UD III - DISEÑO Y CONSTRUCCION DE PAVIMENTOS ASFALTICOS - EN REVISION

W. DAVID SUPO P.

DISEÑO DE PAVIMENTOS

APUNTES DEL CURSO

Juliaca - Perú

2011

FACULTAD DE INGENIERÍAS Y CIENCIAS PURAS

CARRERA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL

apuntes del curso de DISEÑO DE PAVIMENTOS

UANCV/FICP/CAPIC Diseño de Pavimentos

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Unidad III Diseño estructural y construcción de pavimentos asfálticos.

W. David Supo P.

3

Contenido

1. DISEÑO ESTRUCTURAL DE PAVIMENTOS .................................................................. 4

1.1. GENERALIDADES ........................................................................................................... 4

1.1.1. PRESENTE Y FUTURO DEL ANALISIS ESTRUCTURAL DE PAVIMENTOS ............. 4

1.1.2. METODOS DE DISEÑO................................................................................................... 5

1.2. METODO AASHTO '93 .................................................................................................... 6

1.2.1. FORMULACIÓN DEL MÉTODO .................................................................................... 7

1.2.2. EVOLUCIÓN DE LA GUÍA AASHTO ............................................................................. 8

1.2.3. PARÁMETROS DE DISEÑO ........................................................................................... 9

1.3. METODO EMPIRICO-MECANICISTA ....................................................................... 34

1.3.1. EL MODELO EMPIRICO ............................................................................................... 36

1.3.2. EL MODELO MECANICO ............................................................................................. 36

1.3.3. VENTAJAS DEL MODELO EMPIRICO-MECANICISTA............................................. 37

1.3.4. HIPOTESIS DEL MODELO EMPIRICO-MECANICISTA ............................................. 37

1.3.5. EL PROGRAMA KENLAYER ....................................................................................... 37

1.3.6. DATOS PARA EL DISEÑO EMPRIRICO-MECANICISTA DE PAVIMENTOS CON

KENLAYER ............................................................................................................................... 38

1.3.7. CRITERIOS DE DAÑO .................................................................................................. 43

1.3.8. GROSOR DE LA CARPETA ASFALTICA .................................................................... 48

1.3.9. INTERFAZ USUARIO-KENLAYER.............................................................................. 48



4

1. DISEÑO ESTRUCTURAL DE PAVIMENTOS

1.1. GENERALIDADES

A lo largo de los últimos años se ha observado un movimiento inusitado en el campo

del diseño de pavimentos, propuestas modernas basadas en teorías tales como la

elástica, o sistemas multicapa de suelos, análisis de regresión basadas en pruebas a

escala real, métodos de cálculo como el de elementos finitos 2D y 3D, entre otros; han

contribuido a la existencia y aparición de una gran variedad de métodos de diseño.

Figura 1 Estructura típica de pavimento flexible

1.1.1. PRESENTE Y FUTURO DEL ANALISIS ESTRUCTURAL DE

PAVIMENTOS

Podemos afirmar que el análisis por el método de elementos finitos 3D, de estructuras

de pavimentos constituye el estado de arte en este campo y que la práctica actual está

centrada en la aplicación de la teoría elástica multicapa asistida por computador

(MLET, Multi Layer Elastic Theory).

W. David Supo P.

5

Figura 2 Presente y Futuro del Análisis de Estructuras de Pavimentos

En la Figura 2, se observa el desarrollo más reciente de las teorías de análisis de

estructuras de pavimentos.

Soluciones Analíticas (Burmister)

o Homogéneo (1 capa)

o 2 Capas

o 3 Capas

Teoría Elástica Multicapa, Asistida por computador

o Elementos 2D axisimétricos

Método de Elementos Finitos, Asistida por computador

o 2D (deformación plana/axisimétrico) Vs. 3D

o Lineal Vs. No lineal.

Métodos Híbridos/Especializados

1.1.2. METODOS DE DISEÑO

El diseño estructural de pavimentos en la actualidad tiene una clara tendencia a nivel

mundial, de emplear metodologías mecanicistas, debido principalmente al desarrollo

de la capacidad computacional logrado en los últimos tiempos, además de haber

demostrado predecir en forma más acertada el comportamiento de estos, es así que el

National Cooperative Highway Research Program (NCHRP) de los Estados Unidos ha

emprendido en su proyecto 1-37A el desarrollo de la "2002 Guide for Design of New

and Rehabilitated Pavement Structures" (Guía para el Diseño de Estructuras de

Pavimentos Nuevos y rehabilitados) basado en los fundamentos del método empírico-

mecanicista, posteriormente esta nueva guía será adoptada y distribuida por

AASHTO. La Guía 2002 se prevé convertirse en la última y más importante revisión



6

de la Guía de Diseño AASHTO, y que por estar basada en principios mecanicistas

permitirán el uso más eficaz de los materiales en los pavimentos, mejorar el

desempeño del pavimento y disminuir los costos de ciclo de vida. [NCHRP, 2002]

Los métodos de diseño se pueden clasificar en:

Métodos empíricos.

Métodos que limitan la falla de corte

Métodos que limitan la deflexión

Métodos de regresión basados en el comportamiento de pavimentos o caminos de

prueba

Métodos empírico-mecanicistas

Para elegir un método de diseño, deben por lo menos observarse los siguientes

aspectos:

Actualidad

Factores de diseño que considera el método

Información (documentación del método) disponible

En el presente documento, desarrollaremos los siguientes métodos:

DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS

Método AASHTO '93

Método empírico-mecanicista

DISEÑO DE PAVIMENTOS DE CONCRETO HIDRÁULICO

Método PCA

1.2. METODO AASHTO '93

Este método de diseño es recomendado por el

American of State Highway and Transportation

Officials (AASHTO), basado en los resultados del

experimento vial AASHO para estudiar el

comportamiento de estructuras de pavimentos de

espesores conocidos bajo cargas móviles de

magnitudes y frecuencias conocidas, y bajo el

efecto del medio ambiente en secciones conocidas

de pavimentos rígidos y flexibles, en Ottawa,

W. David Supo P.

7

Illinois, a finales de 1950 e inicios de 1960. El comité de diseño de la AASHO, publicó

una guía provisional en 1961 la cual fue revisada en 1972 y 1981. En 1984-85, el

sub-comité en diseño de pavimentos y un grupo de consultores revisaron y ampliaron

la guía de diseño mediante el proyecto NCHRP 20-7/24 y publicaron una nueva guía

de diseño en 1986. Esta guía fue revisada a su vez en 1993, publicada ese mismo año

se constituye en la más actual. Además, AASHTO anunció una nueva revisión

implementando predominantemente la metodología mecanicista para el año 2002.

1.2.1. FORMULACIÓN DEL MÉTODO

El objetivo principal de las pruebas consistía en determinar relaciones significativas

entre el comportamiento de varias secciones de pavimento y las cargas aplicadas

sobre ellas, o bien para determinar las relaciones significativas entre un número de

repeticiones de ejes con cargas, de diferente magnitud y disposición, y el

comportamiento de diferente espesores de pavimentos, conformados con bases y sub-

bases, colocados en suelos de características conocidas.

