diseÑo de pavimentos flexibles, mÉtodos del instituto de asfalto parÁmetros de diseÑo
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FACULTAD DE INGENIERIA
ESCULA ACADÉMICA DE INGENIERIA CIVIL
TEMA:
“DISEÑO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES, MÉTODOS DEL INSTITUTO DE ASFALTO PARÁMETROS DE
DISEÑO”
DOCENTE:
Ing. Figueroa
CURSO:
PAVIMENTOS
INTEGRANTES:
Álvarez Sifuentes Angelo
Gaitán Elias Anthony
Huanilo Gonzales Yasir
Mendoza Manrique Alondra
Villanueva Pitman Belén
Inga Castro Anabel
NVO CHIMBOTE
2016
Contenido Introducción. ............................................................................................................................ 3
DISEÑO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES .......................................................................................... 5
1.1. Pavimento. ................................................................................................................ 5
1.1.1. Características que debe reunir un Pavimento. .................................................. 5
1.2. Pavimento Flexible. ................................................................................................... 6
1.2.1. Funciones de las capas de un pavimento flexible. ............................................... 6
1.2.1.1. La sub base granular. .................................................................................. 6
1.2.1.2. La base granular. ........................................................................................ 7
1.2.1.3. Carpeta. ..................................................................................................... 7
1.2.2. Factores a Considerar en el Diseño de Pavimentos. ............................................ 7
1.2.2.1. El Tránsito. ................................................................................................. 7
1.2.2.2. La Sub rasante. ........................................................................................... 7
1.2.2.3. El Clima. ..................................................................................................... 8
1.2.2.4. Los Materiales Disponibles. ........................................................................ 9
1.2.3. Estudio del Tránsito para Diseño de Pavimentos. ............................................... 9
1.2.4. Distancia de visibilidad de paso o adelantamiento............................................ 12
1.2.4.1. Estudio de los Suelos Para Pavimentos de Diseño. .................................... 13
1.2.4.2. Métodos de Diseño de Pavimentos Flexibles. ........................................... 13
1.2.4.3. Diseño de Pavimentos en Vías con Bajos Volúmenes de Tránsito. ............. 14
1.2.4.4. Diseño de Pavimentos en Vías con Medios y Altos Volúmenes de Tránsito.
15
MÉTODO DEL INSTITUTO DE ASFALTO; PARÁMETROS DE DISEÑO ........................................... 18
2.1. MÉTODO DE DISEÑO - INSTITUTO DEL ASFALTO. .......................................................... 18
2.1.1. Criterios de diseño. .......................................................................................... 18
2.1.2. Carril del diseño. .............................................................................................. 19
2.1.3. Período de diseño y tasa de crecimiento anual ................................................. 21
2.1.4. Área de contacto y presión de neumático ........................................................ 22
2.1.5. Estimación del tránsito vehicular...................................................................... 22
2.1.6. Evaluación de los materiales ............................................................................ 23
2.1.7. Restricciones de tiempo ................................................................................... 23
2.1.8. Propiedades de los materiales.......................................................................... 25
2.1.9. Factores ambientales ....................................................................................... 26
EJEMPLO PRÁCTICO ................................................................................................................ 28
Referencias bibliográficas ....................................................................................................... 30
Introducción.
El método más reciente del Instituto del Asfalto de los Estados Unidos de Norteamérica, editado
en 1991 y publicado en 1993, presenta algunos cambios significativos, respecto a los métodos
anteriores para el diseño de la sección estructural de los pavimentos flexibles. El método se basa
principalmente en la aplicación de la teoría elástica en multicapas, que utiliza resultados de
investigaciones recientes por parte de ese organismo. Sin embargo, se reconoce que por los
avances en la tecnología de los pavimentos asfálticos, se requieren más conocimientos sobre las
propiedades de los materiales para las necesidades actuales de los sistemas carreteros, por lo
que el método vigente, probablemente requiera revisión e implementación futuras. El manual
presenta un procedimiento de diseño para obtener los espesores de la sección estructural de
pavimentos, donde se utilizan el cemento asfáltico y las emulsiones asfálticas en toda la sección
o en parte de ella. Se incluyen varias combinaciones de superficies de rodamiento con concreto
asfáltico, carpetas elaboradas con emulsiones asfálticas, bases asfálticas y bases o subbases
granulares naturales.
