Dpf-metodo Inst Asfalto

ESCUELA ACADÉMICA DE INGENIERÍA CIVIL

Diseño de Pavimento Flexible

Método Mecanìstico INSTITUTO DEL ASFALTO DOCENTE: ING. JAIRO DIEGO VIGO REYES

I. INTRODUCCIÓN: •

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Se consideran las dos condiciones de esfuerzo y tensión específicas, como se muestra en las Figuras VI.1 y VI.2. La primera condición se ilustra en la Figura VI.1(a). Aquí, la carga de la rueda, W, se transmite a la superficie del pavimento a través del neumático como una presión vertical uniforme, P0. La estructura del pavimento entonces esparce el esfuerzo de la carga, reduciendo su intensidad hasta que, en la superficie de la subrasante, la presión vertical tenga una intensidad máxima de P1. La figura VI.1(b) ilustra la manera general en la que la intensidad de la presión vertical máxima disminuye con la profundidad, de P0 a P1. La segunda condición se ilustra en la Figura VI.2. Aquí la carga de la rueda, W, deforma la estructura del pavimento y causa esfuerzo de tensión y de compresión en la capa del asfalto.

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Este método está está basado en el establecimiento establecimiento de un límite de deflexión a la estructura del pavimento, el cual es función del número e intensidad de aplicaciones de carga. El primer paso para para la aplicación del método del Instituto Norteamericano Norteamericano del Asfalto consiste en determinar el número de tránsito para el periodo de diseño. Por otro lado, el método permite el empleo de concreto asfáltico o emulsiones asfálticas en la totalidad o en parte de la estructura del pavimento, e incluye varias combinaciones de capa de rodadura y bases de concreto asfáltico; de capa de rodadura y bases con emulsiones asfálticas, así como capas de rodadura asfáltica con base y subbase granulares. También considera al pavimento como un sistema elástico de varias capas y para su análisis emplea conceptos teóricos, experimentales y corridas de programa de cómputo, sin embargo con el objeto de simplificar el método, el Instituto de Asfalto propone una serie de ábacos que permiten la aplicación del método en forma rápida y sencilla.

II. VARIABLES DE DISEÑO:  A. CARACTERÍSTICAS DE LOS MATERIALES: 1. Evaluación de los materiales: Para el diseño de los espesores de una sección estructural del pavimento flexible, el método actual del Instituto del Asfalto, considera como parámetro fundamental, dentro de la evaluación de los materiales, la obtención del Módulo de Resiliencia (Mr) de la subrasante. Sin embargo, reconocen que no todos los organismos tienen el equipo adecuado para llevar a cabo tal prueba, por lo que han establecido factores de correlación entre Mr y la prueba estándar de Valor Relativo de Soporte CBR .Señalan que los resultados son bastante aproximados; sin embargo, para un diseño preciso, se recomienda llevar a cabo la prueba del Módulo de Resiliencia para la subrasante.

2. Restricciones de Tiempo: •

En función del tránsito esperado sobre el pavimento en estudio, el método del Instituto del Asfalto recomienda los siguientes valores percentiles para calcular el Módulo de Resiliencia de diseño de la capa subrasante.

Tabla 1. Valor Percentil del MR para diseño de la Subrasante, de acuerdo al nivel del Tránsito.

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Así mismo, recomienda los siguientes valores para las diferentes pruebas a realizarse con materiales de bases y subbases. Tabla 2 : Diferentes pruebas, con materiales de base y subbase.

3. Espesores mininos: •

a) Para superfícies de concreto asfáltico construídas sobre bases estabilizadas con emulsión asfáltica: Tabla 3. Espesor mínimo de para superficies de concreto asfáltico.

b) Para superficies de concreto asfáltico construido sobre bases granulares sin estabilizar: Tabla 4: Espesores de concreto asfáltico sobre bases granulares.

4. Factores ambientales: Es importante hacer notar que el método contempla factores de medio ambiente y varios tipos o clases de asfalto según las necesidades particulares del diseño. A continuación ver la tabla. Tabla 5: Grados de asfalto de acuerdo el tipo de clima.

5. Propiedades de los materiales: Concreto Asfáltico: El módulo dinámico de las mezclas de concreto asfáltico es muy dependiente de la temperatura del pavimento. Para simular los efectos de temperatura como los cambios a lo largo del año, fueron utilizadas tres distribuciones típicas de temperatura promedio mensual del aire, representando tres regiones climáticas típicas de América del Norte. Los valores del módulo dinámico apropiados fueron seleccionados después de un estudio extenso de las relaciones de módulo-temperatura y propiedades del asfalto.

