Protocolo de Investigacion Pavimentos Flexibles

OAXACA DE JUÁREZ, OAXACA MAYO 2015

TECNOLÓGICO NACIONAL DE MÉXICO

Instituto Tecnológico de Oaxaca

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE OAXACA

DEPARTAMENTO DE CIENCIAS DE LA TIERRA

PAVIMENTOS FLEXIBLES

PRESENTA:

C. SALVADOR PÉREZ GARCÍA

PARA EL PROTOCOLO DE INVESTIGACIÓN

INGENIERÍA CIVIL

ÍNDICE

CAPÍTULO I INTRODUCCIÓN.........................................................1

1.1. Planteamiento del problema....................................................1

1.2. Justificación.............................................................................2

1.3. Objetivo.....................................................................................2

CAPÍTULO II MARCO TEÓRICO.....................................................3

2.1. Introducción a los pavimentos................................................3

2.1.1. Aspectos generales................................................................................3

2.1.2. Consideraciones generales de pavimentos...........................................4

2.1.2.1. Definición y variables.......................................................................4

2.1.2.2. Características de un pavimento.....................................................5

2.1.2.3. Clasificación de los pavimentos.......................................................5

2.1.3. Tipos de pavimentos..............................................................................7

2.1.4. Vías para revisar estudios de diseño de pavimentos...........................11

2.2. Diseño de pavimentos flexibles............................................12

2.2.1. Método ASSHTO 1993- ecuación guía................................................12

2.2.1.1. Variables a considerar...................................................................13

2.2.2. Determinación de los espesores..........................................................13

2.2.3. Determinación del número estructural.................................................15

2.2.4. Método TRL según ORN 31.................................................................15

2.2.4.1. Antecedentes del método..............................................................15

2.2.5. Metodología de diseño.........................................................................16

2.2.6. Descripción de los pasos.....................................................................17

2.2.7. Catálogos de diseño............................................................................17

2.3. Descripción de métodos usuales de diseño........................18

2.3.1. Método del Instituto de Ingeniería de la UNAM....................................18

2.3.2. Método de Diseño Español MOPU - Secciones de Pavimento............28

2.3.2.1. Tránsito..........................................................................................28

2.3.2.2. Subrasante....................................................................................30

2.3.2.3. Materiales para capas superiores..................................................31

2.3.3. Método de Diseño del Instituto del Asfalto de los EUA........................31

2.3.3.1. Estimación del tránsito...................................................................32

2.3.3.2. Evaluación de materiales...............................................................33

2.3.3.3. Cálculo de espesores de diseño....................................................34

2.3.4. Método de la AASHTO para el diseño de la sección estructural de los

Pavimentos....................................................................................................34

BIBLIOGRAFÍA..............................................................................36

ANEXOS.........................................................................................37

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1. Criterios para establecer procedimientos y lista de revisión.. .3

Figura 2. Sección de un pavimento flexible....................................................6

Figura 3. Sección de un pavimento semi-rígido.............................................6

Figura 4. Sección de un pavimento rígido......................................................6

Figura 5. Sección de un pavimento articulado o adoquinado.......................7

Figura 6. Estructura de un pavimento flexible................................................8

Figura 7. Estructura de pavimento rígido.......................................................9

Figura 8. Estudios de diseño de pavimentos...............................................11

Figura 9. Espesores del suelo........................................................................14

Figura 10. Definición de capas de pavimento...............................................16

Figura 11.Relacion peso volumétrico seco – contenido de agua – para

suelo arcilloso.................................................................................................24

Figura 12. Gráfica para diseño estructural de carreteras con Pavimento

flexible..............................................................................................................26

Figura 13. Gráfica para diseño estructural de carreteras con pavimento

flexible..............................................................................................................27

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 1. Valor relativo de soporte crítico estimado para pavimentos, de

subrasantes compactadas 95% del volumétrico seco máximo proctor….19

Tabla 2.Ejemplo de composición vehicular con porcentajes de cargados y

vacíos………………………………………………………………………………… 20

Tabla 3. Cálculo del tránsito equivalente acumulado (σl)………………….. 25

Tabla 4. Categorías de tránsito pesado………………………………………...29

Tabla 5. Materiales utilizables en subrasantes………………………………..30

Tabla 6. Tasa Anual De Crecimiento Del Tránsito…………………………… 32

Tabla 7. Porcentaje de camiones en el carril de diseño……………………..33

CAPÍTULO I INTRODUCCIÓN

Un pavimento debe ser diseñado de tal manera que las cargas impuestas por el

tránsito no generen deformaciones permanentes excesivas. En el caso de los

pavimentos flexibles, estas deformaciones se producen en cada una de las capas.

1.1. Planteamiento del problema

Los pavimentos se dividen en rígidos y flexibles. Sin embargo la rigidez o flexibilidad

que un pavimento exhibe no es fácil de definir tan adecuadamente como para permitir

una diferenciación entre uno y otro tipo de pavimento, el precisar que tan rígido puede

ser un pavimento flexible o que tan flexible puede llegar a ser un pavimento rígido.

Los pavimentos se diferencian y definen en términos de los materiales de que están

constituidos y de cómo se estructuran esos materiales y no por la forma en cómo

distribuyen los esfuerzos y las deformaciones producidas por los vehículos a las capas

inferiores.

Los pavimentos flexibles no son más que una carpeta asfáltica, la cual está

conformada por la base y sub-base y es diseñado para un determinado número de

repeticiones de carga y al alcanzar este número de repeticiones, se espera que el

pavimento falle, este fallo del pavimento podría ser con la presencia de fisuras y

grietas en la parte superficial. Se conocen los principales criterios que deben regir la

utilización de materiales de distinta naturaleza dentro de la estructuración general y la

influencia de las características geotécnicas de los materiales del conjunto. Se

proponen estrategias para la ordenación de las diferentes capas que configuran el

pavimento total.

Después se presentan los diseños de pavimentos flexibles, las ecuaciones utilizadas y

los parámetros a utilizar así como los espesores en el cual el tema se enfoca más al

diseño del Método ASSHTO 1993 y así logrando formar una metodología de diseño.

Y al final del trabajo se describen en forma relativamente detallada los 4 métodos de

diseño más utilizados en México; a saber, el método propuesto por el Instituto de

Ingeniería de la UNAM, el del Catálogo Técnico de uso en España, el propuesto por el

Instituto Norteamericano del Asfalto y, finalmente, el propuesto por la AASHTO.

Cabe mencionar que no existe en la actualidad un método de análisis y diseño de

pavimentos flexibles que esté basado en teorías propias y coherentes.

1

1.2. Justificación

Las vías de comunicación son base del desarrollo del país, para ser capaces de

competir en el desarrollo económico y para mejorar la calidad de vida de sus

habitantes. Son un factor determinante para abatir la discriminación geográfica y social

y tener una expansión económica y social sostenible.

En la infraestructura del transporte, en México las vías de comunicación terrestre y en

particular las carreteras, constituyen un factor básico para posibilitar la competitividad.

Su calidad requiere de un diseño y mantenimiento adecuados, ya que el pavimento

tiende a degradarse por el uso y por el clima.

La gente quiere vialidades seguras con mejor visibilidad, manejo confortable del

vehículo con mejores condiciones de frenado, además de vialidades de calidad,

confiable y con un bajo costo de operación. Se requiere vialidades duraderas con una

mayor vida útil de alta resistencia al desgaste que necesiten menor mantenimiento.

El pavimento flexible se refiere a un pavimento con una superficie de rodamiento que

tiene una capa deformable. Generalmente son de concreto asfáltico, y su vida útil es

mucho menor a la de un pavimento rígido. El concreto asfáltico está conformado como

la capa superior de la estructura de un pavimento asfáltico, formado por la mezcla

homogénea de materiales pétreos, polvo mineral, cemento asfáltico puro o rebajado y

aditivos. La carpeta de rodadura es una delgada capa superficial (ya se definió

anteriormente), la cual funciona de tal forma que no permite el paso de la humedad,

recibe las cargas verticales para transmitirlas al resto de la estructura y su rugosidad

permite un nivel de fricción necesario para evitar desplazamientos indeseados.

