guía para el uso del método de diseño de estructuras de pavimentos nuevos según método aashto...

UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR

FACULTAD DE INGENIERA Y ARQUITECTURA

ESCUELA DE INGENIERA CIVIL

GUA PARA EL USO DEL MTODO DE DISEO DE ESTRUCTURAS DE PAVIMENTOS NUEVOS SEGN

MTODO AASHTO 2002

PRESENTADO POR

Jorge Alexander Figueroa Gmez

PARA OPTAR AL TITULO DE

INGENIERO CIVIL

CIUDAD UNIVERSITARIA, DICIEMBRE DEL 2005


RECTORA :

DRA. MARA ISABEL RODRGUEZ

SECRETARIA GENERAL:

LICDA. ALICIA MARGARITA RIVAS DE RECINOS


DECANO :

ING. MARIO ROBERTO NIETO LOVO

SECRETARIO :

ING. OSCAR EDUARDO MARROQUN HERNNDEZ


DIRECTOR :

ING. LUIS RODOLFO NOSIGLIA DURN




Trabajo de Graduacin previo a la opcin al Grado de:

INGENIERO CIVIL

Ttulo :

GUA PARA EL USO DEL MTODO DE DISEO DE ESTRUCTURAS DE PAVIMENTOS NUEVOS SEGN MTODO AASHTO 2002

Presentado por :

Jorge Alexander Figueroa Gmez

Trabajo de Graduacin aprobado por :

Docentes Directores :

Ing. Mauricio Ernesto Valencia

Ing. Edgar Alfredo Gavidia Paredes

Ing. Carlos Antonio Quintanilla Rodrguez

San Salvador, Diciembre del 2005

Trabajo de Graduacin Aprobado por:

Docentes Directores:

Ing. Mauricio Ernesto Valencia

Ing. Edgar Alfredo Gavidia Paredes

Ing. Carlos Antonio Quintanilla Rodrguez

AGRADECIMIENTOS

A Dios Todopoderoso por todos esos momentos felices, tristes y de desesperacin en los cuales nunca me dejaste solo a lo largo de mi vida.

Gracias a tu gran amor y misericordia, me has permitido ser lo que soy en

estos momentos. Gracias por la fortaleza que me has brindado hasta hoy y por

el anhelo de tratar de ser un hombre de bien.

A mis padres por haberme otorgado toda su paciencia y amor, por respaldarme en todo momento, por estar conmigo en las buenas y en las

malas. Gracias por todo y por haberme permitido ser lo que soy ahora con sus

consejos y apoyo en todo momento, los amo mucho y esto es el fruto de sus

esfuerzos, se los dedico de todo corazn.

A mi hermana por estar conmigo en todo momento, por apoyarme en el proceso de mi vida, por haber compartido un poco de su tiempo en el proceso

de este trabajo de tesis. Por todo esto y ms, Gracias.

A toda mi familia que confi en m en todo momento. Gracias a mis tos en Australia por estar pendientes de m y por apoyarme desde lejos. A m

ta que se encuentra en el pas por apoyarme y creer en m. A mi familia en

general que confi en m. A todos ustedes, muchas gracias.

A la Familia Alvarez por haberme apoyado en los momentos ms difciles en el proceso de este trabajo, les estar eternamente agradecido.

Muchas gracias por su ayuda desinteresada y que Dios los bendiga siempre.

Gracias.

A mis amigos y conocidos por haber credo en m y por apoyarme en los momentos ms difciles en el proceso de este trabajo de tesis. Parte de este

vi

trabajo esta hecho con sus consejos y ayuda desinteresada, buena onda por

todo. Gracias por aquellas personas que me ayudaron con informacin tcnica,

consejos y apoyo en todo momento. Gracias por brindarme apoyo en especial a

Susana, Hctor, Alba y Eva por brindar parte de su tiempo en la elaboracin

de este trabajo. Me apoyaron mucho de varias formas y les estoy eternamente

agradecido. Gracias.

A Ing. Carlos Quintanilla por su tiempo, paciencia y dedicacin para el desarrollo de este trabajo de tesis. Gracias por compartir parte de su tiempo,

su conocimiento y tener confianza en m para la realizacin de este trabajo.

A Ing. Mauricio Valencia por su tiempo y dedicacin en este trabajo de graduacin. Por la confianza brindada y por el apoyo para la realizacin de

este documento.

A Ing. Edgar Gavidia por la dedicacin y empeo en el desarrollo de este trabajo.

A Ing. Ricardo Burgos por brindarme parte de su tiempo y de sus conocimientos. Gracias por el apoyo tcnico y revisiones de este documento.

A Ing. Lesly Mendoza por su apoyo desinteresado, por brindarme parte de su tiempo y por confiar en m para la realizacin de este documento.

Y a todas las personas que en forma directa e indirecta me ayudaron en

el desarrollo y formacin de este trabajo. Muchas Gracias.

NDICE

Introduccin..xiv

CAPITULO 1.

Antecedentes del Mtodo de diseo AASHTO 2002 (Anteproyecto).

1.1 Antecedentes.. 2

1.1.1 Generalidades. 2

1.1.2 Desarrollo histrico del diseo de pavimentos... 2

1.1.3 Evolucin de los procedimientos de diseo AASHTO... 9

1.1.4 Diseo Emprico vs. Diseo Mecanicista.11

1.2 Planteamiento del problema.13

1.3 Objetivos.14

1.4 Alcances..15

1.5 Limitaciones..16

1.6 Justificaciones..17

CAPITULO 2.

Introduccin al Mtodo de diseo Mecanicista-Emprico.

2.1 Visin General de los conceptos del diseo Mecanicista-

Emprico 19

viii

2.1.1 Definiciones..19

2.1.2 Procesos de Diseo Mecanicista-Emprico para pavimentos..20

2.1.3 Ventajas y Caractersticas del mtodo Mecanicista-

Emprico.....21

2.2 Sistema de Manejo de informacin del Desempeo del Pavimento

a Largo Plazo (LTPP).36

2.2.1 Introduccin...36

2.2.2 Objetivo del programa LTPP..37

2.2.3 Los experimentos del LTPP38

2.2.4 Estudios generales del pavimento..39

2.3 Datos de Entrada para el Diseo.47

2.3.1 Trnsito...47

2.3.2 Subrasante.75

2.3.3 Materiales para pavimentos..87

2.3.4 Efectos del medio ambiente ..87

2.4 Drenaje...177

2.4.1 Introduccin.177

2.4.2 Fallas Inducidas por la humedad.178

2.4.3 Principios de un sistema de drenaje.180

2.4.4 Sistemas de drenaje subterrneos de caminos.182

2.4.5 Material para drenaje...184

2.4.6 Diseo de drenaje sistemtico para la superficie....188

2.4 Hombros....202

2.4.1 Consideraciones geomtricas.202

2.4.2 Cargas de trfico sobre los hombros...203

ix

CAPITULO 3.

Anlisis estructural, prediccin de desempeo mecanicista-emprico de

pavimentos rgidos nuevos.

3.1 Modelos de comportamiento estructural....209


3.1.2 Esfuerzos debido a curvaturas de la losa..210

3.1.3 Esfuerzos y deflexiones debido a las cargas.215

3.1.4 Esfuerzos debido a la friccin.226

3.2 Modelos de prediccin de fallas estructurales en pavimentos

Rgidos....228


3.2.2 Modelos estructurales..229

3.2.3 Modelos de grietas por fatiga.230

3.2.4 Modelos de bombeo y erosin.233

3.2.5 Modelos de fallas...235

3.2.6 Deterioro de juntas.240

3.2.7 Modelos de despostillamiento.241

3.3 Deterioros en pavimentos de concreto hidrulico.243

CAPITULO 4.

Anlisis estructural, prediccin de desempeo mecanicista-emprico de pavimentos flexibles nuevos.

4.1 Modelo y respuesta de comportamiento estructural.......265

x


4.1.2 Teora del semi-espacio elstico de Boussinesq.....266

4.1.3 Masa homognea..267

4.1.4 Sistema de capas.....268

4.1.5 Sistemas de doble capa..269

4.1.6 Sistemas de tres capas...276

4.1 Modelo y respuesta de comportamiento estructural.....265


4.2.2 Modelos de grieta por fatiga.....278

4.2.3 Modelos de ahuellamiento.280

4.2.4 Modelos de grietas por bajas temperaturas.287

4.3 Deterioros en pavimentos asflticos...287

CAPITULO 5.

Diseo de pavimentos flexibles nuevos.

5.1 Visin general del proceso de diseo de pavimentos flexibles

nuevos..300

5.2 Entrada de datos para el diseo de pavimentos flexibles

nuevos..302

5.2.1 Informacin general....303

5.2.2 Identificacin del sitio/proyecto..304

5.2.3 Anlisis de parmetros..305

5.2.4 Trfico.....308

5.2.5 Clima...315

5.2.6 Estructura de pavimento...317

xi

5.3 Reglas de simulacin...327

5.3.1 Notas generales......328

5.3.2 Capas de subrasante.328

5.3.3 Materiales de agregados no ligados..329

5.3.4 Materiales estabilizados y tratados......330

5.3.5 Capas/materiales de drenaje..332

5.3.6 Materiales y mezcla de HMA....332

5.4 Ejemplo de diseo de un pavimento flexible utilizando el

mtodo de diseo AASHTO 2002...............................................333


5.4.2 Criterios de comportamiento.333

5.4.3 Localizacin...334

5.4.4 Trfico.....334

5.4.5 Propiedades de drenaje y de superficie....336

5.4.6 Propiedades del material asfltico.....336

5.4.7 Subrasante.......337

5.4.8 Otras capas...337

5.4.9 Diseo de prueba....338

5.5 Ejemplo de diseo de un pavimento flexible utilizando el

mtodo de diseo AASHTO 1993...............................................382

CAPITULO 6.

Diseo de pavimentos rgidos nuevos.

