diseno pavimentos instituto del asfalto
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CAPÍTULO I INTRODUCCIÓN ..............................................................................
1.01 ALCANCE DEL MANUAL .....................................................................
1.02 DEFINICIONES DE TÉRMINOS ............................................................
1.03 BASES DEL MANUAL ...........................................................................
1.04 VENTAJAS DE LAS BASES ASFÁLTICAS .........................................
1.05 VENTAJAS DE LOS PAVIMENTOS ASFALTICOS
EN TODO SU ESPESOR ......................................................................
CAPITULO II CONSIDERACIONES DE DISEÑO ..............................................
2.01 INTRODUCCIÓN .....................................................................................
2.02 CLASIFICACIÓN DE CARRETERAS Y CALLES ...............................
2.03 CONSTRUCCIÓN DE VARIABLES DE DISEÑO ................................
2.04 CONSTRUCCIÓN POR ETAPAS ...........................................................
2.05 COMPARACIONES ECONÓMICAS .....................................................
CAPITULO III PRINCIPIOS DE DISEÑO .............................................................
3.01 BASES PARA EL DISEÑO .....................................................................
3.02 CRITERIOS DE DISEÑO ........................................................................
3.03 CARACTERIZACIÓN DE LOS MATERIALES ....................................
Concreto Asfáltico .................................................................................
Mezclas con Emulsiones Asfálticas .....................................................
Materiales Granuladores no Tratados. ...................................................
3.04 CONSIDERACIONES AMBIENTALES.................................................
3.05 GRAFICAS DE DISEÑO .........................................................................
CAPITULO IV ANÁLISIS DE TRÁFICO ..............................................................
4.01 INTRODUCCIÓN .....................................................................................
4.02 ESTIMACIÓN DEL VOLUMEN DE TRAFICO ....................................
Período de Análisis. ...............................................................................
Clasificación y Número de Camiones ...................................................
Carril del Diseño ....................................................................................
Período de Diseño ..................................................................................
Capacidad de la Carretera ......................................................................
Tasa de Crecimiento del Tráfico ...........................................................
4.03 ESTIMACIÓN DEL ESAL .......................................................................
4.04 DETERMINACIÓN DEL EAL ................................................................
4.05 BERMAS Y ZONAS DE PARQUEO ......................................................
Calles Residenciales y Zonas de Parqueo .............................................
Bermas ...................................................................................................
CAPÍTULO V EVALUACIÓN DE MATERIALES ...............................................
5.01 GENERAL ................................................................................................
A. Suelos de Subrasante ......................................................................
5.02 DEFINICIÓN ............................................................................................
5.03 SUBRASANTE MEJORADA ..................................................................
5.04 MÉTODOS DE EVALUACIÓN ..............................................................
5.05 MUESTREO Y ENSAYOS ......................................................................
5.06 SELECCIÓN DEL MÓDULO DE RESILENCIA DE DISEÑO
DE LA SUBRASANTE ........................................................................
5.07 REQUERIMIENTOS DE COMPACTACIÓN DE LA
SUBRASANTE .....................................................................................
B. Concreto Asfáltico de Superficie y
Mezcla de Base ...............................................................................
5.08 REQUERIMIENTOS DE MATERIALES PAR CONCRETO
ASFÁLTICO .........................................................................................
5.09 CRITERIOS DE COMPACTACIÓN DEL CONCRETO
ASFÁLTICO .........................................................................................
C. Mezclas de Base con Emulsiones Asfálticas ..................................
5.10 REQUERIMIENTOS DE COMPACTACIÓN PARA MEZCLAS
CON EMULSIONES ASFÁLTICAS ...................................................
5.11 REQUERIMIENTOS DE COMPACTACIÓN PARA MEZCLAS
CON EMULSIONES ASFÁLTICAS ...................................................
D. Bases y Subbases de Agregados no Tratados .................................
5.12 REQUERIMIENTOS DE MATERIALES PARA BASE Y
SUBBASES NO TRATADAS ..............................................................
5.13 REQUERIMIENTOS DE COMPACTACIÓN PARA BASES Y
SUBBASES DE AGREGADOS NO TRATADOS ..............................
CAPÍTULO VI PROCEDIMIENTO DE DISEÑO ESTRUCTURAL ..................
6.01 INTRODUCCIÓN .....................................................................................
6.02 PROCEDIMIENTO DE DISEÑO ............................................................
6.03 DATOS DE ENTRADA PARA EL DISEÑO ..........................................
TRAFICO, SUBRASANTE Y MATERIALES ....................................
6.04 FACTORES AMBIENTALES .................................................................
6.05 ESPESOR MÍNIMO DE CONCRETO ASFÁLTICO .............................
6.06 DETERMINACIÓN DE ESPESORES DE PAVIMENTOS
ASFÁLTICOS EN TODO SU ESPESOR (FULL-DEPTH) ................
6.07 DETERMINACIÓN DE ESPESORES DE PAVIMENTOS
CON BASES DE ASFALTOS EMULSIFICADO ...............................
6.08 DETERMINACIÓN DE ESPESORES DE PAVIMENTOS DE
CONCRETO ASFÁLTICO SOBRE BASE GRANULAR ..................
6.09 DETERMINACIÓN DE ESPESORES DE PAVIMENTOS
CON MEZCLAS ASFÁLTICAS EMULSIFICADAS SOBRE
BASES DE AGREGADOS NO TRATADOS ......................................
CAPÍTULO VII CONSTRUCCIÓN PLANIFICADA POR ETAPAS ..................
7.01 CONSTRUCCIÓN PLANIFICADA POR ETAPAS ...............................
7.02 VENTAJAS DE LA CONSTRUCCIÓN EN ETAPAS ............................
7.03 MÉTODO DE DISEÑO ............................................................................
CAPÍTULO VIII ANÁLISIS ECONÓMICO ..........................................................
8.01 INTRODUCCIÓN .....................................................................................
8.02 FACTORES BÁSICOS PARA EL ANÁLISIS ........................................
8.03 DISCUSIÓN DE LOS FACTORES BÁSICOS .......................................
Período de Análisis ................................................................................
Costos de Construcción .........................................................................
Tasa de Interés .......................................................................................
Valor Presente ........................................................................................
Valor de Rescate ....................................................................................
8.04 VALOR DE RESCATE ............................................................................
APÉNDICE: CASTAS DE DISEÑO DE ESPESORES...............................................
GLOSARIO ...................................................................................................................
CAPÍTULO I
INTRODUCCIÓN
El presente trbajo esta basado en el manual MS-01 del Instituto del Asfalto para el diseño de
espesores.
1.01 ALCANCES DEL MANUAL
Este manual presenta un procedimiento para el diseño estructural de los espesores de
pavimentos utilizando cemento asfáltico o asfalto emulsificado en toda, o parte de la
estructura. Se incluyen varias combinaciones de superficie de concreto asfáltico, de
superficie de asfalto emulsificado (con tratamiento superficial), de base concreto
asfáltico, de base del asfalto emulsificado y de bases o subbases de agregados no
tratados. Se presentan guías para la definición de las propiedades de la subrasante,
propiedades de los materiales y valores de tráfico requeridos para la selección de los
espesores apropiados de las capas de pavimento. Además, se presentan
procedimientos para el diseño dela construcción por etapas y el análisis económico.
También se incluyen recomendaciones para los requerimientos de compactación.
1.02 DEFINICIÓN DE TÉRMINOS
En la mayor parte del manual se utilizan términos comunes o estándar, pudiendo
también utilizarse un numero de términos poco da familiares. Así en la mayor parte de
los casos se explican los términos en puntos apropiados del texto. Se acompaña in
glosario al final del manual.
1.03 BASES DEL MANUAL
En este manual, el pavimento asfáltico está caracterizado como un sistema elástico
multi-capa. Para desarrollar un procedimiento de diseño comprensible, se ha usado la
teoría establecida, la experiencia, los datos de ensayos y un programa de computo
analítico (DAMA). El procedimiento fue luego simplificado en carta de diseño para
ser usado sin la necesidad de la computadora o de complicados procedimientos de
ensayo. El programa de computo para el análisis elástico multi-capa, DAMA y el
programa de computo del procedimiento de diseño de espesores aquí presentado
(HWY), pueden ser obtenidos en las oficinas del Instituto de Asfalto.
La metodología considera 2 condiciones específicas de esfuerzo de formación, según
se ilustra en las FIGURAS I-1 y I-2. En la primera condición ilustrada en la Figura I-
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 I-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.
1.04 VENTAJAS DE LAS BASES ASFÁLTICAS
Este manual incluye cartas de diseño para capas de base de concreto asfáltico, capas
de base tratadas con asfalto emulsificado y capas de base de agregados no tratados.
Las bases asfálticas ofrecen muchas ventajas sobre las bases no tratadas. Una de las
mayores ventajas es que 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. Consecuentemente, para las mimas condiciones de carga, las
bases tratadas con asfalto pueden ser construidas con espesores menores que las bases
de agregados no tratados.
Otras ventajas importantes de las bases asfálticas son:
Bajo una adecuada constitución; las bases asfálticas 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.
Las bases asfálticas son excelentes para construcción por etapas (Capítulo VII).
Se reducen las demoras en la construcción ocasionadas por el mal tiempo.
Las bases asfálticas pueden ser usadas por el tráfico de la construcción antes de
colocar la capa de superficie, agilizando de esta manera la construcción.
1.05 VENTAJAS DE LOS “PAVIMENTOS ASFÁLTICOS EN TODO SU
ESPESOR”
Un “Pavimento Asfáltico en Todo su Espesor” (Full-Depth Aspahlt Pavement) es un
pavimento en el que se utilizan mezclas asfálticas para todas las capas encima de la
subrasante natural o mejorada. Además de las ventajas citadas en 1.01, el “Pavimento
Asfáltico en Todo su Espesor” no retiene agua, la cual puede causar fallas en la base y
en la subrasante como sucede frecuentemente en el caso de las bases de agregados no
tratados. De hecho, hay a veces una pequeña o ninguna reducción en la resistencia de
la subrasante bajo los “Pavimentos Asfálticos en Todo su Espesor”.