La capa de sub-base es simplemente utilizada como un adicional de la capa de base.

Es decir, se puede utilizar para reducir el ancho de la capa de la base, ya que su

utilidad es la misma, pero puede construirse con materiales de menor calidad. Usando

los métodos de diseño más convenientes, principalmente se utiliza para economizar el

proyecto. Sus funciones pueden ser las de economizar el proyecto y aislar la capa de

la base de la capa sub rasante.

1.3. Objetivo

Analizar el pavimento flexible y cada uno de sus métodos de diseño, de tal manera

que seamos sabedores la diferencia que tiene con los demás tipos de pavimento, esto

para lograr una mayor economía en el proyecto, así como durabilidad, vialidades

seguras y de calidad mediante los métodos de diseño señalados.

CAPÍTULO II MARCO TEÓRICO

Se dará paso al proyecto de pavimentos flexibles, dando un repaso primero a los tipos

de pavimentos, luego viendo los métodos de diseño de los pavimentos flexibles para

terminar en la descripción de los métodos más usuales de diseño de estos.

2.1. Introducción a los pavimentos

Se conocerá una pequeña introducción a los pavimentos en general y observaremos

algunos de los tipos de pavimentos que hay, la lectura se enfocara más en pavimentos

flexibles, se revisaran vías de estudios de diseño de pavimentos.

2.1.1. Aspectos generales

El estudio y diseño de espesores de pavimento se puede revisar de varias maneras.

Las metodologías más utilizadas en nuestro medio para diseñar estos pavimentos, y

los diferentes instantes de la ejecución del estudio. Estos a su vez difieren por las

categorías de los proyectos. Los criterios para la revisión de los estudios tienen que

tomar en cuenta dos aspectos, el tipo de camino y la metodología para el diseño1:

1. El tipo de camino (clasificación funcional).

2. El tipo de proyecto: nuevo, mejoramiento, rehabilitación, reconstrucción.

3. El tipo de pavimento adecuado y conveniente y sus elementos.

4. Criterios y método de diseño empleado y las variables de diseño: tránsito,

materiales, clima, calidad material, calidad subrasante, etc.

5. La etapa del estudio que se quiera revisar: campo, informe final (o parcial).

Figura 1. Criterios para establecer procedimientos y lista de revisión.Fuente: CORASCO, Manual para la revisión de diseños de pavimentos, p. 17.

1 CORASCO, Manual para la revisión de diseño de pavimentos, pp. 16-17.

2.1.2. Consideraciones generales de pavimentos

Son los conceptos de definición y variables de los tipos de pavimentos, así como sus

características y su clasificación, entre esta se describe a detalle cómo está

estructurado cada uno.

2.1.2.1. Definición y variables

Para efectos del presente protocolo, pavimento, es la estructura integral de capas

superpuestas, generalmente horizontales denominadas subrasante, subbase, base y

carpeta, colocadas hasta coronar la rasante y destinada a permitir el tránsito vehicular.

Se diseñan y construyen técnicamente con materiales apropiados y adecuadamente

compactados. Una vez definido este aspecto básico, se presenta una exposición de

criterios y conceptos que servirán de ayuda en el proceso de revisión. Una de las

primeras decisiones que debe tomar ingeniero especialista en pavimentos es la de

cómo manejar una gran serie de variables, y transformarlas en "parámetros y valores

de diseño", que le permitan usarlas en el método seleccionado, como parte del

proceso total. El diseño de un pavimento es esencialmente distinto del de otra

estructura de ingeniería: el pavimento, en su totalidad se apoya sobre el material de

fundación y es, por lo tanto, altamente influenciado por las condiciones ambientales.

Una carretera, por otra parte, atravesará a lo largo de su recorrido una multiplicidad de

depósitos de suelos, cada uno con propiedades diferentes. Cada uno de esos suelos,

que son la fundación del pavimento, y también los materiales y mezclas que formarán

la estructura propiamente dicha del pavimento, se ven afectados por muchos factores,

entre los que pueden citarse: densidad, humedad, textura y estructura de sus

componentes, y grado de confinamiento. A todos estos hechos debe añadir las

características y variables propias del tránsito vehicular que actuará sobre el

pavimento.2

Tales características hacen del diseño de pavimentos una tarea compleja, y para

facilitar el manejo de tal volumen y tipo de información. Por ese motivo y para efectos

prácticos, el diseñador de pavimentos podría determinar en los casos de proyectos

nacionales lo que se denomina "Unidades de Diseño". Estas unidades pueden

definirse como: "tramos de la vía que presentan condiciones similares de topografía,

drenaje, clima, tráfico esperado, suelos existentes, y materiales de construcción."

Como una sugerencia hecha en otros países y por las facilidades de construcción se

2 CORASCO, Manual para la revisión de diseño de pavimentos, p. 27.

establece que las "Unidades de Diseño" tengan, como regla general, una longitud

mínima de dos (2) kilómetros.3

2.1.2.2. Características de un pavimento

La mayor parte de autores consideran que un pavimento debe reunir los siguientes

requisitos4:

1. Resistente a las cargas provocadas por el tránsito

2. Capacitado para las circunstancias impuestas por el medio ambiente y la

exposición a los agentes climatológicos especialmente a la lluvia y las

variaciones de temperatura.

3. Presentar una relación que combine la textura superficial, el desgaste

provocado por la abrasión de las llantas, maximizando el adecuado nivel de

seguridad de los vehículos. Superficie + textura = seguridad.

4. Minimizar las afectaciones del drenaje. El peor enemigo del pavimento es el

agua.

5. Un pavimento debe ser eficiente y eficaz

6. Debe tener una sensación agradable cuando se conduzca sobre ella

minimizando par el conductor aspectos de ruido, impacto visual, y maximizando

la comodidad de conducir.

2.1.2.3. Clasificación de los pavimentos.

De manera general los pavimentos se clasifican atendiendo lo que se denomina una

clasificación mecánica de su función, de esta manera5:

- Pavimentos flexibles

- Pavimentos semi - rígidos

- Pavimentos rígidos

- Pavimentos articulados

“Un pavimento flexible es una estructura que mantiene un contacto íntimo con las

cargas y las distribuye a la subrasante; su estabilidad depende del entrelazamiento de

los agregados, de la fricción de las partículas y de la cohesión”. Están formados por

una capa bituminosa apoyada generalmente sobre dos capas no rígidas, la base y la

sub base (Ver Figura 2).6

3 CORASCO, Manual para la revisión de diseño de pavimentos, p. 27.4 Ídem.5 Ibíd, p. 28.6 Ídem.

Figura 2. Sección de un pavimento flexible.Fuente: CORASCO, Manual para la revisión de diseño de pavimentos, p. 28.

El pavimento semirrígido es un pavimento especial ya que es una estructura

combinada compuesta por una carpeta bituminosa flexible apoyada sobre estructuras

rígidas como losas antiguas de concreto. Su análisis es complejo debido a la

diferencia de rigidez de las capas. Si el espesor no es adecuado en ocasiones reflejan

las grietas preexistentes en las losas de concreto. Guarda básicamente la misma

estructura de un pavimento flexible exceptuando su componente rígido.7

Figura 3. Sección de un pavimento semi-rígido.Fuente: CORASCO, Manual para la revisión de diseño de pavimentos, p. 29.

Los pavimentos rígidos están conformados superficialmente por losas de concreto

apoyadas sobre una estructura granular calculada de acuerdo a la capacidad de

soporte del terreno, que en algunos casos se denomina sub-base, para garantizar sus

rigidez. Se le llama rígido porque al ser sometido a las cargas del tránsito deben ser

prácticamente nulas las deformaciones que ocurran.8

Figura 4. Sección de un pavimento rígidoFuente: CORASCO, Manual para la revisión de diseño de pavimentos, p. 30.

