Catálogo de Secciones de PavimentoFlexible para México-Edición Única

Title Catálogo de Secciones de Pavimento Flexible para México-Edición Única

Issue Date 2006-12-01

Publisher Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey

Item Type Tesis de maestría

Downloaded 11/07/2018 15:14:10

Link to Item http://hdl.handle.net/11285/567644

INSTITUTO TECNOLÓGICO Y DE ESTUDIOS SUPERIORES DEMONTERREY

CAMPUS MONTERREYDIVISIÓN DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA

PROGRAMA DE GRADUADOS EN INGENIERÍA

TECNOLÓGICODE MONTERREY®

Catálogo de secciones de pavimento flexible para México

TESIS

PRESENTADA COMO REQUISITO PARCIAL PARA OBTENER EL GRADO DE:

MAESTRO EN CIENCIAS CON ESPECIALIDAD EN INGENIERÍAY ADMINISTRACIÓN DE LA CONSTRUCCIÓN

POR:

JUAN CANO BECERRIL

MONTERREY, N.L. DICIEMBRE 2006

INSTITUTO TECNOLÓGICO Y DE ESTUDIOS SUPERIORES DE MONTERREY

CAMPUS MONTERREY

DIVISIÓN DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA PROGRAMA DE GRADUADOS EN INGENIERÍA

Los miembros del comité de tesis recomendamos que el presente proyecto de tesis presentado por el Ing. Juan Cano Becerril sea aceptado como requisito parcial para obtener el grado académico de:

Maestro en Ciencias con Especialidad en Ingeniería y Administración de la Construcción

Comité de Tesis:

_________________________ Dr. Jorge Gómez Domínguez

Asesor

________________________ _______________________

Dr. Salvador García Rodríguez Dr. J. Carlos Reyes Salinas Sinodal Sinodal

Aprobado:

_______________________ Dr. Francisco Ángel Bello

Director del Programa de Graduados en Ingeniería Diciembre, 2006

Les dedico este trabajo de tesis:

A Dios, por estar presente cada instante de mi vida y hacer todo esto posible.

A mis amados Padres Juan Cano Bautista e Irma Becerril Rodríguez quienes se hanbrindado por completo hacia nosotros sus hijos, con un apoyo incondicional en todos losmomentos de mi vida, en particular en aquellos donde estuvieron junto a mí para alcanzarmis sueños. Conmigo llevo su amor, esfuerzo, su paciencia, bondad y consejos. Sipudiera volver a tener la oportunidad de elegir nuevamente a mis padres, los volvería aescoger a ustedes con los ojos cerrados.

A mis queridos hermanos Alejandro, Víctor y David con los que crecí y compartí granparte de mi vida, cada uno de ustedes me ha enseñado tantas cosas por las que les estoyagradecido. Siempre recordaré aquellos momentos que compartimos juntos y que me hanhecho tan feliz. Sigo contando con ustedes para todo y así, ustedes cuenten conmigocomo siempre.

A mi amada prometida Martha Irma Solís Cabrera, con quien he formado un amorincondicional tan fuerte que logró unirnos a través de ciudades y continentes. Soy muyafortunado de contar contigo como mi compañera en la vida para juntos reír, soñar,aprender y vivir tantas cosas tan hermosas que nos esperan. Eres la mujer que me ayuda adibujar mis esperanzas, hace mis días fascinantes y deja mis noches brillantes.

CATÁLOGO DE SECCIONES DE PAVIMENTO FLEXIBLE PARA MÉXICO

Prefacio

1. Introducción……………………………………………….1 1.1 Mecanismos y agentes de deterioro…………………………..1 1.2 Tipos de falla, funcional y estructural………………………..3 1.3 Tipos de pavimentos y modos de deterioro…………………..3 1.4 Características superficiales de los pavimentos………………8

1.4.1 Adherencia……………………………………………………….9 1.4.2 Ruido por circulación…………………………………………..14 1.4.3 Optimización de las características acústicas de los

pavimentos……………………………………………………...17 1.4.4 Regularidad superficial…………………………………………19 1.4.5 Características ópticas………………………………………….22

1.5 Comportamiento estructural de los pavimentos flexibles…...23

2. Métodos de diseño……………………………………….29 2.1 Aspectos teóricos y fundamentales del diseño……………...29 2.2 Factores de diseño…………………………………………...30

2.2.1 El tráfico y sus cargas…………………………………………..30 2.2.2 Medio ambiente………………………………………………...32 2.2.3 Materiales………………………………………………………32 2.2.4 Criterio de falla…………………………………………………33

2.3 Métodos de diseño de pavimentos flexibles………………...34 2.3.1 Métodos empíricos……………………………………………..34 2.3.2 Métodos limitantes de fallas……………………………………35 2.3.3 Métodos limitantes de deflexiones……………………………..35 2.3.4 Métodos de regresión basados en el desempeño……………….36 2.3.5 Métodos mecanísticos-empíricos………………………………36 2.3.6 Otros desarrollos………………………………………………..37 2.3.7 Catálogos de secciones…………………………………………39

3. Catálogos de secciones de pavimento Español y Francés…………………………………………………...41 3.1 Catálogo de secciones de pavimento Español………………41

3.1.1 Instrucción de firmes 6.1 y 6.2…………………………………41 3.1.2 Instrucción de firmes de 1990………………………………….43

3.1.3 Secciones de firme y capas estructurales de firmes, O.C. 10/2002…………………………………………………………43

3.2 Catálogo de secciones de pavimento Francés………………50 3.2.1 Consideración general del tráfico………………………………50

• Definición de un vehículo pesado • Determinación de la clase de tráfico TI • Determinación de la clase de tráfico acumulado TCI • Determinación de la clase TCI sin datos precisos

3.2.2 Diseño de la plataforma………………………………………...54 • Fuerza de sustentación a corto y largo plazo • Procedimiento de diseño • Suelos comunes en Francia • Mejora de la fuerza de sustentación en el terraplén • Sub-rasante • Control de la fuerza de sustentación de las plataformas

3.2.3 Materiales de carreteras………………………………………...62 3.2.4 Diseño de la estructura…………………………………………63

• Estructuras retenidas • Elección de la carpeta asfáltica • Hipótesis de cálculo • Verificación debido al hielo

3.2.5 Ejemplo de diseño……………………………………………...82 • Datos • Determinación del tráfico acumulado • Determinación de la plataforma • Selección de la estructura • Verificación debido al hielo

3.2.6 Catálogo de secciones de pavimento flexible Francés…………86 4. Clasificación de las Carreteras………………………..107

4.1 Clasificación de las carreteras en México………………….107 4.1.1 Por transitabilidad……………………………………………..107 4.1.2 Por el aspecto administrativo………………………………….107 4.1.3 Clasificación técnica oficial…………………………………...108 4.1.4 Clasificación por su nivel de servicio…………………………108

4.2 Proyecto de pavimento en México…………………………109 4.2.1 Estudio Geotécnico y el Sistema de Unificado de clasificación de

suelos…………………………………………………………..110 4.2.2 Características generales de calidad que conforman las distintas

capas de las carreteras de tipo flexible………………………...113

5. Métodos de Diseño……………………………………...117 5.1 Método AASHTO para el diseño de pavimentos flexibles...117

5.1.1 Índice de servicio……………………………………………...118

5.1.2 Tránsito (W18)…………………………………………………119 5.1.3 Tasa anual de crecimiento vehicular (r)……………………….123 5.1.4 Tipología de vehículos………………………………………...124 5.1.5 Periodo o ciclo de proyecto……………………………………125 5.1.6 Coeficiente de drenaje (mi)……………………………………125 5.1.7 Confiabilidad (R, ZR, S0)………………………………………126 5.1.8 Módulo de resiliencia (Mr)……………………………………128 5.1.9 Coeficiente de capa (ai)………………………………………..130 5.1.10 Número estructural (SN)………………………………………136

5.2 Método UNAM…………………………………………….136 5.2.1 Cálculo del tránsito equivalente acumulado…………………..137 5.2.2 Diseño estructural de la carretera……………………………..139

5.3 Método del Instituto del Asfalto…………………………...140 5.3.1 Criterios de diseño…………………………………………….141 5.3.2 Análisis del tráfico…………………………………………….142 5.3.3 Caracterización de los materiales……………………………..142 5.3.4 Efectos del medio ambiente…………………………………...143 5.3.5 Procedimiento de diseño………………………………………145

6. Descripción del método para revisar secciones………153 6.1 Fatiga en los materiales del pavimento……………………155 6.2 Procedimiento de revisión del diseño de un pavimento…...157 6.3 CEDEM (Cálculo de Esfuerzos y Deformaciones en

Estructura Multicapa)……………………………………...158 6.3.1 Datos…………………………………………………………..158 6.3.2 Información de la estructura…………………………………..159 6.3.3 Resultados……………………………………………………..161 6.3.4 Verificación del diseño de las secciones de pavimento

flexible…………………………………………………….......162

7. Desarrollo del catálogo de secciones de pavimento para

México…………………………………………………..165 7.1 Tránsito (W18)……………………………………………...165

7.1.1 Procedimiento de cálculo ejemplificado………………………165 7.1.2 Clasificación del tránsito……………………………………...171

7.2 Terracerías según normatividad……………………………172 7.2.1 Terracerías de carreteras con tránsito “T1”……………………174 7.2.2 Terracerías de carreteras con tránsito “T2” y “T3”…………….174 7.2.3 Terracerías de carreteras con tránsitos desde “T4” hasta “T7”...174

7.3 Definición de las estructuras de pavimento contenidas en el catálogo propuesto…………………………………………175 7.3.1 Estructuras para carreteras con tránsito “T1”………………….175 7.3.2 Estructuras para carreteras con tránsito “T2”………………….176 7.3.3 Estructuras para carreteras con tránsito “T3”………………….177

7.3.4 Estructuras para carreteras con tránsito “T4”………………….178 7.3.5 Estructuras para carreteras con tránsito “T5”………………….179 7.3.6 Estructuras para carreteras con tránsito “T6”………………….180 7.3.7 Estructuras para carreteras con tránsito “T7”………………….181

7.4 Criterios para la elección del Valor Relativo de Soporte a usar en el catálogo propuesto…………………………………...181

8. Conclusiones y recomendaciones……………………...187 8.1 Beneficios que aporta el catálogo………………………….187 8.2 Tránsito…………………………………………………….188 8.3 Estructuras de pavimento…………………………………..188 8.4 Aspectos a considerar y desarrollar………………………..189

Anexo A: Catálogo de secciones de pavimento flexible para México

Anexo B: Tablas de coeficientes de daño AASHTO

Prefacio En este trabajo de tesis se presenta como resultado un catálogo de secciones de pavimento flexible para distintas condiciones de tráfico y de terreno. Se partió desde los conceptos más básicos que incluyen los mecanismos y agentes de deterioro de las carreteras, sus tipos de falla, tipos de pavimento, las características superficiales que deben cumplir y obviamente su comportamiento estructural. A continuación se dio una vista importante a los principios teóricos y fundamentales para el diseño de las carreteras, los factores de diseño generales y se mostraron las características más importantes de los distintos tipos de métodos de diseño, como son los empíricos, limitantes de fallas, limitantes de deflexiones, de regresión, aquellos mecanísticos-empíricos y algunos otros desarrollos; poniendo especial énfasis en los catálogos de secciones de pavimentos desarrollados en España y Francia. Además se incluye la parte que interesa de la normatividad mexicana, como lo es la manera de clasificar las carreteras y la descripción general de lo que sería un proyecto de pavimento junto con las características generales de calidad para los distintos materiales. Para el diseño de las secciones se ocuparon tres métodos de diseño, el método de la AASHTO (American Association of State Highway and Transportatio), el de la UNAM (Universidad Nacional Autónoma de México) y el del Instituto del Asfalto, los cuales se describieron paso a paso. Una vez que se tuvieron las secciones diseñadas de manera preliminar, se comprobó que el diseño de éstas fuera correcto. Así que mediante el programa del CEDEM (Cálculo de Esfuerzos y Deformaciones de Estructura Multicapa) se obtuvo los esfuerzos, deformaciones y deflexiones para compararlos con los límites admisibles dados por las leyes de fatiga de los materiales. Es necesario señalar que todo el desarrollo del catálogo de secciones de pavimento flexible se encuentra descrito en este trabajo, donde incluso en la parte final se dan algunas conclusiones y recomendaciones importantes para su utilización y futuro desarrollo.

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1. Introducción El pavimento de una carretera o de una calle está constituido por un conjunto de capas colocadas horizontalmente sobre el terreno, siendo su función: proporcionar en todo tiempo una superficie cómoda y segura para la circulación de vehículos y transmitir las solicitaciones del tráfico suficientemente amortiguadas al terreno para que puedan ser soportadas. En el diseño y proyecto de un pavimento tenemos que tener en cuenta dos aspectos fundamentales. Por una parte, su función resistente que nos determinará los materiales y los espesores de las capas que habremos de emplear en su construcción y por otra parte, su función y finalidad, que nos definirá las condiciones de textura y acabado que debemos exigir a las capas superiores del pavimento para que estas resulten seguras y confortables. El fallo de un firme se produce precisamente cuando la calidad de rodadura desciende por debajo de unos umbrales en que la conducción de los vehículos no se puede hacer de forma segura ni confortable. El deterioro del firme se inicia cuando la carretera se pone en servicio y empiezan a circular los vehículos. Este deterioro también se ve afectado por la acción de los factores y agentes climatológicos (lluvia, hielo, aire, sol, etc.) que incluso sin tráfico pueden afectar el pavimento seriamente. El correcto diseño y dimensionamiento estructural de un pavimento depende además de utilizar materiales adecuados, espesores y acabados específicos que hemos de mantener mediante la oportuna técnica de conservación y rehabilitación durante toda su vida de servicio. El pavimento de una carretera puede estar compuesto por materiales muy diferentes que se pueden agrupar por su comportamiento y respuesta en cuatro tipologías de pavimentos:

• Pavimentos flexibles (base hidráulica) • Pavimentos flexibles (base asfáltica) • Pavimentos semirrígidos (base tratada con cemento hidráulico) • Pavimentos rígidos (pavimento de concreto hidráulico)

Cada uno de estos tipos de firme tiene unas propiedades funcionales y un comportamiento ante los agentes de deterioro distintos. Es precisamente este comportamiento el que hemos de tener en cuenta tanto en su diseño (estructural y funcional) como en su mantenimiento y rehabilitación. 1.1 Mecanismos y agentes de deterioro Una vez puesto en servicio un tramo de carretera, nuevo o reparado, va poco a poco perdiendo sus características iniciales de funcionalidad y resistencia. Diversos factores

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inciden y determinan este proceso de deterioro. Por una parte están los factores relacionados con el mismo pavimento: espesores, materiales y ejecución, que podríamos considerar como los agentes pasivos del proceso y por otra parte los agentes activos, verdaderos causantes de este deterioro, que son el tráfico y los factores ambientales. Los agentes activos de deterioro son dos variables complejas, difíciles de definir, que depende cada una de ellas de un conjunto diverso de elementos. Así, el tráfico esta unido al número de ejes, la carga por eje, la velocidad de circulación, la regularidad superficial del firme (cargas dinámicas) etc. Resulta difícil en la mayoría de los métodos de dimensionamiento y en los sistemas de gestión reducir el tráfico a un número de aplicaciones de ejes equivalentes. Esto supone conocer muy bien su composición y el efecto que sobre el deterioro del firme tiene cada uno de ellos. Cada eje actúa sobre el pavimento transmitiendo una solicitación horizontal y otra vertical. Esto se traduce en el tiempo en un deterioro del pavimento que se manifiesta principalmente en los siguientes tipos de fallo:

Fisuración por fatiga Desprendimiento de gravillas o pulimento de los áridos Deformaciones Hundimiento de las gravillas

A efectos de proyecto y conservación de firmes, la climatología de una zona está asociada con las variaciones diarias y estacionales de la temperatura, pluviosidad y heladicidad de la zona. Este factor no siempre es tenido en cuenta en el dimensionamiento y conservación de los firmes, pero su efecto puede tener especial importancia sobre:

La colocación de los materiales asfálticos Fisuras por esfuerzos térmicos Fisuras y degradaciones superficiales por efecto del hielo Pérdida de la capacidad portante del terreno en periodo de deshielo o húmedos Una posible agravación de los deterioros en invierno por acción de los fundentes

químicos (mantenimiento invernal) El que los factores activos de deterioro produzcan uno u otro tipo de fallo depende, además de su intensidad, de la tipología del pavimento, distinguiéndose a estos efectos cuatro tipos de firmes con cuatro tipologías diferentes:

Pavimentos flexibles (base hidráulica) Pavimentos flexibles (base asfáltica) Pavimentos semirrígidos (base tratada con cemento hidráulico) Pavimentos rígidos (pavimento de concreto hidráulico)

Sobre ellos inciden los dos agentes activos del deterioro, el tráfico y la climatología originando en cada caso un tipo particular de fallo.