De acuerdo a estudios limitados, se ha encontrado que, después de la construcción, el
contenido de humedad de una subrasante arcillosa puede estabilizarse a un contenido
de humedad menor en los “Pavimentos Asfálticos en Todo su Espesor”; fenómeno
generalmente opuesto al que se encuentra cuando se emplean bases de agregados no
tratados. Sin embargo, el uso de “Pavimentos Asfálticos en Todo su Espesor” no
elimina la necesidad de considerar el subdrenaje adecuado. El diseño de una adecuado
sistema de drenaje es un espesor esencial a considerar dentro del diseño de
pavimentos. Incluso cuando no se consideren sistemas de subdrenaje bajo los
pavimentos, deben requerirse frecuentemente drenes interceptores para desviar las
aguas freáticas o subterráneas. El Manual Drenaje de Estructuras de Pavimentos
Asfálticos (MS-15), del Instituto del Asfalto proporciona una discusión profunda de
todos los aspectos del drenaje de pavimentos asfálticos. Otras ventajas del
“Pavimento Asfáltico en Todo su Espesor” son:
Se reduce el tiempo de construcción.
Cuando se construye en capas gruesas – 100 mm. 6 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
“Pavimento Asfáltico en Todo su Espesor” es menor que las estructuras de pavimentos
con capas de agregados no tratados.
Usualmente son menos afectados por la humedad.
CAPITULO II
CONSIDERACIONES DE DISEÑO
2.01 INTRODUCCIÓN
En este capítulo 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 tráfico, el
uso de la construcción por tapas y la comparación económica de diferentes alternativas
de diseño. Los métodos para definir detalladamente cada uno de los factores actuales
de diseño son presentados en los capítulos respectivos.
Generalmente se conoce más acerca de las características del tráfico, clima y
condiciones de la subrasante, en carreteras de alto volumen de tráfico que en caminos
de bajo volumen de trafico. Adicionalmente, pueden requerirse estándares más
exigentes de materiales y construcción y mejores compartimientos para períodos de
servicio más largos. En tal sentido, el grado de complejidad aplicado al diseño de un
pavimento puede variar dependiendo de la clase de carretera o calle que se considere.
2.02 CLASIFICACIÓN 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 funcional consiste en organizar las carreteras y calles en
diferentes clases, o sistemas, de acuerdo al tipo de servicio que estas proporcionan. La
clasificación más importante es:
SISTEMAS RURALES SISTEMAS URBANOS
SISTEMA ARTERIAL PRINCIPAL
Interestal
Otras arterias principales.
SISTEMA ARTERIAL MENOR
Colectoras mayores
Colectoras menores
SISTEMA LOCAL
SISTEMA ARTERIAL PRINCIPAL
Interestatal
Otras autopistas & vías expresas
Otras arterias principales.
SISTEMA ARTERIAL MENOR DE
CALLES
SISTEMA COLECTOR DE CALLES
SISTEMA LOCAL DE CALLES
2.03 SELECCIÓN DE VARIABLES DE DISEÑO
En lo posible, las propiedades de los suelos de subrasante y materiales de
construcción, los valores de tráfico, los factores climáticos y otras variables de diseño
deben basarse en estudios de datos actuales. Sin embargo, en muchos casos y
particularmente para caminos secundaros y calles, la información necesaria no esta
disponible. Para estos casos el manual presenta guías apropiadas en los capítulos
respectivos.
Las recomendaciones acerca de las variables de diseño varían según la clasificación
de vialidad o el nivel del tráfico de diseño. Para un tráfico más pesado, se seleccionan
valores más conservadores, resultando en pavimentos de mayor espesor, cuando las
otras variables se mantienen constantes. Por ejemplo, la resistencia de diseño
recomendada para los suelos de subrasante, es más baja para tráfico pesado que ara
tráfico liviano. Por otro lado, los requerimientos para el diseño de la mezcla asfáltica
son más estritos para tráfico pesado que para tráfico liviano. Los requerimientos del
espesor mínimo para el concreto asfáltico son también función del nivel del tráfico y
del tipo de base.
Si el conocimiento de las propiedades de los suelos de subrasante de los materiales de
las capas del pavimento es escaso; y si el control de calidad de la construcción es
inadecuado, es probable que el pavimento resultante, varíe en calidad y
comportamiento. Cuanto mayor es la variabilidad del pavimento construido, mayor
será la probabilidad de fallas prematuras y de mayores o más elevados costos de
mantenimiento. Además, la selección del tipo de base puede afectar el
comportamiento del pavimento. Como se vio en el Capítulo I, las bases asfálticas tiene
ventajas sobre las bases de agregados no tratados y deberían de emplearse en lo
posible.
2.04 CONSTRUCCIÓN DE ETAPAS
Existen numerosas situaciones de tipos de tráfico 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 tráfico de la construcción
y la superficie asfáltica puede ser añadida como una fase final de la construcción, otro
ejemplo son las vías en las que se prové un aumento considerable de tráfico en el
futuro. Una ventaja importante de la construcción por etapas radica en la posibilidad
de corregir las fallas que aparecen en la subrasante o en la base por causa del tráfico,
antes d proceder a colocar las capas definitivas, asegurando así un mejor acabado
superficial para períodos de tiempos mayores.
Los procedimientos de diseño para el planeamiento de la construcción por etapas se
presentan en el Capítulo VII.
2.05 COMPARACIONES ECONÓMICAS
Frecuentemente, pero no siempre, la selección del tipo de base o la decisión de usar
una construcción pone 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”. Un método para hacer ese análisis se da en el
capítulo VIII. Sin embargo, el menor costo inicial o toral, no es siempre la base más
lógica para tomar tales decisiones. Una de las razones fundamentales para utilizar la
construcción por etapas, por ejemplo, es que las condiciones futuras de tráfico puedan
ser desconocidas.
CAPÍTULO III
PRINCIPIOS DE DISEÑO
3.01 BASES PARA EL DISEÑO
En este método de diseño el pavimento se caracteriza como un sistema elástico
multicapa. El material de cada capa está caracterizado por su Módulo de Elasticidad y
su coeficiente de Poisson. El tráfico está 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. En el análisis, cada ruega dual está
representada por dos placas circulares con un radio d 115 mm (4,52”), espaciales 345
mm (13.57”) centro a centro, correspondiendo a una carga por eje de 80 kN (18,000
lbs) y una presión de contacto de 483 kPa (70 psi). Esta configuración estándar de
carga puede ser modificada fácilmente en el programa de cómputo DAMA.
El método puede ser usado para diseñar pavimentos asfálticos con varias
combinaciones de mezclas asfálticas de superficie y base; superficiales de asfalto
emulsificado (con tratamiento superficial) y base; y con bases y subbases de agregados
no tratados. La Figura III-I muestra esquemáticamente algunas secciones típicas de
pavimentos.
Los “Pavimentos Asfálticos en Todo su Espesor” (Full-Depth) son modelados como
un sistema de 3 capas, mientras que los pavimentos con agregados no tratados son
modelados con un sistema de cuatro capas.
3.02 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 (ver
Figura III-1). Estas deformaciones unitarias son:
(1) La deformación horizontal de tensión t, en el fondo de la capa asfáltica más
profunda, ya sea que se trate de concreto asfáltico o de una capa tratada con
asfalto.
(2) La deformación vertical de comprensión c, en la parte superior de la capa de
subrasante.
Si la deformación tensional horizontal t es excesiva, se producirán fisuras en la capa
asfáltica, mientras que si la deformación vertical comprensiva c es excesiva, se
producirán deformaciones permanentes en la superficie del pavimento por sobrecargar
la subrasante. Las deformaciones excesivas en las capas de materiales tratados se
controlan imponiendo ciertos límites en las propiedades de los materiales.
Para desarrollar los criterios de diseño, se calcularon las deformaciones tensionales
horizontales t y las deformaciones verticales comprensivas c, usando el programa
de computo llamado DAMA, el cual está basado en el programa de computo de N-
Capas desarrollado por la Chevron para el cálculo esfuerzos y deformaciones y
considera una amplia variedad de parámetros de entada, condiciones de carga y
condiciones ambientales.
PAVIMENTO ASFÁLTICO PAVIMENTO ASFÁLTICO
EN TODO SU ESPESOR CON BASE GRANULAR
(a)Pavimentos de Concreto (b) Pavimentos con base
Asfáltico en Todo su Espesor y granular.
base con asfalto emulsificado.
Figura III-1. Ubicación de las deformaciones consideradas en el procedimiento de diseño
3.03 CARACTERÍSTICAS DE LOS MATERIALES
Tordos 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 Módulo 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 utilizó la relación módulo-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 tres distribuciones típicas de la temperatura y sus
variaciones durante el año, se utilizaron tres 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 sentido exhaustivo de las relaciones módulo-
temperatura y de las propiedades de los asfaltos.
Mezclas de Asfalto Emulsificado
Las mezclas de asfalto emulsificado incluida en este manual están caracterizadas por 3
tipos de mezcla, dependiendo del tipo de agregado empleado.
Tipo I Mezclas producidas con agregados procesados de gradación densa.
Tipo II Mezclas producidas con agregados semiprocesados.
Tipo III Mezclas producidas con arenas o arenas-limosa.
Los valores del Módulo Dinámico fueron seleccionados para los 3 tipos de mezcla
luego de un exhaustivo estudio de datos.