6.1 Visin general del proceso de diseo de pavimentos rgidos

nuevos..387

xii

6.2 Entrada de datos para el diseo de pavimentos rgidos

nuevos..390


6.2.2 Identificacin del sitio/proyecto..391

6.2.3 Anlisis de parmetros..392

6.2.4 Trfico.....394

6.2.5 Clima...400

6.2.6 Propiedades de drenaje y de la superficie...406

6.2.7 Estructura de pavimento...408

6.2.8 Caractersticas de diseo del pavimento rgido..422

6.3 Consideraciones de diseo para JPCP..427

6.3.1 Espesor de losa......428

6.3.2 Ancho de losa...428

6.3.3 Materiales del concreto hidrulico..429

6.3.4 Espaciamiento entre juntas........431

6.3.5 LTE en juntas transversales....432

6.3.6 Profundidad del cortado con sierra de las juntas

transversales....433

6.3.7 Transferencia de carga y amarre en juntas longitudinales434

6.3.8 Profundidad del cortado con sierra de las juntas

Longitudinales..434

6.3.9 Base....435

6.3.10. Subbase........437

6.3.11. Drenaje subsuperficial......437

6.3.12. Diseo de hombros........439

6.3.13. Mejoramiento de la subrasante......439

6.4 Ejemplo de diseo de un JPCP utilizando el mtodo de

diseo AASHTO 2002.................................................................440

xiii


6.4.2 Criterios de comportamiento.440

6.4.3 Localizacin...440

6.4.4 Trfico.....441

6.4.5 Propiedades de la superficie y de drenaje...443

6.4.6 Caractersticas de diseo para el JPCP....443

6.4.7 Propiedades de mezcla del concreto hidrulico..443

6.4.8. Material de la base......444

6.4.9 Subrasante........444

6.4.10 Diseo de prueba........445

6.5 Ejemplo de diseo de un JPCP utilizando el mtodo de

diseo AASHTO 1993.................................................................483

CAPITULO 7.

Conclusiones......489

Recomendaciones....491

Bibliografa.....495

Glosario de trminos..498

Anexos

xiv

INTRODUCCIN.

Con mucha expectativa, los diseadores de pavimentos estn esperando

que se ponga a su disposicin la ltima gua de diseo estructural conocida

como AASHTO 2002.

El objetivo general de esta nueva Gua de Diseo AASHTO 2002 es el de

proveer a la comunidad vial una herramienta ms adecuada para el diseo de

estructuras nuevas y rehabilitadas de pavimentos, basada en principios

mecanicistas-empricos.

Una caracterstica innovadora de la nueva gua de diseo AASHTO es

que define varios niveles de complejidad en funcin del trnsito e importancia

de la carretera, los cuales se desarrollarn posteriormente.

Adems permite la calibracin de modelos de desempeo mecanicistas-

empricos en funcin de las condiciones particulares del proyecto, lo cual

favorecer su aplicacin universal.

Otro cambio importante es que muy pronto los diseadores estarn

empleando distribuciones de frecuencia para cargas por eje (a la usanza de la

metodologa PCA para pavimentos rgidos), en vez del concepto de ejes

equivalentes simples de 8.200 Kg., que pasa a la historia con esta nueva Gua,

al igual que el ndice de serviciabilidad (PSI), que cede su lugar a indicadores

de deterioro funcional y estructural.

Este nuevo mtodo representa un cambio significativo en el

procedimiento de diseo de pavimentos. En la aplicacin de la Gua de Diseo

AASHTO 2002 se debe considerar, en primer lugar, las condiciones especficas

del sitio involucrado (trfico, clima, suelo de la subrasante, condicin del

xv

pavimento existente si se trata de una rehabilitacin), as como las condiciones

de la construccin; a continuacin, el diseador deber proponer un diseo de

prueba a ser evaluado mediante corridas del software que provee el AASHTO

2002, para determinar as si ste es adecuado conforme a los pronsticos de

los deterioros y de rugosidad lisa durante su vida til.

Si el diseo de prueba no satisface los criterios de desempeo

preestablecidos, ste debe ser revisado mediante la repeticin del proceso de

evaluacin las veces que sea necesario. De esta manera, el diseador estar

plenamente involucrado en el proceso de diseo y tendr flexibilidad para

considerar particularidades y materiales para las condiciones prevalecientes

en el sitio.

Una limitante del mtodo AASHTO 1993, como en todo estudio

emprico, ha sido la de establecer la validez de las relaciones propuestas para

condiciones diferentes a las existentes en el lugar de la prueba, situacin que

ha inquietado a los diseadores al momento de aplicarlo a las condiciones

locales de un proyecto.

A travs de los aos, se han analizado una serie de modelos

matemticos, conocidos como "mecanicistas", que han procurado reflejar el

funcionamiento estructural del pavimento al experimentar carga, mismos que

se han utilizado como materia prima para la modelacin con mtodos

empricos comprobados en la prctica (se asocia la respuesta elstica ante la

carga con repeticiones de carga para la falla estructural a partir de regresin

mltiple).

A partir de la versin del ao 1986, el mtodo de diseo AASHTO

comenz a introducir conceptos mecanicistas para adecuar algunos

parmetros a condiciones diferentes a las que imperaron en el lugar del ensayo

xvi

original. Tales modelos matemticos requieren calibracin para las condiciones

locales del rea donde se pretenden aplicar.

La enorme suma que todos los aos se emplea en conservacin y

construccin vial obliga a la aplicacin de los mejores procedimientos de

diseo disponibles para as optimizar el uso de los recursos del pas. Una

mejora como la comentada en el diseo de las vas ser un significativo aporte

a la reduccin del costo del mantenimiento de la red vial.

CAPITULO 1

ANTECEDENTES DEL

MTODO DE DISEO

AASHTO 2002

(ANTEPROYECTO)

2

1.1 ANTECEDENTES

1.1.1 GENERALIDADES.

Los mtodos de diseo de la Asociacin de Autoridades Estatales de

Carreteras y Transporte por sus siglas en ingls (AASHTO) se basan en

resultados y conclusiones obtenidos de ensayos de los Experimentos Viales de

la Asociacin Americana de Autoridades Estatales de Carreteras (AASHO) en

Estados Unidos de Amrica de las cuales surgieron ecuaciones empricas que

sirvieron de base para el diseo de pavimentos tanto flexibles como rgidos. Los

ensayos ms importantes de los Experimentos Viales AASHO fueron los

realizados entre 1958 y 1960 cerca de Ottawa, en el estado de Illinois.

1.1.2 DESARROLLO HISTRICO DEL DISEO DE PAVIMENTOS.

1.1.2.1 MTODOS PREVIOS A ENSAYOS DE LOS EXPERIMENTOS

VIALES (ROAD TEST).

Los primeros mtodos de diseo de pavimentos se remontan a tiempos

anteriores a 1920. En ese tiempo los diseos se hacan en base a la experiencia

y al sentido comn del proyectista. En algunos casos los resultados eran

buenos, pero cuando se extrapolaban a zonas de diferente tipo de suelo,

distinta composicin de trnsito y distinto clima, los resultados eran dudosos,

por lo que eran mtodos poco confiables.

3

a. MTODOS BASADOS EN LA MECNICA DE SUELOS. Muchos de estos mtodos estaban basados en principios geotcnicos. El

concepto era proteger la subrasante de tensiones excesivas colocando un

espesor suficiente de materiales por encima de sta.

1. Mtodo del ndice de Grupo. Se basa en el concepto del ndice de Grupo. El ndice de Grupo de un

suelo aumenta a medida que disminuye su calidad, por lo tanto, a subrasantes

de alto ndice de Grupo le correspondern grandes espesores de pavimentos.

Este mtodo no especificaba cargas por eje, simplemente tiene en cuenta el

nmero de vehculos pesados diarios.

2. Mtodos Edafolgicos. Estn basados en la clasificacin de la formacin de suelos. Se basan en

el principio de que los suelos del mismo origen y con condiciones climticas

similares tendrn propiedades ingenieriles similares.

b. MTODOS BASADOS EN LA RESISTENCIA. Estos mtodos usan las propiedades de resistencia o de carga-

deformacin de los suelos que forman las subrasantes.

1. Mtodo del Valor Soporte California (CBR). Este mtodo usa las caractersticas de carga-deformacin de la

subrasante, subbase y base y en forma emprica los relaciona con los

espesores totales del pavimento, de base y subbase. El CBR es la relacin

existente entre una carga que produce una deformacin de 0.1 pulg. (2.5 mm)

en el material en cuestin y la carga que produce esa misma deformacin en

una muestra patrn que es un material granular de excelentes cualidades.

4

2. Mtodo del valor R de Hveem. Se basa en el ensayo del estabilmetro de Hveem que mide las presiones

horizontales desarrolladas en un material granular por efecto de la aplicacin

de una carga vertical. A mayor resistencia a la presin vertical, mejor ser la

calidad del material. El espesor de un paquete estructural es funcin del valor

R de la subrasante, a menor R mayor espesor.

3. Mtodos basados en ensayos de carga-deformacin. Este mtodo de diseo supone que el comportamiento del pavimento es

funcin de las caractersticas de carga-deformacin de la subrasante. Para

medir esta caracterstica se usa el ensayo de la placa o plato de carga en el

cual la subrasante es cargada a travs de una serie de placas rgidas de 300 a

750 mm. de dimetro y se mide la deflexin de la placa. El espesor de diseo

est basado en una correlacin entre la deflexin de la placa y el

comportamiento del pavimento.

4. Mtodos basados en ensayos triaxiales. Se coloca la muestra de material a ensayar dentro de una cmara

triaxial, se le aplica una presin de confinamiento que simula las condiciones

imperantes en el pavimento y se le carga verticalmente hasta rotura. Estas

tensiones de rotura se relacionan con los espesores de pavimentos necesarios

para proteger la subrasante y tambin espesores de base para proteger la

subbase.

1.1.2.2 MTODOS DE DISEO BASADOS EN ENSAYOS DE LOS EXPERIMENTOS VIALES (ROAD TEST).

1. Experimento Vial de Bates. En la dcada de 1920 a1930, los ingenieros comenzaron a reconocer que

las cargas de trnsito y su distribucin por ejes eran factores fundamentales

en el diseo de pavimentos. As la Divisin de Carreteras de Illinois realiz el

5

Experimento Vial de Bates entre 1922 y 1923. Este ensayo fue hecho en una

calzada de 4 Km. de largo cerca de Springfield, Illinois.