En total se examinaron 368 secciones de pavimento rígido y 468 secciones de

pavimento flexible.

Las mediciones físicas de las secciones de prueba se transfirieron a fórmulas que

podían dar nuevamente valores numéricos de capacidad de servicio. Estos valores

graficados contra las aplicaciones de carga forman una historia de comportamiento

para cada sección de prueba que permiten la evaluación de cada uno de los diversos

diseños.

La fórmula actual del método es la que se muestra abajo, misma que es resultado de

una evolución a lo largo de los años, basados en el experimento vial AASHO, los

nuevos conocimientos teóricos y la experiencia.

Ecuación 1-1 Fórmula AASHTO '93 - Pavimentos Flexibles

Log W18 ZR S0 9.36 log SN 1 0.20log

PSI

4.2 1.5

0.41094

SN 1 5.19

2.32 log MR 8.07

Donde:

W18 : Número de aplicaciones de carga por eje simple equivalente a 18 Kip

ZR : Desviación estándar normal

S0 : Desviación estándar normal

PSI : Diferencia entre índice de serviciabilidad inicial de diseño y el

índice de serviciabilidad terminal de diseño.

PSI p0 p f

MR : Módulo resiliente (psi)

SN : Número estructural



8

1.2.2. EVOLUCIÓN DE LA GUÍA AASHTO

Aproximadamente después de un año de terminar la prueba AASHO, en 1961 se

publicó la primera "Guía AASHO para Diseño de Pavimentos Rígidos y Flexibles".

Posteriormente en 1972 se realizó una revisión y se publicó como la "Guía AASHTO

para Diseño de Estructuras de Pavimento – 1972".

En 1981 se hizo una Revisión al Capítulo III, correspondiente al Diseño

de Pavimentos de Concreto con Cemento Portland. En 1986 se publicó

una revisión de la "Guía para el Diseño de Estructuras de Pavimento".

Figura 3 El experimento vial AASHO

En 1993 se realizó una Revisión del Diseño de Sobrecarpetas de

Pavimento.

Para 1998 se publicó un método alternativo para Diseño de Pavimentos,

que corresponde a un "Suplemento a la Guía de Diseño de Estructuras

de Pavimento".

En el año 2002, se publicitó el lanzamiento de la metodología de diseño

AASHTO 2002. Sin embargo, la nueva metodología AASHTO 2002,

W. David Supo P.

9

posteriormente se hace partícipe de un proyecto mayor financiado por la

AASHTO y con cooperación de la FHWA, cambiando su nombre en el

año 2004 para convertirse en el proyecto NCHRP 1-37A. El principal

objetivo de esta nueva metodología es proporcionar una herramienta

para el diseño de estructuras de pavimentos nuevos y rehabilitados

utilizando principios teóricos-empíricos. La metodología NCHRP 1-37A

está basada tanto en los resultados de la prueba AASHO mas

seguimientos de pavimentos reales construidos con posterioridad e

incorpora también conceptos mecanicistas, analizados mediante técnicas

de Elementos finitos, lo cual permite incluir muchas variables que no

han sido probadas en proyectos reales o de las cuales no se cuenta con

información. Este hecho permite tener un mejor diseño para condiciones

distintas a las de la formulación original de años anteriores. La

metodología se encuentra como un programa computacional y puede

ser obtenida en forma gratuita para evaluación en

http://www.trb.org/mepdg/software.htm.

1.2.3. PARÁMETROS DE DISEÑO

1.2.3.1. TIEMPO

El proyectista puede considerar dentro de las estrategias de diseño, seleccionar varios

períodos de diseño que vayan desde una estructura que requerirá bajo nivel de

mantenimiento, y que prácticamente durará todo el período seleccionado sin mayores

acciones sobre él, hasta alternativas de construcción por etapas, que requerirán una

estructura inicial más débil y un programa, previamente establecido, de

mantenimiento y sobrecapas de asfalto (recapeos) en el caso de estructuras de

pavimento asfáltico. Se debe tener claro los conceptos:

Período de análisis

Período de diseño y

Período de vida útil.

Período de Análisis. Es el

número de años seleccionado

para la comparación de las diversas alternativas de diseño. En los métodos AASHTO

http://www.trb.org/mepdg/software.htm



10

de 1961 y de 1972 era frecuente diseñar los pavimentos para un período máximo de

20 años; hoy en día, en el Método AASHTO '93, se recomienda que se estudien los

pavimentos para un período de comportamiento mayor, ya que ellos pueden dar

lugar a una mejor evaluación de las alternativas a largo plazo basadas en análisis de

costo-tiempo. En cualquier caso, sin embargo, se recomienda que el período de

análisis incluya al menos una rehabilitación de la estructura recomendada. Los lapsos

de diseño sugeridos son:

Figura 4. Período de análisis

Período de Diseño. Es el número de años para el cual se diseña específicamente la

estructura del pavimento; varía de ocho a veinte años, dependiendo del tipo de vía.

En casos excepcionales pudiera reducirse el periodo de diseño hasta un mínimo de

cinco años. Al final del Período de Diseño puede esperarse que el pavimento requiera

una carpeta asfáltica de refuerzo para restaurar su capacidad de servicio. La Tabla 1

W. David Supo P.

11

resume los períodos de diseño recomendados por la Asociación Americana de

Administradores de Carreteras y Transporte (AASHTO) y la correspondiente a la

tipología de la red vial nacional.

Tabla 1. Períodos de Diseño Recomendados

Período de vida útil. Período de tiempo que comprende todo el tiempo de servicio

que presta la estructura, puede incluir varios períodos de diseño.

1.2.3.2. TRAFICO

La evaluación del tráfico se resume a la determinación del ESAL (Equivalent Single

Axle Load), el mismo que representa al número de repeticiones de carga equivalente a

un eje simple de ruedas duales de carga estándar de 18,000 lb.

Para determinar adecuadamente el ESAL es necesario contar con datos de TPDA de

la vía en estudio, estratigrafía del tránsito, factores de equivalencia de carga, tasas de

crecimiento vehicular y períodos de análisis y diseño.

Concepto de Eje Equivalente

AASHTO transforma los diferentes ejes que circulan por una ruta, a un eje simple de

rueda doble (E.S.R.D) de 80 KN (18 Kips) de peso, considerado como eje patrón. El

factor de equivalencia es el cociente que resulta entre el número de ejes de una

configuración y peso, necesarios para originar una determinada pérdida de

serviciabilidad, respecto del número de ejes patrón requeridos para producir la misma

pérdida de serviciabilidad, el valor de este cociente es el Factor de Eje Equivalente.

Se puede entender como un índice del efecto destructivo (pérdida de serviciabilidad)

de los ejes vehiculares con respecto al eje estándar de 18 kips de AASHTO.