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1.2 Tipos de falla, funcional y estructural Se clasifican en dos tipos:

a) Estructural.- Colapso de la estructura del pavimento o de alguno de sus componentes, de tal manera que el pavimento es incapaz de soportar las cargas o bien, se reduce a una interrupción en su continuidad o integridad. Puede degenerar en falla funcional.

b) Funcional.- El pavimento no cumple con su función primordial, provocando incomodidad e inseguridad en el usuario, así como esfuerzos imprevistos en los vehículos. No siempre está acompañada de falla estructural.

1.3 Tipos de pavimentos y modos de deterioro En general las capas que conforman tanto los pavimentos flexibles con base hidráulica, como los flexibles con base asfáltica y aquellos semirrígidos (base tratada con cemento hidráulico) tienen la distribución que se muestra en la siguiente figura 1.1, donde es necesario mencionar que tanto el número de capas como su distribución y espesor depende del tipo de pavimento flexible del que se trate, del terreno donde se cimentará, del tráfico, de los agentes climatológicos, calidad de los materiales empleados, etc. Figura 1.1 Capas constituyentes de un pavimento flexible típico.

En un pavimento flexible tradicional, las capas del pavimento las conforman de abajo hacia arriba, a partir de la capa sub-base, base y carpeta de concreto asfáltico. Las terracerías serían desde el cuerpo de terraplén, la capa sub-yacente y la sub-rasante.

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Pavimentos flexibles (base hidráulica) Estos pavimentos se caracterizan por estar constituidas sus capas de base y sub-base por un material granular y estar recubiertos por una carpeta de concreto asfáltico. En este tipo de pavimentos son las capas granulares las que deben resistir fundamentalmente las acciones del tráfico. La capa de rodadura sirve para impermeabilizar el pavimento, soportar los efectos abrasivos del tráfico y proporcionar una capa de rodadura cómoda y segura. Las capas granulares deben soportar las fuertes solicitaciones normales del tráfico y transmitirlas a las terracerías y al terreno natural lo suficientemente amortiguadas para que puedan ser soportadas. Estas capas trabajan por rozamiento interno de su esqueleto mineral y en su comportamiento es muy importante la resistencia al desgaste y a la atricción de los áridos (agregados) que la componen. Cuando se emplean áridos poco resistentes aumenta el contenido de finos y con ello la deformabilidad de la capa. Por otra parte es conveniente que las capas inferiores del pavimento sean lo más permeable posible con el objetivo de dar fácil salida al agua infiltrada. Son pavimentos cuyas capas granulares se caracterizan de abajo hacia arriba con una capacidad de soporte creciente y una permeabilidad decreciente. El modo de producirse el fallo en este tipo de pavimentos es por deformaciones excesivas. Como consecuencia de las sucesivas aplicaciones de cargas, el pavimento va deformándose principalmente en la zona de rodadura, hasta alcanzar unos límites intolerables. También puede producirse el fallo estructural de este pavimento por fisuración por fatiga de su capa de rodadura, caos, por ejemplo, que ésta tenga cierto espesor, de 4 a 8 cm, trabaje a flexotracción y las capas granulares resulten flexibles y elásticas. En este caso la repetición de cargas acabará produciendo por fatiga la fisuración en malla fina de la capa de rodadura al mismo tiempo que aparecen baches y fisuras longitudinales en los bordes del pavimento. Aparte de estos deterioros que indican un fallo estructural, en este tipo de pavimentos se manifiestan también otros fallos, localizados en su superficie, que pueden repercutir negativamente sobre la capacidad del servicio prestado por el pavimento a los usuarios. Estos fallos son los siguientes:

Pérdida de la microtextura (pulimento del árido grueso) Pérdida de la macrotextura (incrustación de gravillas, exudaciones) Peladuras, descamaduras Desprendimiento de los áridos Deformaciones en la capa de rodadura (roderas, ondulaciones, arrollamientos) Baches Fisuras (juntas, transversales, parabólicas, erráticas…)

Estos fallos son debidos principalmente a la acción abrasiva del tráfico y a la acción destructiva y de envejecimiento ocasionada por los agentes atmosféricos, aunque a veces puede también ser debidas al empleo de materiales inadecuados o a una mala ejecución.

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Por último, indicar los blandones o hundimientos que son fallos localizados y que normalmente están unidos a una falta de drenaje o rotura del mismo o a una degradación o contaminación de las capas inferiores. Pavimentos flexibles (base asfáltica) Este tipo de pavimentos que normalmente se ocupan en autopistas y carreteras principales, está compuesto por una base que recibe un tratamiento de mezcla asfáltica recubierta de la carpeta de concreto asfáltico. La sub-base puede ser granular o bien tratada con un ligante hidráulico (suelo-cemento o también tratada con una mezcla asfáltica). En este tipo de pavimentos, la capa de base trabaja a flexotracción, con una cierta rigidez, disminuyendo notablemente las solicitaciones que llegan a las terracerías y al terreno natural, o bien, puede comportarse como un material más flexible, transmitiendo tensiones en una mayor proporción. En el primer caso el fallo estructural del pavimento es por fisuración de sus capas de contenido asfáltico (base y carpeta) por fatiga (piel de cocodrilo), mientras que en el segundo caso el fallo sería por deformaciones excesivas, al igual que ocurre con los firmes de base granular. Debido a las características particulares de las capas asfálticas y a su susceptibilidad térmica, en el dimensionamiento de estos pavimentos y en el análisis de su comportamiento habrá que tener en cuenta ambos modos de deterioro, ya que ambos pueden presentarse conjuntamente. Otro modo de deterioro que habrá que considerar es su fisuración por retracción térmica. Aunque no es el caso de nuestro país, en climas muy fríos hay que estudiar este tipo de fallo en función de su retracción térmica y la resistencia a tracción de la mezcla bituminosa. También puede producirse el fallo de este tipo de pavimento por fisuración en forma de malla gruesa que está asociado a un infradimensionamiento de las capas de contenido asfáltico o a una falta de adherencia entre estas y las capas granulares. En ambos casos, las tensiones a los que está sometida la capa de concreto asfáltico son muy fuertes lo que conduce rápidamente a su fisuración en mallas largas. Respecto a los fallos que aparecen en superficie son los mismos que en el caso anterior y vienen motivados también por los mismos factores: tráfico, agentes atmosféricos, materiales inadecuados y mala ejecución. Pavimentos semirrígidos (bases tratadas con cemento hidráulico) El pavimento semirrígido se diferencia de los otros dos tipos de firmes considerados, firmes flexibles por una mayor rigidez de las capas que lo componen, en particular de su capa base. Esta capa de base puede ser de concreto hidráulico o bien lo que es más común, de

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una base granular tratada con un ligante hidráulico o puzolánico. La capa sub-base suele ser de material granular, a veces también estabilizado. En este tipo de pavimentos es fundamentalmente la capa de base la que debido a su mayor rigidez, absorbe la mayor parte de los esfuerzos verticales, que llegan a la explanada muy amortiguados. El mecanismo de deterioro que produce su fallo es debido precisamente los esfuerzos de flexotracción a los que está sometida la capa base y que con el tiempo, debido a un proceso de fatiga, produce su fisuración. El fallo se manifiesta con la aparición en superficie de fisuras que evolucionan a una fisuración en malla fina. Cabe destacar que pequeñas variaciones en el espesor este tipo de pavimento en su capa base arrastran fuertes variaciones en la su vida de diseño. Otro tipo de fallo estructural que suele producirse en este tipo de firme es la fisuración en malla gruesa de la capa de rodadura con surgencia de lechada. Este tipo de fallo está asociado a una falta de cohesión del material tratado. Cuando el material de la capa de base es de mala calidad o ha sido puesto en obra defectuosamente no adquiere la suficiente cohesión y se comporta como un material granular. Esto se traduce en un aumento de las tensiones a que están sometida la capa de mezcla asfáltica que rápidamente se fisura. La pérdida de adherencia de la carpeta asfáltica respecto a la base tratada puede ser también causa de deterioro y ruina del pavimento con la aparición de baches, fisuras, desprendimientos, etc. Este fallo puede estar asociado al empleo de un espesor insuficiente en las capas del pavimento; a no haber conseguido una buena adherencia base-carpeta durante la ejecución de este, o bien al empleo de carpetas permeables que faciliten el acceso del agua a la zona de contacto base-carpeta. En su deterioro superficial aparecen los mismos fallos que en los dos casos anteriores, aunque en este caso hay que señalar la aparición con gran profusión de fisuras transversales en la capa de rodadura. Estas fisuras pueden aparecer cada 3 o 4 metros y proceden de las grietas de retracción que de la capa base se propagan a la carpeta. Pavimentos rígidos (concreto hidráulico) Un pavimento de concreto hidráulico está constituido por una losa de concreto que puede ser colocada directamente sobre las terracerías o bien intercalando una capa base de soporte que puede o no estar tratada como lo muestra la figura 1.2 siguiente:

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Figura 1.2 Capas constituyentes de un pavimento de concreto hidráulico típico

En este pavimento la losa de concreto actúa al mismo tiempo como capa de rodadura y como capa de base. La capa intermedia que se coloca (base) entre la losa de concreto y las terracerías no tiene un fin estructural comúnmente, sino mas bien el de proporcionar una superficie de apoyo adecuada a la losa de hormigón y facilitar la construcción de ésta. Dentro de los pavimentos de concreto hidráulico se distinguen:

Pavimentos de concreto de losas cortas, 5-6 metros, concreto en masa y juntas con o sin pasadores

Pavimentos de concreto de losas largas de concreto armado y juntas con pasadores Pavimentos de concreto armado continuos Pavimentos de contracto pretensados

El fallo estructural de este pavimento es por fisuración por fatiga. Sin embargo, no es éste fallo el más frecuente, sino que éstos suelen ser superficiales, afectando fundamentalmente la calidad de rodadura del firme. Estos defectos provienen del estado de las juntas, del estado de la superficie de la losa y de la situación relativa entre losas (escalonamiento).

En las juntas se detecta el desprendimiento del producto de sellado, el envejecimiento del mismo, lo que lo vuelve frágil y desagradable; y también el desconchado de la junta

En la losa se aprecian peladuras, desconchados y pérdidas de árido grueso. Consecuencia de la acción abrasiva del tráfico y de la intemperie o bien como resultado del empleo de materiales de baja calidad

También pueden aparecer en la losa fisuras de retracción si se retrasa el serrado de las juntas y fisuras en las esquinas debido a una falta de apoyo o sobrecarga de la misma. El escalonamiento entre losas o marcha en escalera es debido a una degradación de las condiciones de apoyo de la losa, lo que provoca un basculamiento de la misma.

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Es posible asimismo que se produzca el combado de las losas y el pandeo de las mismas como consecuencia de los esfuerzos térmicos. La mayor parte de estos defectos no existen en los pavimentos de hormigón armados continuos, salvo que sean debidos a una mala ejecución en obra. 1.4 Características superficiales de los pavimentos Normalmente al proyectar un pavimento solemos prestarle gran atención a su función estructural y no le damos tanta importancia a su aspecto funcional. Sin embargo, esta característica del pavimento es fundamental y va teniendo más peso a medida que los usuarios, peatones y la comunidad en general nos exigen mayores niveles de calidad y bienestar. Las características o cualidades funcionales residen fundamentalmente en su superficie. De su acabado y de los materiales que se hayan empleado en su construcción dependen aspectos tan interesantes como:

1.- La adherencia del neumático al pavimento 2.- Las proyecciones de agua en tiempo de lluvia 3.- El desgaste de los neumáticos 4.- El ruido en el exterior y en el interior del vehículo 5.- La comodidad y estabilidad en marcha 6.- Las cargas dinámicas del tráfico 7.- La resistencia a la rodadura (consumo de combustible) 8.- El envejecimiento de los vehículos 9.- Las propiedades ópticas

Estos aspectos funcionales del firme están principalmente asociados con la textura y regularidad superficial del pavimento. En la figura 1.3 puede observarse la incidencia de cada uno de estos factores sobre las cualidades del firme. Dentro de la textura se suele distinguir entre la microtextura, que son las irregularidades superficiales del pavimento menores de 0.5 mm, la macrotextura, que son las de 0.5 a 50 mm y la mega textura con irregularidades de 50 a 500 mm. La primera sirve para definir la aspereza del pavimento, la segunda su rugosidad y la tercera está más asociada con los baches o peladuras que puede haber en el firme. Por otra parte, la irregularidad superficial está asociada con ondulaciones de longitudes de onda mayores de 0.5 m. Como puede observarse en dicha figura, la microtextura, la aspereza del pavimento, es necesaria para conseguir una buena adherencia. La macrotextura es necesaria para mantener esa adherencia a altas velocidades o con el pavimento mojado. La macrotextura mejora también la visibilidad con pavimento mojado, elimina o reduce los fenómenos de reflexión de la luz, que tienen lugar en los pavimentos lisos mojados y mejor la percepción de las marcas viales. Por el contrario, los pavimentos rugosos, con fuerte macrotextura, producen un mayor desgaste de los neumáticos y suelen resultar ruidosos.

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Figura 1.3 Efecto de las características superficiales sobre las cualidades funcionales de los firmes.

La mega textura y la falta de regularidad superficial resultan indeseables desde cualquier punto de vista. Inciden negativamente sobre la comodidad y aumentan el ruido de rodadura, los gastos de mantenimiento de los vehículos y los de conservación de la vía. 1.4.1 Adherencia De todas las propiedades que debe reunir una capa de rodadura desde el punto de vista de la seguridad, indudablemente la adherencia es la propiedad fundamental. Una adherencia adecuada nos permite mantener la trayectoria deseada y reducir la distancia de frenado. La adherencia entre el neumático y la superficie del pavimento es debida a las interacciones moleculares que se producen en el área de contacto. Esta adherencia por interacción molecular constituye el principal sumando de la adherencia total que encuentran los vehículos en su rodadura. El otro sumando que debemos considerar en la adherencia se debe a la histéresis producida por las irregularidades del pavimento, a las que el neumático se va adaptando, contrayéndose y alargándose, durante el deslizamiento del vehículo. La adherencia por interacción molecular entre el neumático y la superficie del pavimento es un fenómeno complejo en el que intervienen diferentes factores. El contacto que se produce entre ambas superficies depende no sólo de la velocidad del vehículo, de las características

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del neumático y de la textura de la capa de rodadura, sino también de los factores ambientales a que está sometido el pavimento, en especial de la lluvia y el hielo. Así una película de agua de cierto espesor o una placa de hielo sobre la superficie del pavimento puede llegar a reducir considerablemente y hasta anular el contacto entre este y el neumático. Normalmente la adherencia por interacción molecular predomina sobre la adherencia por histéresis. Así, cuando el efecto de la presencia de agua sobre el pavimento u otras razones, se anula la adhesión por contacto, la adherencia total es muy pequeña y el peligro de accidente por vuelco o deslizamiento es importante. En general sobre la superficie seca y limpia se consigue una buena adhesión entre el neumático y el pavimento y la resistencia al deslizamiento será alta. Pero cuando existe una película de agua en el área de contacto, la adhesión no se desarrollará completamente y la resistencia al deslizamiento disminuirá. En presencia de agua, en la superficie de contacto se distinguen tres zonas típicas, recogidas en la figura 1.4. Figura 1.4 Zonas de contacto entre el neumático y la superficie del pavimento en

presencia de agua.

Zona 1: El pavimento está cubierto por una película continua de agua, por lo que no hay

contacto neumático-pavimento. Zona 2: Se trata de una zona de transición, en la que existe un contacto parcial en algunos

puntos donde ha llegado a romperse la continuidad de la película de agua. Zona 3: El agua ha sido expulsada y se ha establecido la adherencia entre el neumático y el

pavimento. Cuando al paso de las ruedas de los vehículos, el agua sólo puede ser expulsada parcialmente, se produce una pérdida de adherencia entre el vehículo y la carretera que a veces puede ser total.