CAPÍTULO I
DISEÑO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES 1.1. Pavimento.
Un pavimento está constituido por un conjunto de capas superpuestas,
relativamente horizontales, que se diseñan y construyen técnicamente con
materiales apropiados y adecuadamente compactados. Estas estructuras
estratificadas se apoyan sobre la sub rasante de una vía obtenida por el
movimiento de tierras en el proceso de exploración y que han de resistir
adecuadamente los esfuerzos que las cargas repetidas del tránsito le transmiten
durante el período para el cual fue diseñada la estructura del pavimento.
1.1.1. Características que debe reunir un Pavimento.
Un pavimento para cumplir adecuadamente sus funciones debe reunir los
siguientes requisitos:
Ser resistente a la acción de las cargas impuestas por el tránsito.
Ser resistente ante los agentes de intemperismo.
Presentar una textura superficial adaptada a las velocidades previstas de
circulación de los vehículos, por cuanto ella tiene una decisiva influencia en la
seguridad vial. Además, debe ser resistente al desgaste producido por el efecto
abrasivo de las llantas de los vehículos.
Debe presentar una regularidad superficial, tanto transversal como longitudinal,
que permitan una adecuada comodidad a los usuarios en función de las
longitudes de onda de las deformaciones y de la velocidad de circulación.
Debe ser durable.
Presentar condiciones adecuadas respecto al drenaje.
El ruido de rodadura, en el interior de los vehículos que afectan al usuario, así
como en el exterior, que influye en el entorno, debe ser adecuadamente
moderado.
Debe ser económico.
Debe poseer el color adecuado para evitar reflejos y deslumbramientos, y
ofrecer una adecuada seguridad al tránsito.
1.2. Pavimento Flexible.
Este tipo de pavimentos están formados por una carpeta bituminosa apoyada
generalmente sobre dos capas no rígidas, la base y la sub base. No obstante
puede prescindirse de cualquiera de estas capas dependiendo de las necesidades
particulares de cada obra.
1.2.1. Funciones de las capas de un pavimento flexible.
1.2.1.1. La sub base granular.
Función económica: Una de las principales funciones de esta capa es
netamente económica; en efecto, el espesor total que se requiere para que
el nivel de esfuerzos en la sub rasante sea igualo menor que su propia
resistencia, puede ser construido con materiales de alta calidad; sin
embargo, es preferible distribuir las capas más calificadas en la parte superior
y colocar en la parte inferior del pavimento la capa de menor calidad la cual
es frecuentemente la más barata. Esta solución puede traer consigo un
aumento en el espesor total del pavimento y no obstante, resultar más
económica.
Capa de transición: La sub base bien diseñada impide la penetración de los
materiales que constituyen la base con los de la sub rasante y por otra parte,
actúa como filtro de la base impidiendo que los finos de la sub rasante la
contaminen menoscabando su calidad.
Disminución de las deformaciones: Algunos cambios volumétricos de la capa
sub rasante, generalmente asociados a cambios en su contenido de agua
(expansiones), o a cambios extremos de temperatura (heladas), pueden
absorberse con la capa sub base, impidiendo que dichas deformaciones se
reflejen en la superficie de rodamiento.
Resistencia: La sub base debe soportar los esfuerzos transmitidos por las
cargas de los vehículos a través de las capas superiores y transmitidos a un
nivel adecuado a la sub rasante.
Drenaje: En muchos casos la subbase debe drenar el agua, que se introduzca
a través de la carpeta o por las bermas, así como impedir la ascensión capilar.
1.2.1.2. La base granular.
Resistencia: La función fundamental de la base granular de un pavimento
consiste en proporcionar un elemento resistente que transmita a la sub base
ya la sub rasante los esfuerzos producidos por el tránsito en una intensidad
apropiada.
Función económica: Respecto a la carpeta asfáltica, la base tiene una función
económica análoga a la que tiene la sub base respecto a la base.