12

Figura 5 Tipos de Apoyo Más Usuales en Vehículos Comerciales

Carga Estándar - Pavimentos flexibles

ESRS Eje Simple Rueda Simple 12,600 lb 56.0 KN 5.71 Ton

ESRD Eje Simple Rueda Doble 18,000 lb 80.0 KN 8.16 Ton

EDRD Eje Doble Rueda Doble 33,500 lb 149.0 KN 15.20 Ton

ETRD Eje Triple Rueda Doble 48,500 lb 216.0 KN 22.0 Ton

Carga Estándar - Pavimentos rígidos

ESRS Eje Simple Rueda Simple 14,500 lb 64.0 KN 6.53 Ton

ESRD Eje Simple Rueda Doble 18,000 lb 80.0 KN 8.16 Ton

EDRD Eje Doble Rueda Doble 29,000 lb 129.0 KN 13.16 Ton

ETRD Eje Triple Rueda Doble 39,300 lb 175.0 KN 17.85 Ton

Factor de Equivalencia

En base a los estudio de la prueba AASHTO, este organismo desarrolló fórmulas

empíricas para poder obtener los factores de equivalencia según el tipo de pavimento

que está siendo solicitado [AASHTO, 1993], estas fórmulas son:

W. David Supo P.

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Ecuación 1-2 Factor de Equivalencia de Carga AASHTO en Pavimento

Flexible

Ecuación 1-3 Factor de Equivalencia de Carga AASHTO en Pavimento

Rígido

En ambos casos se deben sumar los factores de equivalencia de cada eje del vehículo

para obtener el factor de eje equivalente (FEE) de dicho vehículo.

1.2.3.3. CONFIABILIDAD

La confiabilidad de un proceso de diseño-comportamiento de un pavimento, es la

probabilidad de que una sección del pavimento, diseñada usando el proceso, se

comportará satisfactoriamente bajo las condiciones de tráfico y medio ambiente,

durante el período de diseño. Entiéndase por período de diseño al tiempo transcurrido

Pavimento flexible

LogI 1

FEEM = 4.79 log H18 + 1L - 4.79 logHLx + L2L + 4.33 logHL2L +

Gtbx

-Gtb18

Gt = log I4.2- pt4.2-1.5

M

bx = 0.40 +0.08 HLx+L2L

3.23

HSN+1L5.19 L23.23

Pavimento rígido

LogI 1

FEEM = 4.62 log H18 + 1L - 4.62 logHLx + L2L + 3.28 logHL2L +

Gtbx

-Gtb18

Gt = log I4.5- pt4.5-1.5

M

bx = 0.40 +3.63 HLx+L2L

5.20

HSN+1L4.46 L23.52

Donde:

FEE = Factor de Eje Equivalente

Lx = Peso del eje x (simple, doble o triple) en kips.

L2 = Código del tipo de eje (1,2 y 3 respectivamente) en kips.

pt = Indice de Serviciabilidad final

SN = Número Estructural de pavimento asfático (pulg)

D = Espesor de losa de hormigón (pulg)

b18 = Valor b18 para el eje estándar de 18 kips.



14

para que una estructura de pavimento nueva o rehabilitada, se deteriore desde su

serviciabilidad inicial hasta la serviciabilidad final.

Básicamente la confiabilidad es un medio para introducir cierto grado de certeza en el

procedimiento de diseño, para asegurar que las diferentes alternativas de diseño

durarán todo el período de análisis. El factor de diseño basado en la confiabilidad,

toma en cuenta posibles variaciones en la predicción del tráfico (W18) y en la

predicción del comportamiento, por lo tanto, proporciona un determinado nivel de

seguridad (R), que las secciones del pavimento mantendrán un índice de

serviciabilidad mayor al final establecido en el diseño, durante el tiempo para el cual

fueron diseñadas.

En el siguiente cuadro se muestra las recomendaciones AASHTO, de valores de

confiabilidad, en función a la importancia de la vía. Este valor debe ser seleccionado

de acuerdo a la realidad del medio en donde la estructura será construida.

Tabla 1-2 Niveles de Confiabilidad en Función a la Clasificación de la Vía -

AASHTO

Urbano Rural

85 - 99.9 80 - 99.9

80 - 99 75 - 95

80 - 95 75 - 95

50 - 80 50 - 80

Nivel de Confiabilidad Recomendado

Clasificación Funcional

Interestatal y Otras Vías Libres

Arterias Principales

Colectoras

Locales

W. David Supo P.

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Tabla 1-3 Desviación Estándar Normal Para Varios Niveles de

Confiabilidad

Figura 6 Curva Desviación Estándar Normal (Zr) - R(%)

Para un nivel de confiabilidad (R) el factor de confiabilidad es una función de la

Desviación Estándar Total (So) que considera las posibilidades de variaciones en el

tráfico proyectado y la variación normal en el comportamiento previsto del pavimento.

Confiabilidad Confiabilidad

(% R) (% R) Reliability, R (%)

50 93 Std Normal Deviate, Zr

60 94

70 95 Reliability, R (%)

75 96 Std Normal Deviate, Zr

80 97

85 98

90 99

91 99.9

92 99.99 -3.750

0.000

-0.253

-0.524

-0.674

-0.841

-1.037

-1.282

-1.340

-1.405

-1.881

-2.054

-2.327

-3.090

-1.476

-1.555

-1.645

-1.751

normal (ZR)

Desviación estándar

normal (ZR)

Desviación estándar

-4.000

-3.750

-3.500

-3.250

-3.000

-2.750

-2.500

-2.250

-2.000

-1.750

-1.500

-1.250

-1.000

-0.750

-0.500

-0.250

0.000

50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105

R (%)

Zr



16

Tabla 1-4 Valores de la Desviación Estándar Total (So)

La confiabilidad puede relacionarse con un Factor de Seguridad, según la siguiente

ecuación:

Ecuación 1-4 Factor de Seguridad AASHTO

1.2.3.4. SERVICIABILIDAD

El procedimiento de Diseño AASHTO predice el porcentaje de pérdida de

serviciabilidad (PSI) para varios niveles de tráfico y cargas de ejes. Entre mayor sea

el PSI, mayor será la capacidad de carga del pavimento antes de fallar.

La filosofía de diseño básica de la Guía AASHTO es el concepto de serviciabilidad-

comportamiento, que permite diseñar un pavimento para un volumen total de tráfico

específico y un mínimo nivel de serviciabilidad deseado al final del período de diseño.

El dato que se requiere para el diseño es el PSI que se obtiene de la diferencia entre

la serviciabilidad inicial (po) y la serviciabilidad final (pf).

