ING. NESTOR HUAMAN GUERRERO

DISEÑO DE ESPESORES

METODO DEL CALIFORNIA BEARING RATIO

RELACION DE SOPORTE CALIFORNIA – C.B.R.

Para diferentes valores de CBR y cargas por rueda o por eje, se han determinado los respectivos espesores de pavimentos, en base a datos experimentales. Los diferentes organismos viales y técnicos, han elaborado curvas para facilitar este calculo y en la actualidad se conocen diversos gráficos para la determinación de espesores de pavimentos flexibles, en función del CBR.

Como ya conocemos las fallas de los pavimentos flexibles generalmente se producen por el desplazamiento de sus capas ó “ Falla al Corte “, cuya resistencia se debe determinar por un ensayo de corte directo, como es el “ Ensayo CBR “.

En la construcción de un pavimento flexible, se recomienda que el material para sub-Base tenga un CBR mayor de 15% cuando las cargas por rueda son menores de 10.000 libras (4.540 Kg) como es el caso de las carreteras en general y un CBR no menor del 80% cuando las cargas por rueda son mayores de 10,000 libras, como sucede en la mayor parte de las pistas de aterrizaje.

APLICACIÓN

Diseño del pavimento de una carretera o calle: Se construye una carretera sobre un terreno que tiene un CBR = 5%. Determinar el espesor del pavimento para cargas por rueda de 4.540 Kg (10.000 lb). Como el CBR del terreno de fundación es bajo, necesitaremos los siguientes materiales:

a) Un material de préstamo cuyo CBR sea igual o mayor del 15%, para utilizarlo como sub - base.b) Un material para la capa de base, cuyo CBR sea superior a 40%. Supongamos que analizados los materiales de sub – base y base, se obtengan los siguientes valores: Materiales de Préstamo CBR = 18% (Para sub – base) Materiales de Base CBR = 65% (Para base) Según el grafico de la figura CBR – 1 tendríamos, para una carga por rueda de 4.540 Kg y un CBR de 5%, un espesor combinado de 42cm, aproximadamente. 

Como el material de préstamo tiene un CBR de 18%, el espesor encima de este material seria de 20 cms.Luego, tendríamos: 42-20 = 22 cm, de material de préstamo.

Además, como el material para base tiene un CBR de 65%, el espesor encima de la base (capa de rodamiento), seria de 9 centímetros. Por lo tanto tendremos: 20 – 9 = 11 cm, de base, resumiendo: 

Espesor de la sub – base :22 cmEspesor de la base :11 cmEspesor de la capa de rodamiento :9 cm

  Espesor total del pavimento :42 cm Igualmente en otros gráficos, se correlacionan las curvas para el calculo de pavimentos flexibles, con las características de la subrasante, sub – base o base. Asimismo, se correlaciona el CBR con el índice de Grupo, el valor resilente R y el valor soporte obtenido mediante ensayos de carga directa.

GRAFICO CBR - 1

ES

PE

SO

R C

OM

BIN

AD

O D

E B

AS

E Y

PA

VIM

EN

TO

RELACION DE SOPORTE CALIFORNIA (CBR) EN % PARA 0.1" DE PENETRACION

4000m

6000

7000

10,0

00

12,0

00

15,0

00

18,7

5025

,000

37,0

0040

,000

46,0

0050

,000

78,0

0010

0,00

0

150,

000

180,

000

70,0

00

METODO CBR

CURVAS PARA EL CALCULO DE ESPESORES

DE PAVIMENTOS ASFALTICOS PARA

DIFERENTES CBR Y CARGAS POR RUEDA

METODO DE WYOMING PARA DISEÑO DE PAVIMENTOS URBANOS

• Fue desarrollado por J.E. Russell y D.J. Olinger del Departamento de Carreteras del estado de Wyoming y se muestra en forma sintética en la figura 4.1. Esta basado en 5 FACTORES y la forma de proceder para calcular los espesores es como sigue: Se determina el VALOR ASIGNADO correspondiente a las condiciones de precipitaciones pluviales anuales. Supongamos que el lugar donde se construirá el pavimento tiene precipitaciones anuales comprendidas entre 508 y 635 mm. al año. Luego le corresponderá un valor asignado de 6.

•  • El estudio de suelos indica que la napa freática esta a 1.00

mt. de profundidad debajo del terreno de fundación, luego le corresponderá un valor asignado de 5 por este concepto. El terreno no esta en la zona de heladas ni esta constituido por arcillas expansivas, por lo tanto le corresponderá un valor asignado de 0.

