INTRODUCCIÓN A LA GUÍA AASHTO DE DISEÑO EMPÍRICO-MECANÍSTICO DE PAVIMENTOS
CONTENIDO
Generalidades
Módulo de información general
Módulo de tránsito
Módulo de clima
Módulo de materiales
Materiales asfálticos
Materiales para pavimentos rígidos y otras características
Materiales estabilizados químicamente
CONTENIDO
Materiales no ligados
Roca madre
Resumen de datos de entrada
Módulo de análisis empírico – mecanístico
Módulo de salidas
Resumen del proceso de diseño
Análisis de sensibilidad
Sensibilidad en el diseño de pavimentos flexibles
Sensibilidad en el diseño de pavimentos rígidos
GENERALIDADES
Suministrar a la comunidad vial una herramienta con
el estado de la práctica para el diseño de estructuras de
pavimentos nuevas y rehabilitadas
El objetivo fue cumplido mediante:
—El empleo de procedimientos de diseño que
emplean tecnologías empírico – mecanísticas
—El desarrollo de software y documentación
apropiados
OBJETIVO DE LA GUÍA
GENERALIDADES
La nueva guía AASHTO presenta procedimientos para
el análisis y el diseño de pavimentos flexibles y rígidos,
nuevos y rehabilitados
Los métodos de diseño incluidos en la guía se basan
en un procedimiento empírico-mecanístico que integra
en el diseño el comportamiento de los materiales, el
clima y las cargas del tránsito, durante el transcurso del
tiempo
FILOSOFÍA DE LA GUÍA
GENERALIDADES
Los métodos de diseño parten de la elaboración de
modelos que simulan las estructuras de los pavimentos
Los modelos estructurales de pavimentos flexibles son
analizados por un programa elástico multicapa para
análisis lineal (JULEA) o por uno de elementos finitos
para análisis no lineal (DSC2D)
Los modelos estructurales de pavimentos rígidos son
analizados por un programa de elementos finitos bi-
direccional (ISLAB2000)
FILOSOFÍA DE LA GUÍA
GENERALIDADES
Los programas de cómputo entregan tensiones,
deformaciones y desplazamientos en puntos críticos de la
estructura modelada y en la subrasante
El método aplica modelos empíricos de deterioro que
permiten evaluar el tipo y la extensión de los daños
durante cualquier instante de la vida del pavimento
Si alguno de los tipos de daño considerados por los
métodos excede el límite fijado como admisible, se debe
elaborar un nuevo modelo estructural y repetir los análisis
FILOSOFÍA DE LA GUÍA
NIVEL 1—Es el más riguroso y de mayor precisión
—Se aplica al diseño para vías con altos volúmenes de tránsito
—Requiere datos de campo y ensayos de laboratorio rigurosos
NIVEL 2
—Corresponde a un nivel medio de exactitud
—Los datos de entrada se obtienen de un programa limitado de
medidas o ensayos o son estimados mediante correlaciones
NIVEL 3
—Aporta el menor nivel de exactitud
—Los datos de entrada suelen ser valores promedio según
experiencia local o regional
—Se usa cuando las consecuencias de fallas prematuras son
mínimas
GENERALIDADES
NIVELES JERÁRQUICOS DE DATOS
Módulos de datos
—Módulo de información general
—Módulo de tránsito
—Módulo de clima
—Módulo de materiales
Módulo de análisis empírico-mecanístico
Módulo de salidas
MÓDULOS DE LA GUÍA EMPÍRICO - MECANÍSTICA
GENERALIDADES
MÓDULOS DEL MÉTODO EMPÍRICO - MECANÍSTICO
GENERALIDADES
El estado de cualquier módulo (o sub-módulo) en un
instante determinado se indica en la pantalla de entrada
mediante colores: verde – amarillo - rojo
PARÁMETROS DE ANÁLISIS
MÓDULO DE INFORMACIÓN GENERAL
La pantalla permite incluir la condición anticipada del
pavimento al ponerlo en servicio (IRI inicial), así como los
valores límites de comportamiento que acepta la agencia vial
CRITERIOS DE COMPORTAMIENTO PARA PAVIMENTOS FLEXIBLES Y
RÍGIDOS
Probabilidad de que un determinado deterioro y el IRI
no excedan un nivel crítico establecido por la agencia
MÓDULO DE INFORMACIÓN GENERAL
CONFIABILIDAD EN EL DISEÑO
MÓDULO DE TRÁNSITO
INTRODUCCIÓN
El método exige considerar el espectro de los ejes
simples, tándem, triples y cuádruples
Se elimina del proceso el concepto de los ejes simples
equivalentes
La calidad de los datos sobre tránsito difiere según el
nivel de diseño que se aplique
NIVEL 1—Requiere el uso de datos específicos de tránsito del sitio,
incluyendo conteos vehiculares por clase, por dirección y
por carril
—Las distribuciones del espectro de cargas y las proyecciones
se realizan independientemente para cada clase de vehículo
NIVEL 2—Similar al Nivel 1, pero acepta distribuciones locales o
regionales del espectro de carga para cada clase de
vehículo , según la experiencia del organismo vial
NIVEL 3—Adopta valores espectrales por defecto para cada categoría
de vía según propuesta del organismo vial
MÓDULO DE TRÁNSITO
El indicador de cálculo para el diseño del pavimento es
el número mensual acumulado de vehículos comerciales
en el carril de diseño
Para obtener este indicador, se requiere información
clasificada en cuatro grupos:
—Información básica
—Factores de ajuste
—Factores de distribución de cargas por eje
—Datos generales
MÓDULO DE TRÁNSITO
La pantalla de entrada solicita datos “tradicionales” y
tiene “links” para entrar los otros 3 grupos de información
INFORMACIÓN BÁSICA
MÓDULO DE TRÁNSITO
FACTORES DE DISTRIBUCIÓN DE CARGAS POR EJE
La pantalla permite distribuir las cargas por eje por mes,
por tipo de vehículo y por intervalo de carga
MÓDULO DE TRÁNSITO
DATOS GENERALES
Comprenden información referente a:
—Deriva del tránsito (punto medio de pisada y desviación
estándar)
—Configuración de ejes (ancho, separación entre
neumáticos de un sistema de rueda doble, separación entre
ejes)
—Neumático (dimensiones, presión de inflado - 120 psi-)
MÓDULO DE TRÁNSITO
Los perfiles de temperatura y humedad a lo largo del
período de diseño del pavimento son estimados a través
del “Modelo integrado y mejorado de clima” (EICM)
El software EICM forma parte integral de la guía de
diseño, realiza internamente todos los cálculos
requeridos por ésta y alimenta las salidas procesadas a
las 3 componentes principales de la estructura de la guía:
—Materiales
—Respuestas estructurales
—Predicción de comportamiento
GENERALIDADES
MÓDULO DE CLIMA
DATOS REQUERIDOS POR EL MÓDULO DE CLIMA PARA
MODELAR LAS CONDICIONES TÉRMICAS Y DE HUMEDAD
—Información general
—Información relacionada con el clima
—Información sobre el nivel freático
—Información sobre propiedades superficiales y de drenaje
—Información sobre la estructura del pavimento y sus
materiales
