métodos de diseño de pavimentos instituto del asfalto

7/22/2019 mtodos de diseo de pavimentos Instituto del Asfalto

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METODO DEL INSTITUTO DEL ASFALTO DEESTADOS UNIDOS

Diseo de Pavimentos


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Estruc tura del Info rme

. DISEO DE LA ESTRUCTURA DEL PAVIMENTO

1 Introduccin 2 Marco terico del mtodo. 3 Parmetros de entrada del mtodo. 4 Procedimiento para el diseo con las respectivas

tablas o grficos 5 Ejemplo de una va real.

6 Clculos. 7 Anlisis de resultados. 8 Conclusiones y recomendaciones. 9 Sustentar. 10 Bibliografa


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1. Introduccin.

El mtodo ms reciente del Instituto del Asfalto de los Estados Unidos de

Norteamrica, editado en 1991 y publicado en 1993, presenta algunoscambios significativos, respecto a los mtodos anteriores para el diseo dela seccin estructural de los pavimentos flexibles. El mtodo se basaprincipalmente en la aplicacin de la teora elstica en multicapas, queutiliza resultados de investigaciones recientes por parte de ese organismo.Sin embargo, se reconoce que por los avances en la tecnologa de los

pavimentos asflticos, se requieren ms conocimientos sobre laspropiedades de los materiales para las necesidades actuales de lossistemas carreteros, por lo que el mtodo vigente, probablemente requierarevisin e implementacin futuras. El manual presenta un procedimiento dediseo para obtener los espesores de la seccin estructural de pavimentos,donde se utilizan el cemento asfltico y las emulsiones asflticas en toda la

seccin o en parte de ella. Se incluyen varias combinaciones de superficiesde rodamiento con concreto asfltico, carpetas elaboradas con emulsionesasflticas, bases asflticas y bases o subbases granulares naturales.


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2. Marco Ter ic o del Mtodo.

El sistema se basa en un trfico probable durante un periodo deDiseo, de 20 aos referido a su carga por eje sencillo de 18000libras ( 8280 Kg aprox. ), que es la carga por eje y consideraadems el valor portante del terreno de fundacin, la calidad de los

materiales de base, sub - base y capa de rodamiento que seempleen, y los procesos de construccin a seguirse.Dicho transito pasado en 20 aos y referido a una carga por 18000libras, se denomina valor de transito para el diseo y esdeterminado en funcin del transito diario inicial , que es elpromedio de ambas direcciones, estimado para el ao 1 de servicio.El baco No. 1. determina el ndice de trfico del proyecto , enfuncin del transito diario, tanto para las principales carreterasurbanas como calles. A fin de interpretar mejor estos grficos,damos a conocer a continuacin, las definiciones del Instituto delAsfalto para calles, carreteras rurales, etc.


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3 Parametros de Entrada del Metodo

Este mtodo est basado en el establecimiento de un lmite de deflexin a laestructura del pavimento, el cual es funcin del nmero e intensidad deaplicaciones de carga.El primer paso para la aplicacin del mtodo del Instituto Norteamericano delAsfalto consiste en determinar el nmero de trnsito para el periodo dediseo.Por otro lado, el mtodo permite el empleo de concreto asfltico o emulsionesasflticas en la totalidad o en parte de la estructura del pavimento, e incluyevarias combinaciones de capa de rodadura y bases de concreto asfltico; decapa de rodadura y bases con emulsiones asflticas, as como capas derodadura asfltica con base y subbase granulares.

Tambin considera al pavimento como un sistema elstico de varias capas ypara su anlisis emplea conceptos tericos, experimentales y corridas deprograma de cmputo, sin embargo con el objeto de simplificar el mtodo, elInstituto de Asfalto propone una serie de bacos que permiten la aplicacindel mtodo en forma rpida y sencilla.


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4Procedimiento para el diseo con las respectivastablas o grficos.

El mtodo utiliza 10 cartas de diseo basadas en quelos espesores de diseo deben cumplir con dossolicitudes deferentes en lo referente a deformaciones:la vertical de compresin en la superficie de la

subrasante y la horizontal de tensin en la parte inferiorde las capas ligadas con material bituminoso. Lasfiguras presentadas a continuacin presentan el mayorde los espesores asociados con dichas solicitudes y

suponen transito hasta cerca de 10 E 8 repeticiones deejes simples equivalentes a 8.2 toneladas, por lo que sepueden emplear para los niveles de transito de diseopara las vas colombianas.


