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Tesis 4 - Trazo y Construcción de una Carretera - 4.3 Diseño De Pavimento Flexible por el procedimiento del Instituto Norteamericano del Asfalto

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4.3. - DISEÑO DE PAVIMENTO FLEXIBLE POR EL PROCEDIMIENTO DEL INSTITUTO NORTEAMERICANO DEL ASFALTO.

 

 

El procedimiento propuesto por el instituto norteamericano del asfalto con metodología de diseño de los pavimentos flexibles, se refiere básicamente a carreteras, y consiste en determinar el espesor de la estructura del pavimento, de acuerdo con los siguientes datos:

 

    • volumen de transito a prever (NTD)

      •  

       

    • parámetro que representa la resistencia y deformabilidad del material de apoyo o terraceria (VRS y/o valor portante K)

      •  

       

    • calidad general de los materiales disponibles

      •  

       

    • procedimientos previstos para la construcción

      •  

 

El transito previsto se refiere al denominado numero de transito para diseño (NTD), que es el promedio diario de cargas equivalentes de 8.2 Ton (18000 lb), dispuestas en un eje sencillo, que se esperan durante el periodo de diseño de la obra, normalmente fijado en 20 años por la propia institución.

 

Las propiedades mecánicas básicas del material de terraceria, capa subrasante, súbase y base, se establecen por medio de las pruebas usuales en la tecnología actual de los pavimentos.

 

El instituto del asfalto da el espesor necesario de cubrimiento, sobre un material determinado, en términos de un espesor de concreto asfáltico, el cual puede traducirse en diversas alternativas de estructuración, a base de las capas usuales, empleando los factores de equivalencia, que mas adelante se detallan.

 

Una vez que se ha determinado el valor índice de la resistencia del material y el NTD aplicable al caso, el espesor necesario de cubrimiento se obtiene con el monograma de espesores de carpeta asfáltica, (adelante visto).

 

Procedimiento del método.

 

     

a) Evaluación del transito de vehículos

 

 

1.- calculo del transito diario inicial (TDI)

Para tal propósito, deberá comenzarse por establecer con base en estudios previos de transito, él numero medio diario de vehículos que se han de esperar en el camino, durante el primer año de su operación. Este numero se denomina Transito Diario Inicial (TDI) y su valor es el correspondiente al transito promedio diario anual (TDPA).

TDI = TDPA

2.- calculo del numero promedio diario de vehículos pesados en al carril de diseño, en una dirección (N).

 

Con base en datos de aforo y clasificación vehicular del transito valido al caso, ha de determinarse también el porcentaje de vehículos pesados que existirá en ese primer año llagando incluso a definir cuanto de ese porcentaje corresponde al carril del diseño

El propio instituto del asfalto, indica cual es la distribución de vehículos pesados que conviene considerar en el carril de diseño, en los diferentes casos.

N = TDI x A/100 x B/100

En donde:

A

es el porcentaje de camiones pesados en dos direcciones. Se efectúa la suma del numero de vehículos pesados (S VP), de acuerdo con la clasificación vehicular correspondiente y se calcula el porcentaje de vehículos pesados respecto al TDPA.

B = (S VP/TDPA) 100

B

es el porcentaje de camiones pesados en el carril de diseño y se obtiene su valor de la siguiente tabla.

 

Porcentaje del transito total de vehículo pesados en dos direcciones que deberá considerarse en el carril de diseño

No. Total de carriles en la carretera

% de camiones a considerar en el carril de diseño

2

50

4

45 (oscila entre 35 y 48)

6 o más

40 (oscila entre 25 y 48)

3.- calculo del peso promedio de los vehículos pesados (Ppc)

Ppc = S (No. De vehículos)(peso total vehículo)/S VP

4.- limite de carga legal por eje sencillo, establecido por las autoridades

En México, se utiliza como estándar un eje sencillo, soportando una carga total de 8.2 Ton. (18000 lb), es decir, 4.1 Ton. Por rueda.

5.- calculo del numero de transito inicial (NTI)

con toda la información anterior podrá establecerse el numero de transito inicial (NTI), haciendo uso del monograma siguiente.

