Apllic Ap icac aciión pa para ra Pav avim imen ento toss en Al Altu tura ra de dell Mét Métod odo o Meca Me caní níst stic icoo- Em Empí píri rico co (MEPDG) AASHTO 2008 Carlos M. Chang, Ph.D., P.E.
2008 AASHTO
2008 AASHTO
Evolución del Diseño de Pavimentos En el Futuro
¿Práctica Actual?
EmpíricoMecanístico
Empírico
E t
l
r
ti
Mecanístico
Metodologías de Diseño de Pavimentos •
Empírico – Procedimientos estadísticos basados en ensayos experimentales
•
Mecanístico – Cálculo de respuestas del pavimento i.e., esfuerzos, deformaciones – Modelos de desempeño del pavimento basado en principios mecanísticos
Clima
Trafico Materiales Estructura Daño
Respuesta
Acumulación de
Fallas
Diseño Mecanístico-Empírico • pavimento (i.e., esfuerzos, deformaciones unitarias, deflexiones debido a: – Cargas de tráfico – Condiciones medio-ambientales
cumu ac n e a o a rav s e empo • Empíricamente relacionar el daño acumulado , e.g.: - Fisuramiento - Ahuellamiento Ot f ll
cambio sustancial en la manera de diseñar . Acerca más al diseñador a la realidad y considera clima, tráfico, características , , métodos constructivos.
Factores que Afectan el Desempeño de los Pavimentos en Altura Tráfico •Car a actuante resión de neumático •Configuración de los ejes de carga •Frecuencia de la carga
Geometría • • Ancho de vía reducido • Condiciones geotécnicas comp e as
TRAFICO en MEPDG 2008 • Eje Simple
Tandem Tridem Llantas Simples Llantas Duales Llantas Duales
• Ejes de Carga Mixtos
Esfuerzos y Deformaciones
t, c
or
t
Fisuramiento por Fatiga Capa Asfaltica
Deformaciones altas y eventual suram ento por at ga
Falla Tipo “Piel de Cocodrilo”
Ahuellamiento por Efecto de Cargas
Base
de la base, subbase o subrasasante
ue am en o
Factores que Afectan el Desempeño de los Pavimentos en Altura Clima • Cambio Brusco del Gradiente Térmico (hasta 60oC en 8 horas) • • Radiación Solar Intensa • Precipitación pluvial (Mensual Promedio Nov-Abril – • Heladas: Congelamiento- deshielo, húmedo-seco
Fisuramiento Térmico
Datos Climáticos en MEPDG • La variación de la TEMPERATURA cada hora es considerada en el análisis – El modelo considera los efectos de la temperatura en la estructura del pavimento cada hora basado
• Gradiente de humedad—Variación mensual de la es considerada en el análisis.
Variación Diaria de la Temperatura Día 2
Día 1
Día 3
Día 4
C s d a r g , a u t a r e p
Dia Noche rr a PCC Abajo
e T
.
.
.
.
.
.
Tiempo, días
.
.
.
Cada aplicación de carga Modulo CTB Modulo PCC
Trafico Modulo AC Base Granular Subrasante
Tiempo, años
Otros Factores que Afectan el Desempeño de los Pavimentos en Altura Materiales • Bancos rocosos de ori en volcánico (bajo peso específico y alta absorción de agua) • Agregados de río escasos
Geotecnia • • • •
Estabilidad de Taludes Profundidad del nivel freático Condiciones de drenaje Res uesta a Sismos
¿Cómo MEPDG cambia la Manera Guía 1993 Tráfico – ESALs , Mr, transferencia de carga, coeficiente de drenaje (PCC) r,
PSI Inicial y Terminal Confiabilidad
MEPDG 2008 Un procedimiento de diseño drásticamente i erente ¡Muchos más datos
MEPDG -2008 Regularidad Superficial Índice Internacional de Rugosidad (IRI) 2
=
a i c n a a G 0
.