La misma fue dividida en distintos sectores y se usaron diferentes

materiales: Ladrillo, concreto asfltico y hormign.

2. Experimento Vial de Maryland. Se hizo en 1950 sobre un tramo de 1.8 km. de un pavimento rgido de

una ruta existente cerca de La Plata, Maryland. El ensayo consista en estudiar

una seccin transversal de espesor variable (7-9 pulg.) con juntas de

contraccin cada 12.2m. y juntas de expansin cada 36.6m. La losa se arm

con malla de acero y se usaron pasadores de 19 mm. de dimetro en

correspondencia con las juntas transversales.

El objetivo de este ensayo fue determinar los efectos relativos de cuatro

distintas cargas por eje usando dos vehculos tipo. Las cargas eran 80 KN

(simple), 100 KN (simple), 142 KN (tndem) y 200KN (tndem). Estas eran las

cargas previstas en la red vial. Los resultados de los ensayos eran los

siguientes:

a) La figuracin y asentamiento de la losa en las juntas se incrementaba

de acuerdo a las cargas en este orden: 80 kN (simple), 142 kN (tandem),

100 kN (simple), 200 kN (tandem).

b) Cuando haban subrasantes plsticas se observaba bombeo, pero esto

no ocurra cuando la subrasante era granular con muy pequeos

porcentajes de limo y arcilla.

c) La equivalencia entre ejes tandem y ejes simples dependa de la

ubicacin transversal de la carga.

d) Las tensiones y deflexiones causadas por cargas actuando en las

esquinas y bordes estaban influenciadas por el alabeo trmico.

6

3. Experimento Vial de la WASHO. Fue realizado entre 1953 y 1954 por la Asociacin de Autoridades

Estatales de Carreteras del Oeste por sus siglas en ingls (WASHO) en la ruta

existente cerca de Malad, Idaho. Se hicieron dos pistas de 580 m. en tramo

recto cada una, en las cuales haba 5 secciones de ensayos de 92 m. de largo

separados por tramos en transicin de 30 m. Las cargas por ejes usadas

fueron: 80 kN (simple), 100 kN (simple), 142 kN (tandem), 178 kN (tandem).

Los espesores de pavimentos oscilaban entre 152 y 559 mm. (6 a 22

pulg.). Las conclusiones fueron:

a) El dao en el pavimento se incrementaba en el siguiente orden: 80 KN

(simple), 142 kN (tandem), 100 kN (simple), 178 kN (tandem).

b) El comportamiento del pavimento con 4 pulg. de concreto asfltico fue

superior a uno de igual espesor pero con 2 pulg. de concreto asfltico.

c) De acuerdo a las fallas producidas al pavimento, un eje tandem con una

carga 1.5 veces mayor que la carga de un eje simple es equivalente a ese

eje simple. La equivalencia entre ejes simples y tandem en lo

concerniente a deformaciones es 1.8 veces.

4. Experimento Vial de AASHO. Fue el ltimo de los grandes ensayos de los Experimentos Viales en

Estados Unidos. Fue hecho entre 1958 y 1960 cerca de Ottawa, Illinois. Se

eligi esta zona por poseer caractersticas de suelos uniformes y tpicos de gran

parte de Estados Unidos. Por otro lado el clima es el tpico del norte del Pas.

Este ensayo introdujo el concepto de serviciabilidad en el diseo de

pavimentos. La serviciabilidad es una medida de la capacidad del pavimento

para brindar una superficie lisa y suave al usuario. Este parmetro vara entre

0 (pavimento intransitable) a 5 (pavimento perfecto). Para cada seccin de

pavimentos se estudi el ndice de serviciabilidad presente o actual, PSI (ndice

7

de serviciabilidad presente) y se grafic en funcin del tiempo. En base a datos

de este tipo se dedujeron las ecuaciones de diseo.

4.1 Extensiones de los Experimentos Viales de la AASHO. Fue el ensayo ms completo realizado hasta el momento, pero adoleca

de ciertos defectos como ser: Un nico ambiente, el mismo tipo de subrasante

y materiales para pavimentos del norte de Illinois. Como paso siguiente se

consideraban diferentes condiciones y materiales. Los componentes del

proceso de diseo que requeran verificacin local eran:

- Factor regional (clima).

- Valor soporte para distintas subrasantes.

- Coeficientes estructurales para las distintas capas.

Se hacan estudios complementarios en otras regiones de Estados

Unidos con diferentes materiales y condiciones ambientales, pero

lamentablemente nunca se llevaron a cabo dejando al mtodo AASHTO con

estas limitaciones:

- Verificacin.

- Base de datos estadsticos inadecuados.

- Definiciones no reales de falla.

No obstante, esto sirvi de base para muchos procesos de diseo de

pavimentos en Estados Unidos.

4.2 Objetivos de los Experimentos Viales de la AASHO. Los objetivos de AASHO eran:

a) Determinar la relacin entre el nmero de repeticiones de cargas por eje

de diferente magnitud y configuracin y el espesor necesario de

8

pavimento (rgido o flexible) que apoya en una subrasante de

caractersticas conocidas.

b) Determinar los efectos significativos de vehculos de distinto peso

cuando se aplican solicitaciones de distinta frecuencia a los puentes.

Los puentes analizados eran vigas I de acero, de concreto armado y de

concreto pretensado.

c) Realizar estudios especiales en lo que concierne a hombros, tipos de

base, fatiga del pavimento, dimensiones y presin de neumticos y

vehculos militares pesados y correlacionar los resultados de estos

estudios especiales con los de la investigacin bsica.

d) Tomar los datos recolectados necesarios para mantener las secciones de

estudio lo mximo posible en buenas condiciones para la medida de las

variables en estudio.

e) Desarrollar instrumentos, procedimientos de ensayos, datos, tablas,

grficos y frmulas que reflejen la capacidad de las distintas secciones

ensayadas y que sern muy valiosas en el diseo de futuras carreteras y

en la evaluacin de la calidad de calzadas existentes.

9

1.1.3 EVOLUCIN DE LOS PROCEDIMIENTOS DE DISEO AASHTO.

En el perodo de 1958 a 1960 se realizaron los Experimentos Viales

de la AASHO.

La primera Gua de Diseo AASHTO que se emiti fue en 1961. Esta

fue revisada y expandida muchas veces.

En 1961 y 1962 se realiz la Gua Provisional de AASHO.

En 1972 se revis la Gua Provisional AASHO.

En el ao de 1981 se revis el Captulo III referente a pavimentos

Rgidos.

En 1986 apareci la Gua de Diseo de Estructuras de Pavimentos

AASHTO.

En 1993 apareci la Gua de Diseo de Estructuras de Pavimentos

AASHTO con el concepto del proceso de diseo de sobrecapas.

En el ao de 1998 se present un suplemento para la Gua de

Diseo de Estructuras de Pavimentos AASHTO de 1993 que estaba

enfocado al diseo de pavimentos rgidos. En esta etapa de la Gua

de Diseo AASHTO se comenz con los principios del mtodo

mecanicista.

Este fue el comienzo del uso del mtodo Mecnico-Emprico y el

comienzo de una nueva era del diseo de pavimentos con la nueva

Gua de Diseo AASHTO 2002.

Los clsicos mtodos de AASHTO surgieron debido a las pruebas

anteriores, presentndoseles muchas modificaciones en sus versiones pero

aunque todava son de carcter emprico, se diferencia del nuevo mtodo de

diseo AASHTO 2002 en que ahora contiene una base mecanicista, apoyada en

la teora de la elasticidad y en la aplicacin de modelos de deterioro de

pavimentos.

10

La gua de diseo AASHTO 2002 representa un mayor cambio en la

forma del desarrollo del diseo del pavimento. El diseador considera primer

lugar condiciones de sitio como trfico, clima, subrasante, condiciones del

pavimento existente para el caso de rehabilitacin y en segundo lugar una

propuesta de un diseo de prueba que se ajusta de acuerdo a los

comportamientos estructurales y funcionales obtenidos.

El diseador esta completamente envuelto en el proceso de diseo y

tiene la flexibilidad para considerar diferentes caractersticas de diseo y

materiales predominantes del sitio.

El formato emprico-mecanicista de la Gua de Diseo AASHTO 2002

provee un bosquejo para el continuo mejoramiento y mantenimiento con

cambios en el transporte, materiales, construccin, conceptos de diseo, uso

de software, etc.

Yoder y Witczak (1975) sealaron que el proceso de diseo de cualquier

pavimento para ser completamente racional, se deben considerar tres

elementos primordiales, los cuales la Gua de Diseo considera:

La teora para predecir las fallas asumidas parmetros de deterioro.

La evaluacin de las propiedades de los materiales aplicables a la teora

seleccionada.

La determinacin entre la relacin de la magnitud de los parmetros en

cuestin al nivel de desarrollo deseado.

El mtodo mecanicista se apoya en la teora de la elasticidad lineal o no

lineal. Es vlido considerar la teora elstica lineal en primera aproximacin

dado que las deformaciones que sufre el pavimento por las cargas de trnsito

son prcticamente elsticas. Es debe considerar la teora de la elasticidad dado

que el tiempo de aplicacin de la carga que ejercen las llantas al pavimento es

muy pequeo.

11

1.1.4 DISEO EMPRICO vs. DISEO MECANICISTA.

Los procesos de diseo de pavimentos actuales (conocidos como

procedimientos empricos) son basados en experiencias ingenieriles y

observaciones entre la relacin y la realizacin del pavimento, cargas de trfico

y espesores de pavimentos para una regin y clima en particular.

Figura 1.1. Diseo Emprico vs. Diseo Mecanicista1

El procedimiento del diseo mecnico est basado en la propiedad de los

materiales y cmo estas propiedades se relacionan con la realizacin del

pavimento. El procedimiento mecnico permite a los ingenieros adaptar el

diseo del pavimento a materiales especficos, lugares de ejecucin, cargas de

trfico.

