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IINNSSTTIITTUUTTOO PPAARRAA EELL DDEESSAARRRROOLLLLOO DDEE LLOOSS
PPAAVVIIMMEENNTTOOSS EENN EELL PPEERRUU
1er Curso de Actualización de Conocimientos en
Pavimentos
LA NUEVA GUIA PARA EL DISEÑO
EMPIRICO-MECANICISTA DE
PAVIMENTOS
ASPECTOS BASICOS
20-21 de Mayo del 2,005
Local del Consejo Nacional del Colegio de Ingenieros del Perú
(Av. Arequipa 4947 – Miraflores)
Calle Barcelona Nº 571 – Lima 21 – Perú
Telefax.: 51-1-4614673
E-mail: [email protected]
AACCLLAARRAACCIIOONN
Desde la aparición de la primera Guía AASHO para el Diseño de Estructuras de
Pavimentos en 1960, hasta la última versión publicada por la AASHTO en 1993, la “Guía”
como normalmente se la conoce, ha sido un documento fundamental para los ingenieros
civiles peruanos y de todo el mundo, no solo para su aplicación en el diseño de estructuras
nuevas o rehabilitadas de pavimentos flexibles, rígidos y de afirmado, sino también como
elemento de consulta y de base en la búsqueda de tecnologías propias sobre fundamentos
comprobados.
El 23 de Junio del 2,004, la AASHTO emitió un Memorando dirigido a todos los usuarios
interesados de los E.E.U.U. y del mundo, distribuyendo por Internet (www.trb.org/mepdg),
una versión descargable de la Guía Recomendada para el Diseño Empírico-Mecanicista de
Pavimentos, junto con un software, con el propósito de someterlos a pruebas y evaluación,
solicitando a los interesados, remitir los comentarios que se desprendieran de ellas al
NCHRP ([email protected]).
Consciente del interés que este documento suscitará entre los ingenieros peruanos, pero al
mismo tiempo conocedor de las limitaciones que tienen muchos de ellos con la literatura
técnica en lengua inglesa, el IDPP, cumpliendo con su Misión de contribuir a la
transferencia de tecnología y en el afán de cooperar con los propósitos de la AASHTO,
está organizando una serie de Cursos de Actualización de Conocimientos en Pavimentos,
basados en una versión libre en lengua española del documento expuesto en la red, la
misma que se irá produciendo específicamente para cada curso. El primero de estos cursos
se llevará a cabo el 20 y 21 de Mayo del 2,005 en el local del Consejo Nacional del
Colegio de Ingenieros del Perú y se denomina: La Nueva Guía AASHTO para el Diseño de
Estructuras de Pavimentos – Aspectos Básicos y está referido al Prólogo, el Capítulo 1 de
la PARTE I: Introducción y los Capítulos 1 y 2 de la PARTE II: Parámetros de Diseño-
Cimentaciones y Materiales.
En la versión libre en español que irá produciendo el IDPP, se ha cuidado de mantener el
formato del documento original para facilitar la lectura bilingüe, preservando las siglas en
inglés para facilitar el uso del software. Asimismo, se añade una página que no figura en el
documento original, con el significado de las siglas para facilidad del usuario y anotaciones
a pie de página con referencia a normas peruanas y aclaraciones de interés para el lector.
No se han traducido las partes referentes a los pavimentos de concreto con refuerzo
continuo (CRCP por sus siglas en inglés), por no ser de aplicación en el país.
El IDPP es consciente del carácter provisional del documento aparecido en la red, no
obstante, considera que la versión final no diferirá sustancialmente de la recientemente
aparecida, por lo que estima que un conocimiento oportuno de los antecedentes y
principios básicos de los conceptos del diseño Empírico-Mecanicista, así como una
discusión sobre cuales de ellos podrán aplicarse de manera efectiva para las condiciones
prevalecientes en el Perú, serán de gran utilidad a la ingeniería nacional.
Ingº Germán Vivar Romero
Director Ejecutivo
1er Curso de Actualización de Conocimientos en Pavimentos: La Nueva Guía AASHTO para el Diseño de Estructuras
de Pavimentos. ASPECTOS BASICOS
IDPP Mayo del 2,005 i
SSIIGGLLAASS
AADT: Average Annual Daily Traffic – Tráfico Diario Anual Promedio.
AADTT: Average Annual Daily Truck Traffic – Tráfico Diario Anual Promedio de
Camiones.
AASHO: American Association of State Highway Officials – Asociación
Americana de Oficiales Estatales de Carreteras.
AASHTO: American Association of State Highway and Transportation Officials -
Asociación Americana de Oficiales Estatales de Carreteras y Transportes.
AC: Asphalt Concrete – Concreto Asfáltico
ACI: American Concrete Institute – Instituto Americano del Concreto.
ADOT: Arizona Department of Transportation – Departamento de Transportes
de Arizona.
ADT: Average Daily Traffic – Tráfico Diario Promedio.
AOS: Apparent Opening Size - Tamaño de la Abertura Aparente.
ASR: Alcali-Silica Reactivity – Reactividad Alcali-Silice.
ASTM: American Standards for Testing Materials – Asociación Americana para
el Ensayo de Materiales.
ASU: Arizona State University – Universidad Estatal de Arizona
ATA: American Trucking Association – Asociación Americana de
Transportistas
ATPB: Asphalt Treated Permeable Base - Base Permeable Tratada con Asfalto.
AVC: Automatic Vehicle Classificaction – Clasificación Automática de
Vehículos.
BPN: British Pendulum Number – Número del Péndulo Británico.
BTU: British Termal Unit – Unidad Térmica Británica.
CBR: California Bearing Ratio – Relación Soporte de California.
CEB: Comite Euro-International du Beton – Comité Euro-Internacional del
Concreto.
cm: Cementitious Materials – Materiales Cementicios
CMA: Cold Mix Asphalt – Asfalto Mezcla en Frío.
COE: Corp of Engineers – Cuerpo de Ingenieros.
CRCP: Continuosly Reinforced Concrete Pavement – Pavimento de Concreto
con Refuerzo Continuo.
CTC: Coefficient of Termal Contraction – Coeficiente de Contracción Térmica.
CTE: Coefficient of Termal Expansion - Coeficiente de Dilatación Térmica.
CTB: Cement Treated Base – Base Tratada con Cemento
CTPB: Cement Treated Permeable Base - Base Permeable Tratada con Cemento
DCP: Dynamic Cone Penetrometer – Penetrómetro Dinámico de Cono.
DDF: Directional Distribution Factor – Factor de Distribución Direccional
DGAB: Dense-Graded Agreggate Base – Base Granular de Gradación Densa
DGIT: Design Guide Implementation Team – Equipo de Implementación de la
Guía de Diseño.
DOT: Department of Transportation – Departamento de Transportes.
DPI: Dynamic Penetration Index – Indice de Penetración con el Cono
Dinámico.
DSR: Dynamic Shear Rheometer – Reómetro Dinámico de Corte.
EICM: Enhanced Integrated Climatic Model - Modelo Climático Integrado
Realzado.
ESAL: Equivalent Single Axle Load – Carga por Eje Simple Equivalente.
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FEA: Finite Element Analysis- Análisis por Elementos Finitos.
FEM: Finite Element Model- Modelo de Elementos Finitos.
FHWA: Federal Highway Administration – Administración Federal de
Carreteras.
FN: Friction Number - Número de Fricción
FWD: Falling Weight Deflectometer – Deflectómetro de Peso en Caída Libre
(Normalmente no se usa la traducción al español).
GAB: Granular Agreggate Base – Base Granular de Agregados.
GCL: Geosynthetic Clay Liner – Revestimiento Geosintetico de Arcilla.
GPR: Ground Penetrating Radar – Radar de Penetración del Terreno.
GWT: Ground Water Table – Profundidad de la Napa Freática
HMA: Hot Mix Asphalt – Mezcla Asfáltica en Caliente.
HMAC: Hot Mix Asphalt Concrete – Concreto Mezcla Asfáltica en Caliente.
I-E: Impact Echo – Eco de Impacto
IFI: Internacional Friction Index - Indice Internacional de Fricción
I-R: Impulse Response – Respuesta de Impulso
IRI: International Roughness Index – Indice Internacional de Rugosidad.
ISO: Internacional Standarization Office – Oficina Internacional de
Estandarización.
JPCP: Joined Plain Concrete Pavement – Pavimento de Concreto Simple con
Juntas.
JTFP: Joined Task Force on Pavements – Fuerza de Tarea Unida en Pavimentos
LCB: Lean Concrete Base – Base de Concreto Pobre.
LCCA: Life Cicle Cost Análisis – Análisis del Costo Durante el Ciclo de Vida
LDF: Lane Distribution Factor - Factor de Distribución por Carril
LEA: Lineal Elastic Análisis – Análisis Elástico Lineal.
LTE: Load Transfer Efficiency – Eficiencia de la Transferencia de Cargas.
LTPP: Long Term Pavement Performance - Comportamiento del Pavimento a
Largo Plazo.
MAF: Monthly Adjusting Factores – Factores de Ajuste Mensual
M-E: Mecanistic-Empiric – Empírico-Mecanicista
MDD: Maximum Dry Unit Weigth – Peso Unitario Máximo Seco.
MESL: Membrane Encapsulated Soil Liner – Revestimiento de Suelo
Encapsulado en Geoembrana.
MR: Modulus of Rupture – Módulo de Rotura.
NCDC: National Climatic Data Center – Centro Nacional de datos Climáticos.
NCHRP: National Cooperative Highway Research Program – Programa Nacional
Cooperativo para la Investigación en Carreteras.
NDT: Non Destructive Testing – Ensayos No Destructivos.
NLA: National Lime Association – Sociedad Nacional de la Cal.
NN: Neural Net – Red Neural.
NRCS: Natural Resources Conservation Service – Servicio Nacional de
Conservación de Recursos Naturales.
OMC: Optimum Moisture Content – Contenido Optimo de Humedad
PG : Performance Grade – Grado de Comportamiento.
PIARC: Permanent International Association of Road Congresses – Asociación
Internacional Permanente de Congresos de Carreteras.
PCC: Portland Cement Concrete – Concreto de Cemento Portland.
PSI: Pavement Serviciability Index – Indice de Serviciabilidad del Pavimento
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PSR: Present Serviciability Rating – Calificación de la Serviciabilidad
Presente
PVC: Poly Vinyl Chloride – Cloruro de Poli Vinilo.
RAP: Reclaimed Asphalt Pavement – Pavimento Asfáltico Recuperado
RMA: Rubber Manufacturers Association – Asociación de Fabricantes de
Caucho
RMS: Root Mean Square – Raiz Cuadrada Media
RTFOT: Rolling Thin Film Oven Test – Ensayo al Horno de Película Delgada
Enrollada
SASW: Seismic Analysis of Surface Waves – Análisis Sísmico de las Ondas
Superficiales.
SHA: State Highway Agency – Agencia Estatal de Carreteras.
SHRP: Strategic Highway Research Program – Programa Estratégico de
Investigación de Carreteras.
SN: Structural Number – Número Estructural.
SN: Skid Number - Número de Patinaje.
SST: Superpave Shear Test – Ensayo de Corte Superpave.
SUPERPAVE: Superior Performance Pavement – Pavimento de Comportamiento
Superior.
SWCC: Soil-water Characteristic Curve – Curva Característica Suelo-Agua
TRA: Tyre and Rim Association – Asociación de Neumáticos y Aros.
TRB: Transportation Research Board – Oficina de Investigación del
Transporte.
TTC: Truck Traffic Classification – Clasificación del Tráfico de Camiones.
TTMA: Truck Trailer Manufacturers Association – Asociación de Fabricantes de
Camiones Trailer.
TWTT: Two Way Travel Time - Tiempo de Viaje en Dos Sentidos
USFS: United State Forest Service – Servicio Forestal de los Estados Unidos
w: water – agua
WIM: Weigh in Motion – Peso en Movimiento
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de Pavimentos. ASPECTOS BASICOS
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Perspectiva del Equipo de Investigación
Necesidades de Investigación y Desarrollo Futuros
Perspectiva
La necesidad y los beneficios de un Procedimiento de Diseño de Pavimentos con base
mecanicista fue claramente reconocido cuando se adoptó la Guía AASHTO para el Diseño
de Estructuras de Pavimentos de 1986. Los beneficios se describen en la Parte IV de esa
Guía. Desde la Guía de los años 60 hasta la de 1986, todas las versiones de la Guía
estuvieron basadas en ecuaciones de comportamiento empírico limitado, desarrolladas en
el Camino Experimental AASHO, cerca de Ottawa, Illinois a fines de los años 50. Desde el
Camino Experimental AASHO, ha habido muchos cambios significativos en los camiones
y volúmenes de tránsito, materiales, construcción, rehabilitación y necesidades de diseño.