Siendo la topografía plana y estando la subrasante constituida por suelos A – 6, las condiciones de drenaje serán adversas y el valor asignado que le corresponderá será de 6. Finalmente el transito reducido a cargas equivalentes a 5.000 lbs. por rueda durante 20 años se ha calculado en 13.5 millones por lo que el valor asignado será de 21. La suma de los valores asignados es de 38, al que corresponde la curva 12 de diseño.

Entrando al grafico con un CBR de la subrasante de 3% en la curva 12, se tiene un espesor total de pavimento de 23”. Si la sub – base tiene un CBR de 16%, el espesor total del pavimento sobre ella será de 10”, que restado de las 23” del espesor total sobre la subrasante dará las 13” de espesor para la sub – base. Con un CBR para la base de 57%, el espesor sobre ella será de 3.5” descompuestas de la siguiente manera: 2” de capa de rodamiento bituminoso y 1 ½” de piedra triturada, que restada de las 10” sobre la sub – base dan 6” de la base.

CBR E

N % P

ARA 0

.1" DE

PENE

TRACIO

N (MU

ESTRA

COMP

ACTAD

A Y SA

TURAD

A)

ESPESOR COMBINADO DE LA CAPA DE RODAMIENTO BITUMINOSABASE, MATERIAL SELECCIONADO Y MATERIAL DE PRESTAMO

EJEMPLO DE DISEÑO BASADO EN LA CURVA 12

LIM

OS

– A

RC

ILL

AS

PL

AST

ICID

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CIL

LA

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TR

ITU

RA

DA

AR

EN

AS

LIM

PIA

S

PRECIPITACION ANUAL(en mm)

127 – 254254 - 381381 - 508

508-635 (irrigación básica)635-1270 (irrigación alta)

013610

PROFUNDIDAD DE LA NAPA FREATICA DEBAJO DEL TERRENO DE FUNDACION

A MUCHA PROF. ( >3m)1,8 – 3.0 m1,2 – 1,8 m0,6 – 1,2 m

0135

CLASE DE HELADA Y/O HINCHAMIENTO

NINGUNALIGERAMEDIANAPERJUDICIAL

0138

CONDICIONES GENERALES DE DRENAJE

EXELENTEREGULARADVERSA

026

TRANSITO REDUCIDO A CARGAS EQUIVALENTES A 5,000 lb. POR RUEDA DURANTE 20 AÑOS.

0 a 1 millón1 – 2 “ .2 – 3 “ .3 – 5 “ .5 – 7 “ .7 – 9 “ .9 – 11 “ .11 – 13 “ .13 – 15 “ .

MAYOR A 15 millones

024691215182124

EJEMPLO DE DISEÑO BASADO EN LA

CURVA 12

VALOR ASIGNADO

SUMA DE VALORES ASIGNADOS

CURVA QUE DEBE EMPLEARSE PARA EL DISEÑO DEL PAVIMENTO

De 0 a 2 “ 3 - 6 “ 7 - 11 “ 12 - 17 “ 18 - 24 “ 25 - 32 “ 33 - 41 “ 42 - 53

456789

1215

CURVAS PARA EL DISEÑO

EXPOSITOR:

ING. NESTOR

HUAMAN

GUERRERO

DISEÑO DE ESPESORES – PAVIMENTOS ASFALTICOS PARA CALLES Y

CARRETERAS

• METODO : INSTITUTO DEL ASFALTO MANUAL

• SERIES No 1 (MS – 1) –1991• EXPOSITOR : ING. NESTOR HUAMAN GUERRERO

• I.-CARACTERISTICAS DEL METODO:• MANUAL• GUIAS• CARTAS DE DISEÑO• PROGRAMA DAMA

• La Metodología considera 2 condiciones especificas de Esfuerzo Deformación según se ilustra en las Figuras 1 y 2. En la primera condición ilustrada en la Figura 1 (a) la carga por rueda W es transmitida a la superficie del pavimento a través de la llanta como una presión vertical aproximadamente uniforme, Po. La Estructura del Pavimento distribuye luego los esfuerzos de la carga, reduciendo su intensidad hasta que en la superficie de la subrasante, tiene una intensidad máxima P1. La figura 1 (b) ilustra la manera general en la cual la intensidad de la máxima presión vertical disminuye con la profundidad de Po a P1.

•La segunda condición esta ilustrada en la Fig. 2, donde la carga por rueda W, deflecta la estructura del pavimento causando Esfuerzos y Deformaciones de Tensión y Comprensión en la Capa Asfáltica.

•  • Las Cartas de Diseño presentadas en este manual,

han sido desarrolladas utilizando los criterios de deformaciones verticales comprensivas inducidas en la parte superior de la subrasante y las deformaciones tensionales máximas inducidas en el fondo de la capa asfáltica por las cargas de las ruedas.