7 CORASCO, Manual para la revisión de diseño de pavimentos, p. 29. 8 Ibíd, p. 30.

El pavimento articulado o de adoquines es el que está compuesto por pequeños

bloques prefabricados, normalmente de concreto, que se denominan en nuestro medio

como adoquines; se asientan sobre un colchón de arena soportado por una capa de

sub-base o directamente sobre la sub-rasante. Su diseño, como todo pavimento, debe

estar de acuerdo con la capacidad de soporte de la subrasante para prevenir su

deformación.9

Figura 5. Sección de un pavimento articulado o adoquinadoFuente: CORASCO, Manual para la revisión de diseño de pavimentos, p. 30.

2.1.3. Tipos de pavimentos

Existen varios tipos de pavimentos, entre ellos se encuentran los pavimentos rígidos o

también llamados hidráulicos, también están los pavimentos flexibles o asfalticos.

Aquí conoceremos algunos de los tipos de pavimentos.

Pavimentos Flexibles.

Un pavimento flexible o también llamado pavimento asfaltico es una carpeta asfáltica,

la cual proporciona la superficie de rodamiento. Las cargas especialmente de los

vehículos que transitan por un pavimento flexible o pavimento asfaltico hacia las capas

inferiores se distribuyen por medio de las características de fricción y de cohesión de

las partículas de los materiales que son utilizados y la carpeta asfáltica se pliega a

pequeñas deformaciones de las capas inferiores sin que su estructura se rompa.

Algunas de las capas que conforman un pavimento flexible en la mayoría de veces

son10:

- Carpeta Asfáltica.

- Base.

- Sub-Base.

9 CORASCO, Manual para la revisión de diseño de pavimentos, p. 30.10 UNAM, Concreto hidráulico permeable, una alternativa para la recarga de los mantos acuíferos del valle de México, p. 15.

Esta estructura se diseña según condiciones especiales, los principales parámetros de

diseño de un pavimento por métodos racionales son11:

- Numero de ejes o vehículos que pasan por la vía.

- Módulos elásticos de las capas que conforman el pavimento.

- Temperatura del proyecto.

- Espesores de las capas.

Todas estas capas se construyen sobre la capa subrasante:

. Figura 6. Estructura de un pavimento flexible

Fuente: UNAM, Concreto hidráulico permeable, una alternativa para la recarga de los mantos acuíferos del valle de México, p. 16.

Este tipo de pavimento llamado flexible, se diseña para un determinado número de

repeticiones de carga, y alcanzar este número de repeticiones, se espera que el

pavimento se fatigue y falle, este fallo del pavimento se demuestra con la presencia de

fisuras y grietas en la parte superficial.12

Los pavimentos rígidos son aquellos cuyo elemento fundamental es una losa de

concreto hidráulico en la que se distribuyen las carga de los vehículos hacia las capas

inferiores por medio de toda la superficie de la losa y de las adyacentes que trabajan

en conjunto con la que recibe directamente las cargas. Este tipo de pavimento no

puede plegarse a las deformaciones de las capas inferiores sin que se presente la falla

estructural. Aunque en teoría las losas de concreto hidráulico pueden colocarse en

forma directa sobre la sub-rasante, es necesario construir una capa de sub-base para

evitar que los finos sean bombeados hacia la superficie de rodamiento al pasar los

vehículos, lo cual puede provocar fallas de esquina o de orilla de la losa. Como se

muestra en la figura 7.13

La sección transversal de un pavimento rígido está constituido por14:

- Losa de concreto.

- Capa de sub-base.11 UNAM, Concreto hidráulico permeable, una alternativa para la recarga de los mantos acuíferos del valle de México, p. 15.12 Ibíd, p. 16.13 Ídem.14 Ibíd, p. 17.

- Ambas apoyadas sobre la sub-rasante y la capa de subrasante.

Figura 7. Estructura de pavimento rígidoFuente: UNAM, Concreto hidráulico permeable, una alternativa para la recarga de los mantos acuíferos

del valle de México, p. 17.

Para el caso de un pavimento rígido el cual no posee, todas estas capas y donde la

más externa es una capa construida en concreto que por lo general es colocada en

placas, se diseña también con un tráfico especifico, con la diferencia que este

pavimento puede fallar con solo una repetición de carga. La grafica anterior nos

muestra un ejemplo de materiales en la conformación de un pavimento rígido.15

Un pavimento no es solo lo que vemos, es una estructura funcional, compleja y donde

la tecnología nos lleva a utilizar materiales no convencionales para su diseños, por

ejemplo en pavimentos flexibles se realizan diseños con capas de grava –escoria,

grava – cemento, cauchos etc., con el fin de brindar calidad a menores costos.16

Hay que tomar en cuenta diversos factores para el diseño de los pavimentos rígidos,

por ejemplo cuando el material local no tiene las características para cumplir tal

función, por presentar problemas de expansión, bajo valor relativo de soporte, se

recurre a la utilización de materiales seleccionados de mejor calidad, o bien a su

tratamiento con productos tales como cemento portland, cal, asfaltos; dependiendo su

selección de aspectos prácticos y económicos.17

La capacidad de respuesta estructural de la subrasante se determina mediante el

modulo de reacción, k, que constituye uno de los principales parámetros de diseño de

los pavimentos rígidos. Teniendo en cuenta la elevada rigidez del concreto y el efecto

de la viga desarrollado por las losas del pavimento, los niveles de esfuerzo y

deformaciones producidos en la subrasante son muy bajos, de manera que no se

requiere un elevado valor de soporte en dicha capa, siendo más importante que dicho

15 UNAM, Concreto hidráulico permeable, una alternativa para la recarga de los mantos acuíferos del valle de México, p. 17.16 Ídem.17 Ibíd, p.18.

efecto de soporte sea uniforme, condición que además debe mantenerse a través del

tiempo.18

En la medida en que el modulo de reacción k aumenta, el espesor necesario de la losa

se reduce para iguales condiciones de transito y de resistencia d concreto, de manera

que una mejoría en la calidad o resistencia de la capa subrasante se traduce en un

ahorro en el espesor del concreto, el cual llega a ser significativo, hasta el orden del 10

por ciento, principalmente cuando se trata de pavimentos de transito intenso.19

Por otro lado, que actualmente se están aplicando algunos métodos de diseño de

espesores, principalmente del tipo mecanismo-empírico, que es una medida de las

propiedades elásticas de los suelos, parámetro que ha sido reconocido

internacionalmente como un medio para caracterizar los materiales para propósitos de

diseño o evaluación de pavimentos.20

Con respecto a la sub-base debe fundamentalmente evitar el efecto de bombeo de los

suelos finos. Una capa de sub-base es obligada en los casos en que se combinen

suelos finos, agua y transito pesado, de tal forma que se induzca el efecto de bombeo.

Dichas condiciones se presentan frecuentemente en el caso de pavimentos

importantes que soportaran un elevado volumen de transito pesado. Las condiciones

necesarias para producir dicho efecto no se tienen en caminos secundarios de bajo

nivel de transito ni en calles residenciales. En estos últimos casos la utilización de una

capa de sub-base no se justifica desde el punto de vista económico y los resultados

deseados se pueden lograr mediante la preparación adecuada y menos costosa de la

subrasante.21

Las variaciones de temperatura y humedad que ocurren estacionalmente, producen

gradientes que generan esfuerzos y deformaciones en las losas que contribuyen

agrietamiento y bajo tales, las losas se expanden y se contraen, produciéndose

además alabeos que adoptan curvaturas cóncavas durante la noche y convexas

durante el día, pudiendo adicionalmente el suelo de cimentación experimentar cambios

volumétricos.22

18 UNAM, Concreto hidráulico permeable, una alternativa para la recarga de los mantos acuíferos del valle de México, p. 18.19 Ídem.20 Ídem.21 Ídem.22 Ídem.

2.1.4. Vías para revisar estudios de diseño de pavimentos

Para los estudios del pavimento su situación actual y sus espesores, los mismos están

ligados íntimamente al tipo de camino o de proyecto al tipo de pavimento considerado

y a la metodología de diseño23:

- Materiales de la plataforma, la sub rasante y su calidad

- Materiales locales y su calidad para uso en el pavimento o como pavimento

- Tránsito y sus características

- Clima y ambiente

En la Figura 8 se trata de explicar lo anterior de la siguiente manera24:

- Existen diversos casos de estudios de espesores de acuerdo al tipo de camino

(clasificación funcional) y al tipo de proyecto que resulta de la formulación del

proyecto.