Existe algún traslapo entre los datos requeridos para el análisis
climático y los requeridos por los otros módulos del método
MÓDULO DE CLIMA
INFORMACIÓN GENERAL
Es la información que ya se introdujo en la pantalla
inicial del Módulo de Información General
MÓDULO DE CLIMA
INFORMACIÓN RELACIONADA CON EL CLIMA
(horaria durante el período de diseño)
—Temperatura del aire
—Precipitación
—Velocidad del viento
—Radiación solar
—Humedad relativa
La configuración de esta información es la misma para los
tres niveles jerárquicos de entrada de datos
El método dispone de una base de datos de estaciones
meteorológicas de EEUU donde se encuentra esta información
MÓDULO DE CLIMA
INFORMACIÓN SOBRE EL NIVEL FREÁTICO
Se debe incluir el mejor estimativo entre la profundidad
promedio anual y la promedio estacional
MÓDULO DE CLIMA
INFORMACIÓN SOBRE PROPIEDADES SUPERFICIALES Y DRENAJE
Esta información es pertinente a las capas de rodadura asfálticas y
de hormigón
Depende de la composición, color y textura superficial de la capa
Las superficies claras y más reflectivas tienden a presentar menores
absorciones
Nivel 1 Medir mediante ensayo de laboratorio
AASHTO no tiene normalizada la prueba
Nivel 2 No aplica
Nivel 3 Capa asfáltica usada (gris) 0.80 – 0.90
Capa asfáltica nueva (negra) 0.90 – 0.98
Pavimento rígido 0.70 – 0.90
—Absorción superficial de onda corta
MÓDULO DE CLIMA
INFORMACIÓN SOBRE PROPIEDADES SUPERFICIALES Y DRENAJE
Se establecen 4 valores, aplicables a todos los niveles jerárquicos
de entrada de datos
No hay
Menor 10 % del agua lluvia se infiltra
Se aplica cuando la calzada y la berma de un
pavimento flexible están integradas o cuando un
pavimento rígido tiene bermas de concreto
ancladas y las juntas bien selladas
Moderada 50 % del agua lluvia se infiltra
Situaciones normales diferentes de las anteriores
Extensa 100 % del agua lluvia se infiltra
Generalmente inaplicable a pavimentos nuevos
—Infiltración
MÓDULO DE CLIMA
INFORMACIÓN SOBRE PROPIEDADES SUPERFICIALES Y DRENAJE
Distancia máxima que recorre una gota de agua desde que toca
la superficie del pavimento hasta el punto donde sale de la misma
Queda definida por una línea que depende de las pendientes
superficiales del pavimento
—Longitud de la trayectoria de flujo
—Pendiente transversal del pavimento (%)
Se requiere para determinar el tiempo que tarda en drenar una
capa de base o subbase que se encuentre saturada
MÓDULO DE CLIMA
INFORMACIÓN SOBRE LA ESTRUCTURA DEL PAVIMENTO
Y SUS MATERIALES
En este instante, el diseñador comienza la elaboración
del diseño del pavimento, fijando los tipos de materiales y
los espesores de las diferentes capas para un primer tanteo
En relación con las características de los materiales de
las diferentes capas, ellas se definen en el módulo
siguiente
MÓDULO DE CLIMA
INFORMACIÓN SOBRE LA ESTRUCTURA DEL PAVIMENTO
Y SUS MATERIALES (caso pavimento flexible)
MÓDULO DE CLIMA
ESTRUCTURAS TÍPICAS
INFORMACIÓN SOBRE LA ESTRUCTURA DEL PAVIMENTO
Y SUS MATERIALES (caso pavimento flexible)
MÓDULO DE CLIMA
INFORMACIÓN SOBRE LA ESTRUCTURA DEL PAVIMENTO
Y SUS MATERIALES (caso pavimento rígido)
MÓDULO DE CLIMA
ESTRUCTURA TÍPICA
INFORMACIÓN SOBRE LA ESTRUCTURA DEL PAVIMENTO
Y SUS MATERIALES (caso pavimento rígido)
MÓDULO DE CLIMA
Las propiedades requeridas para caracterizar los
diferentes materiales clasifican en tres grupos:
—Propiedades requeridas para computar la respuesta
del modelo de pavimento
—Propiedades requeridas para caracterizar el modo
de falla considerado (específicas para cada tipo de
pavimento y modo de falla)
—Propiedades requeridas para determinar los perfiles
de humedad y temperatura en la sección transversal
del pavimento
MÓDULO DE MATERIALES
MATERIALES ASFÁLTICOS
TABLA DE MEZCLA ASFÁLTICA (Asphalt Mix)
Se refiere a la información necesaria para establecer las
curvas que indican la variación del módulo dinámico con la
frecuencia de ensayo y la temperatura de la mezcla
La calidad de la información depende del nivel jerárquico de
datos que se adopte
MATERIALES ASFÁLTICOS
TABLA DE MEZCLA ASFÁLTICA (Asphalt Mix)
Nivel 1
Los módulos se determinan sobre probetas elaboradas
con mezclas envejecidas a corto plazo según la norma de
ensayo AASHTO R 30
Con los valores obtenidos, se dibujan las curvas que
relacionan la frecuencia con el módulo para cada
temperatura
Se elige una temperatura de referencia (70ºF) y el
software construye una curva maestra usando el principio
de superposición tiempo-temperatura
MATERIALES ASFÁLTICOS
MÓDULO DE LA MEZCLA PARA LOS NIVELES 2 Y 3
Se determina con la ecuación predictiva de Witczak, la cual se
basa en la frecuencia de aplicación de la carga, la composición
volumétrica de la mezcla compactada, la viscosidad del ligante y
la granulometría de los agregados
MATERIALES ASFÁLTICOS
Significado de los términos de la ecuación de Witczak:
MÓDULO DE LA MEZCLA PARA LOS NIVELES 2 Y 3
MATERIALES ASFÁLTICOS
La ecuación de Witczak también puede ser expresada en la
forma de una curva maestra :
MÓDULO DE LA MEZCLA PARA LOS NIVELES 2 Y 3
MATERIALES ASFÁLTICOS
TABLA DE LIGANTE ASFÁLTICO (Asphalt Binder)
El método brinda 2 posibilidades (según el nivel jerárquico
de datos) en relación con el suministro de información sobre el
ligante asfáltico, a partir de las cuales el programa puede
establecer viscosidades a diferentes temperaturas y edades
MATERIALES ASFÁLTICOS
TABLA DE LIGANTE ASFÁLTICO (Asphalt Binder)
Las pruebas se deben realizar a diferentes temperaturas sobre
el asfalto envejecido en la prueba RTFOT (AASHTO T 240) y,
a partir de sus resultados, se determina la viscosidad del ligante
en cada caso:
Niveles 1 y 2 (alternativa 1)
MATERIALES ASFÁLTICOS
TABLA DE LIGANTE ASFÁLTICO (Asphalt Binder)
Además, con los valores obtenidos se establece una relación
viscosidad – temperatura, con la expresión:
Niveles 1 y 2 (alternativa 1)
TR = temperatura en grados Rankine a la cual se determinó la viscosidad
A, VTS = parámetros de regresión
MATERIALES ASFÁLTICOS
TABLA DE LIGANTE ASFÁLTICO (Asphalt Binder)
Niveles 1 y 2 (alternativa 2)
Con los resultados de ensayos convencionales, el programa
estima la viscosidad del ligante a la temperatura de prueba y
después se establece la relación viscosidad - temperatura
MATERIALES ASFÁLTICOS
TABLA DE LIGANTE ASFÁLTICO (Asphalt Binder)
Nivel 3
En el tercer nivel jerárquico de datos, el método sólo exige la