EL modulo dinámico es función del tiempo de curando, considerándose en la
preparación de las cartas de diseño, un período de curado de 6 meses. Tiempos de
curado de hasta 24 meses no influyen mayormente en los espesores mostrados en las
cartas de diseño.
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 y varían al menos entre 15,000 psi (300 Mpa) hasta mas de
50,000 psi (345 Mpa).
3.04 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
módulo resiliente incrementad para representar la época de helada en el invierno y un
módulo resiliente reducido para representar la época de descongelamiento. Esta
variación se ilustra esquemáticamente en la Figura III-2. La misma técnica se utilizó
para representar los efectos ambientales den las bases granulares.
Figura III-2 Variaciones del Método de Subrasante en condición de hielo y deshielo
3.05 CARTAS DE DISEÑO
El programa de cómputo DAMA fue utilizado para determinar los espesores en
función de los dos criterios de deformación descritos en el numeral 3.02 para
diferentes condiciones seleccionadas. Se obtuvieron dos espesores para cada
condición, uno para cada valor de deformación crítica, 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 tráfico. 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 éste manual se seleccionaron tres grupos de condiciones
ambientales, representativas del rango de condiciones para las que debiera aplicarse el
manual:
Temperatura Media Anual del Aire Efecto de la Helada
<7ºC (45ºF) Si
15.5ºC (60ºF) Posible
>24ºC (75ºF) No
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.
CAPÍTULO IV
ANÁLISIS DE TRÁFICO
4.01 INTRODUCCIÓN
El propósito de este capítulo es proporcionar métodos para la determinación de datos
de tráfico que sirvan a los métodos de diseño estructural presentados en el capítulo VI.
Se consideran de primordial importancia al número y cargas por eje espectadas en un
período de tiempo determinado. Las cargas por eje varían típicamente de ligeras
[menos de 2,000 lb (9 kN)] a pesadas (más allá de los límites legales). Las
investigaciones han demostrado que es posible representar el efecto de cualquier eje
cargado con cualquier masa, sobre el comportamiento de un pavimento, por medio del
número de aplicaciones de carga por eje simple, equivalentes a un pavimento, por
medio de número de aplicaciones de carga por eje simple, equivalentes a 18,000 lb (80
kN), EAL (Equivalente Axle Load). Por ejemplo, una aplicación de un eje simple de
20,000 lb (89 kN) es igual a 1.5 aplicaciones de un eje simple de 18,000 lb (80 kN). Al
contrario, se requieren casi cuatro aplicaciones de un eje de 13,000 lb (58 kN) para
igualar una aplicación del eje simple de 18,000 lb (80 kN).
El procedimiento para el análisis del tráfico presentado en este capítulo incorpora el
concepto de cargas por eje simple de 18,000 lb (80 kN). Por consiguiente, se requiere
conocer el número de vehículos, o el número y la masa de las cargas por eje, esperados
en la vialidad. La mayor parte de los estados de los Estados Unidos, en colaboración
con la U.S. Federal Highway Administration (FHWA), recolectan estos datos cada uno
o dos años. Los datos de los pesos de camiones y del conteo vehicular están
normalmente disponibles en los departamentos locales de carreteras. Muchos otros
países también coleccionan éste tipo de información. Todos los procedimientos de
análisis de tráfico presentado en este manual, fueron derivados de estudios específicos
de conteos de camiones y datos de pesos, o tomados de esos datos disponibles.
4.02 ESTIMACIÓN DEL VOLUMEN DE TRAFICO
La estimación de los volúmenes de tráfico inicial y futuro para el diseño estructural de
pavimentos, requiere de un estudio y análisis exhaustivo. La información presentada
en este capítulo puede ser usada con este propósito.
Período de Análisis
Para comparar diferentes alternativas de diseño, es preciso seleccionar un período de
tiempo para el cual se hace el análisis de esas alternativas. Esto se reconoce como el
Período de Análisis, el cual es discutido en detalle en el capítulo VIII “Análisis
Económico”.
Clasificación y Número de Camiones
El procedimiento de análisis del tráfico usado en este manual requiere un estimado del
número de vehículos de los diferentes tipos, tales como automóviles, buses, camiones
simples y camiones acoplados de diferentes tipos que se prevean en la vía propuesta.
En los Estado Unidos, se hacen periódicamente conteos de clasificación del tráfico por
las agencias estatales de carreteras y otras agencias y esa información esta disponible
para su empleo en el diseño estructural de pavimentos.
Cuando no hay disponibilidad de los datos de conteo y clasificación de tráfico, se
pueden obtener estimados de los datos presentados en la Tabla IV-1, “Distribución de
Camiones en Diferentes Clases de Carreteras-U.S.A.”. Esta tabla es la compilación de
datos de conteos de camiones obtenidos por varios estados con la colaboración de la
FHA. El margen de porcentajes en la Tabla IV-1 indica el rango probable en los
Estados Unidos. Algunos casos individuales se pueden presentar con valores mayores
o menores en el rango indicado.
Los datos estadísticos para el año 1986, indican que el volumen de camiones pesados
(ver Glosario) promedio, en todos los tipos de carreteras de los Estados Unidos fue
alrededor del 7% del volumen de tráfico total. Regionalmente puede esperarse un
rango entre 2 y más del 25%. Un 10% de camiones pesados es común en autopistas
urbanas, con una variación entre 5 y 15%. Durante las horas-pico, el porcentaje de
camiones es normalmente menor que el promedio diario. En la hora-pico, el número
de camiones pesados es alrededor de la mitad del porcentaje diario promedio de
camiones en arterias urbanas y varia de un medio a dos tercios en carreteras rurales.
Se recomienda el uso de la información de tráfico local, sin embargo, el tráfico local
esta sujeto a variaciones y por lo tanto deben tomarse precauciones en la recolección y
análisis de datos.
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 extremo. Bajo ciertas condiciones es probable que haya un
mayor tráfico de camiones en un sentido que el otro. En muchas localidades, los
camiones circulan cargados en un sentido y vacíos en el otro. A falta de información
precisa puede usarse la guía presentada en la Tabla IV-2, para determinar la
proporción de camiones en el Carril de Diseño.
Tabla IV-2 PORCENTAJE DEL TRAFICO TOTAL DE CAMIONES EN EL
CARRIL DE DISEÑO
NÚMERO DE CARRILES
(DOS DIRECCIONES)
PORCENTAJE DE CAMIONES EN EL
CARRIL DE DISEÑO
1
4
6 ó más
50
45 (35-18)*
40 (25-48)*
* Rango probable
Período de Diseño
Un pavimento pude ser diseñado para soportar el efecto acumulativo del tráfico
durante cualquier período de tiempo. El período seleccionado, en años, para el cual se
diseña el pavimento se denomina Período de Diseño. Al término de este período puede
esperarse que el pavimento requiere de trabajos de rehabilitación, usualmente a través
de una sobrecarga asfáltica, para devolverle su adecuado nivel de transitabilidad. El
Período de Diseño sin embargo, no debe confundirse con la vida del pavimento con el
Período de Análisis. La vida del pavimento puede extenderse indefinidamente por
medio de sobrecapas u otras medidas de rehabilitación, hasta que la vía sea se torne
obsoleta, por cambios de rasante, alineamiento y otros factores.
Tabal IV-1 DISTRIBUCION DE CAMIONES SOBRE DIFERENTES CLASES DE CARRETERAS – ESTADOS UNIDOS
Clase de Camion
PORCENTAJE DE CAMIONES
SISTEMAS RURALES SISTEMAS URBANOS
Inter.
Estatal Otras
Princ. Menor
Arte. Colectoras Rango Inter.
Estatal Otras
Princ. Menor
Arte.
Colectoras Rango
May. Men. May. Men.
Unidades Simples de
Camiones
2 ejes, 4 llantas
43
60 71 73 80 43-80 52 66 67 84 86 52-86
2 ejes, 6 llantas
8 10 11 10 10 8-11 12 12 15 9 11 9-15
3 ejes o mas
2 3 4 4 2 2-4 2 4 3 2 <1 <1-4
Todas las unidades simples
53 73 86 87 82 53-92 66 82 85 95 97 66-97
Unidades Multiples de
Camiones
4 ejes o menos
5 3 3 2 2 2-5 5 5 3 2 1 1-5
5 ejes
41 23 11 10 6 6-41 28 13 12 3 2 2-28
6 ejes o mas
1 1 <1 1 <1 <1-1 1 <1 <1 <1 <1 <1-1
Todas la unidades posibles
47 27 14 13 8 8-47 34 18 15 5 3 3-34
Todos los camiones
100 100 100 100 100 100 100 100 100 100
Capacidad de la Carretera
Es necesario considerar el número de carriles necesarios para satisfacer los volúmenes
de tráfico inicial y durante el Período de Diseño.
Crecimiento del Tráfico
El pavimento debe ser diseñado para servir adecuadamente la demanda del tráfico
durante un período de años. El crecimiento del tráfico (positivo o negativo) debe por
tanto ser anticipado cuando se determinen los requerimientos estructurales de
pavimento. Los registros históricos de tráfico en vialidades similares a aquella bajo
estudio, así como los programas de planeamiento comunal o regional, pueden servir
como base para la estimación del crecimiento del tráfico. El crecimiento global
aparentemente no difiere grandemente en zonas urbanas o rurales; sin embargo, debido
a que las tasas de crecimiento promedio están basadas en el total de kilómetro viajados
por los vehículos, es aconsejable, en lo posible, determinar separadamente las tasas de
crecimiento para camiones y para vehículos de pasajeros.
El crecimiento normal compuesto en los Estados Unidos varía entre 3 y 5% por año,
sin embargo, carreteras nuevas o nuevos desarrollos pueden generar incrementos de
mayor magnitud. En Estados Unidos se han sugerido tasas de crecimiento entre 4 y
9% para carreteras rurales y de 8 a más del 10% para algunas autopistas interestatales.