P. FLEXIBLE P. RIGIDO

0.35 0.25

0.45 0.35

VARIACIONES TOTAL EN LA PREDICCION DEL

COMPORTAMIENTO DEL PAVIMENTO Y ESTIMACIONES

DE TRAFICO

DESVIACION ESTANDAR TOTAL, So

VARIACIONES EN LA PREDICCION DEL

COMPORTAMIENTO DEL PAVIMENTO SIN ERRORES EN

EL TRAFICO

CONDICION DEL DISEÑO

W. David Supo P.

17

Ecuación 1-5 Pérdida de Serviciabilidad

Tanto la serviciabilidad inicial como la final están en función a la tabla siguiente:

Tabla 1-5 Valores para PSI en función a la Condición de la Vía

1.2.3.5. EFECTOS AMBIENTALES

La actual guía de diseño tiene en cuenta los efectos ambientales siendo las más

importantes la expansión de suelos y levantamiento por heladas. Plantea que la

temperatura afectará las propiedades de fluencia del CA; los esfuerzos térmicos

inducidos en el CA generarán agrietamiento a bajas temperaturas y ahuellamiento. La

consecuencia de estos factores se traduce en una pérdida de Serviciabilidad en el

pavimento.

El gráfico siguiente fue tomado de la guía AASHTO-'93 y es una muestra de como se

consideran los efectos ambientales en este método.

Figura 7. Ejemplo del Concepto de Pérdida de Serviciabilidad Versus

Tiempo.

DPSI = po - p f

Donde:

DPSI = Variación total en la serviciabilidad

po = Serviciabilidad inicial

p f = Serviciabilidad final

CONDICION PSI

Excelente 4 - 5

Bueno 3 - 4

Regular 2 - 3

Malo 1 - 2

Muy Malo 0 - 1



18

En este gráfico se observa una curva correspondiente a la pérdida de serviciabilidad

por suelos expansivos (swelling loss), la segunda a la pérdida de serviciabilidad por

levantamiento debida al congelamiento (Frost Heave).

Esta guía establece que se pueden desarrollar estas curvas para una localidad en

particular, para ello se tiene que recurrir a modelos de comportamiento de pavimentos

ante efectos del medio ambiente, este proceso representa un tema de investigación de

justificada importancia para considerar de manera más precisa los efectos del medio

ambiente en el diseño de nuestros pavimentos.

En nuestro país se vienen efectuando algunos estudios relacionados a la pérdida de la

serviciabilidad por efectos ambientales, por ejemplo se tiene un estudio sobre

influencia de los cambios de temperatura en el deterioro de los pavimentos, efectuado

en pavimentos construidos a los 3670 a 4680 m.s.n.m. (tramos: San Mateo-

Morococha, Morococha-La Oroya) donde se reconoce que las causas que motivaron

la presencia de grietas prematuras no se atribuyeron a un comportamiento anómalo

de los materiales granulares, drenaje o congelamiento de los suelos; sino al gradiente

térmico que influye directamente en el comportamiento de las superficies de rodadura

y consecuentemente conduce a una pérdida significativa de Serviciabilidad. Por lo

tanto las consideraciones de efectos ambientales como hinchamiento de suelos y

levantamientos por heladas que establece la AASHTO no son aplicables en nuestro

medio. [MELENDEZ, 2001].

W. David Supo P.

19

De los datos consignados en [MELENDEZ, 2001], por regresión polinómica

obtenemos la ecuación:

Y=-0.0019 X2

+ 0.0682 X – 0.1952

Donde:

Y: Pérdida de serviciabilidad por efectos ambientales en zonas de altura

X: tiempo en años

Con un factor de correlación R2

=0.9997, esta ecuación puede ser utilizada para

períodos de diseño de hasta 20 años.

Considerando esta pérdida de serviciabilidad PSI se obtiene con la fórmula siguiente:

Donde:

pamb : Pérdida de serviciabilidad por efectos ambientales.

Figura 8. Pérdida de serviciabilidad por efectos ambientales

1.2.3.6. SUBRASANTE

Este método requiere de un valor denominado Módulo de Resiliencia Efectivo (MR)

del suelo de subrasante, equivalente al efecto combinado de todas las variaciones que

sufre el módulo debido a la acción del clima.



20

La guía de diseño AASHTO-'86 y '93 propone el uso del Módulo Resiliente (Mr) para

una mejor caracterización de los suelos con fines de diseño de pavimentos. Se sabe

que los suelos no se comportan elásticamente, éstos experimentan cierta deformación

permanente después de cada aplicación de carga. Sin embargo, si la carga es pequeña

comparada con la resistencia del material y es repetida muchas veces, la deformación

bajo cada repetición de carga es prácticamente recuperable en su totalidad y

proporcional a la carga pudiendo entonces ser considerada como elástica.

El valor del módulo de resiliencia efectivo MR se calcula a partir del valor promedio de

daño relativo que se determina empleando el formato mostrado en la Figura 1-7

W. David Supo P.

21

Figura 9 Carta para Determinar el Módulo Resiliente Efectivo Para

Pavimentos Flexibles



22

Puede dividirse el año en intervalos de tiempo con sus valores respectivos de módulo

resiliente de cada estación. Intervalos de 0.5 a 1 mes son usados generalmente. El

daño relativo (uf) para cada estación se calcula con la siguiente ecuación:

Ecuación 1-6 Daño Relativo para Cada Estación

Los valores de daño relativo se suman y se calcula el promedio aritmético de sus

valores (n) para determinar el valor relativo promedio de daño en el año:

Ecuación 1-7 Promedio de Daño Relativo

El módulo de resiliencia efectivo MR se calcula a partir del valor promedio de daño

relativo, usando la Ecuación 1-6, despejando MR

Ecuación 1-8 Módulo Resiliente Efectivo

Sin embargo la dificultad de contar con los equipos o de tiempo para ejecutar ensayos

de Módulo Resiliente, se utilizan ecuaciones de correlación entre los valores de CBR y

Mr. La Guía AASHTO propone la correlación:

Ecuación 1-9 Correlación Mr-CBR AASHTO

W. David Supo P.

23

Propuesta por Heukelom y Klomp, adecuada para suelos clasificados como CL, CH,

ML, SC, SM Y SP (clasificación unificada, ASTM D2487) y A-7, A-6, A-5, A-4 y suelos

finos A-2 (clasificación AASHTO M145) ó para materiales con CBR sumergido de

10% o menos. Estas correlaciones no son aplicables a materiales granulares no

tratados de base o de sub base.

En Venezuela se utilizan las siguientes ecuaciones de correlación

Ecuación 1-10 Correlación Mr-CBR Utilizada en Venezuela

Para suelos granulares, la siguiente ecuación desarrollada en base a la propia guía

ofrece una buena correlación: [VASQUEZ, 2001]

Ecuación 1-11 Correlación Mr-CBR Basada en la Guía AASHTO-93

Las correlaciones más empleadas en nuestro país y en Chile son:

Ecuación 1-12 Correlación Mr-CBR más Utilizada en Nuestro País.

1.2.3.7. CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES DE LAS CAPAS DEL

PAVIMENTO

La caracterización de las diversas capas del pavimento se efectúa a través de sus

módulos de elasticidad, obtenidos por ensayos normalizados de laboratorio.