Hacia 1986 se hizo evidente, que había una gran necesidad de que los procedimientos de
diseño deberían tomar en cuenta los cambios en las cargas, materiales y aspectos de diseño,
así como la consideración directa de los efectos del clima en el comportamiento. El
Comité AASHTO de Pavimentos, en cooperación con el NCHRP y la FHWA, auspiciaron
el “Taller sobre Diseño de Pavimentos” de 1996 en Irving, California. Los participantes al
taller incluían a muchos ingenieros de primer nivel de los E.E.U.U. Ellos fueron
encargados de identificar los medios para desarrollar un procedimiento AASHTO de
diseño empírico-mecanicista de pavimentos para el año 2,002. Basados en las conclusiones
desarrolladas en la reunión de Marzo de 1996, se adjudicó en Febrero de 1998 a la
División de Investigadores Asociados, Inc. de ERES Consultant, el Proyecto NCHRP 1-
37A, Desarrollo de la Guía AASHTO del 2,002, para el Diseño de Estructuras de
Pavimentos Nuevos y Rehabilitados: Fase II. El proyecto estuvo orientado al desarrollo de
una guía que utilizara los modelos de base mecanicista y las bases de datos existentes,
reflejando los procedimientos de diseño corrientes en el Estado-del-Arte. La guía estuvo
orientada a los pavimentos nuevos y rehabilitaciones y proporciona una base equitativa
para todos los tipos de pavimentos.
Desafíos del Diseño
El Proyecto NCHRP 1-37A, estuvo orientado al desarrollo de un procedimiento de diseño
basado principalmente en la tecnología existente. Los diferentes requerimientos y
expectativas del procedimiento, lo hizo muy desafiante, toda vez que este es el primer
procedimiento de diseño de pavimentos que incorpora el impacto del clima y del
envejecimiento en las propiedades de los materiales, en forma iterativa (cada dos semanas,
o mensual) y de manera comprensiva a lo largo de toda la vida de diseño. La mayor parte
de los modelos existentes ha estado limitada al uso de propiedades equivalentes o de las
más desfavorables de los materiales, como parámetros de entrada. Cuando se aplicaron
propiedades de materiales y climas variables, usando un enfoque de daño creciente a lo
largo del tiempo, se obtuvieron resultados erróneos. Como resultado de esto, se requirió de
una investigación significativa para modificar y adaptar esos modelos para el trabajo
dentro de un enfoque de fallas por incrementos. Adicionalmente, las variaciones horaria,
mensual y anual de las cargas del tráfico, se sobrepusieron a los cambios en los materiales
y climas, para reflejar de manera más realista, cómo es que los pavimentos se comportan
en servicio.
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IDPP Mayo del 2,005 ii
Tal vez el mayor desafío fue calibrar los modelos conceptuales de base mecanicista con los
datos de comportamiento de campo observados en los E.E.U.U. Esto tampoco se cumplió
anteriormente de manera exitosa en los E.E.U.U. Después que se formularon los modelos
teóricos de falla (agrietamiento por fatiga, ahuellamiento, agrietamiento térmico,
escalonamiento en las juntas, agrietamiento de losas, punzonamientos), se compararon y
calibraron con los datos observados. Los resultados después de ser evaluados llevaron a
mejoras en el modelo, el cual a su vez requirió otra calibración. Este proceso se repitió
muchas veces hasta alcanzar cada uno de los niveles finales aceptables de los modelos de
predicción de fallas de base mecanicista. Al final, esta tarea laboriosa probó ser
extremadamente valiosa para producir modelos que podían predecir el comportamiento
observado de los pavimentos. Después de terminar la calibración del modelo, se incorporó
la confiabilidad de diseño al procedimiento de diseño, considerando la falla residual entre
la falla prevista y la falla observada. Este enfoque fue necesario debido a que los tiempos
de cálculo para la simulación no fueron prácticos en ese momento, pero si lo serían en el
futuro.
El desafío final consistió en incorporar los conceptos de diseño y de modelos complejos
en un software estable y amigable. El equipo NCHRP 1-37A, fue consciente de que no
importaba cuan técnicamente correcto fuera el modelo de diseño, si la adopción del
software se veía entorpecida por el hecho de no ser un software accesible y de fácil uso.
Por lo tanto, se desplegaron enormes esfuerzos para desarrollar un software amigable y
fácil de usar. Esto se logró de la siguiente manera:
Datos de Entrada: Asegurando de que se utilicen los datos de entrada apropiados,
por medio del empleo de valores cuidadosamente seleccionados por defecto, a
partir de los rangos recomendados y absolutos de cada parámetro.
Soporte: Soporte en-línea y sensible al contexto.
Salidas: Tabulares y gráficas, basadas en Excel/HTML, para ayudar al diseñador a
visualizar el comportamiento de su diseño de prueba.
Base de datos del clima: Se incluyen los datos climáticos en 800 localidades de
Norte América, lo que permite al usuario seleccionar fácilmente una estación
determinada, o generar estaciones climáticas virtuales.
Otro aspecto muy importante del procedimiento de diseño y del software es que las
mejoras se pueden hacer de manera juiciosa en el tiempo, para cualquiera de los modelos
(fallas, IRI, clima, tráfico, materiales y respuestas estructurales), e incorporarlas en el
procedimiento para re-calibración. La estructura ha sido preparada para actualizaciones
futuras. Las agencias locales pueden establecer rangos y valores por defecto de los datos de
entrada para el diseño. La principal limitación es el mayor tiempo de corrida para el diseño
de pavimentos flexibles y rehabilitaciones. Esto puede mejorarse mediante una
optimización del software.
Necesidades Futuras para una Mejora Continua de la Guía de Diseño
Tal vez la característica más importante de la Guía de Diseño es su estructura tecnológica y
modular para el diseño de pavimentos y su proceso de validación-calibración. El enfoque
de daño bisemanal/mensual, hace posible mejorar virtualmente cualquier modelo y
subsistema de algoritmo a lo largo del tiempo. Cualquier modelo o algoritmo de los
diferentes modelos de respuesta estructural hasta los modelos de predicción del módulo o
los modelos de falla por fatiga, pueden reemplazarse por versiones mejoradas a medida que
se vayan obteniendo de investigaciones futuras. Sin embargo, los cambios a los modelos o
algoritmos que afectan las predicciones de fallas y la lisura, pueden requerir re-calibración
1er Curso de Actualización de Conocimientos en Pavimentos: La Nueva Guía AASHTO para el Diseño de Estructuras
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con datos de campo. La Guía de Diseño proporciona el necesario punto “focal” para el
desarrollo y mejora del diseño de pavimentos en el tiempo.
El Proyecto NCHRP 1-37A, fue urgido a utilizar la tecnología comprobada del Estado-del-
Arte. Mientras que por un lado, esto dio al equipo de investigadores una gama de
posibilidades, restringió y previno del uso de cierta tecnología que podría, después de
algún desarrollo adicional, haber resultado en mejores modelos de predicción. Sin embargo
pronto se hizo evidente que incluso, la supuestamente probada tecnología, tenía problemas
mayores y requería de mejoras y modificaciones significativas, antes de trabajar dentro de
un esquema de diseño mecanicista. Se cubrieron muchas mejoras que eran necesarias,
pero dentro del complejo sistema de ingeniería desarrollado, existían algunas áreas que
requerían mayor desarrollo. El equipo de investigación y los individuos que intervinieron
en la revisión del procedimiento de diseño durante los años pasados, identificaron
diferentes aspectos que podrían ser mejorados. Esta sección proporciona un breve resumen
de esas mejoras.
Modelamiento Climático
Uno de los mayores avances en la Guía de Diseño fue integrar la estación climática
modelo EICM1, directamente con los procedimientos para predecir los cambios en los
módulos de los materiales constituyentes de las capas del pavimento y de la sub-rasante,
así como los gradientes debidos a los cambios de temperatura y humedad dentro de la
estructura del pavimento. Los valores del módulo de capa y de los gradientes de humedad
y temperatura y su integración dentro de una metodología comprensible de análisis
estructural se implementaron en la Guía de Diseño para proporcionar capacidades nunca
antes disponibles. Sin embargo, aún hay algunos aspectos que necesitan ser revisados para
mejorar la seguridad del sub-sistema interactivo clima-materiales. En la versión EICM se
hicieron cambios importantes en la distribución subterránea de la humedad, para mejorar la
predicción del contenido de humedad. Se implementaron esos cambios,
predominantemente en las relaciones SWCC, usadas para definir el estado de la succión
del suelo y ahora son parte de la última versión EICM usada en la Guía de Diseño.
Está por completarse el NCHRP 9-23 para resaltar la metodología de predicción de la
humedad subterránea en el EICM y se recomienda que sus resultados, conclusiones y
modificaciones sugeridas al modelo de humedad EICM, sean incorporados a la Guía de
Diseño. Hay algunas otras áreas menores que necesitan mejoras posteriores en el modelo
EICM. Aún existen problemas con la predicción de la humedad en las bases granulares de
calidad. El problema que ocurre es que debido a las propiedades de succión del suelo en
ese tipo de material, muy poca si es que alguna humedad, puede ser llevada a la capa
debido a la succión. En pavimentos flexibles no se permitió ningún tipo de superficie de
infiltración. Como consecuencia de esto, los contenidos de humedad se hicieron
excesivamente bajos y se prevé un módulo de base anormalmente alto. Se necesita un
mejor modelo de infiltración para pavimentos flexibles y rígidos, que prediga la
infiltración en el tiempo. Finalmente, la versión corriente del modelo EICM en la Guía de
Diseño, aún usa un período “empírico” de recuperación, basado en el tipo de suelo, para
definir los cambios de humedad con el tiempo después de haber ocurrido el debilitamiento.
Se recomienda que se desarrolle una solución más realista para este proceso de
recuperación.
Otro aspecto que requerirá actualizaciones periódicas y continuas del software de la Guía
de Diseño, es la actualización de los datos en las estaciones climáticas con la última
1 Nota del IDPP: por sus siglas en inglés (ver página 2).
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información del NCDC. La guía de diseño actualmente contiene datos históricos horarios
de la información climática en aproximadamente 800 estaciones climáticas en Norte
América. A la fecha en que se calibraron los modelos de comportamiento, para la mayor
parte de esas estaciones, los registros históricos tenían información que cubría períodos de
5 años. Sin embargo, se reconoce que una base de datos mejorada llevará tal vez a mejores
modelos de calibración y ayudará a establecer la variable climática de manera más segura.
Confiabilidad de Diseño
El procedimiento para la Confiabilidad de Diseño incluido en la Guía de Diseño, en tanto
se considera adecuado para la implementación inicial, debe considerarse como base para
un procedimiento más comprensivo. El equipo de investigación considera de alta prioridad
la identificación de una metodología mejorada para la Confiabilidad de Diseño. El método
corriente para incorporar la Confiabilidad en la Guía de Diseño, está basado en la
imposición del error estándar total de la falla prevista, en comparación con la falla
observada. Un procedimiento mejorado debería hacer posible considerar todos los
componentes clave de variabilidad e incertidumbres involucrados en el diseño de
pavimentos. Esto haría posible al diseñador ingresar la media, la varianza y la distribución
de muchos datos de entrada claves y también incorporar los errores asociados con los
modelos de predicción, obteniendo una confiabilidad de diseño mucho mas segura. El
diseñador debería luego ser capaz de determinar la sensibilidad de las salidas
(agrietamiento, ahuellamiento, escalonamiento, IRI, etc.) para las variaciones en las
entradas, proporcionándole un mejor conocimiento de las entradas más críticas que deben
estimarse con gran seguridad.
Es altamente recomendable que se haga un esfuerzo continuo para incorporar tal
aproximación de la Confiabilidad de Diseño, de una manera práctica y razonable. Se
advierte, sin embargo, que un factor en esta solución, estará relacionado con el tiempo de
computación requerido para tal análisis, lo que hace que un enfoque de simulación tipo
Monte Carlo, sea impráctico. Hay diferentes enfoques modernos de la confiabilidad que
deben explorarse en busca de una solución razonable que haga posible obtener las
características deseadas.