1.2.1.3. Carpeta.
Superficie de rodamiento: La carpeta debe proporcionar una superficie
uniforme y estable al tránsito, de textura y color conveniente y resistir los
efectos abrasivos del tránsito.
Impermeabilidad: Hasta donde sea posible, debe impedir el paso del agua al
interior del pavimento.
Resistencia: Su resistencia a la tensión complementa la capacidad estructural
del pavimento.
1.2.2. Factores a Considerar en el Diseño de Pavimentos.
1.2.2.1. El Tránsito.
Interesan para el dimensionamiento de los pavimentos las cargas más pesadas
por eje (simple, tándem o tridem) esperadas en el carril de diseño (el más
solicitado, que determinará la estructura del pavimento de la carretera) durante
el período de diseño adoptado. La repetición de las cargas del tránsito y la
consecuente acumulación de deformaciones sobre el pavimento (fatiga) son
fundamentales para el cálculo. Además, se deben tener en cuenta las máximas
presiones de contacto, las solicitaciones tangenciales en tramos especiales
(curvas, zonas de frenado y aceleración, etc), las velocidades de operación de los
vehículos (en especial las lentas en zonas de estacionamiento de vehículos
pesados), la canalización del tránsito, etc.
1.2.2.2. La Sub rasante.
De la calidad de esta capa depende, en gran parte, el espesor que debe tener un
pavimento, sea éste flexible o rígido. Como parámetro de evaluación de esta
capa se emplea la capacidad de soporte o resistencia a la deformación por
esfuerzo cortante bajo las cargas del tránsito. Es necesario tener en cuenta la
sensibilidad del suelo a la humedad, tanto en lo que se refiere a la resistencia
como a las eventuales variaciones de volumen (hinchamiento - retracción).
Los cambios de volumen de un suelo de sub rasante de tipo expansivo pueden
ocasionar graves daños en las estructuras que se apoyen sobre éste, por esta
razón cuando se construya un pavimento sobre este tipo de suelos deberá
tomarse la precaución de impedir las variaciones de humedad del suelo para lo
cual habrá que pensar en la impermeabilización de la estructura. Otra forma de
enfrentar este problema es mediante la estabilización de este tipo de suelo con
algún aditivo, en nuestro medio los mejores resultados se han logrado mediante
la estabilización de suelos con cal.
1.2.2.3. El Clima.
Los factores que en nuestro medio más afectan a un pavimento son las lluvias y
los cambios de temperatura.
Las lluvias por su acción directa en la elevación del nivel freático influyen en la
resistencia, la compresibilidad y los cambios volumétricos de los suelos de sub
rasante especialmente. Este parámetro también influye en algunas actividades
de construcción tales como el movimiento de tierras y la colocación y
compactación de capas granulares y asfálticas.
Los cambios de temperatura en las losas de pavimentos rígidos ocasionan en
éstas esfuerzos muy elevados, que en algunos casos pueden ser superiores a los
generados por las cargas de los vehículos que circulan sobre ellas.
En los pavimentos flexibles y dado que el asfalto tiene una alta susceptibilidad
térmica, el aumento o la disminución de temperatura puede ocasionar una
modificación sustancial en el módulo de elasticidad de las capas asfálticas,
ocasionando en ellas y bajo condiciones especiales, deformaciones o
agrietamientos que influirían en el nivel de servicio de la vía.
1.2.2.4. Los Materiales Disponibles.
Los materiales disponibles son determinantes para la selección de la estructura
de pavimento más adecuada técnica y económicamente. Por una parte, se
consideran los agregados disponibles en canteras y depósitos aluviales del área.
Además de la calidad requerida, en la que se incluye la deseada homogeneidad,
hay que atender al volumen disponible aprovechable, a las facilidades de
explotación y al precio, condicionado en buena medida por la distancia de
acarreo. Por otra parte, se deben considerar los materiales básicos de mayor
costo: Ligantes y conglomerantes, especialmente.