El método no presenta requisitos específicos respecto a la calidad de los materiales de

subbase, base y concreto asfáltico, lo que se hace es determinar los coeficientes de

capa (ai) de cada una de las mismas.

a) Concreto Asfáltico (Mezcla Asfáltica en Caliente)

La Figura 1-8, permite estimar el coeficiente de capa de los concretos asfálticos de

gradación densa (ai), basado en su módulo resiliente. La Figura 1-9 permite definir los



24

módulos en función a resultados de la prueba Marshall para capas de base y

superficie. Normalmente valores ai entre 0.38 y 0.44 son adoptados.

Figura 10 Gráfico para Estimar el Coeficiente Estructural de Capa de

Concretos Asfálticos Densos, Basado en el Módulo Elástico.

W. David Supo P.

25

Figura 11 Correlación para Estimar el Módulo Resiliente de Mezclas

Asfálticas en Caliente.

b) Capa de Base Granular

La Figura 1-10 puede utilizarse para estimar el coeficiente de capa para materiales de

base granular (a2) basado en uno de cuatro diferentes resultados de ensayos de

laboratorio, incluyendo el módulo de resiliencia.

También pude utilizarse la siguiente relación basada en el valor del CBR de la base.

Ecuación 1-13 Coeficiente de Capa para Base Granular en Función al CBR

Y podemos obtener el módulo elástico de bases granulares con la siguiente ecuación:

Ecuación 1-14 Módulo Elástico de Bases Granulares en Función al CBR

Téngase en cuenta que en la prueba AASHO el valor de (a2) fue de 0.14 que

corresponde a un módulo de resiliencia de 30,000 psi.



26

c) Capa de Sub-Base Granular

La Figura 1-11 puede utilizarse para estimar el coeficiente de capa estructural para

materiales de subbase granular (a3) basado en uno de cuatro diferentes resultados de

ensayo de laboratorio incluyendo el módulo de resiliencia.

También puede utilizarse la siguiente relación basada en el valor del CBR de la

subbase.

Ecuación 1-15 Coeficiente de Capa para Subbase Granular en Función al

CBR

Asimismo se puede obtener el módulo elástico con la siguiente ecuación.

Ecuación 1-16 Módulo Elástico de Subbases Granulares en Función al

CBR

W. David Supo P.

27

Figura 12 Gráfica para Estimar el Coeficiente de Capa de Bases Granulares



28

Figura 13 Gráfica para Estimar el Coeficiente de Capa de Subbases

Granulares

W. David Supo P.

29

1.2.3.8. COEFICIENTES DE DRENAJE

Tradicionalmente las capas de base y subbase granular del pavimento fueron

diseñadas solamente por aspectos de resistencia dando escasa importancia al drenaje.

Una buena base granular debe ser diseñada para drenar rápidamente el agua del

pavimento. La calidad del drenaje del material es función de varios aspectos tales

como la permeabilidad, distribución granulométrica, porcentaje de material fino que

pasa la malla Nº 200 y las condiciones geométricas de la superficie y subrasante del

pavimento.

La calidad del drenaje se define para rangos de Tiempo de Drenaje. De acuerdo a los

tiempos de drenaje, se establecen rangos para los cuales se determina la Calidad del

Drenaje de una determinada estructura de pavimento.

Tiempo de Drenaje (T50): Período que requiere una determinada estructura de

pavimento (base o subbase) en drenar el 50% del agua libre a partir de un estado

100% saturado.

Tabla 1-6 Relación entre Tiempo de Drenaje y Calidad de Drenaje según

AASHTO

La Tabla 1-6 presenta valores recomendados como una función de la calidad del

drenaje y el porcentaje de tiempo durante el año en que la estructura del pavimento

debería normalmente estar expuesta a niveles de humedad aproximadamente iguales

a la saturación.

Excelente 2 - 4 Horas 2 Horas

Bueno 0.5 - 1 día 1 día

Regular 3 - 6 días 7 días

Malo 18 - 36 días 1 mes

Muy Malo > 36 días No drena

CALIDAD DEL

DRENAJE

T50

CALCULADO

T50

RECOMENDADO



30

Tabla 1-7 Coeficientes de Drenaje (mi) para Pavimentos Flexibles

1.2.3.9. CÁLCULO DE ESPESORES

El procedimiento AASHTO de diseño de pavimentos puede ser efectuado empleando

las variables y ecuaciones mostradas al inicio de este resumen. Estas ecuaciones

pueden resolverse manualmente, usando nomogramas (Ver Figura 1-12) o usando

programas de computadora.

Tanto los espesores de las capas del pavimento, coeficientes de capa y coeficientes de

drenaje determinados deben satisfacer la siguiente ecuación:

Ecuación 1-17 Número Estructural

También se debe considerar los siguientes espesores mínimos de capas sugeridos en la

Guía de Diseño AASHTO '93.

CALIDAD

DE

DRENAJE < = 1 1 a 5 5 a 25 > = 25

Excelente 1.40 - 1.35 1.35 - 1.30 1.30 - 1.20 1.20

Bueno 1.35 - 1.25 1.25 - 1.15 1.15 - 1.00 1.00

Regular 1.25 - 1.15 1.15 - 1.05 1.05 - 0.80 0.80

Malo 1.15 - 1.05 1.05 - 0.80 0.80 - 0.60 0.60

Muy Malo 1.05 - 0.95 0.95 - 0.75 0.75 - 0.40 0.40

% DEL TIEMPO QUE LA CAPA ES EXPUESTA A NIVELES CERCANOS DE SATURACION

(Nº de días al año * 100/ 365)

COEFICIENTE DE DRENAJE (mi)

SN a1 D1 a2 D2 m2 a3 D3 m3 ...

Donde:

ai : Coeficiente de capa i

Di : Espesor de la capa i (pulgadas)

mi : Coeficiente de drenaje de la capa i

W. David Supo P.

31

Tabla 1-8 Espesores Mínimos de Capas - AASHTO '93

Concreto Base

Asfáltico Granular

Menos de 50,000 1.0 4.0

50,000 - 150,000 2.0 4.0

150,000 - 500,000 2.5 4.0

500,000 - 2'000,000 3.0 6.0

2'000,000 - 7'000,000 3.5 6.0

Más de 7'000,000 4.0 6.0

Tráfico

(ESAL)

Espesor Mínimo (pulgadas)

D1adoptD1min

SN1min

a1

SN1adopta1 D1adopt

SN1min

D2adoptD2min

SN2minSN1adopt

a2 m2

SN1adoptSN2adopt

a1 D1adopta2 m2 D2adopt

SN2min

D3adoptD3min

SN3minSN1adopt

SN2adopt

a3 m3

SN1adoptSN2adopt

SN3adopta1 D1adopt

a2 m2 D2adopta3 m3 D3adopt

SN3min



32

1.2.3.10. LIMITACIONES EN CUANTO A DISEÑO DE PAVIMENTOS

URBANOS.

Para calles de ciudad, las mayores cargas de tráfico estarán generadas por los

vehículos de servicios, buses y camiones de suministro. Los valores de equivalencia de

carga para tales vehículos no están generalmente bien estimados por los factores de

equivalencia de carga de camiones en las estaciones de pesado. Si se usa esta guía

para el diseño de calles urbanas, deberá hacerse un esfuerzo para obtener información

actualizada sobre las cargas por eje y frecuencias típicas de los vehículos que las

operan. Hecho esto se puede usar la Guía a un nivel seleccionado de confiabilidad.

[AASHTO, 1993].

W. David Supo P.

33

Figura 14 Resuelve la Ecuación AASHTO 1993 para pavimentos flexibles



34

1.3. METODO EMPIRICO-MECANICISTA

Se basan en la determinación racional del estado de tensiones en cualquier punto bajo

el pavimento y la aplicación de un modelo de fatiga que permite estimar consumo de

fatigas para cada estado tensional.

Figura 15 Modelo mecanicista de un pavimento de varias capas

El concepto de una aproximación al diseño totalmente mecanicista de pavimento no

es nuevo, pero hasta hace pocos años había recibido escasa atención por parte de los

ingenieros al ser considerado como un proceso complejo basado en los intrincados

hallazgos de algunas instituciones académicas [PRESTON, 1997].

Pero, existen numerosas aproximaciones al llamado “Método Empírico-Mecanicista de

Diseño de Pavimentos” que van desde tratados de cierta extensión como “Mechanistic

Design Concepts for Conventional Flexible Pavements” [ELLIOT Y THOMPSON,

1985] hasta artículos de algunas páginas que resumen experiencias locales como

“Mechanistic–Empirical Design of Bituminous Roads: An Indian Perspective”

[ANIMESH Y PANDEY, 1999].

En el caso de Elliot y Thompson el diseño mecanicista de pavimentos (no utilizan el

término "empírico") es un proceso en el cual se analizan la respuesta a la carga y las

características de comportamiento (performance) de varios sistemas de pavimento.

Basado en el análisis se escoge una combinación de espesores y materiales para

suministrar el nivel de servicio deseado de acuerdo con el tránsito predicho. Se ha

mencionado el tránsito de forma explícita pero los elementos del procedimiento de

diseño mecanicista abarcan además los efectos climáticos, el modelo estructural y la

respuesta del pavimento, la caracterización de los materiales, las funciones de

W. David Supo P.

35

transferencia y el análisis del comportamiento para concluir con el proceso de

selección del sistema de pavimento a construir. La Figura 1-14 ilustra las relaciones

entre los mencionados componentes.

El término “empírico” aparece en definiciones más recientes y se refiere a la

combinación de la modelación mecánica con las observaciones del comportamiento

de pavimentos existentes para determinar el espesor de uno nuevo para un conjunto

de condiciones de diseño [TIMM, BIRGISSON, NEWCOMB, 1998]. El modelo

mecánico se basa en la física elemental (teoría multicapa) y determina las reacciones

del pavimento a la carga de las ruedas en términos de esfuerzos, deformaciones

unitarias y deflexiones (). La parte empírica del diseño utiliza las reacciones del

pavimento para predecir la vida del mismo basada en observaciones hechas en

campo. Así, el término “empírico” se debe a la definición de las funciones de

transferencia a partir de datos reales.

Figura 16 Componentes del Proceso de Diseño Mecanicista (Elliot y

Thompson, 1985).

Otra característica importante del diseño empírico–mecanicista es la capacidad de

adaptación a los nuevos desarrollos en el diseño de pavimentos basándose

principalmente en la mecánica de los materiales [TIMM, BIRGISSON, NEWCOMB,

1998].



36

Es importante recalcar que empírico no es sinónimo de mediocre o inadecuado, ya

que el análisis de la información de campo de un ensayo vial demanda tanto o más

trabajo científico que muchas otras aplicaciones de la ingeniería civil.

1.3.1. EL MODELO EMPIRICO

Establece una relación entre las variables y parámetros de diseño basado en

simulaciones experimentales las que pueden ser realizadas a escala natural o reducida.

Un ejemplo clásico es el Método AASHTO, algunas consideraciones especiales del

método son: [DEPADE, 1999]

Los parámetros de diseño pueden ser empíricos. Ejemplo: CBR,

Estabilidad Marshall, Coeficiente Estructural de capa, etc.

El diseño no puede ser extrapolado a condiciones diferentes a las

experimentales.

Las variables de diseño deben ser estandarizadas para las condiciones

experimentales. Ejemplo: Ejes Equivalentes.

El modelo puede ser complementado con elementos de los modelos

mecanicistas.

1.3.2. EL MODELO MECANICO

Establece una relación entre las variables y parámetros de diseño en base al

conocimiento de los modelos de comportamiento de los parámetros de diseño.

Tenemos como ejemplos:

Métodos de análisis multicapa para pavimentos asfálticos

Relaciones de Westergard para losas de hormigón

Algunas consideraciones especiales del método: [DEPADE, 1999]

Los modelos de los parámetros de diseño deben con las condiciones de

terreno. Ejemplo: Módulo Resiliente, Resistencia a la Compresión, etc.

Las variables de diseño no requieren ser estandarizadas pero si pueden

requerir de un grado de simplificación. Ejemplo: Presión de neumático,

número de ciclos, etc.

Los modelos mecanicistas requieren de comprobación experimental.

W. David Supo P.

37

1.3.3. VENTAJAS DEL MODELO EMPIRICO-MECANICISTA

Permite evaluar el comportamiento del pavimento bajo diferentes tipos y

condiciones de carga (simulación del comportamiento de la estructura

ante cualquier solicitación).

Se pueden utilizar materiales de diferentes tipos.

Se puede optimizar el uso de diferentes materiales.

Los modelos de predicción de comportamiento son más confiables.

Se pueden considerar efectos del envejecimiento y durabilidad de los

materiales (análisis de daño, Damage analysis).

Se puede conocer el estado de tensiones y deformaciones en cualquier

punto de cada una de las capas que componen la estructura del

pavimento.

1.3.4. HIPOTESIS DEL MODELO EMPIRICO-MECANICISTA

Los materiales de cada capa son: homogéneos, isotrópicos y de

comportamiento elástico lineal.

Se supone capas infinitas horizontalmente y finitas verticalmente,

excepto la subrasante la que se asume infinita verticalmente.

Cada capa es uniforme en su espesor

Existe continuidad entre las capas (soporte contínuo)

No existen otras fuerzas en la superficie fuera de aquellas provenientes

de la carga de una rueda (presión circular)

Las fuerzas de inercia se desprecian.

Las deformaciones del sistema son pequeñas.

1.3.5. EL PROGRAMA KENLAYER

Es un programa desarrollado por el Prof. Yang H. Huang, de la Universidad de

Kentucky, USA, para el análisis de esfuerzos y deformaciones en secciones

estructurales de pavimentos.

Modela al pavimento como un medio multicapa (Teoría de Burmister, 1943) en

donde cada capa puede tener un comportamiento elástico lineal, elástico no lineal o

viscoelástico. Se pueden manejar configuraciones vehiculares definidas por ejes

sencillos, duales, tandem o tridem. Incorpora además criterios de deterioro para

analizar el comportamiento del pavimento en el tiempo.



