuterea de contacto y presioacuten de neumaacutetico

Es sabido que la carga puede causar mas dantildeo si la presioacuten del neumaacutetico es alta

(por la menor aacuterea de contacto) Tener en cuenta pues que la presioacuten del

neumaacutetico no siempre es igual a la presioacuten de contacto

En la versioacuten actual el meacutetodo incorpora factores de ajuste de los ejes

equivalentes de disentildeo para diferentes presiones de contacto de las llantas sobre

el pavimento en funcioacuten de su presioacuten de inflado y de los espesores de la carpeta

asfaacuteltica donde contempla desde cuatro hasta diez pulgadas de espesor Ver

Figura 01

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Estimacioacuten del traacutensito vehicularPara obtener el iacutendice medio diario o traacutefico diario promedio es necesario contar

con una estacioacuten de control la cual recoja los diferentes datos del volumen

vehicular a fin de agruparlos por categoriacuteas seguacuten las normas propuestas para

cada paiacutes Ya teniendo esa informacioacuten se afecta cada grupo vehicular por un

factor de equivalencia de carga El nuacutemero de repeticiones para producir igual

dantildeo se basa en factores de equivalencia entre la carga real (volumen vehicular) y

la carga estaacutendar (eje simple 18000lb)

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Evaluacioacuten de los materialesPara el disentildeo de los espesores de una seccioacuten estructural del pavimento flexible

el meacutetodo actual del Instituto del Asfalto considera como paraacutemetro fundamental

dentro de la evaluacioacuten de los materiales la obtencioacuten del Moacutedulo de Resilencia

(Mr) de la subrasante Sin embargo reconocen que no todos los organismos

tienen el equipo adecuado para llevar a cabo tal prueba por lo que han

establecido factores de correlacioacuten entre Mr y la prueba estaacutendar de Valor Relativo

de Soporte CBR Sentildealan que los resultados son bastante aproximados sin

embargo para un disentildeo preciso se recomienda llevar a cabo la prueba del

Moacutedulo de Resiliencia para la subrasante

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Restricciones de tiempoUn pavimento debe ser disentildeado para soportar los efectos acumulados del traacutensito

para cualquier periacuteodo de tiempo El periacuteodo seleccionado que dura el pavimento

antes que requiera rehabilitacioacuten se define como ldquoPeriacuteodo de Disentildeordquo Al teacutermino

de eacuteste se espera que el pavimento requiera alguna rehabilitacioacuten mayor como

puede ser una sobre carpeta de refuerzo para restaurar su condicioacuten original

Luego de la primera intervencioacuten la vida uacutetil del pavimento o ldquoPeriacuteodo de Anaacutelisisrdquo

puede ser extendida indefinidamente a traveacutes de mejoramientos sucesivos de

rehabilitacioacuten hasta que el pavimento sea obsoleto por cambios significativos en

pendientes alineamiento geomeacutetrico y otros factores

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En funcioacuten del traacutensito esperado sobre el pavimento en estudio el meacutetodo del

Instituto del Asfalto recomienda los siguientes valores percentiles para calcular el

Moacutedulo de Resiliencia de disentildeo de la capa subrasante

Con las muestras de material obtenidas en el campo y con los resultados

obtenidos en el laboratorio para determinar sus Moacutedulos de Resiliencia se deberaacute

calcular el Mr de disentildeo de la capa subrasante con los percentiles sugeridos en la

tabla anterior

Para los requerimientos de compactacioacuten en las capas de base y subbase el

actual meacutetodo proporciona las siguientes recomendaciones

Capas de base y subbase formadas con materiales granulares sin tratamiento

esto es no estabilizadas deberaacuten compactarse con un contenido de humedad

oacuteptimo maacutes menos 15 puntos en porcentaje para alcanzar una densidad miacutenima

del 100 de la densidad maacutexima de laboratorio

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Asiacute mismo recomienda los siguientes valores para las diferentes pruebas a

realizarse con materiales de bases y subbases Ver tabla 05

Propiedades de los materialesLas bases estabilizadas con emulsiones asfaacutelticas corresponden a tres tipos de

Mezcla seguacuten la clase de agregados utilizados se tiene

Tipo I Mezcla elaborada con agregados procesados de gradacioacuten densa

Tipo II Mezcla elaborada con agregados semi-procesados

Tipo III Mezcla elaborada con arenas o arenas limosas

En cuanto a requerimientos de espesores miacutenimos en funcioacuten del nivel de traacutensito

en ejes equivalentes el meacutetodo recomienda los siguientes valores

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A) Para superficies de concreto asfaacuteltico construidas sobre bases estabilizadas

con emulsioacuten asfaacuteltica

Podraacute usarse concreto asfaacuteltico o mezclas asfaacutelticas emulsificadas Tipo I conun tratamiento superficial sobre bases asfaacutelticas tipo II o III

B) Para superficies de concreto asfaacuteltico construido sobre bases granulares sin

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Estabilizar

Factores ambientalesEs importante hacer notar que el meacutetodo contempla factores de medio ambiente y

varios tipos o clases de asfalto seguacuten las necesidades particulares del disentildeo A

continuacioacuten ver la tabla

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- DETERMINACION DE ESPESORES POR CAPA

La estructura del pavimento flexible estaacute formada por un sistema de varias capas por lo cual debe dimensionarse cada una de ellas considerando sus caracteriacutesticas propias

Una vez que el disentildeador ha obtenido el Nuacutemero Estructural SN para la seccioacuten estructural del pavimento se requiere determinar una seccioacuten multicapa que en conjunto provea una suficiente capacidad de soporte equivalente al nuacutemero estructural de disentildeo Para este fin se utiliza la siguiente ecuacioacuten que permite obtener los espesores de la capa de rodamiento o carpeta de la capa base y de la sub-base

Donde

a1 a2 y a3 = Coeficientes estructurales de capa de carpeta base y sub-base respectivamente

D1 D2 y D3 = Espesor de la carpeta base y sub-base respectivamente en pulgadas

m2 y m3 = Coeficientes de drenaje para base y sub-base respectivamente

De la misma manera se deberaacute obtener los coeficientes estructurales de la carpeta asfaacuteltica (a1) de la capa base (a2) y de la sub-base (a3) utilizando los valores del moacutedulo de resiliencia correspondientes a cada una de ellas

Los coeficientes de capa a1 a2 y a3 se obtienen utilizando las correlaciones de valores de diferentes pruebas de laboratorio Moacutedulo Resiliente Texas Triaxial Valor R y CBR tal como se muestra en las siguientes figuras

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Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la carpeta asfaacuteltica ldquoa1rdquo Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la capa base granular ldquoa2rdquo

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la sub-base granular ldquoa3rdquoFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures

1993

- ESPESORES MINIMOS EN FUNCION DEL ldquoSNrdquo

En el control de los espesores D1 D2 y D3 a traveacutes del SN se busca dar proteccioacuten a las capas granulares no tratadas de las tensiones verticales excesivas que produciriacutean deformaciones permanentes como se muestra en el graacutefico siguiente Los materiales son seleccionados para cada capa de acuerdo a las recomendaciones del meacutetodo por tanto se conocen los moacutedulos resilientes de cada capa Usando el aacutebaco del SN se determinan los nuacutemeros estructurales requeridos para proteger cada capa no tratada

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utilizando el moacutedulo resiliente de la capa que es encuentra inmediatamente por debajo por ejemplo para sacar el espesor D1 de la carpeta se considera el MR de la capa base y asiacute se obtiene el SN1 que debe ser soportado por la carpeta asfaacuteltica de donde

Se adopta un espesor D1 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido por esta capa seraacute

S N1=a1lowastD1

Para determinar el espesor miacutenimo de la capa base se entra al aacutebaco con el MR de la sub-base para obtener el nuacutemero estructural SN2 que seraacute absorbido por la carpeta y la capa base de donde

D2geSN 2minusSN 1

a2lowastm2geSN B

a2lowastm2

Se adopta un espesor D2 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido seraacute

S Nb=a2lowastm2lowastD 2

SNb = Nuacutemero estructural de la base

Finalmente para la sub-base se ingresa con el MR que corresponde a la subrasante y se obtiene SN3 = SN para todo el paquete estructural por tanto el espesor seraacute

D3geSNminusiquestiquestiquest

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Se adopta un espesor D3 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido por la sub-base seraacute

S N3=a3lowastm3lowastD3

SN SB = Nuacutemero estructural de la sub base

La suma de los nuacutemeros estructurales de las capas que constituyen el pavimento debe ser mayor o igual a

SN 1+SN 2+SN 3ge SN

Este procedimiento no es aplicable para determinar espesores sobre capas que tengan un moacutedulo resiliente mayor a 40000 psi (280 MPa) En este caso los espesores se determinaran mediante criterios constructivos o de acuerdo a la relacioacuten costo-eficiencia

PROBLEMA RESUELTO 01

Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado (ambas direcciones) = 6 x 104 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

Crecimiento de camiones (por antildeo) = 0 (Sin crecimiento)

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 3450 MPa = 500000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MB = 172 MPa = 25000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 827 MPa = 12000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante

Invierno (med Diciembre-fines Febrero) MR = 207 MPa = 30000 psi

Primavera (med Marzo-fines Abril) MR = 689 MPa = 1000 psi

Verano y Otontildeo (princ Mayo-med Diciembre) MR = 345 MPa = 5000 psi

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Solucioacuten

Algunas variables de entrada deben seleccionarse en base a la importancia funcional del pavimento consideraciones de construccioacuten por etapas conocimiento de la calidad de la construccioacuten y experiencia Asiacute se adoptan este tipo de variables

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 90

Desviacioacuten estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial p0 = 5

Serviciabilidad final pt = 25

En cada etapa la confiabilidad seraacute R = (090)frac12 = 095 = 95

El traacutensito esperado para el final de la vida uacutetil seraacute

W18 = Factor de crecimiento traacutensito traacutensito inicial DD TD

= 10 6 x 104 ESALs 050 070 = 21 x 105 ESALs

El moacutedulo efectivo de la subrasante es MR = 1415 MPa = 2100 psi

Variacioacuten de serviciabilidad ΔPSI = p0 ndash pt = 5 ndash 25 = 25 por traacutensito

Para R = 95 S0 = 035 W18 = 21 x 105 ESALs MR = 2100 psi y ΔPSI = 25 corresponde SN =

9652 mm (38 pulg) con

SN1 = 4064 mm (16 pulg) para proteccioacuten de base

SN2 = 5842 mm (23 pulg) para proteccioacuten de sub-base

Los coeficientes estructurales o de capa funcioacuten de la calidad de los materiales que forman cada capa son

Concreto asfaacuteltico a1 = 046

Base a2 = 012

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Sub-base a3 = 0 9

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo por lo que m2 = 112 La sub-base tiene caracteriacutesticas de drenaje pobre y estaraacute saturada el 25 del tiempo correspondieacutendole un coeficiente de drenaje m3 = 085

Espesor miacutenimo para capa asfaacuteltica

D1geSN1

a1 =4084046 = 88 mm (352 pulg) tomamos 90 mm

SN 1= a1lowastD1= 046 x 90 = 414 mm

Base granular

Como la capa maacutes efectiva desde el punto de vista econoacutemico es la base granular se elimina la sub-base resultando el espesor de base

D2geSN 2minusSN 1

a2lowastm2=9652minus414012lowast112

=41012mmtomamos 420mm

SN 2= a2lowastm2iquestD2= 420 x 012 x 112 = 5645 mm

SN 2+SN 1=414+5645=9785gt9652OK

PROBLEMA RESUELTO 02

Autopista urbana W18 = 2 x 105 ESALs El agua drena del pavimento en aproximadamente una semana y la estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles proacuteximos a la saturacioacuten en un 30 del tiempo Los datos de los materiales son Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3100 MPa = 450000 psi

Base CBR = 100 MB = 214 MPa = 31000 psi

Sub-base CBR = 16 MSB = 904 MPa = 13111 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 538 MPa = 7800 psi

Solucioacuten

Como el pavimento es para una autopista urbana se adopta

R = 99

S0 = 02

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po = 45

Pt = 25

Y asiacute se obtiene del aacutebaco

SN = 6096 mm (24 pulg)

SN1 = 381 mm (15 pulg)

SN2 = 508 mm (2 pulg)

Los coeficientes de drenaje para base y sub-base son m2 = m3 = 080

Espesor de concreto asfaacuteltico

D1geSN1

a1 =3819044 = 866 mm (34 pulg) tomamos 90 mm

SN 1= a1lowastD1= 044 x 90 = 396 mm

Espesor para base

D2geSN 2minusSN 1

a2lowastm2=5080minus3960014lowast080

=100mmtomamos 110mm

SN 2= a2lowastm2iquestD2= 014 x 080 x 110 = 1232 mm

Espesor para sub-base

D3geSNminusiquestiquestiquest

SN 3= a3lowastm3iquestD3= 010 x 080 x 140 = 1120 mm

SN 3+SN2+SN 1=381+1232+112=6162gt6096OK

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ANEXOS

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MEacuteTODO DE DISENtildeO - INSTITUTO DEL ASFALTO

Este meacutetodo estaacute basado en el establecimiento de un liacutemite de deflexioacuten a la

estructura del pavimento el cual es funcioacuten del nuacutemero e intensidad de aplicaciones

de carga

El primer paso para la aplicacioacuten del meacutetodo del Instituto Norteamericano del Asfalto

consiste en determinar el nuacutemero de traacutensito para el periodo de disentildeo

Por otro lado el meacutetodo permite el empleo de concreto asfaacuteltico o emulsiones

asfaacutelticas en la totalidad o en parte de la estructura del pavimento e incluye varias

combinaciones de capa de rodadura y bases de concreto asfaacuteltico de capa de

rodadura y bases con emulsiones asfaacutelticas asiacute como capas de rodadura asfaacuteltica

con base y subbase granulares

Tambieacuten considera al pavimento como un sistema elaacutestico de varias capas y para su

anaacutelisis emplea conceptos teoacutericos experimentales y corridas de programa de

coacutemputo sin embargo con el objeto de simplificar el meacutetodo el Instituto de Asfalto

propone una serie de aacutebacos que permiten la aplicacioacuten del meacutetodo en forma raacutepida y

sencilla

5511 Criterios de disentildeoMediante esta metodologiacutea se asume que las cargas en la superficie del pavimento

producen 2 deformaciones que son consideradas criacuteticas para el disentildeo Estas

deformaciones unitarias son

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bull La deformacioacuten horizontal de tensioacuten t e en el fondo de la capa asfaacuteltica maacutes profunda ya sea que se trate de concreto asfaacuteltico o de una capa tratada con asfalto emulsificado y

bull La deformacioacuten vertical de compresioacuten c e en la parte superior de la capa de subrasante

Si t e es excesiva se produciraacuten fisuras en la capa asfaacuteltica mientras que si c e es excesiva se produciraacuten deformaciones permanentes en la superficie del pavimento

Debido a la heterogeneidad de vehiacuteculos existentes se debe primero analizar

cada eje del vehiacuteculo a fin de encontrar la incidencia de carga que cada uno

produce (factor de equivalencia de carga)

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Como ejemplo para la realidad nacional un vehiacuteculo liviano con ejes simples se

conforma de la siguiente manera el eje delantero con una carga bruta de 2000 lb

el eje trasero con 4000 lb (Seguacuten EMAPE) Su conversioacuten a ejes simples es de

000018 y 000209 respectivamente Estos valores son altos para un vehiacuteculo

ligero promedio Sin embargo se toma el caso maacutes desfavorable debido a que

ellos se encuentran conformados por autos camionetas y furgonetas

Cada eje puede llevar en sus extremos un neumaacutetico en cuyo caso se designa

como neumaacutetico simple o dos neumaacuteticos en cuyo caso se designa como

neumaacuteticos gemelos o duales

Los tipos de ejes legalmente reconocidos son

Eje simple un uacutenico eje

Eje taacutendem grupo de dos ejes sucesivos cuya distancia entre centros es menor a

2 metros

Eje tridem grupo de tres ejes sucesivos cuya distancia entre centros es menor a 2

metros

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Carril del disentildeoPara calles y carreteras de 2 carriles el carril de disentildeo puede ser cualquiera de

los carriles de la viacutea mientras que para calles y carreteras de carriles muacuteltiples

generalmente es el carril externo

Entonces para el caacutelculo del porcentaje de camiones en el flujo vehicular sobre el

carril de disentildeo el actual meacutetodo recomienda los siguientes valores

Tabla 01 Porcentaje de camiones en el carril de disentildeo

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A continuacioacuten se visualiza la tabla 02 para la conversioacuten de cualquier carga yo

combinacioacuten de ejes y de neumaacuteticos en un nuacutemero total de pasadas del eje

estaacutendar

Periacuteodo de disentildeo y tasa de crecimiento anualEn la Tabla 03 se presenta la relacioacuten entre la taza de crecimiento anual

Afectando el iacutendice medio diario anual por la taza de crecimiento se estima el

crecimiento del volumen vehicular proyectado para los antildeos que se disentildeo el

pavimento

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La tasa de crecimiento para diferentes tipos de vehiacuteculos puede ser estimada

variando el crecimiento normal entre 3 y 5 por antildeo No obstante carreteras

nuevas o nuevos desarrollos pueden generar incrementos de mayor magnitud los

cuales pueden alcanzar valores de hasta 10

Aacuterea de contacto y presioacuten de neumaacutetico

Es sabido que la carga puede causar mas dantildeo si la presioacuten del neumaacutetico es alta

(por la menor aacuterea de contacto) Tener en cuenta pues que la presioacuten del

neumaacutetico no siempre es igual a la presioacuten de contacto

En la versioacuten actual el meacutetodo incorpora factores de ajuste de los ejes

equivalentes de disentildeo para diferentes presiones de contacto de las llantas sobre

el pavimento en funcioacuten de su presioacuten de inflado y de los espesores de la carpeta

asfaacuteltica donde contempla desde cuatro hasta diez pulgadas de espesor Ver

Figura 01

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Estimacioacuten del traacutensito vehicularPara obtener el iacutendice medio diario o traacutefico diario promedio es necesario contar

con una estacioacuten de control la cual recoja los diferentes datos del volumen

vehicular a fin de agruparlos por categoriacuteas seguacuten las normas propuestas para

cada paiacutes Ya teniendo esa informacioacuten se afecta cada grupo vehicular por un

factor de equivalencia de carga El nuacutemero de repeticiones para producir igual

dantildeo se basa en factores de equivalencia entre la carga real (volumen vehicular) y

la carga estaacutendar (eje simple 18000lb)

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Evaluacioacuten de los materialesPara el disentildeo de los espesores de una seccioacuten estructural del pavimento flexible

el meacutetodo actual del Instituto del Asfalto considera como paraacutemetro fundamental

dentro de la evaluacioacuten de los materiales la obtencioacuten del Moacutedulo de Resilencia

(Mr) de la subrasante Sin embargo reconocen que no todos los organismos

tienen el equipo adecuado para llevar a cabo tal prueba por lo que han

establecido factores de correlacioacuten entre Mr y la prueba estaacutendar de Valor Relativo

de Soporte CBR Sentildealan que los resultados son bastante aproximados sin

embargo para un disentildeo preciso se recomienda llevar a cabo la prueba del

Moacutedulo de Resiliencia para la subrasante

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Restricciones de tiempoUn pavimento debe ser disentildeado para soportar los efectos acumulados del traacutensito

para cualquier periacuteodo de tiempo El periacuteodo seleccionado que dura el pavimento

antes que requiera rehabilitacioacuten se define como ldquoPeriacuteodo de Disentildeordquo Al teacutermino

de eacuteste se espera que el pavimento requiera alguna rehabilitacioacuten mayor como

puede ser una sobre carpeta de refuerzo para restaurar su condicioacuten original

Luego de la primera intervencioacuten la vida uacutetil del pavimento o ldquoPeriacuteodo de Anaacutelisisrdquo

puede ser extendida indefinidamente a traveacutes de mejoramientos sucesivos de

rehabilitacioacuten hasta que el pavimento sea obsoleto por cambios significativos en

pendientes alineamiento geomeacutetrico y otros factores

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En funcioacuten del traacutensito esperado sobre el pavimento en estudio el meacutetodo del

Instituto del Asfalto recomienda los siguientes valores percentiles para calcular el

Moacutedulo de Resiliencia de disentildeo de la capa subrasante

Con las muestras de material obtenidas en el campo y con los resultados

obtenidos en el laboratorio para determinar sus Moacutedulos de Resiliencia se deberaacute

calcular el Mr de disentildeo de la capa subrasante con los percentiles sugeridos en la

tabla anterior

Para los requerimientos de compactacioacuten en las capas de base y subbase el

actual meacutetodo proporciona las siguientes recomendaciones

Capas de base y subbase formadas con materiales granulares sin tratamiento

esto es no estabilizadas deberaacuten compactarse con un contenido de humedad

oacuteptimo maacutes menos 15 puntos en porcentaje para alcanzar una densidad miacutenima

del 100 de la densidad maacutexima de laboratorio

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Asiacute mismo recomienda los siguientes valores para las diferentes pruebas a

realizarse con materiales de bases y subbases Ver tabla 05

Propiedades de los materialesLas bases estabilizadas con emulsiones asfaacutelticas corresponden a tres tipos de

Mezcla seguacuten la clase de agregados utilizados se tiene

Tipo I Mezcla elaborada con agregados procesados de gradacioacuten densa

Tipo II Mezcla elaborada con agregados semi-procesados

Tipo III Mezcla elaborada con arenas o arenas limosas

En cuanto a requerimientos de espesores miacutenimos en funcioacuten del nivel de traacutensito

en ejes equivalentes el meacutetodo recomienda los siguientes valores

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A) Para superficies de concreto asfaacuteltico construidas sobre bases estabilizadas

con emulsioacuten asfaacuteltica

Podraacute usarse concreto asfaacuteltico o mezclas asfaacutelticas emulsificadas Tipo I conun tratamiento superficial sobre bases asfaacutelticas tipo II o III

B) Para superficies de concreto asfaacuteltico construido sobre bases granulares sin

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Estabilizar

Factores ambientalesEs importante hacer notar que el meacutetodo contempla factores de medio ambiente y

varios tipos o clases de asfalto seguacuten las necesidades particulares del disentildeo A

continuacioacuten ver la tabla

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Page 20: PAVIMENTOS-FLEXIBLES

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Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la carpeta asfaacuteltica ldquoa1rdquo Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la capa base granular ldquoa2rdquo

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la sub-base granular ldquoa3rdquoFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures

1993

- ESPESORES MINIMOS EN FUNCION DEL ldquoSNrdquo

En el control de los espesores D1 D2 y D3 a traveacutes del SN se busca dar proteccioacuten a las capas granulares no tratadas de las tensiones verticales excesivas que produciriacutean deformaciones permanentes como se muestra en el graacutefico siguiente Los materiales son seleccionados para cada capa de acuerdo a las recomendaciones del meacutetodo por tanto se conocen los moacutedulos resilientes de cada capa Usando el aacutebaco del SN se determinan los nuacutemeros estructurales requeridos para proteger cada capa no tratada

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utilizando el moacutedulo resiliente de la capa que es encuentra inmediatamente por debajo por ejemplo para sacar el espesor D1 de la carpeta se considera el MR de la capa base y asiacute se obtiene el SN1 que debe ser soportado por la carpeta asfaacuteltica de donde

Se adopta un espesor D1 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido por esta capa seraacute

S N1=a1lowastD1

Para determinar el espesor miacutenimo de la capa base se entra al aacutebaco con el MR de la sub-base para obtener el nuacutemero estructural SN2 que seraacute absorbido por la carpeta y la capa base de donde

D2geSN 2minusSN 1

a2lowastm2geSN B

a2lowastm2

Se adopta un espesor D2 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido seraacute

S Nb=a2lowastm2lowastD 2

SNb = Nuacutemero estructural de la base

Finalmente para la sub-base se ingresa con el MR que corresponde a la subrasante y se obtiene SN3 = SN para todo el paquete estructural por tanto el espesor seraacute

D3geSNminusiquestiquestiquest

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Se adopta un espesor D3 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido por la sub-base seraacute

S N3=a3lowastm3lowastD3

SN SB = Nuacutemero estructural de la sub base

La suma de los nuacutemeros estructurales de las capas que constituyen el pavimento debe ser mayor o igual a

SN 1+SN 2+SN 3ge SN

Este procedimiento no es aplicable para determinar espesores sobre capas que tengan un moacutedulo resiliente mayor a 40000 psi (280 MPa) En este caso los espesores se determinaran mediante criterios constructivos o de acuerdo a la relacioacuten costo-eficiencia

PROBLEMA RESUELTO 01

Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado (ambas direcciones) = 6 x 104 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

Crecimiento de camiones (por antildeo) = 0 (Sin crecimiento)

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 3450 MPa = 500000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MB = 172 MPa = 25000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 827 MPa = 12000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante

Invierno (med Diciembre-fines Febrero) MR = 207 MPa = 30000 psi

Primavera (med Marzo-fines Abril) MR = 689 MPa = 1000 psi

Verano y Otontildeo (princ Mayo-med Diciembre) MR = 345 MPa = 5000 psi

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Solucioacuten

Algunas variables de entrada deben seleccionarse en base a la importancia funcional del pavimento consideraciones de construccioacuten por etapas conocimiento de la calidad de la construccioacuten y experiencia Asiacute se adoptan este tipo de variables

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 90

Desviacioacuten estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial p0 = 5

Serviciabilidad final pt = 25

En cada etapa la confiabilidad seraacute R = (090)frac12 = 095 = 95

El traacutensito esperado para el final de la vida uacutetil seraacute

W18 = Factor de crecimiento traacutensito traacutensito inicial DD TD

= 10 6 x 104 ESALs 050 070 = 21 x 105 ESALs

El moacutedulo efectivo de la subrasante es MR = 1415 MPa = 2100 psi

Variacioacuten de serviciabilidad ΔPSI = p0 ndash pt = 5 ndash 25 = 25 por traacutensito

Para R = 95 S0 = 035 W18 = 21 x 105 ESALs MR = 2100 psi y ΔPSI = 25 corresponde SN =

9652 mm (38 pulg) con

SN1 = 4064 mm (16 pulg) para proteccioacuten de base

SN2 = 5842 mm (23 pulg) para proteccioacuten de sub-base

Los coeficientes estructurales o de capa funcioacuten de la calidad de los materiales que forman cada capa son

Concreto asfaacuteltico a1 = 046

Base a2 = 012

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Sub-base a3 = 0 9

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo por lo que m2 = 112 La sub-base tiene caracteriacutesticas de drenaje pobre y estaraacute saturada el 25 del tiempo correspondieacutendole un coeficiente de drenaje m3 = 085

Espesor miacutenimo para capa asfaacuteltica

D1geSN1

a1 =4084046 = 88 mm (352 pulg) tomamos 90 mm

SN 1= a1lowastD1= 046 x 90 = 414 mm

Base granular

Como la capa maacutes efectiva desde el punto de vista econoacutemico es la base granular se elimina la sub-base resultando el espesor de base

D2geSN 2minusSN 1

a2lowastm2=9652minus414012lowast112

=41012mmtomamos 420mm

SN 2= a2lowastm2iquestD2= 420 x 012 x 112 = 5645 mm

SN 2+SN 1=414+5645=9785gt9652OK

PROBLEMA RESUELTO 02

Autopista urbana W18 = 2 x 105 ESALs El agua drena del pavimento en aproximadamente una semana y la estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles proacuteximos a la saturacioacuten en un 30 del tiempo Los datos de los materiales son Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3100 MPa = 450000 psi

Base CBR = 100 MB = 214 MPa = 31000 psi

Sub-base CBR = 16 MSB = 904 MPa = 13111 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 538 MPa = 7800 psi

Solucioacuten

Como el pavimento es para una autopista urbana se adopta

R = 99

S0 = 02

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po = 45

Pt = 25

Y asiacute se obtiene del aacutebaco

SN = 6096 mm (24 pulg)

SN1 = 381 mm (15 pulg)

SN2 = 508 mm (2 pulg)

Los coeficientes de drenaje para base y sub-base son m2 = m3 = 080

Espesor de concreto asfaacuteltico

D1geSN1

a1 =3819044 = 866 mm (34 pulg) tomamos 90 mm

SN 1= a1lowastD1= 044 x 90 = 396 mm

Espesor para base

D2geSN 2minusSN 1

a2lowastm2=5080minus3960014lowast080

=100mmtomamos 110mm

SN 2= a2lowastm2iquestD2= 014 x 080 x 110 = 1232 mm

Espesor para sub-base

D3geSNminusiquestiquestiquest

SN 3= a3lowastm3iquestD3= 010 x 080 x 140 = 1120 mm

SN 3+SN2+SN 1=381+1232+112=6162gt6096OK

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ANEXOS

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MEacuteTODO DE DISENtildeO - INSTITUTO DEL ASFALTO

Este meacutetodo estaacute basado en el establecimiento de un liacutemite de deflexioacuten a la

estructura del pavimento el cual es funcioacuten del nuacutemero e intensidad de aplicaciones

de carga

El primer paso para la aplicacioacuten del meacutetodo del Instituto Norteamericano del Asfalto

consiste en determinar el nuacutemero de traacutensito para el periodo de disentildeo

Por otro lado el meacutetodo permite el empleo de concreto asfaacuteltico o emulsiones

asfaacutelticas en la totalidad o en parte de la estructura del pavimento e incluye varias

combinaciones de capa de rodadura y bases de concreto asfaacuteltico de capa de

rodadura y bases con emulsiones asfaacutelticas asiacute como capas de rodadura asfaacuteltica

con base y subbase granulares

Tambieacuten considera al pavimento como un sistema elaacutestico de varias capas y para su

anaacutelisis emplea conceptos teoacutericos experimentales y corridas de programa de

coacutemputo sin embargo con el objeto de simplificar el meacutetodo el Instituto de Asfalto

propone una serie de aacutebacos que permiten la aplicacioacuten del meacutetodo en forma raacutepida y

sencilla

5511 Criterios de disentildeoMediante esta metodologiacutea se asume que las cargas en la superficie del pavimento

producen 2 deformaciones que son consideradas criacuteticas para el disentildeo Estas

deformaciones unitarias son

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bull La deformacioacuten horizontal de tensioacuten t e en el fondo de la capa asfaacuteltica maacutes profunda ya sea que se trate de concreto asfaacuteltico o de una capa tratada con asfalto emulsificado y

bull La deformacioacuten vertical de compresioacuten c e en la parte superior de la capa de subrasante

