40. DISPAV-5-Versión 3.0. Actualización Del Sistema

Serie INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO Publicación arbitrada Las Series del Instituto de Ingeniería describen los resultados de algunas de las investigaciones más relevantes de esta institución. Con frecuencia son trabajos in extenso de artículos que se publican en revistas especializadas, memorias de congresos, etc. Cada número de estas Series se edita con la aprobación técnica del Comité Editorial del Instituto, basada en la evaluación de árbitros competentes en el tema, adscritos a instituciones del país y/o el extranjero. Actualmente hay tres diferentes Series del Instituto de Ingeniería: SERIE INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO Incluye trabajos srcinales sobre investigación y/o desarrollo tecnológico. Es continuación de la Serie Azul u Ordinaria, publicada por el Instituto de Ingeniería desde 1956, la cual actualmente tiene nueva presentación y admite textos en español e inglés. SERIE DOCENCIA Está dedicada a temas especializados de cursos universitarios para facilitar a estudiantes y profesores una mejor comprensión de ciertos temas importantes de los programas de estudio. SERIE MANUALES Abarca manuales útiles para resolver problemas asociados con la práctica profesional o textos que describen y explican el estado del arte o el estado de la práctica en ciertos temas. Incluye normas, manuales de diseño y de laboratorio, reglamentos, comentarios a normas y bases de datos. Las Series del Instituto de Ingeniería pueden consultarse gratuitamente desde la dirección electrónica del Instituto (II UNAM), http://www.ii.unam. mx (http://aplicaciones.iingen.unam.mx/ConsultasSPII/Buscarpublicacion. aspx) y pueden grabarse o imprimirse en formato PDF desde cualquier computadora.

s e n o i c a c i c e p s e s a lt a e d s ra e t re r a c o d n e y u l c in , s o c it l á f s a

Dispav-5 Versión 3.0: Actualización del sistema para el diseño estructural de pavimentos asfálticos, incluyendo carreteras de altas especificaciones ISBN: 978-607-02-6290-6

s to n e

m i v a p e d l ra u t u c tr s e o ñ e is d l e

a r a p a m te is s l e d n ió c a z il a u t c A : .0 3 n ió rs e V -5 v a p s i D

SANTIAGO CORRO CABALLERO† GABRIEL CASTILLO HERNÁNDEZ ALEXANDRA OSSA LÓPEZ JESÚS A. HERNÁNDEZ NOGUERA DAVID A. MANDUJANO MONTES FABIÁN HERNÁNDEZ RODRÍGUEZ SERGIO ULISES ARIZAGA GONZÁLEZ

SID 686 ENERO 2014

DISPAV-5-versión 3.0 actualización del sistema para el diseño estructural de pavimentos asfálticos, incluyendo carreteras de altas especificaciones

SANTIAGO CORRO CABALLERO†* GABRIEL CASTILLO HERNÁNDEZ** ALEXANDRA OSSA LÓPEZ* JESÚS A. HERNÁNDEZ NOGUERA* DAVID A. MANDUJANO MONTES*** FABIÁN HERNÁNDEZ RODRÍGUEZ*** SERGIO ULISES ARIZAGA GONZÁLEZ *** Investigador, Instituto de Ingeniería* Técnico Académico, Instituto de Ingeniería** Becario, Instituto de Ingeniería***

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ÍNDICE

ÍNDICE

iii

RESUMEN

v

ABSTRACT

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1 INTRODUCCIÓN

1 2

1.1 Ventajas

2 DISPAV-5 VERSIÓN 3.0 2.1 Requerimientos técnicos y ejecución del sistema 2.2 Problemas comúnmente encontrados

2.2.1 No se ha instalado la máquina virtual Java VM 2.2.2 Asociación incorrecta de la extensión .jar

3 4 5 5 7 8

2.3 Soporte técnico

3 EJEMPLOS RESUELTOS

9 10

3.1 Navegación básica

11 12 12

3.2 Ejemplo 1

3.2.1 Tipo de diseño 3.2.2 Tránsito de proyecto 3.2.3 Datos del tránsito y Tipo de camino 3.2.4 Composición del tránsito 3.2.5 Carga de los vehículos comerciales 3.2.6 Propiedades de los materiales disponibles para el proyecto y valor relativo de soporte de los materiales no aglutinados 3.2.7 Módulos de rigidez de los materiales 3.2.8 Relación de Poisson 3.2.9 Nivel de confianza 3.2.10 Diseño por deformación 3.2.11 Diseño por fatiga en las capas asfálticas 3.2.12 Solución 1 3.2.13 Solución 2. Alternativa de solución empleando base asfáltica 3.2.13.1 Propiedades de la base asfáltica 3.2.13.2 Revisión del número de capas 3.2.13.3 Ajuste de espesores

iii

13 14 15 19 23 25 25 26 27 28 31 31 32 33

DISPAV-5-VERSIÓN 3.0 ACTUALIZACIÓN DEL SISTEMA PARA EL DISEÑO…

3.3.1 3.3.2 3.3.3 3.3.4 3.3.5 3.3.6 3.3.7

Tipo de procedimiento Tipo de diseño Tránsito de proyecto Tres datos del tránsito y Tipo de camino Composición del tránsito Propiedades de los materiales disponibles para el proyecto Valor relativo de soporte de los materiales no aglutinados

36 36 36 36 37 37 39 39

3.3.8 3.3.9 3.3.10 3.3.11 3.3.12

Módulos de rigidez de los materiales Relación de Poisson Nivel de confianza Diseño por deformación Diseño por fatiga en las capas asfálticas

40 40 41 41 42

Tipo de procedimiento Tipo de camino Tipo de estructura Relación de Poisson Nivel de confianza Resultado de la revisión

45 45 46 47 48 49 49

3.3 Ejemplo 2

3.4 Ejemplo 3

3.4.1 3.4.2 3.4.3 3.4.4 3.4.5 3.4.6

3.5 Ejemplo 4

3.5.1 3.5.2 3.5.3 3.5.4 3.5.5 3.5.6 3.5.7 3.5.8 3.5.9 3.5.10 3.5.11

Tipo de diseño Tránsito de proyecto Datos del tránsito y Tipo de camino Composición del tránsito Carga de los vehículos comerciales Propiedades de los materiales disponibles para el proyecto y VRS Módulos de rigidez de los materiales Relación de Poisson Nivel de confianza Diseño por deformación Diseño por fatiga en las capas asfálticas

4 REFERENCIAS

50 51 51 52 52 53 56 57 58 58 59 59 63

iv

RESUMEN

RESUMEN El programa Dispav-5 versión 3.0 corresponde a una modernización en la interfaz de captura de datos y presentación de resultados del sistema de diseño de pavimentos de caminos normales y de altas especificaciones: Dispav-5 versión 2.0. Este manual presenta de forma detallada los pasos que debe llevar a cabo el usuario para la instalación y ejecución del programa. La nueva versión del Dispav-5, incluye una actualización de pesos de vehículos de acuerdo a la normatividad de pesos y dimensiones vigentes para la República Mexicana (NOM-012-SCT-2008). Palabras Clave: Dispav-5, método de diseño de pavimentos.

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DISPAV-5-VERSIÓN

3.0 ACTUALIZACIÓN DEL SISTEMA PARA EL DISEÑO…

ABSTRACT The version 3.0 of the Dispav-5 program, presents a new data capture and presentation results interface of the pavement design method for highways: Dispav-5 version 2.0.This document outlines the steps to install and run the program. The new version of Dispav-5, includes a vehicle weight updating, according to the official Mexican standard NOM012-SCT-2008 on the for weight and dimensions of circulating vehicles. Key words: Dispav-5, pavement design method.