El análisis de los costos de construcción debe complementarse con una
prevención del comportamiento del pavimento durante el período de diseño, la
conservación necesaria y su costo actualizado y, finalmente, una estimación de
futuros refuerzos estructurales, renovaciones superficiales o reconstrucciones.
Deberá tenerse en cuenta, además, los costos del usuario relacionados con su
seguridad y con las demoras que se originan en carreteras relativamente
congestionadas por los trabajos de conservación y repavimentación.
1.2.3. Estudio del Tránsito para Diseño de Pavimentos.
Probablemente, la variable más importante en el diseño de una vía es el tránsito,
pues, si bien el volumen y dimensiones de los vehículos influyen en su diseño
geométrico, el número y el peso de los ejes de éstos son factores determinantes
en el diseño de la estructura del pavimento.
En este capítulo se presentan los elementos necesarios para cuantificar el
tránsito, así como la metodología para calcular el número probable de
aplicaciones de una carga patrón equivalente que utilizará el pavimento durante
la vida de éste.
Las características físicas y la proporción de vehículos de distintos tamaños que
circulan por las carreteras, son elementos clave en su definición geométrica. Por
ello, se hace necesario examinar todos los tipos de vehículos, establecer grupos
y seleccionar el tamaño representativo dentro de cada grupo para su uso en el
proyecto. Estos vehículos seleccionados, con peso representativo, dimensiones
y características de operación, utilizados para establecer los criterios de los
proyectos de las carreteras, son conocidos como vehículos de diseño.
Al seleccionar el vehículo de diseño hay que tomar en cuenta la composición del
tráfico que utiliza o utilizará la vía. Normalmente, hay una participación
suficiente de vehículos pesados para condicionar las características del proyecto
de carretera. Por consiguiente, el vehículo de diseño normal será el vehículo
comercial rígido (camiones y/o buses).
Conforme al Reglamento Nacional de Vehículos, se consideran como vehículos
ligeros aquellos correspondientes a las categorías L (vehículos automotores con
menos de cuatro ruedas) y M1 (vehículos automotores de cuatro ruedas
diseñados para el transporte de pasajeros con ocho asientos o menos, sin contar
el asiento del conductor).
Categoría de Vehículos Según el Ministerio de Transporte de Comunicaciones.
Categoría L. Vehículos automotores con menos de cuatro ruedas
Categoría M. Vehículos automotores de cuatro ruedas diseñados para el
transporte de pasajeros con ocho asientos o menos, sin contar el asiento del
conductor.
Categoría N. vehículos automotores de cuatro ruedas o más, diseñados y
construidos para el transporte de mercancías.
Categoría O. remolques y semirremolques.
Categoría S.
1.2.4. Distancia de visibilidad de paso o adelantamiento.
Es la mínima que debe estar disponible, a fin de facultar al conductor del
vehículo a sobrepasar a otro que viaja a una velocidad menor, con
comodidad y seguridad, sin causar alteración en la velocidad de un tercer
vehículo que viaja en sentido contrario y que se hace visible cuando se ha
iniciado la maniobra de sobrepaso. Dichas condiciones de comodidad y
seguridad, se dan cuando la diferencia de velocidad entre los vehículos que
se desplazan en el mismo sentido es de 15 km/h y el vehículo que viaja en
sentido contrario transita a la velocidad de diseño.
La distancia de visibilidad de adelantamiento debe considerarse únicamente
para las carreteras de dos carriles con tránsito en las dos direcciones, donde
el adelantamiento se realiza en el carril del sentido opuesto.
1.2.4.1. Estudio de los Suelos Para Pavimentos de Diseño.
En la Ingeniería de pavimentos se considera como roca a un agregado natural de granos
minerales, unidos por grandes y permanentes fuerzas de cohesión. Por otra parte, se
considera que suelo es una agregado natural de granos minerales, con o sin
componentes orgánicos, que pueden separarse por medios mecánicos comunes, tales
como la agitación en agua. Aunque estas definiciones son las que se utilizarán en este
texto, es conveniente aclarar que en la práctica no existe una diferencia tan simple entre
roca y suelo, pues, las rocas más rígidas y fuertes pueden debilitarse al sufrir el proceso
de meteorización, y algunos suelos muy endurecidos pueden presentar resistencias
comparables a las de la roca meteorizada.