identificación del asfalto por alguno de los siguientes sistemas:
—Grados de comportamiento (PG), norma AASHTO M320
—Grados de viscosidad (AC), norma AASHTO M226
—Grados de penetración, norma AASHTO M20
Identificado el asfalto, el programa indica los parámetros A y
VTS, con los cuales se estima la viscosidad:
MATERIALES ASFÁLTICOS
EFECTO DEL ENVEJECIMIENTO DEL LIGANTE ASFÁLTICO
El efecto del envejecimiento en servicio es incorporado en la
determinación del módulo dinámico, mediante el “Sistema de
Envejecimiento Global” (GAS)
El sistema proporciona modelos que describen el cambio de
viscosidad del ligante durante las operaciones de mezcla y
compactación y luego durante el período de servicio
Además, incluye modelos que permiten hacer ajustes de
acuerdo con el volumen de vacíos con aire de la mezcla en
servicio y con la profundidad
MATERIALES ASFÁLTICOS
EFECTO DEL ENVEJECIMIENTO DEL LIGANTE ASFÁLTICO
Conocida la viscosidad del ligante en cualquier instante (η),
el sistema determina el módulo dinámico de la mezcla para
cualquier tiempo de aplicación de carga, tanto en la ecuación de
la curva maestra (Nivel 1), como en la ecuación de Witczak
(Niveles 2 y 3), utilizando un valor “tr” apropiado
Para ello, emplea una expresión obtenida en el “Sistema de
Envejecimiento Global”
MATERIALES ASFÁLTICOS
EFECTO DEL ENVEJECIMIENTO DEL LIGANTE ASFÁLTICO
Donde:
tr = tiempo reducido (el que se debe introducir en la ecuación
de la curva maestra)
t = tiempo de aplicación de carga de interés
c = valor obtenido experimentalmente al desarrollar la curva
maestra (Nivel 1) o 1.25588 (niveles 2 y 3)
η = viscosidad a la edad y temperatura de interés, cPoises
ηTr = viscosidad sobre muestra envejecida RTFOT a la
temperatura de referencia (70ºF), cPoises
MATERIALES ASFÁLTICOS
La temperatura de referencia (70ºF) no requiere ser
modificada
Las propiedades volumétricas se refieren a la mezcla “as
built” y no a la condición del diseño
La relación de Poisson y las propiedades térmicas se
determinan de diferentes maneras, según el nivel jerárquico
de datos adoptado
TABLA DE INFORMACIÓN GENERAL (Asphalt General)
MATERIALES ASFÁLTICOS
Nivel 1: mediante ensayos de laboratorio
Nivel 2:
TABLA DE INFORMACIÓN GENERAL (Asphalt General)
Relación de Poisson (mezclas densas en caliente)
Nivel 3:
MATERIALES ASFÁLTICOS
Nivel 1: la conductividad térmica (K) y la capacidad
calórica (Q) se estiman con base en los resultados de los
ensayos ASTM E1952 y ASTM D2766, respectivamente
Niveles 2 y 3: se adoptan valores típicos para el concreto
asfáltico
—K = 0.44 – 0.81 BTU/pie-hora-ºF
—Q = 0.22 – 0.40 BTU/lb-ºF
TABLA DE INFORMACIÓN GENERAL (Asphalt General)
Propiedades térmicas
MATERIALES ASFÁLTICOS
FATIGA TÉRMICA
Los datos requeridos para su análisis aparecen en una
pantalla independiente, en la cual se deben anotar aquellas
propiedades de tensión de las mezclas que son críticas para
la estimación del agrietamiento térmico (transversal)
MATERIALES ASFÁLTICOS
FATIGA TÉRMICA
Las propiedades que usa el método para predecir el
agrietamiento térmico son:
—Resistencia a la tensión
—Complianza de creep (Creep compliance)
—Coeficiente de contracción térmica
—Absorción superficial de onda corta
—Conductividad térmica
—Capacidad calórica
MATERIALES ASFÁLTICOS
FATIGA TÉRMICA
Resistencia a la tensión
Niveles 1 y 2: se requiere determinarla a 14ºF, de acuerdo
con la norma AASHTO T 322
MATERIALES ASFÁLTICOS
FATIGA TÉRMICA
Resistencia a la tensión
Nivel 3: el valor aparece por defecto en la pantalla y se
basa en la regresión obtenida en el NCHRP 1-37 A
MATERIALES ASFÁLTICOS
FATIGA TÉRMICA
Complianza de creep (creep compliance)
Nivel 1: se determina a -4, 14 y 32 ºF y tiempos de carga
entre 1 y 100 segundos, en acuerdo con la norma AASHTO
T 322
MATERIALES ASFÁLTICOS
FATIGA TÉRMICA
Complianza de creep (creep compliance)
Nivel 2: se determina a 14ºF y tiempos de carga entre 1 y
100 segundos, en acuerdo con la norma AASHTO T 322
MATERIALES ASFÁLTICOS
FATIGA TÉRMICA
Complianza de creep (creep compliance)
Nivel 3: se obtiene a partir de la ecuación de regresión
obtenida en NCHRP 1-37 A
MATERIALES ASFÁLTICOS
FATIGA TÉRMICA
Coeficiente de contracción térmica
No hay pruebas normalizadas AASHTO o ASTM para su
determinación
La guía de diseño lo computa internamente a partir de las
propiedades volumétricas de la mezcla y del coeficiente de
contracción térmica de los agregados
MATERIALES ASFÁLTICOS
FATIGA TÉRMICA
Coeficiente de contracción térmica
Para cualquier nivel de jerarquía, se obtiene con la expresión:
Donde:
LMIX = coeficiente lineal de contracción térmica del concreto asfáltico
VMA = vacíos en el agregado mineral en la mezcla (%)
Bac = coeficiente volumétrico de contracción térmica del cemento
asfáltico en estado sólido
VAGG = volumen de agregados en la mezcla (%)
BAGG = coeficiente volumétrico de contracción térmica de los agregados
VTOTAL = 100%
MATERIALES ASFÁLTICOS
FATIGA TÉRMICA
Absorción superficial de onda corta
Dato ya incluido en la pantalla con información sobre
propiedades superficiales y drenaje
Conductividad térmica
Capacidad calórica
Dato ya incluido en la tabla de información general de la
pantalla sobre propiedades de los materiales asfálticos
Dato ya incluido en la tabla de información general de la
pantalla sobre propiedades de los materiales asfálticos
MATERIALES ASFÁLTICOS
DAÑO POTENCIAL
Esta pantalla permite al usuario hacer entradas para indicar
la posibilidad de que ocurran daños adicionales a los
considerados por los modelos de deterioro, información que
requieren los modelos de predicción del IRI
Las propiedades requeridas de daño potencial son:
—Agrietamientos en bloque
—Grietas longitudinales selladas, por fuera de la huella
de circulación
—Parches (sólo se requiere en rehabilitación)
—Ojos de pescado (sólo se requiere en rehabilitación)
PAVIMENTOS DE CONCRETO SIMPLE
CARACTERÍSTICAS DE DISEÑO
El método las clasifica en cuatro grupos:
—Diferencia efectiva de temperatura
—Diseño de juntas
—Soporte lateral
—Propiedades de la base
CARACTERÍSTICAS DE DISEÑO
1 - Diferencia efectiva de temperatura
Es la diferencia de temperatura entre la superficie y el
fondo de las losas
Esta diferencia incide en los esfuerzos de flexión por
alabeo que afectan a los pavimentos de concreto simple
El programa trae por defecto -10ºF, que es el valor
determinado en la calibración nacional efectuada en U.S.A.