CARGA, W

SIN ESCALA

ESTRUCTURA DEL PAVIMENTO

SUBRASANTEP1

DISTRIBUCION DE LA PRESION DEL NEUMATICO A TRAVES DE LA ESTRUCTURA DEL PAVIMENTO

Po

P1

Fig.1

(a) (b)

CARGA, W

SIN ESCALA

ESTRUCTURA DEL PAVIMENTO

SUBRASANTE

COMPRESION TENSION

La Deflexión del Pavimento trae consigo Esfuerzos de Compresión y Tensión en su Estructura.

Fig.2

PAVIMENTO ASFALTICO EN TODO SU ESPESOR

PAVIMENTO ASFALTICO CON BASE GRANULAR

CONCRETO ASFALTICO SUPERFICIAL

CONCRETO ASFALTICO O BASE CON ASFALTO EMULSIONADO

EcEt

SUBRASANTE

CONCRETO ASFALTICO SUPERFICIAL

CONCRETO ASFALTICO O BASE CON ASFALTO EMULSIONADO

BASE GRANULAR

SUBRASANTEPavimentos de Concreto Asfáltico en Todo su Espesor y Base con AsfaltoEmulsificado Pavimentos con Base Granular

Ubicación de las deformaciones consideradas en el procedimiento de diseño

Fig.3

VENTAJAS DE LAS BASES ASFÁLTICAS

- Las Bases tratadas con asfalto resisten los esfuerzos del pavimento, mucho mejor que las bases de agregados no tratados, las cuales no poseen resistencia a la tensión.

- Para las mismas condiciones de carga, pueden ser construídas con espesores menores

- Bajo una adecuada construcción, producen pavimentos de mejor calidad de circulación.

- Los agregados desechados para las capas asfálticas de superficie pueden frecuentemente ser usados en las capas de base asfáltica.

- Son excelentes para la construcción por etapas.

• Se reduce el tiempo de construcción.

Cuando se construye en capas gruesas – 100 mm. o mas se pueden extender las etapas de construcción.

•Existe una menor interferencia con los sistemas de servicios públicos durante la construcción de calles en ciudades, principalmente debido a que el espesor del “PATE” es menor que las estructuras de pavimentos con capas de agregados no tratados.

•Usualmente son menos afectados por la humedad

• (Manual de Drenaje de Estructuras de Pavimentos Asfalticos del I.A. – MS-15)•

- Pueden ser usadas por el trafico de la construcción antes de colocar la capa de superficie, agilizando de esta manera la construcción.

II.- CONSIDERACIONES DE DISEÑO 

Introducción 

En este capitulo se discute la selección de los factores apropiados para el diseño estructural de pavimentos asfálticos. Se presenta información sobre la clasificación de vialidades, la selección de los tipos de materiales y su relación con el tipo de trafico, el uso de la construcción por etapas y la comparación económica de diferentes alternativas de diseño.

 

Generalmente se conoce mas acerca de las características del trafico, clima y condiciones de la subrasante en carreteras de alto volúmenes de trafico que en caminos de bajo volumen de tráfico.

• CLASIFICACION DE CARRETERAS Y CALLES 

• La Administración Federal de Carreteras de los Estados Unidos (FHWA) clasifica a las Carreteras y Calles con un Sistema de Clasificación Funcional que puede ser de ayuda para determinar apropiadamente los factores de tráfico y otras variables de diseño necesarias.. La clasificación mas importante es:

• SELECCIÓN DE VARIABLES DE DISEÑO•  

• En lo posible, las propiedades de los suelos de subrasante y materiales de construcción, los valores de trafico, los factores climáticos y otras variables de diseño deben basarse en estudios de datos actuales. Sin embargo, en muchos casos y particularmente para caminos secundarios y calles, la información necesaria no esta disponible.

•  •

• Si el conocimiento de las propiedades de los suelos de subrasante y de los materiales de las capas del pavimento es escaso; si el control de calidad de la construcción es inadecuado, es probable que el pavimento resultante, varié en calidad y en comportamiento. Cuanto mayor es la variabilidad del pavimento construido, mayor será la probabilidad de fallas prematuras y de mayores y mas elevados costos de mantenimiento. Además la selección del tipo de base puede afectar el comportamiento del pavimento.

• CONSTRUCCIÓN POR ETAPAS•  • Existen numerosas situaciones de tipos de

trafico donde es apropiado considerar la construcción por etapas. Un ejemplo de estas son las calles de una urbanización nueva, donde la base asfáltica puede ser construida para soportar el trafico de la construcción y la superficie asfáltica puede ser añadida como una fase final de la construcción.  

