Diseño y Construccion de Pavimentos Asfalticos - En Revision

FACULTAD DE INGENIERÍAS Y CIENCIAS PURAS CARRERA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL

DISEÑO DE PAVIMENTOS APUNTES DEL CURSO

W. DAVID SUPO P.

Juliaca - Perú 2011

apuntes del curso de DISEÑO DI SEÑO DE PAVIMENTOS

Unidad III Diseño estructural y construcción de pavimentos asfálticos.

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UANCV/FICP/CAPIC

Diseño de Pavimentos


Unidad III Diseño estructural y construcción de pavimentos asfálticos.

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UANCV/FICP/CAPIC


Contenido 1.

DISEÑO ESTRUCTURAL DE PAVIMENTOS ..................................... ......... ........................................................ ............................... ...4

1.1.

GENERALIDADES ......................................................... ............................. ........................................................ ...................................................... .......................... 4

1.1.1.

PRESENTE Y FUTURO DEL ANALISIS ESTRUCTURAL DE PAVIMENTOS PAVIMENTOS .............. 4

1.1.2.

METODOS DE DISEÑO ......................... ............................ ............................ ..................... 5

1.2.

METODO AASHTO '93 .............................................................................. .................................................. ...................................................... .......................... 6

1.2.1.

FORMULACIÓN DEL MÉTODO ................................ ............................. .......................... 7

1.2.2.

EVOLUCIÓN DE LA GUÍA AASHTO .......................... ............................ .......................... 8

1.2.3.

PARÁMETROS DE DISEÑO........................... ............................ ............................ ............ 9

1.3.

METODO EMPIRICO-MECANICISTA ............................................................ ................................ .......................................... .............. 34

1.3.1.

EL MODELO EMPIRICO .......................................................................... ............................................. ............................. ........................ 36

1.3.2.

EL MODELO MECANICO ......................... ............................ ............................. .............. 36

1.3.3.

VENTAJAS DEL MODELO EMPIRICO-MECANICISTA EMPIRICO-MECANICISTA ..................................... .......... 37

1.3.4.

HIPOTESIS DEL MODELO EMPIRICO-MECANICISTA EMPIRICO-MECANICISTA ............................................... ............................ ................... 37

1.3.5.

EL PROGRAMA KENLAYER........................................... ............................. ................... 37

1.3.6.

DATOS PARA EL DISEÑO EMPRIRICO-MECANICISTA DE PAVIMENTOS CON

KENLAYER ............................. ............................ ............................ ............................ ................... 38 1.3.7.

CRITERIOS DE DAÑO ........................... ............................ ............................ ................... 43

1.3.8.

GROSOR DE GROSOR DE LA CARPETA ASFALTICA ...................................................................... .......................................... ............................ .48

1.3.9.

INTERFAZ USUARIO-KENLAYER USUARIO-KENLAYER......................... ........................... ............................ . 48

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W. David Supo P.


1. DISEÑO ESTRUCTURAL DE PAVIMENTOS 1.1.

GENERALIDADES

A lo largo de los últimos años se ha observado un movimiento movimi ento inusitado en el campo del diseño de pavimentos, propuestas modernas basadas en teorías tales como la elástica, o sistemas multicapa de suelos, análisis de regresión basadas en pruebas a escala real, métodos de cálculo como el de elementos finitos 2D y 3D, entre otros; han contribuido a la existencia y aparición de una gran variedad de métodos de diseño.

Figura 1 Estructura típica de pavimento flexible

1.1.1. PRESENTE Y FUTURO DEL ANALISIS ESTRUCTURAL DE PAVIMENTOS Podemos afirmar que el análisis por el método de elementos finitos 3D, de estructuras de pavimentos constituye el estado de arte en este campo y que la práctica actual está centrada en la aplicación de la teoría elástica multicapa asistida por computador (MLET, Multi Layer Elastic Theory).

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Figura 2 Presente y Futuro del Análisis de Estructuras de Pavimentos

En la Figura 2, se observa el desarrollo más reciente de las teorías de análisis de estructuras de pavimentos. 



Soluciones Analíticas (Burmister) o

Homogéneo (1 capa)

o

2 Capas

o

3 Capas

Teoría Elástica Multicapa, Asistida por computador o





Elementos 2D axisimétricos

Método de Elementos Finitos, Asistida por computador o

2D (deformación plana/axisimétrico) Vs. 3D

o

Lineal Vs. No lineal.

Métodos Híbridos/Especializados

1.1.2. METODOS DE DISEÑO El diseño estructural de pavimentos en la actualidad tiene una clara tendencia a nivel mundial, de emplear metodologías mecanicistas, debido principalmente al desarrollo de la capacidad computacional logrado en los últimos tiempos, además de haber demostrado predecir en forma más acertada el comportamiento de estos, es así que el National Cooperative Highway Research Program (NCHRP) de los Estados Unidos ha emprendido en su proyecto 1-37A el desarrollo de la "2002 Guide for Design of New and Rehabilitated Pavement Structures" (Guía para el Diseño de Estructuras de Pavimentos Nuevos y rehabilitados) basado en los fundamentos del método empíricomecanicista, posteriormente esta nueva guía será adoptada y distribuida por AASHTO. La Guía 2002 se prevé convertirse en la última y más importante revisión 5

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apuntes del curso de DISEÑO DE PAVIMENTOS

de la Guía de Diseño AASHTO, y que por estar basada en principios mecanicistas permitirán el uso más eficaz de los materiales en los pavimentos, mejorar el desempeño del pavimento y disminuir los costos de ciclo de vida. [NCHRP, 2002] Los métodos de diseño se pueden clasificar en: 

Métodos empíricos.



Métodos que limitan la falla de corte



Métodos que limitan la deflexión



Métodos de regresión basados en el comportamiento de pavimentos o caminos de prueba



Métodos empírico-mecanicistas

Para elegir un método de diseño, deben por lo menos observarse los siguientes aspectos:  Actualidad 

Factores de diseño que considera el método



Información (documentación del método) disponible

En el presente documento, desarrollaremos los siguientes métodos:

DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS 

Método AASHTO '93



Método empírico-mecanicista

DISEÑO DE PAVIMENTOS DE CONCRETO HIDRÁULICO 

Método PCA

1.2.

METODO AASHTO '93

Este método de diseño es recomendado por el American of State Highway and Transportation Officials (AASHTO), basado en los resultados del experimento

vial

AASHO

para

estudiar

el

comportamiento de estructuras de pavimentos de espesores

conocidos

bajo

cargas

móviles

de

magnitudes y frecuencias conocidas, y bajo el efecto del medio ambiente en secciones conocidas de pavimentos rígidos y flexibles, en Ottawa,

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Illinois, a finales de 1950 e inicios de 1960. El comité de diseño de la AASHO, publicó una guía provisional en 1961 la cual fue revisada en 1972 y 1981. En 1984-85, el sub-comité en diseño de pavimentos y un grupo de consultores revisaron y ampliaron la guía de diseño mediante el proyecto NCHRP 20-7/24 y publicaron una nueva guía de diseño en 1986. Esta guía fue revisada a su vez en 1993, publicada ese mismo año se constituye en la más actual. Además, AASHTO anunció una nueva revisión implementando predominantemente la metodología mecanicista para el año 2002.