Al aplicar los factores de crecimiento hay que evitar exceder la capacidad de los
vehículos sobre la vía, ya que esto acarrearía un diseño innecesariamente conservador.
El crecimiento puede tomarse en cuenta en el diseño empleando los Factores de
Crecimiento mostrados en la Tabla IV-3. Estos factores, multiplicados por el volumen
de tráfico estimado del primer año (EAL), proporcionan el número total de
repeticiones de carga esperadas durante el Período de Diseño.
4.03 ESTIMACIÓN DEL EAL
El análisis de tráfico recomendado permite determinar el número de aplicaciones de
cargas equivalente a un eje simple de 18,000 lb (80 kN) (EAL), a ser usado en al
determinación de los espesores del pavimento. La siguiente terminología es utilizada:
Factor común. Es el número de aplicaciones equivalentes a una carga por eje simple
de 80 kN (18,000 lb), en una pasada de un vehículo dado.
Factor de Equivalencia de Carga. Es el número de aplicaciones equivalentes a una
carga por eje simple de 80 kN (18,000 lb) en una pasada de un eje dado.
Número de vehículos. Es el número total de vehículos considerados.
El EAL se calcula multiplicando, el número de vehículos en cada clase de peso, por el
Factor Camión apropiado y sumando los productos:
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 número de ejes de cada rango de peso, por el
Factor de Equivalencia de Carga apropiado, dividiendo la suma de los productos por el
número total de vehículos involucrados.
Los Factores de Equivalencia de Carga, pueden obtenerse de la Tabla IV-4. La Figura
IV-1(a) presenta un ejemplo de calculo de EAL para varios tipos de cargas por eje y la
Figura IV-1(b) ilustra el calculo del factor camión para un camión simple, empleando
los factores de equivalencia de carga de la Tabla IV-4. El procedimiento para calcular
los Factores Camión se muestra en una Figura IV-2.
Los Factores Camión pueden calcularse para camiones individuales de cualquier tipo,
o para combinaciones de diferentes tipos de camiones (es decir, unidades simples de
dos ejes, unidades simples de 3 ejes, unidades de tractor y trailer de 5 ejes).
La Tabla IV-5 presentan Factores Camión Típicos para una variedad de clasificaciones
de camiones y carreteras en los Estados Unidos de Norteamérica. Estos Factores
Camión fueron calculados de los datos recolectados individualmente por diferentes
estados y recopilaos por la FHWA, a partir de estudios realizados en más de 600
localidades en los Estados Unidos durante 1985. Es necesario enfatizar que estos datos
son promedios de un estudio y que deberá usarse la información detallada de los
conteos de tráfico locales, cuando estén disponibles.
Las características de la flota actual de vehículos esta cambiando gradualmente a
medida que los vehículos antiguos son reemplazados por otros de tecnologías más
modernas. Los neumáticos de faja están siendo reemplazados por los neumáticos
radiales, lo que a su vez cambia la presión de contacto aplicadas al pavimento. Los
sistemas de suspensión están mejorando, el número de suspensiones basadas en bolsas
de aire está aumentando y los antiguos sistemas basados en hojas de muelle, están
disminuyendo en número. Todos estos cambios en la industria automotor ha generado
muchos esfuerzos de investigación para evaluar el impacto global de estos cambios en
la vida de los pavimentos, creando la posibilidad de establecer nuevos factores de
carga equivalente en un futuro.
)CamiónFactor*ClasecadadeVehículosdeNúmero(EAL
VehiculosdeNúmero
)aargCdeiaEquivalencdeFactor*EjesdeNúmero(omedioPrCamiónFactor
El mayor Factor Camión promedio mostrado en la Tabla IV-5 es de 2.21, pero en
caminos sujetos a elevados volúmenes de camiones extremadamente cargados se han
reportado mayores factores Camión. Bajo ciertas circunstancias, tales como caminos
de acceso a zonas de operaciones comerciales pesadas, zonas de operaciones mineras
o zonas de extracción maderera, los Factores Camión para camiones cargados pueden
exceden el valor de 5.0. Datos limitados indican que en algunos casos un flujo de
camiones con tractor y semi-trailer de 5 ejes, extremadamente cargados, pueden
consistir de dos tercios en exceso a 329 kN (74,000 lb) de peso bruto. Se pueden usar
con fines de diseño, varias combinaciones de tráfico normal mezclado, más cierto
porcentaje de esos vehículos extremadamente cargados, para determinar Factores
Camión promedio mayores de 2.0.
4.04 DETERMINACIÓN DEL EAL DE DISEÑO
Los siguientes pasos indican el procedimiento a seguir para determinar el EAL de
diseño:
(1) Determine el número promedio de cada tipo de vehículo anticipado en el Carril
de Diseño Durante el primero año de servicio.
(2) Determine, de los datos de pesos por eje, o seleccione 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 factores de Crecimiento separados para cada tipo de vehículo,
según sea apropiado en el período 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 IV-3 muestra un ejemplo de determinación de EAL de Diseño para una
carretera rural de 4 carriles siguiendo el procedimiento ya indicado.
Otro factor que debería tenerse en consideración para la determinación del EAL es el
efecto perjudicial de las presiones de contacto elevadas. Si las medidas actuales de la
presión de inflado de los neumáticos indican valores significativamente por encima del
valor de la condición de carga estándar (70 psi), entonces los factores de ajuste de la
Figura IV-4 deberían de emplearse para modificar el tráfico de diseño debido a este
incremento adicional de los esfuerzos. Este ajuste se hace multiplicando el EAL inicial
de diseño, por el Factor de Ajuste del AEL (de la línea apropiada de espesores de
concreto asfáltico) para cada tipo de vehículo individual o para la condición de camión
promedio. Normalmente la presión de contacto de los neumáticos es igual al 90% de la
presión de inflado.
FIGURA IV-3 EJEMPLO DE HOJA DE TRABAJO PARA EL ANÁLISIS DE TRAFICO
4.05 BERMAS Y ZONAS DE PARQUEO
Las carreteras y calles que transportan grandes volúmenes de tráfico de automóviles,
con un bajo número de camiones, requieren una atención especial, colocándoles
bermas. A continuación se presentan las guías para determinar el EAL de Diseño para
esas vías.
Calles Residenciales y Zonas de Parqueo
La mayor parte de esas vías cuentan con relativamente altos volúmenes (casi un
100%) de tráfico de automóviles y relativamente pocos camiones. Un diseño de
pavimentos basados en los factores de Equivalencia de Carga para ejes ligeros dados
en la Tabla IV-4, puede resultar en un pavimento que es muy débil para soportar
tráfico pesado ocasional como limpiadores de nieve, camiones de mantenimiento,
concreteras, omnibuses, etc. Por consiguiente se recomienda tratar de hacer un
estimado realita del tráfico futuro de camiones en calles residenciales y
estacionamientos. En caso contrario, deben usarse las recomendaciones de espesores
mínimos dadas en el Capítulo VI-PROCEDIMIENTO PARA EL DISEÑO
ESTRUCTURAL.
Bermas
Las bermas asfálticas se construyen para aumentar la seguridad y acomodar a los
vehículos durante las paradas de emergencia. Las bermas deben permanecer libre del
tráfico normal de vehículos en movimiento y a menudo deben servir como carriles
temporales de conducción durante las actividades de construcción o mantenimiento. A
veces, las bermas se emplean como carriles de tráfico lento. Por esas razones, y
cuando sea posible estimar el tráfico futuro que las usará, se recomienda que las
bermas se diseñen usando los principios y procedimientos de diseño adoptados en este
manual para los carriles principales de circulación. Como una protección mínima
contra los efectos dañinos de los vehículos pesados ocasionales, se recomienda que el
EAL, de Diseño para las bermas sea al menos 2% del EAL de Diseño para el Carril de
Diseño.
Figura IV-4 Factor de Ajuste del EAL por las Presiones de la llantas.
CAPITULO V
EVALUACION DE MATERIALES
5.01 GENERAL
Para un trafico dado, el diseño de un pavimento implica tres pasos:
Selección de los materiales a ser empleados en la construcción.
Requerimientos de espesores para cada tipo de material a ser usado.
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 asfaltico,
mezclas de asfalto emulsificado, agregados para bases y subbases y materiales de
subrasante.
En el capitulo III se describieron brevemente los principios de diseño empleados en el
desarrollo de este manual. Se menciono que los materiales de la sección estructural y
de la subrasante, estan carqacterizados por las constantes elasticas apropiadas. El
instituto del asfalto ha investigado para la preparación de este manual, las propiedades
posibles de los materiales a emplearse en la estructura del pavimento, es decir,
concrero asfaltico, mezclas de asfalto emulsificado y agregados para base y súbase.
Las cartas de diseño del Apéndice, fueron preparadas utilizando los valores apropiados
de las constantes elasticas; asi que no sera necesario que el usuario la determine.
La propiedad determinante de la subrasante es el Modulo de Resilencia (Mr). El
procedimiento recomendadopara determinar Mr se describe en el Manual de Suelos
(MS-01) del Instituto del Asfalto. Se reconoce sin embargo, que numerosas agencias
no disponen del equipo necesario para efectuar el ensayo de mu=odulo de Resilencia,
por eso, se han establecido factores apropiados para establecer Mr a partir de los
ensayos de 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.
Se advierte a las agencias interesadas en medir el valor de Mr de los suelos de la
subrasante, que este valor depende de la magnitud del esfuerzo bajo la carga de diseño.
Los espesores mostrados en las graficas de diseño de Apéndice, dependen a su vez de
los valores de Mr de los suelos de subrasante. En tal sentido, debe ponerse especial
cuidado en que la presion de confinamiento y el esfuerzo desviador usados durante el
ensayo, esten lo mas cercanos posibles a las condiciones de esfuerzos anticipadas en el
campo. El metodo de ensayo recomienda una presion de confinamiento y un esfuerzo
desviador que son razonables para la mayoria de ensayos.