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1. INTRODUCCIÓN

1. INTRODUCCIÓN En la segunda mitad del 2010, Santiago Corro, como parte de su trabajo relativo a su año sabático, propuso la modernización del sistema de diseño de pavimentos de altas especificaciones: Dispav-5 versión 2.0[1]; para ello, invitó a Gabriel Castillo como experto en el desarrollo de sistemas 1. El Dispav-5 es un programa interactivo que utiliza conceptos teórico-empíricos para diseñar secciones estructurales de pavimentos flexibles de caminos normales y de grandes especificaciones. Como variables de entrada, el programa utiliza la información de tránsito del proyecto y las características de los materiales de cada una de las capas que conforman la estructura. Una vez concluida la entrada de información, el programa calcula los espesores requeridos para evitar la falla por deformación de las capas no estabilizadas con asfalto y por fatiga de las capas asfálticas. Adicionalmente, dicho programa permite revisar el desempeño por fatiga y deformación de secciones estructurales de pavimentos flexibles a partir de información de tránsito, geometría y características de materiales. El enfoque para el desarrollo del Dispav-5 versión 3.0 derivó de la migración del código srcinal, escrito en QBasic (compilador ampliamente empleado en el antiguo sistema operativo MS-DOS) a un ambiente JAVA. El objetivo fundamental de la migración fue

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Los informes del Instituto de Ingeniería mencionados en este documento pueden ser descargados gratuitamente de la página oficial http://www.iingen.unam.mx

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la ejecución del programa con independencia del sistema operativo (Windows, Apple, Linux, etc). El equipo de desarrollo se enfocó a migrar el sistema, manteniendo siempre el modelo plasmado en el Dispav-5 versión 2.0, pero modernizando la interfaz de captura y presentación de resultados. La primera versión de este sistema se tuvo a principios de 2012, y se establecieron pruebas de funcionamiento y validación de resultados. Lamentablemente, Santiago Corro falleció el 5 de mayo de 2012, antes de terminar la revisión del sistema. Con la finalidad de concluir el sistema y poder ofrecerlo públicamente, el trabajo continuó con la incorporación de Alexandra Ossa y de Jesús Alfredo Hernández, especialistas en pavimentos. Bajo su dirección se terminó la revisión. Asimismo, fue incorporado y adecuado el sistema para considerar la actualización de pesos, según la NOM-012-SCT-2008[2] (que el Dispav-5 versión 2.0 no contemplaba).

1.1 Ventajas

La principal ventaja del Dispav-5 versión 3.0 es que este programa ofrece una interfaz amigable y cómoda de ejecutar. En esta versión, el usuario puede navegar de manera fácil y rápida a través de todas las pantallas, ya sea por medio del teclado o con el ratón (mouse). Asimismo, la posibilidad de ir hacia adelante y atrás en el programa, permite la modificación de valores específicos conservando todos los demás intactos, sin necesidad de reescribirlos, ni de ejecutar el programa nuevamente. Los campos cuentan con validaciones para que siempre contengan los valores correctos. Por ejemplo: si en un campo se esperan números reales y se introducen caracteres que no sean números, entonces se borrarán automáticamente dejando el último valor válido.

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2. DISPAV-5-VERSIÓN 3.0

2. DISPAV-5-VERSIÓN 3.0 En este apartado se presentan los requerimientos técnicos para la ejecución del sistema. También se comentan algunos problemas comunes que pueden impedir o dificultar su ejecución.

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DISPAV-5-VERSIÓN

2.1


Requerimientos técnicos y ejecución del sistema

El Dispav-5 Versión 3.0 es un programa escrito en Java, por lo que para su ejecución debe tener instalada la máquina virtual[5], correspondiente al sistema operativo de la computadora donde se desea ejecutar el sistema. Es posible que se tenga ya instalada la Java VM (máquina virtual); si no fuese así, puede descargarse de internet [6]. Una vez instalado Java VM, la ejecución del Dispav-5 versión 3.0 es directa: 1. Abra la carpeta donde guardó el archivo "Dispav2012.jar" (figura 2.1). Observe el icono asociado al archivo y la identificación de que dicho archivo es un archivo ejecutable (Executable Jar File), lo que indica que está correctamente instalada la máquina virtual y la extensión .jar está asociada a Java VM.

Fig. 2.1 Ejemplo de directorio donde está almacenado Dispav.jar

4


2. De un doble click al archivo Dispav 2012, con lo que se comenzará a ejecutar el programa (figura 2.2).

Fig. 2.2 Ventana principal de Dispav-5 versión 3.0

2.2 Problemas comúnmente encontrados

Los problemas más comunes que impiden la ejecución del sistema son: 2.2.1 No se ha instalado la máquina virtual Java VM.

Este problema puede ser fácilmente identificado debido a que al abrir el explorador en el directorio donde se tiene el programa (figura 2.3), el archivo no posee el icono de Java.

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DISPAV-5-VERSIÓN


Fig. 2.3 Archivo tipo ".jar" no asociado a la máquina virtual Java VM.

Al tratar de ejecutar el programa se obtiene una indicación de que no se puede abrir el archivo. Por ejemplo, la figura 2.4 muestra la ventana en WindowsXP.

Fig. 2.4 Error generado al tratar de ejecutar el Dispav-5 sin que esté asociado a la máquina virtual

6


Para resolver este problema, se debe instalar Java VM, descargándolo gratuitamente de la página oficial[6]. 2.2.2

Asociación incorrecta de la extensión .jar

Algunos programas de compresión de archivos identifican la extensión .jar como un identificador de archivo empacado (similar a la extensión .zip o .rar). Es probable que durante la instalación de la utilería de descompresión se haya solicitado la asociación de este tipo de archivos con la aplicación de descompresión. En el caso de instalar WinRar (http://www.winrar.es/) la ventana mostrada en la figura 2.5 permite habilitar o deshabitar dicha asociación.

Fig. 2.5 Ejemplo de asociación incorrecta de un .jar como un archivo empacado

El problema se manifiesta de la siguiente manera: Primero, se tiene instalado el Java VM; al tratar de ejecutar el programa se identifica el archivo como un archivo empacado, y se abre el desempacador en lugar del programa. La figura 2.6 muestra la pantalla que abre el programa WinRar.

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Fig. 2.6 Archivo .jar abierto como si fuera un archivo empacado.

La solución a este problema es reasociar la extensión a Java VM. Existen varias formas de hacerlo. La más simple es ejecutar un pequeño programa llamado jarfix [7].

2.3 Soporte técnico

Aunque no existe una unidad específica para dar soporte a los usuarios del sistema; en la medida de lo posible, se ofrece soporte en problemas para la ejecución del programa. Para ello puede enviar un correo electrónico a: Gabriel Castillo ([email protected]), indicándole el tipo de situación, así como toda la información que considere necesaria para que sea resuelto el problema. En el siguiente capítulo se presentan los ejemplos que fueron resueltos en el informe CI8[1] con el Dispav-5 versión 2.0, solucionados ahora con el Dispav-5 versión 3.

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3. EJEMPLOS RESUELTOS

3.

EJEMPLOS RESUELTOS

A continuación se muestra la solución de los ejemplos planteados en el Informe CI-8 [1] resueltos ahora con el Dispav-5 Versión 3.0. Son presentados tres ejemplos de aplicación del método de diseño, ya expuestos en el CI-8. El primero es el diseño del pavimento de un camino con tránsito pesado; el segundo es el diseño de un camino con tránsito bajo; el tercero es la revisión de la vida de un pavimento ya existente. Asimismo, se presenta un cuarto ejemplo (no contenido en el CI-8), donde se diseñará un pavimento similar al del Ejemplo 1, pero con los pesos de la Norma NOM-012-SCT-2008.

