UD III - DISEÑO Y CONSTRUCCION DE PAVIMENTOS ASFALTICOS - EN REVISION
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W. DAVID SUPO P.
DISEÑO DE PAVIMENTOS
APUNTES DEL CURSO
Juliaca - Perú
2011
FACULTAD DE INGENIERÍAS Y CIENCIAS PURAS
CARRERA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL
apuntes del curso de DISEÑO DE PAVIMENTOS
UANCV/FICP/CAPIC Diseño de Pavimentos
2
Unidad III Diseño estructural y construcción de pavimentos asfálticos.
W. David Supo P.
3
Contenido
1. DISEÑO ESTRUCTURAL DE PAVIMENTOS .................................................................. 4
1.1. GENERALIDADES ........................................................................................................... 4
1.1.1. PRESENTE Y FUTURO DEL ANALISIS ESTRUCTURAL DE 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............................................. 37
1.3.4. HIPOTESIS DEL MODELO 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 LA CARPETA ASFALTICA .................................................................... 48
1.3.9. INTERFAZ USUARIO-KENLAYER.............................................................................. 48
apuntes del curso de DISEÑO DE PAVIMENTOS
UANCV/FICP/CAPIC Diseño de Pavimentos
4
1. DISEÑO ESTRUCTURAL DE PAVIMENTOS
1.1. GENERALIDADES
A lo largo de los últimos años se ha observado un movimiento 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).
W. David Supo P.
5
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 empírico-
mecanicista, posteriormente esta nueva guía será adoptada y distribuida por
AASHTO. La Guía 2002 se prevé convertirse en la última y más importante revisión
apuntes del curso de DISEÑO DE PAVIMENTOS
UANCV/FICP/CAPIC Diseño de Pavimentos
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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,
W. David Supo P.
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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 sub-
bases, 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 W18 ZR S0 9.36 log SN 1 0.20log
PSI
4.2 1.5
0.41094
SN 1 5.19
2.32 log MR 8.07
Donde:
W18 : Número de aplicaciones de carga por eje simple equivalente a 18 Kip
ZR : Desviación estándar normal
S0 : Desviación estándar normal
PSI : Diferencia entre índice de serviciabilidad inicial de diseño y el
índice de serviciabilidad terminal de diseño.
PSI p0 p f
MR : Módulo resiliente (psi)
SN : Número estructural
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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,
W. David Supo P.
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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. Es el
número de años seleccionado
para la comparación de las diversas alternativas de diseño. En los métodos AASHTO
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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
W. David Supo P.
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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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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:
W. David Supo P.
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Ecuación 1-2 Factor de Equivalencia de Carga AASHTO en Pavimento
Flexible
Ecuación 1-3 Factor de Equivalencia de Carga AASHTO en Pavimento
Rígido
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
Pavimento flexible
LogI 1
FEEM = 4.79 log H18 + 1L - 4.79 logHLx + L2L + 4.33 logHL2L +
Gtbx
-Gtb18
Gt = log I4.2- pt4.2-1.5
M
bx = 0.40 +0.08 HLx+L2L
3.23
HSN+1L5.19 L23.23
Pavimento rígido
LogI 1
FEEM = 4.62 log H18 + 1L - 4.62 logHLx + L2L + 3.28 logHL2L +
Gtbx
-Gtb18
Gt = log I4.5- pt4.5-1.5
M
bx = 0.40 +3.63 HLx+L2L
5.20
HSN+1L4.46 L23.52
Donde:
FEE = Factor de Eje Equivalente
Lx = 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)
b18 = Valor b18 para el eje estándar de 18 kips.
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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 (W18) 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
Urbano Rural
85 - 99.9 80 - 99.9
80 - 99 75 - 95
80 - 95 75 - 95
50 - 80 50 - 80
Nivel de Confiabilidad Recomendado
Clasificación Funcional
Interestatal y Otras Vías Libres
Arterias Principales
Colectoras
Locales
W. David Supo P.
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Tabla 1-3 Desviación Estándar Normal Para Varios Niveles de
Confiabilidad
Figura 6 Curva Desviación Estándar Normal (Zr) - R(%)
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.