1.2.4.2. Métodos de Diseño de Pavimentos Flexibles.
El dimensionamiento de la estructura de un pavimento es un tema que preocupa a los
técnicos de carreteras desde el comienzo de este siglo.
Durante mucho tiempo, se han utilizado métodos que tienen gran correlación
experimental y considerable tiempo de uso para su verificación. Estos métodos suelen
clasificarse en tres grupos:
a) Métodos totalmente empíricos, en los que generalmente se emplean factores de
seguridad muy altos, lo que trae consigo que se obtengan espesores excesivos que no
responden a las verdaderas necesidades de la vía en estudio. Ejemplo de ellos son los
métodos fundados en una clasificación de los suelos, como el del Índice de Grupo.
b) Métodos semi empíricos, basados en ensayos arbitrarios de laboratorio
correlacionados con teorías más o menos razonables. Entre éstos se encuentran todos
los basados en el ensayo CBR, el método de Hveem y el de Texas.
c) Métodos racionales, basados en consideraciones teóricas sobre distribución de
esfuerzos y deformaciones. Entre éstos se encuentra el Navy, Shell e Instituto del
Asfalto (versión 1981).
1.2.4.3. Diseño de Pavimentos en Vías con Bajos Volúmenes de Tránsito.
La ley ha fijado al Instituto Nacional de Vías la responsabilidad de apoyar a los entes
territoriales tanto en los aspectos de organización de sus agencias viales, como en los
de transferencia de tecnología. En cumplimiento de este último principio, el lNV ha
preparado el Manual de diseño de pavimentos asfálticos en vías con bajos volúmenes
de tránsito, en el cual se ofrecen recomendaciones en relación con el diseño de
pavimentos para vías rurales con escasos volúmenes de tránsito pesado, a partir de
información básica que resulte accesible a las frecuentemente reducidas posibilidades
de los entes viales de los organismos territoriales.
1.2.4.3.1. Tránsito.
Desde el punto de vista del diseño del pavimento sólo tienen interés los vehículos
pesados (buses, camiones, tractores con remolque), considerando como tales
aquellos cuyo peso excede 5 toneladas. Este tipo de vehículos coincide
sensiblemente con los de 6 o más ruedas. El resto de los vehículos que puedan
circular con un peso inferior (motocicletas, automóviles, camperos, camionetas,
tractores sin carga) provocan un efecto mínimo sobre el pavimento, por lo que se
tienen en cuenta en su cálculo.
1.2.4.3.2. Estudio de la Sub rasante.
Completada la exploración y clasificados los suelos por un sistema convencional con
el apoyo de la clasificación visual, se deberá elaborar un perfil para cada unidad, con
base en el cual se determinan los suelos que controlarán el diseño y se establecerá
el programa de ensayos para establecer su resistencia. Si en un determinado tramo
se presenta una gran heterogeneidad en los suelos de sub rasante que no permita
definir uno como predominante, el diseño se basará en el más débil que se
encuentre. Dada la variabilidad que presentan los suelos (aún dentro de un mismo
grupo), así como los resultados de los ensayos de resistencia, el Instituto de Asfalto
recomienda la ejecución de 6 a 8 ensayos por suelo, con el fin de aplicar un criterio
estadístico para la selección de un valor único de resistencia del suelo. Teniendo en
cuenta los volúmenes de tránsito de las carreteras de que trata el método de
variabilidad de las condiciones y los resultados de los ensayos, así como algunos
conceptos de tipo económico parece recomendable la elección de un valor de
diseño tal, que el 75% de los valores de resistencia sean inferiores a él, lo que implica
que es de esperar un deterioro prematuro hasta en el 25% del pavimento que se
construya.
1.2.4.4. Diseño de Pavimentos en Vías con Medios y Altos Volúmenes de Tránsito.
Los procedimientos para el diseño estructural de pavimentos asfálticos por este método
de diseño es aplicable a carreteras y autopistas interurbanas y caminos rurales. No
contempla los diseños de pavimentos para áreas urbanas ni los pavimentos de hormigón
de cemento portland.