El procedimiento para utilizar el monograma es el siguiente:

Fíjese en la escala D el peso promedio de la carga de los camiones pesados (Ppc). Únase ese punto con el numero de camiones pesados en el carril de diseño (N), sobre el eje (C) la línea anterior deberá prolongarse hasta cortar el eje (B). Fíjese ahora en el eje (E) él limite de carga legal para eje sencillo (8.2 Ton); ese punto debera unirse con el anterior encontrando sobre el eje (B), y esa linea debera prolongarse hasta el eje (A), sobre el que podra leerse el (NTI).

6.- calculo del numero de transito de diseño (NTD).

Con el periodo de diseño del pavimento considerado, que será usualmente de 20 años, y la tasa de crecimiento anual de transito, podrá buscarse en la tabla de Factores de Corrección del NTI, el factor de corrección que deberá aplicarse al NTI, de manera que el producto de las cantidades, es el numero de transito de diseño (NTD) que figura en el monograma de espesor total de cubrimiento.

NTD = (NTI) (FACTOR DE CORRECCIÓN)

 

FACTORES DE CORRECCIÓN DEL NTI, PARA OBTENER EL NTD

PERIODO DE DISEÑO

TASA DE CRECIMIENTO ANUAL DEL TRANS.

AÑOS

0

2

4

6

8

10

1

0.05

0.05

0.05

0.05

0.05

0.05

2

0.10

0.10

0.10

0.10

0.10

0.10

4

0.20

0.20

0.21

0.22

0.22

0.23

6

0.30

0.32

0.33

0.35

0.37

0.39

8

0.40

0.43

0.46

0.50

0.53

0.57

10

0.50

0.55

0.60

0.66

0.72

0.80

12

0.60

0.67

0.75

0.84

0.95

1.07

14

0.70

0.80

0.92

1.05

1.21

1.40

16

0.80

0.93

1.09

1.28

1.52

1.80

18

0.90

1.07

1.28

1.55

1.87

2.28

20

1.00

1.24

1.49

1.84

2.29

2.86

15

1.25

1.60

2.08

2.74

3.66

4.92

30

1.50

2.03

2.80

3.95

5.66

8.22

35

1.75

1.50

3.68

5.57

8.62

13.55

b) análisis estructural del pavimento

 

1.- calculo del espesor necesario de cubrimiento de concreto asfáltico.

Con los datos del V.R.S. y el N.T.D., aplicable al caso, se entra en el monograma de la siguiente figura , y se obtiene el espesor total del pavimento, dado en concreto asfáltico.

2.- calculo del espesor mínimo de carpeta asfáltica (Em)

En la gráfica de la siguiente figura, se obtiene el espesor mínimo de carpeta asfáltica (Em), requerido por un determinado tipo de base hidráulica.

 

 

NUMERO DE TRANSITO PARA DISEÑO (NTD)

REQUISITOS MINIMOS PARA MATERIALES DE BASES HIDRÁULICAS

TIPO DE PRUEBA

NORMAS

BAJA CALIDAD

ALTA CALIDAD

VRS MÍN

20

100

LL max

25

25

IP max

6

NP

Equivalente de arena

25

50

Finos (% max)

12

7

 

 

El instituto del asfalto, especifica los espesores mínimos de concreto asfáltico que deben colocarse en la carpeta del pavimento cuando se utilizan bases asfálticas. Estos valores aparecen en la siguiente tabla.

 

ESPESORES MINIMOS PARA CARPETAS DE CONCRETO ASFALTICO SOBRE BASES ASFÁLTICAS

NUMERO DE TRANSITO DE DISEÑO (NTD)

ESPESOR MINIMO (cm)

Menor que 10 (transito ligero)

5

Entre 10 y 100 (transito medio)

7

Mayor de 100 (transito intenso)

10

3.- Calculo del espesor de la base granular.

Esp. Base granular en concreto asfáltico = Et – Em

El espesor real de la base, se obtiene multiplicando el espesor de la base granular, dado en concreto asfáltico, por un factor de equivalencia correspondiente a una base granular, este factor se obtiene mediante el uso de la siguiente tabla.