Si t e es excesiva se produciraacuten fisuras en la capa asfaacuteltica mientras que si c e es excesiva se produciraacuten deformaciones permanentes en la superficie del pavimento

Debido a la heterogeneidad de vehiacuteculos existentes se debe primero analizar

cada eje del vehiacuteculo a fin de encontrar la incidencia de carga que cada uno

produce (factor de equivalencia de carga)

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Como ejemplo para la realidad nacional un vehiacuteculo liviano con ejes simples se

conforma de la siguiente manera el eje delantero con una carga bruta de 2000 lb

el eje trasero con 4000 lb (Seguacuten EMAPE) Su conversioacuten a ejes simples es de

000018 y 000209 respectivamente Estos valores son altos para un vehiacuteculo

ligero promedio Sin embargo se toma el caso maacutes desfavorable debido a que

ellos se encuentran conformados por autos camionetas y furgonetas

Cada eje puede llevar en sus extremos un neumaacutetico en cuyo caso se designa

como neumaacutetico simple o dos neumaacuteticos en cuyo caso se designa como

neumaacuteticos gemelos o duales

Los tipos de ejes legalmente reconocidos son

Eje simple un uacutenico eje

Eje taacutendem grupo de dos ejes sucesivos cuya distancia entre centros es menor a

2 metros

Eje tridem grupo de tres ejes sucesivos cuya distancia entre centros es menor a 2

metros

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Universidad Privada Antenor Orrego INGENIERIA CIVIL

Carril del disentildeoPara calles y carreteras de 2 carriles el carril de disentildeo puede ser cualquiera de

los carriles de la viacutea mientras que para calles y carreteras de carriles muacuteltiples

generalmente es el carril externo

Entonces para el caacutelculo del porcentaje de camiones en el flujo vehicular sobre el

carril de disentildeo el actual meacutetodo recomienda los siguientes valores

Tabla 01 Porcentaje de camiones en el carril de disentildeo

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A continuacioacuten se visualiza la tabla 02 para la conversioacuten de cualquier carga yo

combinacioacuten de ejes y de neumaacuteticos en un nuacutemero total de pasadas del eje

estaacutendar

Periacuteodo de disentildeo y tasa de crecimiento anualEn la Tabla 03 se presenta la relacioacuten entre la taza de crecimiento anual

Afectando el iacutendice medio diario anual por la taza de crecimiento se estima el

crecimiento del volumen vehicular proyectado para los antildeos que se disentildeo el

pavimento

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La tasa de crecimiento para diferentes tipos de vehiacuteculos puede ser estimada

variando el crecimiento normal entre 3 y 5 por antildeo No obstante carreteras

nuevas o nuevos desarrollos pueden generar incrementos de mayor magnitud los

cuales pueden alcanzar valores de hasta 10

Aacuterea de contacto y presioacuten de neumaacutetico

Es sabido que la carga puede causar mas dantildeo si la presioacuten del neumaacutetico es alta

(por la menor aacuterea de contacto) Tener en cuenta pues que la presioacuten del

neumaacutetico no siempre es igual a la presioacuten de contacto

En la versioacuten actual el meacutetodo incorpora factores de ajuste de los ejes

equivalentes de disentildeo para diferentes presiones de contacto de las llantas sobre

el pavimento en funcioacuten de su presioacuten de inflado y de los espesores de la carpeta

asfaacuteltica donde contempla desde cuatro hasta diez pulgadas de espesor Ver

Figura 01

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Estimacioacuten del traacutensito vehicularPara obtener el iacutendice medio diario o traacutefico diario promedio es necesario contar

con una estacioacuten de control la cual recoja los diferentes datos del volumen

vehicular a fin de agruparlos por categoriacuteas seguacuten las normas propuestas para

cada paiacutes Ya teniendo esa informacioacuten se afecta cada grupo vehicular por un

factor de equivalencia de carga El nuacutemero de repeticiones para producir igual

dantildeo se basa en factores de equivalencia entre la carga real (volumen vehicular) y

la carga estaacutendar (eje simple 18000lb)

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Evaluacioacuten de los materialesPara el disentildeo de los espesores de una seccioacuten estructural del pavimento flexible

el meacutetodo actual del Instituto del Asfalto considera como paraacutemetro fundamental

dentro de la evaluacioacuten de los materiales la obtencioacuten del Moacutedulo de Resilencia

(Mr) de la subrasante Sin embargo reconocen que no todos los organismos

tienen el equipo adecuado para llevar a cabo tal prueba por lo que han

establecido factores de correlacioacuten entre Mr y la prueba estaacutendar de Valor Relativo

de Soporte CBR Sentildealan que los resultados son bastante aproximados sin

embargo para un disentildeo preciso se recomienda llevar a cabo la prueba del

Moacutedulo de Resiliencia para la subrasante

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Restricciones de tiempoUn pavimento debe ser disentildeado para soportar los efectos acumulados del traacutensito

para cualquier periacuteodo de tiempo El periacuteodo seleccionado que dura el pavimento

antes que requiera rehabilitacioacuten se define como ldquoPeriacuteodo de Disentildeordquo Al teacutermino

de eacuteste se espera que el pavimento requiera alguna rehabilitacioacuten mayor como

puede ser una sobre carpeta de refuerzo para restaurar su condicioacuten original

Luego de la primera intervencioacuten la vida uacutetil del pavimento o ldquoPeriacuteodo de Anaacutelisisrdquo

puede ser extendida indefinidamente a traveacutes de mejoramientos sucesivos de

rehabilitacioacuten hasta que el pavimento sea obsoleto por cambios significativos en

pendientes alineamiento geomeacutetrico y otros factores

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En funcioacuten del traacutensito esperado sobre el pavimento en estudio el meacutetodo del

Instituto del Asfalto recomienda los siguientes valores percentiles para calcular el

Moacutedulo de Resiliencia de disentildeo de la capa subrasante

Con las muestras de material obtenidas en el campo y con los resultados

obtenidos en el laboratorio para determinar sus Moacutedulos de Resiliencia se deberaacute

calcular el Mr de disentildeo de la capa subrasante con los percentiles sugeridos en la

tabla anterior

Para los requerimientos de compactacioacuten en las capas de base y subbase el

actual meacutetodo proporciona las siguientes recomendaciones

Capas de base y subbase formadas con materiales granulares sin tratamiento

esto es no estabilizadas deberaacuten compactarse con un contenido de humedad

oacuteptimo maacutes menos 15 puntos en porcentaje para alcanzar una densidad miacutenima

del 100 de la densidad maacutexima de laboratorio

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Asiacute mismo recomienda los siguientes valores para las diferentes pruebas a

realizarse con materiales de bases y subbases Ver tabla 05

Propiedades de los materialesLas bases estabilizadas con emulsiones asfaacutelticas corresponden a tres tipos de

Mezcla seguacuten la clase de agregados utilizados se tiene

Tipo I Mezcla elaborada con agregados procesados de gradacioacuten densa

Tipo II Mezcla elaborada con agregados semi-procesados

Tipo III Mezcla elaborada con arenas o arenas limosas

En cuanto a requerimientos de espesores miacutenimos en funcioacuten del nivel de traacutensito

en ejes equivalentes el meacutetodo recomienda los siguientes valores

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A) Para superficies de concreto asfaacuteltico construidas sobre bases estabilizadas

con emulsioacuten asfaacuteltica

Podraacute usarse concreto asfaacuteltico o mezclas asfaacutelticas emulsificadas Tipo I conun tratamiento superficial sobre bases asfaacutelticas tipo II o III

B) Para superficies de concreto asfaacuteltico construido sobre bases granulares sin

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Estabilizar

Factores ambientalesEs importante hacer notar que el meacutetodo contempla factores de medio ambiente y

varios tipos o clases de asfalto seguacuten las necesidades particulares del disentildeo A

continuacioacuten ver la tabla

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Page 21: PAVIMENTOS-FLEXIBLES

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Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la capa base granular ldquoa2rdquo

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la sub-base granular ldquoa3rdquoFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures

1993

- ESPESORES MINIMOS EN FUNCION DEL ldquoSNrdquo

En el control de los espesores D1 D2 y D3 a traveacutes del SN se busca dar proteccioacuten a las capas granulares no tratadas de las tensiones verticales excesivas que produciriacutean deformaciones permanentes como se muestra en el graacutefico siguiente Los materiales son seleccionados para cada capa de acuerdo a las recomendaciones del meacutetodo por tanto se conocen los moacutedulos resilientes de cada capa Usando el aacutebaco del SN se determinan los nuacutemeros estructurales requeridos para proteger cada capa no tratada

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utilizando el moacutedulo resiliente de la capa que es encuentra inmediatamente por debajo por ejemplo para sacar el espesor D1 de la carpeta se considera el MR de la capa base y asiacute se obtiene el SN1 que debe ser soportado por la carpeta asfaacuteltica de donde

Se adopta un espesor D1 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido por esta capa seraacute

S N1=a1lowastD1

Para determinar el espesor miacutenimo de la capa base se entra al aacutebaco con el MR de la sub-base para obtener el nuacutemero estructural SN2 que seraacute absorbido por la carpeta y la capa base de donde

D2geSN 2minusSN 1

a2lowastm2geSN B

a2lowastm2

Se adopta un espesor D2 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido seraacute

S Nb=a2lowastm2lowastD 2

SNb = Nuacutemero estructural de la base

Finalmente para la sub-base se ingresa con el MR que corresponde a la subrasante y se obtiene SN3 = SN para todo el paquete estructural por tanto el espesor seraacute

D3geSNminusiquestiquestiquest

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Se adopta un espesor D3 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido por la sub-base seraacute

S N3=a3lowastm3lowastD3

SN SB = Nuacutemero estructural de la sub base

La suma de los nuacutemeros estructurales de las capas que constituyen el pavimento debe ser mayor o igual a

SN 1+SN 2+SN 3ge SN

Este procedimiento no es aplicable para determinar espesores sobre capas que tengan un moacutedulo resiliente mayor a 40000 psi (280 MPa) En este caso los espesores se determinaran mediante criterios constructivos o de acuerdo a la relacioacuten costo-eficiencia

PROBLEMA RESUELTO 01

Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado (ambas direcciones) = 6 x 104 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

Crecimiento de camiones (por antildeo) = 0 (Sin crecimiento)

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 3450 MPa = 500000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MB = 172 MPa = 25000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 827 MPa = 12000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante

Invierno (med Diciembre-fines Febrero) MR = 207 MPa = 30000 psi

Primavera (med Marzo-fines Abril) MR = 689 MPa = 1000 psi

Verano y Otontildeo (princ Mayo-med Diciembre) MR = 345 MPa = 5000 psi

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Solucioacuten

Algunas variables de entrada deben seleccionarse en base a la importancia funcional del pavimento consideraciones de construccioacuten por etapas conocimiento de la calidad de la construccioacuten y experiencia Asiacute se adoptan este tipo de variables

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 90

Desviacioacuten estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial p0 = 5

Serviciabilidad final pt = 25

En cada etapa la confiabilidad seraacute R = (090)frac12 = 095 = 95

El traacutensito esperado para el final de la vida uacutetil seraacute

W18 = Factor de crecimiento traacutensito traacutensito inicial DD TD

= 10 6 x 104 ESALs 050 070 = 21 x 105 ESALs

El moacutedulo efectivo de la subrasante es MR = 1415 MPa = 2100 psi

Variacioacuten de serviciabilidad ΔPSI = p0 ndash pt = 5 ndash 25 = 25 por traacutensito

Para R = 95 S0 = 035 W18 = 21 x 105 ESALs MR = 2100 psi y ΔPSI = 25 corresponde SN =

9652 mm (38 pulg) con

SN1 = 4064 mm (16 pulg) para proteccioacuten de base

SN2 = 5842 mm (23 pulg) para proteccioacuten de sub-base

Los coeficientes estructurales o de capa funcioacuten de la calidad de los materiales que forman cada capa son

Concreto asfaacuteltico a1 = 046

Base a2 = 012

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Sub-base a3 = 0 9

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo por lo que m2 = 112 La sub-base tiene caracteriacutesticas de drenaje pobre y estaraacute saturada el 25 del tiempo correspondieacutendole un coeficiente de drenaje m3 = 085

Espesor miacutenimo para capa asfaacuteltica

D1geSN1

a1 =4084046 = 88 mm (352 pulg) tomamos 90 mm

SN 1= a1lowastD1= 046 x 90 = 414 mm

Base granular

Como la capa maacutes efectiva desde el punto de vista econoacutemico es la base granular se elimina la sub-base resultando el espesor de base

D2geSN 2minusSN 1

a2lowastm2=9652minus414012lowast112

=41012mmtomamos 420mm

SN 2= a2lowastm2iquestD2= 420 x 012 x 112 = 5645 mm

SN 2+SN 1=414+5645=9785gt9652OK

PROBLEMA RESUELTO 02

Autopista urbana W18 = 2 x 105 ESALs El agua drena del pavimento en aproximadamente una semana y la estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles proacuteximos a la saturacioacuten en un 30 del tiempo Los datos de los materiales son Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3100 MPa = 450000 psi

Base CBR = 100 MB = 214 MPa = 31000 psi

Sub-base CBR = 16 MSB = 904 MPa = 13111 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 538 MPa = 7800 psi

Solucioacuten

Como el pavimento es para una autopista urbana se adopta

R = 99

S0 = 02

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po = 45

Pt = 25

Y asiacute se obtiene del aacutebaco

SN = 6096 mm (24 pulg)

SN1 = 381 mm (15 pulg)

SN2 = 508 mm (2 pulg)

Los coeficientes de drenaje para base y sub-base son m2 = m3 = 080

Espesor de concreto asfaacuteltico

D1geSN1

a1 =3819044 = 866 mm (34 pulg) tomamos 90 mm

SN 1= a1lowastD1= 044 x 90 = 396 mm

Espesor para base

D2geSN 2minusSN 1

a2lowastm2=5080minus3960014lowast080

=100mmtomamos 110mm

SN 2= a2lowastm2iquestD2= 014 x 080 x 110 = 1232 mm

Espesor para sub-base

D3geSNminusiquestiquestiquest

SN 3= a3lowastm3iquestD3= 010 x 080 x 140 = 1120 mm

SN 3+SN2+SN 1=381+1232+112=6162gt6096OK

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ANEXOS

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MEacuteTODO DE DISENtildeO - INSTITUTO DEL ASFALTO

Este meacutetodo estaacute basado en el establecimiento de un liacutemite de deflexioacuten a la

estructura del pavimento el cual es funcioacuten del nuacutemero e intensidad de aplicaciones

de carga

El primer paso para la aplicacioacuten del meacutetodo del Instituto Norteamericano del Asfalto

consiste en determinar el nuacutemero de traacutensito para el periodo de disentildeo

Por otro lado el meacutetodo permite el empleo de concreto asfaacuteltico o emulsiones

asfaacutelticas en la totalidad o en parte de la estructura del pavimento e incluye varias

combinaciones de capa de rodadura y bases de concreto asfaacuteltico de capa de

rodadura y bases con emulsiones asfaacutelticas asiacute como capas de rodadura asfaacuteltica

con base y subbase granulares

Tambieacuten considera al pavimento como un sistema elaacutestico de varias capas y para su

anaacutelisis emplea conceptos teoacutericos experimentales y corridas de programa de

coacutemputo sin embargo con el objeto de simplificar el meacutetodo el Instituto de Asfalto

propone una serie de aacutebacos que permiten la aplicacioacuten del meacutetodo en forma raacutepida y

sencilla

5511 Criterios de disentildeoMediante esta metodologiacutea se asume que las cargas en la superficie del pavimento

producen 2 deformaciones que son consideradas criacuteticas para el disentildeo Estas

deformaciones unitarias son

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bull La deformacioacuten horizontal de tensioacuten t e en el fondo de la capa asfaacuteltica maacutes profunda ya sea que se trate de concreto asfaacuteltico o de una capa tratada con asfalto emulsificado y

bull La deformacioacuten vertical de compresioacuten c e en la parte superior de la capa de subrasante

Si t e es excesiva se produciraacuten fisuras en la capa asfaacuteltica mientras que si c e es excesiva se produciraacuten deformaciones permanentes en la superficie del pavimento

Debido a la heterogeneidad de vehiacuteculos existentes se debe primero analizar

cada eje del vehiacuteculo a fin de encontrar la incidencia de carga que cada uno

produce (factor de equivalencia de carga)

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Como ejemplo para la realidad nacional un vehiacuteculo liviano con ejes simples se

conforma de la siguiente manera el eje delantero con una carga bruta de 2000 lb

el eje trasero con 4000 lb (Seguacuten EMAPE) Su conversioacuten a ejes simples es de

000018 y 000209 respectivamente Estos valores son altos para un vehiacuteculo

ligero promedio Sin embargo se toma el caso maacutes desfavorable debido a que

ellos se encuentran conformados por autos camionetas y furgonetas

Cada eje puede llevar en sus extremos un neumaacutetico en cuyo caso se designa

como neumaacutetico simple o dos neumaacuteticos en cuyo caso se designa como

neumaacuteticos gemelos o duales

Los tipos de ejes legalmente reconocidos son

Eje simple un uacutenico eje

Eje taacutendem grupo de dos ejes sucesivos cuya distancia entre centros es menor a

2 metros

Eje tridem grupo de tres ejes sucesivos cuya distancia entre centros es menor a 2

metros

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Carril del disentildeoPara calles y carreteras de 2 carriles el carril de disentildeo puede ser cualquiera de

los carriles de la viacutea mientras que para calles y carreteras de carriles muacuteltiples

generalmente es el carril externo

Entonces para el caacutelculo del porcentaje de camiones en el flujo vehicular sobre el

carril de disentildeo el actual meacutetodo recomienda los siguientes valores

Tabla 01 Porcentaje de camiones en el carril de disentildeo

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A continuacioacuten se visualiza la tabla 02 para la conversioacuten de cualquier carga yo

combinacioacuten de ejes y de neumaacuteticos en un nuacutemero total de pasadas del eje

estaacutendar

Periacuteodo de disentildeo y tasa de crecimiento anualEn la Tabla 03 se presenta la relacioacuten entre la taza de crecimiento anual

Afectando el iacutendice medio diario anual por la taza de crecimiento se estima el

crecimiento del volumen vehicular proyectado para los antildeos que se disentildeo el

pavimento

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La tasa de crecimiento para diferentes tipos de vehiacuteculos puede ser estimada

variando el crecimiento normal entre 3 y 5 por antildeo No obstante carreteras

nuevas o nuevos desarrollos pueden generar incrementos de mayor magnitud los

cuales pueden alcanzar valores de hasta 10

Aacuterea de contacto y presioacuten de neumaacutetico

Es sabido que la carga puede causar mas dantildeo si la presioacuten del neumaacutetico es alta

(por la menor aacuterea de contacto) Tener en cuenta pues que la presioacuten del

neumaacutetico no siempre es igual a la presioacuten de contacto

En la versioacuten actual el meacutetodo incorpora factores de ajuste de los ejes

equivalentes de disentildeo para diferentes presiones de contacto de las llantas sobre

el pavimento en funcioacuten de su presioacuten de inflado y de los espesores de la carpeta

asfaacuteltica donde contempla desde cuatro hasta diez pulgadas de espesor Ver

Figura 01

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Estimacioacuten del traacutensito vehicularPara obtener el iacutendice medio diario o traacutefico diario promedio es necesario contar

con una estacioacuten de control la cual recoja los diferentes datos del volumen

vehicular a fin de agruparlos por categoriacuteas seguacuten las normas propuestas para

cada paiacutes Ya teniendo esa informacioacuten se afecta cada grupo vehicular por un

factor de equivalencia de carga El nuacutemero de repeticiones para producir igual

dantildeo se basa en factores de equivalencia entre la carga real (volumen vehicular) y

la carga estaacutendar (eje simple 18000lb)

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Evaluacioacuten de los materialesPara el disentildeo de los espesores de una seccioacuten estructural del pavimento flexible

el meacutetodo actual del Instituto del Asfalto considera como paraacutemetro fundamental

dentro de la evaluacioacuten de los materiales la obtencioacuten del Moacutedulo de Resilencia

(Mr) de la subrasante Sin embargo reconocen que no todos los organismos

tienen el equipo adecuado para llevar a cabo tal prueba por lo que han

establecido factores de correlacioacuten entre Mr y la prueba estaacutendar de Valor Relativo

de Soporte CBR Sentildealan que los resultados son bastante aproximados sin

embargo para un disentildeo preciso se recomienda llevar a cabo la prueba del

Moacutedulo de Resiliencia para la subrasante

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Restricciones de tiempoUn pavimento debe ser disentildeado para soportar los efectos acumulados del traacutensito

para cualquier periacuteodo de tiempo El periacuteodo seleccionado que dura el pavimento

antes que requiera rehabilitacioacuten se define como ldquoPeriacuteodo de Disentildeordquo Al teacutermino

de eacuteste se espera que el pavimento requiera alguna rehabilitacioacuten mayor como

puede ser una sobre carpeta de refuerzo para restaurar su condicioacuten original

Luego de la primera intervencioacuten la vida uacutetil del pavimento o ldquoPeriacuteodo de Anaacutelisisrdquo

puede ser extendida indefinidamente a traveacutes de mejoramientos sucesivos de

rehabilitacioacuten hasta que el pavimento sea obsoleto por cambios significativos en

pendientes alineamiento geomeacutetrico y otros factores

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En funcioacuten del traacutensito esperado sobre el pavimento en estudio el meacutetodo del

Instituto del Asfalto recomienda los siguientes valores percentiles para calcular el

Moacutedulo de Resiliencia de disentildeo de la capa subrasante

Con las muestras de material obtenidas en el campo y con los resultados

obtenidos en el laboratorio para determinar sus Moacutedulos de Resiliencia se deberaacute

calcular el Mr de disentildeo de la capa subrasante con los percentiles sugeridos en la

tabla anterior

Para los requerimientos de compactacioacuten en las capas de base y subbase el

actual meacutetodo proporciona las siguientes recomendaciones

Capas de base y subbase formadas con materiales granulares sin tratamiento

esto es no estabilizadas deberaacuten compactarse con un contenido de humedad

oacuteptimo maacutes menos 15 puntos en porcentaje para alcanzar una densidad miacutenima

del 100 de la densidad maacutexima de laboratorio

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Asiacute mismo recomienda los siguientes valores para las diferentes pruebas a

realizarse con materiales de bases y subbases Ver tabla 05

Propiedades de los materialesLas bases estabilizadas con emulsiones asfaacutelticas corresponden a tres tipos de

Mezcla seguacuten la clase de agregados utilizados se tiene

Tipo I Mezcla elaborada con agregados procesados de gradacioacuten densa

Tipo II Mezcla elaborada con agregados semi-procesados

Tipo III Mezcla elaborada con arenas o arenas limosas

En cuanto a requerimientos de espesores miacutenimos en funcioacuten del nivel de traacutensito

en ejes equivalentes el meacutetodo recomienda los siguientes valores

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A) Para superficies de concreto asfaacuteltico construidas sobre bases estabilizadas

con emulsioacuten asfaacuteltica

Podraacute usarse concreto asfaacuteltico o mezclas asfaacutelticas emulsificadas Tipo I conun tratamiento superficial sobre bases asfaacutelticas tipo II o III

B) Para superficies de concreto asfaacuteltico construido sobre bases granulares sin

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Estabilizar

Factores ambientalesEs importante hacer notar que el meacutetodo contempla factores de medio ambiente y

varios tipos o clases de asfalto seguacuten las necesidades particulares del disentildeo A

continuacioacuten ver la tabla

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Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la sub-base granular ldquoa3rdquoFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures

1993

- ESPESORES MINIMOS EN FUNCION DEL ldquoSNrdquo

En el control de los espesores D1 D2 y D3 a traveacutes del SN se busca dar proteccioacuten a las capas granulares no tratadas de las tensiones verticales excesivas que produciriacutean deformaciones permanentes como se muestra en el graacutefico siguiente Los materiales son seleccionados para cada capa de acuerdo a las recomendaciones del meacutetodo por tanto se conocen los moacutedulos resilientes de cada capa Usando el aacutebaco del SN se determinan los nuacutemeros estructurales requeridos para proteger cada capa no tratada

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utilizando el moacutedulo resiliente de la capa que es encuentra inmediatamente por debajo por ejemplo para sacar el espesor D1 de la carpeta se considera el MR de la capa base y asiacute se obtiene el SN1 que debe ser soportado por la carpeta asfaacuteltica de donde

Se adopta un espesor D1 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido por esta capa seraacute

S N1=a1lowastD1

Para determinar el espesor miacutenimo de la capa base se entra al aacutebaco con el MR de la sub-base para obtener el nuacutemero estructural SN2 que seraacute absorbido por la carpeta y la capa base de donde

D2geSN 2minusSN 1

a2lowastm2geSN B

a2lowastm2

Se adopta un espesor D2 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido seraacute

S Nb=a2lowastm2lowastD 2

SNb = Nuacutemero estructural de la base

Finalmente para la sub-base se ingresa con el MR que corresponde a la subrasante y se obtiene SN3 = SN para todo el paquete estructural por tanto el espesor seraacute

D3geSNminusiquestiquestiquest

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Se adopta un espesor D3 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido por la sub-base seraacute

S N3=a3lowastm3lowastD3

SN SB = Nuacutemero estructural de la sub base

La suma de los nuacutemeros estructurales de las capas que constituyen el pavimento debe ser mayor o igual a

SN 1+SN 2+SN 3ge SN

Este procedimiento no es aplicable para determinar espesores sobre capas que tengan un moacutedulo resiliente mayor a 40000 psi (280 MPa) En este caso los espesores se determinaran mediante criterios constructivos o de acuerdo a la relacioacuten costo-eficiencia

PROBLEMA RESUELTO 01

Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado (ambas direcciones) = 6 x 104 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

Crecimiento de camiones (por antildeo) = 0 (Sin crecimiento)

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 3450 MPa = 500000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MB = 172 MPa = 25000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 827 MPa = 12000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante

Invierno (med Diciembre-fines Febrero) MR = 207 MPa = 30000 psi

Primavera (med Marzo-fines Abril) MR = 689 MPa = 1000 psi

Verano y Otontildeo (princ Mayo-med Diciembre) MR = 345 MPa = 5000 psi

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Solucioacuten

Algunas variables de entrada deben seleccionarse en base a la importancia funcional del pavimento consideraciones de construccioacuten por etapas conocimiento de la calidad de la construccioacuten y experiencia Asiacute se adoptan este tipo de variables

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 90

Desviacioacuten estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial p0 = 5

Serviciabilidad final pt = 25

En cada etapa la confiabilidad seraacute R = (090)frac12 = 095 = 95

El traacutensito esperado para el final de la vida uacutetil seraacute

W18 = Factor de crecimiento traacutensito traacutensito inicial DD TD

= 10 6 x 104 ESALs 050 070 = 21 x 105 ESALs

El moacutedulo efectivo de la subrasante es MR = 1415 MPa = 2100 psi

Variacioacuten de serviciabilidad ΔPSI = p0 ndash pt = 5 ndash 25 = 25 por traacutensito

Para R = 95 S0 = 035 W18 = 21 x 105 ESALs MR = 2100 psi y ΔPSI = 25 corresponde SN =

9652 mm (38 pulg) con

SN1 = 4064 mm (16 pulg) para proteccioacuten de base

SN2 = 5842 mm (23 pulg) para proteccioacuten de sub-base

Los coeficientes estructurales o de capa funcioacuten de la calidad de los materiales que forman cada capa son

Concreto asfaacuteltico a1 = 046

Base a2 = 012

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Sub-base a3 = 0 9

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo por lo que m2 = 112 La sub-base tiene caracteriacutesticas de drenaje pobre y estaraacute saturada el 25 del tiempo correspondieacutendole un coeficiente de drenaje m3 = 085

Espesor miacutenimo para capa asfaacuteltica

D1geSN1

a1 =4084046 = 88 mm (352 pulg) tomamos 90 mm

SN 1= a1lowastD1= 046 x 90 = 414 mm

Base granular

Como la capa maacutes efectiva desde el punto de vista econoacutemico es la base granular se elimina la sub-base resultando el espesor de base

D2geSN 2minusSN 1

a2lowastm2=9652minus414012lowast112

=41012mmtomamos 420mm

SN 2= a2lowastm2iquestD2= 420 x 012 x 112 = 5645 mm

SN 2+SN 1=414+5645=9785gt9652OK

PROBLEMA RESUELTO 02

Autopista urbana W18 = 2 x 105 ESALs El agua drena del pavimento en aproximadamente una semana y la estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles proacuteximos a la saturacioacuten en un 30 del tiempo Los datos de los materiales son Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3100 MPa = 450000 psi

Base CBR = 100 MB = 214 MPa = 31000 psi

Sub-base CBR = 16 MSB = 904 MPa = 13111 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 538 MPa = 7800 psi

Solucioacuten

Como el pavimento es para una autopista urbana se adopta

R = 99

S0 = 02

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po = 45

Pt = 25

Y asiacute se obtiene del aacutebaco

SN = 6096 mm (24 pulg)

SN1 = 381 mm (15 pulg)

SN2 = 508 mm (2 pulg)

Los coeficientes de drenaje para base y sub-base son m2 = m3 = 080

Espesor de concreto asfaacuteltico

D1geSN1

a1 =3819044 = 866 mm (34 pulg) tomamos 90 mm

SN 1= a1lowastD1= 044 x 90 = 396 mm

Espesor para base

D2geSN 2minusSN 1

a2lowastm2=5080minus3960014lowast080

=100mmtomamos 110mm

SN 2= a2lowastm2iquestD2= 014 x 080 x 110 = 1232 mm

Espesor para sub-base

D3geSNminusiquestiquestiquest

SN 3= a3lowastm3iquestD3= 010 x 080 x 140 = 1120 mm

SN 3+SN2+SN 1=381+1232+112=6162gt6096OK

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ANEXOS

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MEacuteTODO DE DISENtildeO - INSTITUTO DEL ASFALTO