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DISPAV-5-VERSIÓN


3.1 Navegación básica

Para navegar en el sistema y elegir lo que se hará, es posible utilizar las teclas de flechas y la tecla enter. También se debe utilizar el ratón, posicionado sobre los botones mediante y mediante un click. Cabe decir que el sistema está diseñado para que el usuario navegue hacia adelante o hacia atrás de éste, según sus necesidades de trabajo. Para ello, en todas las pantallas se proporcionan tres botones como lo muestra la figura 3.1:



Botón Anterior: regresa el sistema a la pantalla anterior a la actualmente presentada.



Botón Siguiente: avanza el sistema a la siguiente pantalla.



Botón Ayuda: Proporciona información sobre los datos solicitados en la pantalla actual.



Botón Salir: Permite al usuario terminar el programa en cualquier momento del proceso de diseño.

Fig. 3.1 Botones de navegación e identificador de ventana

10


Aunado a esto, todas las ventanas tienen un identificador único que se muestra en el extremo inferior al centro de la pantalla. En la figura 3.1 la ventana se identifica como (Ventana D2). Este identificador es importante referirlo en caso de reportar errores del sistema.

3.2 Ejemplo 1

Se quiere obtener el diseño del pavimento para un camino importante, con un volumen de tránsito alto. Se tienen las características de resistencia de los materiales considerados en el proyecto: VRSz de suelos y módulo de rigidez de la capa asfáltica. También, se cuenta con los datos del tránsito diario promedio anual en el carril de proyecto, así como la composición de dicho tránsito. La tasa de crecimiento anual del tránsito se estima en cuatro por ciento y el periodo de proyecto es de diez años.

Fig. 3.2 Ventana principal Dispav-5 versión 3.0

En este caso se va a obtener el diseño de espesores a partir de las características del tránsito y de los materiales disponibles; se ejecuta el programa y en la ventana principal (figura 3.2) se elige la opción Dispav-5. 11

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3.2.1 Tipo de diseño

Se debe elegir el tipo de camino según la importancia e intensidad del tránsito que vaya a darse durante la vida del proyecto. Como el camino es importante, con un tránsito de vehículos de flujo considerable, se considera que lo adecuado es aplicar el diseño de altas especificaciones de manera que se mantenga un buen nivel de servicio en todo el periodo de proyecto (figura 3.3). Para seleccionar, se puede hacer con un click del ratón, o se puede cambiar la selección mediante las flechas del teclado o la tecla de tabulador. Para ir a la siguiente ventana se presiona enter o se selecciona Siguiente.

Fig. 3.3 Ventana de elección de camino según las deformaciones. Dispav-5 versión 3.0

3.2.2 Tránsito de proyecto

El programa permite introducir directamente el tránsito de proyecto, en ejes estándar de 8.2 toneladas métricas, en caso de ser conocido. También se puede calcular el tránsito de proyecto a partir de los datos del tránsito promedio diario anual, en el carril de proyecto, y de su composición por tipo de vehículo. En este ejemplo se calcula el tránsito de 12


proyecto a partir de la composición del tránsito mezclado, por lo que se elige la segunda opción (figura 3.4). 3.2.3 Datos del tránsito y Tipo de camino

Se requiere del tránsito diario promedio anual en el carril de proyecto considerando el coeficiente direccional y la distribución por carriles. Conviene subrayar que la tasa de crecimiento anual debe estimarse mediante un análisis estadístico. En este caso fueron empleados los resultados obtenidos en muestras tomadas en la red Nacional del Instituto Mexicano del Transporte. También se requiere el periodo de diseño del pavimento, en años.

Fig. 3.4 Ventana de selección del tránsito del proyecto. Dispav-5 versión 3.0

Para efecto de las cargas máximas legales en los vehículos comerciales, en la siguiente carátula de la ventana se consideran especificaciones de un camino de tipo A, según la clasificación SCT de la Norma de 1997.

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También tiene la posibilidad de actualizar los pesos, según la nueva norma de 2008, o seguir la de 1997. Sin embargo, conviene comentar que en la norma de 1997 los caminos tipo A y B, tienen los mismos pesos, mientras que en la norma de 2008 son distintos entre sí.

Los datos introducidos para este ejemplo se muestran en la figura 3.5. Siempre que existan casillas en las ventanas, los datos se deben introducir, colocando el valor en cada casilla. Si se presiona enter o el tabulador, el cursor se moverá a la siguiente casilla. También se puede navegar entre los valores mediante las flechas del teclado.

Fig. 3.5 Ventana de transito acumulado Dispav-5 versión 3.0

3.2.4 Composición del tránsito

Tomando en cuenta la información obtenida de datos viales, la Tabla 3.1 muestra la distribución del tránsito para el ejemplo en cuestión.

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Distribución del tránsito mezclado Tipo de vehículo Porcentaje A 66.2 B3 C2 C3 T3-S2 T3-S3

9.7 8.0 4.1 6.0 4.0

T3-S3-R4

2.0

Tabla 3.1 Composición del tránsito. Ejemplo 1

Los vehículos que no aparecen en la Tabla 3.1 no se tomarán en cuenta de aquí en adelante. Además, la suma de los porcentajes siempre debe ser de un 100% En la figura 3.6 se aprecia la captura de datos de tránsito por composición vehicular, indicando la suma de porcentajes capturados.

Fig. 3.6 Ventana de composición de tránsito. Dispav-5 versión 3.0

3.2.5 Carga de los vehículos comerciales

El programa permite considerar los diferentes porcentajes de vehículos cargados para cada uno de los tipos de vehículos considerados en la composición del tránsito, o emplear un porcentaje constante para todos los vehículos comerciales (figura 3.7). 15

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En este ejemplo se supone que el 70% de los vehículos comerciales circulan cargados y 30%, vacíos. Dicho porcentaje de camiones cargados se puede obtener por medio de muestras en la carretera de interés, o empleando los resultados obtenidos en muestras tomadas en la red nacional. Cabe hacer notar que al seleccionar la opción de “Emplear porcentaje de veículos cargados aplicable a todos los vehículos comerciales”,

automaticamente puede introducir a éste, el valor sin necesidad de hacer click o de mover la selección con las flechas.

Fig. 3.7 Ventana de selección de la tasa de crecimiento. Dispav-5 versión 3.0

El programa presenta la carga máxima legal en cada eje, para el tipo de camino de proyecto (A, B, C, ó D) por cada tipo de vehículo incluido. Se pide al proyectista que la modifique si tiene información al respecto, o que la ratifique, en caso contrario. Es decir, el proyectista tiene la opción de introducir el peso estimado para cada uno de los ejes de los vehículos comerciales considerados.

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Asimismo, se requiere conocer la presión de las llantas de los vehículos. Cabe decir que el programa incluye las presiones admisibles en la norma oficial. En caso de que el proyectista conozca las presiones reales debe hacerlo, tomando en cuenta que dicha presión debe medirse después de haber mantenido transitando el vehículo suficiente tiempo. Es conveniente destacar que las presiones de contacto de las llantas tienen un efecto significativo en las capas cercanas a la superficie de rodamiento. En el ejemplo se han tomado las cargas y presiones máximas reglamentarias, presentadas inicialmente por el programa DISPAV-5. En la figura 3.8 se muestra como ejemplo, la ventana correspondiente al camión T3-S2. Para revisar los pesos de los diferentes camiones se usan los botones "Anterior tipo de vehículo" y "Siguiente tipo de vehículo", o mediante las flechas Derecha e Izquierda del teclado.

Fig. 3.8 Ventana de pesos en los ejes de cada vehículo. Dispav-5 versión 3.0

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A continuación, el programa calcula y presenta los coeficientes de equivalencia (o de daño relativo) para cada vehículo. La figura 3.9 muestra los cálculos para un tractor con semirremolque T3-S2.