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Por otra parte, la presencia de agua en la superficie de contacto, produce una presión dinámica sobre el neumático que tiende a despegarlo de la superficie de rodadura, siendo esta presión creciente con el cuadrado de la velocidad. Para evitar que se produzca esta pérdida parcial o total de contacto entre ambas superficies, fenómeno conocido con el nombre de hidroplaneo (también llamado acuaplaneo), es preciso que a través de los canales y dibujos del neumático y del pavimento se pueda evacuar la película de agua interpuesta. Es decir, en presencia de agua, para que se produzca la adherencia neumático-pavimento es necesario:

Desplazar el agua bajo el neumático Romper la película de agua para que se establezca el contacto del neumático con el

pavimento La capacidad del pavimento para evacuar el agua de la superficie del pavimento se ve favorecida empleando capas de rodadura de macrotextura rugosa y alta permeabilidad. Una textura rugosa facilita la expulsión de agua, especialmente con neumáticos lisos, se opone a que el agua se vaya acumulando delante del neumático, facilitando su expulsión lateral y ofrece en caso de evacuación parcial del agua un mayor porcentaje de resaltos y zonas donde se pueden producir contactos parciales, especialmente a alta velocidad. Si por otra parte la capa es muy permeable el agua podrá ser evacuada a través de ella y conducida lateralmente a los arcenes. El efecto que la macrotextura y la aspereza superficial del pavimento (microtextura) tienen sobre la adherencia entre el neumático y la superficie del pavimento, en presencia o no de agua, puede ser evaluado mediante la realización de diferentes tipos de ensayos. En ellos se determina la resistencia que ofrecen los distintos tipos de pavimento, figura 1.5, al deslizamiento de un neumático en unas determinadas condiciones. Estas medidas pueden realizarse a distintas velocidades, estando la superficie del pavimento seca o mojada con distinto espesor de la película de agua.

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Figura 1.5 Clasificación de los pavimentos atendiendo a su macrotextura y microtextura superficial.

Los resultados obtenidos, figura 1.6, indican que a bajas velocidades, inferiores a 50 km/h, el agua es desplazada fácilmente por la rueda. El coeficiente de resistencia al deslizamiento depende fundamentalmente de las asperezas del pavimento (microtextura), que rompen la película de agua y se adhieren al neumático. Figura 1.6 Coeficiente de fricción en relación con la velocidad para diferentes

profundidades de agua.

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Al aumentar la velocidad es más difícil desplazar el agua y la resistencia al deslizamiento disminuye. Esta pérdida será tanto más notable cuanto menor sea la macrotextura del pavimento y mayor sea el espesor de la película de agua sobre éste. En la misma figura puede observarse como el nivel crítico del coeficiente de resistencia al deslizamiento a partir del cual se considera que se produce el fenómeno de hidroplaneo, se alcanza en pavimentos de macrotextura rugosa con espesores de agua superiores de 5 mm y a altas velocidades, mientras que en pavimentos de macrotextura lisa, es posible que se produzca el fenómeno de hidroplaneo con espesores de 1mm y a una velocidad de 90 km/h. Por lo tanto, una superficie rugosa y a su vez áspera es la más adecuada para carreteras en las que se desarrollan altas velocidades. En la tabla 1.1 se recogen las recomendaciones sobre la macrotextura que deben tener los pavimentos de acuerdo con las condiciones de tráfico del proyecto. Tabla 1.1 Recomendaciones sobre la macrotextura.

PROFUNDIDAD DEL CÍRCULO DE ARENA

(mm) EVALUACIÓN DEL PAVIMENTO

< 0.2 Textura muy fina. A proscribir.

0.2 – 0.4 Textura fina. Sólo en tramos donde raramente se superan los 80 km/h. (P. Ej.: Áreas urbanas)

0.4 – 0.8 Textura media. Para tramos normales con velocidades moderadas. (80 – 120 km/h)

0.8 – 1.2 Textura gruesa. Para tramos con velocidades superiores a 120 km/h.

> 1.2 Textura muy gruesa. Para casos especiales con peligro de deslizamiento.

La acción del tráfico, en especial el pesado, tiende a modificar la textura del pavimento. Si la resistencia al pulimento del árido es baja, la microtextura pasará de áspera a pulimentada en poco tiempo. También se puede ver modificada la macrotextura de la mezcla por exudación del ligante, reamasado de la mezcla o por desgaste del mortero, esto último especialmente en pavimentos de concreto. En la tabla 1.2 se recogen las recomendaciones relativas al valor del coeficiente de pulimento acelerado del árido empleado en la construcción de pavimentos de concreto asfáltico en función de el uso del mismo. Se recomienda un valor mínimo de 0.45 para tráfico pesado y 0.4 para tráfico ligero. Tabla 1.2 Recomendaciones para el coeficiente de pulimento acelerado.

CPA CALIFICACIÓN COMENTARIOS < 0.35 Deficiente En principio no debe usarse en capas de rodadura.

0.35 – 0.45 Regular A emplear sólo cuando las características del trazado y del tráfico sean favorables.

0.45 – 0.55 Bueno

> 0.55 Muy bueno

A emplear cuando las características del trazado y del tráfico son desfavorables (curvas, intersecciones, alta velocidad, tráfico denso).

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1.4.2 Ruido por circulación Se define en general como ruido como una compleja mezcla de sonidos que interfieren en alguna actividad humana. En el caso del transporte por carretera es el conjunto de sonidos emitidos por el vehículo que inciden en el confort de sus ocupantes y molesta a los vecinos de las carreteras. El efecto o incidencia que puede tener un ruido es diverso, ya que depende no sólo de la magnitud física de la excitación sino también de aspectos subjetivos y sociológicos de los afectados. No obstante, se han definido diferentes umbrales o niveles de perturbación basados en las características físicas del ruido emitido. Se suele valorar el nivel de ruido de un sonido a partir de su espectro de frecuencias. La vibración acústica, función del tiempo, que registra el micrófono es transformada en una función de frecuencias. Se obtiene así los diferentes sonidos puros que componen el ruido y la frecuencia, denominada fundamental, de máxima amplitud, figuras 1.7 y 1.8. Figura 1.7 Representación temporal de una señal acústica.

Figura 1.8 Representación espectral.

Un sonido puro viene caracterizado por la frecuencia y la presión acústica de la onda senoidal que lo produce. La frecuencia es el número de pulsaciones por segundo y su unidad es el hercio, Hz. La presión acústica es la diferencia entre la presión total instantánea en un punto determinado, en presencia de la onda acústica, y la presión estática en el mismo punto. Su unidad es el Pascal, Pa.

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Más frecuente es definir un sonido por frecuencia y su nivel de presión acústica, medido este último en decibelios, dB. El nivel de presión acústica se obtiene a partir de la presión acústica mediante la siguiente expresión:

Lp = 20 log P/P0 Donde: P: presión acústica, en Pa P0: presión acústica de referencia que se establece en 2x10-5 Pa (umbral de audición del

oído humano) El hecho de emplear este sistema de unidades supone también un cambio de sensibilidad en el sistema de medida. Una variación de tan sólo 5 decibelios puede suponer el doblar la presión acústica de la onda de incidencia. Así, pasar de 70 a 75 decibelios corresponde a un aumento de la presión acústica de 63.245x10-6 Pa a 1120468x10-6 Pa. La disminución de tan sólo un decibelio significa en todo caso una importante reducción de la presión acústica de la onda media. Otra característica importante de un sonido es su sonoridad, sensación sonora producida por el mismo a un oyente. Esta sensación, nivel de sonoridad, depende fundamentalmente de la intensidad y frecuencia del sonido, siendo la sensibilidad del oído humano mayor a los sonidos agudos (altas frecuencias) que a las graves (bajas frecuencias). De acuerdo con esto, se han establecido curvas iso-sónicas, que indican la variación de la presión con la frecuencia para que el hombre perciba un nivel de sonoridad constante, figura 1.9. Figura 1.9 Curvas de iso-sonoridad.

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Las curvas iso-sónicas han servido de base para establecer unas curvas de ponderación que permiten corregir la diferencia de sonoridad de los sonidos con la frecuencia, y que son aplicadas a los diferentes sonidos para determinar su nivel de sonoridad a partir de su presión acústica, figura 1.10. De estas curvas de ponderación, suele emplearse la escala <A> en la determinación del ruido emitido por los vehículos:

LP (A) [f] = LP [f] + A [f] Donde: LP (A) [f]: nivel de sonoridad, en dBA LP [f]: nivel de presión acústica, en dB A [f]: decibelios de la curva de ponderación A para la frecuencia f Figura 1.10 Curvas de ponderación.

Finalmente, dado que el ruido está compuesto por sonidos de distinta intensidad y frecuencia, espectro de frecuencias, su nivel de sonoridad se determina a partir de los niveles de sonoridad de cada uno de los sonidos puros que lo componen mediante la siguiente expresión:

LP (A) = 10 log [Σ 10[Lpi (A) / 10]] Sobre esta base teórica se han establecido diversos sistemas de medida que son empleados en valorar los diferentes tipos de ruidos emitidos a la atmósfera; Vehículos, aviones, máquinas, etc. Cada uno tiene su procedimiento y aparatos de medición y es importante tenerlo en cuenta al comparar diferentes resultados.

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1.4.3 Optimización de las características acústicas de los pavimentos Una de las principales fuentes emisoras de ruido en la circulación de los vehículos es el ruido de rodadura. Este es el principal componente de ruido total en la circulación de vehículos ligeros y tan importantes como el emitido por el motor en la circulación de vehículos pesados, tabla 1.3. Tabla 1.3 Niveles de ruido obtenidos con vehículos ligeros y pesados circulando a

diferentes velocidades. NIVELES DE RUIDO VELOCIDAD DE

LOS VEHÍCULOS (Km/hr)

CATEGORÍA DE VEHÍCULO RODADURA MOTOR TOTAL

Pesado 61 78 78 20 Ligero 58 64 65 Pesado 79 85 86 80 Ligero 76 74 78

El ruido que se produce en el contacto neumático pavimento es debido a los siguientes mecanismos:

⇒ La respuesta en vibración de los neumáticos producida por los movimientos verticales debidos a la textura del revestimiento y de los neumáticos.

⇒ Las excitaciones locales generadas por la sucesión de adherencia y deslizamiento producida por la deformación del neumático.

⇒ Fenómenos de compresión y expansión de bolsas de aire aprisionadas entre los dibujos de los neumáticos y los huecos del revestimiento.

⇒ Los ruidos de origen aerodinámico causados por la turbulencia producida por los dibujos del neumático en movimiento.

Experimentalmente se ha obtenido que sobre este mecanismo de ruido los factores que más influyen sean los siguientes: Textura y estado de deterioro del pavimento Diferentes autores han puesto de manifiesto la notable influencia que sobre el ruido de rodadura tiene el tipo de pavimento. Existiendo diferencias hasta de más de 15 dB(A) entre los pavimentos de concreto hidráulico y los de asfalto. Los más ruidosos han resultado algunos de tipos de pavimento de concreto hidráulico con un terminado con rasurado transversal. Dentro de este tipo de pavimento se observan muy fuertes variaciones, de 76 a 85 dB(A), aunque con niveles más bien altos en todos los casos. Al mismo nivel que los pavimentos más ruidosos de hormigón están los pavimentos de adoquín, 80-84 dB(A), y con pequeñas variaciones de nivel sonoro entre ellos.

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A continuación se encuentran los pavimentos de concreto asfáltico tradicionales: tratamientos superficiales y mezcla asfáltica, con niveles de sonoridad bastante diferente entre ellos, 72-80 dB(A), dependiendo de su rugosidad. Por último y como pavimentos más silenciosos aparecen los pavimentos de concreto asfáltico con granulometría abierta, 69-77 dB(A), también llamados de tipo drenantes, desarrolladas y empleadas en estos últimos años con el fin de mejorar la seguridad y las condiciones de circulación con lluvia en vías rápidas. En general se ha comprobado un aumento de ruido con la textura del pavimento. Existen longitudes de onda críticas para la textura del revestimiento, última capa del pavimento, hacia 50-100 mm, que producen un aumento notable en el ruido de rodadura, sobre todo en bajas frecuencias (≤ 1,000 Hz). Este es el caso, por ejemplo, del pavimento con adoquín. El estado de deterioro del pavimento aumenta también con el ruido de contacto neumático-pavimento, sobretodo, cuando existe un deterioro que conduce a texturas no homogéneas. Tipo y dimensiones del neumático El nivel sonoro se reduce cuando se disminuye la anchura y se aumenta el diámetro del neumático. Los neumáticos de estructura radial resultan menos ruidosos. Asimismo, algunos ruidos de alta frecuencia pueden ser amortiguados modificando las características mecánicas de las zonas empleadas o el dibujo del neumático. Velocidad El nivel ruido es creciente con la velocidad añadiendo un factor a considerar que es la resistencia al aire, que al aumentar con la velocidad, también lo hará el nivel de ruido provocado por este factor. Estado del pavimento Un revestimiento mojado (capa de rodadura) tiene en general un nivel sonoro superior a un revestimiento seco Este fenómeno es sensible sobretodo en frecuencias medias y altas. Los estudios iniciales sobre ruido parecían llevar a la conclusión de que no era posible conseguir al mismo tiempo firmes seguros y de rodadura silenciosa. Lograr una buena adherencia neumático-pavimento en presencia de agua o a altas velocidades supone el empleo de capas de rodadura dotadas de una elevada textura. Esto lleva consigo un aumento del nivel de ruido emitido por el vehículo. No obstante, las técnicas de carreteras han conseguido romper este dilema seguridad-ruido con el empleo de nuevos materiales y nuevas técnicas. En el caso de los pavimentos densos estos estudios han mostrado, (Sandberg, 1980), que el ruido de rodadura está asociado con dos longitudes de onda críticas de las irregularidades superficiales del pavimento.

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Por una parte, las irregularidades de longitud de onda próxima a 80 mm. Al aumentar la amplitud de este tipo de irregularidades, aumenta el ruido de rodadura, sobre todo a bajas frecuencias.

Por el contrario, cuando las irregularidades de longitud de onda próximas a 3 mm aumentan en amplitud, disminuye el ruido de rodadura a bajas frecuencias (< 1,000 Hz).

Respecto al comportamiento frente al ruido de los aglomerados porosos, parece que existe una clara relación entre el producto del porcentaje de poros por el espesor de capa y la disminución de ruido de un aglomerado poroso frente a uno denso convencional (Descornet 1988).

∆L = 0.005 n * e Donde: ∆L: disminución del nivel sonoro equivalente, en dB(A) n: porosidad de la mezcla, en % e: espesor de capa, en mm Esto quiere decir que puede obtener una reducción significativa de ruido del orden de 4 dB(A) si empleamos una capa drenante de 4 cm de espesor y un porcentaje de huecos superior al 20%. 1.4.4 Regularidad superficial La regularidad superficial de un pavimento, su uniformidad, es la propiedad principal que requiere un usuario cuando circula por una carretera, ya que de ella va a depender su comodidad. Para que una carretera resulte confortable a los usuarios a la vez que segura para la circulación de los vehículos, la superficie del pavimento no deberá prestar ningún tipo de resalto, oquedades u ondulaciones que produzcan en el interior del vehículo en marcha, aceleraciones que afecten a los pasajeros. La falta de regularidad de un pavimento se puede definir como la diferencia existente entre la superficie teórica y la real del pavimento. El estudio de la regularidad superficial de un pavimento, separación vertical entre la superficie teórica y la real, es un problema tridimensional, sin embargo, por simplicidad, sólo se verifica la regularidad de su perfil longitudinal y transversal. La falta de regularidad en el perfil longitudinal es causa de cabeceos en los vehículos en movimiento, mientras que la falta de regularidad transversal origina el balanceo de los mismos.

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Por otra parte, al hablar del efecto de la regularidad superficial del pavimento sobre la comodidad de los usuarios que circulan sobre él, hemos de tener en cuenta otros factores que también influyen o al menos condicionan este efecto. En primer lugar, el grado de comodidad de una vía es muy relativo, puesto que cada uno aprecia a través del modo de conducir, suspensión del vehículo, duración del viaje, etc. Esto explica que no haya podido establecerse una correlación clara entre las medidas de la regularidad superficial del pavimento y las apreciaciones sobre su comodidad dadas por los diferentes usuarios del mismo. Generalmente se cuantifica la noción de comodidad por las aceleraciones experimentadas por los pasajeros del vehículo, referidas a unas gamas de frecuencias dadas. Estudios ergonómicos han puesto de manifiesto que el efecto de incomodidad que producen los movimientos de cabeceo y balanceo en los viajeros dependen no sólo de las aceleraciones que los producen, sino también de la frecuencia de los movimientos oscilatorios a que se ven sometido éstos. Estos estudios indican que las frecuencias que resultan más molestas para los usuarios de los vehículos están comprendidas entre 1 y 15 Hz. Para esta gama de frecuencias, los umbrales de aceleración que producen en los viajeros sensación de incomodidad, molestias o desórdenes físicos, son los siguientes:

Umbral de percepción → entre 0.01 y 0.015 m/s2 Umbral de molestias → entre 0.4 y 1 m/s2 Umbral de desórdenes físicos → a partir de 2 m/s2

Además, es dentro de esta gama de frecuencias donde se suelen producir fenómenos de resonancia: frecuencias de 1-3 Hz para la masa suspendida del vehículo y entre 5 y 15 Hz, para el pasajero sentado sobre su asiento. Los movimientos oscilatorios comprendidos fuera de estas frecuencias, resultan muy amortiguadas por el efecto de la suspensión. Esto puede apreciarse en la figura 1.11, donde se presenta una función de transferencia tipo. Figura 1.11 Variación de la relación de amplitudes de la aceleración y el perfil de la

carretera con la frecuencia de oscilación.