Este meacutetodo estaacute basado en el establecimiento de un liacutemite de deflexioacuten a la

estructura del pavimento el cual es funcioacuten del nuacutemero e intensidad de aplicaciones

de carga

El primer paso para la aplicacioacuten del meacutetodo del Instituto Norteamericano del Asfalto

consiste en determinar el nuacutemero de traacutensito para el periodo de disentildeo

Por otro lado el meacutetodo permite el empleo de concreto asfaacuteltico o emulsiones

asfaacutelticas en la totalidad o en parte de la estructura del pavimento e incluye varias

combinaciones de capa de rodadura y bases de concreto asfaacuteltico de capa de

rodadura y bases con emulsiones asfaacutelticas asiacute como capas de rodadura asfaacuteltica

con base y subbase granulares

Tambieacuten considera al pavimento como un sistema elaacutestico de varias capas y para su

anaacutelisis emplea conceptos teoacutericos experimentales y corridas de programa de

coacutemputo sin embargo con el objeto de simplificar el meacutetodo el Instituto de Asfalto

propone una serie de aacutebacos que permiten la aplicacioacuten del meacutetodo en forma raacutepida y

sencilla

5511 Criterios de disentildeoMediante esta metodologiacutea se asume que las cargas en la superficie del pavimento

producen 2 deformaciones que son consideradas criacuteticas para el disentildeo Estas

deformaciones unitarias son

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bull La deformacioacuten horizontal de tensioacuten t e en el fondo de la capa asfaacuteltica maacutes profunda ya sea que se trate de concreto asfaacuteltico o de una capa tratada con asfalto emulsificado y

bull La deformacioacuten vertical de compresioacuten c e en la parte superior de la capa de subrasante

Si t e es excesiva se produciraacuten fisuras en la capa asfaacuteltica mientras que si c e es excesiva se produciraacuten deformaciones permanentes en la superficie del pavimento

Debido a la heterogeneidad de vehiacuteculos existentes se debe primero analizar

cada eje del vehiacuteculo a fin de encontrar la incidencia de carga que cada uno

produce (factor de equivalencia de carga)

UPAO 34

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Como ejemplo para la realidad nacional un vehiacuteculo liviano con ejes simples se

conforma de la siguiente manera el eje delantero con una carga bruta de 2000 lb

el eje trasero con 4000 lb (Seguacuten EMAPE) Su conversioacuten a ejes simples es de

000018 y 000209 respectivamente Estos valores son altos para un vehiacuteculo

ligero promedio Sin embargo se toma el caso maacutes desfavorable debido a que

ellos se encuentran conformados por autos camionetas y furgonetas

Cada eje puede llevar en sus extremos un neumaacutetico en cuyo caso se designa

como neumaacutetico simple o dos neumaacuteticos en cuyo caso se designa como

neumaacuteticos gemelos o duales

Los tipos de ejes legalmente reconocidos son

Eje simple un uacutenico eje

Eje taacutendem grupo de dos ejes sucesivos cuya distancia entre centros es menor a

2 metros

Eje tridem grupo de tres ejes sucesivos cuya distancia entre centros es menor a 2

metros

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Carril del disentildeoPara calles y carreteras de 2 carriles el carril de disentildeo puede ser cualquiera de

los carriles de la viacutea mientras que para calles y carreteras de carriles muacuteltiples

generalmente es el carril externo

Entonces para el caacutelculo del porcentaje de camiones en el flujo vehicular sobre el

carril de disentildeo el actual meacutetodo recomienda los siguientes valores

Tabla 01 Porcentaje de camiones en el carril de disentildeo

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A continuacioacuten se visualiza la tabla 02 para la conversioacuten de cualquier carga yo

combinacioacuten de ejes y de neumaacuteticos en un nuacutemero total de pasadas del eje

estaacutendar

Periacuteodo de disentildeo y tasa de crecimiento anualEn la Tabla 03 se presenta la relacioacuten entre la taza de crecimiento anual

Afectando el iacutendice medio diario anual por la taza de crecimiento se estima el

crecimiento del volumen vehicular proyectado para los antildeos que se disentildeo el

pavimento

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La tasa de crecimiento para diferentes tipos de vehiacuteculos puede ser estimada

variando el crecimiento normal entre 3 y 5 por antildeo No obstante carreteras

nuevas o nuevos desarrollos pueden generar incrementos de mayor magnitud los

cuales pueden alcanzar valores de hasta 10

Aacuterea de contacto y presioacuten de neumaacutetico

Es sabido que la carga puede causar mas dantildeo si la presioacuten del neumaacutetico es alta

(por la menor aacuterea de contacto) Tener en cuenta pues que la presioacuten del

neumaacutetico no siempre es igual a la presioacuten de contacto

En la versioacuten actual el meacutetodo incorpora factores de ajuste de los ejes

equivalentes de disentildeo para diferentes presiones de contacto de las llantas sobre

el pavimento en funcioacuten de su presioacuten de inflado y de los espesores de la carpeta

asfaacuteltica donde contempla desde cuatro hasta diez pulgadas de espesor Ver

Figura 01

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Estimacioacuten del traacutensito vehicularPara obtener el iacutendice medio diario o traacutefico diario promedio es necesario contar

con una estacioacuten de control la cual recoja los diferentes datos del volumen

vehicular a fin de agruparlos por categoriacuteas seguacuten las normas propuestas para

cada paiacutes Ya teniendo esa informacioacuten se afecta cada grupo vehicular por un

factor de equivalencia de carga El nuacutemero de repeticiones para producir igual

dantildeo se basa en factores de equivalencia entre la carga real (volumen vehicular) y

la carga estaacutendar (eje simple 18000lb)

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Evaluacioacuten de los materialesPara el disentildeo de los espesores de una seccioacuten estructural del pavimento flexible

el meacutetodo actual del Instituto del Asfalto considera como paraacutemetro fundamental

dentro de la evaluacioacuten de los materiales la obtencioacuten del Moacutedulo de Resilencia

(Mr) de la subrasante Sin embargo reconocen que no todos los organismos

tienen el equipo adecuado para llevar a cabo tal prueba por lo que han

establecido factores de correlacioacuten entre Mr y la prueba estaacutendar de Valor Relativo

de Soporte CBR Sentildealan que los resultados son bastante aproximados sin

embargo para un disentildeo preciso se recomienda llevar a cabo la prueba del

Moacutedulo de Resiliencia para la subrasante

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Restricciones de tiempoUn pavimento debe ser disentildeado para soportar los efectos acumulados del traacutensito

para cualquier periacuteodo de tiempo El periacuteodo seleccionado que dura el pavimento

antes que requiera rehabilitacioacuten se define como ldquoPeriacuteodo de Disentildeordquo Al teacutermino

de eacuteste se espera que el pavimento requiera alguna rehabilitacioacuten mayor como

puede ser una sobre carpeta de refuerzo para restaurar su condicioacuten original

Luego de la primera intervencioacuten la vida uacutetil del pavimento o ldquoPeriacuteodo de Anaacutelisisrdquo

puede ser extendida indefinidamente a traveacutes de mejoramientos sucesivos de

rehabilitacioacuten hasta que el pavimento sea obsoleto por cambios significativos en

pendientes alineamiento geomeacutetrico y otros factores

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En funcioacuten del traacutensito esperado sobre el pavimento en estudio el meacutetodo del

Instituto del Asfalto recomienda los siguientes valores percentiles para calcular el

Moacutedulo de Resiliencia de disentildeo de la capa subrasante

Con las muestras de material obtenidas en el campo y con los resultados

obtenidos en el laboratorio para determinar sus Moacutedulos de Resiliencia se deberaacute

calcular el Mr de disentildeo de la capa subrasante con los percentiles sugeridos en la

tabla anterior

Para los requerimientos de compactacioacuten en las capas de base y subbase el

actual meacutetodo proporciona las siguientes recomendaciones

Capas de base y subbase formadas con materiales granulares sin tratamiento

esto es no estabilizadas deberaacuten compactarse con un contenido de humedad

oacuteptimo maacutes menos 15 puntos en porcentaje para alcanzar una densidad miacutenima

del 100 de la densidad maacutexima de laboratorio

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Asiacute mismo recomienda los siguientes valores para las diferentes pruebas a

realizarse con materiales de bases y subbases Ver tabla 05

Propiedades de los materialesLas bases estabilizadas con emulsiones asfaacutelticas corresponden a tres tipos de

Mezcla seguacuten la clase de agregados utilizados se tiene

Tipo I Mezcla elaborada con agregados procesados de gradacioacuten densa

Tipo II Mezcla elaborada con agregados semi-procesados

Tipo III Mezcla elaborada con arenas o arenas limosas

En cuanto a requerimientos de espesores miacutenimos en funcioacuten del nivel de traacutensito

en ejes equivalentes el meacutetodo recomienda los siguientes valores

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A) Para superficies de concreto asfaacuteltico construidas sobre bases estabilizadas

con emulsioacuten asfaacuteltica

Podraacute usarse concreto asfaacuteltico o mezclas asfaacutelticas emulsificadas Tipo I conun tratamiento superficial sobre bases asfaacutelticas tipo II o III

B) Para superficies de concreto asfaacuteltico construido sobre bases granulares sin

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Estabilizar

Factores ambientalesEs importante hacer notar que el meacutetodo contempla factores de medio ambiente y

varios tipos o clases de asfalto seguacuten las necesidades particulares del disentildeo A

continuacioacuten ver la tabla

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Page 23: PAVIMENTOS-FLEXIBLES

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utilizando el moacutedulo resiliente de la capa que es encuentra inmediatamente por debajo por ejemplo para sacar el espesor D1 de la carpeta se considera el MR de la capa base y asiacute se obtiene el SN1 que debe ser soportado por la carpeta asfaacuteltica de donde

Se adopta un espesor D1 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido por esta capa seraacute

S N1=a1lowastD1

Para determinar el espesor miacutenimo de la capa base se entra al aacutebaco con el MR de la sub-base para obtener el nuacutemero estructural SN2 que seraacute absorbido por la carpeta y la capa base de donde

D2geSN 2minusSN 1

a2lowastm2geSN B

a2lowastm2

Se adopta un espesor D2 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido seraacute

S Nb=a2lowastm2lowastD 2

SNb = Nuacutemero estructural de la base

Finalmente para la sub-base se ingresa con el MR que corresponde a la subrasante y se obtiene SN3 = SN para todo el paquete estructural por tanto el espesor seraacute

D3geSNminusiquestiquestiquest

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Se adopta un espesor D3 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido por la sub-base seraacute

S N3=a3lowastm3lowastD3

SN SB = Nuacutemero estructural de la sub base

La suma de los nuacutemeros estructurales de las capas que constituyen el pavimento debe ser mayor o igual a

SN 1+SN 2+SN 3ge SN

Este procedimiento no es aplicable para determinar espesores sobre capas que tengan un moacutedulo resiliente mayor a 40000 psi (280 MPa) En este caso los espesores se determinaran mediante criterios constructivos o de acuerdo a la relacioacuten costo-eficiencia

PROBLEMA RESUELTO 01

Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado (ambas direcciones) = 6 x 104 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

Crecimiento de camiones (por antildeo) = 0 (Sin crecimiento)

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 3450 MPa = 500000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MB = 172 MPa = 25000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 827 MPa = 12000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante

Invierno (med Diciembre-fines Febrero) MR = 207 MPa = 30000 psi

Primavera (med Marzo-fines Abril) MR = 689 MPa = 1000 psi

Verano y Otontildeo (princ Mayo-med Diciembre) MR = 345 MPa = 5000 psi

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Solucioacuten

Algunas variables de entrada deben seleccionarse en base a la importancia funcional del pavimento consideraciones de construccioacuten por etapas conocimiento de la calidad de la construccioacuten y experiencia Asiacute se adoptan este tipo de variables

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 90

Desviacioacuten estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial p0 = 5

Serviciabilidad final pt = 25

En cada etapa la confiabilidad seraacute R = (090)frac12 = 095 = 95

El traacutensito esperado para el final de la vida uacutetil seraacute

W18 = Factor de crecimiento traacutensito traacutensito inicial DD TD

= 10 6 x 104 ESALs 050 070 = 21 x 105 ESALs

El moacutedulo efectivo de la subrasante es MR = 1415 MPa = 2100 psi

Variacioacuten de serviciabilidad ΔPSI = p0 ndash pt = 5 ndash 25 = 25 por traacutensito

Para R = 95 S0 = 035 W18 = 21 x 105 ESALs MR = 2100 psi y ΔPSI = 25 corresponde SN =

9652 mm (38 pulg) con

SN1 = 4064 mm (16 pulg) para proteccioacuten de base

SN2 = 5842 mm (23 pulg) para proteccioacuten de sub-base

Los coeficientes estructurales o de capa funcioacuten de la calidad de los materiales que forman cada capa son

Concreto asfaacuteltico a1 = 046

Base a2 = 012

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Sub-base a3 = 0 9

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo por lo que m2 = 112 La sub-base tiene caracteriacutesticas de drenaje pobre y estaraacute saturada el 25 del tiempo correspondieacutendole un coeficiente de drenaje m3 = 085

Espesor miacutenimo para capa asfaacuteltica

D1geSN1

a1 =4084046 = 88 mm (352 pulg) tomamos 90 mm

SN 1= a1lowastD1= 046 x 90 = 414 mm

Base granular

Como la capa maacutes efectiva desde el punto de vista econoacutemico es la base granular se elimina la sub-base resultando el espesor de base

D2geSN 2minusSN 1

a2lowastm2=9652minus414012lowast112

=41012mmtomamos 420mm

SN 2= a2lowastm2iquestD2= 420 x 012 x 112 = 5645 mm

SN 2+SN 1=414+5645=9785gt9652OK

PROBLEMA RESUELTO 02

Autopista urbana W18 = 2 x 105 ESALs El agua drena del pavimento en aproximadamente una semana y la estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles proacuteximos a la saturacioacuten en un 30 del tiempo Los datos de los materiales son Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3100 MPa = 450000 psi

Base CBR = 100 MB = 214 MPa = 31000 psi

Sub-base CBR = 16 MSB = 904 MPa = 13111 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 538 MPa = 7800 psi

Solucioacuten

Como el pavimento es para una autopista urbana se adopta

R = 99

S0 = 02

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po = 45

Pt = 25

Y asiacute se obtiene del aacutebaco

SN = 6096 mm (24 pulg)

SN1 = 381 mm (15 pulg)

SN2 = 508 mm (2 pulg)

Los coeficientes de drenaje para base y sub-base son m2 = m3 = 080

Espesor de concreto asfaacuteltico

D1geSN1

a1 =3819044 = 866 mm (34 pulg) tomamos 90 mm

SN 1= a1lowastD1= 044 x 90 = 396 mm

Espesor para base

D2geSN 2minusSN 1

a2lowastm2=5080minus3960014lowast080

=100mmtomamos 110mm

SN 2= a2lowastm2iquestD2= 014 x 080 x 110 = 1232 mm

Espesor para sub-base

D3geSNminusiquestiquestiquest

SN 3= a3lowastm3iquestD3= 010 x 080 x 140 = 1120 mm

SN 3+SN2+SN 1=381+1232+112=6162gt6096OK

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ANEXOS

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MEacuteTODO DE DISENtildeO - INSTITUTO DEL ASFALTO

Este meacutetodo estaacute basado en el establecimiento de un liacutemite de deflexioacuten a la

estructura del pavimento el cual es funcioacuten del nuacutemero e intensidad de aplicaciones

de carga

El primer paso para la aplicacioacuten del meacutetodo del Instituto Norteamericano del Asfalto

consiste en determinar el nuacutemero de traacutensito para el periodo de disentildeo

Por otro lado el meacutetodo permite el empleo de concreto asfaacuteltico o emulsiones

asfaacutelticas en la totalidad o en parte de la estructura del pavimento e incluye varias

combinaciones de capa de rodadura y bases de concreto asfaacuteltico de capa de

rodadura y bases con emulsiones asfaacutelticas asiacute como capas de rodadura asfaacuteltica

con base y subbase granulares

Tambieacuten considera al pavimento como un sistema elaacutestico de varias capas y para su

anaacutelisis emplea conceptos teoacutericos experimentales y corridas de programa de

coacutemputo sin embargo con el objeto de simplificar el meacutetodo el Instituto de Asfalto

propone una serie de aacutebacos que permiten la aplicacioacuten del meacutetodo en forma raacutepida y

sencilla

5511 Criterios de disentildeoMediante esta metodologiacutea se asume que las cargas en la superficie del pavimento

producen 2 deformaciones que son consideradas criacuteticas para el disentildeo Estas

deformaciones unitarias son

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bull La deformacioacuten horizontal de tensioacuten t e en el fondo de la capa asfaacuteltica maacutes profunda ya sea que se trate de concreto asfaacuteltico o de una capa tratada con asfalto emulsificado y

bull La deformacioacuten vertical de compresioacuten c e en la parte superior de la capa de subrasante

Si t e es excesiva se produciraacuten fisuras en la capa asfaacuteltica mientras que si c e es excesiva se produciraacuten deformaciones permanentes en la superficie del pavimento

Debido a la heterogeneidad de vehiacuteculos existentes se debe primero analizar

cada eje del vehiacuteculo a fin de encontrar la incidencia de carga que cada uno

produce (factor de equivalencia de carga)

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Como ejemplo para la realidad nacional un vehiacuteculo liviano con ejes simples se

conforma de la siguiente manera el eje delantero con una carga bruta de 2000 lb

el eje trasero con 4000 lb (Seguacuten EMAPE) Su conversioacuten a ejes simples es de

000018 y 000209 respectivamente Estos valores son altos para un vehiacuteculo

ligero promedio Sin embargo se toma el caso maacutes desfavorable debido a que

ellos se encuentran conformados por autos camionetas y furgonetas

Cada eje puede llevar en sus extremos un neumaacutetico en cuyo caso se designa

como neumaacutetico simple o dos neumaacuteticos en cuyo caso se designa como

neumaacuteticos gemelos o duales

Los tipos de ejes legalmente reconocidos son

Eje simple un uacutenico eje

Eje taacutendem grupo de dos ejes sucesivos cuya distancia entre centros es menor a

2 metros

Eje tridem grupo de tres ejes sucesivos cuya distancia entre centros es menor a 2

metros

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Carril del disentildeoPara calles y carreteras de 2 carriles el carril de disentildeo puede ser cualquiera de

los carriles de la viacutea mientras que para calles y carreteras de carriles muacuteltiples

generalmente es el carril externo

Entonces para el caacutelculo del porcentaje de camiones en el flujo vehicular sobre el

carril de disentildeo el actual meacutetodo recomienda los siguientes valores

Tabla 01 Porcentaje de camiones en el carril de disentildeo

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A continuacioacuten se visualiza la tabla 02 para la conversioacuten de cualquier carga yo

combinacioacuten de ejes y de neumaacuteticos en un nuacutemero total de pasadas del eje

estaacutendar

Periacuteodo de disentildeo y tasa de crecimiento anualEn la Tabla 03 se presenta la relacioacuten entre la taza de crecimiento anual

Afectando el iacutendice medio diario anual por la taza de crecimiento se estima el

crecimiento del volumen vehicular proyectado para los antildeos que se disentildeo el

pavimento

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La tasa de crecimiento para diferentes tipos de vehiacuteculos puede ser estimada

variando el crecimiento normal entre 3 y 5 por antildeo No obstante carreteras

nuevas o nuevos desarrollos pueden generar incrementos de mayor magnitud los

cuales pueden alcanzar valores de hasta 10

Aacuterea de contacto y presioacuten de neumaacutetico

Es sabido que la carga puede causar mas dantildeo si la presioacuten del neumaacutetico es alta

(por la menor aacuterea de contacto) Tener en cuenta pues que la presioacuten del

neumaacutetico no siempre es igual a la presioacuten de contacto

En la versioacuten actual el meacutetodo incorpora factores de ajuste de los ejes

equivalentes de disentildeo para diferentes presiones de contacto de las llantas sobre

el pavimento en funcioacuten de su presioacuten de inflado y de los espesores de la carpeta

asfaacuteltica donde contempla desde cuatro hasta diez pulgadas de espesor Ver

Figura 01

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Estimacioacuten del traacutensito vehicularPara obtener el iacutendice medio diario o traacutefico diario promedio es necesario contar

con una estacioacuten de control la cual recoja los diferentes datos del volumen

vehicular a fin de agruparlos por categoriacuteas seguacuten las normas propuestas para

cada paiacutes Ya teniendo esa informacioacuten se afecta cada grupo vehicular por un

factor de equivalencia de carga El nuacutemero de repeticiones para producir igual

dantildeo se basa en factores de equivalencia entre la carga real (volumen vehicular) y

la carga estaacutendar (eje simple 18000lb)

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Evaluacioacuten de los materialesPara el disentildeo de los espesores de una seccioacuten estructural del pavimento flexible

el meacutetodo actual del Instituto del Asfalto considera como paraacutemetro fundamental

dentro de la evaluacioacuten de los materiales la obtencioacuten del Moacutedulo de Resilencia

(Mr) de la subrasante Sin embargo reconocen que no todos los organismos

tienen el equipo adecuado para llevar a cabo tal prueba por lo que han

establecido factores de correlacioacuten entre Mr y la prueba estaacutendar de Valor Relativo

de Soporte CBR Sentildealan que los resultados son bastante aproximados sin

embargo para un disentildeo preciso se recomienda llevar a cabo la prueba del

Moacutedulo de Resiliencia para la subrasante

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Restricciones de tiempoUn pavimento debe ser disentildeado para soportar los efectos acumulados del traacutensito

para cualquier periacuteodo de tiempo El periacuteodo seleccionado que dura el pavimento

antes que requiera rehabilitacioacuten se define como ldquoPeriacuteodo de Disentildeordquo Al teacutermino

de eacuteste se espera que el pavimento requiera alguna rehabilitacioacuten mayor como

puede ser una sobre carpeta de refuerzo para restaurar su condicioacuten original

Luego de la primera intervencioacuten la vida uacutetil del pavimento o ldquoPeriacuteodo de Anaacutelisisrdquo

puede ser extendida indefinidamente a traveacutes de mejoramientos sucesivos de

rehabilitacioacuten hasta que el pavimento sea obsoleto por cambios significativos en

pendientes alineamiento geomeacutetrico y otros factores

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En funcioacuten del traacutensito esperado sobre el pavimento en estudio el meacutetodo del

Instituto del Asfalto recomienda los siguientes valores percentiles para calcular el

Moacutedulo de Resiliencia de disentildeo de la capa subrasante

Con las muestras de material obtenidas en el campo y con los resultados

obtenidos en el laboratorio para determinar sus Moacutedulos de Resiliencia se deberaacute

calcular el Mr de disentildeo de la capa subrasante con los percentiles sugeridos en la

tabla anterior

Para los requerimientos de compactacioacuten en las capas de base y subbase el

actual meacutetodo proporciona las siguientes recomendaciones

Capas de base y subbase formadas con materiales granulares sin tratamiento

esto es no estabilizadas deberaacuten compactarse con un contenido de humedad

oacuteptimo maacutes menos 15 puntos en porcentaje para alcanzar una densidad miacutenima

del 100 de la densidad maacutexima de laboratorio

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Asiacute mismo recomienda los siguientes valores para las diferentes pruebas a

realizarse con materiales de bases y subbases Ver tabla 05

Propiedades de los materialesLas bases estabilizadas con emulsiones asfaacutelticas corresponden a tres tipos de

Mezcla seguacuten la clase de agregados utilizados se tiene

Tipo I Mezcla elaborada con agregados procesados de gradacioacuten densa

Tipo II Mezcla elaborada con agregados semi-procesados

Tipo III Mezcla elaborada con arenas o arenas limosas

En cuanto a requerimientos de espesores miacutenimos en funcioacuten del nivel de traacutensito

en ejes equivalentes el meacutetodo recomienda los siguientes valores

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A) Para superficies de concreto asfaacuteltico construidas sobre bases estabilizadas

con emulsioacuten asfaacuteltica

Podraacute usarse concreto asfaacuteltico o mezclas asfaacutelticas emulsificadas Tipo I conun tratamiento superficial sobre bases asfaacutelticas tipo II o III

B) Para superficies de concreto asfaacuteltico construido sobre bases granulares sin

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Estabilizar

Factores ambientalesEs importante hacer notar que el meacutetodo contempla factores de medio ambiente y

varios tipos o clases de asfalto seguacuten las necesidades particulares del disentildeo A

continuacioacuten ver la tabla

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Se adopta un espesor D3 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido por la sub-base seraacute

S N3=a3lowastm3lowastD3

SN SB = Nuacutemero estructural de la sub base

La suma de los nuacutemeros estructurales de las capas que constituyen el pavimento debe ser mayor o igual a

SN 1+SN 2+SN 3ge SN

Este procedimiento no es aplicable para determinar espesores sobre capas que tengan un moacutedulo resiliente mayor a 40000 psi (280 MPa) En este caso los espesores se determinaran mediante criterios constructivos o de acuerdo a la relacioacuten costo-eficiencia

PROBLEMA RESUELTO 01

Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado (ambas direcciones) = 6 x 104 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

Crecimiento de camiones (por antildeo) = 0 (Sin crecimiento)

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 3450 MPa = 500000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MB = 172 MPa = 25000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 827 MPa = 12000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante

Invierno (med Diciembre-fines Febrero) MR = 207 MPa = 30000 psi

Primavera (med Marzo-fines Abril) MR = 689 MPa = 1000 psi

Verano y Otontildeo (princ Mayo-med Diciembre) MR = 345 MPa = 5000 psi

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Solucioacuten

Algunas variables de entrada deben seleccionarse en base a la importancia funcional del pavimento consideraciones de construccioacuten por etapas conocimiento de la calidad de la construccioacuten y experiencia Asiacute se adoptan este tipo de variables

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 90

Desviacioacuten estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial p0 = 5

Serviciabilidad final pt = 25

En cada etapa la confiabilidad seraacute R = (090)frac12 = 095 = 95

El traacutensito esperado para el final de la vida uacutetil seraacute

W18 = Factor de crecimiento traacutensito traacutensito inicial DD TD

= 10 6 x 104 ESALs 050 070 = 21 x 105 ESALs

El moacutedulo efectivo de la subrasante es MR = 1415 MPa = 2100 psi

Variacioacuten de serviciabilidad ΔPSI = p0 ndash pt = 5 ndash 25 = 25 por traacutensito

Para R = 95 S0 = 035 W18 = 21 x 105 ESALs MR = 2100 psi y ΔPSI = 25 corresponde SN =

9652 mm (38 pulg) con

SN1 = 4064 mm (16 pulg) para proteccioacuten de base

SN2 = 5842 mm (23 pulg) para proteccioacuten de sub-base

Los coeficientes estructurales o de capa funcioacuten de la calidad de los materiales que forman cada capa son

Concreto asfaacuteltico a1 = 046

Base a2 = 012

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Sub-base a3 = 0 9

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo por lo que m2 = 112 La sub-base tiene caracteriacutesticas de drenaje pobre y estaraacute saturada el 25 del tiempo correspondieacutendole un coeficiente de drenaje m3 = 085

Espesor miacutenimo para capa asfaacuteltica

D1geSN1

a1 =4084046 = 88 mm (352 pulg) tomamos 90 mm

SN 1= a1lowastD1= 046 x 90 = 414 mm

Base granular

Como la capa maacutes efectiva desde el punto de vista econoacutemico es la base granular se elimina la sub-base resultando el espesor de base

D2geSN 2minusSN 1

a2lowastm2=9652minus414012lowast112

=41012mmtomamos 420mm

SN 2= a2lowastm2iquestD2= 420 x 012 x 112 = 5645 mm

SN 2+SN 1=414+5645=9785gt9652OK

PROBLEMA RESUELTO 02

Autopista urbana W18 = 2 x 105 ESALs El agua drena del pavimento en aproximadamente una semana y la estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles proacuteximos a la saturacioacuten en un 30 del tiempo Los datos de los materiales son Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3100 MPa = 450000 psi

Base CBR = 100 MB = 214 MPa = 31000 psi

Sub-base CBR = 16 MSB = 904 MPa = 13111 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 538 MPa = 7800 psi

Solucioacuten

Como el pavimento es para una autopista urbana se adopta

R = 99

S0 = 02

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po = 45

Pt = 25

Y asiacute se obtiene del aacutebaco

SN = 6096 mm (24 pulg)

SN1 = 381 mm (15 pulg)

SN2 = 508 mm (2 pulg)

Los coeficientes de drenaje para base y sub-base son m2 = m3 = 080

Espesor de concreto asfaacuteltico

D1geSN1

a1 =3819044 = 866 mm (34 pulg) tomamos 90 mm

SN 1= a1lowastD1= 044 x 90 = 396 mm

Espesor para base

D2geSN 2minusSN 1

a2lowastm2=5080minus3960014lowast080

=100mmtomamos 110mm

SN 2= a2lowastm2iquestD2= 014 x 080 x 110 = 1232 mm

Espesor para sub-base

D3geSNminusiquestiquestiquest

SN 3= a3lowastm3iquestD3= 010 x 080 x 140 = 1120 mm

SN 3+SN2+SN 1=381+1232+112=6162gt6096OK

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ANEXOS

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MEacuteTODO DE DISENtildeO - INSTITUTO DEL ASFALTO

Este meacutetodo estaacute basado en el establecimiento de un liacutemite de deflexioacuten a la

estructura del pavimento el cual es funcioacuten del nuacutemero e intensidad de aplicaciones

de carga

El primer paso para la aplicacioacuten del meacutetodo del Instituto Norteamericano del Asfalto

consiste en determinar el nuacutemero de traacutensito para el periodo de disentildeo

Por otro lado el meacutetodo permite el empleo de concreto asfaacuteltico o emulsiones

asfaacutelticas en la totalidad o en parte de la estructura del pavimento e incluye varias

combinaciones de capa de rodadura y bases de concreto asfaacuteltico de capa de

rodadura y bases con emulsiones asfaacutelticas asiacute como capas de rodadura asfaacuteltica

con base y subbase granulares

Tambieacuten considera al pavimento como un sistema elaacutestico de varias capas y para su

anaacutelisis emplea conceptos teoacutericos experimentales y corridas de programa de

coacutemputo sin embargo con el objeto de simplificar el meacutetodo el Instituto de Asfalto

propone una serie de aacutebacos que permiten la aplicacioacuten del meacutetodo en forma raacutepida y

sencilla

5511 Criterios de disentildeoMediante esta metodologiacutea se asume que las cargas en la superficie del pavimento

producen 2 deformaciones que son consideradas criacuteticas para el disentildeo Estas

deformaciones unitarias son

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bull La deformacioacuten horizontal de tensioacuten t e en el fondo de la capa asfaacuteltica maacutes profunda ya sea que se trate de concreto asfaacuteltico o de una capa tratada con asfalto emulsificado y

bull La deformacioacuten vertical de compresioacuten c e en la parte superior de la capa de subrasante

