METODOLOGÍA DE DISEÑO MECANÍSTICA-EMPÍRICA

Este procedimiento de diseño estructural de capas de pavimento se basa en el análisis mecanístico para escoger una combinación de espesores y materiales con el fin de suministrar el nivel de servicio deseado de acuerdo con el tránsito esperado. Los elementos del procedimiento de diseño mecanicístico abarcan además los efectos climáticos, el modelo estructural y la respuesta del pavimento, la caracterización de los materiales, las funciones de transferencia y el análisis del comportamiento para concluir con el proceso de selección del sistema de pavimento a construir.El modelo mecánico se basa en la teoría de multicapa elástica o elemento finito y determina las reacciones del pavimento a la carga de las ruedas en términos de esfuerzos, deformaciones unitarias y deflexiones (σ, ε, ∆). 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.

Beneficios de un procedimiento empírico-mecanístico

El procedimiento de diseño basado en principios empírico-mecanicistas, incluido en la guía2002, permite evaluar los efectos de la variación de los materiales en el desempeño de los pavimentos, entregando una relación racional entre las especificaciones de materiales y los procesos constructivos, y el diseño estructural del pavimento. Esta nueva guía incluye, además, métodos que consideran directamente el envejecimiento de los materiales, mes a mes, a lo largo del período de diseño.

Se observa que la línea continua representa el desempeño observado en los pavimentos actuales. Una de las principales razones para las fallas prematuras en los pavimentos es la imposibilidad de incorporar adecuadamente en los procedimientos de diseño las variaciones en la calidad de los materiales y en los procesos constructivos. Tales variaciones no fueron consideradas como variables experimentales primarias en la prueba de rodado AASHTO.

Además, un procedimiento basado en un enfoque empírico-mecanicista permite, a diferencia de los procedimientos empíricos, incluir futuros avances y conocimientos que puedan ser implementados y desarrollados. Otros beneficios que presentan los procedimientos de diseño empírico-mecanicistas son:

• Permite una adecuada evaluación de las consecuencias en el desempeño del pavimento, producto de nuevas condiciones de carga (por ejemplo, modelación del daño por aplicación de cargas crecientes, por elevadas presiones de inflado en los neumáticos, por múltiples ejes y por otros factores que pueden ser modelados utilizando un procedimiento mecanicista).

• Se puede hacer un mejor uso de los materiales disponibles (por ejemplo, se puede simular el comportamiento de materiales estabilizados, tanto en pavimentos rígidos como en flexibles, a fin de predecir el desempeño a futuro).

• Facilita el desarrollo de procedimientos mejorados para evaluar los deterioros prematuros, a fin de analizar por qué algunos pavimentos exceden sus expectativas de diseño.

• Los efectos por envejecimiento pueden incluirse en las estimaciones del desempeño (por ejemplo, el endurecimiento del asfalto debido al paso del tiempo, el cual puede influir en el ahuellamiento y en la generación de grietas por fatiga).

• Los efectos estacionales, tales como el debilitamiento del pavimento producido por los deshielos, pueden ser incluidos en la estimación del desempeño. Desempeño esperado Proyectos rehabilitados (%) Período de diseño Fallas prematuras Desempeño observado Construcción Tiempo

• Las consecuencias de la erosión de la sub-base bajo pavimento rígido pueden ser evaluadas.

• Permite el desarrollo de mejores metodologías para la evaluación de los beneficios a largo plazo que conlleva la dotación de drenajes mejorados a la vía.

• Desde el punto de vista del diseño, aumenta la confiabilidad, permite predecir modos de falla específicos (los cuales pueden ser minimizados), evaluar de mejor manera el impacto de nuevos niveles y condiciones de carga, minimizar fallas prematuras, mejorar los diseños para rehabilitación de pavimentos e introducir adecuadamente variaciones diarias, estacionales y anuales en los materiales, el clima y el tránsito en el proceso de diseño.

Tipos de fallas

1. agrietamiento

Las grietas de fatiga o piel de cocodrilo son una serie de grietas interconectadas cuyo origen es la falla por fatiga de la capa de rodadura asfáltica bajo acción repetida de las cargas de tránsito. El agrietamiento se inicia en el fondo de la capa asfáltica (o base estabilizada) donde los esfuerzos y deformaciones unitarias de tensión son mayores b ajo la carga de una rueda. La piel de cocodrilo se considera como una estructura l importante y usualmente se presenta acompañado por ahuellamiento.