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El procedimiento para el diseo es el siguiente:

o Se estima el numero acumulado de ejes simples equivalentes de8.2 toneladas, esperado en el carril de diseo durante el periodo de

diseo.o Se determina la resistencia de diseo de los suelos de subrasante

expresada por el modulo resiliente correspondiente.

o Se elige el tipo de base. Para cada tio de base elegida se obtienede la grafica de diseo correspondiente los espesores de lasdiferentes capas de pavimento.

1. Estimaciond del transito proyectado: 4.23 * 10 E 6 ejesequivalentes de 8.2 toneladas.


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3. Es timac in de las carg as de diseo (Wt18)

Wt18=EEo*F(Ecuacin 2)

EEo = Cargas acumuladas en el primer ao del periodo de diseo

F = Factor de crecimiento

EEo =TPDA * %Vp * FC * fds * fuc * A * D

F = {(1 + TC)^n 1} / TC

TC = tasa de crecimiento interanual

n = periodo de diseo


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3. Es timac in de las carg as de diseo (Wt18)

EEo = Cargas acumuladas en el primer ao del periodo de diseo

EEo =TPDA * %Vp * FC * fds * fuc * A * D

TPDA = Trfico Promedio Diario Anual, para el primer ao del periodo de diseo.

%Vp = Porcentaje de vehculos de carga dentro del volumen de trfico total

FC = Factor Camin, o carga equivalente total por camin promedio

fds = factor de distribucin del trfico por sentido de circulacin

fuc = factor de utilizacin del trfico total por sentido en el canal de diseo

A = factor de ajuste por trfico desbalanceado

D = Das por ao en que circular por el canal de diseo el trfico definido porlos trminos anteriores (365 das en este proyecto).


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3.1 Valores de TPDA y TC

Fuente: Estud io de Trfico Carretera

Ao MotoVeh.Liv.

Pesados dePasajeros

Pesados de CargaTPDA(vpd)

MB BUS C2 Liv. C2 C3 Otros

2010 33 23 1 17 11 62 82 1 230

2011 34 24 1 18 12 71 88 1 249

2012 35 25 1 18 12 77 92 1 261

2013 36 26 1 19 12 92 102 1 289

2014 37 26 1 19 13 99 107 1 303

2015 39 27 1 20 13 105 112 1 318

2016 40 29 1 21 14 113 118 1 337

2017 43 30 1 22 14 123 125 1 3592018 45 31 1 23 15 133 132 1 381

2019 47 33 1 25 16 145 137 1 405

2020 50 37 2 26 17 173 160 2 467

2021 54 39 2 28 19 187 169 2 500

2022 57 42 2 30 20 203 181 2 537

2023 61 44 2 32 21 223 194 2 579

2024 66 47 2 35 23 244 209 2 628

2025 70 50 2 37 24 263 213 2 661

2026 75 53 2 40 26 287 223 2 7082027 80 57 2 43 28 311 227 2 750

2028 86 63 3 46 30 338 238 3 807

2029 92 67 3 49 32 368 252 3 866

FUENTE: ESTUDIO DE TRFICO DEL ASOCIO


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3.2 Facto res de equ ivalencia de cargas

Fuen te: Gua AASHTO-93, para SN = 4.0 y p t = 2.5

Carga (kips) Carga (ton) FE(simples) FE(dobles) FE(triples)

2 0.91 0.0002 0.000

4 1.82 0.003 0.0003 0.0001

6 2.72 0.013 0.0010 0.0004

8 3.63 0.041 0.0040 0.001

10 4.54 0.102 0.0090 0.002

12 5.45 0.213 0.0180 0.004

14 6.36 0.388 0.0330 0.008

16 7.26 0.645 0.0570 0.013

18 8.17 1.000 0.0920 0.021

20 9.08 1.470 0.1410 0.032

22 9.99 2.090 0.2070 0.048

24 10.90 2.890 0.2920 0.068

26 11.80 3.910 0.4010 0.095

28 12.71 5.210 0.5340 0.128

30 13.62 6.800 0.6950 0.170

32 14.53 8.800 0.8870 0.220

34 15.44 11.300 1.1100 0.281

36 16.34 14.400 1.3800 0.352

38 17.25 18.100 1.6800 0.436

40 18.16 22.500 2.0300 0.533

42 19.07 27.800 2.4300 0.644

44 19.98 34.000 2.8800 0.769

46 20.88 41.400 3.4000 0.911

48 21.79 50.100 3.9800 1.107

50 22.70 60.000 4.6400 1.250

SN = 4,0 y pt = 2,5


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3.2 Facto res de equivalenc ia de cargas (ejes simples)



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3.2 Facto res de equivalenc ia de cargas (ejes dobles)



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3.2 Facto res de equ ivalencia de cargas (ejes trip les)