Mezclas del Emulsiones Asfálticas: Las mezclas de emulsiones asfálticas están caracterizadas por tres tipos de mezclas, dependiendo del tipo de agregado usado: Tipo I - Mezclas de emulsión asfáltica hechas con agregado procesado, de densa calidad. Tipo II - Mezclas de emulsión asfáltica hechas con agregado semi-procesado, estrujado, aplastado o triturado. Tipo III - Mezclas de emulsión asfáltica hechas con arenas o arenas limosas. El módulo dinámico está en función de periodo de curado, y un período de 6 meses fue usado para preparar los ábacos de diseño. Los periodos de curado mayores a 24 meses no tienen una influencia significante en los espesores. •

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Materiales Granulares No Tratados: El módulo de resiliencia de los materiales granulares no tratados varían con las condiciones de esfuerzos en el pavimento. En el desarrollo del método del Instituto del Asfalto, tres juegos de condiciones medioambientales fueron seleccionados para representar el rango de condiciones a que el manual debe aplicar: Tabla N° 6

La Temperatura Promedio Anual del Aire (MAAT) fue usada para caracterizar las condiciones medioambientales aplicables a cada región, y las características de los materiales fueron seleccionadas apropiadamente.

B. TRÁFICO: 1. Periodos de diseño y tasa de crecimiento: Tabla N° 7: Tasa de crecimiento anual

2. Carril de diseño: Tabla : Porcentaje de camiones en el carril de diseño

3. Área de contacto y presión de neumático3

Figura N° 01: Factor de ajuste de los ejes equivalentes por presión de llantas.

4. Estimación de trafico vehicular:

II. PROCEDIMIENTO DE DISEÑO: •

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CASO 1: Determinación de espesores para pavimento de concreto asfaltico full-depth.(Abaco N° 01). CASO 2: Determinación de espesores para pavimento de base de emulsión asfáltica. (Abaco N° 02, Abaco N° 03 y Abaco N° 04 ). CASO 3:Determinación de espesores para pavimento de con concreto asfaltico encima de base de agregado no tratado. (Ábacos: 150 mm/MAAT 7°C, 300 mm/MAAT 7°C, 150 mm/MAAT 15.5°C, 300 mm/MAAT 15.5°C. 300 mm/MAAT 24°C ) CASO 4:Determinación de espesores para pavimento de con mezclas de emulsiones asfálticas encima de base de agregado no tratados.

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CASO 4: Los ábacos del diseño para el diseño de espesor de pavimentos con mezclas de emulsiones asfálticas usadas para todas o parte de las mezclas asfálticas requeridas encima de una base de agregado no tratado no se han preparado. Este método se recomienda:

Esta ecuación cuantifica los valores determinados de los pasos (1) a (5):

Abaco N° 01: Diagrama de diseño para espesor pleno de concreto asfaltico (full depth).

Abaco N° 02: Diagrama de diseño para base estabilizada con emulsión Tipo I.

Abaco N° 03: Diagrama de diseño para base estabilizada con emulsión Tipo II.

Abaco N° 04: Diagrama de diseño para base estabilizada con emulsión Tipo III.

Abaco N° 05: Diagrama de diseño para base granular de 10.00 cm de espesor.

Abaco N° 05: Diagrama de diseño para base granular de 15.00 cm de espesor

Abaco N° 05: Diagrama de diseño para base granular de 20.00 cm de espesor

Abaco N° 05: Diagrama de diseño para base granular de 25.00 cm de espesor

Abaco N° 05: Diagrama de diseño para base granular de 30.00 cm de espesor

Abaco N° 05: Diagrama de diseño para base granular de 45.00 cm de espesor.

PROBLEMAS

Problema N° 01:

Del ábaco N° 01:

Del ábaco N° 02:

Problema N° 02 (CASO 1):

Del ábaco N° 01:

Del ábaco N° 01, se determinó que el espesor de diseño de concreto asfáltico Full-Depth es igual a 240 mm de superficie y base de concreto asfáltico.

Problema N° 03 (CASO 2): Del ábaco N° 02, 03 y 04::

De los ábacos de diseño de base de emulsiones asfálticas asignados los espesores totales obtenidos son:

Si el Tipo I es seleccionado, sólo un tratamiento de superficie es requerido. Para el Tipo II o III, el espesor mínimo de concreto asfáltico o mezcla de emulsión asfáltica Tipo I con un tratamiento de superficie es 75 mm (3 in.) para EAL = 106 (Tabla 3). La diferencia entre el espesor total y 75 mm (3 in.) determina el espesor de la base de emulsión asfáltica:

Problema N° 04 (CASO 3): Diseñe un pavimento usando una base de agregado no tratado para estas condiciones:

Prepare dos diseños: para bases de 150 mm y de 300 mm. Los diseños alternativos son:

Problema N° 05(CASO 4): Diseñe un pavimentos con superficie de concreto asfáltico, base de mezcla de emulsión asfáltica Tipo III y una base de agregado no tratado de 150 mm en una región climática con MAAT = 15.6°C. MR de la subrasante = 55.2 MPa (8,000 psi) y EAL = 10 5. Paso:

(1) Del Ábaco 1 de diseño :

(2) Del Ábaco 4 de diseño:

(3) Del Ábaco 150 mm/MAAT 15.5°C :

( 4) De la Tabla 3,  ACmin = 50 mm para EAL = 10 5

(5) Obtenga el espesor de base de emulsión asfáltica: