‘’Año del buen trato al ciudadano’’
PAVIMENTOS ING. FERNANDEZ MUNDACA ABRAHAM DIAZ LAZO, JUAN JULIO MIGUEL DÍAZ RIVERA, CESY LETICIA NERIO DE LA CRUZ, IVÁN ROJAS RODRÍGUEZ, VÍCTOR SAAVEDRA CRIOLLO, JUNIOR
Lambayeque, julio del 2017
Contenido 1.
INTRODUCCIÓN ..................................................................................................................... 2
2.
OBJETIVOS ............................................................................................................................. 2
3.
MARCO TEÓRICO ................................................................................................................... 2 3.1. 2 DOCUMENTOS DE REFERENCIA Y NORMAS ...................... 3.2. IMPORTANCIA Y USO DEL MEPDG .......................................... 3.3. APLICACIÓN PRÁCTICA DEL METODO AASHTO 2008 (M-EPDG) EN EL TRAMO SAN ANDRES BELLA VISTA ............................................................................................................................... 7 3.3.1 INFORMACIÓN GENERAL .............................................................................................. 7 3.3.2 PARÁMETROS PARA EL DISEÑO .................................................................................... 7 3.3.3 TRÁFICO ........................................................................................................................ 7 3.3.4 CLIMA ........................................................................................................................... 7 3.3.5 DISEÑO PRELIMINAR..................................................................................................... 7 3.3.6 ANÁLISIS DE LA APLICACIÓN DEL MÉTODO .................................................................. 7
4.
CONCLUSIONES ..................................................................................................................... 7
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REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS .............................................................................................. 8
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La “Guía de Diseño Mecanístico-Empírico de Pavimentos (Mechanistic-Empirical Pavement Design Guide – MEPDG), Manual Práctico” es actualmente la herramienta más completa que
existe para el análisis y diseño de pavimentos. MEPDG es el resultado de varios años de investigación en los Estados Unidos como parte del proyecto NCHRP 1-37A “Development for the 2002 Guide for Design of New and Rehabilitated Pavement Structures”. Los reportes y manuales
del MEPDG fueron pubicados inicialmente en el año 2004, habiendo sido sujeto de revisiones y mejoras antes de ser utilizados con fines prácticos. En el 2008, AASHTO publicó el manual del MEPDG para el uso práctico de este nuevo método de diseño de pavimentos. En un esfuerzo por difundir el MEPDG 2008 en versión español, el Instituto de la Construcción y Gerencia (ICG) logró la autorización de AASHTO para publicar y difundir la guía, desarrollando conjuntamente cursos internacionales de capacitación para promover su implementación en diversos países. Este esfuerzo es parte de un programa de cooperación internacional de ICG con el objetivo de contribuir a la difusión de nuevas tecnologías. Saludamos esta iniciativa de ICG y estamos seguros que este esfuerzo continuará con la publicación en español y difusión de otros documentos técnicos de actualidad. Dr. Carlos M. Universidad de Texas en El Paso, UTEP.
Chang
Albitres,
Ph.D.,
P.E.
Realizar un análisis de los principios, conceptualización, parámetros, procesos metodológicos, software, resultados y su aplicabilidad en nuestro medio del método empírico mecanista de la AASHTO 2008 para pavimentos flexibles. Analizar la importancia de los datos de entrada y su influencia sobre el diseño final Analizar el proceso de diseño del programa en pavimentos flexibles Determinar las ventajas de uso del método de AASHTO 2008 para el diseño de pavimentos flexibles. Determinar las limitaciones del método AASHTO 2008 para el diseño de pavimentos flexibles.
La Guía de Diseño Mecanistico-Empírico de Pavimentos AASHTO 2008 (MEPDG 2008) refleja el estado-del-arte de las metodologías empleadas en el diseño de pavimentos nuevos y en la GUÍA AASHTO 2008
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rehabilitación de pavimentos existentes. MEPDG 2008 considera el diseño de pavimentos flexibles y rígidos empleando principios mecanísticos para el cálculo de esfuerzos, deformaciones, y deflexiones en la estructura de pavimento. Esta respuesta estructural se relaciona empíricamente con la evolución del deterioro estructural y funcional del pavimento a lo largo de su vida útil. Las variaciones climáticas y las cargas de tráfico son consideradas en el análisis para evaluar si la estructura de pavimento propuesta tiene la capacidad de "soportar" las cargas actuantes y cumplir con los niveles de servicio exigidos. El daño acumulado por acción de las cargas a través del tiempo en la estructura de pavimento propuesta es anticipado con modelos de predicción del desempeño. Si el diseño de pavimento propuesto no supera los límites máximos tolerables de servicio establecidos entonces se considera que es una alternativa técnicamente viable. Es posible que varios diseños de pavimento sean técnicamente viables y en ese caso se elige la alternativa más económica considerando los costos y beneficios esperados durante toda su vida en servicio.