A. Suelos de Subrasante
5.02 DEFINICION
La subrasante se define como el suelo preparado y compactado para soportar la
estructura del pavimento. Es la cimentación de la estructura del pavimento. El suelo o
material de subrasnte es llamado tambien “suelo de cimentación”.
5.03 SUBRASANTE MEJORADA
Una subrasnte mejorada es cualquier capa o capas de material mejorado entre el suelo
natural y la estructura de pavimento. Puede consistir de un material tratado en sitio o
de un material importado.
5.04 METODOS DE EVALUACIÓN
Las cartas de diseño de este manual requieren de un Moduklo de Resilencia de la
subrasante que puede determinarse a traves de ensayos en laboratorio, de acuerdo con
los procedimientos descritos en el Manual de Suelos (MS 10) del Instituto del Asfalto.
Para facilitar el uso de las cartas de diseño con otros ensayos ampliamente usados, se
han establecido correlaciones del Mr con el CBR y con los valores-R. Estos ensayos
estan detallados en el Manual de Suelos (MS 10) del Instituto del Asfalto y en los
siguientes metodos de ensayo ASTM/AASHTO:
CBR de Suelos Compactados ASTM D 1883 ( ASSHTO T 193)
Valor de Resilencia-R – ASTM D 2844 (ASSHTO Metodo T 190).
El modulo de Resilencia puede estimarse a partir del valor del CBR de acuerdo a la
siguiente relacion:
Mr (Mpa) = 10.3*CBR
Mr (psi) = 1500*CBR
El Modulo de Resilencia puede tambien estimarse a partir del valor –R usando la
relación:
Es aplicable para suelos del tipo CL, CH, ML, SC, SM y SP según el sistema SUCS, o
A-7, A-6, A-5,A-4 y A-2 según el sistema ASSHTO.o aquello materiales que se
estima tendran un Mr de 30 000 psi (207 Mpa) o menor. Estas correlaciones no son
aplicables a materiales de base o súbase granulares no tratadas. Se requiere conducir
ensayos de laboratorio directos para obtener valores de Mr de la subrasante.
5.05 MUESTREO Y ENSAYOS
Un plan de muestreo y ensayos debe ser preparado como un paso preliminar en el
proceso de diseño. Las guias generales para la selección de las zonas de muestreo a lo
largo de un proyecto se describen en el apéndice B del Manual de Suelos (MS 10) del
Instituto del Asfalto. Dicho manual tambien proporciona guies para el desarrollo de
perfiles de suelos y para la clasificacion de los suelos de subrasante.
La Tabla V-I ofrece guias para la preparación de muestras y ensayos de duelos de
subrasante.
Tabla V.I ENSAYOS SOBRE LOS SUELOS DE SUBRASANTE Y TAMAÑOS DE
LAS MUESTRAS.
5.06 SELECCIÓN DEL MODULO DE RESILENCIA DE DISEÑO DE LA
SUBRASANTE.
Los valores de ensayos individuales de los suelos de subrasnte ( de 6 a 8 ensayos), son
utilizados para determinar el modulo de Resilencia de Diseño de la Subrasante (Mr).
Para cda grupo de valores, Mr debe ser seleccuionado en funcion del trafico; cuanto
mayor es el trafico menor es el valor de diseño de Mr. Esto se hace para asegurar un
diseño mas conservador en una via con mayores volúmenes de trafico.
El Modulo de Resilencia de Diseño de la subrasante, se define como el valor del
Modulo de Resilencia que es menor que el 60%, el 75% o el 87.5% del total de los
valores analizados en la seccion. Estos porcentajes se conocen como Valores
Percentiles y estan relacionados con el trafico como se indica en la Tabla V-2.
Tabla V-2 Limites de diseño para subrasantes.
Nivel del Trafico
(EAL)
Percentil de diseño
(%)
104 o menos 60
Entre 104 y 10
6 75
106 o mas 87.5
El procedimiento grafico para determinar el Modulo de Resilencia de la Subrasante de
Diseño Mr, es como sigue:
Selecciones el Trafico de Diseño EAL de acuerdo al procedimiento descrito en el
capitulo IV.
Ensaye de 6 a 8 muestras de subrasante de acuerdo a las secciones 5.04 y 5.05.
Convierta los CBR o valores-R a valores de Mr según se indico.
Disponga los valores de Mr en secuencia numérica descendente.
Para cada valor diferente de Mr, empezando con el menor valor de Mr, compute el
numero de valores que son iguales o mayores que aquel. Compute luego el porcentaje
de cada uno de los valore scon respecto al total de valores analizados.
Plotee en un grafico los resultados obtenidos, en el eje de abcisas los valores de Mr y
en el eje de coordenadas los Porcentajes de Valores mayores o Iguales.
Trace una curva suave, que mejor se adpte a los puntos ploteados en la graficas, (Nota:
si los resultados estan bien distribuidos esta curva debe tener la forma de una “S”
donde el 50% percentil deberia de estar cerca del valor promedio de datos analizados.
Lea de la curva el valor de resistencia de la subrasante para el valor percnetil
apropiado. Este ees el valor de Modulo de Resilencia de la Subrasante de Diseño Mr.
Ejemplo:
Determine el Modulo de Resilencia de la Subrasante de Diseño para las siguientes
condiciones:
Trafico de Diseño EAL = 104 , 105 y 106.
Los ,resultados de 7 ensayos produjeron los siguientes valores de modulo de
resilencia: 6500; 8500; 9800; 9900; 11 600; 15 500.
Los valores percentiles de Mr se calculan como se indica a continuación:
Mr
(psi)
Numero de Valores Mayores
o Iguales a Mri
Porcentaje de Valores
Mayores o Iguales
15.500 1 (1/7) 100 = 14
11.600 2 (2/7) 100 = 29
9.900
9.900 4 (4/7) 100 = 57
9.800 5 (5/7) 100 = 71
8.500 6 (6/7) 100 = 86
6.500 7 (7/7) 100 = 100
Dibújense los valores de Mr y % obtenidos, como se indico anteriormente.
Los valores del Modulo de Resilencia de la Subrasante de Diseño, Mr, para los tres
niveles de trafico dado, se obtienen de la curva y son:
EAL PERCENTIL (%) Mr (psi)
104 60 10 000
105 75 9 300
106 87.5 8 200
5.07 REQUERIMIENTOS DE COMPACTACION DE LA SUBRASANTE
Los ensayos de compactacion deben ser hechos en el laboratorio para cada tipo de
suelo a ser usado en la construcción, con el objeto de determinar la máxima densidad
practica que ser alcanzada en obra. Para los suelos de subrasante dichas densidades
compactadas de laboratorio deben ser determinadas empleando el metodo AASHTO
T180. Los siguientes criterios de compactacion son recomendados para los suelos de
subrasante o subrasantes mejoradas en la construcción de pavimentos asfalticos:
Subrasantes Cohesivas.
Un minimo del 95% de la densidad obtenida con ASTM Metodo 1557 (AASHTO
T180) Metodo D para los 300 mm superiores y un minimo de 90% para todos los
rellenos por debajo de la capa de 300 mm. El contenido de humedad para la
compactacion de suelos cohesivos debe seleccionarse de manera tal que produzca la
mayor resistencia remoldeada con las características de expansion. Generalmente, los
suelos cohesivos no expansivos deberían ser compactados uno o dos puntos
porcentuales sobre el lado seco del contenido de humedad optimo de laboratorio. En
algunos casos puede ser necesario reducir los requerimientos del porcentaje de
compactacion requerido, para prevenir excesos de expansión.
Suelos sin Cohesión
Un minimo de 100% de la densidad ASTM Metodo 1557 (AASHTO T180), Metodo
D para los 300 mm superiores y un minimo de 95% para todos los rellenos por debajo
de la capa de 300 mm. SE clasifica como suelos sin cohesión a las arenas limpias y
gravas que tienen un Indice de Plasticidad por debajo del 6% y que no se pegan
cuando estan secos. Estos suelos se pueden densificar con cargas vibratorias.
Concreto Asfaltico de Superficie y Mezclas de Base
5.08 REQUERIMIENTOS DE MATERIALES PARA CONCRETO ASFALTICO
Las propiedades del concreto asfaltico usadas en este manual estan basadas en
exhaustivos de la relacion Modulo Dinamico – Temperatura para las mezclas de
concreto asfaltico de gradación densaq. En general, no es neceasario realizar ensayos
sobre el concreto asfaltico para poder usar las cartas de diseño, siempre y cuando se
satisfagan los siguientes requerimientos:
1. La granulometria de los agregados debe cumplir con los requerimientos para
concreto asfaltico del Model Construction Specification for Asphalt Concrete
and other Plant Mix types (SS – 1) del instituto del asfalto, cuando son
ensayados de acuerdo a los procedimientos detallados en el Mix Design
Methods for Asphalt Concrete and other Hot- Mix types (MS - 2), del instituto
del asfalto.
2. La mezcla del cemento asfaltico y agregados debe ser diseñada para satisfacer
los criterios sugeridos en el manual SS-1, y:
3. El concreto asfaltico debe compactarse a la densidad indicada en la seccion
5.09.
Las cartas de diseño estas referida a 2 capas de concreto asfáltico; capa de superficie
y capa de base. Es necesario que ambas capas satisfagan los 3 requerimientos ya
mencionados. El agregado en la capa de base puede consistir de piedra trituada o sin
triturar o una combinación de ambas; sin embargo, el agregado grueso en la capa de
superficie debe poseer un mínimo de 50% de agregados triturados.
