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
UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR
RECTORA :
DRA. MARA ISABEL RODRGUEZ
SECRETARIA GENERAL:
LICDA. ALICIA MARGARITA RIVAS DE RECINOS
FACULTAD DE INGENIERA Y ARQUITECTURA
DECANO :
ING. MARIO ROBERTO NIETO LOVO
SECRETARIO :
ING. OSCAR EDUARDO MARROQUN HERNNDEZ
ESCUELA DE INGENIERA CIVIL
DIRECTOR :
ING. LUIS RODOLFO NOSIGLIA DURN
UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR
FACULTAD DE INGENIERA Y ARQUITECTURA
ESCUELA DE INGENIERA CIVIL
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
3.1.1 Introduccin.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
3.2.1 Introduccin.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
4.1.1 Introduccin...265
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
4.2.1 Introduccin...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
5.4.1 Informacin general....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
6.2.1 Informacin general....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
6.4.1 Informacin general....440
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:
6 Fig. 2.3: Instructor Manual Module 1-3. Pgina 1-3.5.
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
7 Fig. 2.4: Instructor Manual Module 1-3. Pgina 1-3.6.
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
10 Fig. 2.6: Instructor Manual Module 1-2. Pgina 1-2.5.
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.
19 FHWA Vehicle Classification Scheme F Report 20 FHWA Vehicle Classification Scheme F Report
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
21 FHWA Vehicle Classification Scheme F Report 22 FHWA Vehicle Classification Scheme F Report
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.
23 FHWA Vehicle Classification Scheme F Report 24 FHWA Vehicle Classification Scheme F Report
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
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