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Las posibles ondulaciones que presenta el pavimento son pues causa de molestias e incluso de riesgo. Dependiendo su incidencia de la amplitud y frecuencia de las vibraciones que provoquen. Para estudiar el efecto de las irregularidades que el perfil longitudinal tiene sobre la comodidad suele considerarse por separado la contribución de las diferentes ondas que lo componen. Por otra parte, se consideran las ondas de longitud corta (1-3 m) que son, para las velocidades normales de circulación, las que fundamentalmente inciden sobre la seguridad del vehículo, figura 1.12. Para estas longitudes de onda, la administración española recomienda limitar a 6 mm la amplitud de la oscilación, si se requieren eliminar las sensaciones de inconfortabilidad en vehículos ligeros, y a 1 mm, si se quiere incluso eliminar su percepción por los viajeros. Figura 1.12 Análisis de las longitudes de onda que afectan la comodidad y la seguridad

en función de la velocidad.

Para longitudes de onda media (13-40 m), que son las que inciden más directamente sobre la comodidad de los viajeros, es recomendable fijar unos valores en la amplitud de oscilaciones para los niveles de confortabilidad y percepción, de 50 y 5 mm, respectivamente.

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En la tabla 1.4 aparecen los valores recomendados por la administración francesa para la amplitud de las oscilaciones relativas a los niveles de aceptabilidad e inaceptabilidad, obtenidos para diferentes longitudes de ondas a partir de una encuesta entre los usuarios. Tabla 1.4 Amplitudes medias aceptables e inaceptables.

ONDAS CORTAS (1 a 3.3 m)

PEQUEÑAS ONDAS(3.3 a 13 m)

GRANDES ONDAS (13 a 40 m)

Umbral Aceptable 2 mm 4 mm 14 mm Umbral Inaceptable 3 mm 8.5 mm 27 mm

Estos valores son orientativos y pueden ir variando con el tiempo y según las administraciones al mejorar la calidad de los vehículos, la exigencia de los viajeros y las técnicas de construcción. Las ondas de gran longitud (mayores de 40 m) no son tenidas en cuenta normalmente al hablar de la seguridad superficial. Estas ondas no afectan a la comodidad, pero producen en el usuario sueño y cansando del que el conductor no es consciente, por lo que pueden ser peligrosas y producir graves accidentes. Por otro lado, la falta de una buena regularidad transversal, impide la adecuada evacuación del agua de la superficie del pavimento. La presencia de roderas en este hace que el agua se acumule en ellas aumentando el riesgo de deslizamiento y el posible vuelco por hidroplaneo. La profundidad de las roderas se limita a 0.5 cm en concepto de confort y a 3-4 cm por seguridad. 1.4.5 Características ópticas A la hora de optimizar un revestimiento de una carretera tanto desde el punto de vista de seguridad como de comodidad, además de exigir una adecuada adherencia, regularidad y un nivel sonoro admisible, es necesario exigir unas características ópticas que nos permitan una buena percepción, tanto de día como de noche, de los posibles obstáculos y señales, ya que son factores que inciden fundamentalmente en la seguridad de los usuarios. Estudios realizados en diversos países, ha llegado a la conclusión que para intensidades de tráfico iguales:

⇒ El índice de accidentes durante la noche es del orden de 2 a 3 veces superior al del día.

⇒ Los accidentes de noche son generalmente más graves que los de día. ⇒ Las salidas de la carretera son más frecuentes de noche que de día, así como los

choques por alcance, colisiones frontales y laterales, accidente con peatones, animales y obstáculos laterales.

Esta incidencia del número y la gravedad de accidentes se ve potenciada negativamente cuando a la noche se le suman condiciones climatológicas desfavorables.

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La percepción de un objeto de unas dimensiones dadas depende del contraste que este objeto presenta sobre el fondo sobre el que destaca, y para los usuarios de las carreteras este fondo es la última capa del pavimento (revestimiento). Matemáticamente el contraste se define como:

C = 100 (L0 – Lf) / Lf Donde: C: contraste, en % L0: luminosidad del objeto, en Lux Lf: luminosidad del fondo, en Lux El valor de C a partir del cual se puede apreciar un objeto depende de numerosos factores, entre los que podemos citar el tamaño del objeto, posibles deslumbramientos, etc. Pero en general para las condiciones normales este valor puede se puede encontrar próximo al 20%. Si comparamos las características ópticas de una carretera seca y mojada, observamos que estas varían notablemente. Cuando la carretera está seca la reflexión se realiza de una forma difusa, figura 1.13, pero si sobre la carretera tenemos una película de agua, esta actúa como un espejo, pasando de una reflexión difusa a una especular, incidiendo negativamente en la visibilidad. Asimismo, se aumenta el peligro de deslumbramiento por los focos de los vehículos que circulan en dirección contraria y por las superficies luminosas, tales como anuncios luminosos o los propios puntos de alumbrado público. Figura 1.13 Principales modos de reflexión de la luz.

Esto nos indica que una carretera que presente una buena evacuación de agua superficial, además de incidir favorablemente en la adherencia, mejora notablemente las características ópticas de la misma. Las mezclas asfálticas porosas son en estos casos dominios muy favorables, ya que tienen una gran adherencia y facilitan la evacuación del agua superficial. 1.5 Comportamiento estructural de los pavimentos flexibles Como el tema de este trabajo está referido a los pavimentos asfálticos, el comportamiento estructural que se mostrará en este apartado será enfocado a estos.

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Solicitaciones y cizallamiento Las solicitaciones que ocurren en los pavimentos flexibles bajo carga es algo complejo; recientes cálculos rutinarios de esas solicitaciones fueron desarrollados. Utilizando un modelo básico elástico de dos capas, la relación entre el espesor de las capas y las solicitaciones en los pavimentos flexibles es representada en las figuras siguientes. Figura 1.14 Solicitaciones verticales típicas en un pavimento flexible compuesto de 2

capas. ("E" refiere a los espesores de las capas).

Se nota que cuando las dos capas tienen la misma tiesura, la tensión adentro de la estructura disminuya de manera muy progresiva con la profundidad. Si la capa superior es más tiesa que la capa inferior, las solicitaciones son absorbidas de manera más rápida. Otras razones entre los espesores pueden ser inferidos a partir de estas dos curvas. Figura 1.15 Solicitaciones horizontales típicas en un pavimento flexible compuesto de 2

capas.

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La parte alta de la capa superior trabaja en compresión mientras la parte inferior trabaja en tracción – similarmente a una viga bajo carga. La capa inferior experimenta compresión cerca de la unión, compresión que disminuye con la profundidad. Figura 1.16 Cizallamiento en un pavimento flexible compuesto de 2 capas.

Se nota que cuando las dos capas tienen la misma tiesura, el cizallamiento adentro de la estructura se disipa de manera muy progresiva con la profundidad. Si la capa superior es más tiesa que la capa inferior, aparece un cizallamiento importante en el centro de la capa superior. Flexión Los pavimentos asfálticos se llaman "flexibles" puesto que la estructura total del pavimento "se dobla" o "desvía" las cargas del tráfico, confía en una capa superficial flexible que transmite las solicitaciones a las capas inferiores para que estas lleguen suficientemente amortiguadas al terreno natural. A diferencia de los pavimentos de concreto hidráulico llamados “rígidos”, debido a su alta rigidez (tiesura), tiende a distribuir la carga sobre un área relativamente amplia del subsuelo. La mayoría de la capacidad estructural del pavimento rígido reside en la losa de concreto. El pavimento flexible utiliza una capa superficial más flexible y distribuye cargas sobre un área más pequeña, como lo muestra la figura 1.17 mostrando un sistema simple de tres capas de pavimento para el flexible y dos capas para el rígido.

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Figura 1.17 Distribución de las cargas en los pavimentos flexibles y rígidos.

La figura 1.18 demuestra esquemáticamente cómo los pavimentos flexibles desvían las solicitaciones. Un deflectómetro se puede utilizar para determinar exactamente las características de la flexión de los pavimentos en servicio. Figura 1.18 Flexión por diferentes espesores de pavimentos (por cada curva fue

considerado el mismo material).

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El pavimento con un mayor espesor tiene menos flexión al punto de aplicación del cargamento. La flexión disminuye gradualmente alejándose del punto de aplicación. El pavimento delgado se dobla substancialmente al punto de aplicación del cargamento. La flexión disminuye rápidamente alejándose del punto de aplicación.

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2. Métodos de diseño Todos los métodos de diseño deben tener como último objetivo, la definición de las características y propiedades de los distintos elementos estructurales o capas del pavimento, sus espesores, así como de los correspondientes procedimientos constructivos, para poder garantizar que la estructura va a prestar adecuadamente el servicio para el que se proyecta y construye durante un determinado periodo de diseño o vida útil. Además, como en otras estructuras, hay que tener en cuenta, especialmente en ese proceso, las características del terreno de cimentación, las cargas procedentes de los vehículos y los efectos del clima. La definición del tipo de pavimento condiciona la etapa de construcción que debe comprender las características de los materiales y procedimientos constructivos, así como las especificaciones técnicas particulares. El diseño del pavimento debe apoyarse en criterios técnicos y económicos. Los primeros se refieren a las características estructurales, a las características funcionales o superficiales, al proceso constructivo y a la evolución del comportamiento del pavimento después de su construcción y puesta en servicio. Los aspectos económicos deben incluir no sólo los costos de construcción, sino también los de conservación y los de operación. 2.1 Aspectos teóricos y fundamentales de diseño Los métodos de diseño de pavimentos, tanto rígidos como flexibles, han sufrido importantes transformaciones a lo largo del tiempo. Desde aquellos primeros métodos de tipo empírico a principios del siglo pasado, que se basaban en un sistema de clasificación de suelos, o se apoyaban en pruebas de resistencia igualmente empíricas, hasta la época actual, estos sistemas se han visto enriquecidos por las aportaciones de importantes investigaciones, como las realizadas en tramos experimentales, entre los que destaca el llevado a cabo bajo la dirección de la AASHTO (American Association of State Highway and Transportation Officials), en Estados Unidos, y cuyos primeros resultados se incorporaron en 1962 a la tecnología de los pavimentos. Conceptos como el de equivalencia de cargas respecto a un eje, simple patrón en función de su efecto destructivo, el índice de espesor o número estructural para la equivalencia en la capacidad resistente de los diferentes materiales del pavimento y del índice de servicio para evaluar el comportamiento de los mismos, son aportaciones importantes del tramo de prueba AASHTO. Actualmente con la introducción de las computadoras, la utilización de sofisticados instrumentos, equipos de ensaye y medición, y procedimientos de análisis como el método del elemento finito, se han desarrollado métodos de diseño más avanzados, como los denominados mecanístico-empíricos, los cuales tienen un componente teórico, basado en un modelo estructural y un componente empírico, basado en resultados de laboratorio y observaciones en el campo, con los cuales se configura un modelo de comportamiento. En la tabla 2.1 se presenta un breve resumen de algunos de los diferentes tipos de métodos de diseño utilizados a través del tiempo.

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Tabla 2.1 Principales métodos de diseño.

• Métodos basados en pruebas de resistencia, CBR, 1925. • Métodos basados en pruebas elaboradas, de placa y triaxiales, 1945. • Métodos basados en análisis estructural de sistemas multicapa, Método Shell, 1950. • Métodos basados en evaluación estadística de comportamiento de los pavimentos,

Método AASHTO, 1961. • Métodos de catálogo, basados en análisis mecanicistas y matizados con información

experimental, presentados en forma práctica mediante secciones estructurales típicas. Método español MOPU, 1989.

Los modelos estructurales de la parte mecanicista están más avanzados que los modelos de comportamiento de la parte empírica. Los primeros generalmente se basan en una teoría mecánica, como la de la elasticidad, por ejemplo, mientras que los segundos son producto de ecuaciones de regresión, que pueden dar a lugar a dispersiones importantes, por lo que requieren de cuidadosas calibraciones y revisiones que aseguren una concordancia satisfactoria entre la predicción y la realidad, aspecto importante para el desarrollo confiable del método. Los modelos así desarrollados permiten evaluar la influencia de la variación de los espesores de las capas, de las cargas aplicadas, de la introducción de nuevos materiales, la influencia del medio, la aplicación de medidas de rehabilitación, la predicción del comportamiento del pavimento a través del tiempo, así como su vida remanente, y permite, entre otros beneficios, obtener un mayor nivel de confianza en el diseño. 2.2 Factores de diseño Los factores de diseño se pueden dividir en cuatro categorías: el tráfico y sus cargas, el medio ambiente, los materiales y el criterio de falla. 2.2.1 El tráfico y sus cargas En este apartado se incluyen las cargas por eje, el número de repeticiones de estas cargas, el área de contacto de las llantas y la velocidad de los vehículos. Cargas por eje En la figura 2.1 se muestra la distribución de las llantas de un típico trailer que consiste en un eje simple con una llanta a cada lado, además de un eje simple con dos llantas a cada lado y un eje doble, también llamado tandem (dos ejes simples juntos con dos llantas a cada lado). También es necesario mencionar que hay trailers con ejes triples (tridem), tres ejes simples juntos y cada uno de ellos con dos llantas a cada lado, además de otros tipos de ejes derivados de los anteriores, que dependen de la tipología del tráfico.

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Figura 2.1 Distribución de los ejes y sus llantas de un trailer típico.

De la figura presentada se puede deducir los múltiples tipos de ejes que pasan por una carretera debido a la gran variedad de vehículos, camiones y trailers, estos últimos también llamados tractores con semiremolques y remolques. Número de repeticiones Con el uso de computadoras, no es problema considerar el número de repeticiones de cada tipo de eje y evaluar el daño, es decir, ahora es posible obtener de cada tipología de tráfico (cantidad de coches, camiones y trailers) en específico, toda un tipología de ejes, simples, dobles, triples, etc. Y desarrollar para cada tipo de eje factores equivalentes para convertirlos en ejes equivalentes que en el caso del método AASHTO son de 18,000 libras o mejor dicho de 8.2 toneladas. Área de contacto En algunos métodos mecanicísticos es necesario conocer el área de contacto entre la llanta y el pavimento, para que pueda conocerse el área en la que se distribuirá la carga uniformemente. El área de contacto depende de la presión de contacto que ejerce la llanta. Generalmente se asume que la presión de contacto es igual que la presión que ejerce la llanta sobre el pavimento. Y como a mayor peso de la carga por eje, mayor presión ejercerá la llanta sobre el pavimento generando una mayor área de contacto y mayores efectos destructivos en el pavimento. Velocidad de los vehículos Otro factor relacionado con el tráfico es la velocidad de trayecto de los vehículos y se considera generalmente que a mayor velocidad, menores serán los esfuerzos a los que se someterá el pavimento.

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2.2.2 Medio ambiente Los factores ambientales que tienen influencia sobre el diseño de los pavimentos incluyen la temperatura y precipitación, ambos afectando el módulo elástico de los materiales de varias capas del pavimento. Temperatura El efecto de la temperatura en pavimentos asfálticos es diferente al que se produce en pavimentos de concreto hidráulico. Para los pavimentos asfálticos durante el invierno cuando la temperatura es baja, se rigidiza y se reducen los esfuerzos ejercidos por el tráfico, sien embargo tiende a reducirse su resistencia a la fatiga causando grietas sobre este. En los pavimentos de concreto asfáltico no sólo las bajas temperaturas tienen efecto en el encorvamiento de las losas sino también entre superficie de contacto que estas tienen sobre la capa en la que se apoyan, la sub-base. De noche cuando la temperatura en la parte superior de la losa es menor que en la que está en contacto con la sub-base, la losa se curva hacia arriba causando que las esquinas pierdan contando con la sub-base, causando esfuerzos mayores en las esquinas de las losas debido a las cargas que ejerce el tráfico. Durante el transcurso del día pasa lo contrario, la temperatura externa de la losa es mayor que la interna, provocando una curvatura hacia abajo que causa una falta de contacto en el centro de la losa con la sub-base. Cuando la temperatura baja a tal grado, se forma una capa de hielo que penetra en los pavimentos donde la parte más crítica es cuando esta capa se deshiela causando una saturación de los materiales y esfuerzos de los mismos. Precipitación La precipitación producida por la lluvia y la nieve afecta la cantidad de agua que se infiltra a las diferentes capas que conforman los pavimentos. Se deben realizar esfuerzos para drenar la mayor cantidad de agua en el menor tiempo posible para aliviar el efecto de deterioro que causa este factor. La localización del nivel freático también es muy importante, este se debe localizar como mínimo a 1 metro por debajo de la superficie del pavimento. En temporadas de incremento de lluvia o nieve se considerará que el nivel freático debe encontrase aún mas abajo dependiendo de las condiciones de la zona podría ser como mínimo mayor a 1.5 metros hasta los 4 metros. 2.2.3 Materiales En los métodos de diseño de pavimentos mecanísticos-empíricos, las propiedades de los materiales deben ser especificadas para que las respuestas del pavimento, tensiones, esfuerzos y desplazamientos en los elementos críticos puedan ser determinados. Estas respuestas son utilizadas con el objetivo de predecir si las fallas ocurrirán o la probabilidad de que ocurran.