Sin embargo, con tal enfoque de la confiabilidad más comprensivo, se requiere la
estimación de todas las varianzas e incertidumbres asociadas. Esto requerirá un esfuerzo de
investigación mucho mayor y debería incluir la estimación de las variaciones e
incertidumbres asociadas con las cargas del tráfico, clima, propiedades de los materiales,
espesores de capa y muchos otros parámetros de diseño. No debe intentarse un
procedimiento de confiabilidad mejorado si es que no se dispone de una gran cantidad de
recursos para estimar todas las variaciones aplicables e incertidumbres asociadas con todos
los parámetros y modelos. Tal procedimiento, sin buenas estimaciones de la varianza de
todos los parámetros clave y modelos de predicción, puede ser engañoso y erróneo.
Modelos de Calibración-Validación de la Predicción para Datos de Niveles 1, 2 y 3
La principal premisa bajo la que se ideó el sistema jerárquico de datos, es que el error
estándar asociado con la predicción de un modo de falla en particular, decrece cuando se
incrementan los ensayos y el nivel y la intensidad del esfuerzo de ingeniería. Esto se puede
establecer de manera alternativa, entendiendo que la confiabilidad de la predicción de
diseño deberá lógicamente incrementarse, cuando se incremente el nivel del esfuerzo de
ingeniería usado para obtener los datos. Esto debería llevar lógicamente a una reducción en
el costo del ciclo de vida de los pavimentos.
1er Curso de Actualización de Conocimientos en Pavimentos: La Nueva Guía AASHTO para el Diseño de Estructuras
de Pavimentos. ASPECTOS BASICOS
IDPP Mayo del 2,005 v
En la Guía de Diseño, solamente fue posible demostrar que este concepto era aplicable al
módulo de fractura térmica. Se recomienda que esta hipótesis sea confirmada por la
práctica profesional, para al menos un modo mayor de falla asociado con las cargas. Esto
es necesario debido a que es muy importante ilustrar a la comunidad de ingeniería que
tiempo, esfuerzo e inversiones adicionales en el diseño, realmente resultan en un menor
costo y un mejor comportamiento del producto. Si esto no se demuestra rápidamente, es
posible que los ingenieros simplemente puedan ser inducidos a usar un procedimiento de
Nivel 3 (correlaciones empíricas y valores por defecto) como el principal (y tal vez el
único) procedimiento para obtener los parámetros de diseño.
Conducción de Estudios Adicionales de Sensibilidad
Se ha hecho un considerable esfuerzo para completar una serie de estudios comprensibles
de sensibilidad, en un amplio rango de variables de diseño para algunos modelos. Estos
incluyen los agrietamientos piel de cocodrilo (de abajo hacia arriba), los agrietamientos
longitudinales de fatiga (de la superficie hacia el fondo) y las deformaciones permanentes
en pavimentos flexibles. También se incluyeron los agrietamientos de fatiga de abajo hacia
arriba y viceversa para JPCP, escalonamiento en las juntas de JPCP y punzonamientos
para CRCP. A pesar de que esto significó un esfuerzo monumental, aún hay algunos
estudios mayores de sensibilidad adicionales, que necesitan completarse para varios otros
modelos relacionados particularmente con la rehabilitación.
Se requiere un mayor esfuerzo para determinar la sensibilidad de la confiabilidad de
sistemas complejos de pavimentos flexibles y de pavimentos rígidos rehabilitados. En el
desarrollo inicial de la Guía de Diseño, se evaluaron corridas limitadas de la sensibilidad.
Sin embargo, se precisa completar un estudio más extenso para todas las categorías
principales de rehabilitación desarrolladas: sobre capas de HMA sobre pavimentos HMA
existentes; sobre capas HMA sobre losas PCC fracturadas y sobre capas HMA de sistemas
PCC sanos (intactos). Las categorías de rehabilitación de PCC incluyen la restauración,
sobre capas de PCC no adheridas y sobre capas de PCC sobre pavimentos flexibles2.
Mejora de la Seguridad de la Base de Datos LTPP para la Calibración-Validación de los
Modelos de Falla/Lisura.
La base de datos LTPP fue el mayor aporte a los estudios de calibración y validación
realizados durante el desarrollo de la Guía de Diseño. También fue aparente que hubo
muchas limitaciones asociadas con la base de datos LTPP respecto de su utilidad como una
herramienta principal en la calibración del comportamiento de la Guía de Diseño. Se llevó
a cabo una gran cantidad de investigación para mejorar la base de datos LTPP para usarse
en la calibración. Por ejemplo, muchos datos de series de falla-tiempo, variaron
considerablemente a lo largo del tiempo, requiriendo que el equipo de investigación
examine cada hoja de dato de campo para aclararla tanto como fuera posible. Se
recomendó esta acción para mejorar los parámetros en la base de datos LTPP. Cuando se
hagan tales mejoras, las secciones LTPP dentro de cada estado deberían ser más útiles a los
esfuerzos locales de implementación y calibración. El LTPP deberá revaluar la importancia
de la base de datos nacional como una herramienta esencial que debería ser alimentada
directamente en los estudios de calibración nacional y regional de la Guía de Diseño.
2 Nota del IDPP: El documento original no considera la incorporación de fibras en las sobre capas de PCC;
sin embargo esta es una práctica creciente no sólo en los E.E.U.U., sino también en Europa. Ver páginas x y
xii.
1er Curso de Actualización de Conocimientos en Pavimentos: La Nueva Guía AASHTO para el Diseño de Estructuras
de Pavimentos. ASPECTOS BASICOS
IDPP Mayo del 2,005 vi
A continuación se indican dos elementos muy importantes que faltan en la base de datos.
Es de importancia fundamental que se lleve a cabo estudios de trincheras en ciertas
secciones de ensayo LTPP de pavimentos flexibles, los que deberían diseñarse como
pavimentos a ser usados en cualquier capa posterior de un proyecto de calibración-
validación del ahuellamiento. Sin datos de trincheras, es físicamente imposible calibrar
con seguridad cualquier tipo de modelo de ahuellamiento para sistemas de pavimentos
flexibles. El segundo factor mencionado anteriormente se relaciona con la verificación de
campo del mecanismo de agrietamiento (longitudinal) de fatiga para pavimentos flexibles
y JPCP. Es claro que la existencia de un agrietamiento bajo la superficie solo puede ser
completamente verificado conduciendo un estudio de evaluación del agrietamiento en
profundidad mediante testigos diamantinos sobre secciones LTPP seleccionadas.
Otro aspecto importante relacionado con el procedimiento de identificación de fallas LTPP
consiste en modificar el procedimiento existente para una mejor identificación del
agrietamiento longitudinal. Es necesario identificar los tipos de agrietamientos
longitudinales (y a veces los tipo piel de cocodrilo), que ocurren dentro de las huellas
vehiculares. Al momento, no hay forma para los investigadores, tomando como referencia
a la base de datos, de distinguir el agrietamiento debido a la carga (se debería asumir que
todo agrietamiento ubicado en la huella vehicular está asociado a la carga), del que no lo
está, tal como es el caso del agrietamiento longitudinal reflejo, originado en las juntas de
construcción existentes o en el ensanche de carriles. Se debe re examinar la manera en que
se registran las fallas, con la intención de que el objetivo final de la base de datos de fallas
sea usado en forma de modelos estructurales (o incluso no estructurales), con fines de
validación-calibración.
Se recomienda medir los niveles estacionales de la Napa Freática (GWT por sus siglas en
inglés). Lo mismo es aplicable a la profundidad del basamento rocoso. Las corridas de
sensibilidad de esas variables, han demostrado que hay muchas variables significativas que
influyen en el comportamiento y la forma de falla de los pavimentos. Para estimar esos
parámetros con fines de calibración se utilizaron las mejores estimaciones y los mapas
municipales de suelos.
Centro Nacional para la Coordinación de los Esfuerzos Estatales de Calibración para los
Sistemas de Pavimentos Rígidos y Flexibles.
Para implementar la Guía de Diseño, el Equipo Investigador recomienda un esfuerzo
nacional concertado en los E.E.U.U., para establecer un centro que sirva para el desarrollo
y almacenamiento completo de una base de datos de materiales de una variedad de ensayos
requeridos (o que sean requeridos en el futuro). Se espera que como DOTs
estatales/Universidades, se conduzcan evaluaciones de materiales para sus propios DOTs;
sus resultados pueden colocarse en la base de datos del Centro Nacional, para sumarse a
aquellos resultados que fueron originalmente usados en los modelos de la Guía de Diseño.
El Centro podría también almacenar bases de datos de tráfico desarrollados por diferentes
estados que ayudarían a completar o validar las necesidades de cada agencia. La
información y contenido de las bases de datos deberían ser de libre acceso a todas las
agencias que contribuyen con el Centro. Hay otros datos que también podrían ser
almacenados en el Centro como son los datos de clima.
Modelos de Rugosidad (IRI) para la Mejora de la Seguridad
La Guía incluye algunos modelos para la predicción del IRI para diferentes tipos de
pavimentos flexibles, rígidos y sobre capas. Estos modelos de base empírica estuvieron
basados en un número limitado de secciones LTPP. Estos modelos tienen serias
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deficiencias que se harán evidentes cuando se utilicen en el diseño de pavimentos y es
urgente que sean mejorados. Esos modelos deberían considerarse como hitos para el
desarrollo de modelos nuevos y mejorados, a ser implementados en el futuro. Actualmente
existen más datos a partir de los que se podrían desarrollar modelos mejorados. Sin
embargo, toda vez que la rugosidad es una consideración de importancia crítica y también
es el único indicador de comportamiento común a los pavimentos rígidos y flexibles, se
recomienda un mayor esfuerzo para predecir la rugosidad con una base más mecanística.
Los modelos de rugosidad deberían ingresar en la predicción de fallas con una base M-E,
la rugosidad inicial y otros parámetros (por ejemplo, movimiento de la cimentación),
necesarios para la predicción a lo largo de toda la vida de diseño. Esto debería
indudablemente mejorar la seguridad y la idoneidad de la rugosidad en la Guía de Diseño.
Pavimentos y Sobre Capas de HMA
Se necesita un gran esfuerzo para destacar la calibración-validación. Aunque el equipo de
investigación gastó una gran cantidad de recursos en tratar de obtener datos válidos del
LTPP, hay muchos datos perdidos y solamente una pequeña fracción podría ser usada en la
calibración de pavimentos nuevos y sobre capas. Los resultados de ese esfuerzo mostrado
en los apéndices de calibración-validación de pavimentos flexibles (Apéndice EE), de
datos de agrietamiento por fatiga (II), de deformación del pavimento (GG) y del
agrietamiento térmico (HH), reflejan un gran esfuerzo de calibración y validación de los
modelos iniciales de falla para sistemas de pavimentos asfálticos nuevos. Sin embargo, es
obvio que algunas limitaciones significativas estuvieron asociadas con los datos
disponibles de comportamiento usados a partir de las secciones LTPP y que requieren de
gran esfuerzo para su seguridad. Una recomendación para el futuro es incrementar en gran
medida el número de secciones de diseño usadas en la calibración de los modos de falla
por fatiga y deformación permanente.
Un elemento muy importante de esas secciones de ensayo adicionales es que deberían
cumplir con dos recomendaciones críticas sugeridas por Witczak y colaboradores y por el
equipo de Gestión de Modelos de Comportamiento y Soporte de Superpave (FHWA
Contrato DTFH61-95-C-00100) en el “Reporte de Evaluación de Modelos” del 30 de
Septiembre de 1996. En este reporte de la FHWA (y de manera repetida en algunos otros
documentos del reporte), se instó a que “Adicionalmente a las medidas y clasificación de
las superficies de falla, todas las secciones de pavimentos incluidas en los diseños
experimentales para fallas relacionadas con las cargas, particularmente la deformación
permanente, requerirán estudios de trinchera para diferenciar las distribuciones de falla
(ahuellamiento) entre las capas aglomeradas y no aglomeradas3. Esos estudios serán
conducidos conjuntamente con el muestreo de materiales requerido para el plan de ensayos
de los materiales no adheridos, descrito en la Sección 6.2”. Ninguna de las secciones de
ensayo LTPP usada en este estudio para la calibración principal tuvo datos de trincheras.