- Existen diversos tipos de pavimento que pueden aplicarse a cada caso para

evaluación más conveniente

- En esa misma relación se tiene que considerar las diversas metodologías de

diseño.

Figura 8. Estudios de diseño de pavimentosFuente: UNAM, Concreto hidráulico permeable, una alternativa para la recarga de los mantos acuíferos

del valle de México, p. 19.

Los aspectos para los estudios de diseño de pavimentos son25:

- El primer aspecto (Los tipos de caminos, su clasificación funcional y la

metodología de evaluación y el tipo de proyecto) condicionan el tipo de

pavimento más conveniente de tal manera que se generan múltiples

23 UNAM, Concreto hidráulico permeable, una alternativa para la recarga de los mantos acuíferos del valle de México, p. 19.24 Ídem.25 Ibíd, p. 20.

combinaciones. La clasificación funcional es un instrumento básico para la

planificación vial y para el caso de Nicaragua y del desarrollo de los estudios

de factibilidad, diseños, u otros estudios la clasificación funcional podrá guiar el

alcance y especificaciones de los mismos.

- El segundo aspecto se relaciona con la escogencia del pavimento más

conveniente considerando los cuatro factores señalados en el apartado anterior

para los casos anteriores.

- El Tercer aspecto es la escogencia del método más adecuado para resolver las

variables impuestas por los factores señalados.

2.2. Diseño de pavimentos flexibles

Para diseñar pavimentos se requieren de algunos tipos de métodos, pero para diseñar

pavimentos flexibles se requieren de métodos específicos para lograr diseños óptimos

mediante previos pasos para lograrlo.

2.2.1. Método ASSHTO 1993- ecuación guía

La ecuación de la guía AASHTO 1993 para pavimentos flexibles es la siguiente:26

En donde:

- W18 : Número de aplicaciones de carga de 18 kips

- ZR : Área bajo la curva de distribución estandarizada para una confiabilidad R

- So : Desviación estándar de las variables

- SN : Número Estructural (Ecuación 2)

- DPSI : Pérdida de la serviciabilidad prevista en el diseño

- MR : Módulo resiliente de la subrasante


SN es llamado el número estructural. El número estructural se convierte a una

combinación de espesores de capa, combinando coeficientes que representan la

capacidad estructural relativa del material de cada capa, en donde se representan las

capas de acuerdo a lo siguiente27:

- ai : Coeficiente de capa i

- mi : Coeficiente de drenaje i

- Di : Espesor de capa i

Los materiales usados en cada una de las capas de la estructura de un pavimento

flexible, de acuerdo a sus características ingenieriles, tienen un coeficiente estructural

"ai". Este coeficiente representa la capacidad estructural del material para resistir las

cargas solicitantes.28

Estos Coeficientes están basados en correlaciones obtenidas a partir de la prueba

AASHO de 1958-60 y ensayos posteriores que se han extendido a otros materiales y

otras condiciones para generalizar la aplicación del método.29

2.2.1.1. Variables a considerar

Las variables que se tiene que considerar para el diseño de espesores son30:

- Variables En Función Del Tiempo.

a. El Período De Tiempo Para El Diseño.

b. La Vida Útil Del Pavimento.

- Variables En Función Del Tránsito

- Confiabilidad

- Calidad De La subrasante. Subrasantes Expansivas

- Calidad O Índice De Serviciabilidad.

- Propiedades De Los Materiales. El Módulo Resiliente De La Subrasante

- Clima-Drenaje

2.2.2. Determinación de los espesores

Con el método AASHTO se usa la expresión o Ecuación31:

En donde, como ya

referimos:


- a1, a2, a3 son los coeficientes estructurales o de capa, adimensionales.

- m1, m2, m3 son los coeficientes de drenaje

- D1, D2, D3 son los espesores de capas, en pulg o mm,

Figura 9. Espesores del sueloFuente: CORASCO, Manual para la revisión de diseño de pavimentos, p. 62.

En este sentido, el número estructural (SN) llevará las unidades de los espesores de

las diferentes capas del pavimento. Esta ecuación no tiene una única solución, hay

prácticamente un infinito número de combinaciones de espesores que la pueden

satisfacer, no obstante esto, se dan normativas tendientes a dar espesores de capas

que puedan ser construidas y protegidas de deformaciones permanentes por las capas

superiores más resistentes.32

Para resolver la ecuación se deben tomar en cuenta las siguientes expresiones33:

- ¡) a, D, m y SN corresponden a valores mínimos requeridos

- ii) D* y SN* representan los valores finales de diseño

28 Ídem.29 Ibíd, p. 62. 30 Ídem.31 Ídem.32 CORASCO, Manual para la revisión de diseño de pavimentos, p. 62.33 Ídem.

2.2.3. Determinación del número estructural

En el Manual SIECA se utiliza el ábaco para obtener el número estructural y en dicha

figura los valores que se requieren para la determinación del SN son34:

- La cantidad de ESAL´s por carril y la cual se calcula de la manera como se

conforme la tabla que aparece en esa sección.

- La confiabilidad, que está implícita en el término ZR y que representa el área

bajo una curva normal de distribución para un grado de confiabilidad R.

- El valor de las desviaciones estándar S0

- El Modulo de resiliencia efectivo de la sub rasante

- La pérdida de serviciabilidad

2.2.4. Método TRL según ORN 31

Se conocerá el método, de donde viene y sus antecedentes, según “Overseas Road

Note 31” su utilidad en la actualidad y los experimentos que se han hecho en base a

este método de diseño para pavimentos flexibles.

2.2.4.1. Antecedentes del método

Se trata de un método de diseño de pavimento propiciado por una entidad del Reino

Unido cuyo detalle y contenido se aprecia o aparece en documento conocido como

“Overseas Road Note 31”; para referencia de este manual estamos tomando como

guía la cuarta edición de dicho documento. Se trata de un método basado en diseño

por catálogo. Estos diseños de pavimento incorporados en la cuarta edición de la nota

31 (ORD) se basan especialmente en: (a) Resultados de los experimentos a escala

completa donde todos los factores afectando el comportamiento se han medido

exactamente y su variabilidad cuantificada. (b) Estudios del funcionamiento de redes

carreteras existentes tal como fueron construidas. Donde se carece de la evidencia

empírica directa los diseños se han interpolado o se han extrapolado de estudios

empíricos usando modelos de comportamiento de carreteras (Parsley y Robinson

(1982), Paterson (1987), Rolt y otros (1987)) y métodos analíticos, mecánicos

estándares e.g Gerritsen y Koole (1987), Powell y otros (1984), Brunton y otros (1987).

Debido a la naturaleza estadística del diseño del pavimento causada por

incertidumbres en el pronóstico del tránsito y la variabilidad en las características de

los materiales, clima y comportamiento de los pavimentos de las carreteras, las

propuestas de diseño se han presentado como catálogos o tablas de diseño de

estructuras de pavimento, que es aplicable, cada una, sobre un pequeño rango del


tráfico y de la calidad de la subrasante. Tal procedimiento hace que las los catálogos y

las tablas de diseño sean extremadamente fáciles utilizar pero es importante que el

lector este entendido a fondo con las notas aplicables a cada tabla. Para efectos de

normalizar los términos más usados en este método el modelo de espesores lo

denominaremos conforme la siguiente figura.35

Figura 10. Definición de capas de pavimentoFuente: CORASCO, Manual para la revisión de diseño de pavimentos, p. 63.