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Las propiedades de los materiales que a continuación se mencionan se aplican tanto para pavimentos flexibles como rígidos:

1. Cuando los pavimentos se consideren como linealmente elásticos, el módulo elástico y de Poisson deben ser especificados.

2. En el caso de que el módulo elástico de un material varía con el tiempo en que se implementa la carga, se debe seleccionar el módulo de resiliencia, que es la propiedad básica de los materiales refiriéndose a una medida de las propiedades elásticas de un suelo que reconoce la existencia de características no lineales en su comportamiento.

3. Cuando un material se considere no linealmente elástico, la ecuación relativa que relacione el módulo de resiliencia con el estado de tensiones debe proporcionarse.

2.2.4 Criterios de falla En los métodos mecanísticos-empíricos del diseño de pavimentos, se deben de definir un número determinado de criterios de falla, cada uno dirigido a un tipo de esfuerzo. Esto contrasta con lo planteado por el método AASHTO que utiliza un índice que representa la calidad de servicio que presta el pavimento. Los criterios de falla en los métodos mecanísticos-empíricos se describen a continuación: En pavimentos flexibles Está generalmente aceptado que la fisuración por fatiga, la aparición de roderas y el cuarteo por temperatura son los tres principales esfuerzos a considerar para el diseño de los pavimentos flexibles y se describen brevemente en seguida: Fisuración por fatiga Se presenta debido a los esfuerzos de tensión horizontales en la parte de debajo de la carpeta de concreto asfáltico. Este criterio relaciona la cantidad permitida del número de repeticiones de carga con el esfuerzo a tensión que soporta obtenido a partir de pruebas de laboratorio a través de especimenes. Debido a las diferencias geométricas y condiciones de carga, el número permitido de repeticiones de carga es mucho mayor que lo que se obtiene mediante pruebas de laboratorio que normalmente se realiza en condiciones críticas. Por lo tanto este criterio debe incorporar un factor de ajuste para esta diferencia. Aparición de roderas Esto ocurre solamente en pavimentos flexibles y es un indicador de deformabilidad permanente a lo largo por donde pasan las llantas del tráfico. El tema se ha abordado de dos maneras, la primera es limitar el esfuerzo vertical de compresión en la parte de arriba del pavimento y la segunda es limitando las roderas a un nivel tolerable, aproximadamente 0.5 pulgadas, o mejor dicho, 13 mm.

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Cuarteo por temperatura Este tipo de esfuerzo al que es sometido el pavimento incluye la aparición de fisuras por bajas temperaturas y termales por fatiga. El cuarteo debido a bajas temperaturas es usualmente asociado a pavimentos flexibles en regiones donde las temperaturas pueden caer más de -23ºC. Las fisuras termales por fatiga se presentan si se ocupan asfaltos muy duros o si se endurecen por envejecimiento, sus fisuras son muy similares a las causadas por cargas repetitivas. En pavimentos rígidos La fisuración por fatiga ha sido considerada como el mayor o único criterio a utilizar al momento de diseñar un pavimento rígido. Actualmente se considera también el bombeo o erosión y el deterioro de las juntas. Fisuración por fatiga Es causado normalmente por el esfuerzo del borde en la mitad de la losa. El número permitido de repeticiones de carga para causar la fatiga depende de la razón de entre los esfuerzos a flexo-tensión y el módulo de ruptura del concreto. Bombeo por erosión y deterioro de las juntas Esto se presenta cuando debido al curveo que sufren las losas tanto en el día como en la noche ocasionado por la diferencia de temperaturas sumado a la repetición de las cargas del tráfico, en las esquinas de las losas se presenta un bombeo del material fino que compone la sub-base sobre la que está apoyado el pavimento agravando el fenómeno si las juntas entre las losas se encuentran deterioradas. 2.3 Métodos de diseño de pavimentos flexibles Debido el tema de este trabajo está limitado a los pavimentos asfálticos, a partir de aquí se referirá solamente a estos. Los métodos de diseño de pavimentos flexibles pueden ser clasificados dentro de siete categorías: 1. los métodos empíricos con o sin prueba de resistencia del suelo, 2. métodos limitantes de fallas, 3. los métodos limitantes de deflexiones, 4. aquellos métodos de regresión basados en el desempeño, 5. los mecanísticos-empíricos, 6. otros desarrollos que incluyen programas de cómputo, serviciabilidad, confiabilidad, cargas dinámicas, etc. Y por último la 7. los catálogos de secciones de pavimento. 2.3.1 Métodos empíricos El uso de los métodos empíricos que requerían de una prueba de la resistencia del suelo se remonta al desarrollo del Public Roads (PR) soil clasification system, es decir, al desarrollo

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del sistema de clasificación de los caminos públicos (Hogentogler and Terzagui, 1929), en donde al terreno natural se le clasificaba como uniforme de tipo A-1 hasta A-8 y no uniforme de tipo B-1 hasta B-3. El sistema PR fue modificado después por la Highway Research Borrad (HRB, 1945), mejor dicho, la junta de investigación de carreteras donde los suelos se agruparon de A-1 hasta A-7 y se le agregó un índice para diferenciar el terreno dentro de un mismo grupo. El método empírico que solicitaba una prueba de la resistencia del suelo fue utilizado por primera vez por el California Highway Department, el departamento de carreteras de California, en 1929 (Porter, 1950). El espesor del pavimento estaba relacionado con el California Bearing Ratio (CBR), definido como la resistencia a la penetración del terreno natural ante una carga estándar. Las desventajas de este tipo de métodos es que pueden ser aplicados solamente a un mismo tipo de condiciones ambientales, materiales y de carga. Si estas condiciones cambian, el diseño ya no resulta válido y un nuevo método debe desarrollarse a través del ensayo y error para que se adapte a nuevas condiciones. 2.3.2 Métodos limitantes de fallas Los métodos limitantes de fallas se usan para determinar el espesor de los pavimentos de manera que no se presenten las fallas. Las principales propiedades a tomar en cuenta de los componentes de los pavimentos y del terreno natural son su cohesión y su ángulo de fricción interno. Baber (1946) aplicó la fórmula de capacidad desarrollada por Terzaghi en 1943 para determinar el espesor del pavimento. McLeod (1953) usó los espirales logarítmicos para determinar la capacidad de carga de los pavimentos. Estos métodos fueron revisados por Poder (1959) en su primer libro, Principles of Pavement Design pero no se mencionaron ya en ediciones posteriores (Poder and Witczak, 1975). Esto no es una sorpresa porque con el incremento de la velocidad y el volumen del tráfico, los pavimentos también deben ser diseñados para brindar confort más que simplemente evitar las fallas estructurales. 2.3.3 Métodos limitantes de deflexiones Son empleados para determinar el espesor de los pavimentos de modo que la deflexión vertical no exceda un nivel permitido. La Kansas State Highway Comisión (1947) modificó la ecuación de Boussinesq de 1885 y limitó la deflexión del terreno natural a 0.1 pulgadas (2.54 mm). La marina de los Estados Unidos en 1953 aplicó la teoría de dos capas de Burmister desarrollada en 1943 y limitó la deflexión de la superficie a 0.25 pulgadas (6.35 mm). El uso de la deflexión como criterio de diseño tiene la aparente ventaja que puede ser medida fácilmente en el campo. Desafortunadamente, las fallas en los pavimentos son causadas por un exceso de tensiones y esfuerzos en lugar de deflexiones.

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2.3.4 Métodos de regresión basados en el desempeño Un buen ejemplo del uso de ecuaciones de regresión para el diseño de los pavimentos es el método AASHTO basado en los resultados de circuitos de prueba. La desventaja de este método es que el diseño por estas ecuaciones puede ser aplicado únicamente a condiciones similares a las de los circuitos de prueba. Para otras condiciones distintas, se deben realizar extensivas modificaciones basadas en teorías o la propia experiencia. Las ecuaciones de regresión también pueden ser desarrolladas a partir de pavimentos existentes ya puestos en servicio como aquellos usados en los sistemas de evaluación de pavimentos COPES (Darter et al., 1985) y EXPEAR (Hall et al., 1989). A diferencia de los circuitos de prueba, los materiales y la construcción de estos pavimentos no fueron controlados de tan buena manera como en los circuitos de prueba, así que se espera que exista una alta dispersión de los datos y un amplio margen de error. A pesar de que estas ecuaciones pueden ilustrar el efecto de varios factores sobre el desempeño del pavimento, su uso en el diseño de pavimentos es limitado por todas las incertidumbres que involucran. 2.3.5 Métodos mecanísticos-empíricos Los métodos mecanísticos-empíricos están basados en la mecánica de los materiales que relacionan una variable de entrada, como las cargas por eje, a una salida o respuesta del pavimento como un esfuerzo. Los valores de respuesta son usados para predecir esfuerzos basados en pruebas de laboratorio y de campo. Depende de la observación del desempeño porque la solamente la teoría no podría proveer diseños de pavimentos realistas. Kerkhoven y Dormon (1953) primero sugirieron el uso del esfuerzo vertical a compresión en la superficie del terreno natural como un criterio de falla para reducir las deformaciones permanentes, mientras que Saal y Pell (1960) recomendaron el uso del esfuerzo a tensión horizontal en la parte de debajo de la capa de asfalto para minimizar el fisuramiento por fatiga como se muestra en la figura 2.2. El uso de los conceptos anteriores en el diseño de pavimentos fueron primero presentados en los Estados Unidos por Dormon y Metcalf (1965). Figura 2.2 Desarrollos históricos.

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El uso del esfuerzo vertical a compresión para controlar las deformaciones permanentes esta basado en la teoría de que los esfuerzos plásticos son proporcionales a los esfuerzos elásticos en los materiales de los pavimentos. Así, si se limitan los esfuerzos elásticos en el terreno natural, los esfuerzos elásticos en los otros componentes sobre el terreno natural también se controlarán, por lo tanto, la magnitud de la deformación permanente en la superficie del pavimento será controlada también. Estos dos criterios han sido adoptados por la Shell Petroleum Internacional (Claussen et al., 1977) y el Asphalt Institute (Shook et al., 1982) en sus métodos mecanísticos-empíricos de diseño. Las ventajas de estos métodos son el mejoramiento de la confiabilidad del diseño, la capacidad para predecir los tipos de esfuerzos y la facilidad de extrapolarlos desde datos originados por pruebas de laboratorio y de campo determinadas. 2.3.6 Otros desarrollos Otros desarrollos en el diseño de pavimentos flexibles incluyen la aplicación de programas de cómputo, la incorporación de la serviceabilidad y confiabilidad, y la consideración de cargas dinámicas. Programas de cómputo Varios programas de cómputo basados en la teoría multicapa de Burmister. El más conocido es el programa CHEV desarrollado por la compañía de investigación Chevron (Warren y Dieckmann, 1963). El programa puede ser aplicado solamente a materiales linealmente elásticos pero fue modificado por el Instituto del Asfalto mediante el programa DAMA que considera los materiales granulares que no son elásticamente lineales (Hwang y Witczak, 1979). Otro programa también conocido es el BISAR desarrollado por la Shell, donde considera no solamente las solicitaciones verticales sino también las horizontales (De Jong et al ., 1973). También está el originalmente desarrollado por la universidad de California, Berkeley llamado ELSYM5, para sistemas elásticos de 5 capas bajo múltiples cargas de llanta (Kopperman et al., 1986). Basado también en la teoría multicapa pero dependiendo de las propiedades de esfuerzo de los materiales (Finn et al., 1986) esta el programa PDMAP (Probabilistic Distress Models for Asphalt Pavements) para predecir la fisuración por fatiga y la aparición de roderas en pavimentos asfálticos. Se encontró que las respuestas críticas obtenidas del PDMAP cotejaban favorablemente con las del SAPIV, programa de análisis de esfuerzos mediante el elemento finito desarrollado también en la universidad de California, Berkeley. Una desventaja importante de la teoría multicapa es asumir que cada capa es homogénea con las mismas propiedades a todo lo largo de la misma. Esta suposición hace difícil el analizar sistemas multicapa compuesto por matereales no lineales como lo son bases y sub-bases granulares sin tratar. El módulo elástico de estos materiales depende de los esfuerzos a los que son sometidos y varían a todo lo largo de la capa, así que una pregunta se presenta: ¿Cuál es el punto preciso a tomar en cuenta que se debe seleccionar en una capa de comportamiento no lineal que represente a toda la capa para su diseño? Si solamente los esfuerzos, tensiones o deflexiones críticas son las que normalmente se toman en el diseño de los pavimentos, un punto cercano relacionado a la carga aplicada puede ser

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razonablemente seleccionado. Sin embargo, si las tensiones, esfuerzos o deflexiones en diferentes puntos algunos cercanos a donde se aplica la carga y otros lejanos a esta son los que se desean, será difícil para la teoría multicapa el analizar materiales no lineales. Esta dificultad se puede superar usando el método del elemento finito. Duncan et al., (1968) primero aplicó el método de elemento finito para el análisis de pavimentos flexibles. El método más tarde se incorporó en el programa de cómputo ILLI-PAVE (Raad y Figueroa, 1980). Debido a que para hacer uso de este programa se requería una gran cantidad de tiempo ocasionada por la capacidad que en ese momento tenían las computadoras, se desarrollaron ecuaciones de regresión basadas en las respuestas obtenidas del ILLI-PAVE para su uso en el diseño (Thompson y Elliot, 1985: Gomez-Achecar y Thompson, 1986). El método no lineal de elemento finito también fue usado en el programa MICH-PAVE desarrollado por la universidad estatal de Michigan (Harichandran et al., 1989). Serviceabilidad y Confiabilidad Como resultado de los circuitos de prueba de la AASHTO, Carey e Irick (1960) desarrollaron el concepto del desempeño de los pavimentos refiriéndose a su serviceabilidad indicando que el espesor del pavimento también depende del desempeño que tendrá al final de su vida de diseño mediante un índice. Lemer y Mozavenzadeh (1971) presentaron el concepto de confiabilidad como un factor del diseño y un programa de cómputo probabilístico para analizar un sistema de tres capas visco-elástico fue desarrollado (Moavenzadeh et al., 1974). Este programa que incorporaba los conceptos de serviceabilidad y confiabilidad fue modificado por la administración de carreteras federal de los Estados Unidos (Federal Highway Administration, FHWA, 1978) y renombrado como VESYS II. Después varias versiones de este programa fueron desarrolladas como la llamada VESYS IV-B (Jordahl y Rauhut, 1983). El concepto de confiabilidad también fue incorporado en el sistema de diseño de pavimentos flexibles de Texas (Darter et al., 1973b) y en la guía de diseño AASHTO (AASHTO, 1986). Aunque los procedimientos de la AASHTO son básicamente empíricos, el reemplazo del valor empírico que se utilizaba para la capacidad portante del suelo por el módulo de resiliencia indicó la tendencia del uso de métodos mecanísticos. En otras palabras el módulo de resiliencia es el módulo de eslasticidad bajo repetidas cargas. Cargas Dinámicas Todos lo métodos anteriores están basados en cargas estáticas o en movimiento sin considerar los efectos de la inercia debido a las cargas dinámicas. Mamlouk (1987) describió un programa de cómputo capaz de considerar el efecto de la inercia e indicó que este es más pronunciado cuando se encuentra que el terreno natural es poco firme carente de roca de apoyo o también cuando el terreno está congelado, para estas dos condiciones los efectos causados por la vibración y por el impulso de la carga se intensifican.

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2.3.7 Catálogo de secciones La falta de adecuación que presentan los métodos empíricos, limitantes de fallas y deflexiones, métodos de regresión, mecanísticos-empíricos, programas de cómputo, modelos que incluyen el elemento finito, etc. para el diseño de pavimentos cuando se tratan de secciones o materiales diferentes a los considerados en los mismos, especialmente en la definición de los módulos de elasticidad y leyes de fatiga, ha llevado a las administraciones de algunos países a la presentación de una serie de catálogos estructurales de secciones de pavimentos, en particular en países europeos como lo son Francia y España, que nos ofrecen en función del tráfico y la categoría de explanada, una serie de secciones que son las que mejor se adaptan a los materiales, climatología y procedimientos de la zona. Ambos catálogos se mostrarán detalladamente en el siguiente capítulo.

