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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
UPAO 1
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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
UPAO 3
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- PEacuteRDIDA DE LA SERVICIALIDAD
UPAO 4
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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
UPAO 5
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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
UPAO 6
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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
UPAO 8
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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
UPAO 9
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Para pavimentos flexibles se tiene los siguientes factores de carga equivalente
FACTORES DE EQUIVALENCIA
UPAO 10
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TRANSITO DE DISENtildeO
UPAO 11
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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
UPAO 12
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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
UPAO 13
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UPAO 14
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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
UPAO 15
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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
UPAO 16
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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
UPAO 17
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UPAO 18
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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
UPAO 20
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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
UPAO 25
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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
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
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
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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
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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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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
UPAO 3
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- PEacuteRDIDA DE LA SERVICIALIDAD
UPAO 4
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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
UPAO 5
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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
UPAO 6
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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
UPAO 8
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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
UPAO 9
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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
UPAO 12
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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
UPAO 13
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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
UPAO 15
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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
UPAO 16
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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
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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
UPAO 25
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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
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
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)
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
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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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A continuacioacuten se indican los iacutendices de servicio inicial y final para los diferentes tipos de traacuteficos
UPAO 3
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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
UPAO 6
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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
UPAO 9
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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
UPAO 15
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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
UPAO 16
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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
UPAO 25
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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
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
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
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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
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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- PEacuteRDIDA DE LA SERVICIALIDAD
UPAO 4
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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
UPAO 5
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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
UPAO 6
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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
UPAO 8
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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
UPAO 9
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Para pavimentos flexibles se tiene los siguientes factores de carga equivalente
FACTORES DE EQUIVALENCIA
UPAO 10
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TRANSITO DE DISENtildeO
UPAO 11
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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
UPAO 12
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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
UPAO 13
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UPAO 14
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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
UPAO 15
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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
UPAO 16
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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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UPAO 18
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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
UPAO 25
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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
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
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
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)
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
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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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
UPAO 5
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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
UPAO 6
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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
UPAO 8
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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
UPAO 9
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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
UPAO 11
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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
UPAO 12
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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
UPAO 15
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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
UPAO 16
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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
UPAO 25
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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
UPAO 26
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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)
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
UPAO 35
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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
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
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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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- 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
UPAO 6
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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
UPAO 8
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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
UPAO 15
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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
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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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
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
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
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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
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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
UPAO 15
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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
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
UPAO 25
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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
UPAO 26
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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)
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
UPAO 35
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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
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
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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
UPAO 45
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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
UPAO 9
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Para pavimentos flexibles se tiene los siguientes factores de carga equivalente
FACTORES DE EQUIVALENCIA
UPAO 10
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TRANSITO DE DISENtildeO
UPAO 11
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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
UPAO 12
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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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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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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
UPAO 15
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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
UPAO 20
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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
UPAO 21
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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
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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
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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
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
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
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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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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
UPAO 12
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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
UPAO 15
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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
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
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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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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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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
UPAO 15
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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
UPAO 16
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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
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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
UPAO 26
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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
UPAO 15
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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
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
UPAO 20
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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
UPAO 26
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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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UPAO 30
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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
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
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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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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
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
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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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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
UPAO 26
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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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UPAO 30
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UPAO 31
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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
UPAO 35
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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
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)
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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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
UPAO 20
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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
UPAO 21
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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
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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
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)
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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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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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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 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
UPAO 26
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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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UPAO 31
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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
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
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)
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
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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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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
UPAO 28
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UPAO 29
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UPAO 30
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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
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)
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
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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
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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
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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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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UPAO 30
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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
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)
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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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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
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
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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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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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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
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
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)
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
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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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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
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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
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
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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UPAO 31
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UPAO 32
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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
UPAO 35
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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
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)
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
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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
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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
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
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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
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
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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
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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
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)
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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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
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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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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
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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
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
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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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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
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
UPAO 45
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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
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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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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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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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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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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
continuacioacuten ver la tabla
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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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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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