 

FACTORES DE EQUIVALENCIA ENTRE CAPAS CONVENCIONALES Y CAPAS DE CONCRETO ASFALTICO, EN CUANTO A ESPESOR

CAPAS CONVENCIONALES

FACTOR DE EQUIVALENCIA

Bases asfálticas de arena, mezcla en planta

1.3

Bases asfálticas elaboradas con asfalto liquido o emulsificados

1.4

Bases granulares de alta calidad (VRS > 100%)

2.0

Bases granulares de baja calidad (VRS > 20%)

2.7

 

El espesor de la capa de súbase y de la capa subrasante se obtiene por especificación.

Ejemplo:

Diseñar la sección estructural de un pavimento flexible empleando el método anterior. Los datos generales son los siguientes:

Los materiales que forman las terracerias son generalmente de origen volcánico y están constituidos por limos inorgánicos de mediana plasticidad y de baja a alta compresibilidad. También se encuentran algunas mezclas de suelos y fragmentos pequeños de roca, cuyas características son muy variables.

 

    • VRS subrasante = 20%

      •  

    • VRS sub-base = 30%

      •  

    • VRS base = 100%

      •  

    • No. De carriles = 2

      •  

    • r = 6%

      •  

    • n = 20 años

      •  

 

CLASIFICACIÓN VEHICULAR

TIPO DE VEHICULO

TDPA

PESO TOTAL DEL VEHICULO

A-2

1500

2.0 Ton.

A´2

150

5.5

B2

60

15.5

C2

95

15.5

C3

80

23.5

T2-S1

30

25.5

T2-S2

15

33.5

T3-S3

10

35.5

1940

 

 

 

a).- EVALUACIÓN DEL TRANSITO DE VEHICULOS

 

1.- transito diario inicial = transito promedio diario anual

TDI = TDPA = 1940 vehículos

 

2.- el numero de camiones pesados en el carril de diseño se calcula mediante la siguiente formula.

N = TDI (A/100) (B/100)

A = (S VP / TDPA ) 100

S VP = B2+C2+C3+T2-S1+T2-S2+T3-S3 =

60+95+80+30+15+10 = 290

A = (290/1940)100 = 14.95 %

 

El valor de B se calcula de la tabla de porcentaje de transito total de vehículos pesados para una carretera de dos carriles

B

= 50 %

N

= 1940 (14.95/100) (50/100) = 145

 

 

3.- peso promedio de los vehículos pesados (Ppc).

 

4.- limite de carga legal = 8.2 Ton

 

 

5.- se calcula el NTI, entrando a la grafica de análisis de transito del instituto norteamericano del asfalto.

 

NTI = 130 vehículos (transito intenso)

 

6.- calculo del NTD, el factor de corrección se obtiene de la grafica de factor de corrección del NTI, para una n = 20 años y un r = 6% el factor es de 1.84

 

NTD = (NTI)(factor)

NTD = (130)(1.84) = 240 VEHÍCULOS

 

b).- ANÁLISIS ESTRUCTURAL DEL PAVIMENTO.

 

1.- para el diseño del espesor total (Et), se considera un valor de VRS subrasante de 20% y de NTD = 240.

Mediante el empleo del monograma de espesor total de cubrimiento se obtiene un espesor total de:

Et = 14 cm. (de concreto asfáltico)

 

2.- en la tabla de espesor mínimo de carpeta asfáltica se podrá obtener el dicho (Em) requerido para una base hidráulica de alta calidad, el cual en este caso da el resultado siguiente:

Em = 13.8 cm. (de concreto asfáltico)

 

3.- calculo del espesor de la base granular.

 

Espesor de base granular de concreto asfáltico = Et – Em = 14 – 13.8 = 0.2 cm

El espesor real de la base es:

Espesor de base granular de concreto asfáltico x factor de equivalencia.

El factor de equivalencia lo podemos obtener de la tabla de factores de equivalencias entre capas convencionales y capas de concreto asfáltico, el cual nos arroja un resultado de 2.0 %

Espesor real de la base = (0.2) (2.0) = 0.40 cm

 

Las especificaciones de la SCT (Secretaria de Comunicaciones y Transportes, Mexico), proponen 15 cm de espesor mínimo de base cuando S VP < 1000 vehículos.

Por lo tanto, el espesor de la base hidráulica es de 15 cm.

 

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