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3. Catálogo de secciones de pavimento Español y Francés Como se mencionó en el capítulo anterior, la falta de adecuación que presentan todos los tipos de métodos, modelos y programas de cómputo cuando se tratan de secciones o materiales diferentes a los considerados en los mismos, especialmente en la definición de los módulos de elasticidad y leyes de fatiga, ha llevado a las administraciones de algunos países a la presentación de una serie de catálogos estructurales de secciones de pavimentos, en particular en países europeos como lo son España y Francia, que nos ofrecen en función del tráfico y la categoría de explanada, una serie de secciones que son las que mejor se adaptan a los materiales, climatología y procedimientos de la zona. Ambos catálogos se describirán a lo largo de este capítulo. 3.1 Catálogo de secciones de pavimento Español 3.1.1 Instrucción de firmes 6.1 y 6.2 El primer catálogo de secciones estructurales de firmes lo publicó el Ministerio de Obras Públicas en el año de 1975. Recogía cuatro tipos de pavimentos, uno de concreto hidráulico (firmes rígidos, Instrucción 6.2.-I.C.) y tres asfálticos con bases granulares, asfálticas y tratadas con cemento Pórtland (firmes flexibles, Instrucción 6.1.-I.C.). Definía tres categorías de explanadas, que se ajustaba a los criterios empleados en España para la clasificación de suelos y construcción de explanadas y 4 categorías de tráfico.

Categorías de explanada

E1 – CBR entre 5 y 10 E2 – CBR entre 10 y 20 E3 – CBR mayor que 20

La categoría de explanada viene dada en función del tipo de suelo empleado en la construcción de su coronación: 1, suelo adecuado (CBR 5 – 10); 2, suelo seleccionado (CBR 10 – 20) y 3, suelo seleccionado (CBR > 20) o bien suelos estabilizados que se asimilan a algunas de estas categorías: S-EST1, S-EST2 y S-EST3. Debajo de la capa de coronación se colocan suelos de igual o inferior calidad, pero esta ha de tener un espesor mínimo de manera que amortigüe las tensiones que llegan al suelo de calidad inferior y puedan ser soportadas por éste. Este espesor mínimo se obtiene a partir de la curva experimental del ensayo CBR, figura 3.1. De esta forma se puede suponer que el comportamiento de la explanada no viene afectado por las capas inferiores y que su valor de soporte, su categoría como explanada es el de la capa superior.

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Figura 3.1 Curvas originales CBR, A se refiere a los datos de 1942 y B son los originales.

Categorías de tráfico

T1 – 4x106 – 107 aplicaciones de ejes de 13 toneladas T2 – 8x105 – 4x106 aplicaciones de ejes de 13 toneladas T3 – 8x104 – 8x105 aplicaciones de ejes de 13 toneladas T4 – 104 – 8x104 aplicaciones de ejes de 13 toneladas

La categoría de tráfico se determina a partir de considerar la suma de todas las cargas a que estará sometida el firme durante su vida en servicio, transformando las diferentes cargas y ejes a ejes tipo de 13 toneladas, o suponiendo un factor medio de equivalencia de vehículo pesado de 0.5 ejes de 13 toneladas.

ejes simples = 4

13

=

Pn

ejes tandem =

4

1324.1

∗=

Pn

siendo P la carga del eje en toneladas

Para cada categoría de tráfico y explanada se definen unas secciones tipos, las cuales fueron establecidas a partir de los cálculos obtenidos aplicando los métodos experimentales, adaptándolas al clima y materiales españoles de acuerdo con la experiencia de los técnicos del Ministerio de Obras Públicas en el año 1975. El haber reducido el número y tipo de secciones de firmes, en principio innumerables al poder

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cambiar de múltiples formas los espesores y los materiales en los métodos de dimensionamiento, convirtió a las carreteras construidas con estas secciones en tramos experimentales que permiten observar su comportamiento y corregir su diseño, como de hecho se ha realizado en las nuevas ediciones de la Instrucción de Carreteras. 3.1.2 Instrucción de firmes de 1990 En esta instrucción de 1990 hubo un incremento en general de todas las capas del firme al mismo tiempo que se introducen nuevos materiales: concreto hidráulico compactado en seco, concreto hidráulico pobre, mezclas porosas, cuyo uso ha comenzado posteriormente a la primera edición. Se mantienen al igual que en la instrucción de 1975, las tres categorías de explanadas relacionadas con la clasificación y el CBR de los suelos empleados en la construcción de la capa de coronación de la explanada. Para el tráfico se consideraría una nueva categoría, más pesada y se determinan estas cinco categorías en función de la intensidad media diaria de los vehículos pesados (IMDp) en el carril de proyecto y en el año de puesta en servicio.

T0 IMDp ≥ 2,000 T1 2,000 > IMDp ≥ 800 T2 800 > IMDp ≥ 200 T3 200 > IMDp ≥ 50 T4 50 > IMDp

La instrucción del año 90 supone, con independencia de su tipología, categoría de tráfico o de explanada, un aumento de los espesores de las capas de todos los materiales empleados en su construcción, que es más acusado en aquellos materiales tratados con cemento hidráulico. El uso de las secciones de tipo semirrígido de la Instrucción del año 75 puso de manifiesto que estas capas, dada su mayor rigidez, estaban sometidas a una tensión excesiva en su base, por lo que se decide aumentar su espesor y apoyarlas siempre sobre otra capa también tratada con cemento (sub-bases de suelo cemento), con el fin de reducir los esfuerzos. Lo mismo ocurre con los pavimentos de concreto hidráulico, se aumenta su espesor, que se establece además como espesor mínimo de losa y no como espesor medio, por la enorme influencia que las pequeñas variaciones de espesores tienen en su comportamiento. 3.1.3 Secciones de firme y capas estructurales de firmes, O.C. 10/2002. Hace pocos años el Ministerio de Fomento ha publicado en el año 2002 una Orden Circular (“Secciones de firme y capas estructurales de firmes, O.C. 10/2002), en que nuevamente se modifican los tipos de secciones estructurales a emplear con cada categoría de tráfico.

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Se ha introducido una nueva categoría de tráfico, T00, para un IMDp > 4,000 vehículos pesados/día y se han desdoblado las categorías de tráfico T3 y T4.

T00 IMDp ≥ 4,000 T0 4,000 > IMDp ≥ 2,000 T1 2,000 > IMDp ≥ 800 T2 800 > IMDp ≥ 200 T31 200 > IMDp ≥ 100 T32 100 > IMDp ≥ 50 T41 50 > IMDp ≥ 25 T42 25 > IMDp

Los cambios más significativos en esta nueva edición hacen referencia a la estructura y categoría de explanadas, figura 3.2. Se han aumentado ligeramente los espesores de las capas superiores de la explanada para las categorías E1 y E2, pero, sobre todo, se ha introducido la obligación de estabilizar la capa de coronación de las explanadas de categoría E3. Esto ha sido motivado por la necesidad de asegurar la capacidad de soporte de la explanada, sobre todo para las categorías de tráfico pesado. A los efectos de definir la estructura del firme en cada caso, como se mencionó anteriormente, se establecen tres categorías de explanada, denominadas respectivamente E1, E2 y E3. Estas categorías se determinan según el módulo de compresibilidad en el segundo ciclo de carga (Ev2), obtenido de acuerdo con la NLT-357 de la normatividad española "Ensayo de carga con placa ", cuyos valores se recogen en la tabla 3.1. Tabla 3.1 Módulo de compresibilidad en el segundo ciclo de carga.

CATEGORIA DE EXPLANADA E1 E2 E3 Ev2 (MPa) ≥ 60 ≥ 120 ≥ 300

Figura 3.2 Formación de explanada.

SUELOS INADECUADOS O MARGINALES (IN)

CATEGORIA DE LA

EXPLANADA

E1 (Ev2≥ 60 MPA)

SUELOS TOLERABLES (0)

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E2 (Ev2≥ 120 MPA)

E3 (Ev2≥ 300 MPA)

SUELOS ADECUADOS (1)

E1 (Ev2≥ 60 MPA)

E2 (Ev2≥ 120 MPA)

CATEGORIA DE LA

EXPLANADA

E3 (Ev2≥ 300 MPA)

SUELOS SELECCIONADOS (2) y (3)

-

ROCA (R)

-

-

Suelo inadecuado o marginal (Art. 330 del PG-3)

Suelo tolerable (Art. 330 del PG-3)

Suelo adecuado (Art. 330 del PG-3)

Suelo seleccionado (Art. 330 del PG-3)

Suelo seleccionado (Art. 330 del PG-3)

Suelo estabilizado in situ (Art. 512 del PG-3)

Suelo estabilizado in situ (Art. 512 del PG-3)

Suelo estabilizado in situ (Art. 512 del PG-3)

Hormigón (Art. 610 del PG-3)

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Respecto a las nuevas secciones del catálogo, figuras 3.3 y 3.4, se observa: que ha reducido su variedad y se han eliminado las secciones de mezcla directamente sobre explanada, las secciones con base de concreto hidráulico seco compactado y el empleo de zahorras naturales como sub-bases del firme. Los espesores también han experimentado en algunos casos un ligero aumento, pero quizás el cambio más significativo ha sido la eliminación de los tipos de secciones antes señaladas y la obligación de uso de capas de coronación estabilizadas para la categoría de explanada E3. Figura 3.3 Catálogo de secciones de firmes para las categorías de tráfico pesado T00

a T2 en función de la categoría de explanada. T00

E1 - E2 -

CATEGORIA DE

EXPLANADA E3

T1

E1 -

E2

CATEGORIA DE

EXPLANADA

E3

T0 - -

T2

Mezclas bituminosas Gravacemento

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Hormigón de firme

Hormigón magro vibrado

Suelocemento

Zahorra artificial

Figura 3.4 Catálogo de secciones de firmes para las categorías de tráfico pesado T3 y

T4, en función de la categoría de explanada. T31

E1

E2

CATEGORIA DE

EXPLANADA

E3

T41

E1

CATEGORIA DE

EXPLANADA

E2

T32

T42

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E3

Mezclas bituminosas

Hormigón de firme

Suelocemento

Zahorra artificial

Catálogos de secciones estructurales de firmes locales Los catálogos de secciones estructurales permiten ajustarse lo más posible a las peculiaridades del tráfico, materiales y climatología de país. Es por ello, que algunas comunidades autónomas y sus ayuntamientos están publicado sus propios métodos de dimensionamiento y catálogos de secciones estructurales con el fin de ajustar estas secciones a sus propias condiciones y materiales. Así la Junta de Castilla-León he editado estas secciones estructurales, haciendo especial hincapié en las secciones con tráfico medio y bajo. Presenta unas sub-categorías con el fin de ajustarlas a una red provincial más extensa y de menor intensidad de tráfico que la rige. Las categorías de tráfico consideradas son las siguientes:

T1 IMDp ≥ 800 T32 100 > IMDp ≥ 50 T21 800 > IMDp ≥ 400 T41 50 > IMDp ≥ 25 T22 400 > IMDp ≥ 200 T42 25 > IMDp ≥ 12

T31 200 > IMDp ≥ 100 T42 12 > IMDp Lo mismo ocurre con el ayuntamiento de Madrid que presenta sus propias secciones, recomendando las firmes mixtos constituidos por una base de hormigón y un pavimento asfáltico, con el fin de proteger las canalizaciones del subsuelo. Se definen tres categorías de tráfico en función de la IMD y la presencia o no de autobuses T. Pesado-IMD>15,000 T.Medio-IMD<15,000 con autobuses y T.Ligero-IMD<sin autobuses. Recomendaciones generales de uso del catálogo de firmes español El procedimiento a seguir en el empleo de catálogos de secciones estructurales es muy sencillo, basta con conocer las características de los suelos y las características del tráfico, para conocer las categorías de la explanada y del tráfico que nos permitirá entrar en el catálogo de secciones estructurales y elegir el firme que se ajusta a nuestras condiciones de proyecto. Es precisamente, en la elección del tipo de firme donde reside ahora la mayor dificultad del proceso, ya que debemos seleccionar dentro de un abanico

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de posibilidades aquel que se ajuste mejor a los materiales, clima y proceso constructivo de la zona. En este sentido habrían de tomarse en cuenta las siguientes recomendaciones:

- No sobre valorar la calidad y capacidad de soporte de los materiales. La tendencia normal es a intentar que los materiales, sobretodo de la explanada, sean de la categoría más alta posible, con el fin de reducir el espesor de las capas. De no ser suelos de muy buena calidad contrastada por la experiencia, no deben admitirse como material E-3, ya que se corre el riesgo de colocar capas tratadas directamente sobre materiales poco estables y homogéneos que dificultan su extensión y compactación e influyen posteriormente en su comportamiento. (Esta recomendación es válida para catálogos que aún mantienen la categoría E-3 para suelos con CBR > 20. El Ministerio de Fomento obliga a la estabilización de suelos para la categoría E-3 para evitar en parte este problema).

- Seleccionar materiales de una alta cohesión para las capas de base. Las

instrucciones y catálogos de proyecto permiten dentro de un mismo tipo de firme una gran variedad de materiales. Así, por ejemplo, la instrucción de carreteras permitía para capa de base mezclas tipo S, G y A. Sin embargo, figura 3.5, el empleo de uno u otro tipo de mezcla tiene una gran importancia en el comportamiento del firme y en su vida de fatiga. Es recomendable el empleo de materiales dotados de alta cohesión, caso de mezclas tipo S.

Figura 3.5 Influencia del tipo de mezcla sobre la vida del firme.

50

- Controlar la calidad de los materiales. El control de calidad tiene como finalidad primordial comprobar día a día que las operaciones se están realizando tal y como se indican en el proyecto, con el fin de que si detecta cualquier anomalía pueda corregirse a tiempo. Por ello, el importante que los resultados de los ensayos se obtengan con premura y que en el proyecto hayan quedado muy claro los parámetros a controlar y el margen de aceptación y de rechazo de éstos.

Es necesario considerar a toda la estructura de pavimento de una carretera o de una calle como una estructura viva, en evolución. Que al día siguiente de su puesta en servicio va a comenzar a deteriorarse y que es necesario conservar y mantener. La sección que hemos fijado en proyecto lo único que nos asegura es que su colapso no va a producirse de forma rápida o instantánea y que la estructura es adecuada para ir mejorándola y manteniéndola en el tiempo. Por ello es necesario proceder a la auscultación sistemática que pondrá de manifiesto los tramos más débiles, que serán sobre los que antes habrá que actuar. 3.2 Catálogo de secciones de pavimento Francés Las autoridades Francesas decidieron disponer de métodos prácticos de diseño, de utilización más fácil y que son la aplicación del método general, caracterizado por unas hipótesis básicas y parámetros fijados, cuales son el reflejo de las políticas aplicadas o de las políticas posibles. En este apartado se presentarán los métodos empíricos de diseño de uso en Francia. 3.2.1 Consideración general del tráfico El trafico es un parámetro importante de entrada del catalogo. Para el diseño de carreteras, el modelo francés considera el número de vehículo pesado que la carretera tendrá que soportar durante su vida efectiva. Y para la elección de las capas superiores, es necesario conocer la clase de tráfico Ti, obtenida de la media diaria anual de vehículo pesado al momento de su inauguración. • Definición de un vehículo pesado El vehiculo pesado en Francia es definido por la norma NF P 98-082 como un vehiculo cuyo peso total supera 3,5 toneladas (Peso Total con Carga- PTAC ≥ 35 kN). • Determinación de la clase de tráfico TI La determinación de la clase de tráfico es necesaria para la elección de las capas superiores y de las características de los materiales a utilizar. El modelo introduce el

51

concepto de MJA (media diaria anual), es el promedio de vehículos pesados por día y por año, por cada dirección de la carretera al momento de su puesta en marcha. Las clases de tráfico retenidas son las siguientes: Tabla 3.2 Clases de trafico en el modelo francés.