PAVIMENTOS DE CONCRETO SIMPLE
CARACTERÍSTICAS DE DISEÑO
2 – Diseño de juntas
El programa requiere la siguiente información:
—Separación entre juntas transversales
—Tipo de sellante (ninguno, líquido, silicona,
preformado)
—Opciones de separación de juntas al azar
—Diámetro y separación de las varillas de transferencia
de carga (pasadores)
PAVIMENTOS DE CONCRETO SIMPLE
CARACTERÍSTICAS DE DISEÑO
3 – Soporte lateral
El programa brinda las siguientes opciones:
—Berma de concreto anclada
—Eficiencia en la transferencia de carga a largo plazo:
→Relación entre la deflexión en el lado no cargado de la
junta y la deflexión en el lado cargado de ella
—Uso de losas ensanchadas
PAVIMENTOS DE CONCRETO SIMPLE
CARACTERÍSTICAS DE DISEÑO
4 – Propiedades de la base
El programa requiere la siguiente información:
—Tipo de base
—Condición de la interfaz losa-base (ligada o no)
—Posibilidad de pérdida de liga con la edad, en el caso de
interfaz ligada
—Índice de erodabilidad de la base (el Nivel 1 de
clasificación del índice aún no se encuentra implementado,
por lo que se debe escoger entre los Niveles 2 y 3)
PAVIMENTOS DE CONCRETO SIMPLE
CONCRETO HIDRÁULICO
INFORMACIÓN DE LA CAPA 1 (losas de concreto)
La pantalla de entrada está compuesta por tres tablas:
—Térmica
—Mezcla
—Resistencia
INFORMACIÓN DE LA CAPA 1 (losas de concreto)
La tabla se divide en dos partes:
—Propiedades generales
Material (concreto simple – concreto reforzado)
Espesor de la capa (el adoptado para el tanteo)
Peso unitario
Relación de Poisson
—Propiedades térmicas
Coeficiente de expansión térmica
Conductividad térmica
Capacidad calórica
1 – Propiedades térmicas
CONCRETO HIDRÁULICO
INFORMACIÓN DE LA CAPA 1 (losas de concreto)
1 – Propiedades generales
PESO UNITARIO
RELACIÓN DE POISSON
CONCRETO HIDRÁULICO
INFORMACIÓN DE LA CAPA 1 (losas de concreto)
1 – Propiedades térmicas
Coeficiente de expansión térmica (αPCC): es el cambio
unitario de longitud por cada grado que cambie la
temperatura
CONCRETO HIDRÁULICO
INFORMACIÓN DE LA CAPA 1 (losas de concreto)
1 – Propiedades térmicas
Conductividad térmica: es una medida de la capacidad del
material para conducir uniformemente el calor a través de su
masa cuando las dos caras del material están bajo una
temperatura diferencial. Se define como la relación entre el
flujo de calor y el gradiente térmico
Capacidad calórica: es la cantidad de calor requerida para
elevar en un grado la temperatura de una unidad de masa del
material
CONCRETO HIDRÁULICO
INFORMACIÓN DE LA CAPA 1 (losas de concreto)
2 – Propiedades de la mezcla
de diseño
de retracción
CONCRETO HIDRÁULICO
INFORMACIÓN DE LA CAPA 1 (losas de concreto)
2 – Propiedades de diseño de la mezcla
Tipo de cemento: el usuario debe escoger uno de los 3
tipos que considera el método. El tipo de cemento influye
sobre la contracción última que calcula el programa
Contenido de material cementante: cantidad de cemento
por unidad de volumen de mezcla según el diseño
Relación agua/cemento: se anota la empleada en el diseño
de la mezcla. Es un dato de entrada en el modelo de
contracción
CONCRETO HIDRÁULICO
INFORMACIÓN DE LA CAPA 1 (losas de concreto)
2 – Propiedades de diseño de la mezcla
Tipo de agregado: el programa tiene nueve opciones para
escoger el tipo de agregado grueso del concreto. La
contracción última del concreto depende del tipo de agregado
Temperatura de esfuerzo cero: durante el proceso de curado
de la mezcla, es la temperatura a la cual el concreto se libera
de los esfuerzos a que está sometido durante la construcción.
Generalmente se adopta por defecto el valor que aparece en la
tabla, el cual depende del contenido de cemento en la mezcla
y de la temperatura ambiente promedio durante el mes de la
construcción
CONCRETO HIDRÁULICO
INFORMACIÓN DE LA CAPA 1 (losas de concreto)
2 – Propiedades de retracción de la mezcla
Las variaciones de humedad en la losa durante el secado
generan una contracción diferencial que genera alabeo y
susceptibilidad al agrietamiento
La contracción por secado es parcialmente reversible si el
concreto se re-humedece
CONCRETO HIDRÁULICO
INFORMACIÓN DE LA CAPA 1 (losas de concreto)
2 – Propiedades de retracción de la mezcla
Retracción última al 40 % de humedad relativa: aunque el
programa da la opción de que el usuario incluya el dato
conforme a los resultados del ensayo AASHTO T160, se
suele aceptar el valor que suministra por defecto a partir de
la fórmula:
C1 = 1.0 (cemento tipo I); 0.85 (tipo II); 1.1 (tipo III)
C2 =1.2 (curado con antisol); 1.0 (curado húmedo)
w = contenido de agua en la mezcla (lb/pie3)
f’c = resistencia a compresión a 28 días, según AASHTO T22 (lb/pg2)
CONCRETO HIDRÁULICO
INFORMACIÓN DE LA CAPA 1 (losas de concreto)
2 – Propiedades de retracción de la mezcla
Retracción reversible: porcentaje de la retracción última
que es reversible. Típicamente se usa 50 %
Tiempo para desarrollar el 50 % de la retracción última: el
Comité 209 del ACI recomienda un término de 35 días
Método de curado: incide en el cálculo de la retracción
última. Se presentan dos alternativas: húmedo o con
compuesto de curado
CONCRETO HIDRÁULICO
INFORMACIÓN DE LA CAPA 1 (losas de concreto)
3 – Propiedades de resistencia de la mezcla
La pantalla permite acceder a tres tablas de resistencia del
concreto, según el nivel jerárquico de los datos
Los dos parámetros de resistencia del concreto que
considera la guía para el diseño estructural del pavimento
son:
— Módulo de elasticidad
— Resistencia a la flexión
CONCRETO HIDRÁULICO
INFORMACIÓN DE LA CAPA 1 (losas de concreto)
3 – Propiedades de resistencia de la mezcla (Nivel 1)
CONCRETO HIDRÁULICO
INFORMACIÓN DE LA CAPA 1 (losas de concreto)
3 – Propiedades de resistencia de la mezcla (Nivel 1)
Módulo de elasticidad: determinarlo a 7, 14, 28 y 90 días
de curado, según norma de ensayo ASTM C 469
Resistencia a la flexión: determinarla a 7, 14, 28 y 90 días
de curado, según norma de ensayo ASTM C 78
Se deben indicar el módulo elástico y la resistencia a
flexión a largo plazo, como la relación entre sus valores a
20 años y a 28 días. El método recomienda emplear un
valor igual a 1.2
CONCRETO HIDRÁULICO
INFORMACIÓN DE LA CAPA 1 (losas de concreto)
3 – Propiedades de resistencia de la mezcla (Nivel 2)
CONCRETO HIDRÁULICO
INFORMACIÓN DE LA CAPA 1 (losas de concreto)
3 – Propiedades de resistencia de la mezcla (Nivel 2)
Resistencia a compresión inconfinada: determinarla a 7,
14, 28 y 90 días de curado, según norma de ensayo ASTM
C 39
Se deben indicar la resistencia a compresión a largo
plazo, como la relación entre sus valores a 20 años y a 28
días. El método recomienda emplear un valor igual a 1.44
CONCRETO HIDRÁULICO
INFORMACIÓN DE LA CAPA 1 (losas de concreto)
3 – Propiedades de resistencia de la mezcla (Nivel 2)
El software de la guía estima los valores de módulo
elástico y resistencia a flexión del concreto a partir de la
resistencia a compresión, con las fórmulas:
Ec = módulo elástico del concreto, psi
ρ = peso unitario del concreto, lb/pie3
f’c = resistencia a compresión del concreto, psi
MR = resistencia a flexión del concreto, psi
