Procedimiento de diseño

Utilizando el programa de cómputo DAMA se determinó el espesor mínimo requerido para satisfacer tanto la fisuración por fatiga como la deformación permanente. Para cualquier material y condiciones ambientales dados, se obtuvieron dos espesores, uno para cada criterio, y el mayor de los dos se utilizó para preparar las gráficas de diseño. Por esta razón, varias de las curvas de diseño representan formas asociadas con dos criterios diferentes.

Desde la figura 5.9 hasta la 5.18 están basadas en una media anual de la temperatura del aire de 60ºF (15.5 ºC), que cubre la mayor parte de los Estados Unidos.

Full – Depth HMA (Mezclas Asfálticas en Caliente)

La figura 5.9 es la gráfica de diseño para los pavimentos asfálticos full – depth con

mezclas asfálticas en caliente. Dado un módulo de resiliencia MR de la sub-base y la

cantidad de ejes equivalentes, ESAL, el espesor total de HMA incluye tanto la superficie de rodamiento como la base y puede ser leída directamente de la gráfica.

Figura 5.9 Gráfica de diseño full – depth HMA (1 psi = 6.9 kPa, 1 in. = 2.54 cm).

Ejemplo 5.1

Dado un MR = 10,000 psi (69 MPa) con un ESAL = 106, determine el espesor para de una

Solución: En la figura 5.9, se dibuja una línea horizontal en MR = 104 psi (69 MPA) y

una línea vertical desde ESAL = 106. La intersección de estas dos líneas nos da un espesor de HMA de 8.5 in. (21.6 cm).

Mezcla asfáltica en caliente (HMA) sobre una base asfáltica emulsificada

Las figuras 5.10, 5.11 y 5.12 son las gráficas de diseño para los tipos I, II y III de mezclas asfálticas emulsificadas respectivamente. Las gráficas dan la combinación del espesor de pavimento HMA y una base asfáltica emulsificada.

Figura 5.10 Gráfica de diseño para una mezcla asfáltica emulsificada de tipo I (1 psi = 6.9 kPa, 1 in. = 2.54 cm).

Figura 5.11 Gráfica de diseño para una mezcla asfáltica emulsificada de tipo II (1 psi = 6.9 kPa, 1 in. = 2.54 cm).

Figura 5.12 Gráfica de diseño para una mezcla asfáltica emulsificada de tipo III (1 psi = 6.9 kPa, 1 in. = 2.54 cm).

Tabla 5.15 Espesor mínimo de HMA sobre bases asfálticas emulsificadas.

Traffic level

ESAL HMA thickness for type I mix (in.) HMA thickness for type II and III mixes (in.)

104 1 2 105 1.5 2 106 2 3 107 2 4 >107 2 5 Ejemplo 5.2

Dado un MR = 10,000 psi (69 MPa) con un ESAL = 106, determine el espesor para un

pavimento de una HMA sobre una base asfáltica emulsificada de tipo II.

Solución: Con un MR = 104 psi (69 MPA) y un ESAL = 106, de la figura 5.11 obtenemos

el espesor combinado de 10.5 in (26.7 cm). Mediante la tabla 5.15, el espesor mínimo de HMA es de 3 in. (7.6 cm). Si el espesor mínimo es el que utilizado, el espesor de la base asfáltica emulsificada de tipo II sería 10.5 – 3 = 7.5 in. (19.1 cm). Comparado con el ejemplo anterior, el espesor total del pavimento se incrementó en 2 in. (5.1 cm) cuando se utiliza una base asfáltica emulsificada.

Mezcla asfáltica en caliente (HMA) sobre una base granular sin tratar

Las figuras 5.13 hasta 5.18, son gráficas de diseño para una HMA sobre una base

granular de 4, 6, 8, 10, 12 y 18 in. (10.2, 15.2, 20.3, 25.4, 30.5 y 45.7 cm), respectivamente. Para usar estas gráficas, el diseñador primero debe determinar el espesor de la base granular a utilizar y después seleccionar el diseño apropiado proveniente de la gráfica desde la cual el espesor de la HMA puede ser obtenido.

Figura 5.13 Gráfica de diseño para una HMA sobre una base granular de 4 pulgadas de espesor (1 psi = 6.9 kPa, 1 in. = 2.54 cm).

Figura 5.14 Gráfica de diseño para una HMA sobre una base granular de 6 pulgadas de espesor (1 psi = 6.9 kPa, 1 in. = 2.54 cm).

Figura 5.15 Gráfica de diseño para una HMA sobre una base granular de 8 pulgadas de espesor (1 psi = 6.9 kPa, 1 in. = 2.54 cm).

Figura 5.16 Gráfica de diseño para una HMA sobre una base granular de 10 pulgadas de espesor (1 psi = 6.9 kPa, 1 in. = 2.54 cm).