38

Figura 17 Operación del Programa Kenlayer

Es un programa representativo de los métodos de diseño empírico-mecanicistas para

pavimentos, en la actualidad su uso se ha difundido en todo el mundo.

El programa puede realizar análisis de daños, dividiendo cada año en un máximo de

24 grupos de carga. La vida de diseño es calculada acumulando el daño por

agrietamiento por fatiga y deformación permanente causado durante cada período

por todos los grupos de carga.

El Kenlayer está escrito en Fortran 77. En la versión que se utilizó puede aplicarse a

un sistema de pavimento de 19 capas como máximo. En el análisis de ruedas simples,

se puede obtener resultados hasta para 10 coordenadas radiales y 19 coordenadas

verticales, es decir, un total de 190 puntos. Para el análisis de ruedas múltiples,

además de las 19 coordenadas verticales, se puede obtener soluciones en 25 puntos,

especificando las coordenadas x e y de capa punto.

1.3.6. DATOS PARA EL DISEÑO EMPRIRICO-MECANICISTA DE

PAVIMENTOS CON KENLAYER

Las dificultades para determinar propiedades mecánicas de los materiales que

permitan realizar análisis no lineal, ha sido la razón para delimitar el presente al

modelo Elástico Lineal (MATL).

El procedimiento seguido consiste en determinar la variación de los valores de las

vidas de diseño para las alternativas planteadas. De este modo, el diseño que se

plantea será aquél que nos proporcione la vida de diseño solicitada, empleando la

menor cantidad de materiales posible.

Los datos fundamentales que requiere el programa son:

W. David Supo P.

39

Número de capas del sistema de pavimento

Espesores de cada una de las capas

Condición de adherencia entre capas

Módulo de elasticidad (resilientes) de las capas

Relación de Poisson de los materiales que conforman las capas

Configuración de cargas

Número de repeticiones de ejes cargados a las que se someterá el pavimento

Figura 18 Notación Empleada por Kenlayer (problema axisimétrico)

1.3.6.1. MODULO ELASTICO

La siguiente tabla muestra los resultados de ensayos triaxial efectuados en diferentes

tipos de materiales que por lo general se presentan durante la construcción de los

pavimentos, estos valores pueden ser tomados como referencia para estimaciones de

E.

Tabla 1-9 Módulo Elástico para Diferentes Materiales



40

FUENTE: [HUANG, 1993]

Por otro lado se pueden utilizar la Ecuación 1-12 con = 0.40 para el suelo de

subrasante; para Bases y Subbases se recomienda la fórmula de Shell siguiente:

Ecuación 1-18 Módulo de Elasticidad para Bases y Subbases

Para determinar el Módulo Elástico de las capas asfálticas de rodadura (CR,

Intermedia (CI) y Base Asfáltica (BA) utilizar la siguiente ecuación:

Ecuación 1-19 Módulo Elástico Equivalente de Capa Asfáltica [PUC,

1989]

Efecto de la Temperatura y Velocidad

Ecuación 1-20 Efecto de la Temperatura y la Velocidad en el Módulo de

Elasticidad de Capas Asfálticas [PUC, 1989]

Ei k Ei 1

k 0.2 hi0.45 con, 2 k 4

Donde:

Ei = Módulo de elasticidad de la capa i (MPa)

hi = Espesor de la capa i (mm)

= 0.35

Eca

h13 E1 h2 E2

3 ... hn En3

h1 h2 ... hn

3

Donde:

Eca = Módulo de elasticidad equivalente de la capa asfáltica (MPa)

hi = Espesor de la capa i, CR, CI o BA (mm)

= 0.35

ET ,v E20,4 1.05420 T v

4

0.2

Donde:

ET ,v = Módulo de elasticidad para una temperatura "T" y velocidad "v" (MPa)

W. David Supo P.

41

1.3.6.2. RELACION DE POISSON DE LAS CAPAS DEL PAVIMENTO

Los valores de las relaciones de Poisson que se emplearon en el análisis se muestran

en la tabla siguiente:

Tabla 1-10 Valores de Relación de Poisson Usados en el Análisis

Mecanicista

FUENTE: [HUANG, 1993]

1.3.6.3. CONFIGURACION DE CARGAS

Las configuraciones de cargas establecidas por el Kenlayer son mostradas en la Figura

siguiente, en ella se observa los siguientes tipos de cargas:

Eje simple

Eje Tandem

Eje Tridem



42

Figura 19 Configuración de Cargas

Las cargas transmitidas al pavimento por cada uno de los tipos de ejes se muestran en

la Tabla siguiente:

Tabla 1-11 Cargas transmitidas al pavimento por eje y por rueda

Figura 20 Detalle de Conjunto de Ruedas Tandem

TIPO DE CARGA TRANSMITIDA NUMERO DE CARGA POR

EJE AL PAVIMENTO (LBS) RUEDAS/EJE RUEDA (LBS)

SIMPLE 9000 2 4500

DUAL SIMPLE 18000 4 4500

TANDEM 36000 8 4500

W. David Supo P.

43

Figura 21 Representación de Rueda Doble Como Carga Puntual Para el

Análisis Multicapa

Superposición de cargas

1.3.7. CRITERIOS DE DAÑO

La diferencia de los métodos mecanicísticos con respecto al método AASHTO radica

en que éste se basa en el concepto de serviciabilidad y aquellos en los diversos tipos

de daño que sufren los pavimentos flexibles. La mayoría de autores está de acuerdo

de que los tres tipos principales tipos de daño son: [YANQUI, 2001]

Fisuramiento (agrietamiento) por fatiga

Ahuellamiento y

Fisuramiento por baja temperatura

Para los criterios de falla del modelo mecanicista se consideran las tensiones y

deformaciones críticas que se indican en la siguiente Figura:

Figura 22 Tensiones y Deformaciones Críticas en un Pavimento Asfáltico -

Modelo Mecanicista



44

1.3.7.1. FISURAMIENTO POR FATIGA

Se manifiesta en el daño conocido como "piel de cocodrilo". Este fenómeno se

controla en términos de la deformación unitaria por tracción (t) en la fibra inferior de

la capa más profunda que esté ligada con asfalto, bien sea una mezcla en caliente o

con emulsión. Esta última observación es particularmente importante en la revisión de

soluciones de rehabilitación que involucren reciclaje.

El criterio de daño por fatiga fue establecido originalmente por Miner [MINER, 1945]

y desarrollado después por varios autores.

De forma general el criterio de falla por fatiga se expresa de la siguiente forma:

Ecuación 1-21 Criterio de Falla por Fatiga en Capas Asfálticas

La Ecuación 1-21 corresponde a la forma utilizada en el programa KENLAYER

[HUANG, 1993]. En la Tabla 1-11 se presentan algunas expresiones en el Sistema

Internacional de Unidades (SI) con los módulos de los materiales expresados en KPa

(103

N/m²).

Algunos de los factores presentan dos variables adicionales:

a. Vb: Porcentaje en volumen de asfalto de la mezcla.

b. Vv: Porcentaje en volumen de vacíos de la mezcla.