• COMPARACIONES ECONOMICAS

•   Frecuentemente, pero no siempre, la selección del tipo de base o la decisión de usar una construcción por etapas, se basa en un análisis económico de las alternativas viables. El procedimiento adoptado para la comparación de alternativas de costos, utiliza el concepto de valor presente. En este procedimiento, los costos iniciales y futuros se reducen a su “ valor presente “. Sin embargo, el menor costo inicial o total, no es siempre la base mas lógica para tomar tales decisiones.

• III.-PRINCIPIOS DE DISEÑO•

  BASES PARA EL DISEÑO•   El material de cada capa esta caracterizado por su Módulo de

Elasticidad y su Coeficiente de Poisson. • El trafico esta expresado en términos del número de repeticiones de

un eje simple equivalente de 80 KN (18,000 libras), aplicado al pavimento en dos juegos de ruedas duales.

• Presión de Contacto : 483 kPa ( 70 psi). 

• Los “PATE” son modelados como un sistema de 3 capas

• Los “PA” con bases granulares son modelados con un • sistema de 4 capas• La subrasante o capa mas baja se asume infinita en las• direcciones vertical hacia abajo y horizontal • Se asume que existe continuidad en la interfase entre capas

• CRITERIOS DE DISEÑO•  • En la metodología para este manual, se asume que las

cargas en la superficie del pavimento producen 2 deformaciones que son consideradas criticas para el diseño, estas deformaciones unitarias son:

•  • 1.- LA DEFORMACIÓN HORIZONTAL DE TENSIÓN (ET) en el fondo

de la capa asfáltica mas profunda, ya sea que se trate de concreto asfáltico o de una capa tratada con asfalto emulsificado.

• 2.- LA DEFORMACIÓN VERTICAL DE COMPRENSIÓN (EC) en la parte superior de la capa de subrasante (terreno de fundacion).

•  • Si la deformación tensional horizontal es excesiva, se producirán

fisuras en la capa asfáltica, mientras que si la deformación vertical compresiva es excesiva, se producirán deformaciones permanentes en la superficie del pavimento por sobrecargar la subrasante.  

• CARACTERISTICAS DE LOS MATERIALES•  • Todos los materiales fueron caracterizados por un Módulo de

Elasticidad (también llamado Módulo Dinámico) en el caso de las mezclas asfálticas o Módulo de Resilencia en el caso de los suelos y los materiales granulares no tratados y por un coeficiente de Poisson. Se seleccionaron valores específicos en base a la experiencia y estudios extensos de datos de ensayos.

•  

• Concreto Asfáltico•  • El Modulo Dinámico de las mezclas de concreto asfáltico depende

en gran medida de la temperatura del pavimento. En el desarrollo de las curvas de diseño para este manual, se utilizo la relación modulo - temperatura de una mezcla típica de concreto asfáltico de alta calidad. Para simular el efecto de la temperatura y sus variaciones durante el año, se utilizaron 3 distribuciones típicas de la temperatura promedio mensual del aire, que representan tres regiones climáticas típicas de los Estados Unidos de Norteamérica. Los valores apropiados de los módulos dinámicos fueron seleccionados luego de un estudio exhaustivo de las relaciones módulo-temperatura y de las propiedades de los asfaltos.

• MATERIALES GRANULARES NO TRATADOS

Los Módulos de Resilencia de los materiales granulares no tratados varían con las condiciones de esfuerzos en el pavimento. Los valores utilizados en el desarrollo de las cartas de diseño varían al menos entre 15,000 psi (103 Mpa) hasta mas de 50,000 psi (345 Mpa)

CONSIDERACIONES AMBIENTALES•  

• Adicionalmente a los efectos de las variaciones mensuales de temperatura a lo largo del año, sobre los módulos dinámicos de las mezclas de concreto asfáltico y de asfalto emulsificado; las curvas de diseño también toman en consideración los efectos de la temperatura sobre los módulos de resilencia de la subrasante y de los materiales granulares de la base.

• En el caso de la subrasante, este se corrigió utilizando un modulo resilente incrementado para representar la época de helada en el invierno y un modulo resilente reducido para representar la época de descongelamiento.

•   Esta variación se ilustra esquemáticamente en la figura inferior. La misma técnica se utilizó para representar los efectos ambientales en las bases granulares.

Normal

Descongelada (Reducido)

Mes en que comienza la heladaMes en que comienza la helada

12 meses

Tiempo

Mes en que comienza el deshielo

Modulo de subrasante

congelada(incrementado)

VARIACIONES DEL MODULO DE SUBRASANTE EN CONDICIONES DE HIELO Y DESHIELO

• CARTAS DE DISEÑO•  • El programa de computo DAMA fue utilizado para determinar los espesores

en función de los dos criterios de deformación descritos para diferentes condiciones seleccionadas. Se obtuvieron 2 espesores para cada condición, uno para cada valor de deformación critica, empleándose el mayor de los dos para preparar las cartas de diseño. Por esta razón, varias de las curvas de diseño presentan formas asociadas con 2 criterios diferentes.