2.2.5. Metodología de diseño

Hay tres pasos principales que se siguen en este método para diseñar un pavimento

nuevo, estos tres pasos son36:

I. Estimación de la cantidad de tránsito y el número acumulado de ejes

estándares equivalentes que se utilizarán en el período de diseño

seleccionado;

II. Determinar la resistencia de los suelos de la subrasante sobre la que el

camino debe ser construido;

III. Seleccionar la combinación más económica de los materiales del

pavimento y de los espesores de capa que proporcionarán servicio

satisfactorio sobre el período de diseño del pavimento (Es

generalmente necesario asumir que se va a realizar un nivel apropiado

de mantenimiento).

El proceso de diseño establecido en la ORN 31 considera cada uno de estos pasos

alternadamente, y pone énfasis especial en cinco aspectos para considerarse en el

35 CORASCO, Manual para la revisión de diseño de pavimentos, p. 63.36 Ídem.

diseño que son de importancia significativa en para establecer los espesores de los

caminos en la mayoría de los países tropicales37:

- La influencia de los climas tropicales en las condiciones de humedad en la

subrasante de las carreteras.

- Las condiciones severas impuestas a las superficies asfálticas por los climas

tropicales y las implicaciones propias de lo anterior en el diseño de tales

superficies.

- La interrelación entre diseño y mantenimiento. Si la vía no cuenta con un nivel

apropiado de mantenimiento no es posible hacer diseños económicos para los

usuarios de la vía con los niveles de tránsito previsto. Esto significa altos

costos de operación para los vehículos.

- Las sobre cargas por ejes y las altas presiones de las llantas también son una

característica en nuestro medio.

- La influencia del clima en la naturaleza, de los suelos y los agregados usados

en la construcción de carreteras.

2.2.6. Descripción de los pasos

Estimación de la cantidad de tránsito y el número acumulado de ejes estándares

equivalentes que se utilizarán en el período de diseño seleccionado. Determina la

resistencia de los suelos de la subrasante sobre la que el camino debe ser construido

y selecciona la combinación más económica de los materiales del pavimento y de los

espesores de capa que proporcionarán servicio satisfactorio sobre el período de

diseño del pavimento.38

2.2.7. Catálogos de diseño

Los catálogos de diseño se pueden encontrar39:

- Base Granular/tratamiento superficial

- Base compuesta(granular y estabilizada)/tratamiento superficial

- Base granular/rodadura semiestructural

- Base compuesta/rodadura semiestructural

- Base granular/rodadura estructural

- Base compuesta/rodadura estructural

37 CORASCO, Manual para la revisión de diseño de pavimentos, p. 64.38 Ibíd, p. 66.39 Ibíd, p. 68.

2.3. Descripción de métodos usuales de diseño

En este apartado conoceremos los métodos más usados de diseño en el pavimento

flexible y su aplicación de cada uno de ellos en el campo laboral y porque son los

métodos más escogidos para elaborar el pavimento flexible.

2.3.1. Método del Instituto de Ingeniería de la UNAM

Desde hace aproximadamente tres décadas, los proyectistas de carreteras han

contado en México con un método de diseño para pavimentos desarrollado por el

Instituto de Ingeniería de la UNAM, a petición de la entonces Secretaría de Obras

Públicas, luego SAHOP y ahora SCT. Este método partió del análisis de datos

experimentales en tramos de prueba, en carreteras en servicio, de investigación

teórica y de experimentación en laboratorio en la pista circular de pruebas, que influyó

más recientemente en sucesivos perfeccionamientos. Actualmente el método está

preparado para ser manejado con la ayuda de gráficas, con calculadoras

programables o con la ayuda del cómputo.40 El conjunto del trabajo de años del

Instituto de ingeniería de la UNAM se encuentra en la publicación No. 444 de dicha

institución que data de 1981, pero en estas páginas sólo se hará una breve glosa de la

metodología de trabajo, correspondiente a la utilización de gráficos, nomogramas y

ecuaciones de diseño.41

Este método considera como datos de entrada básicos el tipo de carretera, el número

de carriles, la vida de proyecto, el tránsito diario promedio anual (TDPA), tasa de

crecimiento y variables adicionales sobre características del terreno y materiales, así

como de climas, nivel freático y precipitación pluvial. Como guía para el proyectista, se

recomienda la estimación de un Valor Relativo de Soporte crítico para las condiciones

previamente dadas (Tabla 1).42

En la siguiente tabla (Tabla 1.) se muestran valores estimados de exclusivamente para

materiales de subrasante, dependiendo de algunos tipos de materiales, sus índices

plásticos y diferentes profundidades del nivel freático.43

Se requieren adicionalmente pruebas de laboratorio confiables, para una mejor

comprensión del comportamiento de las terracerías y demás capas a diseñar,

debiendo realizarse para cada material propuesto y disponible, pruebas con tres

40 Rico, Pavimentos flexibles. Problemática, metodología de diseño y tendencias, p. 27.41 Ídem.42 Ídem.43 Ibíd, p. 28.

diferentes energías de compactación; esto es, baja (AASHTO estándar) compactación

intermedia y alta energía (AASHTO modificada).44

Tabla 1. Valor relativo de soporte crítico estimado para pavimentos, de subrasantes compactadas 95% del volumétrico seco máximo proctor.

Fuente: Rico, Pavimentos flexibles. Problemática, metodología de diseño y tendencias, p. 28.

Encontrando la humedad óptima y teniendo normado el porcentaje de compactación

que se especifique en el proyecto y dependiendo del control de la construcción, se

indicará un rango de variación de humedad respecto al óptimo. Paralelamente el

laboratorio deberá reportar los valores de resistencia en VRS para cada tipo de

material a utilizar.45

Con el conjunto anterior, se encontrará una zona que reflejará las condiciones

esperadas para la subrasante, encontrándose, en función de la humedad crítica

esperada, el valor crítico de VRS de diseño.46

En función del VRS crítico obtenido para la subrasante, por experiencia se asignará un

valor menor para el cuerpo del terraplén, del orden del 60% obtenido para la

subrasante.47

Para obtener el VRS crítico de las capas restantes, ésto es la sub-base y base, el

método emplea la siguiente ecuación, en donde interviene un coeficiente de variación

estimado (v) entre 0.2 y 0.3, debido a cambios posibles del material, procedimiento

constructivo, etc. Lo anterior, siempre tenderá a disminuir el VRS de campo promedio,

que como ya se dijo cubrirá incertidumbres tanto de la prueba de valor relativo de

soporte como de los materiales, redundando en lo que se conoce como factor de

seguridad.48

44 Rico, Pavimentos flexibles. Problemática, metodología de diseño y tendencias, p. 28.45 Ídem.46 Ibíd, p. 29. 47 Ídem.48 Ídem.

El segundo paso contemplado en el método, consiste en la información y

procesamiento de los datos del tránsito, partiendo del TDPA inicial, su tasa de

crecimiento en porcentaje anual y la composición vehicular detallada, considerando

desde los automóviles y vehículos ligeros hasta los vehículos más pesados de carga.49

Se hace notar que el método contempla en este análisis los porcentajes de vehículos

pesados, tanto cargados con carga legal, como totalmente vacíos.50

Tabla 2.Ejemplo de composición vehicular con porcentajes de cargados y vacíos.

TIPO DE VEHICULO COMPOSICIÓN

PROPORCÍON

CARGADOS VACIOS

Automóviles 40% 60% 40%

Camiones ligeros (A2) 20% 80% 20%

Autobuses (B2) 15% 90% 10%

Camiones de dos ejes (c2) 10% 98% 2%

Camiones de tres ejes (C3) 12% 98% 2%

Tractores con semirremolques (T2–S1) 2% 99% 1%

Tractores con semirremolques (T2-S2) 1% 99% 1%


Para el análisis del tránsito equivalente acumulado (Σ L), el método inicia el cálculo de

los coeficientes de daño a diferentes profundidades de la estructura del pavimento, lo

cual podrá procesarse con el empleo de las tablas siguientes del método de diseño

49 Rico, Pavimentos flexibles. Problemática, metodología de diseño y tendencias, p. 29.50 Ibíd, p. 30.

original del Instituto de Ingeniería, la ecuación general se deberá calcular el coeficiente

de daño de cada vehículo tanto en condiciones de carga reglamentada y vacíos, para

profundidades de Z = 0 cm para obtener los ejes equivalentes en carpeta y base, y Z=

30 cm para el resto de la sección.51

Dónde:

- di = Coeficiente de daño equivalente en la capa i.