Figura 5.17 Gráfica de diseño para una HMA sobre una base granular de 12 pulgadas de espesor (1 psi = 6.9 kPa, 1 in. = 2.54 cm).

Figura 5.18 Gráfica de diseño para una HMA sobre una base granular de 18 pulgadas de espesor (1 psi = 6.9 kPa, 1 in. = 2.54 cm).

Ejemplo 5.3

Dado un MR = 10,000 psi (69 MPa) con un ESAL = 106, determine el espesor para un

Solución: Con un MR = 104 psi (69 MPA) y un ESAL = 106, de la figura 5.15 obtenemos

el espesor de la HMA de 6.5 in (16.5 cm). Comparado con el ejemplo 5.2, el uso de una base granular si tratar de 8 pulgadas (20.3 cm) reduce el espesor de la mezcla asfáltica en caliente (HMA) por 2 in. (5.1 cm).

HMA y mezclas asfálticas emulsificadas sobre una base granular sin tratar

Las gráficas de diseño para los pavimentos que consisten de una capa superficial de HMA seguida de base de mezcla asfáltica emulsificada, ambas apoyadas sobre una base granular sin tratar no se encuentran disponibles. La mejor alternativa es usar las gráficas de full – depth HMA y mezclas asfálticas emulsificadas para determinar una razón de sustitución, que indica el espesor de la mezcla asfáltica emulsificada requerido para sustituir a una unidad de espesor de HMA. Después la gráfica para HMA sobre base granular sin tratar es ocupada para determinar el espesor de la HMA, parte de la cual puede ser sustituida por una mezcla asfáltica emulsificada de acuerdo con la razón de sustitución. El siguiente procedimiento ha sido recomendado por el Instituto del Asfalto:

1. Diseñe un pavimento de tipo full – depth para las condiciones de tráfico y sub- base. Asuma una capa superficial de HMA de 2 in. (5.1 cm) y calcule el espesor de la correspondiente base también de HMA (mezcla asfáltica en caliente).

2. Diseñe un pavimento para las mismas condiciones de tráfico y sub-base usando una base asfáltica emulsificada definiendo su tipo. Asuma un espesor de 2 in. de la capa superficial de HMA y calcule el espesor de la base asfáltica emulsificada. 3. Divida el espesor de la base asfáltica emulsificada obtenida en el paso 2 entre el

espesor de base HMA del paso 1 para obtener una razón de sustitución.

4. Diseñe un pavimento para las mismas condiciones de tráfico y sub-base usando HMA sobre una base granular sin tratar.

5. Selecciones una porción del espesor de la HMA a sustituir por la mezcla asfáltica emulsificada, basado en el espesor mínimo de HMA requerido por la tabla 5.15. 6. Multiplique el espesor de superior por la razón de sustitución obtenida en el paso

3 para obtener el espesor de la mezcla asfáltica emulsificada requerida. Ejemplo 5.4

Dado un MR = 10,000 psi (69 MPa) con un ESAL = 106 y una base granular sin tratar de

8 in. (20.3 cm), determine el espesor para un pavimento de una HMA sobre una base de mezcla asfáltica emulsificada apoyada a su vez en la base granular sin tratar especificada. Solución:

1. El espesor del pavimento de tipo full – depth HMA sería de 8.5 in. (21.6 cm), como se determinó en el ejemplo 5.1. Si la capa superior la tomamos como 2 in. (5.1 cm), entonces el espesor de la base también de HMA sería de 6.5 in. (16.5 cm).

2. El espesor de un pavimento que consta de una HMA sobre una mezcla asfáltica emulsificada como base, sería de 10.5 in. (26.7 cm), como se mostró en el ejemplo 5.2. Si la capa superficial HMA es de 2 in. (5.1 cm), entonces el espesor de base de la mezcla asfáltica emulsificada sería de 8.5 in. (21.6 cm).

3. El radio de sustitución es: 8.5/6.5 = 1.31.

4. El espesor de la capa superior de HMA sobre una capa base de material granular sin tratar de 8.5 in. (20.3 cm) resulta de 6.5 in. (16.5 cm), como lo muestra el ejemplo 5.3.

5. De la tabla 5.15, el espesor mínimo de una HMA es de 3 in. (7.6 cm), por lo tanto el espesor que debe ser remplazado de HMA sería de 3.5 in. (8.9 cm) por una base asfáltica emulsificada.

6. El espesor de la base asfáltica emulsificada es 3.5*1.31= 4.5 in. (11.4 cm). El diseño final consiste en 3 in. (7.6 cm) de HMA, 4.5 in. (11.4 cm) de base asfáltica emulsificada y 8 in. (20.3 cm) de base granular sin tratar para un total de espesor de pavimento de 15.5 in. (39.4 cm).