CONCRETO HIDRÁULICO
INFORMACIÓN DE LA CAPA 1 (losas de concreto)
3 – Propiedades de resistencia de la mezcla (Nivel 3)
CONCRETO HIDRÁULICO
INFORMACIÓN DE LA CAPA 1 (losas de concreto)
3 – Propiedades de resistencia de la mezcla (Nivel 3)
El nivel 3 exige conocer solamente alguno de los
siguientes datos a 28 días:
—Módulo de rotura (resistencia a flexión)
—Resistencia a compresión
—Módulo de elasticidad
Con el dato conocido, las ecuaciones internas del
programa determinan los otros, así como su evolución en el
transcurso del tiempo
CONCRETO HIDRÁULICO
MATERIALES ESTABILIZADOS QUÍMICAMENTE
El método incluye en esta categoría los siguientes materiales
de base estabilizada:
—Concreto pobre
—Grava cemento
—Suelo cemento
—Cemento – cal- ceniza volante
—Suelos estabilizados con cal
Los datos de entrada requeridos para todas las
estabilizaciones son los mismos
Se requiere información sobre tres tipos de propiedades:
generales, de resistencia y térmicas
MATERIALES ESTABILIZADOS QUÍMICAMENTE
1 – PROPIEDADES GENERALES
Tipo de material: se identifica el material por emplear
Espesor de capa: espesor de capa estabilizada elegido
para el tanteo de diseño
Peso unitario: peso por unidad de volumen según
pruebas de laboratorio
Relación de Poisson:
Concreto pobre y grava cemento 0.10 – 0.20
Suelo cemento 0.15 – 0.35
Materiales con cal y ceniza volante 0.15 – 0.15
Suelo estabilizado con cal 0.15 – 0.20
MATERIALES ESTABILIZADOS QUÍMICAMENTE
Requieren el módulo elástico:
—Concreto pobre
—Grava cemento
—Base abierta estabilizada con cemento
—Suelo cemento
—Cal – cemento – ceniza volante
Requieren el módulo resiliente:
—Suelos estabilizados con cal
2 – PROPIEDADES DE RESISTENCIA
Módulo elástico o módulo resiliente
Los valores de módulo corresponden a 28 días de curado
MATERIALES ESTABILIZADOS QUÍMICAMENTE
2 – PROPIEDADES DE RESISTENCIA
Módulo elástico o módulo resiliente (Nivel 1)
Las pruebas se deben efectuar sobre mezclas con el
contenido óptimo de estabilizante según diseño, a la
densidad máxima y con la humedad óptima
El estado de esfuerzos de las muestras se estima a partir
del análisis estructural o el tanteo de diseño
MATERIALES ESTABILIZADOS QUÍMICAMENTE
2 – PROPIEDADES DE RESISTENCIA
Módulo elástico o módulo resiliente (Nivel 2)
MATERIALES ESTABILIZADOS QUÍMICAMENTE
2 – PROPIEDADES DE RESISTENCIA
Módulo elástico o módulo resiliente (Nivel 3)
En el Nivel 3 los valores se estiman por experiencia o
registros históricos
MATERIALES ESTABILIZADOS QUÍMICAMENTE
2 – PROPIEDADES DE RESISTENCIA
Mínimo módulo elástico o módulo resiliente
Esta información sólo se precisa en el diseño de
pavimentos asfálticos, debido al deterioro de los
materiales semi rígidos bajo las aplicaciones repetidas de
las cargas del tránsito
MATERIALES ESTABILIZADOS QUÍMICAMENTE
2 – PROPIEDADES DE RESISTENCIA
Resistencia a la flexión para diseño
Esta información sólo se precisa en el diseño de
pavimentos asfálticos
La vida a fatiga de un material estabilizado cementado
está ligada a los esfuerzos críticos de flexión inducidos en
la capa
El valor requerido de resistencia a flexión es el
correspondiente a 28 días de curado
La calidad de la información por suministrar depende
del nivel jerárquico de datos
MATERIALES ESTABILIZADOS QUÍMICAMENTE
2 – PROPIEDADES DE RESISTENCIA
Resistencia a la flexión para diseño (Nivel 1)
MATERIALES ESTABILIZADOS QUÍMICAMENTE
2 – PROPIEDADES DE RESISTENCIA
Resistencia a la flexión para diseño (Nivel 2)
En este nivel se recomienda obtenerla por correlación
con la resistencia a compresión inconfinada
MATERIALES ESTABILIZADOS QUÍMICAMENTE
2 – PROPIEDADES DE RESISTENCIA
Resistencia a la flexión para diseño (Nivel 3)
En el Nivel 3 los valores se estiman por experiencia o
registros históricos
MATERIALES ESTABILIZADOS QUÍMICAMENTE
3 – PROPIEDADES TÉRMICAS
Conductividad térmica: es una medida de la capacidad del
material para conducir uniformemente el calor a través de su
masa cuando las dos caras del material están bajo una
temperatura diferencial. Se define como la relación entre el
flujo de calor y el gradiente térmico
Capacidad calórica: es la cantidad de calor requerida para
elevar en un grado la temperatura de una unidad de masa del
material
MATERIALES NO LIGADOS
La pantalla de entrada es común para todos los
materiales no ligados, independientemente de si actúan
como base, subbase o subrasante
En todos los casos, el usuario deberá identificar el tipo de
material y el espesor de la capa que se está considerando
Las propiedades requeridas de estos materiales para el
diseño del pavimento son:
—Propiedades de resistencia
—Propiedades para el modelo climático (ICM)
MATERIALES NO LIGADOS
Se debe obtener de pruebas triaxiales cíclicas sobre
muestras representativas (Protocolo NCHRP 1-28 o
norma AASHTO T307)
El estado de esfuerzos por reproducir en el laboratorio
debe representar el rango de esfuerzos dentro del cual se
espera que se encuentre sometido el material en el
pavimento, bajo las cargas móviles del tránsito
1 – PROPIEDADES DE RESISTENCIA
Módulo resiliente (Nivel 1)
MATERIALES NO LIGADOS
El modelo generalizado para expresar el módulo en el
procedimiento de diseño es el siguiente:
1 – PROPIEDADES DE RESISTENCIA
Módulo resiliente (Nivel 1)
Mr = módulo resiliente, psi
θ = estado total de esfuerzos = σ1 + σ2 + σ3
Pa = presión atmosférica
k1, k2, k3 = constantes de regresión
τoct = esfuerzo octaédrico de corte
MATERIALES NO LIGADOS
1 – PROPIEDADES DE RESISTENCIA
Módulo resiliente (Nivel 1)
Respecto de las constantes de regresión k1, k2 y k3 la
guía brinda al usuario 2 opciones para efectuar el ajuste
estacional del módulo:
Opción 1: Colocar un valor representativo de las
constantes y permitir que el modelo climático (EICM)
haga los ajustes por efecto del clima estacional
Opción 2: Introducir cada una de las constantes para cada
uno de los 12 meses del año
MATERIALES NO LIGADOS
1 – PROPIEDADES DE RESISTENCIA
Módulo resiliente (Nivel 2)
La guía usa correlaciones entre el módulo e índices del
suelo y otra propiedades de resistencia
MATERIALES NO LIGADOS
1 – PROPIEDADES DE RESISTENCIA
Módulo resiliente (Nivel 2)
Respecto de la consideración sobre la variación del
módulo durante el año, la guía brinda al usuario 2
opciones:
Opción 1: Colocar un valor representativo del módulo o
de algún otro índice del suelo y permitir que el modelo
climático (EICM) haga los ajustes por efecto del clima
estacional
Opción 2: Introducir el valor del módulo o de otros
índices de resistencia del suelo para cada uno de los 12
meses del año
MATERIALES NO LIGADOS
1 – PROPIEDADES DE RESISTENCIA
Módulo resiliente (Nivel 3)
En el Nivel 3 el introduce un valor por defecto a partir
de la clasificación del suelo
Este valor asignado es representativo para la humedad
óptima del material
El EICM realiza todas las modificaciones requeridas
por efecto del clima
El usuario tiene la opción de especificar que el Mr
representativo es el valor de diseño y no que desea que
sea afectado por el modelo de clima
MATERIALES NO LIGADOS
1 – PROPIEDADES DE RESISTENCIA
Módulo resiliente (Nivel 3)