• Determinación de la clase de tráfico acumulado TCI El trafico acumulado determina el numero total de vehiculo pesado que la carretera tendrá que soportar durante su tiempo de utilización. Excepto en casos particulares, la duración de vida para las carreteras comunes en Francia es de 20 años. Esta duración puede ser elevada a 30 años o más por las carreteras con tráfico importante y por las que necesitaran el mínimo de operaciones de mantenimiento futuro como las vías rápidas urbanas. El tráfico acumulado TC es obtenido por la relación siguiente:

( )1365

2t d d

TC N d ré ù´ ´ -ê ú= ´ ´ + ´ê úë û

Esta relación toma en cuanto el crecimiento lineal del tráfico, donde: N: número de vehículos pesados por día al momento de la puesta en marcha por

sentido de circulación. t: tasa de crecimiento lineal anual del tráfico. (Sin documentación precisa la tasa

elegida será de 2% por defecto, asegurándose de no sobrepasar la saturación de la carretera).

d: vida de diseño (en años). r: repartición transversal de los vehículos pesados. La configuración de las carreteras (2 vías a veces estrechas hasta 2x3 vías) conduce a una repartición transversal de las solicitaciones en las calzadas.

Clase

MJA Vehiculo pesado / dirección

T5 T4 T3 - T3 + T2 - T1 -

0 25 50 85 150 300 750 2000 5000

T2 + T1 + T0 TS Texp

200 500

52

Las reglas siguientes son adoptadas durante el cálculo del tráfico acumulado: Tabla 3.3 Índice de repartición transversal.

Tipo de carretera Repartición transversal, r

Bidireccional, anchura³ 6 m r = 1

Bidireccional, 6 m ³ anchura ³ 5 m r = 1,5

Bidireccional, anchura£ 5 m r = 2

Unidireccional r = 1

Carretera 2 x 2 vías r = 0,9

Carretera 2 x 3 vías r = 0,8

Las clases de tráfico acumulado TCi son las siguientes: Tabla 3.4 Clases de tráfico acumulado. Clase

TCi

TC0

TC1

TC2

TC3

TC4

TC5

TC6

TC7

TC8

Valores limites de TC

en vehiculo pesado

60,01.10

a

60,1.10

60,1.10

a

60, 2.10

60, 2.10

a

60,5.10

60,5.10

a

61,5.10

61,5.10

a

62,5.10

62,5.10

a

66,5.10

66,5.10

a

617,5.10

617,5.10

a

643,5.10

>

643,5.10

La clase TC0 no existe en las normas pero fue creada para las carreteras con muy poco tráfico. Para los tráficos inferiores a 10000 vehículos pesados, la determinación de las estructuras de pavimentos será hecha con la clase TC0.

53

• Determinación de la clase TCI sin datos precisos Cuando los datos relativos al trafico de vehículos pesados no son conocidos, la determinación de la clase de trafico TCi puede ser efectuada con elementos simples y reglas de simplificación. Dos casos diferentes son considerados: Caso 1: Solo el número total de vehículos (MJA) es conocido. En este caso, los valores de TC correspondiendo a un % de vehículos pesados de 5% son considerados:

MJA £ 250 veh/día…………………………TC0

250 £ MJA £ 500 veh/día………………..…TC1

500 £ MJA £ 1500 veh/día…………………TC2

1500 £ MJA £ 3000 veh/día……………..…TC3

3000 £ MJA £ 7500 veh/día……………..…TC4 Para los tráficos superiores a 7500 veh/día, por dirección, una evaluación precisa del tráfico de los vehículos pesados es necesaria. Caso 2: Carreteras de zonas urbanas. Es necesario estimar la clase TCi de tráfico de las vías a construir según el tamaño de las zonas residenciales y el tipo de vías. Los valores considerados son las siguientes: Tabla 3.5 Estimación de la clase de trafico en función del tipo de carretera.

Tamaño de la zona residencial

Tipo de vía Clase TCi

Poca importancia

( < 50 viviendas)

Vía de acceso TC0

Red distribución secundaria TC0 Media importancia

( 50 hasta 500 viviendas) Red distribución local TC1

Red distribución secundaria TC0

Red distribución local TC1

Gran importancia

( 500 hasta 1000 viviendas)

Red distribución principal TC2

Más allá de 1000 viviendas, un estudio del tráfico es necesario.

54

3.2.2 Diseño de la plataforma • Fuerza de sustentación a corto y largo plazo La realización de una carretera necesita una fuerza de sustentación mínima de la plataforma durante la obra. Lo anterior sería lo que corresponde a la fuerza de sustentación a corto plazo. Si esta fuerza de sustentación no es suficiente, un mejoramiento es necesario para construir las diferentes capas de la calzada. El diseño de la carretera es realizada considerando la fuerza de sustentación a largo plazo de la plataforma soporte, constituida del terraplén y de la sub-rasante eventual. La fuerza de sustentación a largo plazo de la sub-rasante de una carretera depende:

a. De la fuerza de sustentación del terreno que soporta la carretera, en su entorno hídrico a largo plazo.

b. De las mejoras eventuales realizadas por el saneamiento y la sub-rasante. Entonces, para diseñar y realizar una carretera necesita conocer las fuerzas de sustentación a corto y largo plazo de las plataformas. La fuerza de sustentación de los terrenos es relacionada con sus características geotécnicas y particularmente su sensibilidad al agua. La identificación geotécnica se hace en referencia a la norma NFP 11-300 y la utilización de esos terrenos con el Guide Technique pour la Réalisation des remblais et des couches de forme (LCPC/SETRA 1992); El nivel de precisión y el contenido de un estudio geotécnico son relacionados con la complejidad del lugar y la importancia del proyecto. Por muchos casos, y sobretodo cuando la carretera es construida en el terreno natural, la experiencia permite transformar la identificación geotécnica en una simple verificación. El procedimiento propuesto en las guías destinadas a los diseñadores considera los puntos siguientes: ¿Que tipo de terreno se encuentra a lo largo y ancho del trazo? ¿Cual es la fuerza de sustentación a corto plazo de esos terrenos (después del desmonte)? ¿Cual es la fuerza de sustentación a largo plazo de la carretera? ¿Si necesario mejorar la fuerza de sustentación del terraplén?, ¿de manera general o puntual?, ¿Cómo proceder y cuál va a ser el resultado obtenido en los casos comunes? Si el nivel de fuerza de sustentación considerado por el terraplén no satisface el criterio del diseñador, es necesario diseñar una sub-rasante. Esta se determina con la fuerza de sustentación provisional al nivel del terraplén. Son considerarán de esa manera las sub-rasantes tratadas en la obra o aportadas.

55

• Procedimiento de diseño El procedimiento seguido en las normas de diseño en Francia tiene por objetivo el diseño y la realización de las carreteras en base a cuatro clases de plataformas (PF1 a PF4). No es posible diseñar una carretera si la fuerza de sustentación a largo plazo es menor a 20 MPa. Las clases de plataformas consideradas en Francia son las siguientes:

PF1: valor de fuerza de sustentación por el diseño….……………. 20 MPa

PF2: valor de fuerza de sustentación por el diseño….…………….. 50 MPa

PF3: valor de fuerza de sustentación por el diseño………………. 120 MPa

PF4: valor de fuerza de sustentación por el diseño….…………… 200 MPa Es importante notar que la plataforma PF1 se puede considerar únicamente por las carreteras de bajo trafico ≤ TC3, en los casos donde la mejora de la fuerza de sustentación del enrase o la realización de una sub-rasante para obtener una PF2 no se puede considerar. Sin embargo para realizar una carretera es necesario tener, durante la obra, una fuerza de sustentación mínima de 30 MPA por los tráficos inferiores a la clase TC3 y 50 MPa por los tráficos de clase TC3. Esta limitación no se aplica por las carreteras de trafico ≤ TC2, usando materiales tratados directamente en la obra. El siguiente diagrama de flujo traduce las fases sucesivas del procedimiento seguido.

56

Figura 3.6 Diagrama de flujo del procedimiento de diseño del pavimento.

• Suelos comunes en Francia Características de los suelos

57

Las clases geológicas de los suelos en Francia se reparten principalmente en 4 grandes familias:

1. Los suelos finos arcillosos. Esos suelos son los más encontrados cuando la carretera es construida al nivel del terreno natural. Se trata de los limos, arcillas con silex o moleña, escombros arcillo-arenoso y arena infra-yesoso. Las subcategorías de esta gran familia pueden ser discernidas por el carácter arcilloso del suelo (prueba con el VBs NFP 94.068 o índice de plasticidad NFP 94.051)

2. Los suelos margosos y calizos, mezclas de marga y de caliza, identificados por el porcentaje y la plasticidad de los elementos finos

3. Los suelos de tipo arena y grava. Son arenas finas, limpias o contaminadas y gravas aluviales.

4. Los suelos modificados. Estos suelos son constituidos por materiales de aportación muy diversos. Un estudio particular es necesario no solamente para identificar sino también para los riesgos de apisonamientos ulteriores.

Fuerza de sustentación de los suelos La tabla 3.6 presenta una clasificación de los tipos de suelos y precisa, en función de las condiciones climáticas durante la ejecución de la obra, el nivel de fuerza de sustentación estimada de esos suelos. Las valores indicados son las valores previsibles (y no contractuales), obtenibles en 80 % de los casos. Las condiciones atmosféricas consideradas son favorables por un periodo veraniego seco. Las condiciones medias corresponden a una primavera y un otoño poco lluvioso o un verano mediocre. Las malas condiciones sirven por un periodo invernal o un periodo lluvioso importante. Tabla 3.6 Fuerza de sustentación de diferentes tipos de suelo.

Tipos de suelos Suelos finos y arcillosos Suelos margosos y

calizos Arena y grava

Principales formacione

s geológicas

Limos, escombros arcillo-arenoso o areno-arcilloso,

arcilla, arcilla con pedernal, arena infra-yesoso

Aluviones gruesos, margas, caliza gruesa

Arena y grava aluvional, escombros arenosos, arena fina

Descripción de los suelo

s

Categorías de los suelos

limos poco plásticos

(VBs < 6), arcilla y

marga poco plásticas,

arcilla arenosa sin

bloques

limos plásticos

(VBs > 6), arcilla y marga

plásticas, arcilla

arenosa con

bloques, arcilla

Proporción de

elementos finos > 20

%

Proporción de

elementos finos < 20%

arena aluvional limpia, arena fina

limpia (<12%

elementos finos)

Gravas

limpias

58

pedregosa

Clasificación

geotécnica (G.T.R)

A1- A2 A3 – C1/A3 – A4

R3 – C1/Ai – C1/B1

R1 – R2 – C2/Ai – C2/Bi

B2 – B5 – B6 –

B4 – B3 B1 – D1 D2 –

D3

Condiciones favorables ≥ 40 ≥ 40 ≥ 60 ≥ 80 ≥ 60 ≥ 40 ≥ 80

Condiciones medias 15 hasta 40 15 hasta 40 15 hasta 60 30 hasta 80 30 hasta

60 ≥ 40 ≥ 80

Fuerza de

sustentación a corto plazo del

suelo (estimación

en MPa)

Malas condiciones

No mensurable

hasta 15

No mensurable

hasta 15

No mensurable

hasta 15 10 hasta 30

No mensurable hasta

15

15 hasta 40 ≥ 50

Fuerza de

sustentación a largo plazo

20 hasta < 50 MPa

20 hasta < 50 MPa

20 hasta < 50 MPa

20 hasta < 50 MPa

20 hasta < 50 MPa

50 hasta < 80 MPa

> 50 hasta < 120 MPa

• Mejora de la fuerza de sustentación en el terraplén Para una realización correcta y facilitada, las normas imponen como mínimo una fuerza de sustentación del terraplén de 30 MPa. Los catálogos de diseño recomiendan principalmente tres técnicas: el tratamiento in-situ por los materiales que así lo permiten, la sustitución si el defecto es general y el terreno no es adecuado para recibir un tratamiento in situ, y la realización de unas purgas localizadas si el defecto es aislado. Tratamiento in-situ La mayoría de los suelos tratados son suelos finos, más o menos plásticos (suelos A1 o A2) por los cual es posible obtener, de manera indicativa, la definición del tratamiento (características y dosificación del ligante) y las consecuencias del mismo tratamiento por la sustentación. Para todos los tratamiento de suelos, las tomas de decisión no pueden ocurrir sin un reconocimiento y un estudio mínimo como es precisado en el GTS ( Guide technique – Traitement des sols à la chaux et/ou aux liants hydrauliques. Document LCPC/Setra – enero 2000). Purgas, sustitución y drenaje La técnica de mejora de la fuerza de sustentación del terraplén con la realización de purgas es aplicable únicamente cuando el defecto es localizado. Si el defecto es general, se trata de realizar una sustitución. La realización de purgas o de sustituciones se puede

59

decidir solamente al momento de la ejecución de la obra después de una investigación para explicar el defecto. El defecto de sustentación proviene en general ya sea de un cambio local del aspecto del material (zona anormalmente humilde por ejemplo), o de un cambio local de las características del material: zona con piedra, arcilla, o incluso de un cambio entre lo planeado y el estado real del terreno. Tabla 3.7 Fuerza de sustentación de los suelos tratados.

Arenas y gravas Clase del suelo Suelos finos y arcillosos

B5/B6 B2/B3/B4

Definición indicativa del tratamiento

Limos tipo A1 o A2 (tratamiento con 2 o 4 % de

cal)

Suelos finos y arcillosos tipo A3 – C1/A3

(tratamiento posible después de una

investigación necesaria)

Tratamiento con cal comparable al

de los suelos finos y arcillosos

Tratamiento con un reactivo adaptado;

investigación necesaria

Fuerza de sustentación antes del tratamiento (en

MPa)

No mensurable

hasta 15, malas

condiciones

15 hasta 40, condiciones

medias

No mensur

able hasta

30

30 hasta

60

No mensurable hasta

30

30 hasta

60

Fuerza de sustentación (en MPa) después del

tratamiento sobre 35 cm. (espesor eficaz)

≥ 20 ≥ 30 ≥ 30

Fuerza de sustentación (en MPa) después del

tratamiento sobre 50 cm. (espesor eficaz)

≥ 30 ≥ 40

Depende de la constitución del reactivo

La sustitución del material no puede ser eficaz si el espesor no es de 35cm mínimo, un espesor mas importante es recomendada por los manuales. El uso de un geotextil permite una reducción de 10 a 15 cm. La naturaleza del material de sustitución depende del diagnostico realizado. El drenaje es necesario cada vez que el problema tiene como origen un nivel acuífero demasiado cerca. Puede ser el complemento de una purga pero eso impone el uso de material de aportación para drenando.

60

• Sub-rasante Las sub-rasantes son en general realizadas en suelos tratados in-situ (arriba del terraplén ya tratado). Las normas permiten el uso de los excedentes de desmontes o de materiales reciclados. El espesor de la capa de sub-rasante es determinada en la tabla siguiente, según las características del material y la fuerza inicial de sustentación del terraplén. Tabla 3.8 Fuerza de sustentación de la sub-rasante.

Fuerza de sustentación del

terraplén (condiciones

medias)

Tipo de suelo

30 hasta 40 MPa 40 hasta 60 MPa 60 hasta 80 MPa

Suelos tratados in-situ

Limos (suelo A) tratado con cal (0 – 3%) y con un ligante hidráulico (5 – 8%)

Suelos areno-limosos (suelo B) con

tratamiento adaptado

Suelos guijoso tratado con ligante hidráulico

adaptado

35 cm. => PF2

50 cm. => PF3

(en 2 capas)

No considerado

35 cm. => PF3

30 cm. => PF3

No considerado

Gravas no tratadas

Gravas calizas

Concreto o material de demolición

reciclado

Geotextil + 40 cm. => PF2

Geotextil + 25 cm. => PF2

No considerado

MIOM no tratadas 75 cm. => PF2 40 a 50 cm. => PF2 No considerado

MIOM tratadas, arenas tratadas con

ligante hidráulico

45 cm. => PF3 30 cm. => PF3

35 cm. => PF4

30 cm. => PF4

Gravas tratadas con ligante hidráulico

No considerado 30 cm. => PF3 30 cm. => PF4

61

normalizado

• Control de la fuerza de sustentación de las plataformas Las plataformas son controladas con las pruebas siguientes, según el tamaño de la obra y el tipo de sub-rasante: Medida de la fuerza de sustentación con la prueba de placa EV2 (NFP 94.117.1) o con la prueba de placa dinámica E. Medida de la deformabilidad (NFP 98.200.1) con la viga de Benkelman o con un deflectógrafo bajo un eje de 130 kN. Por las obras importantes, el control se realiza con las medidas de flexión. Las tablas siguientes indican los criterios exigibles por una plataforma. En cuanto a las sub-rasantes tratadas con un ligante hidráulico, los valores son por 28 días. La mayor parte del tiempo, el plazo no puede ser respectado. La metodología siguiente es propuesta por la legislación: Ya sea por una prueba de conveniencia realizada en una parte de la obra verificando que la metodología de colocación es la misma por toda la obra. También por información, el deflectógrafo es pasado lo mas temprano posible y todos los valores relativos obtenidos en la obra son consideradas para discernir una diferencia característica de una anomalía. Tabla 3.9 Sub-rasante no tratada.