1.2.1. FORMULACIÓN DEL MÉTODO El objetivo principal de las pruebas consistía en determinar relaciones significativas entre el comportamiento de varias secciones de pavimento y las cargas aplicadas sobre ellas, o bien para determinar las relaciones significativas entre un número de repeticiones de ejes con cargas, de diferente magnitud y disposición, y el comportamiento de diferente espesores de pavimentos, conformados con bases y subbases, colocados en suelos de características conocidas. En total se examinaron 368 secciones de pavimento rígido y 468 secciones de pavimento flexible. Las mediciones físicas de las secciones de prueba se transfirieron a fórmulas que podían dar nuevamente valores numéricos de capacidad de servicio. Estos valores graficados contra las aplicaciones de carga forman una historia de comportamiento para cada sección de prueba que permiten la evaluación de cada uno de los diversos diseños. La fórmula actual del método es la que se muestra abajo, misma que es resultado de una evolución a lo largo de los años, basados en el experimento vial AASHO, los nuevos conocimientos teóricos y la experiencia.

Ecuación 1-1 Fórmula AASHTO '93 - Pavimentos Flexibles Log

W 18

Z R S 0

9.36 log SN

1

0.20

log 0.4

4.2 1.5 1094

2.32 log

M R

8.07

SN 1 5.19

Donde:

W 18 Z R S 0 PSI

: Número

de aplicaciones de carga por eje simple equivalente a 18 Kip

: Desviación está ndar

normal

: Desviación está ndar

normal

: Diferencia entre índice de serviciabilidad inicial de diseñ

o y el

índice de serviciabilidad terminal de diseñ o.

PSI M R SN

p0

p f

: Módulo

resiliente (psi)

: Número

estructural

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W. David Supo P.


1.2.2. EVOLUCIÓN DE LA GUÍA AASHTO Aproximadamente después de un año de terminar la prueba AASHO, en 1961 se publicó la primera "Guía AASHO para Diseño de Pavimentos Rígidos y Flexibles". Posteriormente en 1972 se realizó una revisión y se publicó como la "Guía AASHTO para Diseño de Estructuras de Pavimento – 1972". 

En 1981 se hizo una Revisión al Capítulo III, correspondiente al Diseño de Pavimentos de Concreto con Cemento Portland. En 1986 se publicó una revisión de la "Guía para el Diseño de Estructuras de Pavimento".



Figura 3 El experimento vial AASHO



En 1993 se realizó una Revisión del Diseño de Sobrecarpetas de Pavimento.



Para 1998 se publicó un método alternativo para Diseño de Pavimentos, que corresponde a un "Suplemento a la Guía de Diseño de Estructuras de Pavimento".



En el año 2002, se publicitó el lanzamiento de la metodología de diseño AASHTO 2002. Sin embargo, la nueva metodología AASHTO 2002, 8

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posteriormente se hace partícipe de un proyecto mayor financiado por la AASHTO y con cooperación de la FHWA, cambiando su nombre en el año 2004 para convertirse en el proyecto NCHRP 1-37A. El principal objetivo de esta nueva metodología es proporcionar una herramienta para el diseño de estructuras de pavimentos nuevos y rehabilitados utilizando principios teóricos-empíricos. La metodología NCHRP 1-37A está basada tanto en los resultados de la prueba AASHO mas seguimientos de pavimentos reales construidos con posterioridad e incorpora también conceptos mecanicistas, analizados mediante técnicas de Elementos finitos, lo cual permite incluir muchas variables que no han sido probadas en proyectos reales o de las cuales no se cuenta con información. Este hecho permite tener un mejor diseño para condiciones distintas a las de la formulación original de años anteriores. La metodología se encuentra como un programa computacional y puede ser

obtenida

en

forma

gratuita

para

evaluación

en

http://www.trb.org/mepdg/software.htm.

1.2.3. PARÁMETROS DE DISEÑO 1.2.3.1.TIEMPO El proyectista puede considerar dentro de las estrategias de diseño, seleccionar varios períodos de diseño que vayan desde una estructura que requerirá bajo nivel de mantenimiento, y que prácticamente durará todo el período seleccionado sin mayores acciones sobre él, hasta alternativas de construcción por etapas, que requerirán una estructura

inicial

más

débil

y

un

programa,

previamente

establecido,

de

mantenimiento y sobrecapas de asfalto (recapeos) en el caso de estructuras de pavimento asfáltico. Se debe tener claro los conceptos: 

Período de análisis



Período de diseño y



Período de vida útil.

Período de Análisis. de

años

comparación

Es el número

seleccionado de

las

para

la

diversas

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W. David Supo P.


alternativas de diseño. En los métodos AASHTO de 1961 y de 1972 era frecuente diseñar los pavimentos para un período máximo de 20 años; hoy en día, en el Método AASHTO '93, se recomienda que se estudien los pavimentos para un período de comportamiento mayor, ya que ellos pueden dar lugar a una mejor evaluación de las alternativas a largo plazo basadas en análisis de costo-tiempo. En cualquier caso, sin embargo, se recomienda que el período de análisis incluya al menos una rehabilitación de la estructura recomendada. Los lapsos de diseño sugeridos son:

Figura 4. Período de análisis

Período de Diseño. Es el número de años para el cual se diseña específicamente la estructura del pavimento; varía de ocho a veinte años, dependiendo del tipo de vía. En casos excepcionales pudiera reducirse el periodo de diseño hasta un mínimo de cinco años. Al final del Período de Diseño puede esperarse que el pavimento requiera una carpeta asfáltica de refuerzo para restaurar su capacidad de servicio. La Tabla 1 10

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resume los períodos de diseño recomendados por la Asociación Americana de Administradores de Carreteras y Transporte (AASHTO) y la correspondiente a la tipología de la red vial nacional.

Tabla 1. Períodos de Diseño Recomendados

Período de vida útil. Período de tiempo que comprende todo el tiempo de servicio que presta la estructura, puede incluir varios períodos de diseño.

1.2.3.2.TRAFICO La evaluación del tráfico se resume a la determinación del ESAL (Equivalent Single Axle Load), el mismo que representa al número de repeticiones de carga equivalente a un eje simple de ruedas duales de carga estándar de 18,000 lb. Para determinar adecuadamente el ESAL es necesario contar con datos de TPDA de la vía en estudio, estratigrafía del tránsito, factores de equivalencia de carga, tasas de crecimiento vehicular y períodos de análisis y diseño.

