17/12/2013
UNIVERSIDAD UNIVERSIDAD NACIONAL DE HUANCAVELICA ESCUELA ACADÉMICO ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL
PAVIMENTOS TEMA:
MÉTODO DEL INSTITUTO DEL ASFALTO ASFALTO PAVIMENTO FLEXIBLES FLE XIBLES ING. EULER EULER AYALA AYALA BIZARRO BIZARRO Huancavelica, Huancavelica, 13 de Diciembre de 2013 U n iv e r s id a d N a c io n a l d e H u a n c a v e l ic a E scu ela Pro fesion al d e Ing enierí eniería C ivil In g . E U L E R A Y A L A B IZ IZ A R R O C u r s o d e P a v im e n t o s
ALCANCES Proc Proced edim imie ien ntos tos
de dise diseño ño estr estruc uctu turral de los los espe espeso sore ress de pa pavi vime ment ntos os utili utiliza zando ndo ceme cement nto o asfáltico o asfalto emulsificado en toda o parte de la estructura. incluy uyen en varia ariass comb combin inaci acion ones es de con oncr cret eto o Se incl asfáltico asfáltico de superficie, base de concreto asfáltico y bases o subbases granulares. BASE DEL DISEÑO: El pa pavi vime men nto fle flexibl xible e es con onsi side dera rado do como un sistema elástico multicapas. U n iv e r s id a d N a c io n a l d e H u a n c a v e l ic a E scu ela Pro fesion al d e Ing enierí eniería C ivil In g . E U L E R A Y A L A B IZ IZ A R R O C u r s o d e P a v im e n t o s
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DISTRIBUCIÓN DE PRESIONES DE CARGA DE RUEDA SOBRE LA ESTRUCTURA DEL PAVIMENTO Carga de Rueda W
Distribución de esfuerzos verticales bajo la linea de carga de la rueda
Distribución de esfuerzos horizontales bajo la línea de carga de la rueda Tensión Compresión
Compresión
P
a
Superficie con aglomerante bituminoso
Distribución de la temperatura.
Temperatura
c t
Capas granulares no aglomeradas
Modelo de Boussinesq U n iv e r s id a d N a c io n a l d e H u a n c a v e l ic a E scu ela Pro fesion al d e Ing eniería C ivil In g . E U L E R A Y A L A B IZ A R R O C u r s o d e P a v im e n t o s
DISTRIBUCIÓN DE LA PRESIÓN DE CARGA A TRAVÉS DE LA ESTRUCTURA DEL PAVIMENTO. Carga de Rueda
W
P0
La estructura del pavimento al ser sometida a una determinada solicitación, normalmente una carga ortogonal a su superficie, produce un estado de tensiones y deformaciones . Las deformaciones producen desplazamientos en sentido vertical en magnitudes muy pequeñas del orden de centésimas o milésimas de milimetros ( deflexion) P0
P1 P1 U n iv e r s id a d N a c io n a l d e H u a n c a v e l ic a E scu ela Pro fesion al d e Ing eniería C ivil In g . E U L E R A Y A L A B IZ A R R O C u r s o d e P a v im e n t o s
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LA DEFLEXIÓN DEL PAVIMENTO ORIGINA ESFUERZOS DE TENSIÓN Y COMPRESIÓN EN LA ESTRUCTURA DEL PAVIMENTO Carga de Rueda
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BASES ASF ÁLTICAS y PAVIMENTOS ASFALTICOS EN TODO SU ESPESOR
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Recordando…
Relación de la deformación causada por la carga y la longitud original del material.
Unidades: Adimensional
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Deformación unitaria (strain)
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Rigidez (stiffness)
Para materiales elásticos :
Modulo de Elasticidad.
Modulo Elástico.
Módulo de Young
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Esfuerzo vs. Deformación de un material en compresión
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De flexión ( i)
Cambio en longitud. Deformación. Unidades: mm, µm (0.001 mm).