VALORES TÍPICOS DE Mr EN FUNCIÓN DE LA
CLASIFICACIÓN AASHTO
MATERIALES NO LIGADOS
1 – PROPIEDADES DE RESISTENCIA
Relación de Poisson (Nivel 1)
Se puede calcular a partir de los datos que se obtienen
en el ensayo triaxial cíclico para hallar Mr
Relación de Poisson (Nivel 2)
Relación de Poisson (Nivel 3)
Aplicar correlaciones determinadas localmente. La guía
no recomienda ninguna
Utilizar valores típicos de tablas de la bibliografía
MATERIALES NO LIGADOS
1 – PROPIEDADES DE RESISTENCIA
Coeficiente de presión lateral (K0)
Expresa la relación entre la presión lateral de tierras y la
presión vertical
Se puede estimar mediante los siguientes modelos:
—Materiales no cohesivos
—Materiales cohesivos
MATERIALES NO LIGADOS
1 – PROPIEDADES DE RESISTENCIA
Coeficiente de presión lateral (K0)
VALORES TÍPICOS DEL ÁNGULO DE FRICCIÓN INTERNA (Φ)
Y DEL COEFICIENTE DE PRESIÓN LATERAL (K0)
MATERIALES NO LIGADOS
2 – PROPIEDADES PARA EL MODELO CLIMÁTICO
Los datos que se introducen en la tabla ICM son usados
por el modelo de clima para la predicción de los perfiles
de temperatura y humedad a través de la estructura del
pavimento
Los datos requeridos son los mismos para los 3 niveles
jerárquicos de “inputs”
Si en la pantalla de “Propiedades de Resistencia” el
usuario aplicó la opción de no utilizar los datos de entrada
ICM, todos los datos que se incluyan en la tabla del
modelo climático (ICM) serán ignorados por el programa
MATERIALES NO LIGADOS
2 – PROPIEDADES PARA EL MODELO CLIMÁTICO
Parámetros básicos
Parámetros calculados o derivados
Índice plástico
Granulometría (% pasa tamices # 4 y 200; D60)
Densidad seca máxima
Gravedad específica de sólidos
Conductividad hidráulica saturada
Humedad óptima
MATERIALES NO LIGADOS
2 – PROPIEDADES PARA EL MODELO CLIMÁTICO
2.1 Parámetros básicos
Para la determinación de estos parámetros no existen
niveles jerárquicos, por lo cual su determinación se debe
realizar siempre mediante el Nivel 1:
—Índice plástico: normas de ensayo AASHTO T89 y T90
—Granulometría: norma de ensayo AASHTO T27
MATERIALES NO LIGADOS
2 – PROPIEDADES PARA EL MODELO CLIMÁTICO
Densidad seca máxima y humedad óptima (Nivel 1):
—Norma de ensayo AASHTO T180 para capas de base
—Norma de ensayo AASHTO T99 para otras capas
2.2 Parámetros calculados o derivados
MATERIALES NO LIGADOS
2 – PROPIEDADES PARA EL MODELO CLIMÁTICO
Densidad seca máxima y humedad óptima (Nivel 2):
—Humedad óptima
2.2 Parámetros calculados o derivados
MATERIALES NO LIGADOS
2 – PROPIEDADES PARA EL MODELO CLIMÁTICO
Densidad seca máxima y humedad óptima (Nivel 2):
—Densidad seca máxima
2.2 Parámetros calculados o derivados
MATERIALES NO LIGADOS
2 – PROPIEDADES PARA EL MODELO CLIMÁTICO
Gravedad específica de sólidos
Nivel 1
—Norma de ensayo AASHTO T100
2.2 Parámetros calculados o derivados
Nivel 2
Nivel 3
—No aplica
MATERIALES NO LIGADOS
2 – PROPIEDADES PARA EL MODELO CLIMÁTICO
Conductividad hidráulica saturada
Nivel 1
—Norma de ensayo AASHTO T215
2.2 Parámetros calculados o derivados
Nivel 2
MATERIALES NO LIGADOS
2 – PROPIEDADES PARA EL MODELO CLIMÁTICO
El usuario debe indicar la compactación que se brindará
a la capa durante la fase de construcción
La guía de diseño realiza internamente los ajustes al
coeficiente de presión lateral a causa de la compactación,
la cual afecta las características de deformabilidad
experimentadas por la capa, para un determinado nivel de
cargas aplicadas
2.3 Compactado o no compactado
MATERIALES NO LIGADOS
2 – PROPIEDADES PARA EL MODELO CLIMÁTICO
La curva característica del agua en el suelo (SWCC)
define la relación entre el contenido de agua y la succión
para un suelo
El trabajo consiste en determinar los 4 parámetros de la
ecuación de Fredlung y Xing (af, bf, cf y hr), a partir de los
cuales el software del programa genera la función para
determinar la succión con cualquier contenido de agua del
suelo
2.4 Parámetros de la curva característica del agua en el suelo
MATERIALES NO LIGADOS
2 – PROPIEDADES PARA EL MODELO CLIMÁTICO
ECUACIÓN DE FREDLUNG Y XING
2.4 Parámetros de la curva característica del agua en el suelo
θw = contenido volumétrico de agua
θsat = contenido volumétrico de agua, suelo saturado
h = succión, psi
MATERIALES NO LIGADOS
2 – PROPIEDADES PARA EL MODELO CLIMÁTICO
2.4 Parámetros de la curva característica del agua en el suelo
(Nivel 1)
Para diferentes contenidos volumétricos de agua (θw),
medir la succión (h). AASHTO no recomienda protocolo
de ensayo
Determinar la densidad máxima y la humedad óptima
del suelo mediante el ensayo Proctor (AASHTO T99 o
T180, según el caso)
Determinar la gravedad específica de sólidos, Gs
(AASHTO T100)
MATERIALES NO LIGADOS
2 – PROPIEDADES PARA EL MODELO CLIMÁTICO
2.4 Parámetros de la curva característica del agua en el suelo
(Nivel 1)
Mediante fórmulas internas, el programa calcula los
parámetros del modelo: af, bf, cf y hr, usando la fórmula
de Fredlund y King y los pares de valores de succión y
contenido volumétrico de agua (h, θw)
El modelo EICM generará la función SWCC para
cualquier contenido de agua
MATERIALES NO LIGADOS
2 – PROPIEDADES PARA EL MODELO CLIMÁTICO
2.4 Parámetros de la curva característica del agua en el suelo
(Nivel 2)
Determinar la densidad máxima y la humedad óptima
del suelo mediante el ensayo Proctor (AASHTO T99 o
T180, según el caso)
Determinar la gravedad específica de sólidos, Gs
(AASHTO T100)
Determinar el índice plástico (AASHTO T89 y T90)
Determinar el D60 y el % que pasa tamiz 200 (P200) del
suelo (AASHTO T27)
MATERIALES NO LIGADOS
2 – PROPIEDADES PARA EL MODELO CLIMÁTICO
2.4 Parámetros de la curva característica del agua en el suelo
(Nivel 2)
A partir de los datos anteriores y empleando
correlaciones, el programa calcula los parámetros del
modelo: af, bf, cf y hr
El modelo EICM generará la función SWCC para
cualquier contenido de agua, como en el caso del Nivel 1
MATERIALES NO LIGADOS
2 – PROPIEDADES PARA EL MODELO CLIMÁTICO
2.4 Parámetros de la curva característica del agua en el suelo
(Nivel 3)
En este nivel se procede como en el Nivel 2, salvo que
el valor Gs no se determina mediante ensayo de
laboratorio, sino con la expresión:
ROCA MADRE
La pantalla permite al usuario indicar la presencia de la
roca madre y suministrar los datos de entrada para tener
en cuenta su efecto en el análisis del tanteo de diseño
ROCA MADRE
Existen dos opciones:
—Roca masiva y continua
—Roca intemperizada y fracturada
PROPIEDADES GENERALES
Tipo de material
Espesor de capa
Se debe indicar su espesor si está a poca profundidad o
marcar la casilla correspondiente a “última capa”
Peso unitario
Indicar el valor correspondiente
ANÁLISIS EMPÍRICO - MECANÍSTICO
CÓMPUTO ANALÍTICO
En las pantallas iniciales se ha requerido información
sobre los meses de construcción y de apertura al tránsito
Ello permite al EICM coordinar los datos ambientales a
las condiciones estacionales de temperatura y humedad
esperadas
De esta manera, el programa calcula los perfiles de
temperatura y humedad a través de la profundidad del
pavimento y aplica el tránsito anticipado en cada período
al modelo estructural afectado por el efecto del clima, de