5.09 CRITERIOS DE COMPACTACION DEL CONCRETO ASFALTICO
A fin de establecer una densidad de referencia más realista, las muestras de mezcla
producida en planta, deben ser compactadas a pie de la obra o en el laboratorio. El
Instituto de Asfalto recomienda el siguiente procedimiento :
Divida la mezcla producida en lotes, con cada uno de ellos igual a la mezcla producida
durante un día, peor que no exceda de 3,000 toneladas.
Determinar la densidad de referencia para cada lote, midiendo la densidad
promedio en especimenes preparados en el laboratorio representativos de sub-muestras
tomadas al azar, de los camiones que transportan la mezcla al sitio de trabajo.
La densidad del pavimiento compactado deberá ser determinada a partir de ensayos
con densímetro nuclear o de testigos diamantinos. Esto debe ser hecho en las secciones
del pavimento construidas con las mismas mezclas de los camiones a partir de las
cuales se obtuvieron las muestras para la densidad de referencia. Se recomienda
determinar 5 valores de densidad en el campo para cada lote de base y capa
superficial. El promedio de esas cinco determinaciones de la densidad deberá ser:
Igual maque que el 96% de la densidad promedio de los especimenes preparados en el
laboratorio, sin que ningún valor individual sea menor que el 94%, o
Igual o mayor que el 92% de la máxima gravedad específica teórica, sin que ningún
valor individual sea menor que el 90%
Para la determinación de la densidad referencial y la densidad relativa, referirse a la
especificación PM – 1 “Aceptance Requirements” del Model Construction
Specifications for asphalt Concrete and Other Plant – Mix Types (SS-1) del Instituto
del Asfalto.
C. Mezclas de Base Asfáltica Emulsificada
5.10 REQUERIMIENTOS DE MATERIALES PARA MEZCLAS CON ASFALTO
EMULSIFICADO
Las mezclas con asfalto emulsificado incluidas en este manual están
caracterizadas por 3 tipos:
Tipo I Mezclas producidas con agregados procesados de granulometría densa.
Tipo II Mezclas producidas con agregados semiprocesados
Tipo III Mezclas producidas con arenas o arenas limosas.
Los agregados y emulsiones asfálticas usados en esos tres tipos de mezcla,
deben satisfacer los requerimientos especificados en el capítulo VII del documento A
Basic Asphalt Emulsion Manual (MS – 19) del Instituto de Asfalto. El diseño de las
mezclas de asfalto emulsificado debería de realizarse empleando los procedimientos y
criterios presentados en el MS – 19 . Se utilizaron las proipiedades típicas de
materiales de esos tres tipos de mezclas para desarrollar las curvas de espesores de
diseño del presente manual.
Se requiere que la mezcla se haga en planta para producir mezclas de asfalto
emulsificado de alta calidad, de gradación densa Tipo I, a fin de tener los controles
necesarios para lograr un mezclado uniforme del agregado, el asfalto emulsificado y
en algunos casos, agua, durante el proceso de mezclado. Se pueden usar el mezclado
en planta o en el camino, para producir mezclas de asfalto emulsificado de los Tipos
II, o III.
5.11 REQUERIMIENTOS DE COMPACTACION PARA MEZCLAS
ASFÁLTICAS EMULSIFICADAS
No existe un procedimiento estandar para determinar la densidad de
campo de y mezclas asfálticas emulsificafdas .Mientras no se adopte un procedimiento
estandar , el Instituto del Asfalto recomienda lo siguiente :
Divida la producción de la mezcla con asfalto emulsificado en lotes , con cada lote
igual a la mezcla producida durante un dia . Determine la densidad patron o de
referencia para cada lote , promediando la densidad de 6 muestras preparadas en el
laboratorio , con dos sub muestras tomadas al azar de los camiones que transportan
la mezcla al sitio de trabajo .
Las recomendaciones para los procedimientos de compactacion de la mezcla del
laboratorio estan dadas en el manual MS-19 del Instituto del Asfalto .La densidad de
referencia debera ser reportada como densidad seca .
Determine la densidad compactada en el campo en 5 puntos localizados al azar para
cada lote de mezcla compactada .La densidad del material recien compactado puede
determinarse por medio de un aparato nuclear debidamente calibrado u otro
procedimiento .
Las determinaciones de la densidad después de un periodo de curado , pueden
determinarse de muestras obtenidas del material compactado , utilizando una
Técnica apropiada para la extracción de testigos .Todos los valores de densidad
compactada deben compartirse en valores de densidad seca .
Información adicional sobre la compactacion de mezclas asfálticas emulsificadas
puede obtenerse del documento A Basic Asphalt Emulsion Manual
(MS –19) del Instituto del Asfalto .
5.12 REQUERLMIENTOS DE MATERIALES PARA BASE Y SÚBBASE
NO TRATADOS
En los casos en el que el diseño incorpore bases y subbases de agregados no
tratados ,es recomendable que estan satisfagan los requerimientos de la
Especificación ASTM D 2940 Graded Aggregate Material for Bases or Subbases
For Highways and Airports , excepto cuando sea apropiado emplear los
requerimientos dados en la Tabla V-3.
TABLA V-3 REQUERIMIENTOS DE LA CALIDAD PARA BASE
Y SÚBASES DE AGREGADOS NO TRATADOS
5.13 REQUERIMIENTOS DE COMPACTACION PARA BASES Y SUBBASES
DE AGREGADOS NO TRATADOS
Las bases y subba36se de agregados no tratados deben compactarse
A un contenido de humedad optimo , con una tolerancia del 1.5%, a fin de alcanzar
un minimo del 100% de la densidad máxima de laboratorio determinada usando el
metodo ASTM D 1557, Metodo D ( AASHTO T 180 metodo D ) .36.
La carga de compactacion y la presion de contacto deben ser tan altas que el
Material que esta siendo compactado las pueda soportar sin causar desplazamientos
de las capas de súbase o base o daños en la subrasante . Cuanto mas fuerte sea la capa
colocada , puede aumentarse la carga y la presion para obtener densidad de
compactacion final .Debera hacerse un minimo de 3 densidades de campo por cada
3,000 toneladas de material.
CAPITULO VI
PROCEDIMIENTO DE DISEÑO ESTRUCTURAL
6.01 INTRODUCCION
En este capitulo se presentan los procedimientos para la determinación de los espesor
de estructuras de pavimento con superficies de concreto asfáltico ,de
Asfalto emulsificado (con tratamiento superficial) ,bases de concreto asfáltico, bases
con asfalto emulsificado y bases o sub-bases de agregados no tratados.
Como se explico en el capitulo lll - Principios de Diseño ,los espesores resultantes
Satisfacen dos criterios diferentes de deformación de tensión horizontal en el fondo de
la capa asfáltica más profunda.
Los espesores de diseño presentados en las Cartas de Diseño A-1 a A-36 del
Apéndice, representan los mayores espesores asociados con ambos criterios. El
programa de cómputo 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 tráfico desde EAL = 5* 103 hasta EAL
superior de la subrasante y la deformación de tensión horizontal en el fondo de la
capa asfáltica más profunda.
Los espesores de diseño presentados en las Cartas de Diseño A-1 a A-36 del
Apéndice , representan mayores espesores asociados con ambos criterios. El programa
de cómputo 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 tráfico desde EAL = 5* 103. 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 cómputo DAMA. Los diseños con EAL mayores de 3* 106, deben considerarse
como firmes candidatos para futuras sobrecapas o para la construcción por etapas.
6.02 PROCEDIMIENTO 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:
Seleccione o determine los datos de entrada:
Valor del tráfico EAL
Módulo de Resistencia de las Subrasante, M
Tipos de base y de superficie
Determine los espesores de diseño para las condiciones específicas de los datos de
entrada.
Prepare el diseño de la construcción por etapas, de ser apropiado
Efectúe un análisis económico de las diferentes alternativas de diseño
Seleccione el diseño final
Los pasos 1 a 3 determinan automáticamente el programa de cómputo HWY, en tanto
que la evaluación económica (paso 4) puede ser desarrollado empleando el programa
de computo LCCOST. Ambos programas están disponibles en el Instituto del Asfalto.
6.03 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
pavimento son:
Determinación del tráfico EAL expresado como el número total de aplicaciones de
carga por eje equivalente a 80 KN (18,000) esperadas durante el periodo de diseño Ver
capítulo IV ANÁLISIS DEL TRAFICO , para la determinación de EAL.
Módulo de Resitencia de la Subrasante, M Ver capítulo V Evaluación de Materiales.
Tipos de bases asfálticas a considerar, concreto asfáltico, mezclas, con asfalto
emulsificado, Tipos I, II o III, o base o súbase no tratadas.- Ver Capitulo V Evalución
de Materiales.
Las consideraciones involucradas en la selección de un tipo particular de base se
discuten en el Capítul II Consideraciones de Diseño.
6.04 FACTORES AMBIENTALES
Tal como se explicó en el Capítulo III, las cartas de diseño presentadas en este manual
están basadas en tres tipos de condiciones ambientales típicos en la mayor parte de
Norteamérica. El programa DAMA, puede ser usado para el diseño de pavimentos
bajo condiciones diferentes.
En las zonas donde existan suelos altamente susceptibles al fenómeno de heladas y
donde se encuentren severas condiciones de temperatura bajas, es necesario remover y
reemplazar tales sueles o tomar ciertas precauciones antes de 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
prevalencientes. La tabla VI- I recomienda grado de asfalto para diferentes
condiciones de temparatura.