Si t e es excesiva se produciraacuten fisuras en la capa asfaacuteltica mientras que si c e es excesiva se produciraacuten deformaciones permanentes en la superficie del pavimento

Debido a la heterogeneidad de vehiacuteculos existentes se debe primero analizar

cada eje del vehiacuteculo a fin de encontrar la incidencia de carga que cada uno

produce (factor de equivalencia de carga)

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Como ejemplo para la realidad nacional un vehiacuteculo liviano con ejes simples se

conforma de la siguiente manera el eje delantero con una carga bruta de 2000 lb

el eje trasero con 4000 lb (Seguacuten EMAPE) Su conversioacuten a ejes simples es de

000018 y 000209 respectivamente Estos valores son altos para un vehiacuteculo

ligero promedio Sin embargo se toma el caso maacutes desfavorable debido a que

ellos se encuentran conformados por autos camionetas y furgonetas

Cada eje puede llevar en sus extremos un neumaacutetico en cuyo caso se designa

como neumaacutetico simple o dos neumaacuteticos en cuyo caso se designa como

neumaacuteticos gemelos o duales

Los tipos de ejes legalmente reconocidos son

Eje simple un uacutenico eje

Eje taacutendem grupo de dos ejes sucesivos cuya distancia entre centros es menor a

2 metros

Eje tridem grupo de tres ejes sucesivos cuya distancia entre centros es menor a 2

metros

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Carril del disentildeoPara calles y carreteras de 2 carriles el carril de disentildeo puede ser cualquiera de

los carriles de la viacutea mientras que para calles y carreteras de carriles muacuteltiples

generalmente es el carril externo

Entonces para el caacutelculo del porcentaje de camiones en el flujo vehicular sobre el

carril de disentildeo el actual meacutetodo recomienda los siguientes valores

Tabla 01 Porcentaje de camiones en el carril de disentildeo

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A continuacioacuten se visualiza la tabla 02 para la conversioacuten de cualquier carga yo

combinacioacuten de ejes y de neumaacuteticos en un nuacutemero total de pasadas del eje

estaacutendar

Periacuteodo de disentildeo y tasa de crecimiento anualEn la Tabla 03 se presenta la relacioacuten entre la taza de crecimiento anual

Afectando el iacutendice medio diario anual por la taza de crecimiento se estima el

crecimiento del volumen vehicular proyectado para los antildeos que se disentildeo el

pavimento

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La tasa de crecimiento para diferentes tipos de vehiacuteculos puede ser estimada

variando el crecimiento normal entre 3 y 5 por antildeo No obstante carreteras

nuevas o nuevos desarrollos pueden generar incrementos de mayor magnitud los

cuales pueden alcanzar valores de hasta 10

Aacuterea de contacto y presioacuten de neumaacutetico

Es sabido que la carga puede causar mas dantildeo si la presioacuten del neumaacutetico es alta

(por la menor aacuterea de contacto) Tener en cuenta pues que la presioacuten del

neumaacutetico no siempre es igual a la presioacuten de contacto

En la versioacuten actual el meacutetodo incorpora factores de ajuste de los ejes

equivalentes de disentildeo para diferentes presiones de contacto de las llantas sobre

el pavimento en funcioacuten de su presioacuten de inflado y de los espesores de la carpeta

asfaacuteltica donde contempla desde cuatro hasta diez pulgadas de espesor Ver

Figura 01

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Estimacioacuten del traacutensito vehicularPara obtener el iacutendice medio diario o traacutefico diario promedio es necesario contar

con una estacioacuten de control la cual recoja los diferentes datos del volumen

vehicular a fin de agruparlos por categoriacuteas seguacuten las normas propuestas para

cada paiacutes Ya teniendo esa informacioacuten se afecta cada grupo vehicular por un

factor de equivalencia de carga El nuacutemero de repeticiones para producir igual

dantildeo se basa en factores de equivalencia entre la carga real (volumen vehicular) y

la carga estaacutendar (eje simple 18000lb)

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Evaluacioacuten de los materialesPara el disentildeo de los espesores de una seccioacuten estructural del pavimento flexible

el meacutetodo actual del Instituto del Asfalto considera como paraacutemetro fundamental

dentro de la evaluacioacuten de los materiales la obtencioacuten del Moacutedulo de Resilencia

(Mr) de la subrasante Sin embargo reconocen que no todos los organismos

tienen el equipo adecuado para llevar a cabo tal prueba por lo que han

establecido factores de correlacioacuten entre Mr y la prueba estaacutendar de Valor Relativo

de Soporte CBR Sentildealan que los resultados son bastante aproximados sin

embargo para un disentildeo preciso se recomienda llevar a cabo la prueba del

Moacutedulo de Resiliencia para la subrasante

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Restricciones de tiempoUn pavimento debe ser disentildeado para soportar los efectos acumulados del traacutensito

para cualquier periacuteodo de tiempo El periacuteodo seleccionado que dura el pavimento

antes que requiera rehabilitacioacuten se define como ldquoPeriacuteodo de Disentildeordquo Al teacutermino

de eacuteste se espera que el pavimento requiera alguna rehabilitacioacuten mayor como

puede ser una sobre carpeta de refuerzo para restaurar su condicioacuten original

Luego de la primera intervencioacuten la vida uacutetil del pavimento o ldquoPeriacuteodo de Anaacutelisisrdquo

puede ser extendida indefinidamente a traveacutes de mejoramientos sucesivos de

rehabilitacioacuten hasta que el pavimento sea obsoleto por cambios significativos en

pendientes alineamiento geomeacutetrico y otros factores

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En funcioacuten del traacutensito esperado sobre el pavimento en estudio el meacutetodo del

Instituto del Asfalto recomienda los siguientes valores percentiles para calcular el

Moacutedulo de Resiliencia de disentildeo de la capa subrasante

Con las muestras de material obtenidas en el campo y con los resultados

obtenidos en el laboratorio para determinar sus Moacutedulos de Resiliencia se deberaacute

calcular el Mr de disentildeo de la capa subrasante con los percentiles sugeridos en la

tabla anterior

Para los requerimientos de compactacioacuten en las capas de base y subbase el

actual meacutetodo proporciona las siguientes recomendaciones

Capas de base y subbase formadas con materiales granulares sin tratamiento

esto es no estabilizadas deberaacuten compactarse con un contenido de humedad

oacuteptimo maacutes menos 15 puntos en porcentaje para alcanzar una densidad miacutenima

del 100 de la densidad maacutexima de laboratorio

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Asiacute mismo recomienda los siguientes valores para las diferentes pruebas a

realizarse con materiales de bases y subbases Ver tabla 05

Propiedades de los materialesLas bases estabilizadas con emulsiones asfaacutelticas corresponden a tres tipos de

Mezcla seguacuten la clase de agregados utilizados se tiene

Tipo I Mezcla elaborada con agregados procesados de gradacioacuten densa

Tipo II Mezcla elaborada con agregados semi-procesados

Tipo III Mezcla elaborada con arenas o arenas limosas

En cuanto a requerimientos de espesores miacutenimos en funcioacuten del nivel de traacutensito

en ejes equivalentes el meacutetodo recomienda los siguientes valores

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A) Para superficies de concreto asfaacuteltico construidas sobre bases estabilizadas

con emulsioacuten asfaacuteltica

Podraacute usarse concreto asfaacuteltico o mezclas asfaacutelticas emulsificadas Tipo I conun tratamiento superficial sobre bases asfaacutelticas tipo II o III

B) Para superficies de concreto asfaacuteltico construido sobre bases granulares sin

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Estabilizar

Factores ambientalesEs importante hacer notar que el meacutetodo contempla factores de medio ambiente y

varios tipos o clases de asfalto seguacuten las necesidades particulares del disentildeo A

continuacioacuten ver la tabla

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Solucioacuten

Algunas variables de entrada deben seleccionarse en base a la importancia funcional del pavimento consideraciones de construccioacuten por etapas conocimiento de la calidad de la construccioacuten y experiencia Asiacute se adoptan este tipo de variables

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 90

Desviacioacuten estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial p0 = 5

Serviciabilidad final pt = 25

En cada etapa la confiabilidad seraacute R = (090)frac12 = 095 = 95

El traacutensito esperado para el final de la vida uacutetil seraacute

W18 = Factor de crecimiento traacutensito traacutensito inicial DD TD

= 10 6 x 104 ESALs 050 070 = 21 x 105 ESALs

El moacutedulo efectivo de la subrasante es MR = 1415 MPa = 2100 psi

Variacioacuten de serviciabilidad ΔPSI = p0 ndash pt = 5 ndash 25 = 25 por traacutensito

Para R = 95 S0 = 035 W18 = 21 x 105 ESALs MR = 2100 psi y ΔPSI = 25 corresponde SN =

9652 mm (38 pulg) con

SN1 = 4064 mm (16 pulg) para proteccioacuten de base

SN2 = 5842 mm (23 pulg) para proteccioacuten de sub-base

Los coeficientes estructurales o de capa funcioacuten de la calidad de los materiales que forman cada capa son

Concreto asfaacuteltico a1 = 046

Base a2 = 012

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Sub-base a3 = 0 9

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo por lo que m2 = 112 La sub-base tiene caracteriacutesticas de drenaje pobre y estaraacute saturada el 25 del tiempo correspondieacutendole un coeficiente de drenaje m3 = 085

Espesor miacutenimo para capa asfaacuteltica

D1geSN1

a1 =4084046 = 88 mm (352 pulg) tomamos 90 mm

SN 1= a1lowastD1= 046 x 90 = 414 mm

Base granular

Como la capa maacutes efectiva desde el punto de vista econoacutemico es la base granular se elimina la sub-base resultando el espesor de base

D2geSN 2minusSN 1

a2lowastm2=9652minus414012lowast112

=41012mmtomamos 420mm

SN 2= a2lowastm2iquestD2= 420 x 012 x 112 = 5645 mm

SN 2+SN 1=414+5645=9785gt9652OK

PROBLEMA RESUELTO 02

Autopista urbana W18 = 2 x 105 ESALs El agua drena del pavimento en aproximadamente una semana y la estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles proacuteximos a la saturacioacuten en un 30 del tiempo Los datos de los materiales son Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3100 MPa = 450000 psi

Base CBR = 100 MB = 214 MPa = 31000 psi

Sub-base CBR = 16 MSB = 904 MPa = 13111 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 538 MPa = 7800 psi

Solucioacuten

Como el pavimento es para una autopista urbana se adopta

R = 99

S0 = 02

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po = 45

Pt = 25

Y asiacute se obtiene del aacutebaco

SN = 6096 mm (24 pulg)

SN1 = 381 mm (15 pulg)

SN2 = 508 mm (2 pulg)

Los coeficientes de drenaje para base y sub-base son m2 = m3 = 080

Espesor de concreto asfaacuteltico

D1geSN1

a1 =3819044 = 866 mm (34 pulg) tomamos 90 mm

SN 1= a1lowastD1= 044 x 90 = 396 mm

Espesor para base

D2geSN 2minusSN 1

a2lowastm2=5080minus3960014lowast080

=100mmtomamos 110mm

SN 2= a2lowastm2iquestD2= 014 x 080 x 110 = 1232 mm

Espesor para sub-base

D3geSNminusiquestiquestiquest

SN 3= a3lowastm3iquestD3= 010 x 080 x 140 = 1120 mm

SN 3+SN2+SN 1=381+1232+112=6162gt6096OK

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ANEXOS

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MEacuteTODO DE DISENtildeO - INSTITUTO DEL ASFALTO

Este meacutetodo estaacute basado en el establecimiento de un liacutemite de deflexioacuten a la

estructura del pavimento el cual es funcioacuten del nuacutemero e intensidad de aplicaciones

de carga

El primer paso para la aplicacioacuten del meacutetodo del Instituto Norteamericano del Asfalto

consiste en determinar el nuacutemero de traacutensito para el periodo de disentildeo

Por otro lado el meacutetodo permite el empleo de concreto asfaacuteltico o emulsiones

asfaacutelticas en la totalidad o en parte de la estructura del pavimento e incluye varias

combinaciones de capa de rodadura y bases de concreto asfaacuteltico de capa de

rodadura y bases con emulsiones asfaacutelticas asiacute como capas de rodadura asfaacuteltica

con base y subbase granulares

Tambieacuten considera al pavimento como un sistema elaacutestico de varias capas y para su

anaacutelisis emplea conceptos teoacutericos experimentales y corridas de programa de

coacutemputo sin embargo con el objeto de simplificar el meacutetodo el Instituto de Asfalto

propone una serie de aacutebacos que permiten la aplicacioacuten del meacutetodo en forma raacutepida y

sencilla

5511 Criterios de disentildeoMediante esta metodologiacutea se asume que las cargas en la superficie del pavimento

producen 2 deformaciones que son consideradas criacuteticas para el disentildeo Estas

deformaciones unitarias son

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bull La deformacioacuten horizontal de tensioacuten t e en el fondo de la capa asfaacuteltica maacutes profunda ya sea que se trate de concreto asfaacuteltico o de una capa tratada con asfalto emulsificado y

bull La deformacioacuten vertical de compresioacuten c e en la parte superior de la capa de subrasante

Si t e es excesiva se produciraacuten fisuras en la capa asfaacuteltica mientras que si c e es excesiva se produciraacuten deformaciones permanentes en la superficie del pavimento

Debido a la heterogeneidad de vehiacuteculos existentes se debe primero analizar

cada eje del vehiacuteculo a fin de encontrar la incidencia de carga que cada uno

produce (factor de equivalencia de carga)

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Como ejemplo para la realidad nacional un vehiacuteculo liviano con ejes simples se

conforma de la siguiente manera el eje delantero con una carga bruta de 2000 lb

el eje trasero con 4000 lb (Seguacuten EMAPE) Su conversioacuten a ejes simples es de

000018 y 000209 respectivamente Estos valores son altos para un vehiacuteculo

ligero promedio Sin embargo se toma el caso maacutes desfavorable debido a que

ellos se encuentran conformados por autos camionetas y furgonetas

Cada eje puede llevar en sus extremos un neumaacutetico en cuyo caso se designa

como neumaacutetico simple o dos neumaacuteticos en cuyo caso se designa como

neumaacuteticos gemelos o duales

Los tipos de ejes legalmente reconocidos son

Eje simple un uacutenico eje

Eje taacutendem grupo de dos ejes sucesivos cuya distancia entre centros es menor a

2 metros

Eje tridem grupo de tres ejes sucesivos cuya distancia entre centros es menor a 2

metros

UPAO 35

Universidad Privada Antenor Orrego INGENIERIA CIVIL

Carril del disentildeoPara calles y carreteras de 2 carriles el carril de disentildeo puede ser cualquiera de

los carriles de la viacutea mientras que para calles y carreteras de carriles muacuteltiples

generalmente es el carril externo

Entonces para el caacutelculo del porcentaje de camiones en el flujo vehicular sobre el

carril de disentildeo el actual meacutetodo recomienda los siguientes valores

Tabla 01 Porcentaje de camiones en el carril de disentildeo

UPAO 36

Universidad Privada Antenor Orrego INGENIERIA CIVIL

A continuacioacuten se visualiza la tabla 02 para la conversioacuten de cualquier carga yo

combinacioacuten de ejes y de neumaacuteticos en un nuacutemero total de pasadas del eje

estaacutendar

Periacuteodo de disentildeo y tasa de crecimiento anualEn la Tabla 03 se presenta la relacioacuten entre la taza de crecimiento anual

Afectando el iacutendice medio diario anual por la taza de crecimiento se estima el

crecimiento del volumen vehicular proyectado para los antildeos que se disentildeo el

pavimento

UPAO 37

Universidad Privada Antenor Orrego INGENIERIA CIVIL

La tasa de crecimiento para diferentes tipos de vehiacuteculos puede ser estimada

variando el crecimiento normal entre 3 y 5 por antildeo No obstante carreteras

nuevas o nuevos desarrollos pueden generar incrementos de mayor magnitud los

cuales pueden alcanzar valores de hasta 10

Aacuterea de contacto y presioacuten de neumaacutetico

Es sabido que la carga puede causar mas dantildeo si la presioacuten del neumaacutetico es alta

(por la menor aacuterea de contacto) Tener en cuenta pues que la presioacuten del

neumaacutetico no siempre es igual a la presioacuten de contacto

En la versioacuten actual el meacutetodo incorpora factores de ajuste de los ejes

equivalentes de disentildeo para diferentes presiones de contacto de las llantas sobre

el pavimento en funcioacuten de su presioacuten de inflado y de los espesores de la carpeta

asfaacuteltica donde contempla desde cuatro hasta diez pulgadas de espesor Ver

Figura 01

UPAO 38

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Estimacioacuten del traacutensito vehicularPara obtener el iacutendice medio diario o traacutefico diario promedio es necesario contar

con una estacioacuten de control la cual recoja los diferentes datos del volumen

vehicular a fin de agruparlos por categoriacuteas seguacuten las normas propuestas para

cada paiacutes Ya teniendo esa informacioacuten se afecta cada grupo vehicular por un

factor de equivalencia de carga El nuacutemero de repeticiones para producir igual

dantildeo se basa en factores de equivalencia entre la carga real (volumen vehicular) y

la carga estaacutendar (eje simple 18000lb)

UPAO 39

Universidad Privada Antenor Orrego INGENIERIA CIVIL

Evaluacioacuten de los materialesPara el disentildeo de los espesores de una seccioacuten estructural del pavimento flexible

el meacutetodo actual del Instituto del Asfalto considera como paraacutemetro fundamental

dentro de la evaluacioacuten de los materiales la obtencioacuten del Moacutedulo de Resilencia

(Mr) de la subrasante Sin embargo reconocen que no todos los organismos

tienen el equipo adecuado para llevar a cabo tal prueba por lo que han

establecido factores de correlacioacuten entre Mr y la prueba estaacutendar de Valor Relativo

de Soporte CBR Sentildealan que los resultados son bastante aproximados sin

embargo para un disentildeo preciso se recomienda llevar a cabo la prueba del

Moacutedulo de Resiliencia para la subrasante

UPAO 40

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Restricciones de tiempoUn pavimento debe ser disentildeado para soportar los efectos acumulados del traacutensito

para cualquier periacuteodo de tiempo El periacuteodo seleccionado que dura el pavimento

antes que requiera rehabilitacioacuten se define como ldquoPeriacuteodo de Disentildeordquo Al teacutermino

de eacuteste se espera que el pavimento requiera alguna rehabilitacioacuten mayor como

puede ser una sobre carpeta de refuerzo para restaurar su condicioacuten original

Luego de la primera intervencioacuten la vida uacutetil del pavimento o ldquoPeriacuteodo de Anaacutelisisrdquo

puede ser extendida indefinidamente a traveacutes de mejoramientos sucesivos de

rehabilitacioacuten hasta que el pavimento sea obsoleto por cambios significativos en

pendientes alineamiento geomeacutetrico y otros factores

UPAO 41

Universidad Privada Antenor Orrego INGENIERIA CIVIL

En funcioacuten del traacutensito esperado sobre el pavimento en estudio el meacutetodo del

Instituto del Asfalto recomienda los siguientes valores percentiles para calcular el

Moacutedulo de Resiliencia de disentildeo de la capa subrasante

Con las muestras de material obtenidas en el campo y con los resultados

obtenidos en el laboratorio para determinar sus Moacutedulos de Resiliencia se deberaacute

calcular el Mr de disentildeo de la capa subrasante con los percentiles sugeridos en la

tabla anterior

Para los requerimientos de compactacioacuten en las capas de base y subbase el

actual meacutetodo proporciona las siguientes recomendaciones

Capas de base y subbase formadas con materiales granulares sin tratamiento

esto es no estabilizadas deberaacuten compactarse con un contenido de humedad

oacuteptimo maacutes menos 15 puntos en porcentaje para alcanzar una densidad miacutenima

del 100 de la densidad maacutexima de laboratorio

UPAO 42

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Asiacute mismo recomienda los siguientes valores para las diferentes pruebas a

realizarse con materiales de bases y subbases Ver tabla 05

Propiedades de los materialesLas bases estabilizadas con emulsiones asfaacutelticas corresponden a tres tipos de

Mezcla seguacuten la clase de agregados utilizados se tiene

Tipo I Mezcla elaborada con agregados procesados de gradacioacuten densa

Tipo II Mezcla elaborada con agregados semi-procesados

Tipo III Mezcla elaborada con arenas o arenas limosas

En cuanto a requerimientos de espesores miacutenimos en funcioacuten del nivel de traacutensito

en ejes equivalentes el meacutetodo recomienda los siguientes valores

UPAO 43

Universidad Privada Antenor Orrego INGENIERIA CIVIL

A) Para superficies de concreto asfaacuteltico construidas sobre bases estabilizadas

con emulsioacuten asfaacuteltica

Podraacute usarse concreto asfaacuteltico o mezclas asfaacutelticas emulsificadas Tipo I conun tratamiento superficial sobre bases asfaacutelticas tipo II o III

B) Para superficies de concreto asfaacuteltico construido sobre bases granulares sin

UPAO 44

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Estabilizar

Factores ambientalesEs importante hacer notar que el meacutetodo contempla factores de medio ambiente y

varios tipos o clases de asfalto seguacuten las necesidades particulares del disentildeo A

continuacioacuten ver la tabla

UPAO 45

Page 26: PAVIMENTOS-FLEXIBLES

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Sub-base a3 = 0 9

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo por lo que m2 = 112 La sub-base tiene caracteriacutesticas de drenaje pobre y estaraacute saturada el 25 del tiempo correspondieacutendole un coeficiente de drenaje m3 = 085

Espesor miacutenimo para capa asfaacuteltica

D1geSN1

a1 =4084046 = 88 mm (352 pulg) tomamos 90 mm

SN 1= a1lowastD1= 046 x 90 = 414 mm

Base granular

Como la capa maacutes efectiva desde el punto de vista econoacutemico es la base granular se elimina la sub-base resultando el espesor de base

D2geSN 2minusSN 1

a2lowastm2=9652minus414012lowast112

=41012mmtomamos 420mm

SN 2= a2lowastm2iquestD2= 420 x 012 x 112 = 5645 mm

SN 2+SN 1=414+5645=9785gt9652OK

PROBLEMA RESUELTO 02

Autopista urbana W18 = 2 x 105 ESALs El agua drena del pavimento en aproximadamente una semana y la estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles proacuteximos a la saturacioacuten en un 30 del tiempo Los datos de los materiales son Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3100 MPa = 450000 psi

Base CBR = 100 MB = 214 MPa = 31000 psi

Sub-base CBR = 16 MSB = 904 MPa = 13111 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 538 MPa = 7800 psi

Solucioacuten

Como el pavimento es para una autopista urbana se adopta

R = 99

S0 = 02

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po = 45

Pt = 25

Y asiacute se obtiene del aacutebaco

SN = 6096 mm (24 pulg)

SN1 = 381 mm (15 pulg)

SN2 = 508 mm (2 pulg)

Los coeficientes de drenaje para base y sub-base son m2 = m3 = 080

Espesor de concreto asfaacuteltico

D1geSN1

a1 =3819044 = 866 mm (34 pulg) tomamos 90 mm

SN 1= a1lowastD1= 044 x 90 = 396 mm

Espesor para base

D2geSN 2minusSN 1

a2lowastm2=5080minus3960014lowast080

=100mmtomamos 110mm

SN 2= a2lowastm2iquestD2= 014 x 080 x 110 = 1232 mm

Espesor para sub-base

D3geSNminusiquestiquestiquest

SN 3= a3lowastm3iquestD3= 010 x 080 x 140 = 1120 mm

SN 3+SN2+SN 1=381+1232+112=6162gt6096OK

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ANEXOS

UPAO 28

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UPAO 29

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MEacuteTODO DE DISENtildeO - INSTITUTO DEL ASFALTO

Este meacutetodo estaacute basado en el establecimiento de un liacutemite de deflexioacuten a la

estructura del pavimento el cual es funcioacuten del nuacutemero e intensidad de aplicaciones

de carga

El primer paso para la aplicacioacuten del meacutetodo del Instituto Norteamericano del Asfalto

consiste en determinar el nuacutemero de traacutensito para el periodo de disentildeo

Por otro lado el meacutetodo permite el empleo de concreto asfaacuteltico o emulsiones

asfaacutelticas en la totalidad o en parte de la estructura del pavimento e incluye varias

combinaciones de capa de rodadura y bases de concreto asfaacuteltico de capa de

rodadura y bases con emulsiones asfaacutelticas asiacute como capas de rodadura asfaacuteltica

con base y subbase granulares

Tambieacuten considera al pavimento como un sistema elaacutestico de varias capas y para su

anaacutelisis emplea conceptos teoacutericos experimentales y corridas de programa de

coacutemputo sin embargo con el objeto de simplificar el meacutetodo el Instituto de Asfalto

propone una serie de aacutebacos que permiten la aplicacioacuten del meacutetodo en forma raacutepida y

sencilla

5511 Criterios de disentildeoMediante esta metodologiacutea se asume que las cargas en la superficie del pavimento

producen 2 deformaciones que son consideradas criacuteticas para el disentildeo Estas

deformaciones unitarias son

UPAO 33

Universidad Privada Antenor Orrego INGENIERIA CIVIL

bull La deformacioacuten horizontal de tensioacuten t e en el fondo de la capa asfaacuteltica maacutes profunda ya sea que se trate de concreto asfaacuteltico o de una capa tratada con asfalto emulsificado y

bull La deformacioacuten vertical de compresioacuten c e en la parte superior de la capa de subrasante

Si t e es excesiva se produciraacuten fisuras en la capa asfaacuteltica mientras que si c e es excesiva se produciraacuten deformaciones permanentes en la superficie del pavimento

Debido a la heterogeneidad de vehiacuteculos existentes se debe primero analizar

cada eje del vehiacuteculo a fin de encontrar la incidencia de carga que cada uno

produce (factor de equivalencia de carga)

UPAO 34

Universidad Privada Antenor Orrego INGENIERIA CIVIL

Como ejemplo para la realidad nacional un vehiacuteculo liviano con ejes simples se

conforma de la siguiente manera el eje delantero con una carga bruta de 2000 lb

el eje trasero con 4000 lb (Seguacuten EMAPE) Su conversioacuten a ejes simples es de

000018 y 000209 respectivamente Estos valores son altos para un vehiacuteculo

ligero promedio Sin embargo se toma el caso maacutes desfavorable debido a que

ellos se encuentran conformados por autos camionetas y furgonetas

Cada eje puede llevar en sus extremos un neumaacutetico en cuyo caso se designa

como neumaacutetico simple o dos neumaacuteticos en cuyo caso se designa como

neumaacuteticos gemelos o duales

Los tipos de ejes legalmente reconocidos son

Eje simple un uacutenico eje

Eje taacutendem grupo de dos ejes sucesivos cuya distancia entre centros es menor a

2 metros

Eje tridem grupo de tres ejes sucesivos cuya distancia entre centros es menor a 2

metros

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Carril del disentildeoPara calles y carreteras de 2 carriles el carril de disentildeo puede ser cualquiera de

los carriles de la viacutea mientras que para calles y carreteras de carriles muacuteltiples

generalmente es el carril externo

Entonces para el caacutelculo del porcentaje de camiones en el flujo vehicular sobre el

carril de disentildeo el actual meacutetodo recomienda los siguientes valores

Tabla 01 Porcentaje de camiones en el carril de disentildeo

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A continuacioacuten se visualiza la tabla 02 para la conversioacuten de cualquier carga yo

combinacioacuten de ejes y de neumaacuteticos en un nuacutemero total de pasadas del eje

estaacutendar

Periacuteodo de disentildeo y tasa de crecimiento anualEn la Tabla 03 se presenta la relacioacuten entre la taza de crecimiento anual

Afectando el iacutendice medio diario anual por la taza de crecimiento se estima el

crecimiento del volumen vehicular proyectado para los antildeos que se disentildeo el

pavimento

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La tasa de crecimiento para diferentes tipos de vehiacuteculos puede ser estimada

variando el crecimiento normal entre 3 y 5 por antildeo No obstante carreteras

nuevas o nuevos desarrollos pueden generar incrementos de mayor magnitud los

cuales pueden alcanzar valores de hasta 10

Aacuterea de contacto y presioacuten de neumaacutetico

Es sabido que la carga puede causar mas dantildeo si la presioacuten del neumaacutetico es alta

(por la menor aacuterea de contacto) Tener en cuenta pues que la presioacuten del

neumaacutetico no siempre es igual a la presioacuten de contacto

En la versioacuten actual el meacutetodo incorpora factores de ajuste de los ejes

equivalentes de disentildeo para diferentes presiones de contacto de las llantas sobre

el pavimento en funcioacuten de su presioacuten de inflado y de los espesores de la carpeta

asfaacuteltica donde contempla desde cuatro hasta diez pulgadas de espesor Ver

Figura 01

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Estimacioacuten del traacutensito vehicularPara obtener el iacutendice medio diario o traacutefico diario promedio es necesario contar

con una estacioacuten de control la cual recoja los diferentes datos del volumen

vehicular a fin de agruparlos por categoriacuteas seguacuten las normas propuestas para

cada paiacutes Ya teniendo esa informacioacuten se afecta cada grupo vehicular por un

factor de equivalencia de carga El nuacutemero de repeticiones para producir igual

dantildeo se basa en factores de equivalencia entre la carga real (volumen vehicular) y

la carga estaacutendar (eje simple 18000lb)

UPAO 39

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Evaluacioacuten de los materialesPara el disentildeo de los espesores de una seccioacuten estructural del pavimento flexible

el meacutetodo actual del Instituto del Asfalto considera como paraacutemetro fundamental

dentro de la evaluacioacuten de los materiales la obtencioacuten del Moacutedulo de Resilencia