Fuen te: Gua AASHTO-93, para SN = 4.0 y pt = 2.5


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3.3 Facto res cam in por tipo de vehcu lo , para la

combinacin de cargas sobre la va(Fuen te: Est udio de Trfic o , Ap arte IV.4.1 y Gua AASHTO-93)

condicin de carga

Tipo devehiculo

Total %

Ejes equivalentes por camin% 100%cargados

% 50%cargados

% vacios TotalFactor

CaminPonderado

100%cargados

50%cargados vacios

Mbuses 1 0.57% 0.700 0.178 0.050 61.00% 27.00% 12.00% 100.00% 0.4811

Buses 17 9.77% 1.674 0.426 0.050 36.00% 43.00% 21.00% 100.00% 0.7963C2pesado 62 35.63% 1.674 0.426 0.050 21.00% 55.00% 24.00% 100.00% 0.5975

C2 Liviano 11 6.32% 0.169 0.038 0.004 21.00% 55.00% 24.00% 100.00% 0.0572

C3 82 47.13% 1.469 0.652 0.228 80.00% 10.00% 10.00% 100.00% 1.2633

OTROS 1 0.57% 2.780 0.731 0.104 67.00% 33.00% 0.00% 100.00% 2.1035

Veh. Livianos 23 0.0003

Totalpesados 174 100.00%


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3.4 Cargas equivalentes acumuladas en el periodo de

d iseo (Wt18)

CONSIDERACIONES:fds = 0.52 (Fuente: Estu dio de Trns ito )

fu c = 1.0 (Fuent e: Gua AASHTO-93)

A = 1.0 (Fuent e: Gua AASHTO-93)

Veh.

Liv.Pesados de

PasajerosPesados de Carga

MBus Bus C2 Liv. C2 C3 Otros

Totales 773 32 568 372 3,617 3,161 32FE 0.0003 0.4811 0.7963 0.0572 0.5975 1.2633 2.1035fds 0.52

DIAS 365.00fuc 1.0A 1.0 1.0

REE 44 2,922 85,848 4,036 410,183 757,939 12,776

REEtotal 1273,748

VIDA UTIL (aos) Cargas de diseo20 1,273,74815 77966210 415113

RESUMEN:


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4 . Conf iab il id ad en el d iseo (R)

La Confiabi l idad y el

Facto r de Seguridad

Valor de la

Confiabilidad Zr So Factor deseguridad50

0.000

0.45 1.0060 - 0.253 1.30

70 - 0.524 1.7275 - 0.674 2.0185 - 1.037 2.9395 - 1.645 5.50


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5. Variacin permisible en la Servicapacidad(Dpsi)

Serv icapacidad in icial (po) =4.2

Condic in de serv ic io de un pavimento al conclui r

su cons truccin

Serv icapacidad final (pt) =2.00 Condic in de servic io de un pavim ento en una va

rural pr in cipal al f inal de su v ida de servic io

Am bos valores s on recomendado s po r el Manu al SIECA y la Gua AASHTO-93

Dpsi = 4.2 2.0 = 2.2


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6. Caracterizac in del material de sub -rasan te

Fueron ensayadas 21 muestras del mater ial de

fundac in sobre la lnea.

(Estudio d e suelos para revisin de estructura de pavim entos, ASOCIO, enero 2009)

Estos resultados fu eron anal izados bajo el

procedimiento del Inst i tuto del As fal to, para

determinar el CBR de Diseo.


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RESULTADO DE ENSAYOS ANALISIS

N CBR CBR menor amayor FRECUENCIA

NUMERO DE

ENSAYOS,IGUALES OMAYORES

PERCENTIL

1 3.18 2.69 3.00 21.00 100.00

2 3.73 2.69

3 3.18 2.69

4 3.18 2.9 1.00 18.00 85.71

5 3.18 3.08 10.00 17.00 80.95

6 3.08 3.08

7 3.08 3.08

8 3.08 3.08

9 3.08 3.08

10 3.08 3.0811 13.85 3.08

12 3.08 3.08

13 4.8 3.08

14 2.69 3.08

15 2.69 3.18 4.00 7.00 33.33

16 2.69 3.18

17 3.08 3.18

18 3.08 3.18

19 2.9 3.73 1.00 3.00 14.29

20 3.08 4.8 1.00 2.00 9.52

21 3.08 13.85 1.00 1.00 4.76

21.00

Nt PERCENTIL

CBR DEDISEO OBSERVACIONES

10^8 95COMO LOS EJES EQUIVALENTES SON 1,273,748 ESTAENTRE 10^6 Y 10^7, EL PERCENTIL DE DISEO ES EL85% y POR LO TANTO EL CBR DE DISEO ES 3.05%.