TABLA VI.1 CRITERIOS DE SELECCIÓN DE GRADO DE ASFALTO
CONDICION DE TEMPERATURA GRADO DE ASFALTO
Frío temperatura promedio anual a
7°C
AC-5
AR-
2000
Pen
120/150
AC-10
KAR-4000
Pen 85/100
Frío temperatura promedio annual
entre 7°C y 24°C
AC-10
AR-
4000
Pen
85/100
AC-20
AR-8000
Pen 60/70
Cálido, temperatura promedio anual AC-20 AC-40
24°C AR-
8000
Pen
60/70
AR-16000
Pen 40/50
6.05 ESPESOR MINIMO DE CONCRETO ASFALTICO
Todas las cartas de diseño del presente manual fueron preparadas considerando capas
de concreto asfáltico de superficie y base que cumplen con todos requerimientos del
Item 5.08, o mezclas de asfalto emulsificado que cumplan con los requerimientos
estipulados en el Item 5.10
Cuando se use una capa de concreto asfáltico sobre una base con asfalto emulsificado
Tipo II o II, es posible obtener los espesores mínimos de concreto asfáltico
recomendados a partir de la tabla VI, 2. Se pueden hacer sustituciones con mezclas
asfálticas emulsificadas Tipo I, como se indica en la Tabla VI-2.
Cuando se use capa de base de mezcla asfáltica emulsificada Tipo, se requiere un
tratamiento superficial.
TABLA VI-2 ESPESORES MINIMOS DE CONCRETO ASFALTICO
SOBRE BASES CON ASFALTO EMULSIFICADO
TRAFICO
DE
DISEÑO
(EAL)
TIPO II Y III
MILIMETROS PULGADAS
104
105
106
107
> 107
50
50
75
100
130
2
2
3
4
5
6.06 DETERMINACIÓN DE ESPESORES PARA PAVIMENTOS ASFALTICOS
EN TODO SU ESPESOR (FULL- DEPTH)
La selección del espesor de un “Pavimento Asfáltico en todo su espesor”, puede
hacerse empleando las cartas de diseño A-1, A-7 o A-13 del Anexo 1, para el sistema
de unidades internaciones o las cartas A-19, A-25 o A-31 para el sistema de unidades
americanas. Hay que entrar a esas cartas con los valores apropiados del tráfico EAL y
los valores de M, de diseño de la subrasante previamente seleccionados. Los espesores
de los “Pavimentos Asfálticos en todo su espesor” puede leerse directamente con una
precisión de 25 mm o menos.
6.07 DETERMINACIÓN DE ESPESORES PARA PAVIMENTOS CON BASE
ASFÁLTICA EMULSIFICADA
Las cartas de diseño A-2 a A-4, A-8 a A-10 y A-14 a A-16 para el sistema de
unidades internacionales o las gráficas, pueden usarse para el diseño de pavimentos
con los tres tipos de capas de bases de asfalto emulsificado.
Las cartas de diseño estan basadas en periodos de curado asumidos en 6 meses.
Periodos de curado de hasta 24 meses no tienen influencia significativa en los
requerimientos de los diseños de espesores. O de superficies de asfalto emulsificado
con un tratamiento superficial. Los espesores de concreto asfáltico (o base asfáltica
emulsificada. Tipo I con tratamiento superficial ) a ser empleada sobre bases de
asfalto emulsificado (sobre bases Tipos II y III), pueden obtenerse de la Tabla VI-2.
6.08 DETERMINACIÓN DE ESPESORES PARA PAVIMENTOS CON
CONCRETO ASFALTICO SORBE BASE DE AGREGADOS NO TRATADOS
Las cartas de diseño A-5, A-6, A-11, A-12, A-17, A-18, A-23, A-24, A-29, A-30, A-
35 y A-36 fueron desarrolladas para diseñar pavimentos usando concreto asfáltico
sobre bases de agregados no tratados. Se pueden usar bases y subbases con agregados
de calidad (Tabla V-3). Sin embargo, un espesor mínimo de 150 mm del materiall de
base de mejor calidad debería ser colocado sobre el material súbase de calidad inferior.
El presente manual incluye cartas de diseño para agregados no tratados de 150 y 300
mm de espesor (6” y 12”)
Los espesores de superficie y de base de concreto asfáltico requeridos sobre el espesor
de base granular, se pueden leer directamente de las cartas. Los espesores mínimos
recomendados de concreto asfáltico recomendado sobre bases de agregados no
tratados, están relacionados con el tráfico EAL según se indica en la Tabla VI-3. Los
espesores mínimos no deben extrapolarse a las regiones de tráficos mayores en las
cartas de diseño.
Algunas agencias emplean mayores espesores de base granular con el propósito de
minimizar el potencial de daños por fenómeno de heladas en el pavimento. Si bien
espesores mayores a 300 mm han sido empleados para tal propósito, los estudios de
análisis de pavimentos muestran que la adición de estos espesores en poco, o nada,
benefician el comportamiento ante heladas y otro para deterioro estructural,
debiéndose definir la estructura final la base del juicio del ingeniero o de la
experiencias adquiridas. La práctica de reducir los espesores de concreto asfáltico
para incrementar el espesor de la base granular, es rechazada por el Instituto de
Asfalto y por otros diseñadores de pavimentos, debido a que se incrementa el potencial
de otros problemas en el pavimento.
6.09 DETERMINACIÓN DE ESPESORES PARA PAVIMENTOS CON MEZCLAS
DE ASFALTO EMULSIFICADO SOBRE BASES DE AGREGADOS NO
TRATADOS
No se han preparado cartas para el diseño de espesores de pavimentos con mezclas de
asfalto emulsificado a ser usadas en parte o totalmente sobre bases de agregados no
tratados. Hasta que se disponga de esas gráficas se propone el siguiente método:
Diseñe un “Pavimento de Concreto Asfáltico en Todo su espesor” (Espesor = TA-50
mm). Diseñe un pavimento para las mismas condiciones de clima, tráfico y subrasante
usando el tipo seleccionado de mezcla con emulsión asfáltica (Espesor = TE). Asuma
una capa de superficie de 50 mm (2 pulg) y calcule el espesor de base como (TE=-
50). Diseñe un pavimento para las mismas condiciones de clima, trafico y subrasante
usando concreto asfáltico(AC) = Tu). Seleccione la porción del espesor de concreto
asfáltico obtenido en el paso (3), que será reemplazada por la mezcla con emulsión
asfáltica (TU= ACmin) Nota : mantenga el mínimo espesor de concreto asfáltico
obtenido de la tabla VI-2
Multiplique este espesor (TU-ACmin) por el cociente del paso (2) al Paso (1), para
obtener el espesor de la base con asfalto emulsificado a utilizar (TEB)
La siguiente ecuación sumariza lo expuesto en los pasos 1 a 5:
TE= (TU – AC)*
)50(
50
A
E
T
T
Donde:
TEU= Espesor de la base con asfalto emulsificado (paso 5)
TU= Espesor de concreto asfáltico empleando el diseño con base de agregados no
tratados (paso 3)
ACmin= Espesor mínimo de concreto asfáltico (paso 4)
TE-50= Espesor de base con emulsión asfáltica empleando el diseño de base con
asfalto emulsificado (paso 2)
TA-50 = Espesor de la base de concreto asfáltico empleando el diseño de “Pavimento”
Nota: Los espesores están expresado en milímetros
CAPITULO VII
CONSTRUCCIÓN PLANIFICADA POR ETAPAS
7.01 CONSTRUCCIÓN PLANIFICADA POR ETAPAS
La construcción planificada por etapas es la construcción de caminos y calles
aplicando capas sucesivas de concreto asfáltico de acuerdo a un diseño y a un
programa de tiempo preestablecido.
No debe confundirse la construcción por etapas con mantenimiento periódico o la
rehabilitación de pavimentos existentes. El procedimiento, tal cual se aplica en este
manual, presupone que la segunda etapa será construida antes que la primera etapa de
muestras daños considerables. El procedimiento ya ha sido aplicado en la evaluación
de pavimentos para el diseño de capas de refuerzo, pero no es usado con ese propósito
en este manual.
7.02 VENTAJAS DE LA CONSTRUCCIÓN POR ETAPAS
Existen varias circunstancias en que la construcción por etapas es ventajosa :
Cuando no existen fondos suficientes para construir de diseño total (digamos para 20
años), el pavimento puede ser diseñado parea construirse en 2 etapas, con la primera
etapa diseñada para un período más corto. Es importante sin embargo que se hagan
oportunamente planes para la disponibilidad de fondos para la segunda etapa.
Cuando las dificultades en la estimación del tráfico para períodos de 20 o 25 años,
especialmente para calles y caminos rurales de bajo volumen de trafico, hacen que la
construcción en etapas sean particularmente atractiva. Un camino puede diseñarse para
un periodo de diseño menor (es decir para un tráfico menor), realizándose los conteo
de tráfico con el camino en servicio, mejorando de esta manera los estimados de
tráfico futuro.
La experiencia de la Carretera Experimental AASHO, indica que los pavimentos
reforzados, después de someterse al tráfico, brindaron un mejor comportamiento en
servicio que los pavimentos nuevos con iguales diseños.
Las zonas débiles que se desarrollan durante la primera etapa pueden ser reparadas,
disponiéndose de información actualizada del tráfico. Pueden conseguirse ahorros
evaluando cuidadosamente la condición actual del pavimento cerca del final previsto
para la primera etapa, reduciendo el espesor del pavimento o extendiendo la vida del
pavimento original.
7.03 METODO DE DISEÑO
El método de diseño recomendado involucra tres pasos: (1) Diseño de la primera
etapa, (2) diseño preliminar de refuerzo para la segunda etapa, (3) diseño final del
refuerzo para la segunda etapa.
El método de diseño de la primera etapa se basa en el concepto de “Vida Remanente” .
Reporte de Investigación RR-82-2, Capítulo V, del Instituto del Asfalto). Bajo este
concepto, la primera etapa se diseña para un periodo de diseño menor que aquel que
producirá la falta de fatiga. Algunos estudios han mostrado que un periodo de diseño
de la primera etapa equivalente a un 60% del periodo de diseño que representa al
diseño en una sola etapa , producirá un espesor económicamente aceptable para el
diseño de la primera etapa. Para emplear este concepto, el EAL para el periodo de
diseño de esta primera etapa debe de ajustarse para proveer la vida remanente
necesaria del 40% (100-60) al final del periódo de la primera etapa.