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TEORÍA EL ÁSTICA LINEAL MULTICAPA
De la grafica anterior que podemos identificar? La
carga (llanta)
Al
menos 3 capas (pueden ser mas)
Dimensión lateral no
determinada (infinito)
Deflexión, δ
Deformación por tensión, εt Agrietamiento por fatiga
Deformación
por compresión, ε c Ahuellamiento
Para
entender el comportamiento de esta estructura se ha asumido un comportamiento elástico: La
estructura descansa en una capa elástica de profundidad infinita Subrasante
Todas
las capas del pavimento puede describirse con el modulo de
Young, E, y el coeficiente de Poisson, μ U n iv e r s id a d N a c io n a l d e H u a n c a v e l ic a E scu ela Pro fesion al d e Ing eniería C ivil In g . E U L E R A Y A L A B IZ A R R O C u r s o d e P a v im e n t o s
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TEORÍA EL ÁSTICA LINEAL MULTICAPA
Además, las capas son asumidas como:
Homogéneas (mismo material)
Isotrópicas (comportamiento igual sin considerar dirección)
Las
cargas ejercidas por las llantas asumidas como:
Carga puntuales
Cargas circulares con presión uniforme
Con este tipo de cargas, entonces el estado de esfuerzos es axisimétrico, o sea tiene simetría rotacional alrededor del centro de la carga
Entonces, es mas fácil describir el sistema con coordenadas radiales
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PRINCIPIO DE DISE ÑO-METODO INSTITUTO DEL ASFALTO
En este método de diseño el pavimento es modelado como un sistema de multicapas elásticas.
El
material de cada capa es caracterizado por su Módulo de Elasticidad y su coeficiente de Poisson.
El tráfico aplicado al pavimento se expresa en un número de repeticiones de un eje simple con ruedas duales y una carga de 18,000 libras (80 KN).
En
el análisis, cada rueda dual es representado por dos áreas circulares con un radio de 115 mm (4.52") y una distancia entre centros de 345 mm (13.51"), resultando una presión de contacto de 483 KPa (70 psi).
El
método puede ser usado para diseñar pavimentos asfálticos con varias combinaciones de mezclas asfálticas de superficie y base, y con bases y subbases granulares. U n iv e r s id a d N a c io n a l d e H u a n c a v e l ic a E scu ela Pro fesion al d e Ing eniería C ivil In g . E U L E R A Y A L A B IZ A R R O C u r s o d e P a v im e n t o s
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CRITERIO DE DISEÑO En
la metodología adoptada para este capítulo, se asume que la carga en la superficie del pavimento produce 2 deformaciones unitarias que son consideradas críticas para el diseño. Estas deformaciones unitarias son: -
La deformación unitaria horizontal de tensión en el fondo de la capa asfáltica más profunda, denominada, εt.
-
La deformación unitaria vertical de compresión en la parte superior de la capa de subrasante, denominada εc.
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Si la deformación unitaria horizontal es excesiva se producirán fisuras en la capa asfáltica, mientras que si la deformación unitaria vertical es excesiva, se producirán deformaciones permanentes en la superficie del pavimento (ahuellamiento) por sobrecargar la subrasante.
CARTAS DE DISEÑO:
Para el desarrollo de éste manual se seleccionaron tres grupos de condiciones ambientales. Temperatura Media Anual del Aire (MAAT) <7°C, 15.5°C,>24°C U n iv e r s id a d N a c io n a l d e H u a n c a v e l ic a E scu ela Pro fesion al d e Ing eniería C ivil In g . E U L E R A Y A L A B IZ A R R O C u r s o d e P a v im e n t o s
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Caracterización de los materiales:
Todos los materiales son caracterizados por un Módulo de Elasticidad (también llamado Módulo Dinámico, para el caso de mezclas asfálticas o Módulo de Resiliencia para el caso de suelos y materiales granulares) y un coeficiente de Poisson. Valores específicos son seleccionados en base a experiencia y estudios extensos de datos de ensayos.
CONCRETO ASFALTICO, el módulo dinámico de las mezclas asfáltica es fuertemente dependiente de la temperatura.