N f f1 tf2 EAC

f3

Donde:

N f = Número de repeticiones admisibles para prevenir el agrietamiento por fatiga

t = Deformación unitaria por tensión en la fibra inferior de la capa más profunda

ligada con asfalto en tensión (mm/mm)

EAC = Módulo de Elasticidad de la Capa Ligada

f1, f2, f3 = Coeficientes determiandos en laboratorio mediante ensayos de fatiga con

f1 modificable para correlación con comportamiento en campo.

W. David Supo P.

45

Tabla 1-12 Funciones de Transferencia para Agrietamiento KENLAYER.

Eca en KPa.

Sin embargo, la relación propuesta por el Departamento de Transportes de Illinois

(IDT) parece ser más directa por que incluye el módulo elástico del concreto asfáltico:

Tabla 1-13 Criterio de Falla por Fatiga del IDT, en Capas Asfálticas

En la Tabla 1-13 se presentan algunas expresiones en el Sistema Internacional de

Unidades (SI) con los módulos de los materiales expresados en MPa (106

N/m²). Las

definiciones de las variables Vb y Vv fueron expresadas anteriormente.

Tabla 1-14 Funciones de Transferencia para Agrietamiento Eca en MPa.

N f K1106

t

K2

Donde:

N f = Número de repeticiones admisibles para prevenir el agrietamiento por fatiga

t = Deformación unitaria por tensión en la fibra inferior de la capa más profunda

ligada con asfalto en microstrain ( mm/mm)

K1, K2 = Coeficientes determinados de las observaciones del Minnesota Road Test.



46

1.3.7.2. AHUELLAMIENTO

Es la deflexión permanente de la superficie asfáltica en las trayectorias de las ruedas.

El ahuellamiento proviene de la deformación permanente de algunas de las capas del

pavimento o de la subrasante, generalmente causada por consolidación o movimiento

lateral de los materiales originada por las cargas del tráfico. [YANQUI, 2001]

En resumen el ahuellamiento es la suma de la consolidación y el desplazamiento de

todas las capas de la estructura del pavimento y de la subrasante, pero pueden

suceder aportes excesivos de la estructura debido a un proceso inadecuado de

construcción y compactación. Este fenómeno se controla en términos de la

deformación unitaria por compresión (z) en la parte superior de la subrasante,

aunque se han formulado funciones de transferencia con el esfuerzo vertical (z) en la

misma posición.

Existen dos funciones de transferencia para controlar el ahuellamiento:

Limitar la deformación compresional en el tope de la subrasante y

Limitar la deformación permanente acumulada total en la superficie del

pavimento.

Para el primer caso tenemos:

Ecuación 1-22 Función de Transferencia Para Ahuellamiento - Método

VESYS

Esta ecuación corresponde a la forma utilizada también en el programa KENLAYER

[HUANG, 1993], que es prácticamente igual al que usa el programa ROADENT 4.0

[TIMM, BIRGISSON, NEWCOMB, 1999] como se escribe a continuación.

Nd f4 zf5

Donde:

Nd = Número de repeticiones admisibles para prevenir el ahuellamiento de la superficie

del pavimento

z = Deformación unitaria por compresión en la parte superior de la subrasante en

strain (mm/mm)

f4, f5 = Coeficientes determinados de observaciones de comportamiento en campo en ensayos

viales como AASHTO y a partir de un valor máximo admisible de profundidad de

la huella.

W. David Supo P.

47

Ecuación 1-23 Función de Transferencia Para Ahuellamiento Usado en el

ROADENT 4.0.

En la tabla siguiente se presentan algunas expresiones de la función de transferencia

para ahuellamiento para los programas KENLAYER y ROADENT 4.0.

Tabla 1-15 Funciones de Transferencia para Ahuellamiento para los

Programas KENLAYER y ROADENT 4.0.

1.3.7.3. FIRSURAMIENTO TERMICO

Los criterios para el fisuramiento térmico son similares a aquellos desarrollados para el

fisuramiento por fatiga.

Nr K31

z

K4

Donde:

Nr = Número de repeticiones admisibles para prevenir el ahuellamiento de la superficie

del pavimento

z = Deformación unitaria por compresión en la parte superior de la subrasante en

microstrain ( mm/mm)

K3, K4 = Coeficientes determinados de observaciones de comportamiento en campo del

Minnesota Road Test.



48

1.3.8. GROSOR DE LA CARPETA ASFALTICA

Como no existe un método explícito para determinar los grosores de las capas

involucradas en el pavimento es necesario recurrir a un procedimiento de prueba y

error, que puede ser muy engorroso. Por ello, es preciso tener un valor aproximado

del grosor de la carpeta asfáltica.

1.3.9. INTERFAZ USUARIO-KENLAYER

La interfaz usuario-máquina del programa Kenlayer es la aplicación LAYERINP,

entorno amigable y de fácil manipulación a pesar de estar diseñada bajo MS-DOS,

quizá la mayor dificultad sea el idioma inglés. Las pantallas de operación tienen el

aspecto clásico de programas bajo DOS.

Figura 1-23 Pantalla de Presentación del Programa de Ingreso de Datos

LAYERINP

+-----------------+

¦ LAYERINP ¦

+-----------------+

A program for creating and editing data files for

the KENLAYER computer program

By Dr. Yang H Huang

September 1, 1992

Department of Civil Engineering

University of Kentucky

Lexington, Kentucky, 40506.

press ENTER +-

W. David Supo P.

49

Figura 1-24 Menú Principal del LAYERINP

Figura 1-25 Entrada de Datos para el Diseño con Kenlayer (Opc. Create an

Input Data File)

File : < Untitled >

╔══════════════════════════════╗

║ ♦ LAYERINP - MAIN MENU ♦ ║

╚══════════════════════════════╝

───────────────────────────────────────────────────────────────────────────────

Load an Input Data File Previously Created

Edit the Current Data File ................. (Edit Mode )

Save the Current Data File

Create an Input Data File .................. (Input Mode)

Exit the Program

───────────────────────────────────────────────────────────────────────────────

Arrow keys (↓↑) move cursor, ENTER selects an item

File : < Untitled >

DATA SET NUMBER 1 CONTROL MENU

--------------------------------------------------------------------------------

--> TITLE

--> GENERAL INFORMATION

--> Z COORDINATES FOR ANALYSIS

--> LAYER THICKNESSES, POISSON'S RATIOS AND UNIT WEIGHTS

--> TYPE OF INTERFACE

--> LAYER MODULI

--> LOAD INFORMATION

--> NONLINEAR LAYERS

--> VISCOELASTIC LAYERS

--> DAMAGE ANALYSIS

--> NUMBER OF LOAD REPETITIONS

--------------------------------------------------------------------------------

Arrow keys (||) move cursor, ESC returns to previous menu

Press ENTER to select an item

UD III - DISEÑO Y CONSTRUCCION DE PAVIMENTOS ASFALTICOS - EN REVISION

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