1 Fig. 1.1: Instructor Manual Module 1-1. Course Objectives and Organization. Pg. 1-1.5

12

El programa del Comportamiento del Pavimento de Largo Plazo en sus

siglas en ingls (LTPP) fue diseado e inicializado a finales de 1980 como un

proceso sistemtico de 20 aos para la recoleccin de datos.

Entendiendo el por qu la realizacin de algunos pavimentos es mejor

que otros, es la clave para la construccin y mantenimiento del sistema de

carreteras de costos rentables. Eso es porque en 1987 el programa LTPP (un

estudio exhaustivo de 20 aos de servicio del pavimento) comenz una serie de

rigurosos monitoreos de campos experimentales a largo plazo de ms de 2400

pavimentos de concreto hidrulico y de asfalto en secciones de prueba a travs

de Estados Unidos y Canad.

La meta del programa LTPP es ayudar a los estados y provincias a hacer

decisiones que guiarn a la realizacin de un mejor pavimento de costo

rentable.

Los nuevos procesos del programa LTPP fueron desarrollados para

usarlo con la actual Gua de Diseo AASHTO pero las agencias o empresas que

utilizan los nuevos procesos estarn en una buena posicin para implementar

la Gua de Diseo AASHTO 2002 el cual usa un procedimiento mecanicista.

La nueva gua de diseo tambin ayudar al personal de agencias de

transporte y carreteras de la regin a la preparacin para el cambio del proceso

emprico de diseo de pavimentos a un proceso mecanicista de diseo ms

avanzado.

13

1.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.

Actualmente se conoce en el pas todo lo referente al diseo de

estructuras de pavimentos de acuerdo a la Gua para el diseo de estructuras

de pavimento AASHTO 1993 la cual sigue fundamentndose en los resultados

del experimento vial AASHO. En esta versin el diseo estructural se realiza

utilizando un nomograma una ecuacin obteniendo un espesor de la capa de

rodadura de acuerdo a condiciones del lugar del proyecto. Esta metodologa de

diseo ha dado resultados muy buenos, sin embargo, nos encontramos en un

perodo de optimizacin de recursos buscando dar seguridad, economa y

comodidad de una manera ms eficiente. Las diversas ediciones de las Guas

de Diseo de Estructuras de Pavimento AASHTO han servido por mucho

tiempo a nuestro pas pero, sin embargo, las distintas versiones han tenido

algunas deficiencias para caracterizar o ponderar los casos siguientes:

Las cargas de trfico.

Rehabilitacin.

Efectos climticos.

La subrasante.

Los materiales en la superficie.

La caracterizacin del trfico.

La construccin y drenajes.

El curso de la base.

El perodo de vida de diseo.

La ejecucin.

La seguridad vial.

La nueva Gua de Diseo AASHTO 2002 provee herramientas para la

evaluacin de los efectos de variacin en los materiales en la ejecucin del

pavimento. Adems provee una relacin racional entre la construccin y la

especificacin de los materiales y el diseo estructural del pavimento.

14

1.3 OBJETIVOS.

1.3.1 OBJETIVO GENERAL:

Realizar una Gua para el uso del mtodo de diseo de pavimentos

flexibles y rgidos nuevos segn AASHTO 2002.

1.3.2 OBJETIVOS ESPECFICOS:

Interpretar los parmetros nuevos y existentes para el diseo

estructural de pavimentos segn la versin AASHTO 2002.

Realizar diseos de prueba utilizando la Gua de Diseo AASHTO 2002

para pavimentos flexibles y rgidos.

Utilizar software el software de la Gua de diseo y documentacin

basados en el proceso de la Gua de Diseo.

Analizar los resultados comparativos de las Guas AASHTO 1993 y

AASHTO 2002 para verificar si son factibles de acuerdo a lo que se rige

en el pas para su uso en el diseo de pavimentos nuevos.

15

1.4 ALCANCES.

En esta investigacin se pretende realizar una Gua de Anlisis del

mtodo de diseo de estructuras de pavimentos nuevos tanto flexibles como

rgidos basados en la versin AASHTO 2002 con el fin de presentar una Gua

de Diseo, la cual utiliza principios de tecnologa emprica-mecanicista que

comprende procesos de seleccin de espesores, drenaje de la superficie,

estrategias de mejoramiento de la fundacin y otras caractersticas de diseo.

Este proceso de diseo podra ser usado para el desarrollo alterno de

estructuras utilizando una variedad de materiales y procesos constructivos de

acuerdo a la regin de ejecucin del proyecto.

El objetivo que se deja con la nueva gua de diseo AASHTO 2002 el

cual se fundamenta de los resultados del programa LTPP, es establecer una

fuerte aceleracin en la bsqueda de innovacin en las carreteras de Amrica y

sobre todo en las de nuestro pas:

Incrementar la vida del pavimento bajo la investigacin de la realizacin

a largo plazo de varios diseos de estructuras de pavimentos y la rehabilitacin

de estructuras de pavimento usando diferentes materiales y bajo diferentes

cargas, ambientes, suelos de subrasantes y practicas de mantenimiento.

16

1.5 LIMITACIONES.

Debido al tiempo de realizacin de este trabajo de graduacin, solo se

presentar lo referente al diseo de pavimentos nuevos, tanto flexibles como

rgidos. Para los ejemplos ilustrativos, se utilizar un pavimento flexible

convencional y para el pavimento rgido un JPCP.

El trabajo de graduacin no se enfocar a calibrar resultados de la Gua

de Diseo AASHTO 2002 por ser un proceso que esta fuera de los alcances y

objetivos adems de los recursos y el tiempo con los que se cuenta para la

realizacin de este trabajo.

17

1.6 JUSTIFICACIONES.

Debemos actualizar la metodologa de diseo que se utiliza por lo

siguiente:

La Gua contempla la versatilidad para considerar opciones de diseo

local.

Generalmente aplica validez a la tecnologa del estado de la prctica.

Promulga tres niveles jerrquicos de entradas de datos para el diseo

que permite al diseador coincidir al nivel de importancia del proyecto.

Estipula un equitativo diseo base desde el punto de vista de la

seleccin del tipo de pavimento.

La Gua y el software asociado son de ambiente amigable.

Adems, los beneficios que presenta la utilizacin del proceso

mecanicista-emprico de la Gua de Diseo 2002 son los siguientes:

El impacto en la reduccin de fallas prematuras.

El impacto de la longevidad del pavimento.

Beneficios prcticos adicionales.

Beneficios del futuro potencial del mejoramiento continuo.

La Secretara de Integracin Econmica Centroamericana (SIECA),

procedi a elaborar una serie de normas y manuales para: Planificar,

construir, mejorar, mantener y fortalecer la red vial centroamericana, en el

cual los mtodos o tcnicas ms utilizados en el rea se refieren siempre a la

gua de diseo de la AASHTO edicin 1993, para los pavimentos asflticos e

hidrulicos, por lo que recomienda sea revisada y comparada con la nueva

Gua de Diseo AASHTO 2002, verificando si los cambios fueran de forma o de

fondo, para as poder actualizar el nuevo manual.

CAPITULO 2

INTRODUCCIN AL MTODO

DE DISEO MECANICISTA-

EMPRICO AASHTO 2002

19

2.1 VISIN GENERAL DE LOS CONCEPTOS DEL DISEO MECANICISTA-EMPRICO

2.1.1 DEFINICIONES.

Diseo Emprico.

Esta basado en resultados de experimentos o experiencias. Requiere

muchas observaciones para establecer conexiones entre variables de

diseo y su funcionamiento.

No es necesario establecer bases cientficas de conexiones observadas

en los experimentos.

Diseo Mecanicista.

Es una aproximacin puramente cientfica.

Confa en el comportamiento estructural mecnico al efectuar la carga

de la estructura.

Se deben conocer las caractersticas fundamentales de los materiales.

Tambin se necesitan conocer exactamente las caractersticas

geomtricas de la estructura.

Diseo Mecanicista-Emprico.

Combina aspectos mecanicistas y empricos.

Involucra componentes mecanicistas para determinar la respuesta del

pavimento debido a cargas a travs de modelos matemticos.

Los componentes empricos relacionan las respuestas del pavimento con

su funcionamiento.

Cada tipo de deterioro se asocia a una respuesta crtica del pavimento.

20

2.1.2 PROCESOS DE DISEO MECANICISTA-EMPRICO PARA PAVIMENTOS.

Ejemplos de procesos de diseo de pavimentos de concreto

asflticos mecanicista-emprico.

Mtodo Shell (1977).

Instituto del Asfalto (1982).

NCHRP Proyecto 1-26 (1992).

Diseo Mecanicista-Emprico Surafricano (1992).

Illinois, Kentucky, Washington, Minnesota.

Gua de Diseo 2002.

Ejemplos de procesos de diseo de pavimentos de concreto hidrulico mecanicista-emprico.

Ecuacin de Westergaard (1926).

Diseo de PCA basado en la fatiga (1933, 1966, 1984).

RISC (1985).

NCHRP Estudio 1-26 (1990, 1992).

Suplemento de pavimentos rgidos de AASHTO (1998).

Illinois, Kentucky.

Gua de Diseo 2002.

Factores que contribuyen al mejoramiento de los procesos de diseo.

Investigacin experimental con pistas de prueba.

Mejoramiento en procesos de anlisis de pavimentos.

Mejoramiento en la caracterizacin de materiales para pavimentos.

Estudios nacionales y regionales de niveles de funcionamiento de

pavimentos.

21

Estudio LTPP.

La cantidad de datos para el funcionamiento del pavimento que estn

disponibles hoy en da para los investigadores es mucho mayor

comparados con los datos obtenidos como resultados en la prueba de

caminos de AASHO. Esto implica que se podr crear con estos datos

recolectados, mejores procesos de diseo que con los mtodos

anteriores.

2.1.3 VENTAJAS Y CARACTERSTICAS DEL MTODO MECANICISTA-EMPRICO.

Beneficios del diseo Mecanicista-Emprico.

El diseo ya no es solo para el espesor de la estructura.

Aproximacin comprensiva incluyendo consideraciones estructurales y

de los materiales.

Gua mejorada para el diseo de rehabilitacin de pavimentos

(sobrecapas o recubrimientos).

Manejo mejorado de efectos climticos y diseos de seguridad.