Confiabilidad Confiabilidad
(% R) (% R) Reliability, R (%)
50 93 Std Normal Deviate, Zr
60 94
70 95 Reliability, R (%)
75 96 Std Normal Deviate, Zr
80 97
85 98
90 99
91 99.9
92 99.99 -3.750
0.000
-0.253
-0.524
-0.674
-0.841
-1.037
-1.282
-1.340
-1.405
-1.881
-2.054
-2.327
-3.090
-1.476
-1.555
-1.645
-1.751
normal (ZR)
Desviación estándar
normal (ZR)
Desviación estándar
-4.000
-3.750
-3.500
-3.250
-3.000
-2.750
-2.500
-2.250
-2.000
-1.750
-1.500
-1.250
-1.000
-0.750
-0.500
-0.250
0.000
50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105
R (%)
Zr
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Tabla 1-4 Valores de la Desviación Estándar Total (So)
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 serviciabilidad-
comportamiento, 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 (po) y la serviciabilidad final (pf).
P. FLEXIBLE P. RIGIDO
0.35 0.25
0.45 0.35
VARIACIONES TOTAL EN LA PREDICCION DEL
COMPORTAMIENTO DEL PAVIMENTO Y ESTIMACIONES
DE TRAFICO
DESVIACION ESTANDAR TOTAL, So
VARIACIONES EN LA PREDICCION DEL
COMPORTAMIENTO DEL PAVIMENTO SIN ERRORES EN
EL TRAFICO
CONDICION DEL DISEÑO
W. David Supo P.
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Ecuación 1-5 Pérdida de Serviciabilidad
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
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.
DPSI = po - p f
Donde:
DPSI = Variación total en la serviciabilidad
po = Serviciabilidad inicial
p f = Serviciabilidad final
CONDICION PSI
Excelente 4 - 5
Bueno 3 - 4
Regular 2 - 3
Malo 1 - 2
Muy Malo 0 - 1
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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 Mateo-
Morococha, 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].
W. David Supo P.
19
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 R2
=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 (MR)
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 MR se calcula a partir del valor promedio de
daño relativo que se determina empleando el formato mostrado en la Figura 1-7
W. David Supo P.
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Figura 9 Carta para Determinar el Módulo Resiliente Efectivo Para
Pavimentos Flexibles
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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 MR se calcula a partir del valor promedio de daño
relativo, usando la Ecuación 1-6, despejando MR
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
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módulos en función a resultados de la prueba Marshall para capas de base y
superficie. Normalmente valores ai 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 (a2) 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 (a2) fue de 0.14 que
corresponde a un módulo de resiliencia de 30,000 psi.
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26
c) Capa de Sub-Base Granular
La Figura 1-11 puede utilizarse para estimar el coeficiente de capa estructural para
materiales de subbase granular (a3) 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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28
Figura 13 Gráfica para Estimar el Coeficiente de Capa de Subbases
Granulares
W. David Supo P.
29
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
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.
Excelente 2 - 4 Horas 2 Horas
Bueno 0.5 - 1 día 1 día
Regular 3 - 6 días 7 días
Malo 18 - 36 días 1 mes
Muy Malo > 36 días No drena
CALIDAD DEL
DRENAJE
T50
CALCULADO
T50
RECOMENDADO
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30
Tabla 1-7 Coeficientes de Drenaje (mi) para Pavimentos Flexibles
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
También se debe considerar los siguientes espesores mínimos de capas sugeridos en la
Guía de Diseño AASHTO '93.
CALIDAD
DE
DRENAJE < = 1 1 a 5 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
% DEL TIEMPO QUE LA CAPA ES EXPUESTA A NIVELES CERCANOS DE SATURACION
(Nº de días al año * 100/ 365)
COEFICIENTE DE DRENAJE (mi)
SN a1 D1 a2 D2 m2 a3 D3 m3 ...
Donde:
ai : Coeficiente de capa i
Di : Espesor de la capa i (pulgadas)
mi : Coeficiente de drenaje de la capa i
W. David Supo P.
31
Tabla 1-8 Espesores Mínimos de Capas - AASHTO '93
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
Tráfico
(ESAL)
Espesor Mínimo (pulgadas)
D1adoptD1min
SN1min
a1
SN1adopta1 D1adopt
SN1min
D2adoptD2min
SN2minSN1adopt
a2 m2
SN1adoptSN2adopt
a1 D1adopta2 m2 D2adopt
SN2min
D3adoptD3min
SN3minSN1adopt
SN2adopt
a3 m3
SN1adoptSN2adopt
SN3adopta1 D1adopt
a2 m2 D2adopta3 m3 D3adopt
SN3min
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32
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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34
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
W. David Supo P.
35
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].
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36
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.
W. David Supo P.
37
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.