(Mr) de la subrasante Sin embargo reconocen que no todos los organismos

tienen el equipo adecuado para llevar a cabo tal prueba por lo que han

establecido factores de correlacioacuten entre Mr y la prueba estaacutendar de Valor Relativo

de Soporte CBR Sentildealan que los resultados son bastante aproximados sin

embargo para un disentildeo preciso se recomienda llevar a cabo la prueba del

Moacutedulo de Resiliencia para la subrasante

UPAO 40

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Restricciones de tiempoUn pavimento debe ser disentildeado para soportar los efectos acumulados del traacutensito

para cualquier periacuteodo de tiempo El periacuteodo seleccionado que dura el pavimento

antes que requiera rehabilitacioacuten se define como ldquoPeriacuteodo de Disentildeordquo Al teacutermino

de eacuteste se espera que el pavimento requiera alguna rehabilitacioacuten mayor como

puede ser una sobre carpeta de refuerzo para restaurar su condicioacuten original

Luego de la primera intervencioacuten la vida uacutetil del pavimento o ldquoPeriacuteodo de Anaacutelisisrdquo

puede ser extendida indefinidamente a traveacutes de mejoramientos sucesivos de

rehabilitacioacuten hasta que el pavimento sea obsoleto por cambios significativos en

pendientes alineamiento geomeacutetrico y otros factores

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En funcioacuten del traacutensito esperado sobre el pavimento en estudio el meacutetodo del

Instituto del Asfalto recomienda los siguientes valores percentiles para calcular el

Moacutedulo de Resiliencia de disentildeo de la capa subrasante

Con las muestras de material obtenidas en el campo y con los resultados

obtenidos en el laboratorio para determinar sus Moacutedulos de Resiliencia se deberaacute

calcular el Mr de disentildeo de la capa subrasante con los percentiles sugeridos en la

tabla anterior

Para los requerimientos de compactacioacuten en las capas de base y subbase el

actual meacutetodo proporciona las siguientes recomendaciones

Capas de base y subbase formadas con materiales granulares sin tratamiento

esto es no estabilizadas deberaacuten compactarse con un contenido de humedad

oacuteptimo maacutes menos 15 puntos en porcentaje para alcanzar una densidad miacutenima

del 100 de la densidad maacutexima de laboratorio

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Asiacute mismo recomienda los siguientes valores para las diferentes pruebas a

realizarse con materiales de bases y subbases Ver tabla 05

Propiedades de los materialesLas bases estabilizadas con emulsiones asfaacutelticas corresponden a tres tipos de

Mezcla seguacuten la clase de agregados utilizados se tiene

Tipo I Mezcla elaborada con agregados procesados de gradacioacuten densa

Tipo II Mezcla elaborada con agregados semi-procesados

Tipo III Mezcla elaborada con arenas o arenas limosas

En cuanto a requerimientos de espesores miacutenimos en funcioacuten del nivel de traacutensito

en ejes equivalentes el meacutetodo recomienda los siguientes valores

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A) Para superficies de concreto asfaacuteltico construidas sobre bases estabilizadas

con emulsioacuten asfaacuteltica

Podraacute usarse concreto asfaacuteltico o mezclas asfaacutelticas emulsificadas Tipo I conun tratamiento superficial sobre bases asfaacutelticas tipo II o III

B) Para superficies de concreto asfaacuteltico construido sobre bases granulares sin

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Estabilizar

Factores ambientalesEs importante hacer notar que el meacutetodo contempla factores de medio ambiente y

varios tipos o clases de asfalto seguacuten las necesidades particulares del disentildeo A

continuacioacuten ver la tabla

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po = 45

Pt = 25

Y asiacute se obtiene del aacutebaco

SN = 6096 mm (24 pulg)

SN1 = 381 mm (15 pulg)

SN2 = 508 mm (2 pulg)

Los coeficientes de drenaje para base y sub-base son m2 = m3 = 080

Espesor de concreto asfaacuteltico

D1geSN1

a1 =3819044 = 866 mm (34 pulg) tomamos 90 mm

SN 1= a1lowastD1= 044 x 90 = 396 mm

Espesor para base

D2geSN 2minusSN 1

a2lowastm2=5080minus3960014lowast080

=100mmtomamos 110mm

SN 2= a2lowastm2iquestD2= 014 x 080 x 110 = 1232 mm

Espesor para sub-base

D3geSNminusiquestiquestiquest

SN 3= a3lowastm3iquestD3= 010 x 080 x 140 = 1120 mm

SN 3+SN2+SN 1=381+1232+112=6162gt6096OK

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ANEXOS

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MEacuteTODO DE DISENtildeO - INSTITUTO DEL ASFALTO

Este meacutetodo estaacute basado en el establecimiento de un liacutemite de deflexioacuten a la

estructura del pavimento el cual es funcioacuten del nuacutemero e intensidad de aplicaciones

de carga

El primer paso para la aplicacioacuten del meacutetodo del Instituto Norteamericano del Asfalto

consiste en determinar el nuacutemero de traacutensito para el periodo de disentildeo

Por otro lado el meacutetodo permite el empleo de concreto asfaacuteltico o emulsiones

asfaacutelticas en la totalidad o en parte de la estructura del pavimento e incluye varias

combinaciones de capa de rodadura y bases de concreto asfaacuteltico de capa de

rodadura y bases con emulsiones asfaacutelticas asiacute como capas de rodadura asfaacuteltica

con base y subbase granulares

Tambieacuten considera al pavimento como un sistema elaacutestico de varias capas y para su

anaacutelisis emplea conceptos teoacutericos experimentales y corridas de programa de

coacutemputo sin embargo con el objeto de simplificar el meacutetodo el Instituto de Asfalto

propone una serie de aacutebacos que permiten la aplicacioacuten del meacutetodo en forma raacutepida y

sencilla

5511 Criterios de disentildeoMediante esta metodologiacutea se asume que las cargas en la superficie del pavimento

producen 2 deformaciones que son consideradas criacuteticas para el disentildeo Estas

deformaciones unitarias son

UPAO 33

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bull La deformacioacuten horizontal de tensioacuten t e en el fondo de la capa asfaacuteltica maacutes profunda ya sea que se trate de concreto asfaacuteltico o de una capa tratada con asfalto emulsificado y

bull La deformacioacuten vertical de compresioacuten c e en la parte superior de la capa de subrasante

Si t e es excesiva se produciraacuten fisuras en la capa asfaacuteltica mientras que si c e es excesiva se produciraacuten deformaciones permanentes en la superficie del pavimento

Debido a la heterogeneidad de vehiacuteculos existentes se debe primero analizar

cada eje del vehiacuteculo a fin de encontrar la incidencia de carga que cada uno

produce (factor de equivalencia de carga)

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Como ejemplo para la realidad nacional un vehiacuteculo liviano con ejes simples se

conforma de la siguiente manera el eje delantero con una carga bruta de 2000 lb

el eje trasero con 4000 lb (Seguacuten EMAPE) Su conversioacuten a ejes simples es de

000018 y 000209 respectivamente Estos valores son altos para un vehiacuteculo

ligero promedio Sin embargo se toma el caso maacutes desfavorable debido a que

ellos se encuentran conformados por autos camionetas y furgonetas

Cada eje puede llevar en sus extremos un neumaacutetico en cuyo caso se designa

como neumaacutetico simple o dos neumaacuteticos en cuyo caso se designa como

neumaacuteticos gemelos o duales

Los tipos de ejes legalmente reconocidos son

Eje simple un uacutenico eje

Eje taacutendem grupo de dos ejes sucesivos cuya distancia entre centros es menor a

2 metros

Eje tridem grupo de tres ejes sucesivos cuya distancia entre centros es menor a 2

metros

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Carril del disentildeoPara calles y carreteras de 2 carriles el carril de disentildeo puede ser cualquiera de

los carriles de la viacutea mientras que para calles y carreteras de carriles muacuteltiples

generalmente es el carril externo

Entonces para el caacutelculo del porcentaje de camiones en el flujo vehicular sobre el

carril de disentildeo el actual meacutetodo recomienda los siguientes valores

Tabla 01 Porcentaje de camiones en el carril de disentildeo

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A continuacioacuten se visualiza la tabla 02 para la conversioacuten de cualquier carga yo

combinacioacuten de ejes y de neumaacuteticos en un nuacutemero total de pasadas del eje

estaacutendar

Periacuteodo de disentildeo y tasa de crecimiento anualEn la Tabla 03 se presenta la relacioacuten entre la taza de crecimiento anual

Afectando el iacutendice medio diario anual por la taza de crecimiento se estima el

crecimiento del volumen vehicular proyectado para los antildeos que se disentildeo el

pavimento

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La tasa de crecimiento para diferentes tipos de vehiacuteculos puede ser estimada

variando el crecimiento normal entre 3 y 5 por antildeo No obstante carreteras

nuevas o nuevos desarrollos pueden generar incrementos de mayor magnitud los

cuales pueden alcanzar valores de hasta 10

Aacuterea de contacto y presioacuten de neumaacutetico

Es sabido que la carga puede causar mas dantildeo si la presioacuten del neumaacutetico es alta

(por la menor aacuterea de contacto) Tener en cuenta pues que la presioacuten del

neumaacutetico no siempre es igual a la presioacuten de contacto

En la versioacuten actual el meacutetodo incorpora factores de ajuste de los ejes

equivalentes de disentildeo para diferentes presiones de contacto de las llantas sobre

el pavimento en funcioacuten de su presioacuten de inflado y de los espesores de la carpeta

asfaacuteltica donde contempla desde cuatro hasta diez pulgadas de espesor Ver

Figura 01

UPAO 38

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Estimacioacuten del traacutensito vehicularPara obtener el iacutendice medio diario o traacutefico diario promedio es necesario contar

con una estacioacuten de control la cual recoja los diferentes datos del volumen

vehicular a fin de agruparlos por categoriacuteas seguacuten las normas propuestas para

cada paiacutes Ya teniendo esa informacioacuten se afecta cada grupo vehicular por un

factor de equivalencia de carga El nuacutemero de repeticiones para producir igual

dantildeo se basa en factores de equivalencia entre la carga real (volumen vehicular) y

la carga estaacutendar (eje simple 18000lb)

UPAO 39

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Evaluacioacuten de los materialesPara el disentildeo de los espesores de una seccioacuten estructural del pavimento flexible

el meacutetodo actual del Instituto del Asfalto considera como paraacutemetro fundamental

dentro de la evaluacioacuten de los materiales la obtencioacuten del Moacutedulo de Resilencia

(Mr) de la subrasante Sin embargo reconocen que no todos los organismos

tienen el equipo adecuado para llevar a cabo tal prueba por lo que han

establecido factores de correlacioacuten entre Mr y la prueba estaacutendar de Valor Relativo

de Soporte CBR Sentildealan que los resultados son bastante aproximados sin

embargo para un disentildeo preciso se recomienda llevar a cabo la prueba del

Moacutedulo de Resiliencia para la subrasante

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Restricciones de tiempoUn pavimento debe ser disentildeado para soportar los efectos acumulados del traacutensito

para cualquier periacuteodo de tiempo El periacuteodo seleccionado que dura el pavimento

antes que requiera rehabilitacioacuten se define como ldquoPeriacuteodo de Disentildeordquo Al teacutermino

de eacuteste se espera que el pavimento requiera alguna rehabilitacioacuten mayor como

puede ser una sobre carpeta de refuerzo para restaurar su condicioacuten original

Luego de la primera intervencioacuten la vida uacutetil del pavimento o ldquoPeriacuteodo de Anaacutelisisrdquo

puede ser extendida indefinidamente a traveacutes de mejoramientos sucesivos de

rehabilitacioacuten hasta que el pavimento sea obsoleto por cambios significativos en

pendientes alineamiento geomeacutetrico y otros factores

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En funcioacuten del traacutensito esperado sobre el pavimento en estudio el meacutetodo del

Instituto del Asfalto recomienda los siguientes valores percentiles para calcular el

Moacutedulo de Resiliencia de disentildeo de la capa subrasante

Con las muestras de material obtenidas en el campo y con los resultados

obtenidos en el laboratorio para determinar sus Moacutedulos de Resiliencia se deberaacute

calcular el Mr de disentildeo de la capa subrasante con los percentiles sugeridos en la

tabla anterior

Para los requerimientos de compactacioacuten en las capas de base y subbase el

actual meacutetodo proporciona las siguientes recomendaciones

Capas de base y subbase formadas con materiales granulares sin tratamiento

esto es no estabilizadas deberaacuten compactarse con un contenido de humedad

oacuteptimo maacutes menos 15 puntos en porcentaje para alcanzar una densidad miacutenima

del 100 de la densidad maacutexima de laboratorio

UPAO 42

Universidad Privada Antenor Orrego INGENIERIA CIVIL

Asiacute mismo recomienda los siguientes valores para las diferentes pruebas a

realizarse con materiales de bases y subbases Ver tabla 05

Propiedades de los materialesLas bases estabilizadas con emulsiones asfaacutelticas corresponden a tres tipos de

Mezcla seguacuten la clase de agregados utilizados se tiene

Tipo I Mezcla elaborada con agregados procesados de gradacioacuten densa

Tipo II Mezcla elaborada con agregados semi-procesados

Tipo III Mezcla elaborada con arenas o arenas limosas

En cuanto a requerimientos de espesores miacutenimos en funcioacuten del nivel de traacutensito

en ejes equivalentes el meacutetodo recomienda los siguientes valores

UPAO 43

Universidad Privada Antenor Orrego INGENIERIA CIVIL

A) Para superficies de concreto asfaacuteltico construidas sobre bases estabilizadas

con emulsioacuten asfaacuteltica

Podraacute usarse concreto asfaacuteltico o mezclas asfaacutelticas emulsificadas Tipo I conun tratamiento superficial sobre bases asfaacutelticas tipo II o III

B) Para superficies de concreto asfaacuteltico construido sobre bases granulares sin

UPAO 44

Universidad Privada Antenor Orrego INGENIERIA CIVIL

Estabilizar

Factores ambientalesEs importante hacer notar que el meacutetodo contempla factores de medio ambiente y

varios tipos o clases de asfalto seguacuten las necesidades particulares del disentildeo A

continuacioacuten ver la tabla

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Page 28: PAVIMENTOS-FLEXIBLES

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ANEXOS

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MEacuteTODO DE DISENtildeO - INSTITUTO DEL ASFALTO

Este meacutetodo estaacute basado en el establecimiento de un liacutemite de deflexioacuten a la

estructura del pavimento el cual es funcioacuten del nuacutemero e intensidad de aplicaciones

de carga

El primer paso para la aplicacioacuten del meacutetodo del Instituto Norteamericano del Asfalto

consiste en determinar el nuacutemero de traacutensito para el periodo de disentildeo

Por otro lado el meacutetodo permite el empleo de concreto asfaacuteltico o emulsiones

asfaacutelticas en la totalidad o en parte de la estructura del pavimento e incluye varias

combinaciones de capa de rodadura y bases de concreto asfaacuteltico de capa de

rodadura y bases con emulsiones asfaacutelticas asiacute como capas de rodadura asfaacuteltica

con base y subbase granulares

Tambieacuten considera al pavimento como un sistema elaacutestico de varias capas y para su

anaacutelisis emplea conceptos teoacutericos experimentales y corridas de programa de

coacutemputo sin embargo con el objeto de simplificar el meacutetodo el Instituto de Asfalto

propone una serie de aacutebacos que permiten la aplicacioacuten del meacutetodo en forma raacutepida y

sencilla

5511 Criterios de disentildeoMediante esta metodologiacutea se asume que las cargas en la superficie del pavimento

producen 2 deformaciones que son consideradas criacuteticas para el disentildeo Estas

deformaciones unitarias son

UPAO 33

Universidad Privada Antenor Orrego INGENIERIA CIVIL

bull La deformacioacuten horizontal de tensioacuten t e en el fondo de la capa asfaacuteltica maacutes profunda ya sea que se trate de concreto asfaacuteltico o de una capa tratada con asfalto emulsificado y

bull La deformacioacuten vertical de compresioacuten c e en la parte superior de la capa de subrasante

Si t e es excesiva se produciraacuten fisuras en la capa asfaacuteltica mientras que si c e es excesiva se produciraacuten deformaciones permanentes en la superficie del pavimento

Debido a la heterogeneidad de vehiacuteculos existentes se debe primero analizar

cada eje del vehiacuteculo a fin de encontrar la incidencia de carga que cada uno

produce (factor de equivalencia de carga)

UPAO 34

Universidad Privada Antenor Orrego INGENIERIA CIVIL

Como ejemplo para la realidad nacional un vehiacuteculo liviano con ejes simples se

conforma de la siguiente manera el eje delantero con una carga bruta de 2000 lb

el eje trasero con 4000 lb (Seguacuten EMAPE) Su conversioacuten a ejes simples es de

000018 y 000209 respectivamente Estos valores son altos para un vehiacuteculo

ligero promedio Sin embargo se toma el caso maacutes desfavorable debido a que

ellos se encuentran conformados por autos camionetas y furgonetas

Cada eje puede llevar en sus extremos un neumaacutetico en cuyo caso se designa

como neumaacutetico simple o dos neumaacuteticos en cuyo caso se designa como

neumaacuteticos gemelos o duales

Los tipos de ejes legalmente reconocidos son

Eje simple un uacutenico eje

Eje taacutendem grupo de dos ejes sucesivos cuya distancia entre centros es menor a

2 metros

Eje tridem grupo de tres ejes sucesivos cuya distancia entre centros es menor a 2

metros

UPAO 35

Universidad Privada Antenor Orrego INGENIERIA CIVIL

Carril del disentildeoPara calles y carreteras de 2 carriles el carril de disentildeo puede ser cualquiera de

los carriles de la viacutea mientras que para calles y carreteras de carriles muacuteltiples

generalmente es el carril externo

Entonces para el caacutelculo del porcentaje de camiones en el flujo vehicular sobre el

carril de disentildeo el actual meacutetodo recomienda los siguientes valores

Tabla 01 Porcentaje de camiones en el carril de disentildeo

UPAO 36

Universidad Privada Antenor Orrego INGENIERIA CIVIL

A continuacioacuten se visualiza la tabla 02 para la conversioacuten de cualquier carga yo

combinacioacuten de ejes y de neumaacuteticos en un nuacutemero total de pasadas del eje

estaacutendar

Periacuteodo de disentildeo y tasa de crecimiento anualEn la Tabla 03 se presenta la relacioacuten entre la taza de crecimiento anual

Afectando el iacutendice medio diario anual por la taza de crecimiento se estima el

crecimiento del volumen vehicular proyectado para los antildeos que se disentildeo el

pavimento

UPAO 37

Universidad Privada Antenor Orrego INGENIERIA CIVIL

La tasa de crecimiento para diferentes tipos de vehiacuteculos puede ser estimada

variando el crecimiento normal entre 3 y 5 por antildeo No obstante carreteras

nuevas o nuevos desarrollos pueden generar incrementos de mayor magnitud los

cuales pueden alcanzar valores de hasta 10

Aacuterea de contacto y presioacuten de neumaacutetico

Es sabido que la carga puede causar mas dantildeo si la presioacuten del neumaacutetico es alta

(por la menor aacuterea de contacto) Tener en cuenta pues que la presioacuten del

neumaacutetico no siempre es igual a la presioacuten de contacto

En la versioacuten actual el meacutetodo incorpora factores de ajuste de los ejes

equivalentes de disentildeo para diferentes presiones de contacto de las llantas sobre

el pavimento en funcioacuten de su presioacuten de inflado y de los espesores de la carpeta

asfaacuteltica donde contempla desde cuatro hasta diez pulgadas de espesor Ver

Figura 01

UPAO 38

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Estimacioacuten del traacutensito vehicularPara obtener el iacutendice medio diario o traacutefico diario promedio es necesario contar

con una estacioacuten de control la cual recoja los diferentes datos del volumen

vehicular a fin de agruparlos por categoriacuteas seguacuten las normas propuestas para

cada paiacutes Ya teniendo esa informacioacuten se afecta cada grupo vehicular por un

factor de equivalencia de carga El nuacutemero de repeticiones para producir igual

dantildeo se basa en factores de equivalencia entre la carga real (volumen vehicular) y

la carga estaacutendar (eje simple 18000lb)

UPAO 39

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Evaluacioacuten de los materialesPara el disentildeo de los espesores de una seccioacuten estructural del pavimento flexible

el meacutetodo actual del Instituto del Asfalto considera como paraacutemetro fundamental

dentro de la evaluacioacuten de los materiales la obtencioacuten del Moacutedulo de Resilencia

(Mr) de la subrasante Sin embargo reconocen que no todos los organismos

tienen el equipo adecuado para llevar a cabo tal prueba por lo que han

establecido factores de correlacioacuten entre Mr y la prueba estaacutendar de Valor Relativo

de Soporte CBR Sentildealan que los resultados son bastante aproximados sin

embargo para un disentildeo preciso se recomienda llevar a cabo la prueba del

Moacutedulo de Resiliencia para la subrasante

UPAO 40

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Restricciones de tiempoUn pavimento debe ser disentildeado para soportar los efectos acumulados del traacutensito

para cualquier periacuteodo de tiempo El periacuteodo seleccionado que dura el pavimento

antes que requiera rehabilitacioacuten se define como ldquoPeriacuteodo de Disentildeordquo Al teacutermino

de eacuteste se espera que el pavimento requiera alguna rehabilitacioacuten mayor como

puede ser una sobre carpeta de refuerzo para restaurar su condicioacuten original

Luego de la primera intervencioacuten la vida uacutetil del pavimento o ldquoPeriacuteodo de Anaacutelisisrdquo

puede ser extendida indefinidamente a traveacutes de mejoramientos sucesivos de

rehabilitacioacuten hasta que el pavimento sea obsoleto por cambios significativos en

pendientes alineamiento geomeacutetrico y otros factores

UPAO 41

Universidad Privada Antenor Orrego INGENIERIA CIVIL

En funcioacuten del traacutensito esperado sobre el pavimento en estudio el meacutetodo del

Instituto del Asfalto recomienda los siguientes valores percentiles para calcular el

Moacutedulo de Resiliencia de disentildeo de la capa subrasante

Con las muestras de material obtenidas en el campo y con los resultados

obtenidos en el laboratorio para determinar sus Moacutedulos de Resiliencia se deberaacute

calcular el Mr de disentildeo de la capa subrasante con los percentiles sugeridos en la

tabla anterior

Para los requerimientos de compactacioacuten en las capas de base y subbase el

actual meacutetodo proporciona las siguientes recomendaciones

Capas de base y subbase formadas con materiales granulares sin tratamiento

esto es no estabilizadas deberaacuten compactarse con un contenido de humedad

oacuteptimo maacutes menos 15 puntos en porcentaje para alcanzar una densidad miacutenima

del 100 de la densidad maacutexima de laboratorio

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Asiacute mismo recomienda los siguientes valores para las diferentes pruebas a

realizarse con materiales de bases y subbases Ver tabla 05

Propiedades de los materialesLas bases estabilizadas con emulsiones asfaacutelticas corresponden a tres tipos de

Mezcla seguacuten la clase de agregados utilizados se tiene

Tipo I Mezcla elaborada con agregados procesados de gradacioacuten densa

Tipo II Mezcla elaborada con agregados semi-procesados

Tipo III Mezcla elaborada con arenas o arenas limosas

En cuanto a requerimientos de espesores miacutenimos en funcioacuten del nivel de traacutensito

en ejes equivalentes el meacutetodo recomienda los siguientes valores

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A) Para superficies de concreto asfaacuteltico construidas sobre bases estabilizadas

con emulsioacuten asfaacuteltica

Podraacute usarse concreto asfaacuteltico o mezclas asfaacutelticas emulsificadas Tipo I conun tratamiento superficial sobre bases asfaacutelticas tipo II o III

B) Para superficies de concreto asfaacuteltico construido sobre bases granulares sin

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Estabilizar

Factores ambientalesEs importante hacer notar que el meacutetodo contempla factores de medio ambiente y

varios tipos o clases de asfalto seguacuten las necesidades particulares del disentildeo A

continuacioacuten ver la tabla

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MEacuteTODO DE DISENtildeO - INSTITUTO DEL ASFALTO

Este meacutetodo estaacute basado en el establecimiento de un liacutemite de deflexioacuten a la

estructura del pavimento el cual es funcioacuten del nuacutemero e intensidad de aplicaciones

de carga

El primer paso para la aplicacioacuten del meacutetodo del Instituto Norteamericano del Asfalto

consiste en determinar el nuacutemero de traacutensito para el periodo de disentildeo

Por otro lado el meacutetodo permite el empleo de concreto asfaacuteltico o emulsiones

asfaacutelticas en la totalidad o en parte de la estructura del pavimento e incluye varias

combinaciones de capa de rodadura y bases de concreto asfaacuteltico de capa de

rodadura y bases con emulsiones asfaacutelticas asiacute como capas de rodadura asfaacuteltica

con base y subbase granulares

Tambieacuten considera al pavimento como un sistema elaacutestico de varias capas y para su

anaacutelisis emplea conceptos teoacutericos experimentales y corridas de programa de

coacutemputo sin embargo con el objeto de simplificar el meacutetodo el Instituto de Asfalto

propone una serie de aacutebacos que permiten la aplicacioacuten del meacutetodo en forma raacutepida y

sencilla

5511 Criterios de disentildeoMediante esta metodologiacutea se asume que las cargas en la superficie del pavimento

producen 2 deformaciones que son consideradas criacuteticas para el disentildeo Estas

deformaciones unitarias son

UPAO 33

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bull La deformacioacuten horizontal de tensioacuten t e en el fondo de la capa asfaacuteltica maacutes profunda ya sea que se trate de concreto asfaacuteltico o de una capa tratada con asfalto emulsificado y

bull La deformacioacuten vertical de compresioacuten c e en la parte superior de la capa de subrasante

Si t e es excesiva se produciraacuten fisuras en la capa asfaacuteltica mientras que si c e es excesiva se produciraacuten deformaciones permanentes en la superficie del pavimento

Debido a la heterogeneidad de vehiacuteculos existentes se debe primero analizar

cada eje del vehiacuteculo a fin de encontrar la incidencia de carga que cada uno

produce (factor de equivalencia de carga)

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Como ejemplo para la realidad nacional un vehiacuteculo liviano con ejes simples se

conforma de la siguiente manera el eje delantero con una carga bruta de 2000 lb

el eje trasero con 4000 lb (Seguacuten EMAPE) Su conversioacuten a ejes simples es de

000018 y 000209 respectivamente Estos valores son altos para un vehiacuteculo

ligero promedio Sin embargo se toma el caso maacutes desfavorable debido a que

ellos se encuentran conformados por autos camionetas y furgonetas

Cada eje puede llevar en sus extremos un neumaacutetico en cuyo caso se designa

como neumaacutetico simple o dos neumaacuteticos en cuyo caso se designa como

neumaacuteticos gemelos o duales

Los tipos de ejes legalmente reconocidos son

Eje simple un uacutenico eje

Eje taacutendem grupo de dos ejes sucesivos cuya distancia entre centros es menor a

2 metros

Eje tridem grupo de tres ejes sucesivos cuya distancia entre centros es menor a 2

metros

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Carril del disentildeoPara calles y carreteras de 2 carriles el carril de disentildeo puede ser cualquiera de

los carriles de la viacutea mientras que para calles y carreteras de carriles muacuteltiples

generalmente es el carril externo

Entonces para el caacutelculo del porcentaje de camiones en el flujo vehicular sobre el

carril de disentildeo el actual meacutetodo recomienda los siguientes valores

Tabla 01 Porcentaje de camiones en el carril de disentildeo

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A continuacioacuten se visualiza la tabla 02 para la conversioacuten de cualquier carga yo

combinacioacuten de ejes y de neumaacuteticos en un nuacutemero total de pasadas del eje

estaacutendar

Periacuteodo de disentildeo y tasa de crecimiento anualEn la Tabla 03 se presenta la relacioacuten entre la taza de crecimiento anual

Afectando el iacutendice medio diario anual por la taza de crecimiento se estima el

crecimiento del volumen vehicular proyectado para los antildeos que se disentildeo el

pavimento

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La tasa de crecimiento para diferentes tipos de vehiacuteculos puede ser estimada

variando el crecimiento normal entre 3 y 5 por antildeo No obstante carreteras

nuevas o nuevos desarrollos pueden generar incrementos de mayor magnitud los

cuales pueden alcanzar valores de hasta 10

Aacuterea de contacto y presioacuten de neumaacutetico

Es sabido que la carga puede causar mas dantildeo si la presioacuten del neumaacutetico es alta

(por la menor aacuterea de contacto) Tener en cuenta pues que la presioacuten del

neumaacutetico no siempre es igual a la presioacuten de contacto

En la versioacuten actual el meacutetodo incorpora factores de ajuste de los ejes

equivalentes de disentildeo para diferentes presiones de contacto de las llantas sobre

el pavimento en funcioacuten de su presioacuten de inflado y de los espesores de la carpeta

asfaacuteltica donde contempla desde cuatro hasta diez pulgadas de espesor Ver

Figura 01

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Estimacioacuten del traacutensito vehicularPara obtener el iacutendice medio diario o traacutefico diario promedio es necesario contar

con una estacioacuten de control la cual recoja los diferentes datos del volumen

vehicular a fin de agruparlos por categoriacuteas seguacuten las normas propuestas para

cada paiacutes Ya teniendo esa informacioacuten se afecta cada grupo vehicular por un

factor de equivalencia de carga El nuacutemero de repeticiones para producir igual

dantildeo se basa en factores de equivalencia entre la carga real (volumen vehicular) y

la carga estaacutendar (eje simple 18000lb)

UPAO 39

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Evaluacioacuten de los materialesPara el disentildeo de los espesores de una seccioacuten estructural del pavimento flexible

el meacutetodo actual del Instituto del Asfalto considera como paraacutemetro fundamental

dentro de la evaluacioacuten de los materiales la obtencioacuten del Moacutedulo de Resilencia

(Mr) de la subrasante Sin embargo reconocen que no todos los organismos

tienen el equipo adecuado para llevar a cabo tal prueba por lo que han

establecido factores de correlacioacuten entre Mr y la prueba estaacutendar de Valor Relativo

de Soporte CBR Sentildealan que los resultados son bastante aproximados sin

embargo para un disentildeo preciso se recomienda llevar a cabo la prueba del

Moacutedulo de Resiliencia para la subrasante

UPAO 40

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Restricciones de tiempoUn pavimento debe ser disentildeado para soportar los efectos acumulados del traacutensito

para cualquier periacuteodo de tiempo El periacuteodo seleccionado que dura el pavimento

antes que requiera rehabilitacioacuten se define como ldquoPeriacuteodo de Disentildeordquo Al teacutermino

de eacuteste se espera que el pavimento requiera alguna rehabilitacioacuten mayor como

puede ser una sobre carpeta de refuerzo para restaurar su condicioacuten original