L: No se hace nada, sello superficial. Sobre carpeta.

M: Parcheo parcial o en toda la profundidad (Full Depth). Sobre carpeta. Reconstrucción.

H: Parcheo parcial o Full Depth.

2. Ahuellamiento

Es una depresión en la superficie bajo las huellas de los neumáticos puede presentarse el levantamiento del pavimento a lo largo neumáticos. Puede presentarse el levantamiento del pavimento a lo largo de los lados del ahuellamiento, pero, en muchos casos, éste sólo es visible después de la lluvia, cuando las huellas estén llenas de agua.

Se deriva de una deformación permanente en cualquiera de las capas del pavimento o la subrasante, usualmente producida por consolidación o movimiento lateral de los materiales debidos a la carga del tránsito. Un ahuellamiento importante puede conducir a una falla estructural considerable del pavimento.

El ahuellamiento se mide en metros cuadrados de área afectada y su severidad está definida por la profundidad media de la huella. La profundidad media del ahuellamiento se calcula colocando una regla perpendicular a la dirección del mismo, midiendo su profundidad y usando las medidas tomadas a lo largo de aquel para profundidad, y usando las medidas tomadas a lo largo de aquel para calcular su profundidad media. Opciones de reparación:

L: No se hace nada. Fresado y sobrecarpeta.

M: Parcheo superficial, parcial o profundo.

M: Parcheo superficial, parcial o profundo. Fresado y sobrecarpeta.

H: Parcheo superficial, parcial o profundo. Fresado y sobrecarpeta.

3.

3. Grietas de contracción (bloque)

Las grietas en bloque, son grietas interconectadas que dividen el pavimento en pedazos aproximadamente rectangulares. Los bloques pueden variar en tamaño de 0.30 m x 0.3 m a 3.0 m x 3.0 m. Las grietas por en bloque se originan principalmente por la contracción del concreto asfáltico y los ciclos de temperatura diarios (lo cual origina ciclos diarios de esfuerzo / deformación unitaria).

Las grietas en bloque no están asociadas a cargas e indican que e l as falto se ha endurecido significativamente. Normalmente ocurre sobre una gran porción del pavimento, pero algunas veces aparece únicamente en áreas sin transitos.

4. Elevaciones y/o hundimientos

Son pequeños desplazamientos hacia arriba localizados en la superficie del pavimento. Se diferencian de los desplazamientos pues estos últimos son Se diferencian de los desplazamientos, pues estos últimos son causados por pavimentos inestables. Los abultamientos, por otra parte, pueden ser causados por varios factores, que incluyen:

1. Levantamiento o combadura de losas de concreto de cemento Portland con una sobrecarpeta de concreto asfáltico.

2. Expansión por congelación (expansión de lentes de hielo).

3. Infiltración y elevación del material en una grieta en combinación con las cargas del tránsito (algunas veces denominado “tenting”).

5. Gr ie ta s

longitudinales y transversales

Las grietas longitudinales son paralelas al eje del pavimento o a la dirección de construcción y pueden ser causadas por:

1. Una junta de canal del pavimento pobremente construida.

2. Contracción de la superficie de concreto asfáltico debido a bajas temperaturas o al envejecimiento del asfalto o al ciclo diario de temperatura.

3. Una grieta de reflexión causada por el agrietamiento bajo la capa de base, incluidas las grietas en losas de concreto de cemento Portland pero no las incluidas las grietas en losas de concreto de cemento Portland, pero no las juntas de pavimento de concreto.

Las grietas transversales se extienden a través del pavimento en ángulos aproximadamente rectos al eje del mismo o a la dirección de construcción. Usualmente, este tipo de grietas no está asociado con carga. Usualmente, este tipo de grietas no está asociado con carga. Dentro de éstas no se consideran las grietas. Grietas de reflexión de juntas

Las grietas longitudinales y transversales se miden en metros lineales. La longitud y severidad de cada grieta debe registrarse después de su identificación. Si la grieta no tiene el mismo nivel de severidad a lo largo de toda su longitud cada porción de la grieta con un nivel de severidad longitud, cada porción de la grieta con un nivel de severidad diferente debe registrase por separado. Si ocurren abultamientos o hundimientos en la grieta, estos deben registrarse como tipo de falla adicional. Opciones de reparación:

L: No se hace nada Sellado de grietasL: No se hace nada. Sellado de grietas de ancho mayor que 3.0 mm M: Sellado de grietas. H: Sellado de grietas. Parcheo parcial.