Los diseños y metodología están basados en una combinación de métodos existentes,
experiencia y la teoría fundamental de comportamiento de estructuras y materiales. Sin
embargo, los procedimientos propuestos no necesariamente excluyen otros métodos
de diseño, pudiendo el proyectista dar soluciones verificadas con otros instrumentos,
pero respetando las recomendaciones generales dadas en el método. El catálogo de
estructuras fue definido utilizando principalmente el método AASHTO.
La estructura del pavimento tiene el propósito de proteger la sub rasante por medio de
la provisión de capas de diferentes materiales con el fin de alcanzar el nivel de servicio
deseado, con rehabilitación durante el período de análisis al menor costo posible. Para
ello, se deberán considerar factores de tiempo, tránsito, materiales, suelos de sub
rasante, condiciones ambientales, detalles constructivos y económicos. El método cubre
un rango de tipos de pavimentos y materiales actualmente usados en la práctica local,
además de nuevas tipologías que se incluyeron por la eficiencia demostrada en otros
lugares del mundo con características similares a las colombianas.
El método de diseño pretende uniformizar los estudios de pavimentos en el país y lograr
soluciones equivalentes mediante la utilización del catálogo donde todas las estructuras
propuestas tienen iguales índices de serviciabilidad inicial y final.
CAPÍTULO II
MÉTODO DEL INSTITUTO DE ASFALTO; PARÁMETROS DE DISEÑO
2.1. MÉTODO DE DISEÑO - INSTITUTO DEL ASFALTO.
Este método está basado en el establecimiento de un límite de deflexión a la estructura del
pavimento, el cual es función del número e intensidad de aplicaciones de carga.
El primer paso para la aplicación del método del Instituto Norteamericano del Asfalto consiste
en determinar el número de tránsito para el periodo de diseño.
Por otro lado, el método permite el empleo de concreto asfáltico o emulsiones asfálticas en la
totalidad o en parte de la estructura del pavimento, e incluye varias combinaciones de capa de
rodadura y bases de concreto asfáltico; de capa de rodadura y bases con emulsiones asfálticas,
así como capas de rodadura asfáltica con base y subbase granulares.
También considera al pavimento como un sistema elástico de varias capas y para su análisis
emplea conceptos teóricos, experimentales y corridas de programa de cómputo, sin embargo
con el objeto de simplificar el método, el Instituto de Asfalto propone una serie de ábacos que
permiten la aplicación del método en forma rápida y sencilla.
2.1.1. Criterios de diseño. Mediante esta metodología, se asume que las cargas en la superficie del pavimento producen 2
deformaciones que son consideradas críticas para el diseño. Estas deformaciones unitarias son:
• La deformación horizontal de tensión ET en el fondo de la capa asfáltica más profunda, ya sea
que se trate de concreto asfáltico o de una capa tratada con asfalto emulsificador.
• La deformación vertical de compresión EC, en la parte superior de la capa de subrasante.
Si ET es excesiva, se producirán fisuras en la capa asfáltica mientras que si EC es excesiva, se
producirán deformaciones permanentes en la superficie del pavimento.
Debido a la heterogeneidad de vehículos existentes, se debe primero analizar cada eje del
vehículo a fin de encontrar la incidencia de carga que cada uno produce (factor de equivalencia
de carga).
Como ejemplo para la realidad nacional, un vehículo 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
(Según EMAPE). Su conversión a ejes simples es de 0.00018 y 0.00209 respectivamente. Estos
valores son altos para un vehículo ligero promedio. Sin embargo, se toma el caso más
desfavorable debido a que ellos se encuentran conformados por autos, camionetas y
furgonetas.
Cada eje puede llevar en sus extremos un neumático, en cuyo caso se designa como neumático
simple, o dos neumáticos, en cuyo caso se designa como neumáticos gemelos o duales.
Los tipos de ejes legalmente reconocidos son:
Eje simple: un único eje.
Eje tándem: 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.