Concepto de Eje Equivalente AASHTO transforma los diferentes ejes que circulan por una ruta, a un eje simple de rueda doble (E.S.R.D) de 80 KN (18 Kips) de peso, considerado como eje patrón. El factor de equivalencia es el cociente que resulta entre el número de ejes de una configuración y peso, necesarios para originar una determinada pérdida de serviciabilidad, respecto del número de ejes patrón requeridos para producir la misma pérdida de serviciabilidad, el valor de este cociente es el Factor de Eje Equivalente. Se puede entender como un índice del efecto destructivo (pérdida de serviciabilidad) de los ejes vehiculares con respecto al eje estándar de 18 kips de AASHTO.

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W. David Supo P.


Figura 5 Tipos de Apoyo Más Usuales en Vehículos Comerciales

Carga Estándar - Pavimentos flexibles ESRS

Eje Simple Rueda Simple

12,600 lb

56.0 KN

5.71 Ton

ESRD

Eje Simple Rueda Doble

18,000 lb

80.0 KN

8.16 Ton

EDRD

Eje Doble Rueda Doble

33,500 lb

149.0 KN

15.20 Ton

ETRD

Eje Triple Rueda Doble

48,500 lb

216.0 KN

22.0 Ton

Carga Estándar - Pavimentos rígidos ESRS

Eje Simple Rueda Simple

14,500 lb

64.0 KN

6.53 Ton

ESRD

Eje Simple Rueda Doble

18,000 lb

80.0 KN

8.16 Ton

EDRD

Eje Doble Rueda Doble

29,000 lb

129.0 KN

13.16 Ton

ETRD

Eje Triple Rueda Doble

39,300 lb

175.0 KN

17.85 Ton

Factor de Equivalencia En base a los estudio de la prueba AASHTO, este organismo desarrolló fórmulas empíricas para poder obtener los factores de equivalencia según el tipo de pavimento que está siendo solicitado [AASHTO, 1993], estas fórmulas son:

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Ecuación 1-2 Factor de Equivalencia de Carga AASHTO en Pavimento Flexible Pavimento flexible LogI 1

M = FEE

Gt = log I

4.79log H18 + 1L - 4.79 logH L x + L2 L + 4.33 logH L2 L +

Gt Gt b x b18

4.2 pt M 4.2- 1.5

0.08H L x + L2 L3.23 b x = 0.40 +  2 3.23 HSN+ 1L5.19 L

Ecuación 1-3 Factor de Equivalencia de Carga AASHTO en Pavimento Rígido Pavimento rí gido

LogI 1

M = FEE

Gt = log I

4.62log H18 + 1L - 4.62 logH L x + L2 L + 3.28 logH L2 L +

Gt Gt b x b18

4.5 pt M 4.5- 1.5

b x = 0.40 +

3.63H L x + L2 L5.20 HSN+ 1L4.46 L  2 3.52

Donde: FEE = Factor de Eje Equivalente L x = Peso del eje x (simple, doble o triple) en kips. L2 = Código del tipo de eje (1,2 y 3 respectivamente) en kips. pt = Indice de Serviciabilidad final SN = Número Estructural de pavimento asfático (pulg) D = Espesor de losa de hormigón (pulg) b 18 = Valor b18 para el eje estándar de 18 kips. En ambos casos se deben sumar los factores de equivalencia de cada eje del vehículo para obtener el factor de eje equivalente (FEE) de dicho vehículo.

1.2.3.3.CONFIABILIDAD La confiabilidad de un proceso de diseño-comportamiento de un pavimento, es la probabilidad de que una sección del pavimento, diseñada usando el proceso, se comportará satisfactoriamente bajo las condiciones de tráfico y medio ambiente, durante el período de diseño. Entiéndase por período de diseño al tiempo transcurrido 13

W. David Supo P.


para que una estructura de pavimento nueva o rehabilitada, se deteriore desde su serviciabilidad inicial hasta la serviciabilidad final. Básicamente la confiabilidad es un medio para introducir cierto grado de certeza en el procedimiento de diseño, para asegurar que las diferentes alternativas de diseño durarán todo el período de análisis. El factor de diseño basado en la confiabilidad, toma en cuenta posibles variaciones en la predicción del tráfico (W 18) y en la predicción del comportamiento, por lo tanto, proporciona un determinado nivel de seguridad (R), que las secciones del pavimento mantendrán un índice de serviciabilidad mayor al final establecido en el diseño, durante el tiempo para el cual fueron diseñadas. En el siguiente cuadro se muestra las recomendaciones AASHTO, de valores de confiabilidad, en función a la importancia de la vía. Este valor debe ser seleccionado de acuerdo a la realidad del medio en donde la estructura será construida.

Tabla 1-2 Niveles de Confiabilidad en Función a la Clasificación de la Vía AASHTO Clasificación Funcional Interestatal y Otras Vías Libres

Nivel de Confiabilidad Recomendado Urbano Rural 85 - 99.9

80 - 99.9

Arterias Principales

80 - 99

75 - 95

Colectoras

80 - 95

75 - 95

Locales

50 - 80

50 - 80

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Tabla 1-3 Desviación Estándar Normal Para Varios Niveles de Confiabilidad Confiabilidad (% R) 50 60 70 75 80 85 90 91 92

Desviación estándar Confiabilidad Desviación estándar normal (ZR) (% R) normal (ZR) 0.000 93 -1.476 -0.253 94 -1.555 -0.524 95 -1.645 -0.674 96 -1.751 -0.841 97 -1.881 -1.037 98 -2.054 -1.282 99 -2.327 -1.340 99.9 -3.090 -1.405 99.99 -3.750

Figura 6 Curva Desviación Estándar Normal (Z r) - R(%) R (%) 50

55

60

65

70

75

80

85

90

95

100

105

0.000 -0.250 -0.500 -0.750 -1.000 -1.250 -1.500 -1.750 r Z -2.000

-2.250 -2.500 -2.750 -3.000 -3.250 -3.500 -3.750 -4.000

Para un nivel de confiabilidad (R) el factor de confiabilidad es una función de la Desviación Estándar Total (So) que considera las posibilidades de variaciones en el tráfico proyectado y la variación normal en el comportamiento previsto del pavimento.