Nuevos Conceptos:

- Funcionamiento basado en deterioros y calidad de la carretera.

- Mejor caracterizacin de pavimentos existentes.

- Consideraciones directas de drenaje y erosin de la subbase.

Adaptabilidad:

- Mejor habilidad para manejar las caractersticas cambiantes del

trnsito.

- Capacidad para incorporar materiales pavimentados disponibles.

- Capacidad de extrapolar de los estudios de campo y laboratorio.

A travs de una consideracin directa de indicadores crticos del

funcionamiento pavimento, la metodologa del diseo mecanicista-

22

emprico trata de prevenir la ocurrencia de fallas prematuras del

pavimento. Tal vez este es el beneficio ms grande del mtodo

mecanicista-emprico.

Como se muestra en Figura 2.1:

Figura 2.1. Ahorro Potencial2

Estructuras y Componentes del diseo Mecanicista-Emprico. El siguiente flujograma genrico, forma la base para la mayora de

diseos mecanicista-emprico (ver Esquema 2.1). No hay arreglos de los

componentes que existen en el proceso. Se enfatiza que la naturaleza iterativa

2 Fig. 2.1: Part 1- Introduction to 2002 Design Guide, Background. Pgina 1.1.6

23

del proceso de diseo es muy diferente de los procesos de diseo paso a paso

basados en el clculo de espesor de AASHTO.

Tambin se acenta que los criterios del funcionamiento contra los

cuales el diseo ser comprobado se incorporarn al flujograma como entradas

de datos.

(Los cuatro anteriores y la desviacin estndar son requeridos)

Seleccin de Diseo del Prueba

Respuesta Estructural (, , )

Diseo para Rehabilitacin

Requerimientos de Diseo

Satisfactorios?

Si

No

Esquema 2.1 Estructura del diseo Mecanicista-Emprico3

3 Grfica 2.1: Instructors Manual. Module 1-2. Pgina 1-2.7.

24

Proceso de diseo mecanicista-emprico. El siguiente diagrama (grfica 2.2) ilustra la interaccin entre todos los

componentes considerados en el diseo mecanicista-emprico.

En el diagrama la definicin de Entrada de Datos incluye todos los

datos como trnsito, materiales y datos del clima. Esto podra incluir las capas

del pavimento, juntas, nmero de carriles, etc.

Esquema 2.2. Proceso del mtodo mecanicista-emprico4

Comportamiento del pavimento. El concepto del comportamiento del pavimento incluye consideraciones

de comportamiento funcional, comportamiento estructural y seguridad. Esta

gua de diseo se concierne primordialmente con el comportamiento funcional

4 Grfica 2.2: Instructors Manual. Module 1-2. Pgina 1-3.4.

25

y estructural. La informacin pertinente a la seguridad, puede ser encontrada

en publicaciones de NCHRP, FHWA y AASHTO.

Un aspecto importante de la seguridad, es la resistencia friccionante

provista por la relacin pavimento/llanta.

Figura 2.2. Comportamiento de la Estructura5

El Comportamiento Estructural del pavimento se relaciona a su

condicin fsica (fracturas por fatiga y ahuellamiento en pavimentos flexibles),

fallas en juntas y losas agrietadas para pavimentos rgidos con juntas u otras

condiciones que afecten la capacidad de carga en la estructura del pavimento

requerimientos de mantenimiento). Todos estos tipos de fallas pueden ser

directamente pronosticadas usando conceptos mecanicistas.

El comportamiento funcional del pavimento concierne al buen estado

del pavimento y al servicio que presta a los usuarios con esas caractersticas.

5 Fig. 2.2: Instructor Manual Module 1-2. Pgina 1-2.16.

26

Se debe hacer notar que una geometra adecuada es asumida para la

velocidad de diseo. La comodidad al manejar la calidad de la carretera es la

caracterstica dominante del comportamiento funcional.

En la nueva Gua de Diseo el indicador del comportamiento funcional

escogido es la rugosidad del pavimento que es representado por el IRI.

El IRI fue adaptado como una medida estndar de la rugosidad por las

siguientes razones:

El IRI es constante en el tiempo y como estadstica computada de

perfiles de carreteras, puede ser fcilmente presentado por datos de

elevacin.

La correlacin entre el IRI y otros medidas de la rugosidad son

constantemente altas a varias velocidades.

El IRI ha sido demostrado para buenos correlativos con paneles de

clasificacin de serviciabilidad.

El concepto del comportamiento de la rugosidad esta basado en las

siguientes presunciones:

Las carreteras son para la conveniencia y comodidad de los usuarios en

general y esto es posible solamente a travs de pavimentos lisos.

Comodidad y calidad de rodadura, aunque subjetivo, puede estar

relacionado exactamente a los perfiles de pavimentos medidos.

La rugosidad medida, es el factor dominante en el pronstico de la

serviciabilidad y en comportamientos basados en la serviciabilidad

definidos en las pruebas AASHO.

Determinados deterioros del pavimento pueden ser medidos

objetivamente y relacionados a la rugosidad.

27

Caracterizacin del trfico. Se consideran circulacin de camiones cargados en trminos de ejes de

espectro de carga. Se consideran espectros de carga para ejes simples, tandem,

tridem y cuadrangulares.

El enfoque de ESAL ya no es ms utilizado como un dato de entrada

directa en el diseo. En pocos casos, los espectros de carga sern convertidos

en ESALs internamente dentro del software como manera de hacer uso de

modelos matemticos previos que no los han convertido a una base de

espectros de carga. El software usa el nmero de vehculos pesados como un

indicador global de la magnitud de la carga del trfico de vehculos FHWA clase

4 en adelante.

Figura 2.3. Caracterizacin del trnsito.6

Los niveles de jerarqua de los datos del trnsito son:


28

Nivel 1: Aproximacin recomendada para altos volmenes de vas,

requieren la reunin y anlisis de datos de trfico especficos del sitio

incluyendo conteos vehiculares por clase, por direccin y carril. La

distribucin de los espectros de carga son desarrollados para cada clase

de vehculo desde los datos colectados de los pesos por eje. Los

volmenes de trfico por clase de vehculo, son pronsticos para el

perodo de anlisis de diseo y los espectros de carga desarrollados para

cada clase son usados para estimar las cargas por ejes. Podran ser

usados tambin los datos de entrada de la presin de contacto de las

llantas su valor por defecto, espaciamiento de las llantas y

espaciamiento de ejes.

Nivel 2: Es similar al nivel 1, se requieren sitios especficos de datos de

volumen y clasificacin. Sin embargo, la distribucin de los espectros de

carga para cada clase de vehculo por estado o regin podran ser

usados para estimar cargas a travs del perodo de anlisis de diseo.

Nivel 3: Proveera datos de espectros de carga por defecto para

especficas clases de carreteras funcionales. El diseador aplica estos

valores por defecto para habilitar o estimar datos de volmenes de

vehculos.

Caracterizacin de los materiales para pavimentos. Los parmetros necesarios para el proceso diseo de los materiales

podran ser clasificados en uno de los tres mayores grupos:

Modelo de respuesta del pavimento de la entrada de datos de los

materiales.

Criterios de deterioro relacionados a los materiales del pavimento.

Otras propiedades de los materiales.

El modelo de respuesta del pavimento de la entrada de datos de los

materiales, se relaciona al mdulo de Poisson, usado para caracterizar el

comportamiento de las capas en el modelo especfico.

29

Los parmetros de los materiales asociados con los criterios de deterioro

del pavimento, normalmente son vinculados hacia algunas medidas de

esfuerzo del material (esfuerzo de corte, esfuerzo de compresin, mdulo de

ruptura) hacia algunas manifestaciones de los efectos de deterioro real

(deformacin por repeticin de cargas permanentes, falla por fatiga en

materiales de concreto).

Y en otras propiedades de los materiales, se asocia a propiedades

especiales requeridas para la solucin de diseo. Ejemplos de esta categora

son la expansin trmica y el coeficiente de contraccin para el concreto y

mezclas asflticas.

Todos los materiales para pavimentos han sido clasificados en las

siguientes categoras:

Granulometra densa, mezcla en caliente de concreto asfltico (HMA).

Granulometra abierta, materiales para bases permeables tratadas con

asfalto (ATPB).

Mezcla de asfalto en fro (CMA).

Concreto de cemento Prtland (PCC).

Bases tratadas con cemento (CTB) y materiales para bases de concreto

delgadas.

Granulometra abierta, materiales para bases permeables tratadas con

cemento (CTPB).

Materiales para agregados de base (AB) no estabilizadas. Tambin

referido como agregados de base granular (GAB) materiales de

agregado grueso (CA).

Limos modificados capas de limos estabilizados.

Suelo de subrasante.

Lecho de rocas.

30

La caracterizacin de la entrada de datos de los materiales est definida

en tres niveles:

Nivel 1: Requerimientos de laboratorio Pruebas de campo.

Nivel 2: Usando correlaciones con pruebas disponibles.

Nivel 3: Valores Prefijados.

Modelo estructural del pavimento. El adecuado modelo estructural para pavimentos nuevos y rehabilitados

de estructuras flexibles y rgidos, es el corazn del proceso de diseo basado en

el mtodo mecanicista. Los modelos de respuesta de la estructura son usados

para calcular esfuerzos crticos, tensin, desplazamientos por flexin, sistemas

de pavimentos rgidos para cargas del trfico y factores de clima (temperatura y

humedad). Estas respuestas son utilizadas en modelos de daos para

acumular daos mes a mes a travs del perodo de diseo. El dao acumulado

en el tiempo es relativo para deterioros especficos tales como agrietamiento

por fatiga, ahuellamiento el cual es entonces pronosticado usando campos

calibrados de modelos de grietas (este es la parte principal del mtodo emprico

de un proceso de diseo mecanicista-emprico).

T

Figura2.4. Modelo Estructural.7


31

Acumulacin del incremento del dao.

Este proceso de diseo es el primero en incluir la capacidad de

incrementar dao con base en un mes ( en medio mes dependiendo de las

condiciones de congelamiento) a travs del perodo de diseo. Esto aborda la

intencin para simular como el dao del pavimento ocurre en las disposiciones

de su uso, incrementndole carga tras carga a travs de perodos continuos de

tiempo. La mejor ventaja de la acumulacin de incremento de daos son los

siguientes:

El proceso de diseo de acumulacin de daos es similar a como ocurre

en el campo (en incremento).

