M. INSTITUTO DEL ASFALTO DISEÑO DE ESPESORES

Curso : Tema: Integrantes:

Pavimentos ESPESOR DE LA ESTRUCTURA DEL PAVIMENTO ASFÁLTICO CRUZ REGALADO Iván MINAYA ARAUJO Gary MIÑANO MENDOZA David MORACHIMO FIESTAS Kelly SANCHEZ VALLE John VALDERRAMA RUIZ Adderly

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ESPESOR DE LA ESTRUCTURA DEL PAVIMENTO ASFÁLTICO Generalidades:

En este informe se verán los métodos para establecer los espesores totales la estructura del pavimento y cada una de las capas que lo componen. El índice de tráfico y la resistencia de diseño para la subrasante, establecidos ya, son los datos básicos necesarios para la determinación de estos espesores. Los métodos también requieren que la estructura del pavimento materiales con cualidades ya indicadas. Diseño Alternativo: Además de las estructuras de los pavimentos totalmente asfálticos se usan también algunas combinaciones de concreto asfáltico, Base Granular y Subbase Granular que puede satisfacer las exigencias del diseño de espesores, estas alternativas de diseño se pueden ver en las Fig.N°1.

Fig. N°1, Diseño alternativo de la estructura de un pavimento asfáltico.

Relación de Sustitución:

Algunas combinaciones de materiales son más efectivas para distribuir y soportar los esfuerzos del tránsito en la estructura de un pavimento que otras. Entonces las exigencias de espesores totales y de los espesores de las capas correspondientes, varían con los materiales seleccionados para las capas del pavimento.

Por ejemplo, una pulgada de espesor de concreto asfáltico denso similar al tipo IV de al mezclas del Instituto del Asfalto, es igual y tan efectivo en la estructura del pavimento, como otro de 2 pulgadas de base granular de alta calidad. Se recomienda las siguientes relaciones de sustitución: 

Relación de Sustitución 2:1, indica que 2”de una Base Granular de alta calidad, que llene los requisitos indicados equivalen a 1” del concreto

asfáltico del tipo IV. 

Relación de Sustitución 2.7:1, indica que 2.7”de una Base Granular, que llene los requisitos indicados equivalen a 1” del concreto asfáltico

semejante al tipo IV. 

Relación de Sustitución 1.35:1, indica que 1.35”de una Base Granular, equivalen a 1” de Base Granular.

Grafico Para el Diseño de Espesores fig. 2

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La Fig. N°2, es el grafico básicos para determinar el requerimiento total de espesores de la estructura e structura del pavimento y el espesor de todas las capas componentes. La Fig. N°2, se utiliza con resistencia de la subrasante medida por el CBR en la prueba de la capacidad portante. El gráficos proporcion proporcionan an el espesor total requeridos requeridos en términos términos de TA, exigencia de espesor total de concreto asfáltico. Diseños alternativos, incorporados Base Granular y capa de Subbase, también pueden obtenerse con estos gráficos cuando se utilizan relaciones de sustituciones apropiadas. La línea AA en el grafico se utiliza para establecer el espesor minino de la superficie de Concreto Asfáltico y la Base de Concreto Asfáltico exigido para cualquier resistencia de subrasante en Índice de tráfico. La línea BB determina si puede usarse Subbase. También se usa para la determinación del espesor requerido por la Base y la Subbase.

Exigencias de Espesor Mínimo de Concreto Asfáltico. El espesor mínimo de concreto asfáltico para cada índice de trafico, esta indicada por la línea AA de las fig.N°2 De la intersección de la línea que representa el índice de tráfico con la línea AA, se traza una horizontal de la escala TA redondeando el resultado a 0.5. Este espesor consiste en una capa de superficie y la capa de base de concreto asfáltico. El espesor de Capa de Superficie no podrá ser menor a lo que indica la tabla N°2 Tabla N°2.- Exigencias de Espesor Mínimo Mínimo de Concreto Asfáltico.

Índice de Trafico

Espesor mínimo Sobre la Base de Concreto Asfáltico,(Capa de Rodadura)

Menos de 10 (Trafico Liviano)

1” (2.5 cm.)

10-100 (Trafico Mediano)

1 1/2"(3.8 cm.)

Mas de 100 (Trafico Pesado)

2” (5.0 cm.)

Cuando no se utilizan Bases Asfálticas si no las comunes Bases granulares (Nitratadas), el espesor mínimo de Capa de Rodadura de concreto asfáltico que propone el Instituto del Asfalto puede obtenerse de la fig.N°3. Espesores mínimos de Carpeta Carpeta de concreto asfáltico sobre Bases Granulares.