El diseño preliminar de refuerzo para la segunda etapa es también seleccionado sobre
la base del concepto de vida remanente. La idea de estimar, al momento de preparar el
diseño original, un espesor de refuerzo, que asegure que la estructura final del
pavimento pueda durar el periodo de diseño completo (suma de dos periodos de diseño
de la primera y segunda etapa). Esto es efectuado primeramente ajustando el tráfico
EAL2 estimado para el periodo de diseño de la segunda etapa, de tal modo que se
pueda usar la vida remanente que provee el diseño de la primera etapa. En este
procedimiento la vida remanente es 100-60 = 40%
Tráfico preliminar ajustado para el periodo de diseño de la segunda etapa
TRAFICO 2= = 100/40*EAL2 = 2.5*EAL2
El concepto de vida remanente en la construcción por etapas, está basado en la
suposición de que la segunda etapa será colocado antes que la primera etapa presente
serios síntomas de deterioro.
El diseño preliminar de la segunda etapa se hace al momento de diseñar la primera
etapa y puede ser utilizado para análisis económicos que impliquen futuros
desembolsos. Sin embargo, debido a la naturaleza errática del comportamiento de los
pavimentos, el pavimento puede actualmente encontrarse en una mejor o peor
condición que al finalizar el período de diseño de la primera etapa. Por esta razón , el
procedimiento para desarrollar el diseño de la etapa final, puede ser algo diferente. El
procedimiento indicado a continuación es recomendado:
Un año antes del término del período de diseño de la primera etapa, efectuar un
inventario de condición del proyecto construido por etapas. Los procedimientos para
evaluar la condición del pavimento son discutidos en el manual MS-17 Instituto del
Asfalto, asphalt Overlays for Highway and Street Rehabilitation, Capítulo II.
Si el pavimento aparenta estar en excelente o buena condición (por ejemplo, un PSI de
más o menos 3.5 y el pavimento muestra pocos daños, con pocas o no visibles grietas
o distorsiones), programar inventarios de condición adicionales para el próximo año.}
Cuando el pavimento aparenta llegar a una condición de inicio de deterioro, pero se
mantiene en una buena condición de acuerdo a los procedimientos indicados en el
manual NS-17, entonces se aplica el refuerzo preliminar como fue originalmente
diseñado o se diseña una nueva sobrecapa usando cualquiera de los procedimientos
indicados en el manual MS-17.
CAPITULO VIII
ANÁLISIS ECONOMICO
8.01 INTRODUCCION
En este capítulo se presenta un procedimiento para efectuar comparaciones
económicas entre diseños alternativos de pavimentos. Se incorpora el concepto de
“Valor Presente” para evaluar los gatos futuros. El procedimiento ha sido adaptado del
procedimiento desarrollado por R.H. Baldock, “Determination of the Annual Cost of
Highways”, Highway Research Board Record 12, 1963.
Baldock considera un camino como una inversión de capital e incluye en su análisis
muchos factores que afectan el costo del camino durante un periodo extenso. Para
evitar la obsolescencia debido a los cambios tecnológicos que afectan los sistemas de
transporte, se seleccionó un periodo de análisis de 40 años. Se considera que la
inversión total es amortizada durante este periodo, aunque el camino continuara
prestando servicio como parte del sistema original u otro de menor categoría, por
período de tiempo mayor. Este procedimiento sigue la práctica general usualmente
aplicada a las inversiones de capital.
Mas recientemente se ha propuesto que también deberían incluirse los costos de los
usuarios, tanto directos como indirectos, causados por demoras asociadas a las
actividades de mantenimiento, recapado o reconstrucción. Estos factores adicionales
vienen a ser especialmente importantes cuando se consideran refuerzos o
reconstrucciones futuros en autopistas urbanas.
El procedimiento presentado en este manual, es útil para el análisis económico de
altlernativas de pavimentos, sobre la base de los costos de construcción inicial y de los
costos futuros de sobrecapas. Sin embargo, cualquier costo futuro cuantificable puede
incluirse fácilmente en el análisis. Por ejemplo, cualquier costo futuro cuantificable
puede incluirse fácilmente en el análisis. Por ejemplo, los costos en que incurren los
usuarios debido a recapados futuros, pueden ser incluidos simplemente como una
actividad futura en la fórmula que se presenta más adelante.
Todos los elementos para el análisis de costos de pavimentos estan incorporados en el
programa de computadora Life Cicle Cost Análisis (LCCOST), del Instituto del
Asfalto.
8.02 FACTORES BÁSICOS PARA EL ANÁLISIS
Los factores básicos requeridos para el análisis económico son:
El costo de inversión inicial de la estructura del pavimento
El costo de sobrecapas futuras, mantenimiento mayor, reconstrucción u otra actividad
El tiempo, en años, desde la construcción inicial hasta la actividad mayor
El valor de rescate de la última actividad mayor
La tasa de interés
Los factores del valor presente
El periodo de análisis
Los costos de mantenimiento anual rutinario son despreciaddos, pero pueden ser
incluidos si desea.
La fórmula básica para el análisis es:
Valor Presente: A +E1*PWFn1* PWFn2 * PWFnk – S* PWFn
Donde :
A = costos de construcción inicial
E1, E2.....Ek= costos de recapados futuros u otras actividades mayores
PWFn1, PWFn2......PWFn=
Factor valor presente par a un pago simple = 211
1,
1
1nnrr
r= tasa de interés
n= periódo de análisis
n1, n2,....nk = El número de años después de la construcción cuando se ejecutan los
trabajos mayores.
S = Valor de rescate
8.03 DISCUSIÓN DE LOS FACTORES BASICOS
La presente discusión puede servir de ayuda en la determinación de los factores
requerido para un análisis económico de las alternativas de diseño de pavimentos.
Periodo de Análisis
El periodo de tiempo usado para el análisis económico debe ser suficiente duración
para incluir al menos una actividad de rehabilitación mayor para todas las alternativas.
Ver discusión en el item 8.01
Costos de Construcción
Generalmente, todos los costos de inversión inicial del pavimento, incluyendo bermas
y obras de drenaje, deben ser incluidos en el análisis en alguna unidad de área o
longitud básica; por ejemplo; por metro cuadrado de pavimento o por kilómetro de
camino. Las recomendaciones para calcular los costos de pavimentos se discuten en la
publicación IS – 174 Calculating Pavement Costs del Instituto del Asfalto.
Tasa de Interés
El interés está incluido en el análisis debido a que el dinero tiene un valor definido de
renta con el tiempo. El interés de las inversiones viales debe ser considerado, de modo
de permitir la evaluación económica de todos los costos del proyecto durante l el
periodo de análisis l. Si el camino es construido con fondos provenientes de
prestamos, los pagos con intereses son necesarios para la seguridad del prestamista. Si
por otro lado, los fondos provienen del propietario del proyecto, el interés es
considerado en forma de un cargo fijo contra el proyecto para compensar la pérdida
de ganancias por tener congelado el dinero en el proyecto.
Valor Presente
El concepto de Valor Presente es el de mayor uso en los análisis económicos. El valor
presente neto puede ser definido como la cantidad de dinero que tendría que haber sido
empleado al inicio de la construcción , para cubrir con intereses la cantidad de dinero
requerida para la construcción inicial así como para todas las actividades futuras.
En forma abstracta el mismo concepto es empleado para definir los costos futuros
incurridos por los usuarios como resultado de las demoras causadas por los refuerzos
asfáticos , por ejemplo. Los Factores del Valor Presente pueden ser calculados como
se indicó anteriormente o ser obtenidos de trabajos estandar de referencia.
Valor de Rescate
El valor de rescate es considerado en el análisis, puesto que es muy probable que no
todo el valor de los trabajos futuros de cada alternativa será usado, dentro del período
de análisis. Por ejemplo los esquemas de las alternativas de recapados futuros a ser
considerados, pueden incluir algunas sobrecapas delgada o sobrecapa gruesa. No sería
práctico considerar que la vida de diseño de cada una de estas alternativas sean
exactamente iguales al periodo de análisis. El uso del valor de rescate ayuda en la
consideración de este problema y es discutido en mayor detalle en el item 8.04.
8.04 VALOR DE RESCATE
El término S en la ecuación del Valor Presente, representa el valor de rescate o valor
terminal del último refuerzo asfáltico u otro trabajo mayor en el pavimento. Este
concepto está basado en la suposición de que la última actividad mayor, debería
extender la vida del pavimento más allá del Periodo de Análisis . El valor de rescate
puede ser calculado como una línea recta proporcional a la vida esperada de la última
actividad efectuada en el pavimento . En este caso:
kE
X
YS *1
Donde:
Y = Número de años entre el último refuerzo o activida y el final del periodo
de análisis
X = vida de servicio estimada del último refuerzo o actividad, en años
Ek= Costo del refuerzo futuro
Ejemplo:
Una sobre capa que cuesta $ 50,000 es colocada 7 años antes del término del
Período de Análisis.- Se espera que la duración de esta alternativa sea de 15 años.
Calcular el valor de rescate.
Y = 7 años
X = 15 años
Ek= $ 50,000
S = Valor Salvable = (1-7/15)* 50,000 = $ 26,500
También es posible calcular el valor de rescate en términos de material remanente .
Por ejemplo; un pavimento a ser reconstruido puede tener un valor de rescate como
material para reciclado, ya sea en el mismo proyecto o en otro. En estos casos el valor
S es calculado en forma diferente, es decir, dólares por tonelada en vez de un valor
basado en la proporción de vida no usada.