El incremento (tpicamente mensual) son seleccionados para las

combinaciones del clima (temperatura y humedad), cambios que podan

causar modificaciones en las capas de materiales, cambios en juntas

abiertas, cambios en cargas de trfico, envejecimiento y cambios de

propiedades de los materiales a travs del tiempo.

El efecto de las cargas de trfico durante el perodo de da y de noche

(diferencias entre el gradiente de temperatura) pueden ser considerados.

Figura 2.5a. Grieta en la superficie de la losa8

8 Fig. 2.5a: Design Guide 2002. NCHRP. Rigid Paviment. Pag. 10.

32

Figura 2.5b. Modelo de falla de una grieta en la superficie de la losa9

Anlisis del Diseo de Prueba.

El planteamiento es iterativo y comienza con la seleccin de un diseo

de prueba, seleccionado con base en las experiencias de entidades de diseo de

pavimentos a catlogos generales de diseo.

Cada diseo estratgicamente analizado incluye todos los detalles como

espesor de capa inicial estimado, requerimientos de reparacin para

pavimentos existentes y caractersticas de los materiales. Las secciones de

prueba son analizadas por el incremento acumulado de dao a travs del

tiempo usando la respuesta de la estructura de pavimento y modelos de

comportamiento.

El resultado del anlisis (esperado equivalente al dao a lo largo del

tiempo) es usado para estimar el deterioro a lo largo del tiempo y el trfico a

travs de modelos calibrados de deterioro.

9 Fig. 2.5b: Design Guide 2002. NCHRP. Rigid Paviment. Pag. 10.

33

Las modificaciones son hechas para las estrategias de prueba y para

fomentar iteraciones realizadas hasta un diseo satisfactorio que conozca los

criterios de comportamiento y la obtencin de un diseo de rehabilitacin.

Evaluacin de pavimentos existentes para rehabilitacin. La Gua de Diseo incluye procedimientos y orientacin para la

interpretacin de la evaluacin a nivel de proyecto de la estructura de

pavimento para la identificacin de las alternativas de rehabilitacin y su

diseo. Tambin provee orientacin para la determinacin de los resultados

que son considerados esenciales para los diferentes tipos de diseos de

rehabilitacin.

Algunos de los datos de entrada discutidos se incluyen:

Las condiciones del pavimento por carril (deterioro, rugosidad, friccin

de la superficie y deflexiones).

Condiciones del punto de contacto del pavimento-hombros.

Caractersticas del diseo del pavimento (espesor de la capa,

caractersticas estructurales y requerimientos de construccin).

Materiales y propiedades del suelo.

Volmenes de trfico y cargas.

Condiciones climticas.

Condiciones de drenaje.

Factores geomtricos (espacio para puentes).

Aspectos de seguridad (consideracin y localizacin de accidentes).

Factores miscelneos (utilidades y espacios).

La categora de la estructura se relaciona a estas propiedades y

caractersticas que define la respuesta de las cargas de trfico del pavimento.

La categora de funcionalidad se relaciona a las caractersticas y

propiedades de la superficie o revestimiento y la subrasante que definen la

34

rugosidad de la carretera a las caractersticas de la superficie que definen la

resistencia friccional a otras caractersticas de seguridad de la superficie del

pavimento.

El drenaje de la subrasante y materiales de durabilidad pueden afectar

la condicin funcional y estructural del pavimento. La condicin de los

hombros es muy importante en trminos del tipo de seleccin de rehabilitacin

y en la influencia en el costo del proyecto.

Los factores miscelneos tales como condiciones de juntas de

pavimentos de concreto y reflejo de grietas de la mezcla del pavimento son

importantes condiciones generales del pavimento pero deben ser evaluadas

solamente donde sean relevantes.

Identificacin de las estrategias fiables de rehabilitacin. Una estrategia fiable de rehabilitacin es la nica que dirige la causa del

deterioro del pavimento y es efectivo en la reparacin y prevencin la

minimizacin de recursos.

Una estrategia fiable de rehabilitacin debe conocer restricciones tales

como el control del trfico. El tratamiento de las reparaciones son acciones

tomadas para restaurar la integridad del pavimento tales como el relleno de un

bache. Los tratamientos de prevencin son acciones tomadas para detener

demorar el proceso de deterioro, as por ejemplo una estructura de sobrecapa,

reduce la deflexin crtica.

La estrategia de rehabilitacin es definida como una combinacin de

reparacin y tratamientos de prevencin desarrollada sobre un perodo

definido para restaurar la capacidad de un pavimento existente a transportar

trfico futuro esperado con un adecuado comportamiento funcional.

35

La siguiente es una lista de las opciones ms comunes de rehabilitacin

que pueden ser aplicadas individualmente en combinacin para obtener una

estrategia efectiva de rehabilitacin:

Reconstruccin sin adiciones de carril.

Reconstruccin con adiciones de carril.

Sobrecapa estructural (puede incluir remocin y reemplazo de capas de

pavimentos).

Sobrecapa no estructural.

Restauracin sin sobrecapas (pavimentos de concreto hidrulico).

36

2.2 SISTEMA DE MANEJO DE INFORMACIN DEL COMPORTAMIENTO DEL PAVIMENTO A

LARGO PLAZO (LTPP IMS)

2.2.1 INTRODUCCIN.

El Programa Estratgico de Investigacin de Carreteras (SHRP) en

Estados Unidos hizo un programa de investigacin de $150 millones en 5 aos.

Fig. 2.6. Expansin del Estudio LTPP.10

Este fue fundado a travs de una ayuda de fondos de reservas

repartidos por el Estado Federal de carreteras en Estados Unidos. El programa

dirigi recomendaciones hechas por el Estado Oficial de Carreteras,

representantes de la Industria e investigadores participantes en el Estudio

Estratgico de Investigacin de Transporte. El estudio fue hecho para


37

responder a varias tendencias que afectaban a la industria de las carreteras. El

SHRP fue un programa estratgico porque se concentraba en una lista corta de

actividades no saldadas donde an pocos progresos se alcanzaban los cuales

excedan de costos investigados.

Las actividades incluidas son: Asfalto, rendimiento del pavimento,

concreto hidrulico y estructuras y operacin de carreteras.

El programa LTPP fue diseado como un programa de 20 aos. Los

primeros cinco aos fueron completados bajo el programa SHRP, el programa

LTPP pas a ser manejado por los esfuerzos de La Administracin Federal de

Carreteras (FHWA) en Estados Unidos en julio de 1992. Al mismo tiempo la

Divisin de Realizacin del Pavimento de la Oficina de Investigacin y

Desarrollo asumi la responsabilidad para los restantes 15 aos.

Los datos colectados estn disponibles desde una base de datos

conocido como el Sistema de Manejo de Informacin de la LTPP (LTPP IMS

IMS). El programa LTPP recolectar datos de las secciones de pavimentos en

estudio durante un perodo de 20 aos. Los datos son colectados sobre

formatos que se encuentran en la Gua de Coleccin de Datos para el

Comportamiento del Pavimento a Largo Plazo y otros documentos en un

formato de mquina lectora del equipo de monitoreo. El personal tcnico

calificado introduce los datos en el IMS e implementa un carcter de control de

los procesos. La base de datos esta envuelta durante el programa LTPP para

que coincidan los datos en la recoleccin y en las necesidades de los

investigadores.

2.2.2 OBJETIVO DEL PROGRAMA LTPP.

El objetivo que deja el programa LTPP fue establecer una fuerte

aceleracin en la bsqueda de innovacin en las carreteras de Amrica del

38

Norte: Incrementar la vida del pavimento bajo la investigacin del desempeo

a largo plazo de varios diseos de estructuras de pavimentos y la rehabilitacin

de estructuras de pavimento usando diferentes materiales y bajo diferentes

cargas, ambientes, suelos de subrasantes y practicas de mantenimiento.

(FHWA).

A partir de este amplio objetivo, se establecieron seis objetivos

especficos para el programa LTPP:

Evaluar los mtodos de diseo existentes.

Perfeccionar el desarrollo de la metodologa de diseo y estrategias para

la rehabilitacin de pavimentos existentes.

Perfeccionar el desarrollo de las ecuaciones para pavimentos nuevos y

reconstruidos.

Determinar los efectos de carga, medio ambiente, variabilidad y

propiedad de los materiales, calidad en la construccin y nivel de

mantenimiento sobre pavimentos agrietados y en ejecucin.

Determinar los efectos de las caractersticas de los diseos especficos

en los pavimentos en ejecucin.

Establecer una base de datos a nivel norteamericano para pavimentos

de largo plazo que apoye los objetivos de la SHRP para futuras

necesidades.

2.2.3 LOS EXPERIMENTOS DE LA LTPP.

El programa LTPP tiene dos experimentos complementarios para

conocer los objetivos. El Estudio General del Pavimento (GPS) usa pavimentos

existentes tanto pavimentos en uso despus de la aplicacin de la primera

capa. El segundo estudio de los experimentos del programa LTPP es el Estudio

Especfico del Pavimento (SPS). Estos estudios son diseados para conocer los

objetivos que los experimentos del GPS no pueden conocer completamente.

39

Los experimentos de la SPS frecuentemente requieren de nuevos

pavimentos construidos. El programa LTPP IMS ha sido diseado para ayudar

a los experimentos y proveer una manera uniforme para recolectar y distribuir

los datos de la LTPP. Las secciones de prueba estn en Estados Unidos y

Canad. Una variedad de informacin es recolectada para seccin de

pavimento incluyendo actividades de construccin y mantenimiento,

propiedades de los materiales, estructuras y caractersticas de la superficie,

cargas que soporta el pavimento e informacin climtica.