Fig. 3.9 Ventana de coeficientes equivalentes. Dispav-5 versión 3.0

Por último, el programa calcula el tránsito acumulado de proyecto (N), a diferentes profundidades, tomando en cuenta los coeficientes de equivalencia de cada vehículo, el tránsito diario promedio, la distribución del tránsito, la tasa de crecimiento anual y el periodo de proyecto. Para el cálculo de la vida por agrietamiento de fatiga en las capas asfálticas, se recomienda tomar como tránsito acumulado de proyecto el determinado a una profundidad de 15 cm. Para calcular el espesor de la sección estructural del pavimento por deformación permanente (Δ20) se recomienda utilizar el obtenido a una profundidad de 90 cm. Sin

embargo, el proyectista puede elegir el tránsito acumulado de proyecto, de acuerdo con las características del camino, y aplicando su criterio, para cualquiera de las profundidades calculadas, tanto por fatiga como por deformación permanente.

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Debe recordarse que el tránsito de proyecto (figura 3.10) se presenta en millones de ejes estándar de 8.2 toneladas métricas por eje sencillo (18,000 libras), de acuerdo con los estándares internacionales.

Fig. 3.10 Ventana del tránsito a diferentes profundidades. Dispav-5 versión 3.0

Conviene que el proyectista imprima o apunte estos datos, para no tener que recalcular el tránsito de proyecto, en caso de que tenga que estudiar otras alternativas para el mismo estudio.

3.2.6 Propiedades de los materiales disponibles para el proyecto y valor relativo de soporte de los materiales no aglutinados

El proyectista debe partir de un anteproyecto de la sección estructural del pavimento; es decir, de cuáles capas y qué tipo de materiales planea incluir. El programa considera un máximo de cinco capas (figura 3.11), incluyendo la terracería, lo cual es conveniente para un diseño estructural adecuado y confiable.

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DISPAV-5-VERSIÓN


Fig. 3.11 Ventana de selección de las capas a utilizar. Dispav-5 versión 3.0

La inclusión de bases estabilizadas con asfalto está contemplada después de encontrar el diseño empleando una carpeta asfáltica. Para la elección de las diferentes capas del pavimento conviene tomar en cuenta que la deformación unitaria de tensión en la parte inferior de la carpeta asfáltica, depende en buena medida de la rigidez de la capa de apoyo. Conviene que la capa que se coloque debajo de la carpeta asfáltica sea de buena calidad, y que no pierda rigidez en la época de lluvia; de ahí que es recomendable emplear bases granulares adecuadas. En el ejemplo se decidió explorar la posibilidad de un diseño con carpeta asfáltica; base granular, sub-base, subrasante y terracería. Para seleccionar las capas (figura 3.11) que se quieren dejar o quitar, se pone o se quita la “palomita” que se encuentra a la izquierda de cada capa. Para lograrlo, se puede hacer

click con el ratón sobre las “palomitas”, o desplazándose con la flechas del teclado y con la tecla de Espacio, poner o quitar las “palomitas”.

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El VRSz estimado se debe establecer considerando la compactación en la cual se van a colocar los materiales, así como las condiciones de humedad previsibles durante la vida de servicio del camino. También deben hacerse consideraciones estadísticas de manera que el valor medio obtenido se ajuste por un factor de seguridad. Se sugiere emplear: VRSz= VRS (1-CV). En la expresión anterior, “C” es un factor qu e depende del nivel de confianza deseado.

Para fines prácticos, puede considerarse una distribución normal en la resistencia. Por ejemplo, si se desea un nivel de confianza de 80 por ciento, entonces C=0.84. Por su parte “V” es el coeficiente de variación de la resistencia. Si no se cuenta con la

suficiente información para estimarlo, se puede emplear un valor alrededor de 0.3, aceptable para una construcción de buena calidad. Los valores de proyecto considerados en este ejemplo son los mostrados en la figura 3.12. El método establece valores mínimos y máximos para el VRSz con el propósito de obtener espesores adecuados cuando éste excede los umbrales máximos o mínimos convenientes de los materiales empleados. En el Manual del Usuario aparece una tabla con los límites establecidos, de acuerdo con la experiencia obtenida en las investigaciones desarrolladas. El valor de proyecto se designa como VRSp. En caso de que se propongan valores inferiores a los mínimos admisibles, el programa se detiene y el proyectista debe replantear el proyecto con otros materiales. En caso de que se propongan valores mayores a los máximos, el programa toma el valor máximo admisible como el VRSp, aunque registra el valor propuesto por el proyectista para

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DISPAV-5-VERSIÓN


emplearlo en la estimación del módulo de rigidez de la capa correspondiente, en caso de requerirse.

Fig. 3.12 Ventana de captura del VRSz. Dispav-5 versión 3.0

En el ejemplo los valores propuestos están en el intervalo aceptable; excepto la sub-base que se ajusta a un VRSp=30 (figura 3.13).

Fig. 3.13 Ventana de corrección del VRSz. Dispav-5 versión 3.0

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3.2.7 Módulos de rigidez de los materiales

Para el cálculo de esfuerzos, deformaciones unitarias, y desplazamientos verticales, se requieren los módulos de rigidez de todas las capas. En el caso de la carpeta asfáltica, si el proyectista no tiene información de laboratorio para establecer el módulo dinámico de rigidez del concreto asfáltico, puede emplear el programa MODULO para estimarlo aproximadamente a partir de relaciones volumétricas. Los datos obtenidos generalmente tienen variaciones significativas y deben emplearse únicamente como una guía cualitativa. Se hace notar que la estimación del módulo de rigidez de proyecto es un problema difícil que requiere de un análisis amplio y del buen criterio del proyectista. En efecto, el módulo de rigidez cambia de manera significativa con varios factores, entre ellos, la temperatura y la velocidad de aplicación de las cargas de las ruedas de los vehículos. A esto debe agregarse el efecto dinámico vertical, que altera las cargas estáticas. Por lo anterior, se recomienda dividir el período de diseño en etapas climáticas típicas, y realizar pruebas dinámicas de laboratorio para estimar los módulos de rigidez en diferentes condiciones. El módulo de rigidez de proyecto puede estimarse ponderando los daños producidos en diferentes etapas y aplicando la Ley de Miner. En consecuencia, la estimación de los módulos de rigidez de los diferentes materiales debe considerarse con mucho cuidado, para evitar fallas debido a una apreciación inadecuada de las características mecánicas de los materiales. Para el caso de los materiales no estabilizados con asfalto, las recomendaciones son similares. Por tanto, se insiste en realizar un buen control de laboratorio, tomando en

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cuenta que la compactación, el contenido de agua y los efectos climáticos, modifican de manera significativa el comportamiento de los materiales. En caso de que el proyectista no pueda obtener los módulos de rigidez de los materiales no aglutinados en pruebas de laboratorio, o en el campo, el programa permite estimarlos 0.7

de manera aproximada, con la expresión: E = 130 VRS Z . En el ejemplo se supone conocido el módulo de rigidez de la carpeta y se estima el módulo de rigidez de las otras capas, a partir del VRSz (figura 3.14). En la ventana también se ofrece la opción de que el programa pueda sugerir algunos valores al oprimir el botón "Sugerir", ya sea con el ratón o con enter. Cabe decir que estos valores pueden ser modificados por el usuario en cualquier momento.

Fig. 3.14 Ventana de captura o cálculo del Módulo de rigidez. Dispav-5 Versión 3.0

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3.2.8 Relación de Poisson

El programa propone relaciones de Poisson para cada tipo de material (figura 3.15), si el proyectista tiene información confiable que indique que el valor es diferente al anotado puede modificarlo.