Luego de la primera intervencioacuten la vida uacutetil del pavimento o ldquoPeriacuteodo de Anaacutelisisrdquo

puede ser extendida indefinidamente a traveacutes de mejoramientos sucesivos de

rehabilitacioacuten hasta que el pavimento sea obsoleto por cambios significativos en

pendientes alineamiento geomeacutetrico y otros factores

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En funcioacuten del traacutensito esperado sobre el pavimento en estudio el meacutetodo del

Instituto del Asfalto recomienda los siguientes valores percentiles para calcular el

Moacutedulo de Resiliencia de disentildeo de la capa subrasante

Con las muestras de material obtenidas en el campo y con los resultados

obtenidos en el laboratorio para determinar sus Moacutedulos de Resiliencia se deberaacute

calcular el Mr de disentildeo de la capa subrasante con los percentiles sugeridos en la

tabla anterior

Para los requerimientos de compactacioacuten en las capas de base y subbase el

actual meacutetodo proporciona las siguientes recomendaciones

Capas de base y subbase formadas con materiales granulares sin tratamiento

esto es no estabilizadas deberaacuten compactarse con un contenido de humedad

oacuteptimo maacutes menos 15 puntos en porcentaje para alcanzar una densidad miacutenima

del 100 de la densidad maacutexima de laboratorio

UPAO 42

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Asiacute mismo recomienda los siguientes valores para las diferentes pruebas a

realizarse con materiales de bases y subbases Ver tabla 05

Propiedades de los materialesLas bases estabilizadas con emulsiones asfaacutelticas corresponden a tres tipos de

Mezcla seguacuten la clase de agregados utilizados se tiene

Tipo I Mezcla elaborada con agregados procesados de gradacioacuten densa

Tipo II Mezcla elaborada con agregados semi-procesados

Tipo III Mezcla elaborada con arenas o arenas limosas

En cuanto a requerimientos de espesores miacutenimos en funcioacuten del nivel de traacutensito

en ejes equivalentes el meacutetodo recomienda los siguientes valores

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A) Para superficies de concreto asfaacuteltico construidas sobre bases estabilizadas

con emulsioacuten asfaacuteltica

Podraacute usarse concreto asfaacuteltico o mezclas asfaacutelticas emulsificadas Tipo I conun tratamiento superficial sobre bases asfaacutelticas tipo II o III

B) Para superficies de concreto asfaacuteltico construido sobre bases granulares sin

UPAO 44

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Estabilizar

Factores ambientalesEs importante hacer notar que el meacutetodo contempla factores de medio ambiente y

varios tipos o clases de asfalto seguacuten las necesidades particulares del disentildeo A

continuacioacuten ver la tabla

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MEacuteTODO DE DISENtildeO - INSTITUTO DEL ASFALTO

Este meacutetodo estaacute basado en el establecimiento de un liacutemite de deflexioacuten a la

estructura del pavimento el cual es funcioacuten del nuacutemero e intensidad de aplicaciones

de carga

El primer paso para la aplicacioacuten del meacutetodo del Instituto Norteamericano del Asfalto

consiste en determinar el nuacutemero de traacutensito para el periodo de disentildeo

Por otro lado el meacutetodo permite el empleo de concreto asfaacuteltico o emulsiones

asfaacutelticas en la totalidad o en parte de la estructura del pavimento e incluye varias

combinaciones de capa de rodadura y bases de concreto asfaacuteltico de capa de

rodadura y bases con emulsiones asfaacutelticas asiacute como capas de rodadura asfaacuteltica

con base y subbase granulares

Tambieacuten considera al pavimento como un sistema elaacutestico de varias capas y para su

anaacutelisis emplea conceptos teoacutericos experimentales y corridas de programa de

coacutemputo sin embargo con el objeto de simplificar el meacutetodo el Instituto de Asfalto

propone una serie de aacutebacos que permiten la aplicacioacuten del meacutetodo en forma raacutepida y

sencilla

5511 Criterios de disentildeoMediante esta metodologiacutea se asume que las cargas en la superficie del pavimento

producen 2 deformaciones que son consideradas criacuteticas para el disentildeo Estas

deformaciones unitarias son

UPAO 33

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bull La deformacioacuten horizontal de tensioacuten t e en el fondo de la capa asfaacuteltica maacutes profunda ya sea que se trate de concreto asfaacuteltico o de una capa tratada con asfalto emulsificado y

bull La deformacioacuten vertical de compresioacuten c e en la parte superior de la capa de subrasante

Si t e es excesiva se produciraacuten fisuras en la capa asfaacuteltica mientras que si c e es excesiva se produciraacuten deformaciones permanentes en la superficie del pavimento

Debido a la heterogeneidad de vehiacuteculos existentes se debe primero analizar

cada eje del vehiacuteculo a fin de encontrar la incidencia de carga que cada uno

produce (factor de equivalencia de carga)

UPAO 34

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Como ejemplo para la realidad nacional un vehiacuteculo liviano con ejes simples se

conforma de la siguiente manera el eje delantero con una carga bruta de 2000 lb

el eje trasero con 4000 lb (Seguacuten EMAPE) Su conversioacuten a ejes simples es de

000018 y 000209 respectivamente Estos valores son altos para un vehiacuteculo

ligero promedio Sin embargo se toma el caso maacutes desfavorable debido a que

ellos se encuentran conformados por autos camionetas y furgonetas

Cada eje puede llevar en sus extremos un neumaacutetico en cuyo caso se designa

como neumaacutetico simple o dos neumaacuteticos en cuyo caso se designa como

neumaacuteticos gemelos o duales

Los tipos de ejes legalmente reconocidos son

Eje simple un uacutenico eje

Eje taacutendem grupo de dos ejes sucesivos cuya distancia entre centros es menor a

2 metros

Eje tridem grupo de tres ejes sucesivos cuya distancia entre centros es menor a 2

metros

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Carril del disentildeoPara calles y carreteras de 2 carriles el carril de disentildeo puede ser cualquiera de

los carriles de la viacutea mientras que para calles y carreteras de carriles muacuteltiples

generalmente es el carril externo

Entonces para el caacutelculo del porcentaje de camiones en el flujo vehicular sobre el

carril de disentildeo el actual meacutetodo recomienda los siguientes valores

Tabla 01 Porcentaje de camiones en el carril de disentildeo

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A continuacioacuten se visualiza la tabla 02 para la conversioacuten de cualquier carga yo

combinacioacuten de ejes y de neumaacuteticos en un nuacutemero total de pasadas del eje

estaacutendar

Periacuteodo de disentildeo y tasa de crecimiento anualEn la Tabla 03 se presenta la relacioacuten entre la taza de crecimiento anual

Afectando el iacutendice medio diario anual por la taza de crecimiento se estima el

crecimiento del volumen vehicular proyectado para los antildeos que se disentildeo el

pavimento

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La tasa de crecimiento para diferentes tipos de vehiacuteculos puede ser estimada

variando el crecimiento normal entre 3 y 5 por antildeo No obstante carreteras

nuevas o nuevos desarrollos pueden generar incrementos de mayor magnitud los

cuales pueden alcanzar valores de hasta 10

Aacuterea de contacto y presioacuten de neumaacutetico

Es sabido que la carga puede causar mas dantildeo si la presioacuten del neumaacutetico es alta

(por la menor aacuterea de contacto) Tener en cuenta pues que la presioacuten del

neumaacutetico no siempre es igual a la presioacuten de contacto

En la versioacuten actual el meacutetodo incorpora factores de ajuste de los ejes

equivalentes de disentildeo para diferentes presiones de contacto de las llantas sobre

el pavimento en funcioacuten de su presioacuten de inflado y de los espesores de la carpeta

asfaacuteltica donde contempla desde cuatro hasta diez pulgadas de espesor Ver

Figura 01

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Estimacioacuten del traacutensito vehicularPara obtener el iacutendice medio diario o traacutefico diario promedio es necesario contar

con una estacioacuten de control la cual recoja los diferentes datos del volumen

vehicular a fin de agruparlos por categoriacuteas seguacuten las normas propuestas para

cada paiacutes Ya teniendo esa informacioacuten se afecta cada grupo vehicular por un

factor de equivalencia de carga El nuacutemero de repeticiones para producir igual

dantildeo se basa en factores de equivalencia entre la carga real (volumen vehicular) y

la carga estaacutendar (eje simple 18000lb)

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Evaluacioacuten de los materialesPara el disentildeo de los espesores de una seccioacuten estructural del pavimento flexible

el meacutetodo actual del Instituto del Asfalto considera como paraacutemetro fundamental

dentro de la evaluacioacuten de los materiales la obtencioacuten del Moacutedulo de Resilencia

(Mr) de la subrasante Sin embargo reconocen que no todos los organismos

tienen el equipo adecuado para llevar a cabo tal prueba por lo que han

establecido factores de correlacioacuten entre Mr y la prueba estaacutendar de Valor Relativo

de Soporte CBR Sentildealan que los resultados son bastante aproximados sin

embargo para un disentildeo preciso se recomienda llevar a cabo la prueba del

Moacutedulo de Resiliencia para la subrasante

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Restricciones de tiempoUn pavimento debe ser disentildeado para soportar los efectos acumulados del traacutensito

para cualquier periacuteodo de tiempo El periacuteodo seleccionado que dura el pavimento

antes que requiera rehabilitacioacuten se define como ldquoPeriacuteodo de Disentildeordquo Al teacutermino

de eacuteste se espera que el pavimento requiera alguna rehabilitacioacuten mayor como

puede ser una sobre carpeta de refuerzo para restaurar su condicioacuten original

Luego de la primera intervencioacuten la vida uacutetil del pavimento o ldquoPeriacuteodo de Anaacutelisisrdquo

puede ser extendida indefinidamente a traveacutes de mejoramientos sucesivos de

rehabilitacioacuten hasta que el pavimento sea obsoleto por cambios significativos en

pendientes alineamiento geomeacutetrico y otros factores

UPAO 41

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En funcioacuten del traacutensito esperado sobre el pavimento en estudio el meacutetodo del

Instituto del Asfalto recomienda los siguientes valores percentiles para calcular el

Moacutedulo de Resiliencia de disentildeo de la capa subrasante

Con las muestras de material obtenidas en el campo y con los resultados

obtenidos en el laboratorio para determinar sus Moacutedulos de Resiliencia se deberaacute

calcular el Mr de disentildeo de la capa subrasante con los percentiles sugeridos en la

tabla anterior

Para los requerimientos de compactacioacuten en las capas de base y subbase el

actual meacutetodo proporciona las siguientes recomendaciones

Capas de base y subbase formadas con materiales granulares sin tratamiento

esto es no estabilizadas deberaacuten compactarse con un contenido de humedad

oacuteptimo maacutes menos 15 puntos en porcentaje para alcanzar una densidad miacutenima

del 100 de la densidad maacutexima de laboratorio

UPAO 42

Universidad Privada Antenor Orrego INGENIERIA CIVIL

Asiacute mismo recomienda los siguientes valores para las diferentes pruebas a

realizarse con materiales de bases y subbases Ver tabla 05

Propiedades de los materialesLas bases estabilizadas con emulsiones asfaacutelticas corresponden a tres tipos de

Mezcla seguacuten la clase de agregados utilizados se tiene

Tipo I Mezcla elaborada con agregados procesados de gradacioacuten densa

Tipo II Mezcla elaborada con agregados semi-procesados

Tipo III Mezcla elaborada con arenas o arenas limosas

En cuanto a requerimientos de espesores miacutenimos en funcioacuten del nivel de traacutensito

en ejes equivalentes el meacutetodo recomienda los siguientes valores

UPAO 43

Universidad Privada Antenor Orrego INGENIERIA CIVIL

A) Para superficies de concreto asfaacuteltico construidas sobre bases estabilizadas

con emulsioacuten asfaacuteltica

Podraacute usarse concreto asfaacuteltico o mezclas asfaacutelticas emulsificadas Tipo I conun tratamiento superficial sobre bases asfaacutelticas tipo II o III

B) Para superficies de concreto asfaacuteltico construido sobre bases granulares sin

UPAO 44

Universidad Privada Antenor Orrego INGENIERIA CIVIL

Estabilizar

Factores ambientalesEs importante hacer notar que el meacutetodo contempla factores de medio ambiente y

varios tipos o clases de asfalto seguacuten las necesidades particulares del disentildeo A

continuacioacuten ver la tabla

UPAO 45

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UPAO 31

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Universidad Privada Antenor Orrego INGENIERIA CIVIL

MEacuteTODO DE DISENtildeO - INSTITUTO DEL ASFALTO

Este meacutetodo estaacute basado en el establecimiento de un liacutemite de deflexioacuten a la

estructura del pavimento el cual es funcioacuten del nuacutemero e intensidad de aplicaciones

de carga

El primer paso para la aplicacioacuten del meacutetodo del Instituto Norteamericano del Asfalto

consiste en determinar el nuacutemero de traacutensito para el periodo de disentildeo

Por otro lado el meacutetodo permite el empleo de concreto asfaacuteltico o emulsiones

asfaacutelticas en la totalidad o en parte de la estructura del pavimento e incluye varias

combinaciones de capa de rodadura y bases de concreto asfaacuteltico de capa de

rodadura y bases con emulsiones asfaacutelticas asiacute como capas de rodadura asfaacuteltica

con base y subbase granulares

Tambieacuten considera al pavimento como un sistema elaacutestico de varias capas y para su

anaacutelisis emplea conceptos teoacutericos experimentales y corridas de programa de

coacutemputo sin embargo con el objeto de simplificar el meacutetodo el Instituto de Asfalto

propone una serie de aacutebacos que permiten la aplicacioacuten del meacutetodo en forma raacutepida y

sencilla

5511 Criterios de disentildeoMediante esta metodologiacutea se asume que las cargas en la superficie del pavimento

producen 2 deformaciones que son consideradas criacuteticas para el disentildeo Estas

deformaciones unitarias son

UPAO 33

Universidad Privada Antenor Orrego INGENIERIA CIVIL

bull La deformacioacuten horizontal de tensioacuten t e en el fondo de la capa asfaacuteltica maacutes profunda ya sea que se trate de concreto asfaacuteltico o de una capa tratada con asfalto emulsificado y

bull La deformacioacuten vertical de compresioacuten c e en la parte superior de la capa de subrasante

Si t e es excesiva se produciraacuten fisuras en la capa asfaacuteltica mientras que si c e es excesiva se produciraacuten deformaciones permanentes en la superficie del pavimento

Debido a la heterogeneidad de vehiacuteculos existentes se debe primero analizar

cada eje del vehiacuteculo a fin de encontrar la incidencia de carga que cada uno

produce (factor de equivalencia de carga)

UPAO 34

Universidad Privada Antenor Orrego INGENIERIA CIVIL

Como ejemplo para la realidad nacional un vehiacuteculo liviano con ejes simples se

conforma de la siguiente manera el eje delantero con una carga bruta de 2000 lb

el eje trasero con 4000 lb (Seguacuten EMAPE) Su conversioacuten a ejes simples es de

000018 y 000209 respectivamente Estos valores son altos para un vehiacuteculo

ligero promedio Sin embargo se toma el caso maacutes desfavorable debido a que

ellos se encuentran conformados por autos camionetas y furgonetas

Cada eje puede llevar en sus extremos un neumaacutetico en cuyo caso se designa

como neumaacutetico simple o dos neumaacuteticos en cuyo caso se designa como

neumaacuteticos gemelos o duales

Los tipos de ejes legalmente reconocidos son

Eje simple un uacutenico eje

Eje taacutendem grupo de dos ejes sucesivos cuya distancia entre centros es menor a

2 metros

Eje tridem grupo de tres ejes sucesivos cuya distancia entre centros es menor a 2

metros

UPAO 35

Universidad Privada Antenor Orrego INGENIERIA CIVIL

Carril del disentildeoPara calles y carreteras de 2 carriles el carril de disentildeo puede ser cualquiera de

los carriles de la viacutea mientras que para calles y carreteras de carriles muacuteltiples

generalmente es el carril externo

Entonces para el caacutelculo del porcentaje de camiones en el flujo vehicular sobre el

carril de disentildeo el actual meacutetodo recomienda los siguientes valores

Tabla 01 Porcentaje de camiones en el carril de disentildeo

UPAO 36

Universidad Privada Antenor Orrego INGENIERIA CIVIL

A continuacioacuten se visualiza la tabla 02 para la conversioacuten de cualquier carga yo

combinacioacuten de ejes y de neumaacuteticos en un nuacutemero total de pasadas del eje

estaacutendar

Periacuteodo de disentildeo y tasa de crecimiento anualEn la Tabla 03 se presenta la relacioacuten entre la taza de crecimiento anual

Afectando el iacutendice medio diario anual por la taza de crecimiento se estima el

crecimiento del volumen vehicular proyectado para los antildeos que se disentildeo el

pavimento

UPAO 37

Universidad Privada Antenor Orrego INGENIERIA CIVIL

La tasa de crecimiento para diferentes tipos de vehiacuteculos puede ser estimada

variando el crecimiento normal entre 3 y 5 por antildeo No obstante carreteras

nuevas o nuevos desarrollos pueden generar incrementos de mayor magnitud los

cuales pueden alcanzar valores de hasta 10

Aacuterea de contacto y presioacuten de neumaacutetico

Es sabido que la carga puede causar mas dantildeo si la presioacuten del neumaacutetico es alta

(por la menor aacuterea de contacto) Tener en cuenta pues que la presioacuten del

neumaacutetico no siempre es igual a la presioacuten de contacto

En la versioacuten actual el meacutetodo incorpora factores de ajuste de los ejes

equivalentes de disentildeo para diferentes presiones de contacto de las llantas sobre

el pavimento en funcioacuten de su presioacuten de inflado y de los espesores de la carpeta

asfaacuteltica donde contempla desde cuatro hasta diez pulgadas de espesor Ver

Figura 01

UPAO 38

Universidad Privada Antenor Orrego INGENIERIA CIVIL

Estimacioacuten del traacutensito vehicularPara obtener el iacutendice medio diario o traacutefico diario promedio es necesario contar

con una estacioacuten de control la cual recoja los diferentes datos del volumen

vehicular a fin de agruparlos por categoriacuteas seguacuten las normas propuestas para

cada paiacutes Ya teniendo esa informacioacuten se afecta cada grupo vehicular por un

factor de equivalencia de carga El nuacutemero de repeticiones para producir igual

dantildeo se basa en factores de equivalencia entre la carga real (volumen vehicular) y

la carga estaacutendar (eje simple 18000lb)

UPAO 39

Universidad Privada Antenor Orrego INGENIERIA CIVIL

Evaluacioacuten de los materialesPara el disentildeo de los espesores de una seccioacuten estructural del pavimento flexible

el meacutetodo actual del Instituto del Asfalto considera como paraacutemetro fundamental

dentro de la evaluacioacuten de los materiales la obtencioacuten del Moacutedulo de Resilencia

(Mr) de la subrasante Sin embargo reconocen que no todos los organismos

tienen el equipo adecuado para llevar a cabo tal prueba por lo que han

establecido factores de correlacioacuten entre Mr y la prueba estaacutendar de Valor Relativo

de Soporte CBR Sentildealan que los resultados son bastante aproximados sin

embargo para un disentildeo preciso se recomienda llevar a cabo la prueba del

Moacutedulo de Resiliencia para la subrasante

UPAO 40

Universidad Privada Antenor Orrego INGENIERIA CIVIL

Restricciones de tiempoUn pavimento debe ser disentildeado para soportar los efectos acumulados del traacutensito

para cualquier periacuteodo de tiempo El periacuteodo seleccionado que dura el pavimento

antes que requiera rehabilitacioacuten se define como ldquoPeriacuteodo de Disentildeordquo Al teacutermino

de eacuteste se espera que el pavimento requiera alguna rehabilitacioacuten mayor como

puede ser una sobre carpeta de refuerzo para restaurar su condicioacuten original

Luego de la primera intervencioacuten la vida uacutetil del pavimento o ldquoPeriacuteodo de Anaacutelisisrdquo

puede ser extendida indefinidamente a traveacutes de mejoramientos sucesivos de

rehabilitacioacuten hasta que el pavimento sea obsoleto por cambios significativos en

pendientes alineamiento geomeacutetrico y otros factores

UPAO 41

Universidad Privada Antenor Orrego INGENIERIA CIVIL

En funcioacuten del traacutensito esperado sobre el pavimento en estudio el meacutetodo del

Instituto del Asfalto recomienda los siguientes valores percentiles para calcular el

Moacutedulo de Resiliencia de disentildeo de la capa subrasante

Con las muestras de material obtenidas en el campo y con los resultados

obtenidos en el laboratorio para determinar sus Moacutedulos de Resiliencia se deberaacute

calcular el Mr de disentildeo de la capa subrasante con los percentiles sugeridos en la

tabla anterior

Para los requerimientos de compactacioacuten en las capas de base y subbase el

actual meacutetodo proporciona las siguientes recomendaciones

Capas de base y subbase formadas con materiales granulares sin tratamiento

esto es no estabilizadas deberaacuten compactarse con un contenido de humedad

oacuteptimo maacutes menos 15 puntos en porcentaje para alcanzar una densidad miacutenima

del 100 de la densidad maacutexima de laboratorio

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Asiacute mismo recomienda los siguientes valores para las diferentes pruebas a

realizarse con materiales de bases y subbases Ver tabla 05

Propiedades de los materialesLas bases estabilizadas con emulsiones asfaacutelticas corresponden a tres tipos de

Mezcla seguacuten la clase de agregados utilizados se tiene

Tipo I Mezcla elaborada con agregados procesados de gradacioacuten densa

Tipo II Mezcla elaborada con agregados semi-procesados

Tipo III Mezcla elaborada con arenas o arenas limosas

En cuanto a requerimientos de espesores miacutenimos en funcioacuten del nivel de traacutensito

en ejes equivalentes el meacutetodo recomienda los siguientes valores

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A) Para superficies de concreto asfaacuteltico construidas sobre bases estabilizadas

con emulsioacuten asfaacuteltica

Podraacute usarse concreto asfaacuteltico o mezclas asfaacutelticas emulsificadas Tipo I conun tratamiento superficial sobre bases asfaacutelticas tipo II o III

B) Para superficies de concreto asfaacuteltico construido sobre bases granulares sin

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Estabilizar

Factores ambientalesEs importante hacer notar que el meacutetodo contempla factores de medio ambiente y

varios tipos o clases de asfalto seguacuten las necesidades particulares del disentildeo A

continuacioacuten ver la tabla

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MEacuteTODO DE DISENtildeO - INSTITUTO DEL ASFALTO

Este meacutetodo estaacute basado en el establecimiento de un liacutemite de deflexioacuten a la

estructura del pavimento el cual es funcioacuten del nuacutemero e intensidad de aplicaciones

de carga

El primer paso para la aplicacioacuten del meacutetodo del Instituto Norteamericano del Asfalto

consiste en determinar el nuacutemero de traacutensito para el periodo de disentildeo

Por otro lado el meacutetodo permite el empleo de concreto asfaacuteltico o emulsiones

asfaacutelticas en la totalidad o en parte de la estructura del pavimento e incluye varias

combinaciones de capa de rodadura y bases de concreto asfaacuteltico de capa de

rodadura y bases con emulsiones asfaacutelticas asiacute como capas de rodadura asfaacuteltica

con base y subbase granulares

Tambieacuten considera al pavimento como un sistema elaacutestico de varias capas y para su

anaacutelisis emplea conceptos teoacutericos experimentales y corridas de programa de

coacutemputo sin embargo con el objeto de simplificar el meacutetodo el Instituto de Asfalto

propone una serie de aacutebacos que permiten la aplicacioacuten del meacutetodo en forma raacutepida y

sencilla

5511 Criterios de disentildeoMediante esta metodologiacutea se asume que las cargas en la superficie del pavimento

producen 2 deformaciones que son consideradas criacuteticas para el disentildeo Estas

deformaciones unitarias son

UPAO 33

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bull La deformacioacuten horizontal de tensioacuten t e en el fondo de la capa asfaacuteltica maacutes profunda ya sea que se trate de concreto asfaacuteltico o de una capa tratada con asfalto emulsificado y

bull La deformacioacuten vertical de compresioacuten c e en la parte superior de la capa de subrasante

Si t e es excesiva se produciraacuten fisuras en la capa asfaacuteltica mientras que si c e es excesiva se produciraacuten deformaciones permanentes en la superficie del pavimento

Debido a la heterogeneidad de vehiacuteculos existentes se debe primero analizar

cada eje del vehiacuteculo a fin de encontrar la incidencia de carga que cada uno

produce (factor de equivalencia de carga)

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Como ejemplo para la realidad nacional un vehiacuteculo liviano con ejes simples se

conforma de la siguiente manera el eje delantero con una carga bruta de 2000 lb

el eje trasero con 4000 lb (Seguacuten EMAPE) Su conversioacuten a ejes simples es de

000018 y 000209 respectivamente Estos valores son altos para un vehiacuteculo

ligero promedio Sin embargo se toma el caso maacutes desfavorable debido a que

ellos se encuentran conformados por autos camionetas y furgonetas

Cada eje puede llevar en sus extremos un neumaacutetico en cuyo caso se designa

como neumaacutetico simple o dos neumaacuteticos en cuyo caso se designa como

neumaacuteticos gemelos o duales

Los tipos de ejes legalmente reconocidos son

Eje simple un uacutenico eje

Eje taacutendem grupo de dos ejes sucesivos cuya distancia entre centros es menor a

2 metros

Eje tridem grupo de tres ejes sucesivos cuya distancia entre centros es menor a 2

metros

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Carril del disentildeoPara calles y carreteras de 2 carriles el carril de disentildeo puede ser cualquiera de

los carriles de la viacutea mientras que para calles y carreteras de carriles muacuteltiples

generalmente es el carril externo

Entonces para el caacutelculo del porcentaje de camiones en el flujo vehicular sobre el

carril de disentildeo el actual meacutetodo recomienda los siguientes valores

Tabla 01 Porcentaje de camiones en el carril de disentildeo

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A continuacioacuten se visualiza la tabla 02 para la conversioacuten de cualquier carga yo

combinacioacuten de ejes y de neumaacuteticos en un nuacutemero total de pasadas del eje

estaacutendar

Periacuteodo de disentildeo y tasa de crecimiento anualEn la Tabla 03 se presenta la relacioacuten entre la taza de crecimiento anual

Afectando el iacutendice medio diario anual por la taza de crecimiento se estima el

crecimiento del volumen vehicular proyectado para los antildeos que se disentildeo el

pavimento

UPAO 37

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La tasa de crecimiento para diferentes tipos de vehiacuteculos puede ser estimada

variando el crecimiento normal entre 3 y 5 por antildeo No obstante carreteras

nuevas o nuevos desarrollos pueden generar incrementos de mayor magnitud los

cuales pueden alcanzar valores de hasta 10

Aacuterea de contacto y presioacuten de neumaacutetico

Es sabido que la carga puede causar mas dantildeo si la presioacuten del neumaacutetico es alta

(por la menor aacuterea de contacto) Tener en cuenta pues que la presioacuten del

neumaacutetico no siempre es igual a la presioacuten de contacto

En la versioacuten actual el meacutetodo incorpora factores de ajuste de los ejes

equivalentes de disentildeo para diferentes presiones de contacto de las llantas sobre

el pavimento en funcioacuten de su presioacuten de inflado y de los espesores de la carpeta

asfaacuteltica donde contempla desde cuatro hasta diez pulgadas de espesor Ver

Figura 01

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Estimacioacuten del traacutensito vehicularPara obtener el iacutendice medio diario o traacutefico diario promedio es necesario contar

con una estacioacuten de control la cual recoja los diferentes datos del volumen

vehicular a fin de agruparlos por categoriacuteas seguacuten las normas propuestas para

cada paiacutes Ya teniendo esa informacioacuten se afecta cada grupo vehicular por un

factor de equivalencia de carga El nuacutemero de repeticiones para producir igual

dantildeo se basa en factores de equivalencia entre la carga real (volumen vehicular) y

la carga estaacutendar (eje simple 18000lb)

UPAO 39

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Evaluacioacuten de los materialesPara el disentildeo de los espesores de una seccioacuten estructural del pavimento flexible

el meacutetodo actual del Instituto del Asfalto considera como paraacutemetro fundamental

dentro de la evaluacioacuten de los materiales la obtencioacuten del Moacutedulo de Resilencia

(Mr) de la subrasante Sin embargo reconocen que no todos los organismos

tienen el equipo adecuado para llevar a cabo tal prueba por lo que han

establecido factores de correlacioacuten entre Mr y la prueba estaacutendar de Valor Relativo

de Soporte CBR Sentildealan que los resultados son bastante aproximados sin

embargo para un disentildeo preciso se recomienda llevar a cabo la prueba del

Moacutedulo de Resiliencia para la subrasante

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Restricciones de tiempoUn pavimento debe ser disentildeado para soportar los efectos acumulados del traacutensito

para cualquier periacuteodo de tiempo El periacuteodo seleccionado que dura el pavimento

antes que requiera rehabilitacioacuten se define como ldquoPeriacuteodo de Disentildeordquo Al teacutermino

de eacuteste se espera que el pavimento requiera alguna rehabilitacioacuten mayor como

puede ser una sobre carpeta de refuerzo para restaurar su condicioacuten original

Luego de la primera intervencioacuten la vida uacutetil del pavimento o ldquoPeriacuteodo de Anaacutelisisrdquo

puede ser extendida indefinidamente a traveacutes de mejoramientos sucesivos de

rehabilitacioacuten hasta que el pavimento sea obsoleto por cambios significativos en

pendientes alineamiento geomeacutetrico y otros factores

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En funcioacuten del traacutensito esperado sobre el pavimento en estudio el meacutetodo del

Instituto del Asfalto recomienda los siguientes valores percentiles para calcular el