2.2.4 ESTUDIOS GENERALES DEL PAVIMENTO.

Los Estudios Generales del Pavimento (GPS) usan secciones de

pavimentos existentes nominados por el Estado y el provincial Departamento

de Transporte (DOT) para conocer oficialmente los criterios experimentales. La

SHRP y la Divisin de Desarrollo del Pavimento de la FHWA eligieron las

secciones existentes. Las secciones son pavimentos cuyos materiales y diseo

estructural reflejan las prcticas estndar en los Estados Unidos y Canad. Un

ejemplo de diseo estadstico describe el criterio para cada experimento. Los

ejemplos de diseo consisten de una combinacin de estructuras de

pavimentos, trfico y factores que afectan la ejecucin del pavimento. La Tabla

2.1 muestra la descripcin de los diferentes estudios.

Al comienzo de los experimentos de los GPS, las secciones de prueba

fueron asignadas para especificar celdas en los ejemplos de diseo basados en

la estructura, materiales, trfico, subrasante y a la zona donde esta la

estructura. La actividad de la recoleccin de datos en el estudio LTPP fueron

usados para confirmar las asignaciones. El plan GPS citados para

aproximadamente 1100 secciones de pruebas de pavimentos a travs de Norte

Amrica.

40

Tabla 2.1. Definiciones de los Estudios Generales del Pavimento11

Experimento Definicin

GPS-1 Concreto Asfltico sobre base granular

GPS-2 Concreto Asfltico sobre base confinada

GPS-3 Concreto con junta de refuerzo

GPS-4 Concreto con junta simple

GPS-5 Concreto con refuerzo continuo

GPS-6A Capa existente de concreto asfltico

sobre pavimento de concreto asfltico

GPS-6B Nueva capa de concreto asfltico

sobre pavimento de concreto asfltico

GPS-7A Capa existente de concreto

hidrulico sobre pavimentos de

concreto de cemento Prtland

GPS-7B Nueva capa de concreto asfltico

sobre pavimentos de concreto de

cemento Prtland

GPS-9 pavimentos de concreto de cemento Prtland

sin confinar sobre pavimentos de concreto de

cemento Prtland

2.2.4.1 ESTUDIO ESPECFICO DEL PAVIMENTO

El Estudio Especfico del Pavimento (SPS) est intentando recolectar

datos confiables a travs de un perodo fijo en la vida de la seccin de

pavimento para mejorar la prediccin de la ejecucin del pavimento y

desarrollar un nuevo diseo de ecuaciones. El proyecto SPS suministra la

comparacin necesaria para investigar y cuantificar los factores que son

importantes en la prediccin de grietas y funcionamiento del pavimento. Un

11 Tabla N 2.1: Long-Term Pavement Performance Information Management System Data Users Reference Manual. Pg. 4.

41

proyecto del SPS consiste de una serie de secciones en una localizacin

sencilla.

Las secciones varan en estructuras o tratamientos de mantenimiento o

estrategias de rehabilitacin con otros factores que seran similares. Algunos

factores importantes tales como mtodos de drenaje no pueden ser

propiamente estudiados usando secciones del GPS porque los mtodos de

rango deseados no pueden ser encontrados entre pavimentos existentes.

Estudios de mantenimiento preventivo y rehabilitacin requieren

duplicados de tratamientos variados sobre diversas secciones para comparar

alternativas.

Tabla 2.2. Definiciones del Estudio Especfico del Pavimento12

Experimento Definicin

SPS-1 Estudio estratgico de factores estructurales para pavimentos

flexibles.

SPS-2 Estudio estratgico de factores estructurales para pavimentos

rgidos.

SPS-3 Efectividad en el mantenimiento preventivo de pavimentos flexibles.

SPS-4 Efectividad en el mantenimiento preventivo de pavimentos

flexibles.

SPS-5 Rehabilitacin de pavimentos de concreto asflticos.

SPS-6 Rehabilitacin de pavimentos de concreto hidrulicos con juntas.

SPS-7 Capas de concreto hidrulico confinado sobre concreto hidrulico.

SPS-8 Estudio de Efectos ambientales en la ausencia de cargas pesadas

SPS-9 Validacin de las especificaciones de asfalto del SHRP y diseo

combinado (Superpave).

12 Tabla N 2.2: Long-Term Pavement Performance Information Management System Data Users Reference Manual. Pg. 5.

42

En la Tabla 2.2 se enlistan los nueve Estudios Especficos del

Pavimento. El diseo del experimento original nominado por aproximadamente

1600 secciones construidas en 200 localizaciones.

Una ventaja del programa es la habilidad para monitorear el

funcionamiento y el trfico desde la fecha inicial de construccin la apertura

al trfico. Esto establece un proyecto especfico y determina una base de datos

comprensiva. Los datos pueden ser usados para explicar el funcionamiento de

cada seccin de prueba de pavimento. Las agencias estatales y provinciales de

carreteras nominaron los sitios por el programa SPS. El FHWA los aprob

cuando ellos introdujeron el estudio del ejemplo de diseo estadstico. Cada

proyecto SPS requiere cooperacin considerable entre las agencias estatales y

provinciales de carreteras y el LTPP para garantizar que la construccin y

mantenimiento se unan a los requerimientos de estudio.

Mientras que los estudios se han descrito separadamente para

simplificar los experimentos, los resultados de las pruebas GPS y SPS son

complementarios. Algunas secciones de pruebas de pavimentos son usadas

para ambos experimentos. Esta recoleccin de datos aproximados ha sido para

identificar los datos detallados para los experimentos GPS y SPS que son de

alta prioridad para alanzar la meta de los estudios LTPP.

2.2.4.2 PROGRAMA DE MONITOREO ESTACIONAL

El objetivo primario del Programa de Monitoreo Estacional (SMP) es para

proporcionar informacin sobre las variaciones en la temperatura y el

contenido de humedad en la estructura de pavimento. Los recursos limitados

hacen imposible la obtencin detallada del impacto climtico sobre todas las

secciones. Para obtener el mximo beneficio de los recursos disponibles de los

43

sesenta y cuatro sitios fueron seleccionados como el corazn del grupo. Los

sitios GPS y SPS estn incluidos. Los sitios estn divididos en dos grupos.

Cada grupo es intensamente monitoreado en aos alternados. Los datos del

clima son recolectados continuamente a lo largo del ao. El monitoreo del

esfuerzo del pavimento es conducido mensualmente durante el ao. La

medicin de las caractersticas de la superficie es obtenida al menos por

temporadas durante el ao. Se ha supuesto un mnimo de tres ciclos de

monitoreo alrededor de seis aos.

Los datos del clima para el programa de LTPP se derivan a partir de dos

fuentes: bases de datos pblicas del clima y estaciones meteorolgicas en sitio.

Los datos de las bases de datos pblicas del clima, del Centro de Datos

Climtico Nacional (NCDC) y del Centro Climtico Canadiense (CCC) se utilizan

para crear una estacin estadstica meteorolgica "virtual" para todos los sitios

de prueba (incluso sas con las estaciones meteorolgicas en sitio). Esta

estacin meteorolgica virtual consiste en la estadstica promedio entre la

carga-distancia del clima de hasta cinco estaciones meteorolgicas prximas.

Adems de la estacin meteorolgica virtual estadstica, los datos de la

estacin meteorolgica usados en los cmputos tambin se almacenan en el

IMS.

La informacin del drenaje contenida en el IMS incluye la presencia y el

tipo de caractersticas subsuperficies del drenaje, tales como capas

permeables, de drenes transversales, y de drenes longitudinales (ver seccin

2.4 de Drenajes). No hay actualmente medidas de la eficacia o del

funcionamiento de las caractersticas del drenaje (la mejor fuente de la

informacin sobre el efecto del drenaje en el pavimento, ser la comparacin de

las secciones drenadas y no drenadas en proyectos del SPS).

44

Algunos proyectos del GPS contienen drenes del borde, pero stos no

fueron incluidos como factor experimental primario.

2.2.4.3 DESARROLLO DE LA BASE DE DATOS DEL LTPP.

Muchos factores fueron considerados durante el desarrollo de la base de

datos y de la seleccin de los datos para ser guardados en el LTPP IMS. Los

tipos de datos incluidos fueron basados en tecnologa disponible, utilidad de

los datos esperados, efectos anticipados sobre el funcionamiento del pavimento

y los costos asociados a la recoleccin de datos contra los beneficios

anticipados. Para la grabacin y recoleccin de los datos en el LTPP IMS, la

calidad de los datos y la veracidad de la informacin son extremadamente

importantes. Los procesos claros y estndar fueron establecidos y son

observados para la recoleccin y grabacin de los datos. Estos procesos

ayudan a garantizar la consistencia y la calidad de los datos recolectados. El

chequeo extensivo de la calidad de los datos es desempeado durante todo ese

proceso. La informacin tambin esta disponible mostrando la confiabilidad

para el grupo de datos establecidos.

Durante toda la seleccin, acumulacin y proceso de grabacin, la

filosofa bsica del programa LTPP ha sido de proveer una alta calidad de los

datos recolectados en una manera correcta y consistente estadsticamente.

2.2.4.4 ESTRUCTURA DEL LTPP IMS

El LTPP IMS es organizado en dos filas compuestas de cuatro oficinas

regionales y un Contratista para Asistencia Tcnica (TAC) en la supervisin de

la central IMS.

45

Las oficinas regionales fueron establecidas para coordinar y comunicar

las actividades relacionadas al LTPP en Estados Unidos y Canad. Cada regin

es responsabilidad de un grupo especfico de estados y provincias.

Las oficinas regionales se enfocan en:

La recoleccin de datos realizado directamente por el personal regional o

suministrado a ellos desde los SHA u otro contratista.

La entrada de datos en el IMS de datos son suministrados en papel o en

forma electrnica.

Control de la calidad de los datos.

El Contratista para Asistencia Tcnica es responsable de:

La recoleccin de datos, entrada y control de calidad de los datos

climticos.

La confianza en la calidad de los datos del LTPP.

Suministrar los datos al pblico.

2.2.4.5 PARTICIPACIN INTERNACIONAL

Treinta pases participan en el estudio del LTPP. Australia, Austria,

Finlandia (para los pases nrdicos), Japn, Holanda y el Reino Unido tienen

adoptado el LTPP IMS para la entrada y procesamiento de datos en sus propios

estudios de LTPP. Cada pas usando el LTPP IMS, tiene hecho a la medida su

base de datos para el software, tipos de datos y mtodos de prueba nicos para

cada pas. El LTPP tiene copias de algunos datos internacionales guardados

separadamente de los del LTPP IMS.