•  • Se muestran los espesores mínimos para ciertos niveles de trafico.

En aquellos casos donde estos espesores mínimos no fueron obtenidos directamente de los cálculos con el programa DAMA, fueron seleccionados basados en la experiencia, incluyendo los Caminos de Ensayo AASHO, otros estudios y ediciones anteriores de este manual.

•  • Para el desarrollo de este manual se seleccionaron tres grupos de

condiciones ambientales, representativas del rango de condiciones para las que debiera aplicarse el manual.

•  •

• Se usó la Temperatura Media Anual del Aire (MAAT) para caracterizar las condiciones ambientales aplicables a cada región, seleccionándose las características de los materiales según esto.

• IV.- ANÁLISIS DE TRAFICO• INTRODUCCION

» Se consideran de primordial importancia al número y cargas por eje esperadas en un periodo de tiempo determinado. Las cargas por eje varían típicamente de ligeras a pesadas.

» • Se ha demostrado que es posible representar el efecto de

cualquier eje cargado con cualquier masa, sobre el comportamiento de un pavimento, por medio del numero de aplicaciones de carga por eje simple, equivalente a 18,000 libras (80KN),representado por un EAL (Equivalent Axle Load). En la Tabla IV-4 se encuentran los factores de equivalencia de carga para ejes Simples,Tandem y Tridem.

• Se requiere conocer el número de vehículos o el número y la masa de las cargas por eje esperados en la vialidad.

ESTIMACIÓN DEL VOLUMEN DE TRAFICO 

Se debe estimar los volúmenes de tráfico inicial y futuro para el diseño estructural de pavimentos, requiere de un estudio y análisis exhaustivo.

  PERIODO DE ANÁLISIS.- Se debe hacer comparaciones económicas

de las diferentes alternativas del diseño del pavimento seleccionado un periodo de tiempo para el cual se hace el análisis de esas alternativas.

 CLASIFICACION Y NUMERO DE CAMIONES.- Se requiere un estimado

del numero de vehículos de diferentes tipos, tales como; automóviles, autobuses, camiones simples y camiones acoplados, etc. Cuando no hay disponibilidad de los datos de conteo y clasificación de trafico, se pueden obtener estimados de los datos presentados en la tabla IV-1, “ Distribución de Camiones en diferentes clases de carreteras – USA”.

  Se recomienda el uso de la información de tráfico local, sin

embargo el tráfico local está sujeto a variaciones y por lo tanto deben tomarse precauciones en la recolección y análisis de datos.

 

      

TABLA IV-2 .- PORCENTAJE DEL TRAFICO TOTAL DE CAMIONES EN EL CARRIL DE DISEÑO

NUMERO DE CARRILES PORCENTAJE DE CAMIONES (DOS DIRECCIONES) EL CARRIL DE DISEÑO

2 50 4 45(35-48) * 6 ó más 40(25-48) *

* Rango Probable

CARRIL DEL DISEÑOPara calles y carreteras de 2 carriles, el carril de diseño puede ser cualquiera de los carriles de la vía, mientras que para calles y carreteras de carriles múltiples, generalmente es el carril externo. Bajo ciertas condiciones es probable que haya un mayor treáfico de camiones en un sentido que en otro. En muchas localidades, los camiones circulan cargados en un sentido y vacíos en el otro.

PERIODO DE DISEÑO.-  Es el periodo seleccionado en años, para el cual

se diseña el pavimento. Al termino de este periodo puede esperarse que el pavimento requiera de trabajos de rehabilitación, usualmente de una sobre capa asfáltica, para devolver su adecuado nivel de transitabilidad. El Periodo de Diseño sin embargo, no debe confundirse con la Vida del Pavimento o con el Periodo de Análisis. La vida del pavimento puede extenderse indefinidamente por medio de sobrecapas u otras medidas de rehabilitación, hasta que la vía se torne obsoleta, por cambios de rasante, alineamiento u otros factores.

 

CRECIMIENTO DEL TRAFICO.-

  El pavimento debe ser diseñado para servir adecuadamente la demanda del tráfico durante un periodo de años. Al aplicar los factores de crecimiento hay que evitar exceder la capacidad de los vehículos sobre la vía, ya que esto acarrearía un diseño imnecesariamente conservador.

El Crecimiento puede tomarse en el diseño empleando los Factores de Crecimiento mostrados en la Tabla IV-3.

CAPACIDAD DE LA CARRETERA.-

 Es necesario considerar el numero de carriles necesarios para satisfacer los volúmenes de trafico inicial durante el periodo de diseño.