2.1.2. Carril del diseño.
Para calles y carreteras de 2 carriles, el carril de diseño puede ser cualquiera de los carriles de la
vía, mientras que para calles y carreteras de carriles múltiples, generalmente es el carril externo.
Entonces para el cálculo del porcentaje de camiones en el flujo vehicular sobre el carril de
diseño, el actual método recomienda los siguientes valores:
A continuación se visualiza la tabla 02, para la conversión de cualquier carga y/o combinación
de ejes y de neumáticos en un número total de pasadas del eje estándar.
Tabla 02. Factores de equivalencia de carga para diferentes configuraciones de ejes y cargas.
2.1.3. Período de diseño y tasa de crecimiento anual En la Tabla 03, se presenta la relación entre la tasa de crecimiento anual.
Afectando el índice medio diario anual por la taza de crecimiento se estima el crecimiento del
volumen vehicular proyectado para los años que se diseñó el pavimento.
Tabla 03. Tasa de crecimiento anual
La tasa de crecimiento para diferentes tipos de vehículos puede ser estimada variando el
crecimiento normal entre 3 y 5% por año. No obstante, carreteras nuevas o nuevos desarrollos
pueden generar incrementos de mayor magnitud, los cuales pueden alcanzar valores de hasta
10%.
2.1.4. Área de contacto y presión de neumático Es sabido que la carga puede causar más daño si la presión del neumático es alta (por la menor
área de contacto). Tener en cuenta pues, que la presión del neumático no siempre es igual a la
presión de contacto.
En la versión actual, el método incorpora factores de ajuste de los ejes equivalentes de diseño,
para diferentes presiones de contacto de las llantas sobre el pavimento, en función de su presión
de inflado y de los espesores de la carpeta asfáltica, donde contempla desde cuatro hasta diez
pulgadas de espesor. Ver Figura 01
Figura 01. Factor de ajuste de los ejes equivalentes por presión de llantas.
2.1.5. Estimación del tránsito vehicular Para obtener el índice medio diario o tráfico diario promedio, es necesario contar con una
estación de control, la cual recoja los diferentes datos del volumen vehicular a fin de agruparlos
por categorías según las normas propuestas para cada país. Ya teniendo esa información se
afecta cada grupo vehicular por un factor de equivalencia de carga. El número de repeticiones
para producir igual daño se basa en factores de equivalencia entre la carga real (volumen
vehicular) y la carga estándar (eje simple 18,000lb).
2.1.6. Evaluación de los materiales Para el diseño de los espesores de una sección estructural del pavimento flexible, el método
actual del Instituto del Asfalto, considera como parámetro fundamental, dentro de la evaluación
de los materiales, la obtención del Módulo 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 correlación entre Mr y la prueba estándar de Valor
Relativo de Soporte CBR .Señalan que los resultados son bastante aproximados; sin embargo,
para un diseño preciso, se recomienda llevar a cabo la prueba del Módulo de Resiliencia para la
subrasante.
Factores recomendados de correlación:
Las ecuaciones anteriores están expresadas en unidades (psi).
2.1.7. Restricciones de tiempo Un pavimento debe ser diseñado para soportar los efectos acumulados del tránsito para
cualquier período de tiempo. El período seleccionado que dura el pavimento antes que requiera
rehabilitación, se define como “Período de Diseño”. Al término de éste, se espera que el
pavimento requiera alguna rehabilitación mayor, como puede ser una sobrecarpeta de refuerzo
para restaurar su condición original. Luego de la primera intervención la vida útil del pavimento,
o “Período de Análisis”, puede ser extendida indefinidamente, a través de mejoramientos
sucesivos de rehabilitación, hasta que el pavimento sea obsoleto por cambios significativos en
pendientes, alineamiento geométrico y otros factores.
En función del tránsito esperado sobre el pavimento en estudio, el método del Instituto del
Asfalto recomienda los siguientes valores percentiles para calcular el Módulo de Resiliencia de
diseño de la capa subrasante.
Tabla 04. Valor percentil para el diseño de subrasante.
