método del instituto de asfalto

MTODO DEL INSTITUTO DE ASFALTO

Diseo de Pavimentos y Estabilizacin de Suelos

Prof. Jos HARRIS

II Cuatrimestre - 2015

En este procedimiento de diseo, la estructura de pavimento es considerada como un sistema elstico de capas mltiples.

El material en cada una de las capas se caracteriza por su mdulo de elasticidad, Ei, y relacin de Poisson, mi.

MTODO DEL INSTITUTO DE ASFALTO 2

Este procedimiento es usado para el diseo de pavimentos de carpeta asfltica, capa base y subbase sin ningn tratamiento.

La subrasante es la capa subyacente ms baja y es asumida infinita en el sentido vertical de arriba hacia abajo y en direccin horizontal

Las otras capas de un espesor finito, se asumen infinitas hasta cierto punto en el sentido horizontal.

Continuidad o friccin total, es asumida en la interfase entre cada una de las capas para efectos de diseo.


En la metodologa adoptada por este mtodo, las cargas sobre la superficie del pavimento producen deformaciones unitarias que son crticas para propsitos de diseo:

La deformacin horizontal por traccin, et, sobre el lado debajo en el lmite de la carpeta asfltica

La deformacin vertical por compresin, ec, en la superficie de la subrasante.


e -0.25c = 0.0018N

e -0.1626t = 0.0022622N

Si la deformacin horizontal por traccin, et es excesiva, pueden resultar grietas en la carpeta.


Si la deformacin vertical por compresin, ec es excesiva, resultan deformaciones permanentes en la superficie de la estructura del pavimento por las sobrecargas en la subrasante.

ESTIMACIN DEL TRFICO

Dado que los camiones son los que ms dao ocasionan en una carretera, se debe considerar este tipo de flujo vehicular sobre el carril de diseo:



Para efectos de clculo en la Tabla 7-5 se consideran periodos de diseo de 1 a 35 aos (n) y tasas de crecimiento vehicular (r) desde 2% hasta 10%.


n

1 r 1Factor =

r


Los factores de equivalencia se toman de la Tabla 7-6 para cargas desde 1000lb hasta 90000lb.

Este rango cubre cualquier condicin de peso de vehculos de carga en cualquier red de carreteras, desde rurales hasta autopistas.


23.28

23.28

23.28


Los factores de equivalencia de cargas para ejes simples se puede aproximar con la siguiente relacin:


x

10

11810

10000.00002

18000

log 0.00002x 3.74 4

log

por ejemplo:

416000

0.624 0.62318000


Este mtodo incorpora factores de ajuste de los ESALs para diferentes presiones de contacto de las llantas sobre el pavimento, en funcin de la presin de inflado y los espesores de carpeta asfltica.


Este ajuste caracteriza la importancia que tiene la presin de inflado sobre el espesor de una estructura de pavimento; a mayor presin de inflado y menor espesor de carpeta, se incrementa el dao 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 vehculos diarios que corresponden a cada tipo de vehculo; valor tomado de un aforo anteriormente efectuado.

2) En la columna B se coloca el factor de crecimiento de vehculos en funcin de la tasa anual de crecimiento considerada (r = 4%, 2%, 6%, 2%) y el periodo de diseo asumido (n=15 aos).

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 funcin 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 ESALs de diseo para cada tipo de vehculo considerado en esta hoja de trabajo.

6) La suma de la columna E da el valor total de los ESALs calculados para el periodo de diseo considerado.

7) Posteriormente, este valor de ESALs debe afectarse por el porcentaje de camiones en el carril de diseo dado en la Tabla 7-4.

8) Tambin debe afectarse el valor de los ESALs por el factor de ajuste por presin de llantas determinado por la Figura 7-9.



Este mtodo considera como parmetro fundamental la evaluacin de los materiales para obtener el mdulo de resiliencia (Mr).

Como no es fcil 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 diseo ser necesario realizar pruebas del Mr de la subrasante.

Es importante recordar que tales correlaciones slo son aplicables a materiales de la subrasante con CBR < 10%

MATERIALES

r

r

M MPa 10.3 CBR

M (psi) 1500 CBR

CBR (%) CLASIFICACIN

0 - 5 Subrasante muy mala

5 - 10 Subrasante mala

10 - 20 Subrasante regular a buena

20 - 30 Subrasante buena

30 - 50 Subrasante muy buena

50 - 80 Base buena

80 - 100 Base muy buena


El Instituto de Asfalto recomienda los siguientes valores percentiles para calcular el mdulo de resiliencia de diseo de la subrasante, mostrados en la Tabla 7-8:

MATERIALES

Con los valores obtenidos en camp del mdulo de resiliencia, se deber calcular el Mr de diseo de la subrasante con los percentiles de la tabla anterior.