• ESTIMACIÓN DEL EAL•  • El análisis de trafico recomendado permite determinar el numero de

aplicaciones de cargas equivalentes a un eje simple de 18,000 lb (EAL), a ser usado en la determinación de los espesores del pavimento.

•  • Factor Camión.- Es el numero de aplicaciones equivalente a una carga por

eje simple de 18,000 lb en una pasada de un vehículo dado.•  • Factor Equivalencia de Carga.- Es el numero de aplicaciones equivalentes a

una carga por eje simple de 18,000 lb en una pasada de un eje dado.•  • Numero de Vehículos.- Es el numero de vehículos considerados.•  • El EAL se calcula multiplicando, el numero de vehículos en cada

clase de peso, por el factor Camión apropiado y sumando los productos

)ónFactorCamiadaClasehiculosdeCNúmerodeVe(EAL

Los Factores Camión se determinan de los datos de distribución de los grupos de carga de los ejes usando los Factores de Equivalencia de Carga (TABLA IV-4). Un factor Camión se calcula multiplicando el numero de ejes de cada rango de peso, por el Factor de Equivalencia de Carga apropiado, dividiendo la suma de los productos por el numero total de vehículos involucrado. El procedimiento para calcular los Factores Camión se muestra en la figura IV – 2.

hiculosNumerodeVe

)aargdeCuivalenciaFactordeEqeNumerodeEj(omPrónFactorCami

• Los Factores Camión pueden calcularse para camiones individuales de cualquier tipo ó para combinaciones de diferentes tipos de camiones como pueden ser unidades simples de 2 ó 3 ejes, unidades de tractor y trailer de 5 ejes.

•La Tabla IV-5 presenta Factores Camión típicos para una variedad de clasificaciones de camiones y carreteras en los EEUU.Estos factores camión fueron calculados de los datos recolectados individualmente por diferentes estados y recopilados pór la FHWA. Es necesario enfatizar que esos datos son promedios de un estudio y que deberá usarse la información detallada de los conteos de tráfico locales, cuando estén disponibles.

•Las caracterízticas de la flota actual de vehículos está cambiando generalmente a medida que los vehículos antiguos son reemplazados por otros de tecnologías más modernas.

DETERMINACIÓN DEL EAL DE DISEÑO  Pasos a seguir para determinar el EAL de diseño: 

1) Determine el No. promedio de cada tipo de vehículo anticipado en el Carril de Diseño durante el primer año de servicio.                 

2) Determine de los datos de pesos por eje ó seleccione de la tabla IV-5 un Factor Camión para cada tipo de Vehículo identificado en el paso (1).                 3)Seleccione de la tabla IV-3, un Factor de Crecimiento para todos los vehículos o Fs. de C. separados para cada tipo de vehículo, según sea apropiado en el periodo de diseño.                  4)Multiplique el número de Vehículos de cada tipo de vehículo por el Factor Camión y el Factor (o Factores) de Crecimiento determinados en los pasos (2) y (3).

5) Sume los valores obtenidos para obtener el EAL de diseño.

(*) La Figura 4.3 muestra un ejemplo de la determinación del EAL de diseño para una carretera rural de 4 carriles siguiendo el procedimiento ya indicado.

EVALUACIÓN DE MATERIALES

GENERAL.- Para un trafico dado, el diseño del pavimento involucra tres pasos:

 

1) Selección de los materiales a ser empleados en la construcción.

                  2) Requerimientos de espesores para cada tipo de material a ser usado.

3)         3) Requerimientos constructivos incluyendo factores tales como el diseño de mezclas y la compactación.

Un elemento clave en cada uno de los pasos mencionados es la evaluación de los materiales que conformaran las diferentes capas del pavimento: concreto asfáltico, mezclas de asfalto emulsificado, agregados para bases, sub – bases y materiales de subrasante.

 

El instituto de Asfalto ha investigado para la preparación de este manual, las propiedades posibles de los materiales a emplearse en la estructura del pavimento, es decir, concreto asfáltico, mezclas de asfalto emulsificado y agregados para base y sub – base.

Las cartas de diseño, fueron preparadas utilizando los valores apropiados de las constantes elásticas; así que no será necesario que el usuario las determine. El programa de computo DAMA puede ser empleado para diseñar pavimentos empleando cualquier otro juego de constantes de diseño apropiadas.

 

La propiedad determinante de la sub – rasante es el Modulo de Resilencia (Resillent Modulus, Mr). El procedimiento recomendado para Asfalto. Se reconoce sin embrago, que numerosas agencias no disponen del equipo necesario para efectuar el ensayo Modulo de Resilencia, por eso, se han establecido factores apropiados para determinar Mr, a partir de los ensayos CBR y del valor –R. Sin embargo, los resultados son aproximados y de ser posible, se recomienda la adquisición del equipo necesario para efectuar el ensayo de Modulo de Resilencia.