Solamente se dispuso del ahuellamiento superficial (total). Como tal, en opinión del equipo
de investigación, una gran cantidad del “error en la predicción de la profundidad del
ahuellamiento”, se debe directamente al hecho de que no estuvieron disponibles durante el
estudio de calibración inicial, las deformaciones reales dentro de los tipos de materiales de
las capas.
El modelo de predicción del agrietamiento longitudinal superficial (de la superficie hacia el
fondo), estuvo basado en la suposición de que todos los agrietamientos longitudinales en la
3 Nota del IDPP: se refiere a las capas superiores aglomeradas con asfalto, cemento Portland o cualquier y las
inferiores granulares, respectivamente.
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base de datos del LTPP (en la huella vehicular), estuvieron asociados y propagados de
arriba hacia abajo. Tal como fue puntualizado por Witczak y colaboradores y por el equipo
de Gestión de Modelos de Comportamiento y Soporte de Superpave (FHWA Contrato
DTFH61-95-C-00100) en el “Reporte de Evaluación de Modelos” del 30 de Septiembre de
1996, se notó que “Sustanciales datos de campo de los E.E.U.U., del Medio Este y del
Sudeste Asiático, sugieren que un agrietamiento significativo de fatiga se puede iniciar y
propagar desde la superficie de las capas del pavimento de concreto asfáltico. Esto
contrasta con el modelo tradicional, el cual considera al fondo de esas capas como el único
foco del agrietamiento por fatiga. El modelo de comportamiento para el agrietamiento por
fatiga, debe tenerse en cuenta para este mecanismo de falla, si es que se confirma por
medio de estudios de campo cuidadosos. Así, el plan de recolección de datos de materiales
requiere el muestreo de testigos de pavimentos directamente en las grietas de fatiga para
evaluar la ubicación del inicio de la grieta y la dirección de su propagación en las capas de
asfalto”. No será posible seguir estudios posteriores de calibración-validación para
deformaciones permanentes (capas adheridas y no adheridas) o para el agrietamiento
superficial longitudinal, hasta que se excaven trincheras en las secciones y se complete un
estudio de testigos diamantinos en las grietas. Una vez que esto se haya completado, las
secciones adicionales deberían ser útiles para verificar (modificar) algunas suposiciones
críticas hechas inicialmente así como combinadas con las secciones originales usadas para
desarrollar los factores de calibración nacional inicial desarrollados en este estudio. Se
hace notar que ya se está llevando a cabo un estudio (NCHRP 1-42) acerca de este tópico.
En adición a un mayor número de secciones LTPP para destacar la calibración de la fatiga
y el ahuellamiento en las secciones nuevas, se recomienda que también se hagan esfuerzos
adicionales para expandir la calibración-validación a las secciones rehabilitadas. Acá se
necesita analizar con mucho mayor esfuerzo de calibración del que fue posible durante el
tiempo y con el presupuesto restringido del estudio inicial, para la selección de secciones
adicionales que tengan sobre capas de HMA sobre pavimentos de HMA existentes, losas
fracturadas de PCC (agrietadas-asentadas; quebradas-asentadas; y “rublizadas”4 de PCC);
JPCP y CRCP, así como pavimentos que tengan capas químicamente estabilizadas.
Resaltar/mejorar los modelos existentes para incrementar la seguridad. Debe reconocerse
que algunas selecciones clave de modelos y aproximaciones se hicieron hace algunos años,
en las etapas primarias del proyecto. Desde entonces, el “Estado-del-Arte” ha avanzando
continuamente, así como otras tecnologías que estuvieron disponibles pero que requerían
desarrollo adicional pueden haber producido modelos de falla mas seguros. Mientras que la
metodología corriente proporciona una base fuerte para la predicción de fallas en un
esquema empírico-mecanicista, hay algunos avances en los modelos que deberían
emprenderse para verificar si ellos pueden incrementar significativamente la seguridad de
las fallas previstas.
El modelo de agrietamiento reflejo en sobre capas de HMA, es una base empírica para el
desarrollo futuro e implementación de un modelo de agrietamiento reflejo de base M-E.
Esta es una de las necesidades más críticas de investigación para los pavimentos flexibles.
El destaque del modelo de fatiga superficial de arriba hacia abajo con un enfoque más
fundamental, es también considerado como una necesidad superior de investigación.
4 Nota del IDPP: Este es un término que usaremos en lo sucesivo para caracterizar en español al
“Rubblizing”, proceso por el cual se fracturan in-situ los pavimentos de concreto de cemento Pórtland
fallados en pequeñas piezas con tamaño variable con la profundidad. Los fragmentos en la parte superior
deben tener el tamaño de la arena, hasta 9” en la porción inferior, con el objeto de lograr una trabazón
mecánica entre partículas fracturadas. La palabra proviene de “rubble” = ripio, cascote.
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Uno de los mayores logros del proyecto NCHRP 1-37A fue integrar la respuesta de la
mezcla principal de HMA resultante del NCHRP 9-19 (estudio Superpave), lo cual está por
completarse. En esencia, el logro final es integrar el diseño de mezcla HMA, dentro de un
soporte de diseño estructural. Se recomienda que el realce de este proceso deba integrarse
al trabajo del NCHRP 9-19 con el Tiempo de Flujo (Ft) y el Número de Flujo (Fn), en los
modelos de deformación permanente para mezclas asfálticas usadas en la Guía de Diseño
corriente. Ambos valores de Ft y Fn son parámetros de mezcla para flujo Terciario de una
mezcla asfáltica. En la Guía de Diseño corriente, solamente se modela la fase secundaria
de ahuellamiento mediante el modelo de poder p/r usado. Así, la inclusión de una
metodología para considerar también la falla terciaria (por corte plástico) en un modelo
estructural, debería ser un aspecto significativo a destacar de la Guía de Diseño.
Se encontró que el modelo de ahuellamiento de la Guía de Diseño corriente para HMA,
necesita una relación empírica para ajustar el ahuellamiento en función a la profundidad
dentro del espesor asfáltico. Esta ecuación volvió a ser una polinómica de 5to orden que
predecía con seguridad el perfil in-situ del ahuellamiento-profundidad para algunas
secciones de la MnRoad. Mientras esta modificación estaba siendo desarrollada
estadísticamente, tuvo la apariencia general de la relación típica de esfuerzo de corte con
la profundidad en un sólido de Boussinesq. Debería ser muy importante verificar si esta
relación con la profundidad debería conformar realmente una distribución más racional
asociada con la máxima relación profundidad-esfuerzo de corte de la mecánica, en lugar de
depender del empirismo puro.
Reducir el tiempo de computación para el diseño de pavimentos flexibles. El equipo de
diseño de pavimentos flexibles dedicó un gran esfuerzo a tratar de reducir el tiempo de
cálculo de los pavimentos flexibles analizados en la Guía de Diseño. Una disminución muy
significativa en el tiempo de cómputo ha sido debida solamente al microprocesador usado
en el análisis. En las primeras etapas de desarrollo del software, el tiempo promedio en lo
que fue concebido como un microprocesador “rápido” (sistema de 500 MHz) fue de
aproximadamente 5.1 minutos por año de análisis. Con las unidades actuales de 2.8 GHz,
el tiempo se ha reducido a 1.4 minutos por año de análisis. Sin mayores cambios en el
código del software, se estima que para las unidades futuras de mas de 4 GHz, el tiempo de
cálculo puede ser de alrededor de 1 minuto por año de análisis. Si se considera la
complejidad de la porción asfáltica de la Guía de Diseño, junto con los cientos de miles de
cálculos de fallas llevados a cabo en un análisis, se ve que el tiempo no es excesivo. Es
evidente que se podrían hacer algunas reducciones en los tiempos, si se “relajaran” ciertas
suposiciones un poco más de lo que normalmente se hace. Se recomienda que se hagan
esfuerzos continuos para reducir los tiempos de cálculo del programa.
Se requieren mejoras al modelo predictivo del E* de Witzack y colaboradores. La ecuación
predictiva del módulo dinámico de mezclas asfálticas desarrollada por Witzack y una vasta
gama de colegas, es un componente importante de la estructura jerárquica de la Guía de
Diseño. Mientras que esta ecuación sea considerada segura y haya sido desarrollada a
partir de los resultados de los ensayos de laboratorio para E*, en cerca de 150 mezclas
HMA y 1,500 datos, hay una oportunidad para aproximadamente doblar los tipos de
mezclas e incrementar el número de datos a 6,000, añadiendo un significativo número de
resultados de E* que han sido recolectados en ASU, de algunos estudios nuevos mayores
que han sido completados (NCHRP 9-19, Implementación ADOT 2002 DG, Proyectos
ADOT AR). El objetivo de este estudio debería ser combinar todos los resultados
disponibles de E* y efectuar una nueva ronda de estudios estadísticos para desarrollar un
modelo predictivo nuevo, mas seguro. La intención de este esfuerzo debería estar enfocada
en mantener la misma forma funcional “sigmoidal” del modelo corriente, pero tratando de
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desarrollar una evaluación mas segura de los componentes volumétricos de la mezcla
(vacíos, volumen de asfalto, etc.). Estos cambios menores deberían llevar definitivamente a
predicciones de fallas más reales en la Guía de Diseño, particularmente para ahuellamiento
y fractura por fatiga de las HMA. Un esfuerzo final también debería estar enfocado en
establecer si la caracterización de la viscosidad “Ai-VTSi” debería reemplazarse
completamente por el nuevo Grado de Comportamiento (PG por sus siglas en inglés) de las
propiedades del ligante tales como G* (Módulo Dinámico de Corte). Si se encuentra que es
factible el uso de G* (ligante), el uso de esta propiedad en vez de la viscosidad, debería
conducir al proceso de caracterización global del material HMA en una metodología mas
corriente.
Conducir pruebas iniciales de calibración de la tecnología FEM para sistemas de
pavimentos asfálticos. Todos los esfuerzos de calibración asociados a las cargas usados en
la Guía de Diseño han estado basados en el modelo de respuesta elástica lineal por capas
del pavimento (JULEA). Sin embargo, también se incluye un modelo de respuesta del
pavimento por elementos finitos para el caso donde se desee una entrada de Nivel 1 para
usar con el módulo resiliente no-lineal (Mr) de cualquier capa de base no adherida, sub-
base y/o sub-rasante. La limitación de este enfoque sin embargo, es que no ha sido
calibrado. Por ello, se recomienda que se lleve a cabo un esfuerzo inicial para empezar una
calibración con las secciones LTPP que hayan sido usadas en el estudio inicial NHCRP 1-
37A. Debido a las complejidades y a los problemas que podrían originarse debido a que el
proceso de calibración FEM es desconocido a la fecha, se recomienda que solamente se
seleccionen inicialmente unas cuantas (6-8) secciones LTPP, se complete el ensayo Mr del
Nivel 1 en todas las capas no aglomeradas y se complete un estudio de calibración piloto.
Después de completar este estudio, se pueden desarrollar planes y programas de una
calibración mayor FEM usando los hallazgos obtenidos en el esfuerzo piloto.
Pavimentos y Sobrecapas de Concreto
La Guía de Diseño corriente solo puede operar con espesores de sobre capas de PCC de 6
pulgadas y mayores. Se necesita hacer un mayor esfuerzo para desarrollar procedimientos
para sobre capas de PCC más delgadas, incluyendo las sobre capas ultra delgadas que están
adheridas a la superficie asfáltica. También se requiere una caracterización mas adecuada
del pavimento existente de HMA. Esto puede requerir una modelación estructural más
comprensiva, así como una mejora en el conocimiento de la adherencia entre el PCC y la
HMA. Esto se considera prioritario para el mejoramiento del procedimiento de diseño de la
rehabilitación con PCC.
La contracción de la porción superior de la losa de PCC se considera directamente en el
diseño de dos maneras: permanente y transitoria (variando mensualmente con la humedad
relativa). La metodología sin embargo, no es tan comprensible o confiable como debiera
serlo para compatibilizar el nivel de seguridad que existe por los gradientes de temperatura
a través de las losas de PCC. Se necesita mejorar el método de incorporar la contracción
permanente en el alabeo permanente. La Guía de Diseño existente muestra un incremento
continuo en la contracción después de muchos años, resultando en la abertura de grietas y
juntas en un periodo de tiempo largo. Mientras esto ocurra, se necesita que la magnitud
tenga mejores procedimientos de estimación.