Con las muestras de material obtenidas en el campo y con los resultados obtenidos en el
laboratorio para determinar sus Módulos de Resiliencia, se deberá calcular el Mr de diseño de
la capa subrasante, con los percentiles sugeridos en la tabla anterior.
Para los requerimientos de compactación en las capas de base y subbase, el actual método
proporciona las siguientes recomendaciones:
Capas de base y subbase formadas con materiales granulares sin tratamiento, esto es, no
estabilizadas, deberán compactarse con un contenido de humedad óptimo más menos 1.5
puntos en porcentaje, para alcanzar una densidad mínima del 100% de la densidad máxima de
laboratorio.
Así mismo, recomienda los siguientes valores para las diferentes pruebas a realizarse con
materiales de bases y subbases. Ver tabla 05:
Tabla 05. Diferentes pruebas, con materiales de base y subbase.
2.1.8. Propiedades de los materiales Las bases estabilizadas con emulsiones asfálticas corresponden a tres tipos de mezcla, según la
clase de agregados utilizados, se tiene:
Tipo I: Mezcla elaborada con agregados procesados de gradación densa.
Tipo II: Mezcla elaborada con agregados semi-procesados.
Tipo III: Mezcla elaborada con arenas o arenas limosas.
En cuanto a requerimientos de espesores mínimos, en función del nivel de tránsito en ejes
equivalentes, el método recomienda los siguientes valores:
A) Para superficies de concreto asfáltico construidas sobre bases estabilizadas con emulsión
asfáltica:
Tabla 06. Espesor mínimo de para superficies de concreto asfáltico.
Podrá usarse concreto asfáltico o mezclas asfálticas emulsificadas Tipo I con un tratamiento
superficial, sobre bases asfálticas tipo II o III.
B) Para superficies de concreto asfáltico construido sobre bases granulares sin estabilizar:
Tabla 07. Espesores de concreto asfáltico sobre bases granulares.
Para pavimentos con espesor pleno de concreto asfáltico o con base estabilizada con emulsión
asfáltica, se requiere un espesor mínimo de 10cm.
El método más reciente del Instituto del Asfalto, proporciona para el diseño final de los
espesores, 18 cartas de diseño en sistema métrico y 18 en sistema inglés.
2.1.9. Factores ambientales Es importante hacer notar que el método contempla factores de medio ambiente y varios tipos
o clases de asfalto según las necesidades particulares del diseño. A continuación ver la tabla.
Tabla 08. Grados de asfalto de acuerdo el tipo de clima.
CAPÍTULO III
EJEMPLO PRÁCTICO Ejemplo
Una carretera rural de 2 carriles tiene un tránsito promedio diario actual de 5000 vehículos, de
los cuales el 50% utilizan el carril de diseño. Se espera en el año Ia distribución de vehículos
comerciales que muestra la siguiente tabla, con los factores de equivalencia que allí se
presentan, los cuales llevan a No =68. 200 ejes simples de 8. 2 t (80 kN = 18 kips).
La tasa de crecimiento del tránsito se estima en 4% anual. Si la deflexión característica es 1.
08mm. Determinar el período de tiempo antes del cual resulte necesario el refuerzo.
Solución
· Tomando Ia deflexión característica como la
admisible, se determina en la Figura 3. 15 que
Nr=500. 000 ejes de 80 kN (8. 2 t).
· EI factor de crecimiento es:
𝑁𝑟
𝑁𝑜=500.000
68.200= 7.33
Conocidos el factor y la tasa de crecimiento, la Tabla 3. 9 permite determinar que el número
de años por transcurrir antes que sea necesario el refuerzo, es 6. 5
Referencias bibliográficas
- FONSECA, Alfonso. “Ingeniería de pavimentos, Fundamentos, Estudios básicos y
diseños”, 3° edición tomo 1. Universidad Católica de Colombia: Bogotá, 2006. 612p.
ISBN: 958-97617-9-8
- FONSECA, Alfonso. “Ingeniería de pavimentos, Evaluación estructural, obras de
mejoramiento y nuevas tecnología”, 3° edición tomo 2. Universidad Católica de
Colombia: Bogotá, 2010. 495 p.
ISBN: 958-97840-0-3