• PROCEDIMIENTO DE DISEÑO ESTRUCTURAL. •  • INTRODUCCIÓN•   En este ítem se presentaran los procedimientos para la determinación

de los espesores de estructuras de pavimento con superficies de concreto asfáltico, de asfalto modificado (con tratamiento superficial), bases de concreto asfáltico, bases con asfalto emulsificado y bases o sub – bases de agregados no tratados.

•  • Como se explicó, los espesores resultantes satisfacen dos criterios

diferentes de deformación: la deformación de compresión vertical en la parte superior de la sub – rasante y la deformación de tensión horizontal en el fondo de la capa asfáltica mas profunda. Los espesores de diseño presentados en las Cartas de Diseño A – 1 a A – 36, representan los mayores espesores asociados con ambos criterios. El programa de computo HWY del instituto de asfalto, provee la solución computarizada al procedimiento de diseño de espesores presentados en este manual.

•  • Las cartas de diseño incluyen niveles de trafico desde EAL = 5*10

hasta EAL superior a 10. Los diseños de pavimentos con tráficos mayores a los mostrados en las cartas de diseño constituyen casos especiales y sus diseños deberán ser efectuados (o verificados), con el programa de computo DAMA. Los diseños con EAL mayores de 3 * 10, deben considerarse como firmes candidatos para futuras sobrecargas o para la construcción por etapas.

• PROCEDIMIENTOS DE DISEÑO•  

Los pasos involucrados en el procedimiento de diseño están esquemáticamente ilustrados en el Diagrama de Flujo de la Figura VI-1. Estos pasos son:

Determinar el trafico inicial y la Tasa de Crecimiento Espectada Convertir a EAL para el periodo de Diseño.

Capitulo IV

Medir o Estimar el Modulo Resilente Mr.

Capitulo V

Seleccionar Materiales

Capitulo V

Determinar las Combinaciones del Espesor de DiseñoCapitulo VI

1 (a)1 (b)

1 (c)

33

2

Construcción por EtapasCapitulo VII

Construcción sin EtapasCapitulo VI

Analisis EconomicoCapitulo VIII

Diseño Final

4

5

Figura VI-1.- Diagrama de Flujo para el Diseño

• (1)     Seleccione o determine los datos de entrada:• (a)    Valor del trafico, EAL• (b)    Modulo de Resilencia de la Subrasante, MR• (c)    Tipos de base y de superficie•  • (2) Determine los espesores de la construcción por etapas, de ser

apropiado.

(3)   Prepare el diseño de la construcción por etapas, de ser apropiado.

(4) Efectúe un análisis económico de las diferentes alternativas de diseño

(5)   Seleccione el diseño final

• Los pasos 1 a 3 se determinan automáticamente empleando el programa de computo HWY, en tanto que la evaluación económica (paso 4) puede ser desarrollado empleando el programa de computo LOCOST. Ambos programas están disponibles en el Instituto del Asfalto.

• DATOS DE ENTRADA PARA EL DISEÑO; TRAFICO, SUBRASANTE Y MATERIALES

•  • Los datos de ingreso comunes a los procedimientos de diseño para los

tres tipos de pavimentos son:•  • (1) Determinación del trafico, EAL, expresado como el numero total de

aplicaciones de carga por eje equivalente a 80 KN (18,000 lb) esperadas durante el periodo de diseño.

•(2)    Modulo de Resilencia de la Subrasante, Mr.

•(3)   Tipos de bases asfálticas a considerar: concreto asfáltico, mezclas con asfaltos emulsificados Tipos I, II, ó III, O base o sub – base no tratadas

FACTORES AMBIENTALES•  

• Las cartas de diseño presentadas en este manual están basadas en tres tipos de condiciones ambientales típicas en la mayor parte de Norteamérica. El programa DAMA puede ser usado para el diseño de pavimentos bajo condiciones diferentes.

•  • En zonas donde existan suelos susceptibles al fenómeno de

heladas y donde se encuentren severas condiciones de temperatura bajas, es necesario remover reemplazar tales suelos o tomar ciertas precauciones antes del inicio de la construcción del pavimento. En climas extremadamente cálidos, las mezclas asfálticas deben ser diseñadas para resistir el ahuellamiento y mantener una adecuada rigidez a altas temperaturas.

•  • Debido a que las mezclas asfálticas son susceptibles a la

temperatura, es aconsejable utilizar diferentes grados de asfaltos de acuerdo a las condiciones de temperatura prevalecientes. La tabla VI-1 recomienda grado de asfalto para diferentes condiciones de temperatura.