La temperatura cero-esfuerzo es la temperatura a la cual después de la colocación, el PCC
se hace suficientemente sólido para trabajar en tensión. Esta temperatura se utiliza como
base para calcular la abertura de grietas y juntas que afectan las transferencias de corte y de
carga y la transferencia de cargas en la grieta con el tiempo. Se necesitan procedimientos
mejorados para estimar este importante parámetro en el diseño de JPCP y de CRCP.
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El alabeo efectivo permanente por diferencia de temperatura es un dato de entrada crítico
que necesita una posterior calificación y calibración. Esta entrada se usa para predecir los
agrietamientos de arriba hacia abajo y del fondo hacia la superficie de las losas, así como
el escalonamiento en las juntas. Este valor fue obtenido a nivel nacional por medio de la
optimización del agrietamiento de JPCP para muchas secciones LTPP y de otro tipo en los
E.E.U.U. No hay procedimientos para ajustar este parámetro considerando otras
situaciones constructivas (por ejemplo, construcción nocturna, curado por vía húmeda y así
por el estilo). La obtención de mejores estimaciones para este parámetro variando las
condiciones de construcción, debería mejorar grandemente la habilidad para tomar en
cuenta en la construcción y los materiales en la fase de diseño.
El coeficiente de expansión/contracción térmica (CTE por sus siglas en inglés), es un
parámetro nuevo y muy significativo en el nuevo procedimiento de diseño de pavimentos
rígidos. Desde que este parámetro no ha sido anteriormente medido y usado en el diseño,
se necesita mucha mas información para ayudar al diseñador a estimar este parámetro de
manera adecuada. Se debería analizar la extensa información LTPP para el desarrollo
posterior de recomendaciones mejoradas para el CTE, así como llevar a cabo extensos
estudios de laboratorio adicionales para una variedad de agregados y otros componentes de
mezclas PCC actuales.
El procedimiento del CRCP incluye la metodología para predecir el espaciamiento y la
abertura de grietas. Mientras que esos modelos son muy comprensivos y están basados en
criterios mecanísticos, se requiere en gran medida de una validación adicional, toda vez
que ellos juegan un rol muy crítico en el comportamiento de los CRCP. El modelo de
deterioro de la grieta que controla el desarrollo del punzonamiento depende en gran
medida del ancho de la grieta, siendo así el punzonamiento crítico. Ha habido muy poca
validación del modelo de deterioro de la grieta y se requiere hacer más al respecto. Una
variable que se está perdiendo es el tamaño del agregado superficial, el cual tiene un efecto
mayor sobre la eficiencia de la transferencia de carga en la grieta.
Se requiere enfatizar en gran medida en el esfuerzo de calibración/validación para
pavimentos rígidos. Aunque el equipo de investigación gastó una gran cantidad de recursos
tratando de obtener datos LTPP válidos, se perdieron muchos datos y solamente una
pequeña fracción pudo ser usada en la calibración de pavimentos nuevos y sobre capas.
Los resultados mostrados en diferentes apéndices de calibración/validación incluyendo
datos (Apéndice FF), punzonamientos de CRCP (Apéndice LL), escalonamiento de juntas
(Apéndice JJ), agrietamiento transversal por fatiga (Apéndice KK) y rehabilitación
(Apéndice NN), reflejan un esfuerzo mayor de calibración y validación de los modelos de
falla asociados a las cargas para pavimentos de concreto nuevos y rehabilitados. Sin
embargo, es evidente que algunas limitaciones significativas estuvieron asociadas con los
datos de comportamiento disponibles usados a partir de las secciones LTPP, los que
requieren de un considerable esfuerzo para mejorar su seguridad.
Hay gran necesidad de secciones rehabilitadas adicionales de PCC, incluyendo la
restauración de pavimentos de concreto, sobre capas no ligadas de PCC, sobre capas
ligadas de PCC y sobre capas de PCC sobre pavimentos flexibles. Particularmente
necesarias son las secciones con sobre capas JPCP y CRCP que están siendo usadas
rutinariamente por algunos estados. Con esos datos se pueden conducir algunos esfuerzos
mucho más comprensivos de calibración/validación trayendo como resultado mejores
modelos de predicción de fallas para todas esas rehabilitaciones con PCC. También hay
una gran necesidad de secciones con bajo volumen de tránsito a ser usadas en una mejor
calibración de ese tipo de pavimentos.
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Destacar/mejorar los modelos existentes para incrementar la seguridad en la predicción.
Debe reconocerse que algunas selecciones y enfoques de modelos clave se decidieron hace
algunos años, en las etapas iniciales del proyecto. Desde ese momento, el “Estado-del-
Arte” ha avanzado continuamente. Adicionalmente, hubo otras tecnologías que con un
desarrollo posterior podrían haber producido mejores modelos de producción de fallas.
Mientras que la metodología corriente proporciona una base sólida para la predicción en
una estructura de falla empírico-mecanicista, hay algunos avances en los modelos que
deberían tomarse en cuenta en el futuro para verificar si ellos pueden incrementar
significativamente la seguridad de las fallas previstas.
Uno los mayores logros fue integrar algunas mezclas de PCC y factores de construcción en
el proceso de diseño estructural. Ha sido ampliamente reconocido que el diseño de mezcla
de PCC y los aspectos constructivos se relacionan en gran medida con el comportamiento
último a largo plazo de todos los tipos de pavimentos rígidos, de tal forma que estos
aspectos deberían proporcionar un mayor realce al diseño estructural de un pavimento de
PCC. Se hizo un gran esfuerzo inicial para incorporar algunas mezclas clave y factores de
construcción, sin embargo, se requieren mayores desarrollos y mejoras. Los parámetros de
mezcla de PCC incorporados incluyen las diferentes medidas de la resistencia (y su
incremento con el tiempo), el módulo elástico (y su incremento con el tiempo), la relación
agua/cemento, el contenido y tipo de cemento, el coeficiente de expansión térmica y la
contracción relativa por secado a través del espesor de la losa, en el tiempo. Los factores de
construcción incluyen la temperatura cero-esfuerzo de la losa después del vaciado y el
alabeo permanente por diferencia de temperatura. Mientras que estos factores importantes
se incluyan en el proceso de diseño, los métodos para estimarlos están limitados y algunos
de ellos se consideran rudimentarios. Así, se necesitan y son posibles grandes mejoras.
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CONTENIDO
PARTE I – INTRODUCCION
CAPITULO 1: ANTECEDENTES, ALCANCES Y GENERALIDADES………...1.1.1
1.1.1 ANTECEDENTES…………………………………………………..….1.1.1
1.1.1.1 Objetivo de la Guía de Diseño…………………………………..…..1.1.1
1.1.1.2 Justificación Económica para una Guía de Diseño Revisada
y Mejorada………………………………………………………..…1.1.1
1.1.1.3 Necesidad de la Guía de Diseño………………………………….....1.1.3
1.1.1.4 Filosofía del Desarrollo de la Guía de Diseño…………………..…..1.1.5
1.1.1.5 Beneficios de un Procedimiento Empírico-Mecanicista…………....1.1.6
1.1.2 PRINCIPIOS DE UN PROCEDIMIENTO MECANICISTA……….…1.1.8
1.1.3 ALCANCE Y CONTENIDO DE LA GUIA……………………….…1.1.10
1.1.4 ENFOQUE DE DISEÑO…………………………………….………..1.1.12
1.1.4.1 Enfoque General………………………………….………….…….1.1.12
1.1.4.2 Jerarquía de los Parámetros de Diseño…………………………….1.1.15
1.1.5 COMPORTAMIENTO DEL PAVIMENTO……………………….…1.1.16
1.1.6 CARACTERIZACION DEL TRAFICO………………………….…...1.1.19
1.1.7 CARACTERIZACION DE LOS MATERIALES DEL
PAVIMENTO………………………………………………………….1.1.19
1.1.7.1 Consideraciones Generales……………………….………………..1.1.19
1.1.7.2 Clases de Materiales……………………………………………….1.1.20
1.1.7.3 Niveles de Caracterización de los Materiales……………………...1.1.20
1.1.8 MODELADO ESTRUCTURAL DEL PAVIMENTO…………….….1.1.20
1.1.8.1 Modelos de Respuesta Estructural…………………………………1.1.20
1.1.8.2 Acumulación de Fallas por Incrementos.…………………….……1.1.21
1.1.8.3 Análisis del Diseño de Prueba...…………………………………...1.1.22
1.1.9 EVALUACION DE LOS PAVIMENTOS EXISTENTES PARA
REHABILITACION……………………………………………….…..1.1.22
1.1.10 IDENTIFICACION DE LAS ESTRATEGIAS FACTIBLES
DE REHABILITACION……………………………………………....1.1.24
1.1.11 DISEÑO DE PROYECTOS DE REHABILITACION………….…….1.1.24
1.1.12 CONFIABILIDAD DE DISEÑO……………………………………...1.1.25
1.1.13 IMPLEMENTACION DE LA GUIA DENTRO DE UNA
AGENCIA……………………………………………………………..1.1.30
REFERENCIAS……………………………………………………………….1.1.31
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PARTE 2: PARAMETROS DE DISEÑO