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Tabla 1-4 Valores de la Desviación Estándar Total (So) DESVIACION ESTANDAR TOTAL, So

CONDICION DEL DISEÑO

P. FLEXIBLE

P. RIGIDO

0.35

0.25

0.45

0.35

VARIACIONES EN LA PREDICCION DEL COMPORTAMIENTO DEL PAVIMENTO SIN ERRORES EN EL TRAFICO VARIACIONES TOTAL EN LA PREDICCION DEL COMPORTAMIENTO DEL PAVIMENTO Y EST IMACIONES DE TRAFICO

La confiabilidad puede relacionarse con un Factor de Seguridad, según la siguiente ecuación:

Ecuación 1-4 Factor de Seguridad AASHTO

1.2.3.4. SERVICIABILIDAD El procedimiento de Diseño AASHTO predice el porcentaje de pérdida de serviciabilidad (PSI) para varios niveles de tráfico y cargas de ejes. Entre mayor sea el PSI, mayor será la capacidad de carga del pavimento antes de fallar. La filosofía de diseño básica de la Guía AASHTO es el concepto de serviciabilidadcomportamiento, que permite diseñar un pavimento para un volumen total de tráfico específico y un mínimo nivel de serviciabilidad deseado al final del período de diseño. El dato que se requiere para el diseño es el PSI que se obtiene de la diferencia entre la serviciabilidad inicial (p o) y la serviciabilidad final (p f ).

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Ecuación 1-5 Pérdida de Serviciabilidad D PSI =

po - p f

Donde: D PSI = Variación total en la serviciabilidad po = Serviciabilidad inicial p f = Serviciabilidad final Tanto la serviciabilidad inicial como la final están en función a la tabla siguiente:

Tabla 1-5 Valores para PSI en función a la Condición de la Vía CONDICION

PSI

Excelente

4-5

Bueno

3-4

Regular

2-3

Malo

1-2

Muy Malo

0-1

1.2.3.5. EFECTOS AMBIENTALES La actual guía de diseño tiene en cuenta los efectos ambientales siendo las más importantes la expansión de suelos y levantamiento por heladas. Plantea que la temperatura afectará las propiedades de fluencia del CA; los esfuerzos térmicos inducidos en el CA generarán agrietamiento a bajas temperaturas y ahuellamiento. La consecuencia de estos factores se traduce en una pérdida de Serviciabilidad en el pavimento. El gráfico siguiente fue tomado de la guía AASHTO-'93 y es una muestra de como se consideran los efectos ambientales en este método.

Figura 7. Ejemplo del Concepto de Pérdida de Serviciabilidad Versus Tiempo.

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En este gráfico se observa una curva correspondiente a la pérdida de serviciabilidad por suelos expansivos (swelling loss), la segunda a la pérdida de serviciabilidad por levantamiento debida al congelamiento (Frost Heave). Esta guía establece que se pueden desarrollar estas curvas para una localidad en particular, para ello se tiene que recurrir a modelos de comportamiento de pavimentos ante efectos del medio ambiente, este proceso representa un tema de investigación de justificada importancia para considerar de manera más precisa los efectos del medio ambiente en el diseño de nuestros pavimentos. En nuestro país se vienen efectuando algunos estudios relacionados a la pérdida de la serviciabilidad por efectos ambientales, por ejemplo se tiene un estudio sobre influencia de los cambios de temperatura en el deterioro de los pavimentos, efectuado en pavimentos construidos a los 3670 a 4680 m.s.n.m. (tramos: San MateoMorococha, Morococha-La Oroya) donde se reconoce que las causas que motivaron la presencia de grietas prematuras no se atribuyeron a un comportamiento anómalo de los materiales granulares, drenaje o congelamiento de los suelos; sino al gradiente térmico que influye directamente en el comportamiento de las superficies de rodadura y consecuentemente conduce a una pérdida significativa de Serviciabilidad. Por lo tanto las consideraciones de efectos ambientales como hinchamiento de suelos y levantamientos por heladas que establece la AASHTO no son aplicables en nuestro medio. [MELENDEZ, 2001].

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De los datos consignados en [MELENDEZ, 2001], por regresión polinómica obtenemos la ecuación:

Y=-0.0019 X2 + 0.0682 X – 0.1952 Donde: Y: Pérdida de serviciabilidad por efectos ambientales en zonas de altura X: tiempo en años

Con un factor de correlación R 2=0.9997, esta ecuación puede ser utilizada para períodos de diseño de hasta 20 años. Considerando esta pérdida de serviciabilidad

PSI

se obtiene con la fórmula siguiente:

Donde: pamb : Pérdida de serviciabilidad por efectos ambientales.

Figura 8. Pérdida de serviciabilidad por efectos ambientales

1.2.3.6. SUBRASANTE Este método requiere de un valor denominado Módulo de Resiliencia Efectivo (M R) del suelo de subrasante, equivalente al efecto combinado de todas las variaciones que sufre el módulo debido a la acción del clima.

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La guía de diseño AASHTO-'86 y '93 propone el uso del Módulo Resiliente (Mr) para una mejor caracterización de los suelos con fines de diseño de pavimentos. Se sabe que los suelos no se comportan elásticamente, éstos experimentan cierta deformación permanente después de cada aplicación de carga. Sin embargo, si la carga es pequeña comparada con la resistencia del material y es repetida muchas veces, la deformación bajo cada repetición de carga es prácticamente recuperable en su totalidad y proporcional a la carga pudiendo entonces ser considerada como elástica. El valor del módulo de resiliencia efectivo M R se calcula a partir del valor promedio de daño relativo que se determina empleando el formato mostrado en la Figura 1-7

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Figura 9 Carta para Determinar el Módulo Resiliente Efectivo Para Pavimentos Flexibles

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W. David Supo P.


Puede dividirse el año en intervalos de tiempo con sus valores respectivos de módulo resiliente de cada estación. Intervalos de 0.5 a 1 mes son usados generalmente. El daño relativo (uf ) para cada estación se calcula con la siguiente ecuación:

Ecuación 1-6 Daño Relativo para Cada Estación

Los valores de daño relativo se suman y se calcula el promedio aritmético de sus valores (n) para determinar el valor relativo promedio de daño en el año:

Ecuación 1-7 Promedio de Daño Relativo

El módulo de resiliencia efectivo M R se calcula a partir del valor promedio de daño relativo, usando la Ecuación 1-6, despejando M R

Ecuación 1-8 Módulo Resiliente Efectivo

Sin embargo la dificultad de contar con los equipos o de tiempo para ejecutar ensayos de Módulo Resiliente, se utilizan ecuaciones de correlación entre los valores de CBR y Mr. La Guía AASHTO propone la correlación:

Ecuación 1-9 Correlación Mr-CBR AASHTO

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Propuesta por Heukelom y Klomp, adecuada para suelos clasificados como CL, CH, ML, SC, SM Y SP (clasificación unificada, ASTM D2487) y A-7, A-6, A-5, A-4 y suelos finos A-2 (clasificación AASHTO M145) ó para materiales con CBR sumergido de 10% o menos. Estas correlaciones no son aplicables a materiales granulares no tratados de base o de sub base.