Frio, Temperatura promedio anualAnual < 7C

AC – 5AR – 2000

 Pen 120 / 150

AC – 10AR – 4000

 Pen 85/100

Templado, temperatura promedioAnual entre 7C y 24C

AC – 10AR – 4000Pen 85/100

AC – 20AR – 8000Pen 60/70

CONDICION DE TEMPERATURA * GRADO DE ASFALTO

Calido temperatura promedio annual> 24C

AC – 20AR – 8000

 Pen 60/70

AC – 40AR – 16000

 Pen 40/50

TABLA VI-1 CRITERIOS DE SELECCIÓN DEL GRADO DE ASFALTO

• TABLA VI-2 ESPESORES MINIMOS DE CONCRETO ASFALTICO SOBRE• BASES CON ASFALTO EMULSIFICADO

TRAFICO DE DISEÑO MILIMETROS TIPOS II y III* (EAL) PULGADAS

10 50 2

10 50 2

10 75 3

10 100 4

10 130 5

• * Se pueden usar concreto asfáltico o mezclas con asfalto emulsificado Tipo I con un tratamiento de superficie, sobre capas de base con asfalto emulsificado

Tipos II o III.

• DISEÑO DE ESPESORES•  Lo determinan las cartas de diseño para los siguientes casos:

•  • Determinación de espesores para pavimentos:•  • a)Asfálticos en todo su espesor (Full Depth)• b)Con Base Asfáltica Emulsificada• c)Con concreto Asfáltico sobre Base de Agregados no

tratados• d)Con mezclas de Asfalto Emulsificado sobre Bases de

Agregados no Tratados.•  • Finalmente el Método también presenta los estudios que

corresponden a la CONSTRUCCIÓN PLANIFICADA POR ETAPAS Y EL ANÁLISIS ECONOMICO.

• CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES•  • 1.       Se han presentado en la aplicación del Método todos los parámetros que

intervienen para el diseño de los espesores buscados. Sin embargo se necesita profundizar el estudio de los mismos para su concepción en la forma mas precisa posible.

•  • 2.       Dentro de estos parámetros debe considerarse con mayor amplitud el

análisis de Trafico, debiendo estimarse el volumen del mismo a través del Periodo de Análisis, Clasificación y Numero de Camiones, Carril de Diseño, Periodo de Diseño, Capacidad de la Carretera y Crecimiento de Trafico. Asimismo debe efectuarse la Estimación del EAL a través del numero de Vehículo de cada clase y del Factor Camión determinándose de esta manera el EAL del diseño.

•  • 3.       Debe considerarse la Evaluación de Materiales en primer lugar de una

manera general a través de la propiedad determinante de la subrasante y su Modulo de Resilencia (Mr).

•  • 4.       Debe efectuarse el procedimiento de Diseño Estructural a través de un

Diagrama de Flujo del mismo teniendo como datos de entrada: el trafico, la subrasante y los materiales. Asimismo los factores ambientales que determinaran finalmente los espesores del pavimento en estudio, para lo cual se requiere la utilización de las tablas y las ya conocidas cartas de Diseño.

•  4.Debe efectuarse el procedimiento de Diseño Estructural a través de un Diagrama de Flujo del mismo teniendo como datos de entrada: el trafico, la subrasante y los materiales. Asimismo los factores ambientales que determinaran finalmente los espesores del pavimento en estudio, para lo cual se requiere la utilización de las tablas y las ya conocidas cartas de Diseño.

•  • 5.Como cuestión complementaria presenta los estudios que

corresponden a la Construcción Planificada por Etapas y el Análisis Económico.

RECOMENDACIONES.- El autor recomienda la utilización del presente método para el diseño Estructural de Espesores de Pavimentos Flexibles Nuevos; por lo tanto las instituciones públicas como privadas deben elaborar sus proyectos de pavimentación con métodos más actualizados y precisos de los que se vienen utilizando. Igualmente hago un llamado a las Universidades del País que cuentan con Facultad de Ingeniería Civil consideren dentro de su curricula el curso de Pavimentos Flexibles como OBLIGATORIO y que además el profesional responsable de su dictado sea un especialista del mismo con conocimiento del tema debidamente actualizados.

80 KN18, 000-lb

100 KN22,400-lb

44 KN10,000 - lb

1EAL

2.2EAL

.09EAL

(a)

151 kn 34,000 Lbs 1.10

151 kn 34,000 Lbs

1.10

54 kn12,000 Lbs 0.19

+ + =

Peso Bruto 356 kN 80,000 lbFactor Camion 2.39

67 kn15,000 lbs 0.48

27 kn6,000 lbs 0.01

+ =

Peso Bruto 94 kn 21,000 lbFactor Camion 0.49

Figura IV-1- Factores de Equivalencia de Carga

(b)