En el procedimiento de diseño de mecarústieo-cmpírico, el diseñador tiene la posibilidad de plantear estructuras de pavimento alternativas que deben cumplir con los niveles de servicio verificando el desempeño estructural y funcional. Para esta verificación, los criterios de diseño están basados en niveles tolerables de deterioro de acuerdo al tipo de pavimento. Los pre-diseños de pavimentos propuestos son verificados estructural y funcionalmente para evaluar si cumplen con los niveles de servicio establecidos a lo largo de su vida útil. Modelas de Desempeño de Pavimentos Flexibles Para pavimentos flexibles (I-1:MA-Hot Mix Asphalt) los modelos de desempeño consideran: Fisuramiento Longitudinal: Falla por fatiga debido a cargas de tránsito donde las fisuras aparecen usualmente en las huellas del neumático. Fisuramiento Piel de Cocodrilo: Falla estructural por fatiga en donde las fisuras evolucionan de abajo hacia arriba y se manifiestan superficialmente en las huellas del neumático para luego extenderse a lo ancho del carril de tránsito. Para evaluar el desempeño del diseño de pavimento propuesto, la MEPDG utiliza modelos de predicción del tráfico, medio ambiente, caracterización de materiales, respuesta estructural, evolución del deterioro o fallas, y predicción del desempeño. La figura muestra esquemáticamente la relación de los modelos en diseño de mecanismo empíricos de pavimentos.
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En el procedimiento de diseño de mecarústieo-cmpírico, el diseñador tiene la posibilidad de plantear estructuras de pavimento alternativas que deben cumplir con los niveles de servicio verificando el desempeño estructural y funcional. Para esta verificación, los criterios de diseño están basados en niveles tolerables de deterioro de acuerdo al tipo de pavimento. Los pre-diseños de pavimentos propuestos son verificados estructural y funcionalmente para evaluar si cumplen con los niveles de servicio establecidos a lo largo de su vida útil.
Para pavimentos flexibles (I-1:MA-Hot Mix Asphalt) los modelos de desempeño consideran:
Falla por fatiga debido a cargas de tránsito donde las fisuras aparecen usualmente en las huellas del neumático. : Falla estructural por fatiga en donde las fisuras evolucionan de abajo hacia arriba y se manifiestan superficialmente en las huellas del neumático para luego extenderse a lo ancho del carril de tránsito. Falla que ocurre cuando el paviemento temperaturas o por cambios bruscos en el gradiente térmico, y se manifiesta en forma transversal en el carril' e tráfico. El ahuellamíento puede ocurrir a nivel de la capa de mezcla asfáltica, base, subbase, o subrasante. ): Este indice representa la regularidad en el perfil longitudinal del pavimento. Usualmente el IRI se mide en las huellas del neumático y es vinculado con la calidad de manejo y el grado de comodidad del usuario al transitar por la vía.
El valor de 111 es influenciado por el fisuramiento longitudinal, fisuramiento transversal , fisuramiento tipo piel de cocodrilo, y ahuellamiento.
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Para pavimentos rígidos de concreto con juntas (WCP-Jointcd Main Concrete Pavemenis) los modelos de desempeño consideran:
El escalonamiento de la junta en el bord e externo de la losa puede producirse por erosión del material en las subeapas inferiores y/o una ineficiente transferencia de carga de losa a losa en la junta. El fisurarniento en las losas ocurre usualmente en el carril de tránsito más pesado y es el resultado de daño por fatiga. El MI representa la regularidad en el perfil longitudinal del pavimento. Es el mismo índice que se utiliza para los pavimentos flexibles.
MEPDG. 2008 incluye también modelos de desempeño para pavimentos de concreto continuamente reforzados (CRCP: Condi-mous Reirforced Concrete Pavements). Estos modelos consideran el espaciarniento de las fisuras transversales por retracción, ancho de la fisura, eficiencia en la transferencia de carga, y punzonarniento.