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38
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:
W. David Supo P.
39
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
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40
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
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]
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]
Ei k Ei 1
k 0.2 hi0.45 con, 2 k 4
Donde:
Ei = Módulo de elasticidad de la capa i (MPa)
hi = Espesor de la capa i (mm)
= 0.35
Eca
h13 E1 h2 E2
3 ... hn En3
h1 h2 ... hn
3
Donde:
Eca = Módulo de elasticidad equivalente de la capa asfáltica (MPa)
hi = Espesor de la capa i, CR, CI o BA (mm)
= 0.35
ET ,v E20,4 1.05420 T v
4
0.2
Donde:
ET ,v = Módulo de elasticidad para una temperatura "T" y velocidad "v" (MPa)
W. David Supo P.
41
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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42
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
Figura 20 Detalle de Conjunto de Ruedas Tandem
TIPO DE CARGA TRANSMITIDA NUMERO DE CARGA POR
EJE AL PAVIMENTO (LBS) RUEDAS/EJE RUEDA (LBS)
SIMPLE 9000 2 4500
DUAL SIMPLE 18000 4 4500
TANDEM 36000 8 4500
W. David Supo P.
43
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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44
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
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.
N f f1 tf2 EAC
f3
Donde:
N f = Número de repeticiones admisibles para prevenir el agrietamiento por fatiga
t = Deformación unitaria por tensión en la fibra inferior de la capa más profunda
ligada con asfalto en tensión (mm/mm)
EAC = Módulo de Elasticidad de la Capa Ligada
f1, f2, f3 = Coeficientes determiandos en laboratorio mediante ensayos de fatiga con
f1 modificable para correlación con comportamiento en campo.
W. David Supo P.
45
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
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 (106
N/m²). Las
definiciones de las variables Vb y Vv fueron expresadas anteriormente.
Tabla 1-14 Funciones de Transferencia para Agrietamiento Eca en MPa.
N f K1106
t
K2
Donde:
N f = Número de repeticiones admisibles para prevenir el agrietamiento por fatiga
t = Deformación unitaria por tensión en la fibra inferior de la capa más profunda
ligada con asfalto en microstrain ( mm/mm)
K1, K2 = Coeficientes determinados de las observaciones del Minnesota Road Test.
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46
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
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.
Nd f4 zf5
Donde:
Nd = Número de repeticiones admisibles para prevenir el ahuellamiento de la superficie
del pavimento
z = Deformación unitaria por compresión en la parte superior de la subrasante en
strain (mm/mm)
f4, f5 = Coeficientes determinados de observaciones de comportamiento en campo en ensayos
viales como AASHTO y a partir de un valor máximo admisible de profundidad de
la huella.
W. David Supo P.
47
Ecuación 1-23 Función de Transferencia Para Ahuellamiento Usado en el
ROADENT 4.0.
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.
Nr K31
z
K4
Donde:
Nr = Número de repeticiones admisibles para prevenir el ahuellamiento de la superficie
del pavimento
z = Deformación unitaria por compresión en la parte superior de la subrasante en
microstrain ( mm/mm)
K3, K4 = Coeficientes determinados de observaciones de comportamiento en campo del
Minnesota Road Test.
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48
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
Lexington, Kentucky, 40506.
press ENTER +-
W. David Supo P.
49
Figura 1-24 Menú Principal del LAYERINP
Figura 1-25 Entrada de Datos para el Diseño con Kenlayer (Opc. Create an
Input Data File)
File : < Untitled >
╔══════════════════════════════╗
║ ♦ LAYERINP - MAIN MENU ♦ ║
╚══════════════════════════════╝
───────────────────────────────────────────────────────────────────────────────
Load an Input Data File Previously Created
Edit the Current Data File ................. (Edit Mode )
Save the Current Data File
Create an Input Data File .................. (Input Mode)
Exit the Program
───────────────────────────────────────────────────────────────────────────────
Arrow keys (↓↑) move cursor, ENTER selects an item
File : < Untitled >
DATA SET NUMBER 1 CONTROL MENU
--------------------------------------------------------------------------------
--> TITLE
--> GENERAL INFORMATION
--> Z COORDINATES FOR ANALYSIS
--> LAYER THICKNESSES, POISSON'S RATIOS AND UNIT WEIGHTS
--> TYPE OF INTERFACE
--> LAYER MODULI
--> LOAD INFORMATION
--> NONLINEAR LAYERS
--> VISCOELASTIC LAYERS
--> DAMAGE ANALYSIS
--> NUMBER OF LOAD REPETITIONS
--------------------------------------------------------------------------------
Arrow keys (||) move cursor, ESC returns to previous menu
Press ENTER to select an item