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)
Fuen te: Gua AASHTO-93, para SN = 4.0 y p t = 2.5
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3.2 Facto res de equivalenc ia de cargas (ejes dobles)
Fuen te: Gua AASHTO-93, para SN = 4.0 y p t = 2.5
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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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6. Caracterizac in del material de sub -rasan te
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. Caracterizac in del material de sub -rasan te
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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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9. Determ inacin de los espesores de capasSN/i = erod * arod + eint * aint + ereciclado * ereciclado
(Ecuacin 5)
ESCENARIO 2: v id a ti l de 15 aos
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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9. Determ inacin de los espesores de capasSN/i = erod * arod + eint * aint + ereciclado * ereciclado
(Ecuacin 5)
ESCENARIO 3: v id a ti l de 10 aos
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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