Requisitos Mínimos Para Materiales de Base Hidráulica Tipo de Prueba

Normas Baja Calidad

Alta Calidad

CBR Mínimo

20

100

Valor L Mínimo

55

80

Limite Liquido, Máximo

25

25

Índice Plástico, Máximo

6

NP

Equivalente de Arena, Mínimo

25 12

50 7

Máximo % de Material que pasa el tamiz N°200.

Debe comentarse que los resultados de la utilización de la Fig. N°3, conducen a capa de rodadura que quizá resulten algo excesivas para la tecnología de algunos países, en lo que es muy raro verlas construidas aun en carreteras de excelente comportamiento y en los que la utilización de la capa de rodadura con sistema de mezclas, aun a base de un solo riego, han dado magníficos resultados en carreteras de transito moderno.

También se puede tener en cuenta, que como en esta clase de pavimentos la capa de rodadura tienen un espesor considerable (mas de 2” o 5 cm.), por tener una gruesa capa; su estabilidad es mayor y no es totalmente flexible. La rigidez excepcional de la capa lo hace poco deformable y la ruina del pavimento puede producirse cuando la deformabilidad excesiva de las capas inferiores da lugar a la figuración de la capa superior. Por esto, cuando se usa capas de rodamiento con espesores de 2 ”, es frecuente ejecutar dos capas de constitución diferente. La capa inferior generalmente menos compacta y menos rica en ligante, se llama BINDER O CAPA INTERMEDIA, la superior es la capa de rodamiento. Ver Fig. N°4.

DETERMINACIÓN DEL ESPESOR DEL DISEÑO.

El espesor de diseño Ta se determina de la Fig. N° 2. Se sitúa la resistencia de diseño de la subrasante en la escala horizontal del grafico apropiado. Se traza una línea vertical hasta cortar la línea que representa el Índice de Transito, interpolando si es necesario, y de este punto se sigue una línea horizontal hasta llegar a la escala vertical de la izquierda del grafico, donde se lee el espesor redondeándolo dentro de 0.5”. Este es el espesor de diseño Ta cuando la exigencia mínima de espesor de concreto asfáltico es mayor de Ta; este utiliza como “Espesor de Diseño”. ESPESOR TOTAL DE CONSTRUCCIÓN ASFÁLTICA. Si el espesor total es de asfalto, el espesor recomendado de la estructura del pavimento es igual al espesor de diseño Ta.

ESPESOR MÍNIMO DE CAPA DE BASE Y SUBBASE GRANULARES.

En los siguientes conceptos se recomienda ciertas exigencias mínimas para espesores de capas granulares de base y subbase. De todas maneras no es practico construir estas capas de espesores menores de 3” (7.5 cm.). CASOS DE SUSTITUCIÓN QUE SE PRESENTAN Se puede representar tres casos de sustitución: 1. Sustit Sustituir uir una porció porción n de de concr concreto eto asfált asfáltico ico por una base base granular: Pasos granulares de alta calidad puede sustituir aquella parte de espesor de diseño, Ta, que excede de la “Exigencia de espesor mínimo concreto asfáltico” determinada por la línea AA. Se recomienda una medida de sustitución de 2” de capa de base granular por 1” de concreto asfáltico reemplazado. Para determinar los espesores exigidos para concreto asfáltico y base granular se produce así:

a) Del Del punt puntoo de int inter ersec secci ción ón (1) (1),, ver Fig. N°5, de la línea vertical el valor resistente del suelo con la diagonal Índice de Trafico; se traza una horizontal a la escala T a, leyéndose el valor redondeándolo dentro. Esta es la exigencia total de concreto asfáltico sobre la subrasante (espesor total de concreto asfáltico). b) Desde Desde el punto punto de de inter intersecc sección ión (2), del Índice de transito con la línea AA en el grafico se traza una horizontal hacia la escala Ta, leyendo el valor T1 es la mas próxima 0.5”.Este 0.5”. Este es el mínimo recomendable de espesor combinado de concreto asfáltico para base y capa de rodadura que puede permitirse.

c) Se rest restaa el valor valor dete determi rminad nadoo en el paso paso (b (b), del valor determinado en el paso (a) o sea (Ta – T1). Este es el espesor de concreto asfáltico base que puede ser sustituido por una base granular. Ver Fig. N°6.

d) Se multipli multiplica ca el valor valor obten obtenido ido en el paso paso (c) por la razón de sustitución de 2:1(para base granular con relación a base de concreto asfáltico). Esto determina el espesor de la base granular (Ta – T1) 2”. e) El espeso espesorr total total requerido requerido para estructu estructura ra, utilizando concreto asfáltico y base granular es la suma del valor determinado en el paso (b) mas el valor determinado en el punto (d).Fig. N°7. La subrasante hará las veces de subbase.