- σz = Esfuerzo a la profundidad z, en Kg/cm2.

- p = Peso del eje, en Kg.

- Fz = Coeficiente de influencia de Boussinesq a la profundidad z.

- A = Constante experimental.

- z = Profundidad en cm.

- 5.8 = Presión de contacto de la llanta en Kg/cm2

Al obtenerse los coeficientes de daño para todos y cada uno de los vehículos vacíos y

cargados a las profundidades Z = 0 y Z = 30, el proyectista deberá multiplicar éstos por

la composición del tránsito en porcentaje. Con ello se obtendrá el Número deejes

equivalentes para cada vehículo y para cada profundidad. Al efectuar la sumatoria de

tales valores en el carril de proyecto por el coeficiente de acumulación del tránsito CT y

por el valor de TDPA inicial, se obtendrá el tránsito equivalente acumulado ΣL para las

capas de carpeta y base, y sub-base y terracerías respectivamente.52

Dónde:

- CT = Coeficiente de acumulación del tránsito.

- n = Años de servicio.


- r = Tasa de crecimiento anual.

Finalmente el método presenta un procedimiento sencillo para obtener los espesores

equivalentes de diseño de la sección estructural del pavimento, procedimiento que

incluye varios nomogramas que están en función del nivel de confianza Qu que se elija,

el Valor Relativo de Soporte Crítico de cada capa y el tránsito equivalente acumulado

en ejes sencillos de 8.2 ton en el carril de proyecto.53

Con los nomogramas citados, el proyectista podrá obtener los espesores equivalentes

para cada capa a las profundidades ZN, tomando en cuenta coeficientes de resistencia

estructural recomendados ai, que considera 1 cm de asfalto equivalente a 2 cm de

grava54:

- a1D1 = carpeta, D1 espesor en cm, a1 coeficiente equivalencia.

- a2D2 = base, D2 espesor en cm, a2 coeficiente equivalencia.

- anDn = capa n, Dn espesor en cm, an coeficiente equivalencia.

Con lo anterior, el proyectista estará en posibilidades de determinar el espesor final de

cada capa de la sección estructural del pavimento diseñado, interviniendo para ello los

diferentes criterios que adopte para una mejor estructuración de la sección carretera,

tomando en cuenta ciertos arreglos de capas, ciertas clases de materiales y mínimos

espesores que se tienen especificados por la dependencia o autoridad responsable.55

Es importante hacer notar que para complementar la información proporcionada por el

Instituto de Ingeniería de la UNAM, sobre los coeficientes de daño incluidos en el

apéndice E, el lector de este trabajo podrá consultar la información proporcionada por

el Instituto Mexicano del Transporte en su Publicación Técnica No. 5, donde se trata

con detalle el Análisis de los Coeficientes de Daño Unitarios correspondientes a los

vehículos de carga autorizados en la Red Nacional de Carreteras Mexicanas.56

En el citado trabajo, se utiliza la metodología original del Instituto de Ingeniería de la

UNAM, pero con la diferencia de analizar el daño a los pavimentos hasta 120 cm de

profundidad, lo que cubre la gran mayoría de los pavimentos de la red federal.57

Se analizan 15 diferentes vehículos de carga, proporcionando sus coeficientes de

daño desde una profundidad de Z = 0, Z = 15, Z = 30, Z = 60, Z = 80, Z = 100 y hasta

llegar a Z = 120 cm, para ver el daño en las capas inferiores de la sección estructural

53 Rico, Pavimentos flexibles. Problemática, metodología de diseño y tendencias, p. 31.54 Ibíd, p. 32.55 Ídem.56 Ídem.57 Ídem.

de un pavimento flexible, llegando hasta el cuerpo del terraplén. Además se reporta el

coeficiente de daño “unitario” ponderado por carga útil, lo que auxiliará al proyectista

para determinar el daño preciso en cualquier profundidad y para cualquier valor de

carga; esto es, vacío, parcialmente cargado y cargado totalmente con la máxima carga

legal permitida y aún los casos de vehículos con sobrecarga.58

Para lograr el detalle anterior y una mayor precisión en el cálculo hasta obtener los

ejes totales equivalentes, el usuario tendrá que ampliar su tabla de cálculo sugerida

por el Instituto de Ingeniería de la UNAM (reporte No. 444), adicionando columnas y

renglones para cada tipo de vehículo; columnas para más valores de profundidad Z =n

y renglones para incluir y analizar el daño producido cuando los vehículos circulan

parcialmente cargados y cuando operan sobrecargados.59

Se hace mención que el propio Instituto Mexicano del Transporte, desde 1991,

dispone de la estadística detallada de aforos reales y actuales hechos en la red,

resultados que han sido plasmados en los Estudios correspondientes de Pesos y

Dimensiones.60

Debe mencionarse también que en este momento existe a nivel mundial una profunda

preocupación, que se está traduciendo en esfuerzos concertados de investigación

internacional, a todo lo cual México no es indiferente, por encontrar tecnologías de

laboratorio que traten de informar sobre el comportamiento de los materiales en

relación directa a propiedades fundamentales o a circunstancias específicas que

afectan a los pavimentos reales, yendo más allá de tratar de conocer el

comportamiento estructural, intrínsecamente hablando, que la propiedad que se desea

medir. Estos esfuerzos están haciendo aparecer tecnologías de laboratorio generadas

por procedimientos más razonables, pero aún no del todo confrontados con la realidad

de las obras, por lo que es difícil justipreciar cual va a ser el nivel de su éxito. Lo que

parece fuera de duda es que se observa una inquietud de los investigadores en el

campo de los pavimentos, que produce una actividad creciente que no dejará de

generar resultados favorables.61

58 Rico, Pavimentos flexibles. Problemática, metodología de diseño y tendencias, p. 32.59 Ibíd, p. 33.60 Ídem.61 Ibíd, p. 26.

Figura 11.Relacion peso volumétrico seco – contenido de agua – para suelo arcilloso.


Tabla 3. Cálculo del tránsito equivalente acumulado (σl).

Figura 12. Gráfica para diseño estructural de carreteras con Pavimento flexible.Fuente: Rico, Pavimentos flexibles. Problemática, metodología de diseño y tendencias, p. 36.

Figura 13. Gráfica para diseño estructural de carreteras con pavimento flexible.Fuente: Rico, Pavimentos flexibles. Problemática, metodología de diseño y tendencias, p. 37.

2.3.2. Método de Diseño Español MOPU - Secciones de Pavimento

El extinto Ministerio de Obras Públicas de España (MOPU) publicó en mayo de 1989

una Orden donde se aprobó la Instrucción 6.1 y 2-I.C. de la Dirección General de

Carreteras, que instruye que para los proyectos de construcción de nuevas carreteras

o reconstrucción de las existentes se utilice el “Catálogo de Secciones de Pavimento

Flexibles y Rígidos”, haciéndose notar que no aplica para el diseño de refuerzos de

pavimentos ni a secciones de pavimentos sobre alguna estructura.62

El Catálogo en cuestión se editó en 1990 y continúa vigente a la fecha como un

producto del impulso que experimentó España con el Programa de Autovías incluido

en el Plan General de Carreteras. La proliferación de proyectos de gran importancia

económica, obligó a acelerar la revisión de la normatividad, complementándose la

Instrucción vigente de 1986 de una forma integrada, proporcionando a la fecha una

amplia gama de soluciones para todas las categorías de tránsito pesado. Se incluyen

en la metodología, soluciones de diseños de pavimentos para carreteras, tanto del tipo

flexible como del tipo rígido.63

El Catálogo considera períodos de diseño o de servicio de 20 años para los

pavimentos flexibles y de 30 años para los pavimentos rígidos elaborados con

concreto hidráulico. También toma en cuenta la intensidad media diaria de vehículos

pesados que se prevea en el carril de proyecto y en el año de la puesta en servicio.64

Se utilizan para el diseño tres categorías de subrasante, definidas por su mínimo valor

relativo de soporte (VRS). En base a las variables anteriores, el Catálogo proporciona

13 alternativas de solución para 5 diferentes tránsitos, 3 categorías de subrasantes y 8

clases de materiales diferentes, para usarse en las capas de la sección estructural de

los pavimentos. Todo lo anterior se traduce finalmente en un Catálogo que proporciona

al usuario o diseñador un abanico del orden de 500 secciones de pavimento.65

2.3.2.1. Tránsito

Para el diseño de secciones estructurales de los pavimentos flexibles o rígidos, el

método español considera exclusivamente los “vehículos pesados”, mismos que define

de la siguiente manera66:

- Camiones de carga útil superior a 3 Ton, de más de 4 ruedas y sin remolque.