Moacutedulo de Resiliencia de disentildeo de la capa subrasante

Con las muestras de material obtenidas en el campo y con los resultados

obtenidos en el laboratorio para determinar sus Moacutedulos de Resiliencia se deberaacute

calcular el Mr de disentildeo de la capa subrasante con los percentiles sugeridos en la

tabla anterior

Para los requerimientos de compactacioacuten en las capas de base y subbase el

actual meacutetodo proporciona las siguientes recomendaciones

Capas de base y subbase formadas con materiales granulares sin tratamiento

esto es no estabilizadas deberaacuten compactarse con un contenido de humedad

oacuteptimo maacutes menos 15 puntos en porcentaje para alcanzar una densidad miacutenima

del 100 de la densidad maacutexima de laboratorio

UPAO 42

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Asiacute mismo recomienda los siguientes valores para las diferentes pruebas a

realizarse con materiales de bases y subbases Ver tabla 05

Propiedades de los materialesLas bases estabilizadas con emulsiones asfaacutelticas corresponden a tres tipos de

Mezcla seguacuten la clase de agregados utilizados se tiene

Tipo I Mezcla elaborada con agregados procesados de gradacioacuten densa

Tipo II Mezcla elaborada con agregados semi-procesados

Tipo III Mezcla elaborada con arenas o arenas limosas

En cuanto a requerimientos de espesores miacutenimos en funcioacuten del nivel de traacutensito

en ejes equivalentes el meacutetodo recomienda los siguientes valores

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A) Para superficies de concreto asfaacuteltico construidas sobre bases estabilizadas

con emulsioacuten asfaacuteltica

Podraacute usarse concreto asfaacuteltico o mezclas asfaacutelticas emulsificadas Tipo I conun tratamiento superficial sobre bases asfaacutelticas tipo II o III

B) Para superficies de concreto asfaacuteltico construido sobre bases granulares sin

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Estabilizar

Factores ambientalesEs importante hacer notar que el meacutetodo contempla factores de medio ambiente y

varios tipos o clases de asfalto seguacuten las necesidades particulares del disentildeo A

continuacioacuten ver la tabla

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MEacuteTODO DE DISENtildeO - INSTITUTO DEL ASFALTO

Este meacutetodo estaacute basado en el establecimiento de un liacutemite de deflexioacuten a la

estructura del pavimento el cual es funcioacuten del nuacutemero e intensidad de aplicaciones

de carga

El primer paso para la aplicacioacuten del meacutetodo del Instituto Norteamericano del Asfalto

consiste en determinar el nuacutemero de traacutensito para el periodo de disentildeo

Por otro lado el meacutetodo permite el empleo de concreto asfaacuteltico o emulsiones

asfaacutelticas en la totalidad o en parte de la estructura del pavimento e incluye varias

combinaciones de capa de rodadura y bases de concreto asfaacuteltico de capa de

rodadura y bases con emulsiones asfaacutelticas asiacute como capas de rodadura asfaacuteltica

con base y subbase granulares

Tambieacuten considera al pavimento como un sistema elaacutestico de varias capas y para su

anaacutelisis emplea conceptos teoacutericos experimentales y corridas de programa de

coacutemputo sin embargo con el objeto de simplificar el meacutetodo el Instituto de Asfalto

propone una serie de aacutebacos que permiten la aplicacioacuten del meacutetodo en forma raacutepida y

sencilla

5511 Criterios de disentildeoMediante esta metodologiacutea se asume que las cargas en la superficie del pavimento

producen 2 deformaciones que son consideradas criacuteticas para el disentildeo Estas

deformaciones unitarias son

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bull La deformacioacuten horizontal de tensioacuten t e en el fondo de la capa asfaacuteltica maacutes profunda ya sea que se trate de concreto asfaacuteltico o de una capa tratada con asfalto emulsificado y

bull La deformacioacuten vertical de compresioacuten c e en la parte superior de la capa de subrasante

Si t e es excesiva se produciraacuten fisuras en la capa asfaacuteltica mientras que si c e es excesiva se produciraacuten deformaciones permanentes en la superficie del pavimento

Debido a la heterogeneidad de vehiacuteculos existentes se debe primero analizar

cada eje del vehiacuteculo a fin de encontrar la incidencia de carga que cada uno

produce (factor de equivalencia de carga)

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Como ejemplo para la realidad nacional un vehiacuteculo liviano con ejes simples se

conforma de la siguiente manera el eje delantero con una carga bruta de 2000 lb

el eje trasero con 4000 lb (Seguacuten EMAPE) Su conversioacuten a ejes simples es de

000018 y 000209 respectivamente Estos valores son altos para un vehiacuteculo

ligero promedio Sin embargo se toma el caso maacutes desfavorable debido a que

ellos se encuentran conformados por autos camionetas y furgonetas

Cada eje puede llevar en sus extremos un neumaacutetico en cuyo caso se designa

como neumaacutetico simple o dos neumaacuteticos en cuyo caso se designa como

neumaacuteticos gemelos o duales

Los tipos de ejes legalmente reconocidos son

Eje simple un uacutenico eje

Eje taacutendem grupo de dos ejes sucesivos cuya distancia entre centros es menor a

2 metros

Eje tridem grupo de tres ejes sucesivos cuya distancia entre centros es menor a 2

metros

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Carril del disentildeoPara calles y carreteras de 2 carriles el carril de disentildeo puede ser cualquiera de

los carriles de la viacutea mientras que para calles y carreteras de carriles muacuteltiples

generalmente es el carril externo

Entonces para el caacutelculo del porcentaje de camiones en el flujo vehicular sobre el

carril de disentildeo el actual meacutetodo recomienda los siguientes valores

Tabla 01 Porcentaje de camiones en el carril de disentildeo

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A continuacioacuten se visualiza la tabla 02 para la conversioacuten de cualquier carga yo

combinacioacuten de ejes y de neumaacuteticos en un nuacutemero total de pasadas del eje

estaacutendar

Periacuteodo de disentildeo y tasa de crecimiento anualEn la Tabla 03 se presenta la relacioacuten entre la taza de crecimiento anual

Afectando el iacutendice medio diario anual por la taza de crecimiento se estima el

crecimiento del volumen vehicular proyectado para los antildeos que se disentildeo el

pavimento

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La tasa de crecimiento para diferentes tipos de vehiacuteculos puede ser estimada

variando el crecimiento normal entre 3 y 5 por antildeo No obstante carreteras

nuevas o nuevos desarrollos pueden generar incrementos de mayor magnitud los

cuales pueden alcanzar valores de hasta 10

Aacuterea de contacto y presioacuten de neumaacutetico

Es sabido que la carga puede causar mas dantildeo si la presioacuten del neumaacutetico es alta

(por la menor aacuterea de contacto) Tener en cuenta pues que la presioacuten del

neumaacutetico no siempre es igual a la presioacuten de contacto

En la versioacuten actual el meacutetodo incorpora factores de ajuste de los ejes

equivalentes de disentildeo para diferentes presiones de contacto de las llantas sobre

el pavimento en funcioacuten de su presioacuten de inflado y de los espesores de la carpeta

asfaacuteltica donde contempla desde cuatro hasta diez pulgadas de espesor Ver

Figura 01

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Estimacioacuten del traacutensito vehicularPara obtener el iacutendice medio diario o traacutefico diario promedio es necesario contar

con una estacioacuten de control la cual recoja los diferentes datos del volumen

vehicular a fin de agruparlos por categoriacuteas seguacuten las normas propuestas para

cada paiacutes Ya teniendo esa informacioacuten se afecta cada grupo vehicular por un

factor de equivalencia de carga El nuacutemero de repeticiones para producir igual

dantildeo se basa en factores de equivalencia entre la carga real (volumen vehicular) y

la carga estaacutendar (eje simple 18000lb)

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Evaluacioacuten de los materialesPara el disentildeo de los espesores de una seccioacuten estructural del pavimento flexible

el meacutetodo actual del Instituto del Asfalto considera como paraacutemetro fundamental

dentro de la evaluacioacuten de los materiales la obtencioacuten del Moacutedulo de Resilencia

(Mr) de la subrasante Sin embargo reconocen que no todos los organismos

tienen el equipo adecuado para llevar a cabo tal prueba por lo que han

establecido factores de correlacioacuten entre Mr y la prueba estaacutendar de Valor Relativo

de Soporte CBR Sentildealan que los resultados son bastante aproximados sin

embargo para un disentildeo preciso se recomienda llevar a cabo la prueba del

Moacutedulo de Resiliencia para la subrasante

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Restricciones de tiempoUn pavimento debe ser disentildeado para soportar los efectos acumulados del traacutensito

para cualquier periacuteodo de tiempo El periacuteodo seleccionado que dura el pavimento

antes que requiera rehabilitacioacuten se define como ldquoPeriacuteodo de Disentildeordquo Al teacutermino

de eacuteste se espera que el pavimento requiera alguna rehabilitacioacuten mayor como

puede ser una sobre carpeta de refuerzo para restaurar su condicioacuten original

Luego de la primera intervencioacuten la vida uacutetil del pavimento o ldquoPeriacuteodo de Anaacutelisisrdquo

puede ser extendida indefinidamente a traveacutes de mejoramientos sucesivos de

rehabilitacioacuten hasta que el pavimento sea obsoleto por cambios significativos en

pendientes alineamiento geomeacutetrico y otros factores

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En funcioacuten del traacutensito esperado sobre el pavimento en estudio el meacutetodo del

Instituto del Asfalto recomienda los siguientes valores percentiles para calcular el

Moacutedulo de Resiliencia de disentildeo de la capa subrasante

Con las muestras de material obtenidas en el campo y con los resultados

obtenidos en el laboratorio para determinar sus Moacutedulos de Resiliencia se deberaacute

calcular el Mr de disentildeo de la capa subrasante con los percentiles sugeridos en la

tabla anterior

Para los requerimientos de compactacioacuten en las capas de base y subbase el

actual meacutetodo proporciona las siguientes recomendaciones

Capas de base y subbase formadas con materiales granulares sin tratamiento

esto es no estabilizadas deberaacuten compactarse con un contenido de humedad

oacuteptimo maacutes menos 15 puntos en porcentaje para alcanzar una densidad miacutenima

del 100 de la densidad maacutexima de laboratorio

UPAO 42

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Asiacute mismo recomienda los siguientes valores para las diferentes pruebas a

realizarse con materiales de bases y subbases Ver tabla 05

Propiedades de los materialesLas bases estabilizadas con emulsiones asfaacutelticas corresponden a tres tipos de

Mezcla seguacuten la clase de agregados utilizados se tiene

Tipo I Mezcla elaborada con agregados procesados de gradacioacuten densa

Tipo II Mezcla elaborada con agregados semi-procesados

Tipo III Mezcla elaborada con arenas o arenas limosas

En cuanto a requerimientos de espesores miacutenimos en funcioacuten del nivel de traacutensito

en ejes equivalentes el meacutetodo recomienda los siguientes valores

UPAO 43

Universidad Privada Antenor Orrego INGENIERIA CIVIL

A) Para superficies de concreto asfaacuteltico construidas sobre bases estabilizadas

con emulsioacuten asfaacuteltica

Podraacute usarse concreto asfaacuteltico o mezclas asfaacutelticas emulsificadas Tipo I conun tratamiento superficial sobre bases asfaacutelticas tipo II o III

B) Para superficies de concreto asfaacuteltico construido sobre bases granulares sin

UPAO 44

Universidad Privada Antenor Orrego INGENIERIA CIVIL

Estabilizar

Factores ambientalesEs importante hacer notar que el meacutetodo contempla factores de medio ambiente y

varios tipos o clases de asfalto seguacuten las necesidades particulares del disentildeo A

continuacioacuten ver la tabla

UPAO 45

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bull La deformacioacuten horizontal de tensioacuten t e en el fondo de la capa asfaacuteltica maacutes profunda ya sea que se trate de concreto asfaacuteltico o de una capa tratada con asfalto emulsificado y

bull La deformacioacuten vertical de compresioacuten c e en la parte superior de la capa de subrasante

Si t e es excesiva se produciraacuten fisuras en la capa asfaacuteltica mientras que si c e es excesiva se produciraacuten deformaciones permanentes en la superficie del pavimento

Debido a la heterogeneidad de vehiacuteculos existentes se debe primero analizar

cada eje del vehiacuteculo a fin de encontrar la incidencia de carga que cada uno

produce (factor de equivalencia de carga)

UPAO 34

Universidad Privada Antenor Orrego INGENIERIA CIVIL

Como ejemplo para la realidad nacional un vehiacuteculo liviano con ejes simples se

conforma de la siguiente manera el eje delantero con una carga bruta de 2000 lb

el eje trasero con 4000 lb (Seguacuten EMAPE) Su conversioacuten a ejes simples es de

000018 y 000209 respectivamente Estos valores son altos para un vehiacuteculo

ligero promedio Sin embargo se toma el caso maacutes desfavorable debido a que

ellos se encuentran conformados por autos camionetas y furgonetas

Cada eje puede llevar en sus extremos un neumaacutetico en cuyo caso se designa

como neumaacutetico simple o dos neumaacuteticos en cuyo caso se designa como

neumaacuteticos gemelos o duales

Los tipos de ejes legalmente reconocidos son

Eje simple un uacutenico eje

Eje taacutendem grupo de dos ejes sucesivos cuya distancia entre centros es menor a

2 metros

Eje tridem grupo de tres ejes sucesivos cuya distancia entre centros es menor a 2

metros

UPAO 35

Universidad Privada Antenor Orrego INGENIERIA CIVIL

Carril del disentildeoPara calles y carreteras de 2 carriles el carril de disentildeo puede ser cualquiera de

los carriles de la viacutea mientras que para calles y carreteras de carriles muacuteltiples

generalmente es el carril externo

Entonces para el caacutelculo del porcentaje de camiones en el flujo vehicular sobre el

carril de disentildeo el actual meacutetodo recomienda los siguientes valores

Tabla 01 Porcentaje de camiones en el carril de disentildeo

UPAO 36

Universidad Privada Antenor Orrego INGENIERIA CIVIL

A continuacioacuten se visualiza la tabla 02 para la conversioacuten de cualquier carga yo

combinacioacuten de ejes y de neumaacuteticos en un nuacutemero total de pasadas del eje

estaacutendar

Periacuteodo de disentildeo y tasa de crecimiento anualEn la Tabla 03 se presenta la relacioacuten entre la taza de crecimiento anual

Afectando el iacutendice medio diario anual por la taza de crecimiento se estima el

crecimiento del volumen vehicular proyectado para los antildeos que se disentildeo el

pavimento

UPAO 37

Universidad Privada Antenor Orrego INGENIERIA CIVIL

La tasa de crecimiento para diferentes tipos de vehiacuteculos puede ser estimada

variando el crecimiento normal entre 3 y 5 por antildeo No obstante carreteras

nuevas o nuevos desarrollos pueden generar incrementos de mayor magnitud los

cuales pueden alcanzar valores de hasta 10

Aacuterea de contacto y presioacuten de neumaacutetico

Es sabido que la carga puede causar mas dantildeo si la presioacuten del neumaacutetico es alta

(por la menor aacuterea de contacto) Tener en cuenta pues que la presioacuten del

neumaacutetico no siempre es igual a la presioacuten de contacto

En la versioacuten actual el meacutetodo incorpora factores de ajuste de los ejes

equivalentes de disentildeo para diferentes presiones de contacto de las llantas sobre

el pavimento en funcioacuten de su presioacuten de inflado y de los espesores de la carpeta

asfaacuteltica donde contempla desde cuatro hasta diez pulgadas de espesor Ver

Figura 01

UPAO 38

Universidad Privada Antenor Orrego INGENIERIA CIVIL

Estimacioacuten del traacutensito vehicularPara obtener el iacutendice medio diario o traacutefico diario promedio es necesario contar

con una estacioacuten de control la cual recoja los diferentes datos del volumen

vehicular a fin de agruparlos por categoriacuteas seguacuten las normas propuestas para

cada paiacutes Ya teniendo esa informacioacuten se afecta cada grupo vehicular por un

factor de equivalencia de carga El nuacutemero de repeticiones para producir igual

dantildeo se basa en factores de equivalencia entre la carga real (volumen vehicular) y

la carga estaacutendar (eje simple 18000lb)

UPAO 39

Universidad Privada Antenor Orrego INGENIERIA CIVIL

Evaluacioacuten de los materialesPara el disentildeo de los espesores de una seccioacuten estructural del pavimento flexible

el meacutetodo actual del Instituto del Asfalto considera como paraacutemetro fundamental

dentro de la evaluacioacuten de los materiales la obtencioacuten del Moacutedulo de Resilencia

(Mr) de la subrasante Sin embargo reconocen que no todos los organismos

tienen el equipo adecuado para llevar a cabo tal prueba por lo que han

establecido factores de correlacioacuten entre Mr y la prueba estaacutendar de Valor Relativo

de Soporte CBR Sentildealan que los resultados son bastante aproximados sin

embargo para un disentildeo preciso se recomienda llevar a cabo la prueba del

Moacutedulo de Resiliencia para la subrasante

UPAO 40

Universidad Privada Antenor Orrego INGENIERIA CIVIL

Restricciones de tiempoUn pavimento debe ser disentildeado para soportar los efectos acumulados del traacutensito

para cualquier periacuteodo de tiempo El periacuteodo seleccionado que dura el pavimento

antes que requiera rehabilitacioacuten se define como ldquoPeriacuteodo de Disentildeordquo Al teacutermino

de eacuteste se espera que el pavimento requiera alguna rehabilitacioacuten mayor como

puede ser una sobre carpeta de refuerzo para restaurar su condicioacuten original

Luego de la primera intervencioacuten la vida uacutetil del pavimento o ldquoPeriacuteodo de Anaacutelisisrdquo

puede ser extendida indefinidamente a traveacutes de mejoramientos sucesivos de

rehabilitacioacuten hasta que el pavimento sea obsoleto por cambios significativos en

pendientes alineamiento geomeacutetrico y otros factores

UPAO 41

Universidad Privada Antenor Orrego INGENIERIA CIVIL

En funcioacuten del traacutensito esperado sobre el pavimento en estudio el meacutetodo del

Instituto del Asfalto recomienda los siguientes valores percentiles para calcular el

Moacutedulo de Resiliencia de disentildeo de la capa subrasante

Con las muestras de material obtenidas en el campo y con los resultados

obtenidos en el laboratorio para determinar sus Moacutedulos de Resiliencia se deberaacute

calcular el Mr de disentildeo de la capa subrasante con los percentiles sugeridos en la

tabla anterior

Para los requerimientos de compactacioacuten en las capas de base y subbase el

actual meacutetodo proporciona las siguientes recomendaciones

Capas de base y subbase formadas con materiales granulares sin tratamiento

esto es no estabilizadas deberaacuten compactarse con un contenido de humedad

oacuteptimo maacutes menos 15 puntos en porcentaje para alcanzar una densidad miacutenima

del 100 de la densidad maacutexima de laboratorio

UPAO 42

Universidad Privada Antenor Orrego INGENIERIA CIVIL

Asiacute mismo recomienda los siguientes valores para las diferentes pruebas a

realizarse con materiales de bases y subbases Ver tabla 05

Propiedades de los materialesLas bases estabilizadas con emulsiones asfaacutelticas corresponden a tres tipos de

Mezcla seguacuten la clase de agregados utilizados se tiene

Tipo I Mezcla elaborada con agregados procesados de gradacioacuten densa

Tipo II Mezcla elaborada con agregados semi-procesados

Tipo III Mezcla elaborada con arenas o arenas limosas

En cuanto a requerimientos de espesores miacutenimos en funcioacuten del nivel de traacutensito

en ejes equivalentes el meacutetodo recomienda los siguientes valores

UPAO 43

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A) Para superficies de concreto asfaacuteltico construidas sobre bases estabilizadas

con emulsioacuten asfaacuteltica

Podraacute usarse concreto asfaacuteltico o mezclas asfaacutelticas emulsificadas Tipo I conun tratamiento superficial sobre bases asfaacutelticas tipo II o III

B) Para superficies de concreto asfaacuteltico construido sobre bases granulares sin

UPAO 44

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Estabilizar

Factores ambientalesEs importante hacer notar que el meacutetodo contempla factores de medio ambiente y

varios tipos o clases de asfalto seguacuten las necesidades particulares del disentildeo A

continuacioacuten ver la tabla

UPAO 45

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Como ejemplo para la realidad nacional un vehiacuteculo liviano con ejes simples se

conforma de la siguiente manera el eje delantero con una carga bruta de 2000 lb

el eje trasero con 4000 lb (Seguacuten EMAPE) Su conversioacuten a ejes simples es de

000018 y 000209 respectivamente Estos valores son altos para un vehiacuteculo

ligero promedio Sin embargo se toma el caso maacutes desfavorable debido a que

ellos se encuentran conformados por autos camionetas y furgonetas

Cada eje puede llevar en sus extremos un neumaacutetico en cuyo caso se designa

como neumaacutetico simple o dos neumaacuteticos en cuyo caso se designa como

neumaacuteticos gemelos o duales

Los tipos de ejes legalmente reconocidos son

Eje simple un uacutenico eje

Eje taacutendem grupo de dos ejes sucesivos cuya distancia entre centros es menor a

2 metros

Eje tridem grupo de tres ejes sucesivos cuya distancia entre centros es menor a 2

metros

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Carril del disentildeoPara calles y carreteras de 2 carriles el carril de disentildeo puede ser cualquiera de

los carriles de la viacutea mientras que para calles y carreteras de carriles muacuteltiples

generalmente es el carril externo

Entonces para el caacutelculo del porcentaje de camiones en el flujo vehicular sobre el

carril de disentildeo el actual meacutetodo recomienda los siguientes valores

Tabla 01 Porcentaje de camiones en el carril de disentildeo

UPAO 36

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A continuacioacuten se visualiza la tabla 02 para la conversioacuten de cualquier carga yo

combinacioacuten de ejes y de neumaacuteticos en un nuacutemero total de pasadas del eje

estaacutendar

Periacuteodo de disentildeo y tasa de crecimiento anualEn la Tabla 03 se presenta la relacioacuten entre la taza de crecimiento anual

Afectando el iacutendice medio diario anual por la taza de crecimiento se estima el

crecimiento del volumen vehicular proyectado para los antildeos que se disentildeo el

pavimento

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La tasa de crecimiento para diferentes tipos de vehiacuteculos puede ser estimada

variando el crecimiento normal entre 3 y 5 por antildeo No obstante carreteras

nuevas o nuevos desarrollos pueden generar incrementos de mayor magnitud los

cuales pueden alcanzar valores de hasta 10

Aacuterea de contacto y presioacuten de neumaacutetico

Es sabido que la carga puede causar mas dantildeo si la presioacuten del neumaacutetico es alta

(por la menor aacuterea de contacto) Tener en cuenta pues que la presioacuten del

neumaacutetico no siempre es igual a la presioacuten de contacto

En la versioacuten actual el meacutetodo incorpora factores de ajuste de los ejes

equivalentes de disentildeo para diferentes presiones de contacto de las llantas sobre

el pavimento en funcioacuten de su presioacuten de inflado y de los espesores de la carpeta

asfaacuteltica donde contempla desde cuatro hasta diez pulgadas de espesor Ver

Figura 01

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Estimacioacuten del traacutensito vehicularPara obtener el iacutendice medio diario o traacutefico diario promedio es necesario contar

con una estacioacuten de control la cual recoja los diferentes datos del volumen

vehicular a fin de agruparlos por categoriacuteas seguacuten las normas propuestas para

cada paiacutes Ya teniendo esa informacioacuten se afecta cada grupo vehicular por un

factor de equivalencia de carga El nuacutemero de repeticiones para producir igual

dantildeo se basa en factores de equivalencia entre la carga real (volumen vehicular) y

la carga estaacutendar (eje simple 18000lb)

UPAO 39

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Evaluacioacuten de los materialesPara el disentildeo de los espesores de una seccioacuten estructural del pavimento flexible

el meacutetodo actual del Instituto del Asfalto considera como paraacutemetro fundamental

dentro de la evaluacioacuten de los materiales la obtencioacuten del Moacutedulo de Resilencia

(Mr) de la subrasante Sin embargo reconocen que no todos los organismos

tienen el equipo adecuado para llevar a cabo tal prueba por lo que han

establecido factores de correlacioacuten entre Mr y la prueba estaacutendar de Valor Relativo

de Soporte CBR Sentildealan que los resultados son bastante aproximados sin

embargo para un disentildeo preciso se recomienda llevar a cabo la prueba del

Moacutedulo de Resiliencia para la subrasante

UPAO 40

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Restricciones de tiempoUn pavimento debe ser disentildeado para soportar los efectos acumulados del traacutensito

para cualquier periacuteodo de tiempo El periacuteodo seleccionado que dura el pavimento

antes que requiera rehabilitacioacuten se define como ldquoPeriacuteodo de Disentildeordquo Al teacutermino

de eacuteste se espera que el pavimento requiera alguna rehabilitacioacuten mayor como

puede ser una sobre carpeta de refuerzo para restaurar su condicioacuten original

Luego de la primera intervencioacuten la vida uacutetil del pavimento o ldquoPeriacuteodo de Anaacutelisisrdquo

puede ser extendida indefinidamente a traveacutes de mejoramientos sucesivos de

rehabilitacioacuten hasta que el pavimento sea obsoleto por cambios significativos en

pendientes alineamiento geomeacutetrico y otros factores

UPAO 41

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En funcioacuten del traacutensito esperado sobre el pavimento en estudio el meacutetodo del

Instituto del Asfalto recomienda los siguientes valores percentiles para calcular el

Moacutedulo de Resiliencia de disentildeo de la capa subrasante

Con las muestras de material obtenidas en el campo y con los resultados

obtenidos en el laboratorio para determinar sus Moacutedulos de Resiliencia se deberaacute

calcular el Mr de disentildeo de la capa subrasante con los percentiles sugeridos en la

tabla anterior

Para los requerimientos de compactacioacuten en las capas de base y subbase el

actual meacutetodo proporciona las siguientes recomendaciones

Capas de base y subbase formadas con materiales granulares sin tratamiento

esto es no estabilizadas deberaacuten compactarse con un contenido de humedad

oacuteptimo maacutes menos 15 puntos en porcentaje para alcanzar una densidad miacutenima

del 100 de la densidad maacutexima de laboratorio

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Asiacute mismo recomienda los siguientes valores para las diferentes pruebas a

realizarse con materiales de bases y subbases Ver tabla 05

Propiedades de los materialesLas bases estabilizadas con emulsiones asfaacutelticas corresponden a tres tipos de

Mezcla seguacuten la clase de agregados utilizados se tiene

Tipo I Mezcla elaborada con agregados procesados de gradacioacuten densa

Tipo II Mezcla elaborada con agregados semi-procesados

Tipo III Mezcla elaborada con arenas o arenas limosas

En cuanto a requerimientos de espesores miacutenimos en funcioacuten del nivel de traacutensito

en ejes equivalentes el meacutetodo recomienda los siguientes valores

UPAO 43

Universidad Privada Antenor Orrego INGENIERIA CIVIL

A) Para superficies de concreto asfaacuteltico construidas sobre bases estabilizadas

con emulsioacuten asfaacuteltica

Podraacute usarse concreto asfaacuteltico o mezclas asfaacutelticas emulsificadas Tipo I conun tratamiento superficial sobre bases asfaacutelticas tipo II o III

B) Para superficies de concreto asfaacuteltico construido sobre bases granulares sin

UPAO 44

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Estabilizar

Factores ambientalesEs importante hacer notar que el meacutetodo contempla factores de medio ambiente y

varios tipos o clases de asfalto seguacuten las necesidades particulares del disentildeo A

continuacioacuten ver la tabla

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Carril del disentildeoPara calles y carreteras de 2 carriles el carril de disentildeo puede ser cualquiera de

los carriles de la viacutea mientras que para calles y carreteras de carriles muacuteltiples

generalmente es el carril externo

Entonces para el caacutelculo del porcentaje de camiones en el flujo vehicular sobre el

carril de disentildeo el actual meacutetodo recomienda los siguientes valores

Tabla 01 Porcentaje de camiones en el carril de disentildeo

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A continuacioacuten se visualiza la tabla 02 para la conversioacuten de cualquier carga yo

combinacioacuten de ejes y de neumaacuteticos en un nuacutemero total de pasadas del eje

estaacutendar

Periacuteodo de disentildeo y tasa de crecimiento anualEn la Tabla 03 se presenta la relacioacuten entre la taza de crecimiento anual

Afectando el iacutendice medio diario anual por la taza de crecimiento se estima el

crecimiento del volumen vehicular proyectado para los antildeos que se disentildeo el

pavimento

UPAO 37

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La tasa de crecimiento para diferentes tipos de vehiacuteculos puede ser estimada

variando el crecimiento normal entre 3 y 5 por antildeo No obstante carreteras

nuevas o nuevos desarrollos pueden generar incrementos de mayor magnitud los

cuales pueden alcanzar valores de hasta 10

Aacuterea de contacto y presioacuten de neumaacutetico

Es sabido que la carga puede causar mas dantildeo si la presioacuten del neumaacutetico es alta

(por la menor aacuterea de contacto) Tener en cuenta pues que la presioacuten del

neumaacutetico no siempre es igual a la presioacuten de contacto

En la versioacuten actual el meacutetodo incorpora factores de ajuste de los ejes

equivalentes de disentildeo para diferentes presiones de contacto de las llantas sobre

el pavimento en funcioacuten de su presioacuten de inflado y de los espesores de la carpeta

asfaacuteltica donde contempla desde cuatro hasta diez pulgadas de espesor Ver

Figura 01

UPAO 38

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Estimacioacuten del traacutensito vehicularPara obtener el iacutendice medio diario o traacutefico diario promedio es necesario contar

con una estacioacuten de control la cual recoja los diferentes datos del volumen

vehicular a fin de agruparlos por categoriacuteas seguacuten las normas propuestas para

cada paiacutes Ya teniendo esa informacioacuten se afecta cada grupo vehicular por un

factor de equivalencia de carga El nuacutemero de repeticiones para producir igual

dantildeo se basa en factores de equivalencia entre la carga real (volumen vehicular) y

la carga estaacutendar (eje simple 18000lb)

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Evaluacioacuten de los materialesPara el disentildeo de los espesores de una seccioacuten estructural del pavimento flexible

el meacutetodo actual del Instituto del Asfalto considera como paraacutemetro fundamental

dentro de la evaluacioacuten de los materiales la obtencioacuten del Moacutedulo de Resilencia