manera de ir evaluando el deterioro del pavimento en un
proceso de progresión en el tiempo
ANÁLISIS EMPÍRICO - MECANÍSTICO
CÓMPUTO ANALÍTICO
En un instante t = t0
1. Se generan los perfiles de temperatura y humedad
2. Se define el espectro de cargas para el siguiente
incremento de tiempo (Δt)
3. Se realiza un análisis estructural para estimar los
esfuerzos y deformaciones críticas en la estructura
4. Se realiza un análisis complementario para determinar
los esfuerzos y deformaciones por causas diferentes a las
cargas (por ejplo, por gradientes térmicos y de humedad)
Proceso de progresión en el tiempo
ANÁLISIS EMPÍRICO - MECANÍSTICO
CÓMPUTO ANALÍTICO
En un instante t = t0
5. Se combinan los esfuerzos y deformaciones críticos por
las cargas y por los otros factores
6. Se computan los incrementos de deterioro del
pavimento con base en los esfuerzos y deformaciones
críticas (o en sus incrementos). Ello se realiza a partir
de modelos determinísticos o empíricos e incluyen
agrietamiento, ahuellamiento, escalonamiento, IRI, etc
Proceso de progresión en el tiempo
ANÁLISIS EMPÍRICO - MECANÍSTICO
CÓMPUTO ANALÍTICO
En un instante t = t0
7. Se estiman los cambios en los parámetros iniciales de
los materiales a causa del daño incremental de la
estructura. Por ejemplo, si una capa estabilizada con
cemento que originalmente tenía un módulo de
2,400,000 psi y ha sido sobreesforzada y agrietada en
este intervalo de tiempo, el valor de éste se reduce
8. Se incrementa la escala de tiempo a t = t0 + Δt y se
repite el ciclo
Proceso de progresión en el tiempo
ANÁLISIS EMPÍRICO - MECANÍSTICO
CÓMPUTO ANALÍTICO
Se analiza si la acumulación de deterioros durante el
período de diseño del pavimento satisface los criterios
de comportamiento:
— En caso afirmativo, la estrategia tentativa de
diseño es viable
— En caso negativo, se deberá modificar la estrategia
y repetir el procedimiento
Acumulación de deterioros
ANÁLISIS EMPÍRICO - MECANÍSTICO
CÓMPUTO ANALÍTICO
Localización de los puntos de análisis para cálculo de deterioros
PAVIMENTO FLEXIBLE
ANÁLISIS EMPÍRICO - MECANÍSTICO
CÓMPUTO ANALÍTICO
Localización de los puntos de análisis para cálculo de deterioros
PAVIMENTO FLEXIBLE
El modelo de respuesta del pavimento debe buscar la
localización que produce el mayor deterioro para cada
respuesta del pavimento, de acuerdo con la configuración
del sistema de carga actuante (simple o múltiple)
El software define unos puntos donde es probable que
ocurra el mayor deterioro bajo el tránsito mezclado y
realiza los cálculos correspondientes en ellos, basando
luego la predicción de comportamiento en las condiciones
de ubicación que producen el máximo deterioro
ANÁLISIS EMPÍRICO - MECANÍSTICO
CÓMPUTO ANALÍTICO
Localización de los puntos de análisis para cálculo de deterioros
PAVIMENTO FLEXIBLE
PLANTA PROFUNDIDAD
ANÁLISIS EMPÍRICO - MECANÍSTICO
CÓMPUTO ANALÍTICO
Localización de los puntos de análisis para cálculo de deterioros
PAVIMENTO RÍGIDO
ANÁLISIS EMPÍRICO - MECANÍSTICO
CÓMPUTO ANALÍTICO
Localización de los puntos de análisis para cálculo de deterioros
PAVIMENTO DE CONCRETO SIMPLE –AGRIETAMIENTO
TRANSVERSAL DE ABAJO HACIA ARRIBA
ANÁLISIS EMPÍRICO - MECANÍSTICO
CÓMPUTO ANALÍTICO
Localización de los puntos de análisis para cálculo de deterioros
PAVIMENTO DE CONCRETO SIMPLE –AGRIETAMIENTO
TRANSVERSAL DE ABAJO HACIA ARRIBA
ANÁLISIS EMPÍRICO - MECANÍSTICO
CÓMPUTO ANALÍTICO
Localización de los puntos de análisis para cálculo de deterioros
PAVIMENTO DE CONCRETO SIMPLE –AGRIETAMIENTO
TRANSVERSAL DE ARRIBA HACIA ABAJO
ANÁLISIS EMPÍRICO - MECANÍSTICO
CÓMPUTO ANALÍTICO
Localización de los puntos de análisis para cálculo de deterioros
PAVIMENTO DE CONCRETO SIMPLE –AGRIETAMIENTO
TRANSVERSAL DE ARRIBA HACIA ABAJO
ANÁLISIS EMPÍRICO - MECANÍSTICO
CÓMPUTO ANALÍTICO
Localización de los puntos de análisis para cálculo de deterioros
PAVIMENTO DE CONCRETO SIMPLE – ESCALONAMIENTO
INCREMENTOS DE LOS DETERIOROS
En el instante t = 0 todos los deterioros son iguales a
cero, excepto el IRI, el cual se ajusta al valor incluido en
la pantalla sobre parámetros de análisis del pavimento
A medida que el tiempo se incrementa, el estado de
esfuerzos en el pavimento va siendo aplicado a unas
relaciones semi empíricas (funciones de transferencia)
que estiman el desarrollo de los deterioros:
Deterioros (instante t+ Δt) = Deterioro (instante t) + Δ deterioro
ANÁLISIS EMPÍRICO - MECANÍSTICO
FUNCIONES DE TRANSFERENCIA
Agrietamiento por fatiga de capas asfálticas
ANÁLISIS EMPÍRICO - MECANÍSTICO
FUNCIONES DE TRANSFERENCIA
Agrietamiento térmico (transversal) de capas asfálticas
ANÁLISIS EMPÍRICO - MECANÍSTICO
FUNCIONES DE TRANSFERENCIA
Agrietamiento transversal de un pavimento rígido
El número de aplicaciones de carga (ni,j,k,l,m,n) es el
número real de ejes de tipo k de determinado nivel l que
pasan a través de la huella de tránsito n bajo cada
condición de edad i, estación j y diferencia de
temperatura m
El número admisible de repeticiones de carga (Ni,j,k,l,m,n)
es el número de ciclos de carga al cual se espera la falla
por fatiga (50% de la losa agrietada) y es función del
esfuerzo aplicado y del módulo de rotura del concreto
ANÁLISIS EMPÍRICO - MECANÍSTICO
FUNCIONES DE TRANSFERENCIA
Agrietamiento transversal de un pavimento rígido
ANÁLISIS EMPÍRICO - MECANÍSTICO
FUNCIONES DE TRANSFERENCIA
Escalonamiento de un pavimento rígido (Faulting)
El escalonamiento se predice mediante una
aproximación por incrementos
Se determina un incremento mensual y el nivel del
escalonamiento real afecta la magnitud del incremento
El escalonamiento en cada mes (Faultm) se determina
como la suma de todos los incrementos de
escalonamiento desde que el pavimento se puso al
servicio
ANÁLISIS EMPÍRICO - MECANÍSTICO
FUNCIONES DE TRANSFERENCIA
Escalonamiento de un pavimento rígido (Faulting)
ANÁLISIS EMPÍRICO - MECANÍSTICO
FUNCIONES DE TRANSFERENCIA
Escalonamiento de un pavimento rígido (Faulting)
ANÁLISIS EMPÍRICO - MECANÍSTICO
FUNCIONES DE TRANSFERENCIA
Escalonamiento de un pavimento rígido (Faulting)
ANÁLISIS EMPÍRICO - MECANÍSTICO
FUNCIONES DE TRANSFERENCIA
Rugosidad (IRI)
El IRI se computa para cada tipo de pavimento y
combinación de materiales, con base en una regresión
lineal usando la calibración nacional del LTPP
Las relaciones generales son de la forma:
ANÁLISIS EMPÍRICO - MECANÍSTICO
IRI = IRI0 + Δ IRI
Δ IRI = f (Dj , Sf)
IRI0 = rugosidad del pavimento nuevo
Dj = efecto de los deterioros superficiales
Sf = efecto de variables no relacionadas con deterioros
superficiales o Factor de Sitio
FUNCIONES DE TRANSFERENCIA
Rugosidad en pavimentos flexibles (IRI)
ANÁLISIS EMPÍRICO - MECANÍSTICO
IRI = IRI0 + 0.03670(SF)[eage/20 -1] + 0.00325(FC) + 0.4092(COVRD/100)
+ 0.00106(TC) + 0.00704(BC) + 0.00156(SLCNWPMH)
SF = factor de sitio
eage/20-1 = factor de edad
FC = agrietamiento por fatiga
RD = ahuellamiento
SDRD = desviación estándar del ahuellamiento
TC = longitud de las grietas transversales
BC = área de agrietamiento en bloque
SLCNWPMH = longitud de grietas longitudinales selladas, por fuera de la huella
de tránsito
RD
RD..