62 Rico, Pavimentos flexibles. Problemática, metodología de diseño y tendencias, p. 37.63 Ibíd, p. 38.64 Ídem.65 Ídem.66 Ibíd, p. 40.

- Camiones con uno o varios remolques.

- Vehículos articulados.

- Vehículos especiales.

El Catálogo contempla categorías de tránsito pesado desde el T0 hasta el T4,

cubriendo intensidades medias diarias de vehículos pesados entre 50 y más de 2,000

vehículos sobre el carril de diseño. Cuando no se dispone de datos confiables del

aforo vehicular, se admite la asignación por carriles siguiente67:

- En superficies de rodamiento de dos carriles y doble sentido de circulación,

incide sobre cada carril la mitad de los vehículos pesados.

- En superficies de rodamiento de cuatro carriles (dos por sentido de circulación),

inciden sobre el exterior todos los vehículos pesados que circulen en el sentido

considerado.

- En superficies de rodamiento de tres o más carriles por sentido de circulación,

incide sobre el exterior el 85% de los vehículos pesados que circulen en el

sentido considerado.

- Para efectos de utilización del presente método, en la Tabla 3 se definen cinco

categorías de tránsito pesado, en función de la intensidad media diaria de

vehículos pesados (IMDp), en el carril de proyecto y en el año de la puesta en

servicio.

Tabla 4. Categorías de tránsito pesado.


Para el diseño de nuevas construcciones de autopistas y carreteras, recomiendan que

en ningún caso la categoría seleccionada sea inferior a T 1, que involucra una IMDp

67 Rico, Pavimentos flexibles. Problemática, metodología de diseño y tendencias, p. 40.

entre 800 y 2,000 vehículos pesados y, cuando se justifique que los ejes de los

vehículos pesados estén sobrecargados, se deberá adoptar la categoría inmediata

superior.68

2.3.2.2. Subrasante

El Catálogo considera 3 categorías de subrasante, definidas por el índice VRS mínimo;

esto es: E 1, entre 5 y 10, E 2, entre 10 y 20 y E 3, para índices mayores de 20 por

ciento, determinados por los métodos de ensaye especificados y en las condiciones

más desfavorables de humedad y densidad.69

Se hace notar que el método no admite subrasantes del tipo E 1 para categorías de

tránsito pesado T0 y T1 y además para esos casos se recomienda la utilización de

materiales estabilizados con cal o cemento, se sugieren algunos materiales utilizables

en las subrasantes.70

Tabla 5. Materiales utilizables en subrasantes.


68 Rico, Pavimentos flexibles. Problemática, metodología de diseño y tendencias, p. 41.69 Ídem.70 Ídem.

2.3.2.3. Materiales para capas superiores

El Catálogo recomienda que para las categorías de tránsito pesado T 0, T 1 y T 2 (o

sea intensidades diarias mayores a 200 vehículos pesados en el carril de diseño) se

utilicen exclusivamente mezclas asfálticas en caliente o concreto hidráulico para la

superficie de rodamiento. En los casos de tránsitos pesados con categorías T3 o T4

(IMDp entre 50 y 200) se permite el empleo de mezclas asfálticas en frío, además de

las mezclas en caliente, pero se restringen los espesores mínimos de la capa citada a

4 y 5 cm. Para la categoría T 4 se permiten 4 cm de mezcla asfáltica sellada con

tratamiento superficial.71

El Catálogo también cubre brevemente características para los tratamientos

superficiales con lechada asfáltica, concreto compactado con rodillos, suelo-cemento,

agregados pétreos artificiales o naturales, riego de sello con gravilla, riego de liga y de

curado. Finalmente, se hace notar que el Catálogo proporciona recomendaciones de

materiales y de dimensionamiento geométrico para los pavimentos en carreteras, tanto

flexibles como rígidos, relativos a espesores, anchos de acotamientos, juntas

longitudinales y transversales para la superficie de rodamiento, etc. Para el caso de

pavimentos rígidos, se dan recomendaciones relativas a juntas longitudinales y

transversales, involucrando su dimensionamiento, los tipos de material y los pasa

juntas.72

2.3.3. Método de Diseño del Instituto del Asfalto de los EUA

El método más reciente del Instituto del Asfalto de los Estados Unidos de

Norteamérica, editado en 1991 y publicado en 1993, presenta algunos cambios

significativos, respecto a los métodos anteriores para el diseño de la sección

estructural de los pavimentos flexibles. Se basa principalmente en la aplicación de la

teoría elástica en multicapas, que utiliza resultados de investigaciones recientes por

parte de ese organismo. Sin embargo, se reconoce que por los avances en la

tecnología de los pavimentos asfálticos, se requieren más conocimientos sobre las

propiedades de los materiales para las necesidades actuales de los sistemas

carreteros.73

Se presenta un procedimiento de diseño para obtener los espesores de la sección

estructural de pavimentos. Se incluyen varias combinaciones de superficies de

71 Rico, Pavimentos flexibles. Problemática, metodología de diseño y tendencias, p. 44.72 Ibíd, p. 45.73 Ibíd, p. 47.

rodamiento con concreto asfáltico, carpetas elaboradas con emulsiones asfálticas,

bases asfálticas y bases o sub-bases granulares naturales.74

2.3.3.1. Estimación del tránsito

El método actual distingue el “Período de Diseño” del “Período de Análisis” , de la

siguiente manera75:

- Un pavimento debe ser diseñado para soportar los efectos acumulados del

tránsito para cualquier período de tiempo; el período seleccionado, en años, se

define como “Período de Diseño”. Al término de éste, se espera que el

pavimento requiera alguna acción de rehabilitación mayor, como puede ser una

sobrecarpeta de refuerzo para restaurar su condición original. La vida útil del

pavimento, o “Período de Análisis”, puede ser extendida indefinidamente, a

través de sobrecarpetas u otras acciones de rehabilitación, hasta que la

carretera sea obsoleta por cambios significativos en pendientes, alineamiento

geométrico y otros factores. En la versión reciente, el método considera

períodos de diseño de uno a 35 años y tasas de crecimiento del tránsito del 2

al 10% anual.76

Tabla 6. Tasa Anual De Crecimiento Del Tránsito


74 Rico, Pavimentos flexibles. Problemática, metodología de diseño y tendencias, p. 47.75 Ídem.76 Ibíd, p. 48.

Para el cálculo del porcentaje de camiones en el flujo vehicular sobre el carril de

diseño, el actual método recomienda los siguientes valores:77

Tabla 7. Porcentaje de camiones en el carril de diseño.