(Mr) de la subrasante Sin embargo reconocen que no todos los organismos

tienen el equipo adecuado para llevar a cabo tal prueba por lo que han

establecido factores de correlacioacuten entre Mr y la prueba estaacutendar de Valor Relativo

de Soporte CBR Sentildealan que los resultados son bastante aproximados sin

embargo para un disentildeo preciso se recomienda llevar a cabo la prueba del

Moacutedulo de Resiliencia para la subrasante

UPAO 40

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Restricciones de tiempoUn pavimento debe ser disentildeado para soportar los efectos acumulados del traacutensito

para cualquier periacuteodo de tiempo El periacuteodo seleccionado que dura el pavimento

antes que requiera rehabilitacioacuten se define como ldquoPeriacuteodo de Disentildeordquo Al teacutermino

de eacuteste se espera que el pavimento requiera alguna rehabilitacioacuten mayor como

puede ser una sobre carpeta de refuerzo para restaurar su condicioacuten original

Luego de la primera intervencioacuten la vida uacutetil del pavimento o ldquoPeriacuteodo de Anaacutelisisrdquo

puede ser extendida indefinidamente a traveacutes de mejoramientos sucesivos de

rehabilitacioacuten hasta que el pavimento sea obsoleto por cambios significativos en

pendientes alineamiento geomeacutetrico y otros factores

UPAO 41

Universidad Privada Antenor Orrego INGENIERIA CIVIL

En funcioacuten del traacutensito esperado sobre el pavimento en estudio el meacutetodo del

Instituto del Asfalto recomienda los siguientes valores percentiles para calcular el

Moacutedulo de Resiliencia de disentildeo de la capa subrasante

Con las muestras de material obtenidas en el campo y con los resultados

obtenidos en el laboratorio para determinar sus Moacutedulos de Resiliencia se deberaacute

calcular el Mr de disentildeo de la capa subrasante con los percentiles sugeridos en la

tabla anterior

Para los requerimientos de compactacioacuten en las capas de base y subbase el

actual meacutetodo proporciona las siguientes recomendaciones

Capas de base y subbase formadas con materiales granulares sin tratamiento

esto es no estabilizadas deberaacuten compactarse con un contenido de humedad

oacuteptimo maacutes menos 15 puntos en porcentaje para alcanzar una densidad miacutenima

del 100 de la densidad maacutexima de laboratorio

UPAO 42

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Asiacute mismo recomienda los siguientes valores para las diferentes pruebas a

realizarse con materiales de bases y subbases Ver tabla 05

Propiedades de los materialesLas bases estabilizadas con emulsiones asfaacutelticas corresponden a tres tipos de

Mezcla seguacuten la clase de agregados utilizados se tiene

Tipo I Mezcla elaborada con agregados procesados de gradacioacuten densa

Tipo II Mezcla elaborada con agregados semi-procesados

Tipo III Mezcla elaborada con arenas o arenas limosas

En cuanto a requerimientos de espesores miacutenimos en funcioacuten del nivel de traacutensito

en ejes equivalentes el meacutetodo recomienda los siguientes valores

UPAO 43

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A) Para superficies de concreto asfaacuteltico construidas sobre bases estabilizadas

con emulsioacuten asfaacuteltica

Podraacute usarse concreto asfaacuteltico o mezclas asfaacutelticas emulsificadas Tipo I conun tratamiento superficial sobre bases asfaacutelticas tipo II o III

B) Para superficies de concreto asfaacuteltico construido sobre bases granulares sin

UPAO 44

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Factores ambientalesEs importante hacer notar que el meacutetodo contempla factores de medio ambiente y

varios tipos o clases de asfalto seguacuten las necesidades particulares del disentildeo A

continuacioacuten ver la tabla

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A continuacioacuten se visualiza la tabla 02 para la conversioacuten de cualquier carga yo

combinacioacuten de ejes y de neumaacuteticos en un nuacutemero total de pasadas del eje

estaacutendar

Periacuteodo de disentildeo y tasa de crecimiento anualEn la Tabla 03 se presenta la relacioacuten entre la taza de crecimiento anual

Afectando el iacutendice medio diario anual por la taza de crecimiento se estima el

crecimiento del volumen vehicular proyectado para los antildeos que se disentildeo el

pavimento

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La tasa de crecimiento para diferentes tipos de vehiacuteculos puede ser estimada

variando el crecimiento normal entre 3 y 5 por antildeo No obstante carreteras

nuevas o nuevos desarrollos pueden generar incrementos de mayor magnitud los

cuales pueden alcanzar valores de hasta 10

Aacuterea de contacto y presioacuten de neumaacutetico

Es sabido que la carga puede causar mas dantildeo si la presioacuten del neumaacutetico es alta

(por la menor aacuterea de contacto) Tener en cuenta pues que la presioacuten del

neumaacutetico no siempre es igual a la presioacuten de contacto

En la versioacuten actual el meacutetodo incorpora factores de ajuste de los ejes

equivalentes de disentildeo para diferentes presiones de contacto de las llantas sobre

el pavimento en funcioacuten de su presioacuten de inflado y de los espesores de la carpeta

asfaacuteltica donde contempla desde cuatro hasta diez pulgadas de espesor Ver

Figura 01

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Estimacioacuten del traacutensito vehicularPara obtener el iacutendice medio diario o traacutefico diario promedio es necesario contar

con una estacioacuten de control la cual recoja los diferentes datos del volumen

vehicular a fin de agruparlos por categoriacuteas seguacuten las normas propuestas para

cada paiacutes Ya teniendo esa informacioacuten se afecta cada grupo vehicular por un

factor de equivalencia de carga El nuacutemero de repeticiones para producir igual

dantildeo se basa en factores de equivalencia entre la carga real (volumen vehicular) y

la carga estaacutendar (eje simple 18000lb)

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Evaluacioacuten de los materialesPara el disentildeo de los espesores de una seccioacuten estructural del pavimento flexible

el meacutetodo actual del Instituto del Asfalto considera como paraacutemetro fundamental

dentro de la evaluacioacuten de los materiales la obtencioacuten del Moacutedulo de Resilencia

(Mr) de la subrasante Sin embargo reconocen que no todos los organismos

tienen el equipo adecuado para llevar a cabo tal prueba por lo que han

establecido factores de correlacioacuten entre Mr y la prueba estaacutendar de Valor Relativo

de Soporte CBR Sentildealan que los resultados son bastante aproximados sin

embargo para un disentildeo preciso se recomienda llevar a cabo la prueba del

Moacutedulo de Resiliencia para la subrasante

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Restricciones de tiempoUn pavimento debe ser disentildeado para soportar los efectos acumulados del traacutensito

para cualquier periacuteodo de tiempo El periacuteodo seleccionado que dura el pavimento

antes que requiera rehabilitacioacuten se define como ldquoPeriacuteodo de Disentildeordquo Al teacutermino

de eacuteste se espera que el pavimento requiera alguna rehabilitacioacuten mayor como

puede ser una sobre carpeta de refuerzo para restaurar su condicioacuten original

Luego de la primera intervencioacuten la vida uacutetil del pavimento o ldquoPeriacuteodo de Anaacutelisisrdquo

puede ser extendida indefinidamente a traveacutes de mejoramientos sucesivos de

rehabilitacioacuten hasta que el pavimento sea obsoleto por cambios significativos en

pendientes alineamiento geomeacutetrico y otros factores

UPAO 41

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En funcioacuten del traacutensito esperado sobre el pavimento en estudio el meacutetodo del

Instituto del Asfalto recomienda los siguientes valores percentiles para calcular el

Moacutedulo de Resiliencia de disentildeo de la capa subrasante

Con las muestras de material obtenidas en el campo y con los resultados

obtenidos en el laboratorio para determinar sus Moacutedulos de Resiliencia se deberaacute

calcular el Mr de disentildeo de la capa subrasante con los percentiles sugeridos en la

tabla anterior

Para los requerimientos de compactacioacuten en las capas de base y subbase el

actual meacutetodo proporciona las siguientes recomendaciones

Capas de base y subbase formadas con materiales granulares sin tratamiento

esto es no estabilizadas deberaacuten compactarse con un contenido de humedad

oacuteptimo maacutes menos 15 puntos en porcentaje para alcanzar una densidad miacutenima

del 100 de la densidad maacutexima de laboratorio

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Asiacute mismo recomienda los siguientes valores para las diferentes pruebas a

realizarse con materiales de bases y subbases Ver tabla 05

Propiedades de los materialesLas bases estabilizadas con emulsiones asfaacutelticas corresponden a tres tipos de

Mezcla seguacuten la clase de agregados utilizados se tiene

Tipo I Mezcla elaborada con agregados procesados de gradacioacuten densa

Tipo II Mezcla elaborada con agregados semi-procesados

Tipo III Mezcla elaborada con arenas o arenas limosas

En cuanto a requerimientos de espesores miacutenimos en funcioacuten del nivel de traacutensito

en ejes equivalentes el meacutetodo recomienda los siguientes valores

UPAO 43

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A) Para superficies de concreto asfaacuteltico construidas sobre bases estabilizadas

con emulsioacuten asfaacuteltica

Podraacute usarse concreto asfaacuteltico o mezclas asfaacutelticas emulsificadas Tipo I conun tratamiento superficial sobre bases asfaacutelticas tipo II o III

B) Para superficies de concreto asfaacuteltico construido sobre bases granulares sin

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Estabilizar

Factores ambientalesEs importante hacer notar que el meacutetodo contempla factores de medio ambiente y

varios tipos o clases de asfalto seguacuten las necesidades particulares del disentildeo A

continuacioacuten ver la tabla

UPAO 45

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La tasa de crecimiento para diferentes tipos de vehiacuteculos puede ser estimada

variando el crecimiento normal entre 3 y 5 por antildeo No obstante carreteras

nuevas o nuevos desarrollos pueden generar incrementos de mayor magnitud los

cuales pueden alcanzar valores de hasta 10

Aacuterea de contacto y presioacuten de neumaacutetico

Es sabido que la carga puede causar mas dantildeo si la presioacuten del neumaacutetico es alta

(por la menor aacuterea de contacto) Tener en cuenta pues que la presioacuten del

neumaacutetico no siempre es igual a la presioacuten de contacto

En la versioacuten actual el meacutetodo incorpora factores de ajuste de los ejes

equivalentes de disentildeo para diferentes presiones de contacto de las llantas sobre

el pavimento en funcioacuten de su presioacuten de inflado y de los espesores de la carpeta

asfaacuteltica donde contempla desde cuatro hasta diez pulgadas de espesor Ver

Figura 01

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Estimacioacuten del traacutensito vehicularPara obtener el iacutendice medio diario o traacutefico diario promedio es necesario contar

con una estacioacuten de control la cual recoja los diferentes datos del volumen

vehicular a fin de agruparlos por categoriacuteas seguacuten las normas propuestas para

cada paiacutes Ya teniendo esa informacioacuten se afecta cada grupo vehicular por un

factor de equivalencia de carga El nuacutemero de repeticiones para producir igual

dantildeo se basa en factores de equivalencia entre la carga real (volumen vehicular) y

la carga estaacutendar (eje simple 18000lb)

UPAO 39

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Evaluacioacuten de los materialesPara el disentildeo de los espesores de una seccioacuten estructural del pavimento flexible

el meacutetodo actual del Instituto del Asfalto considera como paraacutemetro fundamental

dentro de la evaluacioacuten de los materiales la obtencioacuten del Moacutedulo de Resilencia

(Mr) de la subrasante Sin embargo reconocen que no todos los organismos

tienen el equipo adecuado para llevar a cabo tal prueba por lo que han

establecido factores de correlacioacuten entre Mr y la prueba estaacutendar de Valor Relativo

de Soporte CBR Sentildealan que los resultados son bastante aproximados sin

embargo para un disentildeo preciso se recomienda llevar a cabo la prueba del

Moacutedulo de Resiliencia para la subrasante

UPAO 40

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Restricciones de tiempoUn pavimento debe ser disentildeado para soportar los efectos acumulados del traacutensito

para cualquier periacuteodo de tiempo El periacuteodo seleccionado que dura el pavimento

antes que requiera rehabilitacioacuten se define como ldquoPeriacuteodo de Disentildeordquo Al teacutermino

de eacuteste se espera que el pavimento requiera alguna rehabilitacioacuten mayor como

puede ser una sobre carpeta de refuerzo para restaurar su condicioacuten original

Luego de la primera intervencioacuten la vida uacutetil del pavimento o ldquoPeriacuteodo de Anaacutelisisrdquo

puede ser extendida indefinidamente a traveacutes de mejoramientos sucesivos de

rehabilitacioacuten hasta que el pavimento sea obsoleto por cambios significativos en

pendientes alineamiento geomeacutetrico y otros factores

UPAO 41

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En funcioacuten del traacutensito esperado sobre el pavimento en estudio el meacutetodo del

Instituto del Asfalto recomienda los siguientes valores percentiles para calcular el

Moacutedulo de Resiliencia de disentildeo de la capa subrasante

Con las muestras de material obtenidas en el campo y con los resultados

obtenidos en el laboratorio para determinar sus Moacutedulos de Resiliencia se deberaacute

calcular el Mr de disentildeo de la capa subrasante con los percentiles sugeridos en la

tabla anterior

Para los requerimientos de compactacioacuten en las capas de base y subbase el

actual meacutetodo proporciona las siguientes recomendaciones

Capas de base y subbase formadas con materiales granulares sin tratamiento

esto es no estabilizadas deberaacuten compactarse con un contenido de humedad

oacuteptimo maacutes menos 15 puntos en porcentaje para alcanzar una densidad miacutenima

del 100 de la densidad maacutexima de laboratorio

UPAO 42

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Asiacute mismo recomienda los siguientes valores para las diferentes pruebas a

realizarse con materiales de bases y subbases Ver tabla 05

Propiedades de los materialesLas bases estabilizadas con emulsiones asfaacutelticas corresponden a tres tipos de

Mezcla seguacuten la clase de agregados utilizados se tiene

Tipo I Mezcla elaborada con agregados procesados de gradacioacuten densa

Tipo II Mezcla elaborada con agregados semi-procesados

Tipo III Mezcla elaborada con arenas o arenas limosas

En cuanto a requerimientos de espesores miacutenimos en funcioacuten del nivel de traacutensito

en ejes equivalentes el meacutetodo recomienda los siguientes valores

UPAO 43

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A) Para superficies de concreto asfaacuteltico construidas sobre bases estabilizadas

con emulsioacuten asfaacuteltica

Podraacute usarse concreto asfaacuteltico o mezclas asfaacutelticas emulsificadas Tipo I conun tratamiento superficial sobre bases asfaacutelticas tipo II o III

B) Para superficies de concreto asfaacuteltico construido sobre bases granulares sin

UPAO 44

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Estabilizar

Factores ambientalesEs importante hacer notar que el meacutetodo contempla factores de medio ambiente y

varios tipos o clases de asfalto seguacuten las necesidades particulares del disentildeo A

continuacioacuten ver la tabla

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Estimacioacuten del traacutensito vehicularPara obtener el iacutendice medio diario o traacutefico diario promedio es necesario contar

con una estacioacuten de control la cual recoja los diferentes datos del volumen

vehicular a fin de agruparlos por categoriacuteas seguacuten las normas propuestas para

cada paiacutes Ya teniendo esa informacioacuten se afecta cada grupo vehicular por un

factor de equivalencia de carga El nuacutemero de repeticiones para producir igual

dantildeo se basa en factores de equivalencia entre la carga real (volumen vehicular) y

la carga estaacutendar (eje simple 18000lb)

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Evaluacioacuten de los materialesPara el disentildeo de los espesores de una seccioacuten estructural del pavimento flexible

el meacutetodo actual del Instituto del Asfalto considera como paraacutemetro fundamental

dentro de la evaluacioacuten de los materiales la obtencioacuten del Moacutedulo de Resilencia

(Mr) de la subrasante Sin embargo reconocen que no todos los organismos

tienen el equipo adecuado para llevar a cabo tal prueba por lo que han

establecido factores de correlacioacuten entre Mr y la prueba estaacutendar de Valor Relativo

de Soporte CBR Sentildealan que los resultados son bastante aproximados sin

embargo para un disentildeo preciso se recomienda llevar a cabo la prueba del

Moacutedulo de Resiliencia para la subrasante

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Restricciones de tiempoUn pavimento debe ser disentildeado para soportar los efectos acumulados del traacutensito

para cualquier periacuteodo de tiempo El periacuteodo seleccionado que dura el pavimento

antes que requiera rehabilitacioacuten se define como ldquoPeriacuteodo de Disentildeordquo Al teacutermino

de eacuteste se espera que el pavimento requiera alguna rehabilitacioacuten mayor como

puede ser una sobre carpeta de refuerzo para restaurar su condicioacuten original

Luego de la primera intervencioacuten la vida uacutetil del pavimento o ldquoPeriacuteodo de Anaacutelisisrdquo

puede ser extendida indefinidamente a traveacutes de mejoramientos sucesivos de

rehabilitacioacuten hasta que el pavimento sea obsoleto por cambios significativos en

pendientes alineamiento geomeacutetrico y otros factores

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En funcioacuten del traacutensito esperado sobre el pavimento en estudio el meacutetodo del

Instituto del Asfalto recomienda los siguientes valores percentiles para calcular el

Moacutedulo de Resiliencia de disentildeo de la capa subrasante

Con las muestras de material obtenidas en el campo y con los resultados

obtenidos en el laboratorio para determinar sus Moacutedulos de Resiliencia se deberaacute

calcular el Mr de disentildeo de la capa subrasante con los percentiles sugeridos en la

tabla anterior

Para los requerimientos de compactacioacuten en las capas de base y subbase el

actual meacutetodo proporciona las siguientes recomendaciones

Capas de base y subbase formadas con materiales granulares sin tratamiento

esto es no estabilizadas deberaacuten compactarse con un contenido de humedad

oacuteptimo maacutes menos 15 puntos en porcentaje para alcanzar una densidad miacutenima

del 100 de la densidad maacutexima de laboratorio

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Asiacute mismo recomienda los siguientes valores para las diferentes pruebas a

realizarse con materiales de bases y subbases Ver tabla 05

Propiedades de los materialesLas bases estabilizadas con emulsiones asfaacutelticas corresponden a tres tipos de

Mezcla seguacuten la clase de agregados utilizados se tiene

Tipo I Mezcla elaborada con agregados procesados de gradacioacuten densa

Tipo II Mezcla elaborada con agregados semi-procesados

Tipo III Mezcla elaborada con arenas o arenas limosas

En cuanto a requerimientos de espesores miacutenimos en funcioacuten del nivel de traacutensito

en ejes equivalentes el meacutetodo recomienda los siguientes valores

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A) Para superficies de concreto asfaacuteltico construidas sobre bases estabilizadas

con emulsioacuten asfaacuteltica

Podraacute usarse concreto asfaacuteltico o mezclas asfaacutelticas emulsificadas Tipo I conun tratamiento superficial sobre bases asfaacutelticas tipo II o III

B) Para superficies de concreto asfaacuteltico construido sobre bases granulares sin

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Factores ambientalesEs importante hacer notar que el meacutetodo contempla factores de medio ambiente y

varios tipos o clases de asfalto seguacuten las necesidades particulares del disentildeo A

continuacioacuten ver la tabla

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Evaluacioacuten de los materialesPara el disentildeo de los espesores de una seccioacuten estructural del pavimento flexible

el meacutetodo actual del Instituto del Asfalto considera como paraacutemetro fundamental

dentro de la evaluacioacuten de los materiales la obtencioacuten del Moacutedulo de Resilencia

(Mr) de la subrasante Sin embargo reconocen que no todos los organismos

tienen el equipo adecuado para llevar a cabo tal prueba por lo que han

establecido factores de correlacioacuten entre Mr y la prueba estaacutendar de Valor Relativo

de Soporte CBR Sentildealan que los resultados son bastante aproximados sin

embargo para un disentildeo preciso se recomienda llevar a cabo la prueba del

Moacutedulo de Resiliencia para la subrasante

UPAO 40

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Restricciones de tiempoUn pavimento debe ser disentildeado para soportar los efectos acumulados del traacutensito

para cualquier periacuteodo de tiempo El periacuteodo seleccionado que dura el pavimento

antes que requiera rehabilitacioacuten se define como ldquoPeriacuteodo de Disentildeordquo Al teacutermino

de eacuteste se espera que el pavimento requiera alguna rehabilitacioacuten mayor como

puede ser una sobre carpeta de refuerzo para restaurar su condicioacuten original

Luego de la primera intervencioacuten la vida uacutetil del pavimento o ldquoPeriacuteodo de Anaacutelisisrdquo

puede ser extendida indefinidamente a traveacutes de mejoramientos sucesivos de

rehabilitacioacuten hasta que el pavimento sea obsoleto por cambios significativos en

pendientes alineamiento geomeacutetrico y otros factores

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En funcioacuten del traacutensito esperado sobre el pavimento en estudio el meacutetodo del

Instituto del Asfalto recomienda los siguientes valores percentiles para calcular el

Moacutedulo de Resiliencia de disentildeo de la capa subrasante

Con las muestras de material obtenidas en el campo y con los resultados

obtenidos en el laboratorio para determinar sus Moacutedulos de Resiliencia se deberaacute

calcular el Mr de disentildeo de la capa subrasante con los percentiles sugeridos en la

tabla anterior

Para los requerimientos de compactacioacuten en las capas de base y subbase el

actual meacutetodo proporciona las siguientes recomendaciones

Capas de base y subbase formadas con materiales granulares sin tratamiento

esto es no estabilizadas deberaacuten compactarse con un contenido de humedad

oacuteptimo maacutes menos 15 puntos en porcentaje para alcanzar una densidad miacutenima

del 100 de la densidad maacutexima de laboratorio

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Asiacute mismo recomienda los siguientes valores para las diferentes pruebas a

realizarse con materiales de bases y subbases Ver tabla 05

Propiedades de los materialesLas bases estabilizadas con emulsiones asfaacutelticas corresponden a tres tipos de

Mezcla seguacuten la clase de agregados utilizados se tiene

Tipo I Mezcla elaborada con agregados procesados de gradacioacuten densa

Tipo II Mezcla elaborada con agregados semi-procesados

Tipo III Mezcla elaborada con arenas o arenas limosas

En cuanto a requerimientos de espesores miacutenimos en funcioacuten del nivel de traacutensito

en ejes equivalentes el meacutetodo recomienda los siguientes valores

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A) Para superficies de concreto asfaacuteltico construidas sobre bases estabilizadas

con emulsioacuten asfaacuteltica

Podraacute usarse concreto asfaacuteltico o mezclas asfaacutelticas emulsificadas Tipo I conun tratamiento superficial sobre bases asfaacutelticas tipo II o III

B) Para superficies de concreto asfaacuteltico construido sobre bases granulares sin

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Factores ambientalesEs importante hacer notar que el meacutetodo contempla factores de medio ambiente y

varios tipos o clases de asfalto seguacuten las necesidades particulares del disentildeo A

continuacioacuten ver la tabla

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Restricciones de tiempoUn pavimento debe ser disentildeado para soportar los efectos acumulados del traacutensito

para cualquier periacuteodo de tiempo El periacuteodo seleccionado que dura el pavimento

antes que requiera rehabilitacioacuten se define como ldquoPeriacuteodo de Disentildeordquo Al teacutermino

de eacuteste se espera que el pavimento requiera alguna rehabilitacioacuten mayor como

puede ser una sobre carpeta de refuerzo para restaurar su condicioacuten original

Luego de la primera intervencioacuten la vida uacutetil del pavimento o ldquoPeriacuteodo de Anaacutelisisrdquo

puede ser extendida indefinidamente a traveacutes de mejoramientos sucesivos de

rehabilitacioacuten hasta que el pavimento sea obsoleto por cambios significativos en

pendientes alineamiento geomeacutetrico y otros factores

UPAO 41

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En funcioacuten del traacutensito esperado sobre el pavimento en estudio el meacutetodo del

Instituto del Asfalto recomienda los siguientes valores percentiles para calcular el

Moacutedulo de Resiliencia de disentildeo de la capa subrasante

Con las muestras de material obtenidas en el campo y con los resultados

obtenidos en el laboratorio para determinar sus Moacutedulos de Resiliencia se deberaacute

calcular el Mr de disentildeo de la capa subrasante con los percentiles sugeridos en la

tabla anterior

Para los requerimientos de compactacioacuten en las capas de base y subbase el

actual meacutetodo proporciona las siguientes recomendaciones

Capas de base y subbase formadas con materiales granulares sin tratamiento

esto es no estabilizadas deberaacuten compactarse con un contenido de humedad

oacuteptimo maacutes menos 15 puntos en porcentaje para alcanzar una densidad miacutenima

del 100 de la densidad maacutexima de laboratorio

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Asiacute mismo recomienda los siguientes valores para las diferentes pruebas a

realizarse con materiales de bases y subbases Ver tabla 05

Propiedades de los materialesLas bases estabilizadas con emulsiones asfaacutelticas corresponden a tres tipos de

Mezcla seguacuten la clase de agregados utilizados se tiene

Tipo I Mezcla elaborada con agregados procesados de gradacioacuten densa

Tipo II Mezcla elaborada con agregados semi-procesados

Tipo III Mezcla elaborada con arenas o arenas limosas

En cuanto a requerimientos de espesores miacutenimos en funcioacuten del nivel de traacutensito

en ejes equivalentes el meacutetodo recomienda los siguientes valores

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A) Para superficies de concreto asfaacuteltico construidas sobre bases estabilizadas

con emulsioacuten asfaacuteltica

Podraacute usarse concreto asfaacuteltico o mezclas asfaacutelticas emulsificadas Tipo I conun tratamiento superficial sobre bases asfaacutelticas tipo II o III

B) Para superficies de concreto asfaacuteltico construido sobre bases granulares sin

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Factores ambientalesEs importante hacer notar que el meacutetodo contempla factores de medio ambiente y

varios tipos o clases de asfalto seguacuten las necesidades particulares del disentildeo A

continuacioacuten ver la tabla

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En funcioacuten del traacutensito esperado sobre el pavimento en estudio el meacutetodo del

Instituto del Asfalto recomienda los siguientes valores percentiles para calcular el

Moacutedulo de Resiliencia de disentildeo de la capa subrasante

Con las muestras de material obtenidas en el campo y con los resultados

obtenidos en el laboratorio para determinar sus Moacutedulos de Resiliencia se deberaacute

calcular el Mr de disentildeo de la capa subrasante con los percentiles sugeridos en la

tabla anterior

Para los requerimientos de compactacioacuten en las capas de base y subbase el

actual meacutetodo proporciona las siguientes recomendaciones

Capas de base y subbase formadas con materiales granulares sin tratamiento

esto es no estabilizadas deberaacuten compactarse con un contenido de humedad

oacuteptimo maacutes menos 15 puntos en porcentaje para alcanzar una densidad miacutenima

del 100 de la densidad maacutexima de laboratorio

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Asiacute mismo recomienda los siguientes valores para las diferentes pruebas a

realizarse con materiales de bases y subbases Ver tabla 05

Propiedades de los materialesLas bases estabilizadas con emulsiones asfaacutelticas corresponden a tres tipos de

Mezcla seguacuten la clase de agregados utilizados se tiene

Tipo I Mezcla elaborada con agregados procesados de gradacioacuten densa

Tipo II Mezcla elaborada con agregados semi-procesados

Tipo III Mezcla elaborada con arenas o arenas limosas

En cuanto a requerimientos de espesores miacutenimos en funcioacuten del nivel de traacutensito

en ejes equivalentes el meacutetodo recomienda los siguientes valores

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A) Para superficies de concreto asfaacuteltico construidas sobre bases estabilizadas

con emulsioacuten asfaacuteltica

Podraacute usarse concreto asfaacuteltico o mezclas asfaacutelticas emulsificadas Tipo I conun tratamiento superficial sobre bases asfaacutelticas tipo II o III

B) Para superficies de concreto asfaacuteltico construido sobre bases granulares sin

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Factores ambientalesEs importante hacer notar que el meacutetodo contempla factores de medio ambiente y

varios tipos o clases de asfalto seguacuten las necesidades particulares del disentildeo A

continuacioacuten ver la tabla

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Asiacute mismo recomienda los siguientes valores para las diferentes pruebas a

realizarse con materiales de bases y subbases Ver tabla 05

Propiedades de los materialesLas bases estabilizadas con emulsiones asfaacutelticas corresponden a tres tipos de

Mezcla seguacuten la clase de agregados utilizados se tiene

Tipo I Mezcla elaborada con agregados procesados de gradacioacuten densa

Tipo II Mezcla elaborada con agregados semi-procesados

Tipo III Mezcla elaborada con arenas o arenas limosas

En cuanto a requerimientos de espesores miacutenimos en funcioacuten del nivel de traacutensito

en ejes equivalentes el meacutetodo recomienda los siguientes valores

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A) Para superficies de concreto asfaacuteltico construidas sobre bases estabilizadas

con emulsioacuten asfaacuteltica

Podraacute usarse concreto asfaacuteltico o mezclas asfaacutelticas emulsificadas Tipo I conun tratamiento superficial sobre bases asfaacutelticas tipo II o III

B) Para superficies de concreto asfaacuteltico construido sobre bases granulares sin

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Factores ambientalesEs importante hacer notar que el meacutetodo contempla factores de medio ambiente y

varios tipos o clases de asfalto seguacuten las necesidades particulares del disentildeo A

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A) Para superficies de concreto asfaacuteltico construidas sobre bases estabilizadas

con emulsioacuten asfaacuteltica

Podraacute usarse concreto asfaacuteltico o mezclas asfaacutelticas emulsificadas Tipo I conun tratamiento superficial sobre bases asfaacutelticas tipo II o III

B) Para superficies de concreto asfaacuteltico construido sobre bases granulares sin

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Factores ambientalesEs importante hacer notar que el meacutetodo contempla factores de medio ambiente y

varios tipos o clases de asfalto seguacuten las necesidades particulares del disentildeo A

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Estabilizar

Factores ambientalesEs importante hacer notar que el meacutetodo contempla factores de medio ambiente y

varios tipos o clases de asfalto seguacuten las necesidades particulares del disentildeo A

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