En Venezuela se utilizan las siguientes ecuaciones de correlación

Ecuación 1-10 Correlación Mr-CBR Utilizada en Venezuela

Para suelos granulares, la siguiente ecuación desarrollada en base a la propia guía ofrece una buena correlación: [VASQUEZ, 2001]

Ecuación 1-11 Correlación Mr-CBR Basada en la Guía AASHTO-93

Las correlaciones más empleadas en nuestro país y en Chile son:

Ecuación 1-12 Correlación Mr-CBR más Utilizada en Nuestro País.

1.2.3.7.CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES DE LAS CAPAS DEL PAVIMENTO La caracterización de las diversas capas del pavimento se efectúa a través de sus módulos de elasticidad, obtenidos por ensayos normalizados de laboratorio. El método no presenta requisitos específicos respecto a la calidad de los materiales de subbase, base y concreto asfáltico, lo que se hace es determinar los coeficientes de capa (ai) de cada una de las mismas.

a) Concreto Asfáltico (Mezcla Asfáltica en Caliente) La Figura 1-8, permite estimar el coeficiente de capa de los concretos asfálticos de gradación densa (ai), basado en su módulo resiliente. La Figura 1-9 permite definir los 23

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módulos en función a resultados de la prueba Marshall para capas de base y superficie. Normalmente valores a i entre 0.38 y 0.44 son adoptados.

Figura 10 Gráfico para Estimar el Coeficiente Estructural de Capa de Concretos Asfálticos Densos, Basado en el Módulo Elástico.

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Figura 11 Correlación para Estimar el Módulo Resiliente de Mezclas Asfálticas en Caliente.

b) Capa de Base Granular La Figura 1-10 puede utilizarse para estimar el coeficiente de capa para materiales de base granular (a 2) basado en uno de cuatro diferentes resultados de ensayos de laboratorio, incluyendo el módulo de resiliencia. También pude utilizarse la siguiente relación basada en el valor del CBR de la base.

Ecuación 1-13 Coeficiente de Capa para Base Granular en Función al CBR

Y podemos obtener el módulo elástico de bases granulares con la siguiente ecuación:

Ecuación 1-14 Módulo Elástico de Bases Granulares en Función al CBR

Téngase en cuenta que en la prueba AASHO el valor de (a 2) fue de 0.14 que corresponde a un módulo de resiliencia de 30,000 psi.

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c) Capa de Sub-Base Granular La Figura 1-11 puede utilizarse para estimar el coeficiente de capa estructural para materiales de subbase granular (a 3) basado en uno de cuatro diferentes resultados de ensayo de laboratorio incluyendo el módulo de resiliencia. También puede utilizarse la siguiente relación basada en el valor del CBR de la subbase.

Ecuación 1-15 Coeficiente de Capa para Subbase Granular en Función al CBR

Asimismo se puede obtener el módulo elástico con la siguiente ecuación.

Ecuación 1-16 Módulo Elástico de Subbases Granulares en Función al CBR

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Figura 12 Gráfica para Estimar el Coeficiente de Capa de Bases Granulares

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Figura 13 Gráfica para Estimar el Coeficiente de Capa de Subbases Granulares

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1.2.3.8.COEFICIENTES DE DRENAJE Tradicionalmente las capas de base y subbase granular del pavimento fueron diseñadas solamente por aspectos de resistencia dando escasa importancia al drenaje. Una buena base granular debe ser diseñada para drenar rápidamente el agua del pavimento. La calidad del drenaje del material es función de varios aspectos tales como la permeabilidad, distribución granulométrica, porcentaje de material fino que pasa la malla Nº 200 y las condiciones geométricas de la superficie y subrasante del pavimento. La calidad del drenaje se define para rangos de Tiempo de Drenaje. De acuerdo a los tiempos de drenaje, se establecen rangos para los cuales se determina la Calidad del Drenaje de una determinada estructura de pavimento. Tiempo de Drenaje (T50): Período que requiere una determinada estructura de pavimento (base o subbase) en drenar el 50% del agua libre a partir de un estado 100% saturado.

Tabla 1-6 Relación entre Tiempo de Drenaje y Calidad de Drenaje según AASHTO T 50

T 50

CALCULADO

RECOMENDADO

Excelente

2 - 4 Horas

2 Horas

Bueno

0.5 - 1 día

1 día

Regular

3 - 6 días

7 días

18 - 36 días

1 mes

> 36 días

No drena

CALIDAD DEL DRENAJE

Malo Muy Malo

La Tabla 1-6 presenta valores recomendados como una función de la calidad del drenaje y el porcentaje de tiempo durante el año en que la estructura del pavimento debería normalmente estar expuesta a niveles de humedad aproximadamente iguales a la saturación.

29

W. David Supo P.


Tabla 1-7 Coeficientes de Drenaje (mi) para Pavimentos Flexibles COEFICIENTE DE DRENAJE (mi) CALIDAD

% DEL TIEMPO QUE LA CAPA ES EXPUESTA A NIVELES CERCANOS DE SATURACION

DE

(Nº de días al año * 100/ 365)

DRENAJE

<=1

1a5

5 a 25

> = 25

Excelente

1.40 - 1.35

1.35 - 1.30

1.30 - 1.20

1.20

Bueno

1.35 - 1.25

1.25 - 1.15

1.15 - 1.00

1.00

Regular

1.25 - 1.15

1.15 - 1.05

1.05 - 0.80

0.80

Malo

1.15 - 1.05

1.05 - 0.80

0.80 - 0.60

0.60

Muy Malo

1.05 - 0.95

0.95 - 0.75

0.75 - 0.40

0.40

1.2.3.9.CÁLCULO DE ESPESORES El procedimiento AASHTO de diseño de pavimentos puede ser efectuado empleando las variables y ecuaciones mostradas al inicio de este resumen. Estas ecuaciones pueden resolverse manualmente, usando nomogramas (Ver Figura 1-12) o usando programas de computadora. Tanto los espesores de las capas del pavimento, coeficientes de capa y coeficientes de drenaje determinados deben satisfacer la siguiente ecuación:

Ecuación 1-17 Número Estructural SN

a 1 D 1

a 2 D 2 m 2

a 3 D 3 m 3 ...

Donde:

ai

: Coeficiente de capa i

Di

: Espesor de la capa i (pulgadas)

mi

: Coeficiente de drenaje de la capa i

También se debe considerar los siguientes espesores mínimos de capas sugeridos en la Guía de Diseño AASHTO '93.