Para el cálculo de los ejes equivalentes, el método vigente recomienda utilizar la

metodología de la AASHTO, en su versión 1993 (incluida en este trabajo). Para lo

anterior, el método proporciona en la Tabla , factores de equivalencia de la carga o

coeficientes de daño para ejes sencillos, dobles o triples, incluyendo cargas sobre el

eje desde 0.5 toneladas (1,000 lb) hasta 41 toneladas (90,000 lb), lo que se considera

cubre sobradamente cualquier condición de peso de vehículos de carga en cualquier

red de carreteras, desde rurales hasta grandes autopistas.78

2.3.3.2. Evaluación de materiales

Habiéndose obtenido los coeficientes por cada eje, la suma proporcionará el

coeficiente total de equivalencia del vehículo. Utilizando el factor o tasa anual de

crecimiento del tránsito, multiplicándolo por los coeficientes totales de equivalencia y

por el número de vehículos del aforo del tránsito promedio anual, se obtienen los ejes

equivalentes acumulados reales para el período de diseño considerado.79

El método incorpora factores de ajuste de los ejes equivalentes de diseño, para

diferentes presiones de contacto de las llantas sobre el pavimento, en función de su

presión de inflado y de los espesores de la carpeta asfáltica, donde contempla desde

cuatro hasta diez pulgadas de espesor (10 y 25 cm respectivamente).80

77 Rico, Pavimentos flexibles. Problemática, metodología de diseño y tendencias, p. 49.78 Ídem.79 Ibíd, p. 57.80 Ibíd, p. 58.

2.3.3.3. Cálculo de espesores de diseño

Para el diseño de los espesores de una sección estructural del pavimento flexible, el

método actual del Instituto del Asfalto, considera como parámetro fundamental, dentro

de la evaluación de los materiales, la obtención del Módulo de Resiliencia (Mr), con

recomendaciones del método de prueba descrito en el Manual de Suelos MS-10 del

propio Instituto. Sin embargo, reconocen que no todos los organismos o dependencias

tienen el equipo adecuado para llevar a cabo tal prueba, por lo que han establecido

factores de correlación entre Mr y la prueba estándar de Valor Relativo de Soporte (T-

193 de AASHTO). Señalan que los resultados son bastante aproximados; sin

embargo, para un diseño preciso, se recomienda llevar a cabo la prueba del Módulo

de Resiliencia para la capa de la subrasante.81

- Mr (Mpa) = 10.3 CBR

- Mr (psi) = 1,500 CBR

Se hace notar que tales correlaciones sólo se aplican a materiales de la capa

subrasante, no sirviendo para materiales granulares que se pretendan emplear en las

capas de subbase o de la base.82

Otro cambio importante en la actual metodología descrita, es la inclusión de métodos

de prueba normados según AASHTO y ASTM para los siguientes parámetros:83

Límite Líquido T89 y D4318, Límite Plástico T90 y D4318, Índice Plástico T90 y D4318,

Granulometría T88 y D422, Compactación T180 y D1557, Valor Relativo de Soporte

T193 y D1883, Valor R T190 y D2844 y para el Módulo de Resiliencia Mr se

recomienda utilizar el método MS-10 del propio Instituto.

En función del tránsito esperado sobre el pavimento en estudio, el método del Instituto

del Asfalto recomienda los siguientes valores percentiles para calcular el Módulo de

Resiliencia de diseño de la capa subrasante.84

2.3.4. Método de la AASHTO para el diseño de la sección estructural de los

Pavimentos

El actual método de la AASHTO, versión 1993, describe con detalle los procedimientos

para el diseño de la sección estructural de los pavimentos flexibles y rígidos de

carreteras. En el caso de los pavimentos flexibles, el método establece que la

81 Rico, Pavimentos flexibles. Problemática, metodología de diseño y tendencias, p. 58.82 Ídem.83 Ibíd, p. 59.84 Ídem.

superficie de rodamiento se resuelve solamente con concreto asfáltico y tratamientos

superficiales, pues asume que tales estructuras soportarán niveles significativos de

tránsito (mayores de 50,000 ejes equivalentes acumulados de 8.2 ton durante el

período de diseño), dejando fuera pavimentos ligeros para tránsitos menores al citado,

como son los caminos revestidos o de terracería.85

En este trabajo únicamente se resume el procedimiento para pavimentos flexibles, con

el objeto de que el usuario disponga de una metodología práctica y sencilla de uso

frecuente en su ámbito de trabajo.86


BIBLIOGRAFÍA

Braja M., Dams. 2001, Fundamentos de ingeniería geotecnia, ed. thomson

learning: México, DF. 594 pp.

Corea y asociados s.a. (CORASCO), 2008, manual para la revisión de diseños de

pavimentos, ed. Trillas: Managua, Nicaragua. 294 pp.

Rico Rodríguez, Alfonso, et. al. 1998, Pavimentos flexibles. Problemática,

metodología de diseño y tendencias, ed. Limusa: México, D.F. 151 pp.

Rico Rodríguez Alfonso.2005, La ingeniería de suelos en las vías terrestres,

carreteras, ferrocarriles y autopista, ed. Limusa: Mexico. 456 pp.

UNAM. 2002, concreto hidráulico permeable, una alternativa para la recarga de los

mantos acuíferos del Valle de México, ed Limusa: México. 257 pp.

ANEXOS

A) POSTER

.

TECNOLÓGICO NACIONAL DE MÉXICO

Instituto Tecnológico de Oaxaca

PAVIMENTOS FLEXIBLES

Pérez García S.*

* Estudiante de la carrera de Ingeniería Civil del Instituto Tecnológico de Oaxaca. Avenida Ingeniero Víctor Bravo Ahuja # 125, esquina calzada Tecnológico, C.P. 68030. Oaxaca de Juárez, Oax. Tels. (951) 501- 5016. www.ito.mx. [email protected]

Introducción

Un pavimento debe ser diseñado de tal manera que las cargas impuestas por el tránsito no generen deformaciones permanentes excesivas. En el caso de los pavimentos flexibles, estas deformaciones se producen en cada una de las capas.

Planteamiento del problema

Los pavimentos se dividen en rígidos y flexibles. Sin embargo la rigidez o flexibilidad que un pavimento exhibe no es fácil de definir tan adecuadamente como para permitir una diferenciación entre uno y otro tipo de pavimento, el precisar que tan rígido puede ser un pavimento flexible o que tan flexible puede llegar a ser un pavimento rígido.

Justificación

Las vías de comunicación son base del desarrollo del país, para ser capaces de competir en el desarrollo económico y para mejorar la calidad de vida de sus habitantes. Son un factor determinante para abatir la discriminación geográfica y social y tener una expansión económica y social sostenible.

La gente quiere vialidades seguras con mejor visibilidad, manejo confortable del vehículo con mejores condiciones de frenado, además de vialidades de calidad, confiable y con un bajo costo de operación. Se requiere vialidades duraderas con una mayor vida útil de alta resistencia al desgaste que necesiten menor mantenimiento.

ObjetivoAnalizar el pavimento flexible y cada uno de sus métodos de diseño, de tal manera que seamos sabedores la diferencia que tiene con los demás tipos de pavimento, esto para lograr una mayor economía en el proyecto, así como durabilidad, vialidades seguras y de calidad mediante los métodos de diseño señalados.

Bibliografía

Braja M., Dams. 2001, Fundamentos de ingeniería geotecnia, ed. thomson learning: México, DF. 594 pp.

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UNAM. 2002, concreto hidráulico permeable, una alternativa para la recarga de los mantos acuíferos del Valle de México, ed Limusa: México. 257 pp.

B) Presentación en Power Point

C) Información digital

Contenido del CD

Nombre del archivoContenido del

archivoObservaciones

Clasificación y diseños de

pavimentos.

Tipos de pavimento, métodos de diseño de pavimentos y tasa de crecimiento anual en los pavimentos.

Documento en

PDF.

Diseño del pavimento de

concreto flexible.

Método analítico, método grafico, factores de diseño y el diseño estructural del pavimento.

Documento en

PDF.

Los pavimentos, definición,

tipos e importancia.

Antecedentes, definición, tipos de pavimentos, los pavimentos flexibles, diferencias entre pavimentos rígidos y flexibles.

Presentación en

Power Point.

Manual para la revisión de

diseños de pavimentos.

Maneras de revisar un estudio de pavimento, diseño de pavimentos, metodología de diseño, estudio de diseño de espesores, procedimientos para su revisión.

Manual en PDF.

Pavimentos flexibles

Tipos de pavimentos, metodología de diseño, introducción a los pavimentos flexibles, métodos usuales.

Presentación en

Power Point.

D) Información impresa

E) Otros

Protocolo de Investigacion Pavimentos Flexibles

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