.
Longitud de Onda, m (Vertical Distance) Horizontal Distance
Información General
Datos Estado y Resumen
Clima Estructura
Ver Resultados
Datos Generales – Periodo de diseño, fecha de construcción, fecha de inicio del tráfico –
a ura eza e proyec o • Construcción nueva • Reconstrucción • Rehabilitación
– Tipo de pavimento • Flexible • Rígido
Datos Específicos • Tráfico – Volumen – Distribución de la carga por eje – Configuración del eje
•
ma – Latitud, longitud, elevación, etc.
•
s ruc ura e
av men o
– Capas, espesores, y propiedades de los .
Modelos de Respuesta Estructural Multi-Capa Elásticas- Elementos Finitos • Para pavimentos flexibles
JULEA ro rama de análisis de capas elásticas lineales
DSC2D programa del Modelo e emen o n o e e s m r co en 2D para casos con modelación no lineal
• Para pavimentos rígidos
ISLAB2000 programa del
Falla or Fat i a Fisuramiento I RI
Fisuramiento Térmico
ue am ento
a as en av men os
g os
Vida Util •
av a e se o es v a en períodos incrementales de tiempo
Vida Util de Diseño
Daño Incremental • En cada incremento de tiempo, los siguientes parámetros son utilizados para calcular el daño incremental: – Propiedades de los materiales – Temperatura y humedad de acuerdo a la estación – Variación estacional del tráfico
Daño Acumulado Daño total acumulado es la suma de los incrementos de daño a lo largo de la vida útil.
o ñ D
Vida Util de Diseño
Verificación del Desempeño El procedimiento evalua un diseño propuesto para determinar si cumple con el comportamiento determinado nivel de confiabilidad Diseño Propuesto
Verificación del Desempeño a l l a F
¿Esta el nivel de falla redecido dentro de los limites permisibles para el nivel de
d n ó i c c i d e r P
deseado?
0
5
10
15
Edad, años
20
25
30
Efectividad del MEPDG Datos utilizados en el diseño
predicción del desempeño del campo
Tipos de Asfalto
ve es e r
co
Desempeño de Pavimentos en Altura a. Elegir adecuadamente el tipo de asfalto. • Asfalto PEN 85-100 o 120-150, • uperpave - o b. Contenido de Asfalto (6% como mínimo)
Evaluar el desempeño de la mezcla asfáltica con ensayos SUPERPAVE. a. Con el Asfalto Virgen: • Punto de Inflamación (oC) • • Viscosidad Brookfield a 135 oC (Pa.s)
*
Desempeño de Pavimentos en Altura Evaluar el desempeño de la mezcla asfáltica con ensayos SUPERPAVE. . Horno Rotatorio: •Pérdida de masa (%) ,
*
c. Con el residuo después del ensayo de Envejecimiento a res n: •Ensayo con Reómetro de Corte Dinámico, G*/sin d (kPa) •Ensayo con Reómetro de Flexión, Stiffness (Mpa) • nsayo con e me ro e ex n, m a ue
Recomendaciones para un Buen Desempeño de Pavimentos en Altura •
Controlar la temperatura de la mezcla asfáltica durante Se recomiendan espesores de carpeta asfáltica no menores a 6 cm.
• Medir la Macrotextura y Microtextura de la Superficie de Rodadura por razones de Seguridad Vial a. Coeficiente de Resistencia al Deslizamiento (mayor a 0.5 b. Profundidad de Textura (0.4 – 0.6 mm para mezclas
Otras Sugerencias para un Buen Desempeño de Pavimentos en Altura •
Evaluar la necesidad de utilizar otros materiales: - Geotextiles - Polímeros o Asfaltos Modificados en Mezclas s cas. - Uso de asfaltos con caucho o goma.
•
Implementar planes de gestión vial que consideren las condiciones particulares de los pavimentos en altura.