46

2.2.4.6 TIPOS DE DATOS COLECTADOS

La seccin de prueba LTPP esta clasificado en siete mdulos:

Inventario.

Prueba de Materiales.

Clima.

Mantenimiento.

Rehabilitacin.

Trfico.

Monitoreo.

v Grietas automatizadas.

v Grietas manuales.

v Friccin

v Perfil longitudinal

v Perfil cruzado.

v Deflexin.

47

2.3 DATOS DE ENTRADA PARA EL DISEO DE PAVIMENTOS NUEVOS

2.3.1 TRAFICO

2.3.1.1 INTRODUCCIN

En el mtodo AASHTO vigente, los pavimentos se proyectan para que

resistan un determinado nmero de cargas durante su vida til. El trfico est

compuesto por vehculos de diferentes pesos y nmero de ejes, y para los

efectos de clculo, se les transforma en un nmero equivalente de ejes tipo, de

80 kN 18 kips el cual se les denomina Ejes Equivalentes ESAL (equivalent

simple axial load).

Las diferentes cargas actuantes sobre un pavimento producen diferentes

tensiones y deformaciones en el mismo. Adems, diferentes espesores de

pavimentos y diferentes materiales responden de diferente manera a una

misma carga. Como las diferentes cargas producen diferentes tensiones y

deformaciones en el pavimento, las fallas sern distintas. Para tener en cuenta

estas diferencias, el trnsito es reducido a un nmero equivalente de ejes de

una determinada carga que producirn el mismo dao que toda la composicin

del trnsito.

El enfoque de ESAL ya no es ms usado como un dato de entrada

directa en el diseo. En pocos casos, los espectros de carga sern convertidos

en ESAL internamente dentro del software como manera de hacer uso de

modelos matemticos previos que no los han convertido a una base de

espectros de carga. El software usa el nmero de vehculos pesados como un

48

indicador global de la magnitud de la carga del trfico de vehculos FHWA de la

clase 4 en adelante.

2.3.1.2 CLASIFICACIN Y DEFINICIN DE VEHCULOS SEGN FHWA.

El esquema de la clasificacin de la FHWA (Administracin Federal de

Carreteras) es separado en categoras dependiendo si el vehculo lleva

pasajeros o si es vehculo comercial. Los vehculos sin pasajeros son

fundamentalmente subdivididos por el nmero de ejes y el nmero de

unidades incluyendo unidades de remolque y maquinaria pesada.

La clasificacin de los vehculos automticos necesita un algoritmo para

interpretar la informacin del espaciamiento entre ejes y clasificarlos

correctamente en estas categoras. El algoritmo ms comnmente utilizado

esta basado en el Esquema F desarrollado por Maine DOT a mediados de

1980.

COMPOSICIN VEHICULAR SEGN FHWA.

CLASE 1. Motocicletas13: Vehculos motorizados de dos o tres ruedas. Los vehculos tpicos en esta categora tienen asientos tipo sillas de

montar y son conducidos por barras manejables en vez de timn. Esta

categora incluye motocicletas, motocicletas de tres ruedas, bicicletas

con motor, patinetas con motor.

Fig. 2.7

13 FHWA Vehicle Classification Scheme F Report

49

CLASE 2. Vehculos para pasajeros14: Son todos los tipo sedan, cups, carruajes manufacturadas primordialmente para el propsito de

transportar pasajeros e incluye a los vehculos para pasajeros que

funcionan para jalar remolques recreativos livianos.

Fig. 2.8

CLASE 3. Unidades de vehculos simples, dos ejes, cuatro llantas15: Son otros vehculos para pasajeros de dos ejes, cuatro llantas. En esta

clasificacin se incluyen los pickups, tipo panel, camionetas y otros

vehculos tales como casas rodantes, ambulancias, coches fnebres y

microbuses. Otros vehculos de unidades simples de dos ejes y cuatro

llantas que estn incluidos en esta clasificacin son los que jalan

remolques livianos y recreativos.

Fig. 2.9

CLASE 4. Buses16: Son todos los buses manufacturados para el transporte de personas con dos ejes y seis llantas tres ejes ms

14 FHWA Vehicle Classification Scheme F Report 15 FHWA Vehicle Classification Scheme F Report 16 FHWA Vehicle Classification Scheme F Report

50

llantas. Esta categora incluye solamente buses tradicionales (incluye

buses escolares) funcionando como vehculos para transportar

pasajeros. Los buses modificados podran ser considerados para ser

camiones y ser clasificados apropiadamente.

Fig. 2.10

CLASE 5. Unidades de camiones simples, dos ejes, seis llantas17: Son todos los vehculos de una simple armazn incluyendo camiones,

vehculos recreativos y para acampar, casas rodantes, etc. que tienen

dos ejes y doble llantas posteriores.

Fig. 2.11

CLASE 6. Unidades de camiones simples de tres ejes18: Son todos los vehculos de una sola armazn incluyendo camiones, vehculos

recreativos y para acampar, casas rodantes, etc. que tienen tres ejes.

17 FHWA Vehicle Classification Scheme F Report 18 FHWA Vehicle Classification Scheme F Report

51

Fig. 2.12

CLASE 7. Unidades de camiones simples de cuatro ms ejes: Son todos los camiones de una sola armazn con cuatro ms ejes.

Fig. 2.13

CLASE 8. Camiones de remolque simple de cuatro menos ejes19: Son todos los vehculos con cuatro menos ejes que consiste de dos

unidades, una de las cuales es un camin con remolque una unidad

de camin directamente un camin de carga.

Fig. 2.14

CLASE 9. Camiones de remolques simples de cinco ejes20: Son todos los vehculos que consisten de dos unidades, una de las cuales es un

camin con remolque directamente un camin de carga.


52

Fig. 2.15

CLASE 10. Camiones de remolque simple con seis ms ejes21: Son todos los vehculos con seis ms ejes que consisten de dos unidades,

una de las cuales es un camin con remolque directamente un camin

de carga.

Fig. 2.16

CLASE 11. Camiones de remolque mltiple con cinco menos ejes22: Son todos los vehculos con cinco menos ejes que consisten de tres

ms unidades, una de las cuales es un camin con remolque

directamente un camin de carga.

Fig. 2.17


53

CLASE 12. Camiones de remolque mltiple de seis ejes23: Son todos los vehculos que consisten de tres ms unidades, una de las cuales es

un camin con remolque directamente un camin de carga.

Fig. 2.18

CLASE 13. Camiones de remolque mltiple con siete ms ejes24: Son todos los vehculos con siete ms ejes que consisten de tres ms

unidades, una de las cuales es un camin con remolque directamente

un camin de carga.

Fig. 2.19

Los vehculos en la clasificacin de FHWA del 1 al 4 no contribuyen

significativamente a los 80 kN (18 kips) de los ESAL y por lo tanto son

generalmente ignorados en el proceso de clculo simple de los ESAL.


54

2.3.1.3 DESCRIPCIN DE LA JERARQUA USADA EN LA CARACTERIZACIN DEL TRFICO.

Los datos completos del espectro de eje-carga para cada tipo de eje son

necesarios para la nueva Gua de Diseo en procedimientos de diseo de

pavimentos nuevos y rehabilitacin. Sin embargo, algunas instituciones no

tienen los recursos necesarios para la recoleccin detallada de datos a travs

de los aos sobre trnsito para caracterizarlo exactamente el a futuro para el

diseo. Para facilitar el uso de la Gua a pesar del nivel de detalle disponible de

estos datos, se adopt una jerarqua para el desarrollo de la entrada de trfico

requerido para el diseo de pavimentos nuevos y rehabilitacin.

La Gua define tres amplios niveles de datos de entrada para trfico

basado en la cantidad de datos disponible. Estos niveles representan cmo el

diseador correctamente puede estimar caractersticas de trfico de vehculos

a futuro para la va que es diseada. Los tres niveles pueden ser definidos as:

Nivel 1: Hay muy buen conocimiento de las caractersticas pasadas y futuras del trfico.

Nivel 2: Hay un conocimiento modesto de las caractersticas pasadas y futuras del trfico.

Nivel 3: Hay un conocimiento pobre de las caractersticas pasadas y futuras del trfico.

Los volmenes y pesos de vehculos pueden variar considerablemente de

va en va y an de lugar en lugar a lo largo de la carretera. As, puede ser

obtenido un buen conocimiento de las cargas de trfico en el lugar donde los

volmenes y cargas pasados han sido recolectados a lo largo o cerca del

segmento de carretera que ser diseada. Los datos adquiridos por el

monitoreo de trfico, son utilizados para establecer las caractersticas futuras

55

del trfico, proporcionando al diseador un alto nivel de confianza en la

exactitud del trfico del vehculo usado en diseo.

Nivel 1: Muy buen conocimiento de las caractersticas del trfico. El nivel 1 requiere la reunin y el anlisis histrico de datos de cargas y

volmenes de trfico de sitios especficos. Los datos del trfico medidos cerca

en el sitio deben incluir el conteo y clasificacin del nmero de los vehculos

que viajan sobre la va, junto con el anlisis por carril y direccin, midiendo las

cargas por eje para cada clase de vehculo y as determinar el trfico de

vehicular al primer ao despus de la construccin. El nivel 1 se considera el

ms exacto porque utiliza los pesos reales por eje y las distribuciones del

volumen de trfico del vehculo medidos sobre cerca al sitio del proyecto.

Nivel 2: Conocimiento modesto de las caractersticas del trfico. El nivel 2 requiere que el diseador recolecte bastante informacin del

volumen de vehculos en el sitio para medir volmenes exactos. Esto incluye

poder explicar cualquier variacin de volumen los das de semana, fines de

semana y cualquier tendencia estacional significativa en las cargas de los

vehculos (en las reas afectadas por los transportes pesados, agrcolas). Los

pesos de los vehculos se toman de los resmenes regionales de los pesos

mante

guía para el uso del método de diseño de estructuras de pavimentos nuevos según método aashto...

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