Entre Febrero y Mayo del 2013, una encuesta fue realizada para conocer el nivel de conocimiento y uso del MEPDG en Latinoamérica. En la encuesta participaron entidades gubernamentales, consultores, profesores y estudiantes de 15 países. Las respuestas de aproximadamente 1000 profesionales latinoamericanos fueron analizadas, y los resultados obtenidos son resumidos a continuación. De las respuestas se concluyó que e) uso del MEPD(3 para el diseño de pavimentos en Latinoamérica es muy actualmente limitado. Basados en las respuestas, el 77.5% de las respuestas indicaron que se conoce de la metodologia del MEPDG-AASEITO 2008 pero que no se emplea en la práctica diaria. De hecho, la mayoría de los encuestados menciona que el método AASHTO 93 es el método usado para el diseño de pavimentos asfá lticos y de concreto (hormigón). Ninguna persona menciona que el método MEPDG haya sido adoptado corno método de diseño en las normas de su país. Sin embargo, el 12.5% de las respuestas indica que eI MEPDG ha sido utilizado como alternativa de diseño para fines de comparación con métodos convencionales. Por lo tanto el, el 10% de las respuesta indica que no se conoce el MEPDG en su país. Un resumen de las respuestas obtenidas en la encuesta se muestra en la Fig. 2
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En la mayoría de los paises Latinoamericanos no se han realizado esfuerzos significativos para la implementación del MEPDG. También se ha mencionado que el método del MEPDG ha sido utilizado básicamente con Fines de investigación en pavimentos flexibles y se han calibrado algunos modelos. Algunas universidades imparten clases para dar a conocer el método, pero el MEPDG no es usado en la práctica diaria de diseño porque los modelos de predicción (especialmente el climático) no han sido adaptados a cada país.
El 75% de las entidades encuestadas sigue utilizando el método del AASHTO 93 para diseñar pavimentos asfálticos. Solo una entidad encuestada menciona que el MEPDG es usado ocasionalmente para la verificación del diseño de pavimentos asfáltícos. El 50%de las respuestas indica que el Ensayo Marshall es utilizado para caracterizar el asfalto en su pais. El 80% de las respuestas expresa que los métodos del CBR y análisis de granulometria son empleados en la caracterización de la base granular. El 75% de las respuestas indica que los métodos del CBR y análisis de granulometría son los empleados en la caracterización de la subbase. El 90% de las respuestas indica que los métodos del CBR y Módulo resiliente son los empleados en la caracterización de la subrasante.
El 64%de las respuestas indica que el método AASHTO 93 es el método usado para diseñar los pavimentos de concreto. Mientras que 35% de las respuestas indica que utilizan cl método de PCA. El 1% restante menciona métodos desarrollados localmente basados en AASHTO 93 o PCA. Ninguna entidad menciona el MEPDG como método usado en la práctica para diseñar pavimentos de concreto. El 60% de las respuestas indica que las pruebas de resistencia a compresión, flexión, tracción y tensión son usadas para caracterizar las propiedades del concreto. El 70% de las respuestas indica que los métodos del CBR y análisis de granulometría son los empleados en la caracterización de material de base. El 50% de las respuestas indica que los métodos del CBR y análisis de granulometda son los empleados en la caracterización de la subbrasante.
Algunos de los factores que se consideran dificultan la implementación del IvIEPDG 2008 son: a. Falta de conocimiento del método b. Calibración de los modelos de predicción c. No tener acceso al software del MEPDG 2008 d. Falta de equipos de laboratorio para realizar los ensayos e. Falta de información climática detallada horaria f. Ausencia de datos de tráfico para generar los espectros de carga g. Falta de apoyo de las entidades gubernamentales para incluir el método como requisito en nuevos proyectos de diseño y rehabilitación.
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El MEPDG representa un método confiable para el diseño de pavimentos asfálticos y de concreto siempre y cuando se los modelos de predicción de des empeño estén calibrados a las condiciones locales en cada país. La implementación del ME19D0 en Latinoamérica depende de la posibilidad de poder calibrar estos modelos para los climas y materiales de cada país. Este es un esfuerzo conjunto que demandará un mayor tiempo y esfuerzo de parte de los entidades gubernamentales, universidades, consultores, y constructores. Los elementos de diseño que utiliza el método mecanistico - empírico de la AASHTO 2008, son parámetros muy rigurosos puesto que la mayoría de los datos necesarios son horarios; estos ayudan a determinar el comportamiento del pavimento durante su vida útil. Los parámetros utilizados en el tramo San Andrés – Bella Vista son de diferentes niveles jerárquicos (1, 2, 3). En lo posible se trató de obtener datos del lugar que corresponde a un nivel 1 como en el tráfico, o si no datos por defecto que corresponden a un nivel 3 La calidad de los datos de entrada influye directamente en los resultados, el método admite tres niveles jerárquicos (1, 2, 3), el nivel jerárquico adquirido dependerá de la importancia del proyecto. Nivel 1: Se utiliza para un diseño avanzado de alta confiabilidad, como por ejemplo: autopistas y carreteras de mayor importancia; para esto se requiere data especifica de la zona y evaluación. Nivel 2: Consiste en un procedimiento estándar de diseño utilizado para un procedimiento de diseño de rutina; los datos requeridos para el diseño pueden tomarse de una base de datos. Nivel 3: Este nivel puede utilizarse cuando las consecuencias de las fallas prematuras no son trascendentales en carreteras de bajo volumen de tráfico. En este caso se asumió un nivel 3 El método consiste básicamente en predecir el comportamiento del pavimento a distinto tipos de falla durante su vida útil; esto se realiza a través de tanteos basados en la experiencia del diseñador, mientras mejor sea la calidad de datos, los resultados serán más satisfactorios. Desafortunadamente en nuestro medio los datos necesarios para realizar el diseño con este método AASHTO 2008 M-EPDG son todavía insuficientes; el programa M-EPDG muestra los resultados en hoja Excel editable.