CAPITULO 1: PARAMETROS DE DISEÑO DE LA SUB-RASANTE/
SUELO DE FUNDACION……………………………..……………2.1.1
2.1.1 CARACTERIZACIÓN DE LA CIMENTACION DEL
PAVIMENTO……………………………………………………….…..2.1.1
2.1.2 CARACTERIZACION SUBTERRANEA PARA EL DISEÑO
DE PAVIMENTOS…………………………...……….………………..2.1.2
2.1.2.1 Exploración Subterránea…..…………………………………….2.1.3
2.1.2.2 Ubicación y Profundidad de las Perforaciones……………….....2.1.5
2.1.2.3 Número o Espaciamiento de las Perforaciones…………………2.1.5
2.1.2.4 Profundidad de las Perforaciones……………………………….2.1.5
2.1.2.5 Tipo de Muestras y Recuperación de Muestras………………...2.1.6
2.1.3 ENSAYOS DE LABORATORIO SOBRE LOS SUELOS DE
SUB-RASANTE………………………………………………………...2.1.7
2.1.3.1 Número de Especimenes de Ensayo……………………….……2.1.7
2.1.3.2 Tipos de Ensayos de Laboratorio…………………………….…2.1.8
2.1.3.3 Condición de los Especimenes para Determinación del
Módulo Resiliente de Laboratorio……………………...……..2.1.11
2.1.3.4 Selección del Módulo Resiliente In-situ por Estrato de
Suelo.…………………………………………………………..2.1.12
2.1.3.5 Reporte de los Resultados de los Ensayos……………………..2.1.13
2.1.4 IDENTIFICACION Y TRATAMIENTO DE CONDICIONES
SUBTERRANEAS ESPECIALES ………………………...………….2.1.14
2.1.4.1 Suelos Compresibles………………………………………...…2.1.15
2.1.4.2 Suelos Expansivos……….…………………………………….2.1.16
2.1.4.3 Agua Subterránea………………………………………………2.1.17
2.1.4.4 Suelos Susceptibles de Congelar………………………………2.1.18
2.1.5 MEJORAMIENTO Y REFUERZO DE LA CIMENTACION………..2.1.21
2.1.5.1 Estabilización…………………………………………………..2.1.21
2.1.5.2 Capas Granulares Gruesas……………………………………..2.1.25
2.1.5.3 Drenaje Subterráneo………………………………………...…2.1.28
2.1.5.4 Geosinteticos…………………………………………………..2.1.28
2.1.5.5 Encapsulamiento de Suelos……………………………………2.1.35
REFERENCIAS……………………………………………………………….2.1.37
CAPITULO 2: CARACTERIZACION DE LOS MATERIALES…………………2.2.1
2.2.1 INTRODUCCION………………………………………………………2.2.1
2.2.1.1 Factores Considerados………………………….…………………...2.2.2
2.2.1.2 Categorías de Materiales…………………………………………….2.2.5
2.2.1.3 Conceptos del Enfoque Jerárquico de los Datos…………………….2.2.7
2.2.2 GRUPO DE DATOS PARA LA CARACTERIZACION
DE LOS MATERIALES ASFALTICOS………………………………2.2.8
2.2.2.1 Módulos de Capa para Diseños Nuevos o Reconstrucciones….........2.2.8
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2.2.2.2 Módulos de Capa para Diseño de Rehabilitaciones……………….2.2.25
2.2.2.3 Relación de Poisson para Materiales Bituminosos………………...2.2.28
2.2.2.4 Propiedades de Otros Materiales HMA……………………………2.2.31
2.2.3 CARACTERIZACION DE DATOS PARA MATERIALES PCC…...2.2.34
2.2.3.1 Módulo de Elasticidad de los Materiales PCC…………………….2.2.34
2.2.3.2 Relación de Poisson de los Materiales PCC……………………….2.2.42
2.2.3.3 Resistencia a la Flexión de los Materiales PCC…………………...2.2.43
2.2.3.4 Resistencia Indirecta a la Tensión de los Materiales PCC………...2.2.48
2.2.3.5 Resistencia a la Compresión de los Materiales PCC………………2.2.51
2.2.3.6 Peso Unitario de los Materiales PCC……………………………....2.2.51
2.2.3.7 Coeficiente de Expansión Térmica del PCC………………………2.2.52
2.2.3.8 Conductividad Térmica, Capacidad de Calentamiento y
Absorción Superficial de PCC……………………………………..2.2.57
2.2.4 CARACTERIZACION DE DATOS PARA EL GRUPO DE
MATERIALES QUIMICAMENTE ESTABILIZADOS………….….2.2.57
2.2.5 CARACTERIZACION DE DATOS PARA EL GRUPO DE
MATERIALES NO ADHERIDOS Y DE SUB-RASANTE………….2.2.64
2.2.5.1 Modelo de Respuesta del Pavimento a los Datos de
Materiales No Adheridos…………………………………………..2.2.66
2.2.5.2 Datos EICM de los Materiales No Adheridos……………………..2.2.71
2.2.5.3 Otros materiales No Adheridos……………………...…………….2.2.73
2.2.6 DATOS DE CARACTERIZACION PARA MATERIALES DEL
LECHO ROCOSO……………………………………………………..2.2.73
2.2.6.1 Módulos de Elasticidad de los Materiales Rocosos………………..2.2.73
2.2.6.2 Relación de Poisson de los Materiales Rocosos………………...…2.2.74
2.2.7 CONSIDERACION DE OTROS MATERIALES…………………….2.2.75
2.2.7.1 Consideración de Erodibilidad en el diseño (solo JPCP y
CRCP).……………………………………………………………..2.2.75
REFERENCIAS……………………………………………………………….2.2.82
CAPITULO 3: EFECTOS MEDIO AMBIENTALES……………………………...2.3.1
2.3.1. INTRODUCCION……………..…………………………………..……2.3.1
2.3.1.1 Importancia del Clima en el Diseño Empírico-Mecanicista…….2.3.1
2.3.1.2 Consideración de los Efectos Climáticos en el Diseño…………2.3.2
2.3.1.3 Datos Principales del EICM…………………………………….2.3.5
2.3.1.4 Organización del Capítulo………………………………………2.3.7
2.3.2 DATOS CLIMATICOS Y DE MATERIALES REQUERIDOS PARA
MODELAR LAS CONDICIONES TERMICAS Y DE HUMEDAD….2.3.7
2.3.2.1 Información General…………………………………………….2.3.8
2.3.2.2 Datos Relacionados al Clima……………………………………2.3.9
2.3.2.3 Profundidad del Nivel Freático………………………………...2.3.10
2.3.2.4 Drenaje y Propiedades de las Superficie……………………….2.3.10
2.3.2.5 Datos de Materiales de la Estructura del Pavimento…………..2.3.12
2.3.3 CALCULOS EICM – FACTOR DE AJUSTE DEL EFECTO MEDIO
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AMBIENTAL COMPUESTO, Fenv, PARA AJUSTAR EL MR……...2.3.22
2.3.3.1 Relevancia del Fenv en el Diseño……………………………….2.3.22
2.3.3.2 Efectos Medio Ambientales en el MR de Materiales de
Pavimentación No Adheridos………………………………….2.3.23
2.3.3.3 Cálculo del Factor de Ajuste Medio Ambiental, Fenv……..…..2.3.30
2.3.4 CALCULOS EICM – DETERMINACION DE LA TEMPERATURA
A TRAVES DEL SISTEMA DEL PAVIMENTO.................................2.3.38
2.3.4.1 Introducción................................................................................2.3.38
2.3.4.2 Condiciones Límite para el Modelo CMS..................................2.3.41
2.3.4.3 Perfil de Distribución de la Temperatura....................................2.3.45
REFERENCIAS……………………………………………………………….2.3.49
CAPITULO 4: TRAFICO………………………………………………………….…2.4.1
2.4.1. INTRODUCCION………………………………………………….…...2.4.1
2.4.2. DESCRIPCION DEl ENFOQUE JERARQUICO EMPLEADO
EN LA CARACTERIZACION DEL TRAFICO…………………..…..2.4.2
2.4.2.1 Datos Nivel 1 – Muy Buen Conocimiento de las
Características del Tráfico………………………………………2.4.2
2.4.2.2 Datos Nivel 2 – Conocimiento Modesto de las
Características del Tráfico………………………………………2.4.3
2.4.2.3 Datos Nivel 3 – Conocimiento Pobre de las
Características del Tráfico………………………………………2.4.3
2.4.2.4 Resumen………………………………………………………...2.4.3
2.4.3. DESCRIPCION DE LAS FUENTES DE DATOS Y ELEMENTOS
USADOS EN LA CARACTERIZACION DEL TRAFICO…………...2.4.4
2.4.3.1 Fuentes de Datos para Cargas de Tráfico/Volumen…………….2.4.4
2.4.4. SUPOSICIONES……………………………………………….……….2.4.6
2.4.5. DATOS REQUERIDOS PARA LA CARACTERIZACION
DEL TRAFICO……………………………………………….………...2.4.6
2.4.5.1 Volumen de Tráfico – Información del Año Base………….…...2.4.7
2.4.5.2 Ajustes al Volumen del Tráfico…………………………….….2.4.10
2.4.5.3 Factores de Distribución de la Carga por Eje………………….2.4.19
2.4.5.4 Datos del Tráfico en General………………………………….2.4. 26
2.4.6. PROCESAMIENTO DE DATOS……………………………………..2.4 30
2.4.6.1 Paso 1: Sub-dividir el Año en Estaciones de Tráfico-Horas del
Día o Meses del Año con Rasgos de Tráfico Similares…….….2.4.30
2.4.6.2 Paso 2: Determinación del AADTT para el Año Base………...2.4.30
2.4.6.3 Paso 3: Determinación de la Distribución Normalizada del
Tráfico de Camiones…………………………………………...2.4.31
2.4.6.4 Paso 4: Determinación del Número de Ejes por Cada Tipo de
Eje y Clase de Camión…………………………………………2.4.31
2.4.6.5 Paso 5: Determinación del Espectro de Carga por Eje
Normalizado para cada Tipo de Eje…………………………....2.4.31
2.4.6.6 Paso 6: Establecimiento de las Tasas de Crecimiento/
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Disminución del Tráfico…………………………………….....2.4.31
2.4.6.7 Paso 7: Predicción del Tráfico Total-Futuro e Histórico………2.4.31
2.4.6.8 Paso 8: Determinación de los detalles de cargas por Eje y
Neumático……………………………………………………...2.4.32
2.4.7. PLAN DE MUESTREO DEL TRAFICO PARA DATOS DE
SITIOS ESPECIFICOS AVC Y WIM…..…………………………….2.4.32
2.4.7.1 Ubicación de las Muestras – Ubicación del equipo de
Medición del Tráfico…………………………………………...2.4.33
2.4.7.2 Tamaño y Frecuencia de la Muestra…………………………...2.4.33
REFERENCIAS……………………………………………………….2.4.36
CAPITULO 5: EVALUACION DE PAVIMENTOS EXISTENTES PARA
REHABILITACION…….…………………………………………..2.5.1
2.5.1 INTRODUCCION………………………………………………………2.5.1
2.5.1.1 Aspectos Principales de la Evaluación del Pavimento a
Nivel de Proyecto………………………………………………..2.5.1
2.5.1.2 Definición de la Evaluación del Pavimento a Nivel de
Proyecto…………..……………………………………………..2.5.2
2.5.1.3 Nivel de Recolección de Datos…………………………………2.5.4
2.5.1.4 Plan de Evaluación de Campo…………………………………..2.5.4
2.5.2 GUIAS PARA LA RECOLECCION DE DATOS……………………..2.5.9
2.5.2.1 Visión General…………………………………………………..2.5.9
2.5.2.2 Datos Requeridos para la Evaluación General de la Condición
y Definición General del Problema……………………….……2.5.10
2.5.2.3 Establecimiento de los Segmentos Fundamentales de
Análisis………………………………………………………..2.5.15
2.5.2.4 Investigación de Fallas………………………………………...2.5.21
2.5.2.5 Medidas de la Rugosidad/Datos…………...………………….2.5.31
2.5.2.6 Fricción Superficial……………………………………………2.5.34
2.5.2.7 Investigación del Drenaje…………………………………...…2.5.35
2.5.2.8 Ensayos No Destructivos………………………………………2.5.35
2.5.2.9 Ensayos Destructivos de Pavimentos………………………….2.5.54
2.5.3 EVALUACION DE LA CONDICION GENERAL Y DEFINICION
DEL PROBLEMA……………………………………………………..2.5.58
2.5.3.1 Adecuación Estructural………...………………………………2.5.59
2.5.3.2 Adecuación Funcional………………………………………....2.5.65
2.5.3.3 Adecuación del Drenaje……………………………………….2.5.65
2.5.3.4 Durabilidad del Material………………………………………2.5.67
2.5.3.5 Aplicaciones de Mantenimiento……………………………….2.5.71
2.5.3.6 Adecuación de la Berma……………………………………….2.5.71
2.5.3.7 Variabilidad a lo Largo del Proyecto………………………….2.5.72
2.5.3.8 Misceláneos……………………………………………………2.5.72
2.5.4 RESUMEN…………………………………………………………….2.5.73
REFERENCIAS……………………………………………………...………..2.5.75
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PARTE 3 – ANALISIS PARA EL DISEÑO
CAPITULO 1: DRENAJE……………………………………………………….……3.1.1
3.1.1 INTRODUCCION………………………………………………………3.1.1
3.1.2 CONSIDERACIONES GENERALES DE DISEÑO PARA
COMBATIR LA HUMEDAD………………………………………….3.1.2
3.1.2.1 Prevenir que la Humedad Ingrese al Sistema del Pavimento……….3.1.3
3.1.2.2 Proveer Materiales Insensibles (No Erosionables) a la Humedad…..3.1.4
3.1.2.3 Incorporar Aspectos de Diseño para Minimizar el Daño por
Humedad…………………………………………………………….3.1.5
3.1.2.4 Remover la Humedad Libre por Medio del Drenaje Subterráneo….3.1.6
3.1.3 TERMINOLOGIA DEL DRENAJE SUBTERRANEO……………….3.1.6
3.1.3.1 Base Permeable………………...……………………………………3.1.6
3.1.3.2 Capa Separadora…………………………………………………….3.1.8
3.1.3.3 Drenes de Borde.……………………………………………………3.1.9
3.1.3.4 Descargas……………………………………………………………3.1.9
3.1.3.5 Cabezales……………………………………………………………3.1.9
3.1.3.6 Cunetas…………………………………………………………….3.1.10
3.1.3.7 Buzones…….………………………………………………...……3.1.10
3.1.3.8 Drenes de Alivio.…………………………………………………..3.1.10
3.1.4 ALTERNATIVAS DEL DRENAJE SUBTERRANEO……………...3.1.10
3.1.4.1 Sistema de Base Permeable con Tuberías de Borde: Tipo Ia……..3.1.10
3.1.4.2 Sistema de Base Permeable con Drenes de Alivio: Tipo Ib…..…..3.1.11
3.1.4.3 Base No Erosionable con Tubería de Borde: Tipo IIa…………….3.1.11
3.1.4.4 Base No Erosionable con Tubería de Borde y Berma de
Concreto Poroso: Tipo IIb…………………………..……………..3.1.12
3.1.4.5 Base Granular de Gradación Densa con Drenes de Alivio:
Tipo III……………………………………………………………..3.1.13
3.1.5 APROXIMACION SISTEMATICA PARA EL DISEÑO DEL
DRENAJE SUBTERRANEO: CONSIDERACIONES EN
PAVIMENTOS NUEVOS O RECONSTRUIDOS…………………...3.1.13
3.1.5.1 Paso 1: Evaluar la Necesidad del Drenaje…………………………3.1.14
3.1.5.2 Paso 2: Selección de las Alternativas de Drenaje………………….3.1.18
3.1.5.3 Paso 3: Diseño Hidráulico…………………………………………3.1.19
3.1.5.4 Paso 4: Preparar las Secciones Transversales del Pavimento con
las Características de Drenaje Apropiadas……………………...….3.1.23
3.1.5.5 Paso 5: Realizar el Diseño Estructural………………………..……3.1.23
3.1.6 APROXIMACION SISTEMATICA PARA EL DISEÑO DEL
DRENAJE SUBTERRANEO: CONSIDERACIONES EN
PROYECTOS DE REHABILITACION………………………………3.1.23
3.1.6.1 Paso 1: Evaluar la Necesidad del Drenaje…………………………3.1.24
3.1.6.2 Paso 2: Alternativas de Mejoramiento del Drenaje………………..3.1.25
3.1.6.3 Paso 3: Diseño Hidráulico…………………………………………3.1.28
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3.1.6.4 Paso 4: Preparar las Secciones Transversales del Pavimento con
las Características de Drenaje Apropiadas…………………………3.1.28
3.1.6.5 Paso 5: Realizar el Diseño Estructural………..………………...…3.1.28
3.1.7 MANTENIMIENTO DE LOS DRENES DE BORDE………...…...…3.1.28
REFERENCIAS……………………………………………………………….3.1.30
CAPITULO 2: BERMAS……………………………………………………………..3.2.1
3.2.1 CONSIDERACIONES GEOMETRICAS…………………………..…..3.2.1
3.2.2 DISEÑO ESTRUCTURAL………………………………………….….3.2.2
3.2.2.1 Cargas del Tráfico sobre las Bermas……………………………3.2.2
REFERENCIAS………………...………………………………………………3.2.5
CAPITULO 3: DISEÑO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES NUEVOS Y
RECONSTRUIDOS…………….……………………………….…..3.3.1
3.3.1 INTRODUCCION………………………………………………………3.3.1
3.3.2 VISION GENERAL DEL PROCESO DE DISEÑO DE
PAVIMENTOS FLEXIBLES…………………………………………..3.3.2
3.3.2.1 Datos de Diseño……………………..………………………………3.3.3
3.3.2.2 Modelos de Respuesta del Pavimento………………………………3.3.6
3.3.2.3 Falla Creciente y Acumulación del Daño…………………………...3.3.7
3.3.2.4 Predicción de Fallas…………………………………………………3.3.8
3.3.2.5 Predicción de la Lisura (IRI)………………………...…………….3.3.12
3.3.2.6 Evaluación del Comportamiento y Modificaciones de Diseño……3.3.12
3.3.2.7 Confiabilidad de Diseño…………………………………………...3.3.13
3.3.2.8 Estimación del Costo Durante el Ciclo de Vida……………….…..3.3.13
3.3.3 DATOS PARA EL DISEÑO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES
NUEVOS……………………………………………………..………..3.3.13
3.3.3.1 Información General……………………………………………….3.3.14
3.3.3.2 Identificación del Sitio/Proyecto…………………………………..3.3.15
3.3.3.3 Parámetros de Análisis…………………………………………….3.3.15
3.3.3.4 Tráfico……………………………………………………………..3.3.18
3.3.3.5 Clima……………………………………………………………….3.3.25
3.3.3.6 Estructura del Pavimento…………………………………………..3.3.27
3.3.4 PROCEDIMIENTO DE DISEÑO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES..3.3.37
3.3.4.1 Parámetros del Diseño de Prueba…………………………….........3.3.38
3.3.4.2 Modelos de Respuesta del Pavimento……………………………..3.3.42
3.3.4.3 Predicción del Comportamiento………………………………...…3.3.45
3.3.5 CONFIGURACION ESPECIAL DE EJES……………………….…3.3.106
3.3.6 CALIBRACION PARA LAS CONDICIONES LOCALES.………...3.3.107
3.3.6.1 Necesidad de Calibración para las Condiciones Locales…………3.3.108
3.3.6.2 Aproximación a la Calibración…………………………………...3.3.109
REFERENCIAS………………...……………………………………………3.3.112
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CAPITULO 4: DISEÑO DE PAVIMENTOS RIGIDOS NUEVOS Y
RECONSTRUIDOS…………………………………….…………..3.4.1
3.4.1 INTRODUCCION………………………………………………………3.4.1
3.4.2 VISION GENERAL DEL PROCESO DE DISEÑO DE
PAVIMENTOS FLEXIBLES…………………………………………..3.4.2
3.4.2.1 Datos de Diseño……………………..………………………………3.4.2
3.4.2.2 Modelo de Respuesta del Pavimento……………..…………………3.4.7
3.4.2.3 Acumulación del Daño……………………………………………...3.4.8
3.4.2.4 Predicción de Fallas…………………………………………………3.4.8
3.4.2.5 Predicción de la Lisura (IRI)………………………...…………….3.4.13
3.4.2.6 Evaluación del Comportamiento y Modificaciones de Diseño……3.4.13
3.4.2.7 Confiabilidad de Diseño…………………………………………...3.4.14
3.4.2.8 Estimación del Costo Durante el Ciclo de Vida……….…………..3.4.14
3.4.3 DATOS PARA EL DISEÑO DE PAVIMENTOS RIGIDOS
NUEVOS……………………………………………………..………..3.4.15
3.4.3.1 Información General……………………………………………….3.4.15
3.4.3.2 Identificación del Sitio/Proyecto…………………………………..3.4.15
3.4.3.3 Parámetros de Análisis…………………………………………….3.4.16
3.4.3.4 Tráfico……………………………………………………………..3.4.17
3.4.3.5 Clima……………………………………………………………….3.4.23
3.4.3.6 Drenaje y Propiedades de la Superficie……………………………3.4.28
3.4.3.7 Estructura del Pavimento…………………………………………..3.4.29
3.4.3.8 Características de Diseño del Pavimento…………………………..3.4.37
3.4.4 CONSIDERACIONES PARA EL DISEÑO DE JPCP………………..3.4.44
3.4.4.1 Espesor de Losa………………………………...…………….........3.4.45
3.4.4.2 Ancho de Losa……………………………………………………..3.4.45
3.4.4.3 Materiales PCC………………………………………….……....…3.4.45
3.4.4.4 Espaciamiento de Juntas Transversales………………….………...3.4.46
3.4.4.5 Junta Transversal LTE…………………………………….……….3.4.47
3.4.4.6 Profundidad del Corte de Sierra en la Junta Transversal….……….3.4.47
3.4.4.7 Transferencia de Carga en la Junta Longitudinal y Barras de
Unión………………………………………………………………3.4.47
3.4.4.8 Profundidad del Corte de Sierra en la Junta Longitudinal…..…….3.4.48
3.4.4.9 Base………………………………………………………………..3.4.48
3.4.4.10 Sub-base……………………………………………….……….3.4.49
3.4.4.11 Drenaje Subterráneo……………………………………………3.4.49
3.4.4.12 Diseño de la Berma…………………………………………….3.4.50
3.4.4.13 Mejoramiento de la Sub-rasante……………………………….3.4.50
3.4.5 PROCEDIMIENTO DE DISEÑO DE JPCP……………………….…3.3.50
3.4.5.1 Criterio de Comportamiento del JPCP……………………….........3.4.50
3.4.5.2 Diseño de Prueba…………………………………………………..3.4.51
3.4.5.3 Predicción del Comportamiento – Agrietamiento Transversal….…3.4.51
3.4.5.4 Predicción del Comportamiento – Escalonamiento………….….…3.4.69
3.4.5.5 Predicción del Comportamiento – Lisura………...……….……….3.4.87
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3.4.6 CONSIDERACIONES PARA EL DISEÑO CRCP5……….................3.4.99
3.4.6.1 Espesor de Losa……………………………………………………3.4.99
3.4.6.2 Ancho y Espaciamiento de Grietas Transversales…………………3.4.99
3.4.6.3 Materiales PCC……………………………………………….......3.4.100
3.4.6.4 Refuerzo Longitudinal………………………………….………...3.4.101
3.4.6.5 Profundidad del Refuerzo Longitudinal………………………….3.4.101
3.4.6.6 Grieta Transversal LTE…………………………………………..3.4.102
3.4.6.7 Ancho de Losa……………………………………………………3.4.102
3.4.6.8 Refuerzo Transversal………………………………………….….3.4.102
3.4.6.9 Transferencia de Carga en la Junta Longitudinal y Barras de
Unión…………………………………………………………..…3.4.102
3.4.6.10 Profundidad Formada en Juntas Longitudinales……………...3.4.103
3.4.6.11 Base…………………………………………………………...3.4.103
3.4.6.12 Sub-base……………………………………………….……...3.4.104
3.4.6.13 Drenaje Subterráneo…………………………………….…….3.4.104
3.4.6.14 Diseño de la Berma……………………………………….…..3.4.104
3.4.6.15 Mejoramiento de la Sub-rasante………………………….…..3.4.104
3.4.7 PROCEDIMIENTO DE DISEÑO DE CRCP6…………………….…3.4.105
3.4.7.1 Criterio de Comportamiento CRCP………………………………3.4.105
3.4.7.2 Diseño de Prueba…………………………………………………3.4.106
3.4.7.3 Modelo de Predicción de los Punzonamientos…………………...3.4.106
3.4.7.4 Lisura de CRCP……………...…………………………………...3.4.130
3.4.8 SITUACIONES ESPECIALES DE CARGA………………………..3.4.133
3.4.9 CALIBRACION PARA CONDICIONES LOCALES………………3.4.134
3.4.9.1 Necesidad de Calibración para las Condiciones Locales…………3.4.135
3.4.9.2 Aproximación a la Calibración…………………………………...3.4.136
3.4.9.3 Modelos de Predicción del Comportamiento…………………….3.4.138
REFERENCIAS………………...……………………………………………3.4.140
CAPITULO 5: IDENTIFICACION DE ESTRATEGIAS FACTIBLES DE
REHABILITACION…………….…………………………………..3.5.1
3.5.1 INTRODUCCION……………………………………………………....3.5.1
3.5.1.1 Alcances……………………………………………………………..3.5.1
3.5.1.2 Organización…………………………………………………….…..3.5.2
3.5.2 ESTRATEGIAS DE REHABILITACION MAYOR…………….…….3.5.2
3.5.2.1 Reconstrucción con/sin Carriles Adicionales……………………….3.5.3
3.5.2.2 Rehabilitación con Sobre capa Estructural……………………….…3.5.3
3.5.2.3 Rehabilitación con Sobre capa No Estructural…………..………….3.5.7
3.5.3 ESTRATEGIAS DE RECICLADO DE PAVIMENTOS Y
OTROS MATERIALES………………………………………………..3.5.9
3.5.4 IDENTIFICACION DE ESTRATEGIAS FACTIBLES DE
REHABILITACION…………………………………………………...3.5.11
5 Nota del IDPP: No se considera en esta traducción por ser un tipo de pavimento que no existe en el Perú.
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3.5.4.1 Pasos 1 a 4: Determinación de la Condición Existente del
Pavimento y Causas de Fallas e Identificación de todas las
Restricciones Posibles para la Rehabilitación……………………..3.5.13
3.5.4.2 Paso 5: Selección de las Estrategias de Rehabilitación Mayor y
Tratamientos de Rehabilitación……………………………………3.5.14
3.5.4.3 Paso 6: Desarrollo del Diseño Preliminar de las Estrategias
Factibles de Rehabilitación……………………………………..…3.5.15
3.5.4.4 Paso 7: Análisis del Costo del Ciclo de Vida para las Estrategias
Posibles de Rehabilitación…………………………………………3.5.19
3.5.4.5 Paso 8: Determinar los Factores No Monetarios Relevantes
que Influyen en la Rehabilitación……………………………….…3.5.19
3.5.4.6 Paso 9: Determinar la Estrategia de Rehabilitación Preferida….….3.5.20
3.5.5 RESUMEN……………….……………………………………………3.5.21
REFERENCIAS……………………………………………………………….3.5.23
CAPITULO 6: REHABILITACION DE PAVIMENTOS
EXISTENTES CON HMA …………………………………….……3.6.1
3.6.1. INTRODUCCION………………………………………………….…...3.6.1
3.6.1.1 Alcances…………………………………………………………3.6.1
3.6.1.2 Organización……..…………………………………...…………3.6.1
3.6.2 VISION GENERAL DEL PROCESO DE DISEÑO DE UNA
REHABILITACION……………………………………………….……3.6.2
3.6.2.1 Sobre capa de HMA sobre una Superficie Existente
de Pavimento HMA……………………………………………..3.6.5
3.6.2.2 Sobre capa de HMA sobre Losas Fracturadas de PCC………….3.6.6
3.6.2.3 Sobre capa de HMA sobre Losas Sanas de PCC…………...…...3.6.6
3.6.2.4 Reconstrucción………………………………………………….3.6.7
3.6.3 DATOS PARA EL DISEÑO DE UNA REHABILITACION
CON HMA……………………………………………………………..3.6.7
3.6.3.1 Información General……………………………………………….3.6.11
3.6.3.2 Identificación del Sitio/Proyecto…………………………………..3.6.11
3.6.3.3 Parámetros de Análisis…………………………………………….3.6.12
3.6.3.4 Tráfico………………………………………………………….…..3.6.25
3.6.3.5 Clima……………………………………………………………….3.6.26
3.6.3.6 Estructura del Pavimento…………………………………………..3.6.26
3.6.4 SOBRECAPA DE HMA DE PAVIMENTOS EXISTENTES CON
SUPERFICIES DE HMA……………………………………………...3.6.28
3.6.4.1 Introducción……...………………………………………………...3.6.28
3.6.4.2 Consideraciones del Drenaje Superficial…………………………..3.6.30
3.6.4.3 Tratamientos Previos a la Sobre capa……………………………..3.6.30
3.6.4.4 Criterio de Comportamiento……………………………………….3.6.32
3.6.4.5 Confiabilidad de Diseño…………………………………………...3.6.32
3.6.4.6 Caracterización del Pavimento Existente………………………….3.6.32
3.6.4.7 Sección de Prueba………………………………………………….3.6.43
3.6.4.8 Predicción de Fallas………………………………………………..3.6.44
3.6.4.9 Evaluación del Comportamiento del Diseño de Prueba y
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Modificaciones al Diseño………………………………………….3.6.50
3.6.5 SOBRECAPA DE HMA SOBRE LOSAS FRACTURADAS………..3.6.55
3.6.5.1 Introducción……...………………………………………………...3.6.55
3.6.5.2 Consideraciones del Drenaje Superficial…………………………..3.6.55
3.6.5.3 Tratamientos Previos a la Sobre capa…………………………...…3.6.56
3.6.5.4 Criterio de Comportamiento……………………………………….3.6.56
3.6.5.5 Confiabilidad de Diseño…………………………………………...3.6.56
3.6.5.6 Caracterización del Pavimento Existente…………………...……..3.6.57
3.6.5.7 Sección de Prueba………………………………………………….3.6.59
3.6.5.8 Predicción de Fallas………………………………………………..3.6.59
3.6.5.9 Evaluación del Comportamiento del Diseño de Prueba y
Modificaciones al Diseño………………………………………….3.6.61
3.6.6 SOBRECAPA DE HMA SOBRE LOSAS SANAS DE PCC……...…3.6.62
3.6.6.1 Introducción……...………………………………………………...3.6.62
3.6.6.2 Consideraciones del Drenaje Superficial…………………………..3.6.62
3.6.6.3 Tratamientos Previos a la Sobre capa………………………..……3.6.62
3.6.6.4 Criterio de Comportamiento……………………………………….3.6.64
3.6.6.5 Confiabilidad de Diseño…………………………………………...3.6.64
3.6.6.6 Caracterización del Pavimento Existente…………………...……..3.6.65
3.6.6.7 Sección de Prueba………………………………………………….3.6.68
3.6.6.8 Predicción de Fallas………………………………………………..3.6.68
3.6.6.9 Evaluación del Comportamiento del Diseño de Prueba y
Modificaciones al Diseño………………………………………….3.6.75
3.6.7 CONSIDERACIONES ADICIONALES PARA REHABILITACION
CON SOBRECAPAS DE HMA………………………………………3.6.78
3.6.7.1 Reconstrucción de la Berma……………………………..………...3.6.78
3.6.7.2 Ensanche del Carril…………………………………………….…..3.6.78
3.6.7.3 Mejoramiento del Sub-drenaje…………………………………….3.6.78
3.6.7.4 Reparaciones de Sobre capas Previas sobre Pavimentos
de Concreto………………………………………………………...3.6.79
3.6.7.5 Reparaciones de Sobre capas Previas sobre Pavimentos
Asfálticos…………………………………………………………..3.6.80
3.6.7.6 Control de Agrietamiento Reflejo…...…………………………….3.6.81
3.6.7.7 Reciclado en Frío In-Situ……………………………………….….3.6.82
3.6.7.8 Reciclado In-situ en Caliente………………………………………3.6.83
REFERENCIAS………………………………………………………...…3.6.85
CAPITULO 7: DISEÑO DE LA REHABILITACION DE PAVIMENTOS
EXISTENTES DE PCC……………………….…………………….3.7.1
3.7.1 INTRODUCCION………………………………………………………3.7.1
3.7.1.1 Antecedentes………..……………………………………………….3.7.1
3.7.1.2 Alcances……………...……………………………………………...3.7.1
3.7.1.3 Organización………………………………………………………...3.7.2
3.7.2 VISION GENERAL DEL PROCESO DE REHABILITACION………3.7.2
3.7.2.1 Restauración de Pavimentos de Concreto (CPR) JPCP…………….3.7.4
3.7.2.2 Opciones de Rehabilitación por Sobre capas………………………..3.7.6
1er Curso de Actualización de Conocimientos en Pavimentos: La Nueva Guía AASHTO para el Diseño de Estructuras
de Pavimentos. ASPECTOS BASICOS
IDPP Mayo del 2,005 xxiv
3.7.3 DATOS PARA DISEÑO DE UNA REHABILITACION CON PCC…3.7.8
3.7.3.1 Información General……………….………………………………3.7.12
3.7.3.2 Identificación del Sitio/Proyecto…………………………………..3.7.13
3.7.3.3 Parámetros de Análisis…………………………………………….3.7.13
3.7.3.4 Tráfico………………………………………………………….…..3.7.13
3.7.3.5 Clima……………………………………………………………….3.7.14
3.7.3.6 Estructura del Pavimento…………………………………………..3.7.14
3.7.3.7 Rehabilitación………...……………………………………………3.7.36
3.7.4 DISEÑO DE UNA REHABILITACION DE JPCP…………………..3.7.38
3.7.4.1 Criterio de Comportamiento…………………………………….....3.7.38
3.7.4.2 Confiabilidad de Diseño…………………………………………...3.7.39
3.7.4.3 Consideraciones de Diseño……………..…………………...……..3.7.39
3.7.4.4 Diseño de la Rehabilitación de Prueba………………………...….3.7.41
3.7.4.5 Escalonamiento de la Junta Transversal…………………………...3.7.41
3.7.4.6 Agrietamiento Transversal Total (del fondo hacia arriba y de
la superficie hacia abajo).………………………………………….3.7.53
3.7.4.7 Lisura de JPCP…………………....……………………………….3.7.65
3.7.5 DISEÑO DE UNA REHABILITACION DE CRPC6……………...….3.7.69
3.7.5.1 Consideraciones para el Diseño de la Rehabilitación……..……….3.7.69
3.7.5.2 Criterio de Comportamiento……………………………………….3.7.74
3.7.5.3 Diseño de la Rehabilitación de Prueba…………………………….3.7.74
3.7.6 CONSIDERACIONES ADICIONALES PARA LA
REHABILITACION CON DISEÑO PCC (JPCP Y CRCP)……….…3.7.84
3.7.6.1 Reconstrucción de Bermas……………………………………...…3.7.84
3.7.6.2 Ensanche de Carriles………………………………………………3.7.85
3.7.6.3 Mejoramiento del Sub-drenaje…………………………………….3.7.85
3.7.6.4 Reparaciones de Sobre capas Previas/CPR……………...……...…3.7.85
3.7.6.5 Diseño de la Capa Separadora para Sobre capas No Adheridas
JPC y CRC………………………………………………………....3.7.88
3.7.6.6 Diseño de Juntas (Sobre capas JPCP)……………………………...3.7.90
3.7.6.7 Control de Grietas reflejas para Sobre capas Adheridas PCC
Sobre JPCP/CRCP Existentes……………………………………..3.7.91
3.7.6.8 Adherencia (para PCC Adheridas a Sobre capas Existentes
JPCP/CRCP)……………………………………………………….3.7.91
3.7.6.9 Guías para la Adición de Carriles de Tráfico…………………...…3.7.93
3.7.6.10 Guías para el Ensanche de Carriles/Losas PCC Delgadas…….3.7.94
3.7.6.11 Reciclado………………………………………………………3.7.94
3.7.6.12 Calibración Local de Rehabilitación PCC…………………….3.7.94
REFERENCIAS………………………………………...……………………..3.7.95
6 Nota del IDPP: No ha sido considerado en esta traducción.
1er Curso de Actualización de Conocimientos en Pavimentos: La Nueva Guía AASHTO para el Diseño de Estructuras
de Pavimentos. ASPECTOS BASICOS
IDPP Mayo del 2,005 xxv
PARTE 4 – CAMINOS CON BAJO VOLUMEN DE TRAFICO
CAPITULO 1: DISEÑO DE CAMINOS CON BAJO
VOLUMEN DE TRAFICO…………………………….…………...4.1.1
4.1.1 PROCEDIMIENTO DE DISEÑO………………………………………4.1.1
4.1.1.1 Catálogo de Diseño……………………………………………...4.1.2
1er Curso de Actualización de Conocimientos en Pavimentos: La Nueva Guía AASHTO para el Diseño de Estructuras
de Pavimentos. ASPECTOS BASICOS
IDPP Mayo del 2,005 xxvi
APENDICES
APENDICE A – GLOSARIO DE TERMINOS………………………………………A.1
APENDICE B – SELECCION DE LA ESTRATEGIA DE PAVIMENTO……..….B.1
B.1 INTRODUCCION………………………………………………………..B.1
B.2 CONSIDERACIONES DE INGENIERIA……………………………….B.1
B.3 TRAFICO………………………………………………………………...B.3
B.4 CONSIDERACIONES MEDIO AMBIENTALES……………………... B.3
B.5 CONSIDERACIONES CONSTRUCTIVAS……………..…………….B.4
B.6 OTRAS CONSIDERACIONES………………………………………….B.4
B.7 CONSIDERACIONES ECONOMICAS (ANALISIS DEL COSTO
DEL CICLO DE VIDA)………………………………………………….B.6
APENDICE C – GUIAS PARA EL ANALISIS DE COSTO DEL CICLO
DE VIDA……...………………………………………………...…...C.1
C.1 INTRODUCCION………………………………………………………..C.1
C.2 ESTRUCTURA LCCA…………………………………………………..C.4
C.3 PROCESO LCCA……………………………………………………….C.14
C.4 DESPLIEGUE DEL PROGRAMA LCCA 2002……………………….C.52
C.5 EJEMPLO DE APLICACIONES DE LCCA PROBABILISTICA.........C.53
C.6 GLOSARIO DE TERMINOS…………………………………………...C.68
REFERENCIAS………………………………………………………………....C.70
APENDICE D – GUIA DEL USUARIO – SOFTWARE DE LA GUIA DE
DISEÑO Y EJEMPLOS DE DISEÑO………………..…………...D.1
D.1 INTRODUCION AL SOFTWARE DE LA GUIA DE DISEÑO ……….D.2
D.2 EJEMPLO DE DISEÑO JPCP…………………………………………...D.7
D.3 EJEMPLO DE DISEÑO CRCP…………………………………………D.42
D.4 EJEMPLO DE DISEÑO DE RESTAURACION DE JPCP Y DE
REHABILITACION DE UNA SOBRECAPA JPCP NO
ADHERIDA……………………………………………………………..D.79
D.5 EJEMPLO DE DISEÑO DE UN PAVIMENTO FLEXIBLE
CONVENCIONAL…………………………………………………….D.105
D.6 EJEMPLO DE DISEÑO DE UNA REHABILITACION DE AC
SOBRE UN AC EXISTENTE…………………………………………D.144
D.7 EJEMPLO DE DISEÑO DE UNA REHABILITACION DE AC
SOBRE UN JPCP EXISTENTE……………………………………….D.159