RD
SDCOV RD
RD
212606650
FUNCIONES DE TRANSFERENCIA
Rugosidad en pavimentos rígidos (IRI)
ANÁLISIS EMPÍRICO - MECANÍSTICO
IRI = IRI0 + 0.0823(CRK)+ 0.442(SPALL) +
1.4929(TFAULT) + 25.24(SF)
CRK = porcentaje de losas con grietas transversales y de
esquina
SPALL = porcentaje de juntas con descascaramientos de
severidad media y alta
TFAULT = total de escalonamiento en las juntas, pulgadas/milla
AGE = edad del pavimento, años
FI = índice de congelamiento, ºF días
P0.075 = pasante del tamiz # 200 del suelo de subrasante
MÓDULO DE SALIDAS
Las salidas se dan en formatos de Excel e incluyen:
— Un resumen de los datos de entrada, incluyendo
variables secundarias e índices basados en los “inputs”
— Una tabla resumen que muestra la evolución de los
diferentes índices de deterioro
— Una tabla resumen que compara los valores finales de
los deterioros con los criterios de comportamiento
— Una tabla resumen de la evolución de los parámetros
que varían con el tiempo o con la temperatura
— Para cada tipo de deterioro:
† Una tabla resumen de su evolución en el tiempo
† Una gráfica de su evolución en el tiempo
ANÁLISIS DE SENSIBILIDAD
El análisis de sensibilidad permite al ingeniero identificar el
nivel de importancia que tiene cada uno de los datos de
entrada (inputs) sobre el resultado del diseño del pavimento
Centenares de corridas de los programas de diseño de
pavimentos flexibles y de concreto simple, permitieron al
Departamento de Transporte de Iowa conocer los efectos de
las diversas variables sobre:
— Agrietamiento longitudinal, piel de cocodrilo y
térmico, ahuellamiento y lisura (IRI) de los pavimentos
flexibles
— Escalonamiento, agrietamiento y lisura (IRI) de los
pavimentos de concreto simple
SENSIBILIDAD EN EL DISEÑO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES
SENSIBILIDAD DEL AGRIETAMIENTO LONGITUDINAL
(ARRIBA-ABAJO) A LOS DATOS DE ENTRADA
EFECTO DEL GRADO DEL ASFALTO SOBRE EL
AGRIETAMIENTO LONGITUDINAL (ARRIBA-ABAJO)
SENSIBILIDAD EN EL DISEÑO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES
EFECTO DEL TIPO DE SUBRASANTE SOBRE EL
AGRIETAMIENTO LONGITUDINAL (ARRIBA-ABAJO) DE UN
PAVIMENTO FLEXIBLE
SENSIBILIDAD EN EL DISEÑO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES
SENSIBILIDAD DEL AGRIETAMIENTO PIEL DE COCODRILO
(ABAJO-ARRIBA) A LOS DATOS DE ENTRADA
SENSIBILIDAD EN EL DISEÑO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES
EFECTO DEL TIPO Y MÓDULO DE LA BASE SOBRE EL
AGRIETAMIENTO PIEL DE COCODRILO
SENSIBILIDAD EN EL DISEÑO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES
EFECTO DEL ESPESOR DE LA SUBBASE SOBRE EL
AGRIETAMIENTO PIEL DE COCODRILO
SENSIBILIDAD EN EL DISEÑO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES
SENSIBILIDAD DEL AGRIETAMIENTO TRANSVERSAL
(TÉRMICO) A LOS DATOS DE ENTRADA
SENSIBILIDAD EN EL DISEÑO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES
EFECTO DE LAS PROPIEDADES VOLUMÉTRICAS DE LA
MEZCLA SOBRE EL AGRIETAMIENTO TRANSVERSAL
SENSIBILIDAD EN EL DISEÑO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES
SENSIBILIDAD DEL AHUELLAMIENTO DEL CONCRETO
ASFÁLTICO A LOS DATOS DE ENTRADA
SENSIBILIDAD EN EL DISEÑO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES
EFECTO DEL VOLUMEN DE TRÁNSITO SOBRE EL
AHUELLAMIENTO DEL CONCRETO ASFÁLTICO
SENSIBILIDAD EN EL DISEÑO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES
EFECTO DEL GRADO DEL ASFALTO SOBRE EL
AHUELLAMIENTO DEL CONCRETO ASFÁLTICO
SENSIBILIDAD EN EL DISEÑO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES
SENSIBILIDAD DEL AHUELLAMIENTO DE LA BASE Y LA
SUBBASE A LOS DATOS DE ENTRADA
SENSIBILIDAD EN EL DISEÑO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES
EFECTO DEL TRÁNSITO SOBRE EL AHUELLAMIENTO DE
UNA CAPA DE BASE
SENSIBILIDAD EN EL DISEÑO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES
SENSIBILIDAD DEL AHUELLAMIENTO DE LA
SUBRASANTE A LOS DATOS DE ENTRADA
SENSIBILIDAD EN EL DISEÑO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES
EFECTO DEL TRÁNSITO SOBRE EL AHUELLAMIENTO DE
UNA SUBRASANTE
SENSIBILIDAD EN EL DISEÑO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES
SENSIBILIDAD DEL AHUELLAMIENTO TOTAL A LOS
DATOS DE ENTRADA
SENSIBILIDAD EN EL DISEÑO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES
EFECTO DEL TRÁNSITO SOBRE EL AHUELLAMIENTO
TOTAL DE UN PAVIMENTO ASFÁLTICO
SENSIBILIDAD EN EL DISEÑO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES
EFECTO DEL ESPESOR DE LA SUBBASE SOBRE EL
AHUELLAMIENTO TOTAL DE UN PAVIMENTO ASFÁLTICO
SENSIBILIDAD EN EL DISEÑO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES
EFECTO DEL TIPO Y MÓDULO DE LA BASE SOBRE LA
LISURA (IRI) DE UN PAVIMENTO ASFÁLTICO
SENSIBILIDAD EN EL DISEÑO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES
SENSIBILIDAD DEL ESCALONAMIENTO A LOS DATOS DE ENTRADA
SENSIBILIDAD EN EL DISEÑO DE PAVIMENTOS RÍGIDOS
EFECTO DE LA PRESENCIA DE VARILLAS DE
TRANSFERENCIA SOBRE EL ESCALONAMIENTO
SENSIBILIDAD EN EL DISEÑO DE PAVIMENTOS RÍGIDOS
EFECTO DE LA DIFERENCIA EFECTIVA DE
TEMPERATURA SOBRE EL ESCALONAMIENTO
SENSIBILIDAD EN EL DISEÑO DE PAVIMENTOS RÍGIDOS
EFECTO DE LA LOCALIZACIÓN DE LA HUELLA DE
CIRCULACIÓN SOBRE EL ESCALONAMIENTO
SENSIBILIDAD EN EL DISEÑO DE PAVIMENTOS RÍGIDOS
SENSIBILIDAD DEL AGRIETAMIENTO A LOS DATOS DE ENTRADA
SENSIBILIDAD EN EL DISEÑO DE PAVIMENTOS RÍGIDOS
EFECTO DE LA SEPARACIÓN ENTRE JUNTAS
TRANSVERSALES SOBRE EL AGRIETAMIENTO
SENSIBILIDAD EN EL DISEÑO DE PAVIMENTOS RÍGIDOS
EFECTO DE LA DIFERENCIA EFECTIVA DE
TEMPERATURA SOBRE EL IRI
SENSIBILIDAD EN EL DISEÑO DE PAVIMENTOS RÍGIDOS