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3. Método de Diseño del Instituto del Asfalto de los EUA

El método se basa principalmente en la aplicación de la teoría elástica en multicapas, que utiliza resultados de investigaciones recientes por parte de ese organismo. Sin embargo, se reconoce que, por los avances en la tecnología de los pavimentos asfálticos, se requieren más conocimientos sobre las propiedades de los materiales para las necesidades actuales de los sistemas carreteros, por lo que el método vigente, probablemente requiera revisión e implementación futuras. El manual presenta un procedimiento de diseño para obtener los espesores de la sección estructural de pavimentos, donde se utilizan el cemento asfáltico y las emulsiones asfálticas en toda la sección o en parte de ella. Se incluyen varias combinaciones de superficies de rodamiento con concreto asfáltico, carpetas elaboradas con emulsiones asfálticas, bases asfálticas y bases o subbases granulares naturales. 

Estimación de tránsito

El método actual distingue el “Período de Diseño” del “Período de Análisis”, de la siguiente manera: Un pavimento debe ser diseñado para soportar los efectos acumulados del tránsito para cualquier período de tiempo; el período seleccionado, en años, se define como “Período de Diseño”. En la versión reciente, el método considera períodos de diseño de uno a 35 años y tasas de crecimiento del tránsito del 2 al 10% anual.

Para el cálculo del porcentaje de camiones en el flujo vehicular sobre el carril de diseño, el actual método recomienda los siguientes valores:

Para lo anterior, el método proporciona en la Tabla 3.3, factores de equivalencia de la carga o coeficientes de daño para ejes sencillos, dobles o triples, incluyendo cargas sobre el eje desde 0.5 toneladas (1,000 lb) hasta 41 toneladas (90,000 lb), lo que se considera cubre sobradamente cualquier condición de peso de vehículos de carga en cualquier red de carreteras, desde rurales hasta grandes autopistas.

Para superficies de concreto asfáltico construidas sobre bases granulares sin estabilizar:

El método incorpora factores de ajuste de los ejes equivalentes de diseño, para diferentes presiones de contacto de las llantas sobre el pavimento, en función de su presión de inflado y de los espesores de la carpeta asfáltica, donde contempla desde cuatro hasta diez pulgadas de espesor (10 y 25 cm respectivamente). Ver Figura 3.1.

Calculo de ejes equivalentes

Para el uso del siguiente cuadro de trabajo para calcular los ejes equivalentes se basa en varios pasos:    

   

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. En la columna B se coloca el factor de crecimiento de vehículos en función de la tasa (%) anual de crecimiento considera y el período de diseño en años asumido. (Tabla 3.1) En la columna C se coloca el producto de las columnas A por B y por 365 días (para llevar el valor a forma anual) En la columna D se coloca el factor de equivalencia de carga o coeficiente de daño, sacado de la Tabla 3.3 en función de la carga total por eje o conjunto de ejes, si estos son sencillos, dobles o triples. 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 de la hoja de trabajo. La suma de la columna E, a el valor total de los ESAL´s calculados para el periodo de diseño considerado. Posteriormente, este valor de ESAL´s debe afectarse por el porcentaje de camiones en el carril de diseño dado en la Tabla 3.2 También debe de afectarse el valor de los ESAL´s por el factor de ajuste por presión de llantas determinado por la Figura 3.1.

Evaluación de 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), con recomendaciones del método de prueba descrito en el Manual de Suelos MS-10 del propio Instituto. Factores Recomendados de Correlación Mr (Mpa) = 10.3 CBR Mr (psi) = 1,500 CBR

Diseño de pavimento

Datos: Camino Tipo A

Nivel de confianza: 85%

TDPA: 5962

CBR

Tasa de Crecimiento Anual: 4% Periodo de Diseño: 10 años

Subrasante:

20

Presión de Contacto: 100 psi

Tipo de Vehículo Cantidad Composición A 3947 66.2 B3 578 9.7 C2 477 8.0 C3 245 4.1 T3-S2 358 6.0 T3-S3 238 4.0 T3-S2-R4 119 2.0 Se considera 70% de vehículos cargados y 30% vacíos. CALCULO DE FACTORES DE CARGA EQUIVALENTES POR EJE TIPO DE EJE DEL TRACTOR EJE DE ARRASTRE EJE EJE EJE EJE EJE TANDE SENCIL TANDE TRIDEM SENCIL M M LO DOCE LO DOS OCHO CUATRO OCHO LLANTA LLANTA LLANTA LLANTA LLANTA S S S S S EJE DE TRACCIÓN

TIPO DE VEHÍCUL EJE SIMPLE DIRECCION O AL

C2 C3 T3-S2 T3-S3 T3-S2R4



6.50 6.50 6.50 6.50 6.50

FACTO R DE ESAL's

11.00 19.00 21.00 21.00

19.00

18.00

17.00 17.00 17.00

26.50

Las cargas son obtenidas de la norma NOM-012-SCT-2-2017

3.39 2.44 6.42 6.11 7.54

Presión de contacto= 0.9 * 100 = 90 psi = 1.4

Factor de contacto de llantas

CANTIDA TRANSITO D DE FACTOR DE FACTOR ESAL's DE DE TIPO DE VEHÍCULO CRECIMIENT DE ESAL's DISEÑO DISEÑO VEHÍCULO S DIARIOS O (B) (D) (E) (C) (A) C2

477

12.01

2,091,001

3.39

7,088,494

C3 T3-S2

245 358

12.01 12.01

1,073,994 1,569,347

2.44 6.42

2,620,546 10,075,206

T3-S3

238

12.01

1,043,309

6.11

6,374,616

T3-S2-R4

119

12.01

7.54 521,654 ESAL's DE DISEÑO =

3,933,274 30,092,135

Factor de Dirección: 0.45 Factor de contacto de llantas: 1.4 0.45 * 1.4 * 30,092,135 = 18,958,045 de ejes equivalentes. Por lo tanto, lo dejamos en 19,000,000 de ejes equivalentes.

Calcular el módulo de Resiliencia (Mr.) de la subrasante CBR Subrasante:

20 Mr (Mpa) = 10.3 CBR

Mr (Mpa)= 10.3 * 20 Mr (Mpa)= 206 Resultados: ESAL´s de por carril de transito: 19,000,000 que es igual a 1.9 x Y el Mr es igual a 2 x

102

107

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Capas Capa de Rodadura Capa de Base

Espesores 32.5 cm 30 cm...