Fig. 3.15 Ventana de número de Poisson. Dispav-5 Versión 3.0

3.2.9 Nivel de confianza

El programa permite elegir el nivel de confianza del proyecto (figura 3.16), entre 50 y 99% Por omisión, siempre se sugiere un nivel de 85% En el ejemplo se acepta el nivel propuesto de 85%

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Fig. 3.16 Ventana de nivel de confianza. Dispav-5 versión 3.0

3.2.10 Diseño por deformación

Una vez concluido el ingreso de información, el programa calcula los espesores requeridos para evitar la falla prematura por deformación de las capas no estabilizadas con asfalto. El diseño obtenido se muestra en la figura 3.17.

Fig. 3.17 Ventana de espesores en cada capa. Dispav-5 versión 3.0

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El programa ha revisado que los espesores obtenidos sean mayores que los valores mínimos establecidos para este tipo de camino y este tránsito de proyecto. En el caso de que alguna capa hubiera tenido un espesor menor al mínimo, el diseño se ajusta al valor mínimo, y en las capas inferiores se deduce ese incremento (Ver procedimiento de diseño en CI-8[1], página 15). En este caso el espesor de sub-base calculado es de 11.6 y se ha incrementado al espesor mínimo de 15 cm, en consecuencia el espesor de subrasante calculado se ha disminuido en la misma cantidad. Puede observarse que los espesores no se han redondeado. Se espera que el proyectista haga eso posteriormente, usando su criterio. 3.2.11 Diseño por fatiga en las capas asfálticas

La vida previsible por fatiga está basada en las deformaciones unitarias generadas en la parte inferior de la carpeta asfáltica de la estructura obtenida en el paso anterior. Se emplea el modelo de fatiga correspondiente al tipo de camino elegido. El resultado de la revisión (figura 3.18) indica que la vida previsible es inferior al tránsito de proyecto por fatiga. Se requiere modificar el diseño para que la vida previsible coincida, aproximadamente, con el tránsito de proyecto. El programa proporciona cuatro opciones al usuario.

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DISPAV-5-VERSIÓN


Fig. 3.18 Ventana de resultados. Dispav-5 versión 3.0

En este ejemplo se presentan dos soluciones al diseño. En la primera se mantienen las capas consideradas actualmente (CA/BG/SB/SR), y se modifica el grueso de la carpeta hasta encontrar un espesor que proporcione una vida previsible igual al tránsito de proyecto por fatiga. En la segunda solución se considera incluir una base estabilizada con asfalto. 3.2.12 Solución 1

Se elige la opción 2 del menú: "Cambiar espesores" (figura 3.19), y se incrementa el espesor de la carpeta a 17 cm. Se pueden reducir o no, algunos espesores de las capas inferiores. En este caso, se disminuye el espesor de base granular a 20 cm y el de subrasante a 50 cm.

28


Fig. 3.19 Ventanas para el cambio de espesores. Dispav-5 versión 3.0

Se observa que todavía no se alcanza la vida de proyecto por fatiga (figura 3.20), por lo que se incrementa el espesor de carpeta en 2 cm más. Así, el nuevo diseño, y el resultado del cálculo de vida previsible, quedan de la siguiente manera:

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Fig. 3.20 Ventanas de comparación de resultados, con variación de espesores. Dispav-5 versión 3.0

En este caso, la vida previsible es un poco mayor que el tránsito de proyecto, por lo que se puede disminuir ligeramente el espesor de la carpeta, utilizando una de 18 cm. La vida previsible del nuevo diseño final se muestra en la figura 3.21.

30


Fig. 3.21 Ventana de resultados favorable. Dispav-5 versión 3.0

La vida previsible es ahora menor que el tránsito de proyecto; aunque la diferencia es menor que el 10% del tránsito de proyecto, lo que se considera tolerable. Queda a criterio del proyectista definir si el espesor de carpeta es de 18, 19, o 18.5 cm. 3.2.13 Solución 2-Alternativa de solución empleando base asfáltica

Para incluir una base asfáltica en el diseño se debe seleccionar la opción número 3: "Emplear base asfáltica". 3.2.13.1 Propiedades de la base asfáltica

Se deben iniciar los cálculos con un espesor inicial para la nueva capa. Dicho valor se puede fijar por las consideraciones mínimas de espesor, tomando en cuenta el tamaño máximo de agregado, tránsito de proyecto, etc. También puede suponerse a partir de las características estructurales del proyecto, estimadas con los resultados anteriores.

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Asimismo, es necesario proporcionar el módulo de rigidez de la nueva capa y la relación de Poisson como se muestra en la Figura 3.22, en donde se introdujeron, respectivamente, los valores de 20,000 y 0.35 para el módulo de rigidez y la relación de Poisson.

Fig. 3.22 Ventanas para agregar base asfáltica. Dispav-5 versión 3.0

3.2.13.2 Revisión del número de capas

El máximo número de capas que se puede analizar es cinco. Si ese número se sobrepasa, como en este ejemplo, se debe eliminar una de ellas. Para decidir cuál capa debe ser 32


eliminada, se deben considerar aspectos de la economía del proyecto y de la conveniencia estructural. Desde el punto de vista estructural se debe recordar que el comportamiento de la base asfáltica va a tener influencia de manera significativa por la rigidez de la capa subyacente a la base asfáltica. Desde ese punto de vista puede ser conveniente mantener la base granular (CA/BA/BG/SR/TERR); sin embargo, esta solución es más costosa que la de emplear una sub-base debajo de la base asfáltica (CA/BA/SB/SR/TERR). En este ejemplo se decide eliminar la capa de base granular (figura 3.22) y construir la base asfáltica sobre la sub-base con VRSz=40 (CA/BA/SB/SR/TERR). Para eliminar esa capa, se debe introducir el número tres, que corresponde a la capa de base granular contando de arriba hacia abajo. 3.2.13.3 Ajuste de espesores

Como se ha añadido una capa de base asfáltica con 10 cm de espesor se considera que se puede reducir el espesor de alguna(s) capa(s). En este ejemplo se reduce la carpeta asfáltica a 10 cm. Con los nuevos espesores se repite el cálculo para determinar la vida previsible de la estructura, obteniendo los resultados mostrados en la figura 3.23.

Fig. 3.23 Ventana de resultados con base asfáltica. Dispav-5 versión 3.0

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La vida previsible con este diseño es inferior a la vida de proyecto, tanto por fatiga como por deformación. Se decide incrementar el espesor de la base asfáltica en 5 cm, con el resultado mostrado en la figura 3.24.

Fig. 3.24 Ventana de resultados no favorables con base asfáltica. Dispav-5 versión 3.0

La vida previsible sigue siendo inferior al tránsito de proyecto; se incrementa el espesor de la base asfáltica en 3 cm más. La figura 3.25 muestra el resultado obtenido.

Fig. 3.25 Ventana de resultado favorable con base asfáltica. Dispav-5 versión 3.0

34


Como la vida previsible es ahora mayor que el tránsito de proyecto, se estudia la alternativa de disminuir el espesor de la base asfáltica en un centímetro (figura 3.26).