30

UANCV/FICP/CAPIC


Tabla 1-8 Espesores Mínimos de Capas - AASHTO '93 Espesor Mínimo (pulgadas)

Tráfico (ESAL)

Concreto

Base

Asfáltico

Granular

Menos de 50,000

1.0

4.0

50,000 - 150,000

2.0

4.0

150,000 - 500,000

2.5

4.0

500,000 - 2'000,000

3.0

6.0

2'000,000 - 7'000,000

3.5

6.0

Más de 7'000,000

4.0

6.0

D1

adopt

SN1adopt

D 2

D2

adopt

SN1adopt

SN2adopt

D 3

adopt

SN1adopt

SN2adopt

SN3adopt

a1

min

a1

D1

min

1

SN1min

adopt

SN2 SN1 min adopt min

D1

a

adopt

min

min

a1

a

D1

SN3

D3

SN1

D1

a2

m

2

a2

m2

D2

SN1

adopt

SN2

a

adopt

2

3

m2

adopt

SN2min

adopt

m

3

D2

adopt

a3

m3

D3

adopt

SN3min

31

W. David Supo P.


1.2.3.10. LIMITACIONES EN CUANTO A DISEÑO DE PAVIMENTOS URBANOS. Para calles de ciudad, las mayores cargas de tráfico estarán generadas por los vehículos de servicios, buses y camiones de suministro. Los valores de equivalencia de carga para tales vehículos no están generalmente bien estimados por los factores de equivalencia de carga de camiones en las estaciones de pesado. Si se usa esta guía para el diseño de calles urbanas, deberá hacerse un esfuerzo para obtener información actualizada sobre las cargas por eje y frecuencias típicas de los vehículos que las operan. Hecho esto se puede usar la Guía a un nivel seleccionado de confiabilidad. [AASHTO, 1993].

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Figura 14 Resuelve la Ecuación AASHTO 1993 para pavimentos flexibles

33

W. David Supo P.


1.3.

METODO EMPIRICO-MECANICISTA

Se basan en la determinación racional del estado de tensiones en cualquier punto bajo el pavimento y la aplicación de un modelo de fatiga que permite estimar consumo de fatigas para cada estado tensional.

Figura 15 Modelo mecanicista de un pavimento de varias capas

El concepto de una aproximación al diseño totalmente mecanicista de pavimento no es nuevo, pero hasta hace pocos años había recibido escasa atención por parte de los ingenieros al ser considerado como un proceso complejo basado en los intrincados hallazgos de algunas instituciones académicas [PRESTON, 1997].

Pero, existen numerosas aproximaciones al llamado “Método Empírico-Mecanicista de Diseño de Pavimentos” que van desde tratados de cierta extensión como “Mechanistic Design Concepts for Conventional Flexible Pavements” [ELLIOT Y THOMPSON, 1985] hasta artículos de algunas páginas que resumen experiencias locales como “Mechanistic–Empirical Design of Bituminous Roads: An Indian Perspective” [ANIMESH Y PANDEY, 1999]. En el caso de Elliot y Thompson el diseño mecanicista de pavimentos (no utilizan el término "empírico") es un proceso en el cual se analizan la respuesta a la carga y las características de comportamiento (performance) de varios sistemas de pavimento. Basado en el análisis se escoge una combinación de espesores y materiales para suministrar el nivel de servicio deseado de acuerdo con el tránsito predicho. Se ha mencionado el tránsito de forma explícita pero los elementos del procedimiento de diseño mecanicista abarcan además los efectos climáticos, el modelo estructural y la respuesta del pavimento, la caracterización de los materiales, las funciones de 34

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transferencia y el análisis del comportamiento para concluir con el proceso de selección del sistema de pavimento a construir. La Figura 1-14 ilustra las relaciones entre los mencionados componentes. El término “empírico” aparece en definiciones más recientes y se refiere a la combinación de la modelación mecánica con las observaciones del comportamiento de pavimentos existentes para determinar el espesor de uno nuevo para un conjunto de condiciones de diseño [TIMM, BIRGISSON, NEWCOMB, 1998]. El modelo mecánico se basa en la física elemental (teoría multicapa) y determina las reacciones del pavimento a la carga de las ruedas en términos de esfuerzos, deformaciones unitarias y deflexiones (   ). La parte empírica del diseño utiliza las reacciones del pavimento para predecir la vida del mismo basada en observaciones hechas en campo. Así, el término “empírico” se debe a la definición de las funciones de transferencia a partir de datos reales.

Figura 16 Componentes del Proceso de Diseño Mecanicista (Elliot y Thompson, 1985).

Otra característica importante del diseño empírico–mecanicista es la capacidad de adaptación a los nuevos desarrollos en el diseño de pavimentos basándose principalmente en la mecánica de los materiales [TIMM, BIRGISSON, NEWCOMB, 1998].

35

W. David Supo P.


Es importante recalcar que empírico no es sinónimo de mediocre o inadecuado, ya que el análisis de la información de campo de un ensayo vial demanda tanto o más trabajo científico que muchas otras aplicaciones de la ingeniería civil.

1.3.1. EL MODELO EMPIRICO Establece una relación entre las variables y parámetros de diseño basado en simulaciones experimentales las que pueden ser realizadas a escala natural o reducida. Un ejemplo clásico es el Método AASHTO, algunas consideraciones especiales del método son: [DEPADE, 1999] 

Los parámetros de diseño pueden ser empíricos. Ejemplo: CBR, Estabilidad Marshall, Coeficiente Estructural de capa, etc.



El diseño no puede ser extrapolado a condiciones diferentes a las experimentales.



Las variables de diseño deben ser estandarizadas para las condiciones experimentales. Ejemplo: Ejes Equivalentes.



El modelo puede ser complementado con elementos de los modelos mecanicistas.

1.3.2. EL MODELO MECANICO Establece una relación entre las variables y parámetros de diseño en base al conocimiento de los modelos de comportamiento de los parámetros de diseño. Tenemos como ejemplos: 

Métodos de análisis multicapa para pavimentos asfálticos



Relaciones de Westergard para losas de hormigón

Algunas consideraciones especiales del método: [DEPADE, 1999] 

Los modelos de los parámetros de diseño deben con las condiciones de terreno. Ejemplo: Módulo Resiliente, Resistencia a la Compresión, etc.



Las variables de diseño no requieren ser estandarizadas pero si pueden requerir de un grado de simplificación. Ejemplo: Presión de neumático, número de ciclos, etc.



Los modelos mecanicistas requieren de comprobación experimental.

36

UANCV/FICP/CAPIC


1.3.3. VENTAJAS DEL MODELO EMPIRICO-MECANICISTA 

Permite evaluar el comportamiento del pavimento bajo diferentes tipos y condiciones de carga (simulación del comportamiento de la estructura ante cualquier solicitación).



Se pueden utilizar materiales de diferentes tipos.



Se puede optimizar el uso de diferentes materiales.



Los modelos de predicción de comportamiento son más confiables.



Se pueden considerar efectos del envejecimiento y durabilidad de los materiales (análisis de daño, Damage analysis).