Puede utilizarse otras combinaciones de espesores de concreto asfáltico y base granular. El espesor de concreto asfáltico encontrado no debe ser nunca menor que el determinado en el paso (b). La exigencia de espesores totales de la estructura del pavimento debe ser aumentada en la diferencia entre el espesor calculado de base granular y el espesor de concreto asfáltico para el que se hizo la sustitución.

2. Sustit Sustituir uir una porció porción n de de concr concreto eto asfált asfáltico ico por una subbas subbasee granular: El mínimo espesor exigido para permitir el uso de subbase de material granular, se indica para cada Índice de Trafico por la línea BB. De la intersección BB de la línea que representa el Índice de trafico con la línea BB, se traza una horizontal hacia la escala Ta, leyendo en la próxima división de 0.5”.

Cuando este valor es menor que el espesor de diseño Ta, para la diferencia entre ellas representa el espesor que puede ser sustituido por la subbase granular cuyo valor debe multiplicarse por la relación de sustitución de 2.7:1. Cuando es igual o mayor que el espesor de diseño Ta, entonces la subbase granular no puede utilizarse. (Sucede cuando el punto 1 cae en la derecha de BB). Para determinar las exigencias de espesores para combinaciones de concreto asfáltico y subbase granular, se procede así:

a. Del Del pun punto to de in inte ters rsecc ecció ión n (1) (1),, ver Fig. N°8 de la línea vertical baja de la escala de la resistencia del suelo, con la diagonal Índice de Trafico, se traza una horizontal a la línea de escala T a, leyendo el valor en la ultima 0.5” del valor mas alto.

Esta es la exigencia exigencia de espesor total de concreto asfáltico sobre la subrasante. b. Del el punt puntoo de inters intersecci ección ón de la líne líneaa diagon diagonal al que representa el Índice de Trafico con la línea BB se traza una horizontal a la escala T a, leyendo el valor T 1,en la mas próxima 0.5”. Este es el mínimo espesor permisible de concreto asfáltico,recomendable, fuera del espesor de la base granular necesario (no se usa base granular)

c. Se rest restaa el valor valor deter determi minad nadoo en en el punto punto (b) del valor determinado en el paso(a) o sea (T a – T1). Este es el máximo valor de concreto asfáltico que puede ser sustituido por la subbase granular. Ver Fig. N°9 d. Se mult multipl iplica ica el valo valorr en el paso paso (c) (c) por la razón de sustitución de 2.7:1 (para subbase con respecto al concreto asfáltico). Esto determina la exigencia de espesores de subbase granular para utilizarse con el mínimo permisible de espesores de concreto asfáltico determinado en el paso (b).

e. La exig exigen enci ciaa de de esp espes esor or tota totall de de la la est estru ruct ctur uraa del pavimento es entonces igual a la suma de los valores determinados de los pasos (b) y (d), fig 10

Puede usarse otras combinaciones de espesores de concreto asfáltico y subbase. Cuando usan dichas combinaciones, de todas maneras los espesores de concreto asfáltico no deben ser menores que los determinados en el paso (b). La exigencia de espesores de estructura del pavimento debe incrementarse en la diferencia entre los espesores calculados de subbase y los espesores de concreto asfáltico por los que fueron sustituidos.

3. Sustit Sustituir uir una porció porción n de de conc concret retoo asfá asfált ltico ico por una base base y subbase granular: La estructura el pavimento puede estar compuesta de combinaciones de concreto asfáltico, Base y Subbase Granulares, con las limitaciones especificadas más abajo, se puede si el punto de intersección de la vertical bajada de la escala de resistencia de los suelos de los Índices de Trafico cae a la izquierda de la línea BB en el grafico correspondiente. Para determinar las exigencias de espesores para estas capas componentes se procederá de esta manera:

bajada de la escala de a) Del punto (1), intersección de la vertical bajada resistencias de suelo, con la línea que representa el índice de tráfico se traza una horizontal hacia la escala TA leyendo el valor en la la última 0.5" superior. Figura N° 11. Esta es la exigencia total del espesor espesor del del concreto asfáltico sobre la subrasante.