MATERIALES GRANULARES. Los módulos de resilencia de los materiales granulares varían con las condiciones del esfuerzo en el pavimento.(MR varían 15000 a 50000psi)
CONDICIONES AMBIENTALES: heladas, temperatura… U n iv e r s id a d N a c io n a l d e H u a n c a v e l ic a E scu ela Pro fesion al d e Ing eniería C ivil In g . E U L E R A Y A L A B IZ A R R O C u r s o d e P a v im e n t o s
MEZCLAS DE ASFALTO EMULSIFICADO: Las
mezclas de emulsiones asfálticas utilizadas para materiales de base en este manual, están caracterizados por tres tipos de mezclas: Tipo
I. Mezclas de emulsiones asfálticas hechas con agregados de graduación densa, procesados.
Tipo
II. Mezclas de emulsiones asfálticas hechas con agregados semi procesados, de cantera.
Tipo
III. Mezclas de emulsiones asfálticas hechas con arenas o arenas limosas.
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PROCEDIMIENTO DEL DISE ÑO ESTRUCTURAL En
este apartado se presentan los procedimientos para la determinación de los espesores de:
1. HMA ó Emulsión Tipo I (con tratamiento superficial) 2. HMA + Base Emulsificada (tipo II ó III) 3. Emulsión Tipo I + Emulsión Tipo II ó III (con tratamiento superficial). 4. HMA + Base Granular + Sub Base Granular U n iv e r s id a d N a c io n a l d e H u a n c a v e l ic a E scu ela Pro fesion al d e Ing eniería C ivil In g . E U L E R A Y A L A B IZ A R R O C u r s o d e P a v im e n t o s
Espesores mínimos de concreto asfáltico
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1. Determinación de espesores de pavimentos: todo concreto asf áltico (fulldepth)
Diseñar un pavimento todo concreto asfáltico para las siguientes condiciones:
- Subrasante: MR = 41.4 Mpa (6000 psi) - Tráfico: ESAL =10^6 - Clima: MAAT = 15.6 °C (60°F) De la gráfica A-7 (ó A-25) se determina que el pavimento todo concreto asfáltico es de un espesor de 240 mm (9.5") de concreto asfáltico de superficie y base. U n iv e r s id a d N a c io n a l d e H u a n c a v e l ic a E scu ela Pro fesion al d e Ing eniería C ivil In g . E U L E R A Y A L A B IZ A R R O C u r s o d e P a v im e n t o s
2.Determinación de espesores para pavimentos con base asfáltica emulsificada. Del mismo ejemplo anterior: - Subrasante: MR = 41.4 Mpa (6000 psi) - Tráfico: ESAL =10^6 - Clima: MAAT = 15.6 °C (60°F)
HMA BASE EMULSIFICADA
SUB RASANTE
Utilizamos la cartas para las mismas condiciones: -
Tipo I (A-8) = 240 mm
-
Tipo II (A-9) = 290 mm
-
Tipo III (A-10) = 370 mm U n iv e r s id a d N a c io n a l d e H u a n c a v e l ic a E scu ela Pro fesion al d e Ing eniería C ivil In g . E U L E R A Y A L A B IZ A R R O C u r s o d e P a v im e n t o s
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HMA BASE EMULSIFICADA
3” 215mm
290mm
SUB RASANTE
HMA
75mm
BASE EMULSIFICADA
295mm
270mm
SUB RASANTE U n iv e r s id a d N a c io n a l d e H u a n c a v e l ic a E scu ela Pro fesion al d e Ing eniería C ivil In g . E U L E R A Y A L A B IZ A R R O C u r s o d e P a v im e n t o s
3.Determinación de espesores de pavimentos con base granular.
Como quiera que sea, un espesor mínimo de 150 mm del material de mejor calidad para base granular debería ser colocado encima del material de sub-base granular de calidad inferior. El presente documento incluye gráficas de diseño para agregados no tratados de 150 y 300 mm de espesor de material de base granular. (6” y 12”).
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Ejemplo: Diseñar
un pavimento usando base granular para las condiciones siguientes:
- Subrasante: MR = 34.5 Mpa (5000 psi) -Tráfico: ESAL =10^5 - Clima: MAAT = 15.6 °C (60 °F) Prepare dos diseños: uno para una base de 150 mm. (6") y otro para una base de 300 mm. (12").
HMA BASE NO T RATADA
SUB RASANTE U n iv e r s id a d N a c io n a l d e H u a n c a v e l ic a E scu ela Pro fesion al d e Ing eniería C ivil In g . E U L E R A Y A L A B IZ A R R O C u r s o d e P a v im e n t o s
Carta A-11 = 140 mm
Carta A-12 = 100 mm
HMA
140mm
HMA
BASE
6”
BASE
100mm
12” SUBBASE
SUB RASANTE SUB RASANTE
Fin de la Presentación
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