10^7 90

10^6 85 3.05%

10^5 75

NOTAS:

Nt es cargas equivalentes totales o ejes equivalentes (EE)


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6. Un idades de diseo en func in de los CBR

Correlacin entre valores d e CBR y Mdulo Resi l iente

(MR)*

* Ecuacin de correlacin integrada dentro del Progr ama Winpas de la APCA


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7. Nmero Estructu ral (SN/s r)* sobre la SR

* Solucin de la Ecuacin AASHTO-93 para las diferentes variables ind ependientes

VIDA UTIL (aos) Cargas de diseo MR sub-rasante psi SN/sub-rasante20 1,273,748

4,211.7 3.8215 779662 3.5610 415113 3.24

Valores requeridos de Nmero Estructural (SN) sobre la sub-rasante


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8. Calidad de materiales para capas del

pavimentos

Material para sub-base Los resultados de los ensayos ejecutados sobre los materiales

encontrados en los bancos a lo largo del trazado, permiten concluir queno se encontrarn materiales aptos para ser empleados como sub-base granular, ya que, en los bancos analizados se han obtenidovalores de CBR muy bajos.

Con base en lo anterior se recomienda que el actual rodamiento seestabilice en 20 centmetros con cemento y sea considerada lasubbase, en funcin de ello se estima un coeficiente estructural (a3) de0.10 y un coeficiente de drenaje (cm3) de 1.0

asub-base= 0.10 y coeficiente de drenaje = 1.0


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8. Calidad de materiales para capas del

pavimentos

Material para base granu lar Como material de base granular se recomienda una mezcla de materiales

granulares, debidamente triturados y gradados, que resulten con un CBR mnimo de80%. La correlacin PAS para este tipo de material arroja un MR de 38,971 psi. LaGua de Diseo AASHTO-93 asigna a estas mezclas un coeficiente estructural (a2)

de 0.14 y un coeficiente de drenaje (cm2) de 1.00.

aBase= 0.14 y coeficiente de drenaje = 1.00

* Segn Ecuacin de correlacin del ACPA


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9. Determ inacin de los espesores de capasSN/i = erod * arod + eint * aint + ereciclado * ereciclado

(Ecuacin 5)

ESCENARIO 1: v id a ti l de 20 aos

ALTERNATIVA Espesorcapa de

rodamiento(cm)

Espesor capa

de base

granular (cm)

Espesor capa de

sub-base

estabilizada concemento (cm)MEZCLA

ASFALTICA EN

CALIENTE (MAC)10.0 25.0 20.0

DOBLE

TRATAMIENTOSUPERFICIAL

ASFALTICO (DTS)

0.00 50.0 35.0

ADOQUIN 10(MAS 5CMS DE

ARENA)

25.0 20.0


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(Ecuacin 5)


ALTERNATIVA Espesor capa derodamiento (cm) Espesorcapa de

basegranular

(cm)

Espesor capa de

sub-base

estabilizada concemento (cm)

MEZCLA

ASFALTICA EN

CALIENTE (MAC)8.5 25.0 20.0

DOBLE

TRATAMIENTO

SUPERFICIAL

ASFALTICO (DTS)

0.00 44.0 35.0

ADOQUIN 10(MAS 5 CMS DE

ARENA)19.0 20.0


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(Ecuacin 5)


ALTERNATIVA Espesorcapa de

rodamiento

(cm)

Espesor capa

de base

granular (cm)Espesor capa de

sub-base

estabilizada con

cemento (cm)MEZCLA

ASFALTICA EN

CALIENTE (MAC)6.5 25.0 20.0

DOBLE

TRATAMIENTO

SUPERFICIAL

ASFALTICO (DTS)

0.00 38.0 35.0

ADOQUIN 10(MAS 5

CMS DEARENA)

15.0 17.5

Espesores de pavimento Alternativa de concreto


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9. Determ inacin de los espesores de capas

ESCENARIO 4:Espesores de pavimento Alternativa de concreto.

Espesores de pavimento. Alternativa de concreto.

VIDA UTIL (aos)

Espesores de diseo (cm)Losa de concreto Base

estabilizada

con cemento

Sub-base

estabilizad

a con

cemento20 15.00 15 2015 14.00 15 2010 12.00 15 20


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12. A lternat iva recomendada

El anlisis de la informacin anterior, en cuanto aespesores y tipos de materiales, conjuntamente con losprecios unitarios estimados para cada tipo de material,permitir la seleccin de la alternativa ms conveniente

para el tramo

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