Se puede conocer el estado de tensiones y deformaciones en cualquier punto de cada una de las capas que componen la estructura del pavimento.

1.3.4. HIPOTESIS DEL MODELO EMPIRICO-MECANICISTA 

Los materiales de cada capa son: homogéneos, isotrópicos y de comportamiento elástico lineal.



Se supone capas infinitas horizontalmente y finitas verticalmente, excepto la subrasante la que se asume infinita verticalmente.



Cada capa es uniforme en su espesor



Existe continuidad entre las capas (soporte contínuo)



No existen otras fuerzas en la superficie fuera de aquellas provenientes de la carga de una rueda (presión circular)



Las fuerzas de inercia se desprecian.



Las deformaciones del sistema son pequeñas.

1.3.5. EL PROGRAMA KENLAYER Es un programa desarrollado por el Prof. Yang H. Huang, de la Universidad de Kentucky, USA, para el análisis de esfuerzos y deformaciones en secciones estructurales de pavimentos. Modela al pavimento como un medio multicapa (Teoría de Burmister, 1943) en donde cada capa puede tener un comportamiento elástico lineal, elástico no lineal o viscoelástico. Se pueden manejar configuraciones vehiculares definidas por ejes sencillos, duales, tandem o tridem. Incorpora además criterios de deterioro para analizar el comportamiento del pavimento en el tiempo. 37

W. David Supo P.


Figura 17 Operación del Programa Kenlayer

Es un programa representativo de los métodos de diseño empírico-mecanicistas para pavimentos, en la actualidad su uso se ha difundido en todo el mundo. El programa puede realizar análisis de daños, dividiendo cada año en un máximo de 24 grupos de carga. La vida de diseño es calculada acumulando el daño por agrietamiento por fatiga y deformación permanente causado durante cada período por todos los grupos de carga. El Kenlayer está escrito en Fortran 77. En la versión que se utilizó puede aplicarse a un sistema de pavimento de 19 capas como máximo. En el análisis de ruedas simples, se puede obtener resultados hasta para 10 coordenadas radiales y 19 coordenadas verticales, es decir, un total de 190 puntos. Para el análisis de ruedas múltiples, además de las 19 coordenadas verticales, se puede obtener soluciones en 25 puntos, especificando las coordenadas x e y de capa punto.

1.3.6. DATOS PARA EL DISEÑO EMPRIRICO-MECANICISTA DE PAVIMENTOS CON KENLAYER Las dificultades para determinar propiedades mecánicas de los materiales que permitan realizar análisis no lineal, ha sido la razón para delimitar el presente al modelo Elástico Lineal (MATL). El procedimiento seguido consiste en determinar la variación de los valores de las vidas de diseño para las alternativas planteadas. De este modo, el diseño que se plantea será aquél que nos proporcione la vida de diseño solicitada, empleando la menor cantidad de materiales posible. Los datos fundamentales que requiere el programa son: 38

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

Número de capas del sistema de pavimento



Espesores de cada una de las capas



Condición de adherencia entre capas



Módulo de elasticidad (resilientes) de las capas



Relación de Poisson de los materiales que conforman las capas



Configuración de cargas



Número de repeticiones de ejes cargados a las que se someterá el pavimento

Figura 18 Notación Empleada por Kenlayer (problema axisimétrico)

1.3.6.1. MODULO ELASTICO La siguiente tabla muestra los resultados de ensayos triaxial efectuados en diferentes tipos de materiales que por lo general se presentan durante la construcción de los pavimentos, estos valores pueden ser tomados como referencia para estimaciones de E.

Tabla 1-9 Módulo Elástico para Diferentes Materiales

39

W. David Supo P.


FUENTE: [HUANG, 1993]

Por otro lado se pueden utilizar la Ecuación 1-12 con  = 0.40 para el suelo de subrasante; para Bases y Subbases se recomienda la fórmula de Shell siguiente:

Ecuación 1-18 Módulo de Elasticidad para Bases y Subbases E i

k E i

1

k 0.2 hi 0.45

con, 2

k

4

Donde: E i = Módulo de elasticidad de la capa i (MPa) hi = Espesor de la capa i (mm) = 0.35 Para determinar el Módulo Elástico de las capas asfálticas de rodadura (CR, Intermedia (CI) y Base Asfáltica (BA) utilizar la siguiente ecuación:

Ecuación 1-19

Módulo Elástico Equivalente de Capa Asfáltica [PUC,

1989] E ca

h1 3

3 E 1 h2 3 E 2 ... hn E n

3

h1 h2 ... hn

Donde: = Módulo de elasticidad equivalente de la capa asfáltica (MPa) E ca hi = Espesor de la capa i, CR, CI o BA (mm) = 0.35

Efecto de la Temperatura y Velocidad

Ecuación 1-20 Efecto de la Temperatura y la Velocidad en el Módulo de Elasticidad de Capas Asfálticas [PUC, 1989] E T ,v

E 20,4

1.05420

T

v 0.2 4

Donde: E T ,v = Módulo de elasticidad para una temperatura "T" y velocidad "v" (MPa)

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1.3.6.2. RELACION DE POISSON DE LAS CAPAS DEL PAVIMENTO Los valores de las relaciones de Poisson que se emplearon en el análisis se muestran en la tabla siguiente:

Tabla 1-10 Valores de Relación de Poisson Usados en el Análisis Mecanicista

FUENTE: [HUANG, 1993]

1.3.6.3.CONFIGURACION DE CARGAS Las configuraciones de cargas establecidas por el Kenlayer son mostradas en la Figura siguiente, en ella se observa los siguientes tipos de cargas: 

Eje simple



Eje Tandem



Eje Tridem

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W. David Supo P.


Figura 19 Configuración de Cargas

Las cargas transmitidas al pavimento por cada uno de los tipos de ejes se muestran en la Tabla siguiente:

Tabla 1-11 Cargas transmitidas al pavimento por eje y por rueda TIPO DE EJE SIMPLE

CARGA TRANSMITIDA AL PAVIMENTO (LBS)

NUMERO DE RUEDAS/EJE

CARGA POR RUEDA (LBS)

9000

2

4500

DUAL SIMPLE

18000

4

4500

TANDEM

36000

8

4500

Figura 20 Detalle de Conjunto de Ruedas Tandem

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Figura 21 Representación de Rueda Doble Como Carga Puntual Para el Análisis Multicapa

Superposición de cargas

1.3.7. CRITERIOS DE DAÑO La diferencia de los métodos mecanicísticos con respecto al método AASHTO radica en que éste se basa en el concepto de serviciabilidad y aquellos en los diversos tipos de daño que sufren los pavimentos flexibles. La mayoría de autores está de acuerdo de que los tres tipos principales tipos de daño son: [YANQUI, 2001] Fisuramiento (agrietamiento) por fatiga





Ahuellamiento y



Fisuramiento por baja temperatura

Para los criterios de falla del modelo mecanicista se consideran las tensiones y deformaciones críticas que se indican en la siguiente Figura:

Figura 22 Tensiones y Deformaciones Críticas en un Pavimento Asfáltico Modelo Mecanicista

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W. David Supo P.