Fig. 3.26 Ventana de variación del cambio en la base asfáltica. Dispav-5 versión 3.0

La vida previsible por fatiga es inferior al tránsito de proyecto; sin embargo, la diferencia no es exagerada. Por su parte, la vida previsible por deformación permanente es ligeramente inferior al tránsito de proyecto correspondiente. Así, a partir de lo anterior se tienen dos alternativas de diseño, tal como se indica en la Tabla 3.2: Tabla 3.2 Alternativas de diseño. Ejemplo 1

Capa Carpeta asfáltica Base asfáltica Base granular Sub-base Subrasante

18 20 15 50

35

Espesor en cm 10 18 15 50

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Nótese que éstas son solamente dos de las posibles soluciones al proyecto. El método no da un diseño único de pavimento, solo proporciona una herramienta sencilla para que el proyectista analice las soluciones que él conciba. 3.3 Ejemplo 2

Se tiene un camino secundario, con tránsito relativamente ligero. Se quiere diseñar un pavimento con un periodo de proyecto de diez años. Como es un camino secundario que permite tener actividades de conservación sin provocar interrupciones graves del tránsito, se piensa diseñar un pavimento para un camino "normal". El procedimiento para este diseño es similar al ejemplo anterior, por lo que no se realiza una explicación detallada en cada etapa del diseño. 3.3.1 Tipo de procedimiento

En este caso se va a obtener el diseño de espesores, a partir de las características del tránsito y de los materiales disponibles, por lo que se elige el primer botón (figura 3.2). 3.3.2 Tipo de diseño

Se considera el diseño "normal"; es decir, al término del periodo de proyecto, el camino tendrá deformaciones en la rodada del orden de 2.5 cm, y posiblemente requiera una actividad de conservación rutinaria amplia. 3.3.3 Tránsito de proyecto

En este ejemplo se vuelve a calcular el tránsito de proyecto a partir de los siguientes datos de tránsito y composición de vehicular:



Tránsito promedio diario anual en el carril de proyecto: 1050.



Tasa de crecimiento anual deltránsito en el periodo de proyecto, en por ciento: 4.

36




Periodo de proyecto (en años): 10.

3.3.4 Tres datos del tránsito y Tipo de camino

Para efecto de las cargas máximas legales en los vehículos comerciales se considera que el camino es del tipo C (figura 3.27).

Fig. 3.27 Ventana de tránsito acumulado. Dispav-5 versión 3.0


La tabla 3.3 muestra la composición del tránsito considerada para este problema. Tabla 3.3 Composición del tránsito. Ejemplo 2 Tipo de vehículo

Porcentaje

A B3 C2 C3 T3-S2 T3-S3

73.2 7.6 7.0 6.1 2.8 1.4

T3-S2-R4

1.9

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La figura 3.28 muestra la captura de esa información en el sistema.


En este ejemplo se supone que el 65% de los vehículos comerciales circulan cargados y 35% circulan vacíos. Este porcentaje de camiones cargados se puede obtener por medio de muestras en la carretera de interés, o empleando los resultados obtenidos en muestras tomadas en la red nacional por la Secretaría de Comunicaciones y Transportes (SCT), y por el Instituto Mexicano del Transporte (IMT). Cabe decir que en el ejemplo se han tomado simplemente las cargas y presiones propuestas en el programa. A continuación, el programa calcula y presenta los coeficientes de equivalencia de cada vehículo. Al final calcula el tránsito en ejes estándar a diferentes profundidades. Siguiendo la recomendación, se toma como tránsito de proyecto por fatiga en las capas asfálticas el tránsito obtenido a una profundidad de 15 cm, y para deformación permanente el obtenido a una profundidad de 60 cm. Sin embargo, el proyectista puede elegir el tránsito en otra de las profundidades calculadas. El tránsito de proyecto resultante (en millones de ejes estándar) se muestra en la figura 3.29.

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3.3.6 Propiedades de los materiales disponibles para el proyecto

En el ejemplo se decide explorar la posibilidad de un diseño con carpeta: asfáltica/base granular/sub-base/subrasante/terracería, por lo que se debe elegir un número de capas igual a cinco. 3.3.7 Valor relativo de soporte de los materiales no aglutinados

El VRSz estimado en el lugar, durante la vida de servicio de la carretera, se debe establecer considerando la compactación en la que se van a colocar los materiales. Deben tomarse en cuenta las condiciones de humedad previsibles a largo plazo, así como la posibilidad de existir condiciones críticas que puedan afectar al pavimento. También deben hacerse consideraciones estadísticas de manera que el valor promedio obtenido se ajuste por un factor de seguridad. Se sugiere emplear VRSz=VRSmedio(1-CV). Los valores de proyecto considerados en este ejemplo son los mismos del ejemplo anterior, y se muestran en la Tabla 3.4.

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DISPAV-5-VERSIÓN


En este ejemplo los valores propuestos están en el intervalo aceptable, excepto la subbase que se ajusta a VRSp=30. Tabla 3.4 Valor relativo de soporte. Ejemplo 2 Capa

VRSz

Base granular

100

Sub-base Subrasante Terracería

40 20 5


Para el cálculo de esfuerzos y deformaciones unitarias se requieren los módulos de rigidez de todas las capas. En el ejemplo se supone conocido el módulo de rigidez de la carpeta y se estima el módulo de rigidez de las otras capas, a partir del VRSz. 3.3.9 Relación de Poisson

El programa propone relaciones de Poisson para cada tipo de material si el proyectista tiene información confiable que indique que el valor es diferente al anotado puede modificarlo. En este ejemplo se aceptan los valores propuestos (figura 3.30).

Fig. 3.30 Ventana de captura del VRSz y del Módulo de rigidez. Dispav-5 versión 3.0

40



Se acepta el nivel propuesto de 85% 3.3.11 Diseño por deformación

Una vez concluida la entrada de información el programa calcula los espesores requeridos para evitar la falla prematura por deformación de las capas no estabilizadas con asfalto. Al calcular los espesores se ha llegado a algunos que no son aceptables, simplemente por razones prácticas de construcción, como en la base granular y sub-base, el programa permite que el diseñador elimine alguna de esas capas y pregunta al proyectista si las desea eliminar tal como lo muestra la figura 3.31.

Fig. 3.31 Ventana para eliminar capas muy pequeñas. Dispav-5 versión 3.0

Como se dijo, el comportamiento por fatiga de la carpeta asfáltica está influido fuertemente por la rigidez de la capa subyacente, por lo que no es recomendable eliminar la capa de base. Por otra parte, la rigidez de la capa de base, a su vez, está influida por la rigidez de la capa inferior. El programa emplea como guía, la relación deseable de módulos desarrollada por los Laboratorios de Investigación Shell, la cual es compatible con las investigaciones realizadas por los autores en numerosos tramos de prueba del país y en la pista circular del Instituto de Ingeniería de la UNAM. Tomando en cuenta lo anterior no es recomendable eliminar ninguna de las dos capas. El programa emplea los espesores mínimos establecidos en el Método de Diseño y ajusta el 41

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espesor de la subrasante a su valor mínimo. El diseño queda como se muestra en la figura 3.32. Observe que el espesor de carpeta no se ha redondeado, se espera que el proyectista haga eso posteriormente, usando su criterio.

Fig. 3.32 Ventana de espesores en cada capa. Disvap-5 versión 3.0

3.3.12 Diseño por fatiga en las capas asfálticas

La vida previsible por fatiga está basada en las deformaciones unitarias generadas en la parte inferior de la carpeta asfáltica de la estructura obtenida en el paso anterior. Para calcularla, se emplea el modelo de fatiga correspondiente al tipo de camino. El resultado de la revisión (Tabla 3.5) indica que la vida previsible es inferior al tránsito de proyecto por fatiga. Tabla 3.5 Resultados vida previsible. Ejemplo 2

Deformación Fatiga

Vida previsible

Tránsito proyecto

2.6 2.3

2.7 2.6

Se requiere modificar el diseño para que la vida previsible coincida, aproximadamente, con el tránsito del proyecto. Se tienen cuatro opciones:

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1. Cambiar el módulo de rigidez de la carpeta, lo que implica modificar la calidad del concreto asfáltico previsto. 2. Cambiar los espesores de las capas consideradas en el actual proyecto; fundamentalmente, el espesor de carpeta asfáltica. 3. Emplear una base asfáltica. 4. Terminar el programa y replantear todo el proyecto de nuevo. Se elige el número 2 para indicar la opción seleccionada, y se incrementa el espesor de la carpeta, tal como se muestra en la Tabla 3.6. La vida previsible, con el nuevo diseño, se muestra en la figura 3.33. Tabla 3.6 Modificación espesores. Ejemplo 2