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Algunas ventajas pueden ser: Toma en cuenta muchos factores que cambien a t ravés del tiempo (tráfico, clima), permite la predicción de importantes mecanismos de falla así como la rugosidad a través del tiempo, caracterización del tráfico mejorada, admite el ingreso de datos con distintos niveles jerárquicos para un mismo diseño, inclusión del clima como parámetro de diseño. Al aplicar este método uno conoce las fallas que va a tener el pavimento lo cual, nos facilita para pronosticar las actividades de mant enimiento para el pavimento diseñado; los resultados del programa son mostrados en hoja excel editable. Algunas limitaciones pueden ser: dificultad de implementación en nuestro medio, la obtención de datos es más complicada, el registro del tráfico debe ser realizado durante 24 horas, no se toma en cuenta los vehículos livianos. Editar los archivos climáticos con datos propios resulta muy moroso debido a la enorme cantidad de datos requeridos, el software M-EPDG sólo funciona con conexión a internet, no se puede utilizar sin conexión, por ahora la guía, el manual y el s oftware sólo se encuentran en inglés, no se encuentra versiones en español, al ser un método nuevo, no se cuenta con mucha teoría disponible, algunos tipos de falla no están incluidos, los resultados del método dependen de la habilidad o experiencia que posee el diseñador. La caracterización del tráfico es distinta, ya que no existe el factor de carga; el método AASHTO 2008 analiza cada tipo de vehículo por clase, no toma en cuenta los vehículos livianos, el método AASHTO 2008 incluye como parámetro nuevo de diseño al clima, esto permite una variación de temperatura horaria, el AASHTO 1993 es un método empírico en cambio el método AASHTO 2008 es un método mecanistico – empírico. La principal diferencia entre la edición AASHTO 1993 y la AASHTO 2008, es que el método AAHSTO 2008 es un nuevo método diseño, que utiliza mayor cantidad de parámetros, lo cual nos proporciona un diseño más óptimo. El dimensionamiento de pavimentos flexibles con el nuevo método de la AASHTO 2008 es un método que tiene por principio ser un método mecanistico - empírico, que incrementa más parámetros de diseño, como por ejemplo, el clima; también los parámetros anteriormente utilizados en otras ediciones son más rigurosos, es decir, no se trata de una actualización del método, sino más bien se trata de una nuevo método de diseño. El procedimiento de diseño, como ya se mencionó anteriormente, es mecanistico –empírico, es decir que, para dimensionar el pavimento se requiere realizar una serie de tanteos en base a una experiencia de diseño. Lo que el método busca es determinar el comportamiento del pavimento ante los principales tipos de falla durante su vida útil. El diseñador determina los espesores de capa y los rangos permisibles de daño para cada tipo de falla, estos tanteos se realizan con ayuda del software M-EPDG y se repiten hasta que los resultados cumplan con los requisitos propuestos por el diseñador. Lastimosamente, los resultados en nuestro medio no son confiables, esto debido a que este método utiliza muchos parámetros que todavía no se utilizan en nuestro medio, por ejemplo: el clima que requiere de registros horarios; en nuestro medio el SENAMHI sólo registra datos diarios, lo que ya es un inconveniente.
http://www.lanamme.ucr.ac.cr/sitionuevo/images/autores/loria/80.%20Aplicabilidad% 20del%20me%CC%81todo%20de%20mecanistico-%20empirico.pdf
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Guía de Diseño Mecanístico-Empírico de Pavimentos Manual Práctico (AASHT0). Versión en Español publicada por el Instituto de la Construcción y Gerencia (ICG), Lima, 2011.
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