1.3.7.1. FISURAMIENTO POR FATIGA Se manifiesta en el daño conocido como "piel de cocodrilo". Este fenómeno se controla en términos de la deformación unitaria por tracción ( t) en la fibra inferior de la capa más profunda que esté ligada con asfalto, bien sea una mezcla en caliente o con emulsión. Esta última observación es particularmente importante en la revisión de soluciones de rehabilitación que involucren reciclaje. El criterio de daño por fatiga fue establecido originalmente por Miner [MINER, 1945] y desarrollado después por varios autores. De forma general el criterio de falla por fatiga se expresa de la siguiente forma:

Ecuación 1-21 Criterio de Falla por Fatiga en Capas Asfálticas N f

f 1

t

f 2

E AC

f 3

Donde: N f = Número de repeticiones admisibles para prevenir el agrietamiento por fatiga = Deformación unitaria por tensión en la fibra inferior de la capa má s profunda ligada con asfalto en tensión (mm/mm) E AC = Módulo de Elasticidad de la Capa Ligada = Coeficientes determiandos en laboratorio mediante ensayos de fatiga con 1, f 2, f 3 f 1 modificable para correlación con comportamiento en campo. t

La Ecuación 1-21 corresponde a la forma utilizada en el programa KENLAYER [HUANG, 1993]. En la Tabla 1-11 se presentan algunas expresiones en el Sistema Internacional de Unidades (SI) con los módulos de los materiales expresados en KPa (103 N/m²). Algunos de los factores presentan dos variables adicionales: a. Vb: Porcentaje en volumen de asfalto de la mezcla. b. Vv: Porcentaje en volumen de vacíos de la mezcla.

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Tabla 1-12 Funciones de Transferencia para Agrietamiento KENLAYER. Eca en KPa.

Sin embargo, la relación propuesta por el Departamento de Transportes de Illinois (IDT) parece ser más directa por que incluye el módulo elástico del concreto asfáltico:

Tabla 1-13 Criterio de Falla por Fatiga del IDT, en Capas Asfálticas N f K 1

K 2 106 t

Donde: N f = Número de repeticiones admisibles para prevenir el agrietamiento por fatiga = Deformación unitaria por tensión en la fibra inferior de la capa má s profunda ligada con asfalto en microstrain ( mm/mm) K 1, K 2 = Coeficientes determinados de las observaciones del Minnesota Road Test. t

En la Tabla 1-13 se presentan algunas expresiones en el Sistema Internacional de Unidades (SI) con los módulos de los materiales expresados en MPa (10 6 N/m²). Las definiciones de las variables Vb y Vv fueron expresadas anteriormente.

Tabla 1-14 Funciones de Transferencia para Agrietamiento Eca en MPa.

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1.3.7.2. AHUELLAMIENTO Es la deflexión permanente de la superficie asfáltica en las trayectorias de las ruedas. El ahuellamiento proviene de la deformación permanente de algunas de las capas del pavimento o de la subrasante, generalmente causada por consolidación o movimiento lateral de los materiales originada por las cargas del tráfico. [YANQUI, 2001] En resumen el ahuellamiento es la suma de la consolidación y el desplazamiento de todas las capas de la estructura del pavimento y de la subrasante, pero pueden suceder aportes excesivos de la estructura debido a un proceso inadecuado de construcción y compactación. Este fenómeno se controla en términos de la deformación unitaria por compresión ( z) en la parte superior de la subrasante, aunque se han formulado funciones de transferencia con el esfuerzo vertical ( z) en la misma posición. Existen dos funciones de transferencia para controlar el ahuellamiento: 

Limitar la deformación compresional en el tope de la subrasante y



Limitar la deformación permanente acumulada total en la superficie del pavimento.

Para el primer caso tenemos:

Ecuación 1-22 Función de Transferencia Para Ahuellamiento - Método VESYS N d f 4

z

f 5

Donde: N d = Número de repeticiones admisibles para prevenir el ahuellamiento de la superficie del pavimento = Deformación unitaria por compresió n en la parte superior de la subrasante en z strain (mm/mm) 4, f 5 = Coeficientes determinados de observaciones de comportamiento en campo en ensayos viales como AASHTO y a partir de un valor má ximo admisible de profundidad de la huella.

Esta ecuación corresponde a la forma utilizada también en el programa KENLAYER [HUANG, 1993], que es prácticamente igual al que usa el programa ROADENT 4.0 [TIMM, BIRGISSON, NEWCOMB, 1999] como se escribe a continuación.

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Ecuación 1-23 Función de Transferencia Para Ahuellamiento Usado en el ROADENT 4.0. N r K 3

1 K 4 z

Donde: = Número de repeticiones admisibles para prevenir el ahuellamiento de la superficie N r del pavimento = Deformación unitaria por compresión en la parte superior de la subrasante en z microstrain ( mm/mm) K 3, K 4 = Coeficientes determinados de observaciones de comportamiento en campo del Minnesota Road Test.

En la tabla siguiente se presentan algunas expresiones de la función de transferencia para ahuellamiento para los programas KENLAYER y ROADENT 4.0.

Tabla 1-15

Funciones de Transferencia para Ahuellamiento para los

Programas KENLAYER y ROADENT 4.0.

1.3.7.3. FIRSURAMIENTO TERMICO Los criterios para el fisuramiento térmico son similares a aquellos desarrollados para el fisuramiento por fatiga.

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1.3.8. GROSOR DE LA CARPETA ASFALTICA Como no existe un método explícito para determinar los grosores de las capas involucradas en el pavimento es necesario recurrir a un procedimiento de prueba y error, que puede ser muy engorroso. Por ello, es preciso tener un valor aproximado del grosor de la carpeta asfáltica.

1.3.9. INTERFAZ USUARIO-KENLAYER La interfaz usuario-máquina del programa Kenlayer es la aplicación LAYERINP, entorno amigable y de fácil manipulación a pesar de estar diseñada bajo MS-DOS, quizá la mayor dificultad sea el idioma inglés. Las pantallas de operación tienen el aspecto clásico de programas bajo DOS.

Figura 1-23 Pantalla de Presentación del Programa de Ingreso de Datos LAYERINP

+-----------------+ ¦

LAYERINP

¦

+-----------------+

A program for creating and editing data files for the KENLAYER computer program By Dr. Yang H Huang

September 1, 1992

Department of Civil Engineering University of Kentucky

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Diseño y Construccion de Pavimentos Asfalticos - En Revision

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