Capa Carpeta asfáltica Base granular Sub-base Subrasante

Espesor Anterior 5.3 15 15 30

Espesor modificado 7 15 15 30

Se observa que la vida previsible por fatiga se acerca al tránsito de proyecto. De hecho, la diferencia está dentro de la tolerancia. El diseño puede quedar de esta manera, o ser incrementado ligeramente el espesor de la carpeta (Tabla 3.7). El diseño puede quedar con 7cm (figura 3.33) ó 7.5 cm (figura 3.34) de carpeta. Ambas figuras muestran la vida previsible calculada. Obsérvese que para efectos de deformación la vida previsible está sobrada, por lo que el proyectista puede estudiar otras alternativas de diseño, que satisfagan los requisitos estructurales y que puedan ser más económicas. Tabla 3.7 Espesores finales. Ejemplo 2

Capa

Espesor

Carpeta asfáltica

7.5

Base granular

15

Sub-base

15

Subrasante

30

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DISPAV-5-VERSIÓN


Fig. 3.33 Resultados con un espesor de carpeta de 7.0. Dispav-5 versión 3.0

Fig. 3.34 Resultados con un espesor de carpeta de 7.5. Dispav-5 versión 3.0

Se vuelve a enfatizar que el proyectista no debe considerar que el programa Dispav-5, es el que proporciona el diseño; éste es responsabilidad del proyectista que propone alternativas de diseño y el programa es solamente una herramienta de análisis.

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3.4 Ejemplo 3

Se quiere revisar la vida previsible del pavimento mostrado en la figura 3.35: 8.4 cm Concreto asfáltico 9.3 cm Mezcla asfáltica

E = 35 000 km/cm E = 22 000 kg/cm2

21.5 cm Base granular VRSz=95%

E* = 3 150 kg/cm2

39.2 cm Subrasante VRSz=25%

E* = 1 240 kg/cm2

Terracería VRSz=6%

E* = 456 kg/cm2 E* ≡ Módulo de rigidez estimado

empleando el VRSz Fig. 3.35 Esquema estructura de pavimento. Ejemplo 3

Los espesores de cada capa y los VRSz se han medido directamente en el lugar. Los módulos de rigidez de las capas no aglutinadas se han estimado a partir del VRSz. Los de las capas asfálticas se han medido en el laboratorio, empleando corazones de las capas. 3.4.1 Tipo de procedimiento

El programa permite: Diseñar y Revisar. En este ejemplo se revisará la vida previsible de una estructura dada, por lo que en la ventana principal (figura 3.36) se selecciona el botón de Revpab-5.

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Fig. 3.36 Ventana principal. Dispav-5 versión 3.0

3.4.2 Tipo de camino

Se tienen dos opciones de revisión según el estado de servicio terminal, al final del periodo de proyecto. Si se desea que al término de la vida previsible, la deformación sea del orden de 1 cm, con agrietamiento ligero a medio, entonces se debe elegir la revisión de camino de altas especificaciones. Si se puede aceptar que la deformación en la rodada sea del orden de 2.5 cm, con posible agrietamiento generalizado, al final de la vida previsible, entonces debe elegir un camino normal. En este caso se elige revisar como si fuera un camino de altas especificaciones (figura 3.37).

Fig. 3.37 Ventana para la selección del tipo de camino. Dispav-5 versión 3.0

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3.4.3 Tipo de estructura

Se indican cuáles son las capas que constituyen el pavimento que se va a revisar. Si se tiene un tratamiento superficial; es decir, sin una contribución estructural al pavimento, entonces no se incluye dentro de las capas.

En esta pantalla (figura 3.38) para seleccionar las capas que quiere incluir, se puede mover dentro del cuadro de la izquierda con las flechas Arriba y Abajo; con la flecha Derecha, puede incluir la capa que se encuentre seleccionada en ese momento, para quitar una capa puede cambiarse al cuadro de la derecha mediante el tabulador, desplazarse con las flechas de Arriba y Abajo y con la flecha Izquierda quitar la capa seleccionada, también se puede utilizar el ratón haciendo click en la capa que desea y usando las flechas que se encuentran entre los dos cuadros. Primero se introducen los VRSz estimados de los materiales. En el caso de que el VRSz estimado en el lugar para alguna capa sea menor que el mínimo admisible el programa le avisará pues el método no es aplicable para esos materiales. Si el VRSz introducido en alguna capa es mayor al máximo admisible para esa capa, el valor se ajusta al máximo admisible (VRSp), pero el VRSz estimado se emplea en la determinación del módulo de rigidez de dicha capa.

Fig. 3.38 Ventana para la selección de capas. Dispav-5 versión 3.0

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En el ejemplo el VRSz de la subrasante se ha estimado en 25% Este valor es mayor a 20% (valor máximo aceptable para esa capa), por lo que el VRSp de proyecto se considera igual a este último valor; sin embargo el programa retiene el valor de 25% para el caso de que se quiera estimar el módulo de rigidez de esa capa a partir del VRSz. Pero, en el caso de este ejemplo se supone que el proyectista ha medido los módulos de rigidez, 2

obteniendo 35,000 kg/cm para el concreto asfáltico de la superficie de rodamiento, y 22,000 kg/cm2 para la base asfáltica. En el caso de las capas de materiales no aglutinados, si no se cuenta con una medición directa del módulo de rigidez sobre los materiales, se puede estimar el módulo de rigidez aproximadamente con la relación establecida con el VRSz estimado en el lugar. En este ejemplo se estiman estos módulos de rigidez a partir de los VRSz estimados en el lugar, obteniéndose 3,150; 1,240; y 456 kg/cm2 para la base granular, subrasante y terracería, respectivamente.


Por último, deben introducirse las relaciones de Poisson de todos los materiales. Se sugieren valores comunes para cada uno de ellos; el proyectista puede modificar esos valores, para adecuarse a los materiales específicos del proyecto, en caso de tener estimaciones confiables. En el ejemplo se toman los valores sugeridos (fig. 3.39).

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Fig. 3.39 Ventana de especificaciones del proyecto. Dispav-5 versión 3.0


Se debe introducir el nivel de confianza. En el ejemplo se sugiere un nivel de 85 por ciento, pero es decisión del proyectista fijar el nivel conveniente. En este ejemplo se toma el nivel sugerido de 85% 3.4.6 Resultado de la revisión

Al terminar de introducir los datos requeridos se calcula la vida previsible (figura 3.40), usando el modelo correspondiente al tipo de camino elegido; en este caso, de altas especificaciones.

Fig. 3.40 Ventana de resultados del comportamiento. Dispav-5 versión 3.0

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DISPAV-5-VERSIÓN


La vida previsible del pavimento es de aproximadamente 10.9 millones de ejes estándar; Se alcanza primero la condición de falla por deformación en la rodada (del orden de 1 a 1.2 cm), seguida por el agrietamiento por fatiga, aproximadamente a los 13.2 millones. 3.5 Ejemplo 4

Se diseñará un pavimento similar al del Ejemplo1 pero con los pesos de la Norma NOM012-SCT-2008. Para tal caso, se busca obtener el diseño del pavimento para un camino importante, con un volumen de tránsito alto. Se tienen las características de resistencia de los materiales considerados en el proyecto: VRSz de suelos y módulo de rigidez de la capa asfáltica. También se cuenta con los datos del tránsito diario promedio anual en el carril de proyecto así como la composición de dicho tránsito; la tasa de crecimiento anual del tránsito se estima en cuatro por ciento y el periodo de proyecto es de diez años. ¿Cómo se va a obtener el diseño de espesores?: a partir de las características del tránsito y de los materiales disponibles, por lo que se elige la opción Dispav-5 (figura 3.41).