Ejemplo: Determine el valor de diseo del mdulo 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

67,6 9800 5 (5/7)100 = 71

58,6 8500 6 (6/7)100 = 86

44,8 6500 7 (7/7)100 = 100

Mr Nmero igual

o mayor

Porcentaje igual o

mayor

87.5

8500


Es necesario que los requerimientos de compactacin de las capas base y subbase, cumplan con las recomendaciones siguientes:

Capas base y subbase constituidas por materiales granulares sin ningn tratamiento (no estabilizadas),

Se deben compactar con un contenido de agua 1.5% del contenido de agua ptimo para alcanzar un grado de compactacin del 100% con respecto al peso volumtrico seco mximo de laboratorio.

Utilizar como referencia los captulos 21 (Material Selecto o Subbase), 22 (Base de agregados ptreos), y 24 (Carpeta de Hormign Asfltico) de las ETG del MOP.

MATERIALES


Es importante sealar que tambin el mtodo incluye factores de medio ambiente y diferentes clases de tipos de asfalto; para el caso se consideran 3 diferentes temperaturas dependiendo de la regin o zona en donde se planea construir el pavimento.

Clima fro: TMAA 24C)

TMAA = Temperatura Media Anual del Aire

En la Repblica de Panam el clima es martimo tropical; caliente, hmedo, nublado, con una estacin seca corta (entre enero y mayo) y una estacin lluviosa (entre mayo y enero).

La TMAA para zonas costeras est entre 23 y 27C y para zonas montaosas es de unos 19C.

MATERIALES


Para espesores mnimos en funcin de la cantidad de trnsito de ejes equivalentes, este mtodo recomienda los siguientes valores para la carpeta asfltica:

ESPESORES

Para la seleccin final de los espesores de diseo, el Instituto de Asfalto proporciona 9 figuras -de diseo; de la 7-10 a la 7-18 en sistema mtrico y de la 7-19 a la 7-27 en sistema ingls.

Las figuras se presentan en escalas logartmicas para los siguientes parmetros:

1) Las 3 condiciones climticas consideradas en la TMAA de la Tabla 7-9

2) Total de ejes equivalentes acumulados durante el periodo de diseo, Hoja de Trabajo HT-01


3) Mdulo de Resiliencia de la subrasante, Mr.

4) Carpeta asfltica de una sola capa o espesor total (Full-depth).

5) Carpeta asfltica + Capa base granular de 6 (150mm).

6) Carpeta asfltica + Capa base granular de 12 (300mm).

ESPESORES


Ejemplo:

CBR de diseo de la subrasante = 3.5%

ESALs = 7 024 463

Espesor de capa base seleccionado = 12 (300mm)

TMAA = 75F (24C)

ESPESORES

1) Se calcula del mdulo 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 = 24C y considera un espesor de capa base granular de 300mm. Se parte del eje horizontal en donde estn los ESALs de 7 024 463 7106 y del eje vertical con el Mr = 36.05 36MPa, las dos lneas 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 asfltica de 375mm (15) de la Figura 7-17.


ESPESORES


ESPESORES

En caso de necesitar la colocacin de una capa subbase se debe definir un espesor mnimo de la capa base en funcin de los ESALs esperados para el periodo de diseo:

Para el ejemplo anterior se tiene un espesor de capa base de 300mm (12), y un ESAL = 7106 con el cual definimos un espesor mnimo de capa base de 6 (150mm) y se requiere convertir las otras 6 de capa base en espesor de capa subbase equivalente.

El Captulo 21 (Material Selecto o Subbase) de las ETG del MOP especifica en valor de CBR > 25%. Utilizando los nomogramas de la Figura 2-7 se puede estimar el Mr = 14000psi.

El Captulo 22 (Base de Agregados Ptreos) de las ETG del MOP especifica un valor de CBR > 80%. Utilizando los nomogramas de la Figura 2-6 se puede estimar el Mr = 28000psi.


ESPESORES


ESPESORES

f

i f

BS

SB

BS BS

BS

D 6"

E 14000psi

D D 6"

E 28000psi

SBD 10"

Se obtiene un espesor de capa subbase equivalente:

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