b) Del punto (2), intersección del índice de tránsito con la línea AA se traza una horizontal hacía la escala TA, leyendo el valor T1, de la más próxima 0.5". Este es el mínimo permisible de espesor de concreto asfáltico si se usa base granular que se recomienda. c) Del punto de intersección de la línea que representa el índice de tránsito, con la línea BB (2), se traza una horizontal hacia la escala TA, leyendo un valor T2 de la próxima 0.5". Este es el mínimo permisible de espesor de concreto asfáltico, base y capa de rodadura; si se contempla el empleo de una subbase granular.

d) Se resta el valor derivado del paso (b), del obtenido del paso (c), (T2 - T1). Este es el espesor espesor de concreto asfáltico mínimo mínimo permisible, permisible, que se recomienda puede ser reemplazado por una base granulada, si se utiliza el espesor mínimo de concreto asfáltico T1 (paso b). e) Se resta el valor derivado del paso paso (c) del valor valor derivado del paso (a) (TA - T2). Este es el último espesor de concreto, para el cual puede sustituirse sobre una base anular. f) Para establecer el espesor mínimo permisible de base granular, cuando se va a usar el espesor mínimo de concreto asfáltico, se multiplica por la derivada del paso (d), (TA-T1), por la relación de sustitución 2:1, para base granular con relación al concreto asfáltico.

g) Para establecer el máximo espesor permisible de sub-base, se multiplica el valor deducido del paso (e), (TA-T2), por la razón de sustitución 2.71. de la sub-base, con relación al concreto asfáltico. h) Se reajusta el espesor total requerido por la estructura del pavimento, de paso (a), (f) y (g) Ver Fig.N° 13.

Ejemplo:

Se trata de diseñar el pavimento flexible para una carretera urbana de cuatro carriles, con tráfico pesado de 1500. El terreno de fundación esta formado por un suelo A-06, cuyo CBR es de 45%. Se proyecta construir el pavimento colocando capas de concreto asfaltico, una capa de base y de sub base granulares, el material para ambos casos cumple con los requisitos y la mezcla asfáltica es de tipo IV. Solución: Conociendo los valores de la capacidad portante del terreno de fundación de 4.5% y del índice de trafico 1500 se puede calcular el espesor del pavimento usando el grafico de la fig.2. Con el punto punto de intercepción (1) (1) de las líneas correspondientes correspondientes al CBR y al IT, cae a la izquierda de la línea BB, el pavimento que se construirá podría tener las capas de sub base granular, base granular y capa de rodadura de concreto asfaltico.

Como se puede apreciar, estamos en el tercer caso de diseño: En primer lugar, el espesor total Ta de concreto asfaltico, colocarse encima de la sub rasante, ara un valor de tránsito para el diseño de 1500 y un valor de CBR de 4.5%, seria alrededor de 12 ” (30cm). Si se contempla la colocación de una base granular, el espesor mínimo de concreto asfaltico para un valor de tránsito de 1500 (tomando en cuenta la línea AA), llegaría a uno de 6.5 ” (17cm), aproximadamente. Si contemplamos la colocación d una sub base granular, el espesor “mínima de concreto asfaltico para un valor de tránsito de 1500(tomando en cuenta la línea BB), llegaría a unos 10” (25cm). La diferencia entre los valores Ta-T1, dará el espesor equivalente de la base granular a colocarse en remplazo del concreto asfaltico. Es decir que tendremos una base granular equivalente de 10-6.5=3.5 ” (9cm) aproximadamente. Pero como existe la relación 2:1 ente una base granular y una de concreto asfaltico, se multiplica por 2 el espesor indicado. El espesor de la base granular será, entonces de 3.5x2=7 ” (18cm), aproximadamente. El espesor “máximo de concreto asfaltico que puede ser sustituido por una sub base granular, sería la diferencia (Ta-T2), ósea 2 ” (5cm) como la relación entre el concreto asfaltico y el material de sub base es 2.7:1; el espesor de la sub base granular, seria: 2x2.7=5.4 ” (se toma 5.5”) (14cm).

Por lo tanto, se tendría dos alternativas de la estructura del pavimento: El pavimento podría construirse íntegramente do concreto asfaltico, en un espesor de 12” (30cm), distribuido, por ejemplo, ej emplo, de la siguiente ver

figura 15 maneras. La distribución de los espesores se a realizado teniendo en cuenta que, para tráfico pesado, se recomienda un espesor mínimo de capa de rodadura de 2”.

El pavimento podría estar formado por concreto asfaltico y material granular, distribuido de la forma siguiente; ver figura 16.