Fig. 3.41Ventana principal. Dispav-5 versión 3.0

50


3.5.1 Tipo de diseño

Como el camino es importante, con un tránsito de vehículos muy frecuente, se considera que lo adecuado es aplicar el diseño de altas especificaciones, de manera que se mantenga un buen nivel de servicio en todo el periodo de proyecto (figura 3.42). 3.5.2 Tránsito de proyecto

En este ejemplo se calcula el tránsito de proyecto a partir de la composición del tránsito mezclado, por lo que se elige la segunda opción. (figura 3.43)

Fig. 3.42 Ventana para la selección del tipo de camino. Dispav-5 versión 3.0

Fig. 3.43 Ventana de selección para el tránsito por carril. Dispav-5 versión 3.0

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3.5.3 Datos del tránsito y Tipo de camino

Se requiere del tránsito diario promedio anual en el carril de proyecto considerando el coeficiente direccional y la distribución por carriles. La tasa de crecimiento anual debe estimarse mediante un análisis estadístico. En este caso se emplearon los resultados obtenidos en muestras tomadas en la red nacional por el Instituto Mexicano del Transporte, también se requiere el periodo de diseño del pavimento, en años. Para efecto de las cargas máximas legales en los vehículos comerciales, en la siguiente carátula se consideran especificaciones de un camino de tipo A, según la clasificación de la SCT, de la Norma NOM-012-SCT-2008 (figura 3.44).

Fig. 3.44 Ventana de tránsito acumulado. Dispav-5 Versión 3.0


Tomando en cuenta la información obtenida de datos viales, se considera la distribución del tránsito mostrada en la figura 3.45.

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3.5.5 Carga de los vehículos comerciales

Se supone que el 70% de los vehículos comerciales circulan cargados y 30% circulan vacíos (figura 3.46).

Fig. 3.46 Ventana de selección de la tasa de crecimiento. Dispav-5 versión 3.0

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DISPAV-5-VERSIÓN


El programa presenta la carga máxima legal, en cada eje, para el tipo de camino de proyecto (A, B, C, o D) por cada tipo de vehículo incluido; en este caso basándose en la Norma NOM-012-SCT-2008, y se pide al proyectista que la modifique si tiene información al respecto, o que la ratifique en caso contrario. Es decir, el encargado de proyectar tiene la opción de introducir el peso estimado para cada uno de los ejes de los vehículos comerciales considerados, o cambiar los pesos a la Norma anterior haciendo uso del campo que se encuentra debajo de los valores propuestos, en la figura 3.47 se muestra, como ejemplo, el camión T3-S2. En el ejemplo se han tomado las cargas y presiones máximas reglamentarias, siguiendo la norma publicada en el 2008.

Fig. 3.47 Ventanas de pesos en los ejes de cada vehículo normas 1997 y 2003. Dispav-5 versión 3.0

A continuación, el programa calcula y presenta los coeficientes de equivalencia (o de daño relativo) para cada vehículo, como se muestra, la figura 3.48 muestra la información para un tractor con semirremolque T3-S2.

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Fig. 3.48 Ventana de coeficientes equivalentes por eje de cada vehículo. Dispav-5 versión 3.0

Por último el programa calcula el tránsito acumulado de proyecto (N) a diferentes profundidades (figura 3.49), tomando en cuenta los coeficientes de equivalencia de cada vehículo, el tránsito diario promedio, la distribución del tránsito, la tasa de crecimiento anual y el periodo de proyecto.


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3.5.6 Propiedades de los materiales disponibles para el proyecto y VRS

En este ejemplo se decide explorar la posibilidad de un diseño con carpeta asfáltica; base granular; sub-base; subrasante; y terracería (figura 3.50).

Fig. 3.50 Ventana para la selección de las capas a utilizar Dispav-5 versión 3.0

Los valores de proyecto considerado de VRSzs en este ejemplo son los mostrados en la figura 3.51.

Fig. 3.51 Ventana de captura del VRSz. Dispav-5 versión 3.0

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En este ejemplo los valores propuestos están en el intervalo aceptable, excepto la subbase que se ajusta a un VRSp = 30 (figura 3.52).

Fig. 3.52 Ventana de corrección del VRSz DISPAV-5 Versión 3.0


En el ejemplo se supone conocido el módulo de rigidez de la carpeta y se estima el módulo de rigidez de las otras capas, a partir del VRSz (figura 3.53)

Fig. 3.53 Ventana de captura o cálculo del Módulo de rigidez. Dispav-5 versión 3.0

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El programa propone relaciones de Poisson para cada tipo de material (figura 3.54).

Fig. 3.54Ventana de número de Poisson. Dispav-5 versión 3.0


En este ejemplo se acepta el nivel propuesto de 85 por ciento (figura 3.55).

Fig. 3.55 Ventana de nivel de confianza. Dispav-5 versión 3.0

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3.5.10 Diseño por deformación

Una vez concluida la entrada de información el programa calcula los espesores requeridos para evitar la falla prematura por deformación de las capas no estabilizadas con asfalto. El diseño obtenido es el mostrado en la figura 3.56.

Fig. 3.56 Ventana de espesores en cada capa. Dispav-5 versión 3.0

En este caso, el espesor de sub-base calculado es de 11.4 y se ha incrementado al espesor mínimo de 15 cm, en consecuencia el espesor de subrasante calculado se ha disminuido en la misma cantidad. 3.5.11 Diseño por fatiga en las capas asfálticas

La vida previsible por fatiga se basa en las deformaciones unitarias generadas en la parte inferior de la carpeta asfáltica de la estructura obtenida en el paso anterior. Se emplea el modelo de fatiga correspondiente al tipo de camino elegido (figura 3.57).

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Fig. 3.57 Ventana de resultados Dispav-5 versión 3.0

Mediante el menú se pueden seguir las mismas opciones que en el primer ejercicio, hasta llegar a un diseño adecuado (figuras 3.58 y 3.59).


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REFERENCIAS

4. REFERENCIAS [1] Corro, S y Prado G , Diseño estructural de pavimentos asfálticos, incluyendo carreteras de altas especificaciones, colección de informes: Informe CI-8, Instituto de

Ingeniería, UNAM, julio de 1999. [2] NOM-012-SCT-2-2008, Norma oficial mexicana sobre el peso y dimensiones máximas con los que pueden circular los vehículos de autotransporte que transitan en vías generales de comunicación de jurisdicción federal . Secretaría de Comunicaciones y Transportes, Dirección General de Autotransporte Federal, México, marzo de 2008.

las

[3] Corro S, Magallanes R, Prado G, Instructivo para diseño estructural de pavimentos flexibles para carreteras, serie Azul: Investigación y desarrollo: Informe 444, Instituto

de Ingeniería, UNAM, noviembre de 1981. [4] Corro, Santiago, Diseño estructural de carreteras con pavimento flexible, serie Azul: Investigación y desarrollo (azul) 325, Instituto de Ingeniería, UNAM, 1974. [5] http://es.wikipedia.org/wiki/Maquina_virtual_Java, (Consultada el 15 de enero de 2013).

Maquina

virtual

Java.

[6] http://www.java.com/es/download/"Descarga gratuita de Java". (Consultada el 15 de enero de 2013).

63

DISPAV-5-VERSIÓN


[7] http://johann.loefflmann.net/en/software/jarfix/index.html, "Jarfix 2.0.0" Johann N. Löfflmann. (Consultada el 15 de enero de 2013).

64

40. DISPAV-5-Versión 3.0. Actualización Del Sistema

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