MÉTODO DEL INSTITUTO
DE ASFALTO
Diseño de Pavimentos y Estabilización de Suelos
Prof. José HARRIS
II Cuatrimestre - 2015
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En este procedimiento de diseño, la estructura de pavimento es considerada como un sistema elástico de capas múltiples.•
El material en cada una de las capas secaracteriza por su módulo de
•
Este procedimiento es usado para el diseño de pavimentos de carpeta asfáltica, capa base y subbase sin ningún tratamiento.•
La subrasante es la capa subyacente más baja y es asumida infinita en el sentido vertical dearriba hacia abajo y en dirección horizontal
•
Las otras capas de un espesor finito, se asumen infinitas hasta cierto punto en el sentido horizontal.•
Continuidad o fricción total, es asumida en la interfase entre cada una de las capas para•
En la metodología adoptada por este método, las cargas sobre la superficie del pavimento producen deformaciones unitarias que son críticas para propósitos de diseño:•
La deformación horizontal por tracción, et, sobre el lado debajo enel límite de la carpeta asfáltica
•
La deformación vertical por compresión, ec, en la superficie de la subrasante.e -0.25
= 0.0018N
e -0.1626
•
Si la deformación horizontal por tracción, et es excesiva, pueden resultar grietas en la carpeta.•
Si la deformación vertical por compresión, ec esexcesiva, resultan deformaciones permanentes en la superficie de la estructura del pavimento por las sobrecargas en la subrasante.
ESTIMACIÓN DEL TRÁFICO
Dado que los camiones son los que más daño ocasionan en una carretera, se debe considerar este tipo de flujo vehicular sobre el carril de diseño:
Para efectos de cálculo en la
Tabla 7-5 se consideran periodos de diseño de 1 a 35 años (n) y
tasas de crecimiento vehicular (r) desde 2% hasta 10%.
ESTIMACIÓN DEL TRÁFICO
n 1 r 1
Factor =
Los factores de equivalencia se toman de la Tabla 7-6 para cargas desde 1000lb hasta 90000lb.
Este rango cubre cualquier condición de peso de vehículos de carga en
cualquier red de carreteras, desde rurales hasta autopistas.
ESTIMACIÓN DEL TRÁFICO
23.28 23.28 23.28
Los factores de equivalencia de cargas para ejes simples se puede aproximar con la siguiente relación:
ESTIMACIÓN DEL TRÁFICO
x 10 1 18 10 1000 0.00002 18000 log 0.00002 x 3.74 4 log por ejemplo: 4 16000 0.624 0.623 18000Este método incorpora factores de ajuste de los ESAL’s para diferentes presiones de contacto de las llantas sobre el pavimento, en función de la presión de inflado y los espesores de carpeta asfáltica.
ESTIMACIÓN DEL TRÁFICO
Este ajuste caracteriza la importancia que tiene la presión de inflado sobre el espesor de una
estructura de pavimento; a mayor presión de
inflado y menor espesor de carpeta, se incrementa el daño a la estructura del pavimento.
4” 5” 6” 7” 8” 9” 10”
Para el uso de la hoja de trabajo HT-01, se procede de la siguiente manera:
1) En la columna “A” se coloca la cantidad de vehículos diarios que corresponden a cada tipo de vehículo; valor tomado de un aforo anteriormente efectuado.
2) En la columna “B” se coloca el factor de crecimiento de vehículos en función de la tasa anual de crecimiento considerada (r = 4%, 2%, 6%, 2%) y el periodo de diseño asumido (n=15 años). 3) En la columna “C” se coloca el producto de las columnas “A” por “B” y por 365 `para llevar el valor a forma anual).
4) En la columna “D” se coloca el factor de equivalencia de carga, tomado de la Tabla 7-6 en función de la carga total por eje o conjunto de ejes, si estos son sencillos, dobles o triples.
5) En la columna “E” se coloca el producto de las columnas “C” y “D” que son los ESAL’s de diseño para cada tipo de vehículo considerado en esta hoja de trabajo.
6) La suma de la columna “E” da el valor total de los ESAL’s calculados para el periodo de diseño considerado.
7) Posteriormente, este valor de ESAL’s debe afectarse por el porcentaje de camiones en el carril de diseño dado en la Tabla 7-4.
8) También debe afectarse el valor de los ESAL’s por el factor de ajuste por presión de llantas determinado por la Figura 7-9.
Este método considera como parámetro fundamental la evaluación de los materiales para
obtener el módulo de resiliencia (Mr).
Como no es fácil tener el equipo adecuado para llevar a cabo este tipo de pruebas, se han
establecido correlaciones entre Mr y el CBR.
Los valores obtenidos son aproximados, para obtener valores de diseño será necesario realizar
pruebas del Mr de la subrasante.
Es importante recordar que tales correlaciones sólo son aplicables a materiales de la subrasante con CBR < 10%
MATERIALES
r r M MPa 10.3 CBR M (psi) 1500 CBR CBR (%) CLASIFICACIÓNEl Instituto de Asfalto recomienda los siguientes valores percentiles para calcular el módulo de resiliencia de diseño de la subrasante, mostrados en la Tabla 7-8:
MATERIALES
Con los valores obtenidos en camp del módulo de resiliencia, se deberá calcular el Mr de diseño de la subrasante con los percentiles de la tabla anterior.
Ejemplo: Determine el valor de diseño del módulo de resiliencia Mr (psi) para 87.5 percentil. Los resultados obtenidos de 7 pruebas realizadas directamente a la subrasante fueron los siguientes: 44.8, 58.6, 67.6, 68.3, 68.3, 80.0, 106.9 MPa 6500, 8500, 9800, 9900, 9900, 11600, 15500 psi
MATERIALES
MPa psi 106,9 15500 1 (1/7)×100 = 14 80,0 11600 2 (2/7)×100 = 29 68,3 9990 68,3 9990 4 (4/7)×100 = 57 Mr Número igual o mayor Porcentaje igual o mayor 87.5 8500Es necesario que los requerimientos de compactación de las capas base y subbase, cumplan con las recomendaciones siguientes:
Capas base y subbase constituidas por materiales granulares sin ningún tratamiento (no estabilizadas),
Se deben compactar con un contenido de agua ±1.5% del contenido de agua óptimo para
alcanzar un grado de compactación del 100% con respecto al peso volumétrico seco máximo de laboratorio.
Utilizar como referencia los capítulos 21 (Material Selecto o Subbase), 22 (Base de agregados pétreos), y 24 (Carpeta de Hormigón Asfáltico) de las ETG del MOP.
Es importante señalar que también el método incluye factores de medio ambiente y diferentes clases de tipos de asfalto; para el caso se consideran 3 diferentes temperaturas dependiendo de la región o zona en donde se planea construir el pavimento.
Clima frío: TMAA <45ºF (<7ºC )
Clima templado: 45ºF < TMAA < 75º Clima cálido: TMAA > 75ºF (>24ºC)
TMAA = Temperatura Media Anual del Aire
En la República de Panamá el clima es marítimo tropical; caliente, húmedo, nublado, con una estación seca corta (entre enero y mayo) y una estación lluviosa (entre mayo y enero).
La TMAA para zonas costeras está entre 23 y 27ºC y para zonas montañosas es de unos 19ºC.
Para espesores mínimos en función de la cantidad de tránsito de ejes equivalentes, este método recomienda los siguientes valores para la carpeta asfáltica:
ESPESORES
Para la selección final de los espesores de diseño, el Instituto de Asfalto proporciona 9 figuras -de diseño; -de la 7-10 a la 7-18 en sistema métrico y -de la 7-19 a la 7-27 en sistema inglés.
Las figuras se presentan en escalas logarítmicas para los siguientes parámetros: 1) Las 3 condiciones climáticas consideradas en la TMAA de la Tabla 7-9
3) Módulo de Resiliencia de la subrasante, Mr.
4) Carpeta asfáltica de una sola capa o espesor total (Full-depth). 5) Carpeta asfáltica + Capa base granular de 6” (150mm).
6) Carpeta asfáltica + Capa base granular de 12” (300mm).
Ejemplo:
CBR de diseño de la subrasante = 3.5% ESAL’s = 7 024 463
Espesor de capa base seleccionado = 12” (300mm) TMAA = 75ºF (24ºC)
ESPESORES
1) Se calcula del módulo de resiliencia de la subrasante: Mr = 10.3 CBR = 10.3 × 3.5 = 36.05MPa
2) En la Figura 7-18 del Instituto de Asfalto que corresponde a una TMAA = 24ºC y considera un espesor de capa base granular de 300mm. Se parte del eje horizontal en donde están los ESAL’s
de 7 024 463 ≈ 7×106 y del eje vertical con el M
r = 36.05 ≈ 36MPa, las dos líneas se interceptan en
350mm (14”).
3) Con los mismos datos pero considerando un espesor de capa base granular de 150mm, se obtiene un espesor de carpeta asfáltica de 375mm (15”) de la Figura 7-17.
ESPESORES
En caso de necesitar la colocación de una capa subbase se debe definir un espesor mínimo de la capa base en función de los ESAL’s esperados para el periodo de diseño:
Para el ejemplo anterior se tiene un espesor de capa base de 300mm (12”), y un ESAL = 7×106 con el cual definimos un espesor mínimo de capa base de 6” (150mm) y se requiere convertir las otras 6” de capa base en espesor de capa subbase equivalente.
El Capítulo 21 (Material Selecto o Subbase) de las ETG del MOP especifica en valor de CBR > 25%.