Clase de plataforma deseada Modulo EV2 o E en MPa

Deflexión en mm medido con, el deflectografo

Lacroix o con la viga de Benkelman bajo eje de 130

kN

PF1 No considerado Prueba no adaptada

PF2 50 2,0

PF3 120 0,9

Tabla 3.10 Sub-rasante en suelo arcilloso o limos tratados in situ.

62

Clase de plataforma deseada

Modulo EV2 o E en MPa Deflexión en mm medido con, el deflectografo Lacroix o con la viga de Benkelman

bajo eje de 130 kN

PF2 50 hasta 120 0,80

PF3 120 hasta 200 0,60

PF4 - 0,50

Tabla 3.11 Sub-rasante en suelo arenoso o gravas tratadas con ligante hidráulico.

Clase de plataforma deseada Deflexión en mm medido con, el deflectografo Lacroix o con la viga de

Benkelman bajo eje de 130 kN

PF2 0,80

PF3 0,60

PF4 0,50

3.2.3 Materiales de las carreteras Los materiales constituyentes de las diferentes capas de la carretera deben responder a varias exigencias determinadas por las normas. Las presentaciones y descripciones de esos materiales son adjuntadas al fin. Esas fichas conciernan los materiales propuestos en los catálogos de diseño francés, a saber: Materiales por capas asfálticas:

o BBTM (béton bitumineux très mince)……………concreto bituminoso muy delgado

o BBM (béton bitumineux mince)…………………..concreto bituminoso delgado o BBDr (béton bitumineux drainants) ………………concreto bituminoso

absorbiendo o BBSG (béton bitumineux semi-grenu)………….concreto bituminoso

semigranoso o BBME (béton bitumineux a module élévé)………..concreto bituminoso de alto

modulo Materiales bituminosos por base y sub-base:

63

o GB (grave bitume)………………………………..grava bituminosa o EME (enrobé a module élevé)……………….de alto modulo

Materiales por base y sub-base:

o GNT (graves non traitées)……………………….grava no tratada o MIOM non traités ……………………………………….materiales inertes

resultantes de residuos domésticos no tratados o GH (graves traitées aux liants hydrauliques)…..grava tratada con ligante

hidráulico o SH (sables traités aux liants hydrauliques)…….aréna tratada con ligante

hidráulico o MIOM traitées aux liants hydrauliques………………….MIOM tratadas con

ligante hidráulico o BC (béton de ciment)………………………….concreto de cemento

Suelos finos tratados con ligante hidráulico 3.2.4 Diseño de la estructura En este apartado, las hipótesis del catálogo nacional para la red no estructurante (catalogue nacional pour le réseau non structurant) , es decir excluyendo las autopistas fueron retenidas. Se trata entonces de una vida de diseño de 20 años con una tasa anual de progresión de 2%. • Estructuras retenidas En este párrafo son indicadas para cada familia de estructura retenida:

⇒ Los materiales utilizados como base y sub-base. ⇒ La combinación de diferentes materiales utilizados. ⇒ Las condiciones de pegadura en las interfases de las capas.

Estructuras bituminosas (asfálticas) gruesas Descripción general Esas estructuras se componen de una capa de rodamiento bituminosa sobre un cuerpo de calzada en materiales tratados con ligantes hidrocarbonatos, hecho de una, dos o tres capas.

64

Se diferencian de las demás estructuras por un espesor de materiales bituminosos más importante, entre 15 y 40 cm. La rigidez y la resistencia en tracción de la base y sub-base permiten repartir y atenuar los esfuerzos verticales transmitidos al soporte, los esfuerzos creados por las cargas rodantes son soportados en tracción-flexión en las capas ligadas. Esas estructuras son compuestas de varias capas bituminosas; cuando están pegadas, la extensión máxima se produce en la base de la capa más profunda, pero si las capas son despegadas, cada una esta solicitada et tracción y se puede romper prematuramente. Así que la calidad de las interfases tiene una gran influencia en el comportamiento de esas estructuras. Con un diseño adecuado, la aparición de degradaciones en la base y súbase es generalmente posterior a las degradaciones de las capas superiores. Tampoco no se observa deformaciones permanentes debidas a una solicitación excesiva del suelo. Materiales utilizados

⇒ Grava bituminosa de clase 3 (GB3). ⇒ Pavimento de alto modulo de clase 2 (EME 2).

Combinaciones de capas Figura 3.7 Estructuras bituminosas (asfálticas) gruesas típicas. Condiciones de interfase Todas las capas están pegadas entre sí. Estructuras semi-rígidas Descripción general Estas estructuras se componen de una capa de rodamiento asfáltico (bituminoso) sobre una base y una sub-base con materiales tratados con ligantes hidráulicos, en una o dos capas, cuya espesor total es de 20 a 50 cm.

Carpeta asfáltica

GB3

GB3

Carpeta asfáltica

EME 2

EME 2

65

Su funcionamiento puede ser representado de la manera siguiente: Figura 3.8 Comportamiento de una estructura semi-rígida.

Debido a la gran rigidez de los materiales tratados con ligantes hidráulicos, los esfuerzos verticales transmitidos al suelo son muy débiles. Sin embargo, la base tratada recibe esfuerzos de tracción-flexión, determinantes por su diseño. La interfase carpeta asfáltica/base es también una zona sensible porque:

⇒ Recibe fuertes esfuerzos normales y de cizalladura horizontal. ⇒ Los centímetros superiores de la base están en general de resistencia mas

importante. Esas bases y sub-bases son sujetadas a fenómenos de contracción. Aunque esta impedido por el roce de la sub-base en su soporte, provoca una grieta transversal, cual sube a través de la carpeta asfáltica. Las grietas aparecen en la capa superior con un espacio regular, del orden de 5 a 20m, con una apertura variable entre unos decimos de milímetros. En general bien delimitadas, esas grietas aumentan y se desdoblan bajo el efecto del tráfico. Materiales utilizados Tabla 3.12 Materiales utilizados en estructuras semi-rígidas.

Material Clase Condiciones de utilización

Grava cemento GC o ligante por carretera GLR G3 Base o súbase

Grava pretriturada GLp G3 Base o súbase

Grava granulada GLg G2 Base o súbase

Arena tratada S3 Base o súbase

BB

GH

Suelo

P

st st

εz

66

Arena tratada S2 súbase

MIOM tratada S2 súbase

Suelos finos tratados in-situ S2 Base o súbase

Suelos finos tratados de aportación S2 Base o súbase

Estructuras de referencia Figura 3.14 Estructuras semi-rígidas de referencia.

Estructuras mixtas Descripción general Estas estructuras se componen de una carpeta asfáltica y de una base asfáltica (10 a 20 cm., en general grava bituminosa) sobre una sub-base en materiales tratados con ligante hidráulicos (20 a 40 cm.). Las diferentes capas tienen un papel funcional distinto: la sub-base hidráulica reparte y atenúa los esfuerzos transmitidos al suelo soporte, las capas bituminosas (asfálticas) sirven a frenar la subida de las grietas transversales de las capas inferiores y reducen los esfuerzos de flexión en la base de la estructura, asegurándola una unidad y continuidad. Debido a los continuos movimientos de dilatación diferencial entre la grava bituminosa y la grava hidráulica (y la acción de tráfico), la adherencia de esas dos capas puede

Carpeta asfáltica

GC o GLR (G3)

GC o GLR (G3)

Carpeta asfáltica

GLp (G3)

GLp (G3)

Carpeta asfáltica

GLg (G2)

GLg (G2)

67

romperse, creando un fuerte aumento de los esfuerzos de tracción en la base de la capa bituminosa. Materiales utilizados Las gravas y arenas tratadas con ligante hidráulico son incorporadas en la estructura como sub-base. El material utilizado en la base es la grava bituminosa de clase 3 (GB3). Estructuras de referencia Figura 3.15 Estructuras mixtas de referencia.

Condiciones de interfase Todas las capas se consideran pegadas entre sí. Estructuras sueltas Descripción general

Carpeta asfáltica

GB3

GC o GLR (G3)

Carpeta asfáltica

GB3

GLp (G3)

Carpeta asfáltica

GB3

GLg (G2)

Carpeta asfáltica

GB3

S3 o S2

68

Estas estructuras se componen de una capa asfáltica delgada (menos de 15 cm.), a veces reducida a una simple capa superficial, puesta sobre una o varias capas de materiales granulares no tratados. El espesor total de la estructura es en general entre 30 y 60 cm. Su funcionamiento puede ser representado de la manera siguiente: Figura 3.16 Comportamiento de una estructura suelta.

Los materiales granulares que constituyen la sub-base de la estructura tienen una pequeña rigidez. La capa bituminosa sigue siendo delgada, los esfuerzos verticales son transmitidos al soporte con poca repartición. Los esfuerzos verticales elevados se crean por repetición, las deformaciones plásticas se transforman en deformaciones permanentes en la capa superior de la estructura. La carpeta asfáltica recibe a su base esfuerzos importantes y repetidos de tracción-flexión. La evolución la mas frecuente de las estructuras sueltas se manifiestan primero con la aparición de deformaciones permanentes de tipo rodado y depresiones, las cuales deterioran las calidades de uniformidad transversal y longitudinal. Las solicitaciones repetidas de flexión-tracción en la carpeta bituminosa producen una degradación, bajo la forma de grietas aisladas evolucionando poco a poco hacia un cuarteado.

P

εz

εz

εt

BB

No tratado

Suelo

69

Materiales utilizados Base: grava bituminosa de clase 3 (GB3) o grava no tratada tipo B2 (GNT B2). Sub-base: GNT tipo B2 o B1. Estructuras de referencia Figura 3.17 Estructuras sueltas de referencia. Condiciones de interfase Todas las capas se consideran adheridas entre sí. • Elección de la carpeta asfáltica Materiales Los materiales mas usados son los concretos asfálticos (concretos bituminosos, BB). La elección de la carpeta asfáltica debe efectuarse considerando los objetivos buscados con las características de uso (por ejemplo adherencia, ruido, reacción con la lluvia. La elección de la capa de rodamiento se realiza con la ayuda, por ejemplo, de una tabla multi-criterio de este tipo: Tabla 3.13 Características de las diferentes carpetas asfálticas.

Técnica BBTM BBDr BBM BBSG

Normas NFP 98-137 98-134 98-132 98-130

Espesor (cm.) 2 – 3 3 – 4 3 – 5 5 – 9

Adherencia inicial + + + 0

Seguridad Adherencia 5

años + + 0 0 a -

Carpeta asfáltica

GB3

GNT B2

Carpeta asfáltica

GB3

GNT B1

Carpeta asfáltica

GNT B2

70

Mejora de la unidad 0 + + ++

Comodidad

Silencio + ++ 0 a + 0 a +

aportación estructural - - + ++

Estanqueidad - - - + ++

Comportamiento a la rodada + ++ + 0 a -

Leyenda: ++ Excelente + Bien 0 Aceptable - Mediocre - - Malo También es necesario considerar los datos económicos del proyecto. La capa de rodamiento esta en general asociada a otra capa asfáltica (capa de conexión). Esa capa puede ser de BBSG o de BBME. Definición y diseño de la carpeta asfáltica El espesor de la carpeta asfáltica no resulta de cálculos sino principalmente de exigencias tecnológicas de realización de obra y de consideraciones empíricas en cuanto a las grietas. Bajo la acción del trafico, la carpeta asfáltica esta sometida por las llantas a varios esfuerzos complejos. Sin embargo, su comportamiento mecánico es estudiado únicamente en cuanto a los esfuerzos normales. Para determinar el espesor de la carpeta con materiales bituminosos, tres situaciones son consideradas: Para las estructuras sueltas, el método racional no permite determinar el espesor de la capa asfáltica. Así los métodos empíricos son utilizados. El esquema siguiente propone un espesor en cuanto al tráfico acumulado: Figura 3.18 Espesor de la carpeta asfáltica en función del tráfico acumulado

(estructuras sueltas).

71

0

2

4

6

8

10

12

14

10^4 10^5 1,3.10 5̂ 10^6

Trafico acumulado

Esp

esor

en

cm

Para las estructuras con base hidráulica, la capa asfáltica asegura una protección mecánica y térmica. Es también en este caso la experiencia quien da una referencia por la elección de un espesor mínimo, para prever y limitar los riesgos de desorden al nivel de la capa de rodamiento. Parece deseable considerar un valor mínimo, en función del trafico, de 6 cm. para las carreteras de poco trafico hasta 12 o 14 cm. para un tráfico de 2000 vehículos pesados al día (clase T0). Mas allá de este limite, este tipo de estructura no es adecuado. Para las otras estructuras, el espesor de la capa de rodamiento es determinada en función de los límites tecnológicos de cada técnica y el espesor total de la estructura es deducido de los cálculos de diseño. • Hipótesis de cálculo Los cálculos de estructura fueron realizados con el método descrito en el Guide technique de conception et de dimensionnement des structures de chaussées de diciembre 1994. Las hipótesis consideradas son las siguientes. Coeficiente de agresividad estructural media del tráfico. Las formulas de diseño francés se basan en un eje estándar de 130 kN (13 toneladas). Las convenciones se basan en esa referencia de 130 kN cuya agresividad fue fijada a 1. La configuración de los ejes (aislado, tándem, tridem), de las ruedas (simple o gemelas) y sus cargas son variables de un vehículo pesado a otro. Por otra parte, el daño provocado por la aplicación de una carga depende del tipo de los materiales.

72

A partir de unas encuestas estadísticas de las cargas circulantes en las diferentes carreteras francesas, el coeficiente de agresividad del eje medio fue calculado en comparación con el eje estándar de 130 kN. Figura 3.19 Histograma de las cargas en función los ejes simples en la red de carretera

francesa (encuesta SETRA 1979).

Figura 3.20 Histograma de las cargas en función los ejes tándem y tridem en la red de

carretera francesa (encuesta SETRA 1979).

0,05 0,542,54

4,646,44

9,71

13,18

10,112,24

21,72

15,13

3,04

0,53 0,1 0,3 0,01 00

5

10

15

20

25

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170

kN

%

Los valores medios retenidos por el coeficiente de agresividad se muestran en la tabla siguiente. Para las carreteras que soportan un tráfico pesado en particular, es necesario recalcular el coeficiente de agresividad.

0,67

6,57 6,858,4

11,16

21,09

11,89

4,823,66 3,5

4,376,14 6,6

3,24

0,78 0,19 0 0 0,05 0,02

0

5

10

15

20

25

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

110

120

130

140

150

160

170

180

190

200

kN

%

73

Tabla 3.14 Coeficiente de agresividad de los diferentes tipos de estructuras en función

de la clase de trafico.

Clase de trafico TCi Tipo de estructura

TC0 – TC1 TC2 TC3 ≥ TC4

Plataforma O,4 O,5 O,75 1

Bituminosa gruesa 0,4 0,5 0,5 0,5

Suelta 0,4 0,7 1 1

Mixta 0,4 0,5 0,75 0,75

Semi-rígida 0,4 0,8 0,8 0,8

Tráfico acumulado utilizado para el diseño La tabla siguiente indica, para cada clase de tráfico acumulado TCi y para cada tipo de estructura, el número de ejes equivalentes (en millones) utilizado por el diseño de las estructuras del catalogo. El número de ejes equivalentes es igual al tráfico acumulado por el coeficiente de agresividad. Tabla 3.15 Número de ejes equivalentes (en millones) por cada tipo de estructura y

por cada clase de trafico acumulado.

Clase de trafico TCi Tipo de estructura

TC0 TC1 TC2 TC3 TC4 TC5 TC6 TC7 TC8

Bituminosa gruesa 0,025 0,05 0,1 0,3 0,8 2 5 13 30

Suelta 0,07 0,15 0,3 0,7 1,7 4,3 10,4 26 60

Mixta 0,05 0,1 0,2 0,5 1,3 3,2 7,8 19 45

Semi-rígida 0,05 0,1 0,2 0,6 1,4 3,5 8,3 20 48

74

Riesgo de cálculo La tabla siguiente da los valores de riesgo de cálculo considerado en función de la clase de tráfico acumulado y del tipo de estructura. Tabla 3.16 Riesgo de cálculo en función de la clase de trafico acumulado y del tipo de

estructura.

Clase de trafico TCi Tipo de estructura

≤ TC1

TC2 TC3 TC4 TC5 TC6 TC7 TC8

Estructura suelta y bituminosa 30% 30% 18% 10% 5% 2% 1% 1%

Base y súbase tratadas 20% 12,5% 10% 7,5% 5% 2,5% 1% 1%

Súbase de estructuras mixtas 50% 50% 35% 20% 10% 3% 2% 1%

Materiales Las características de los materiales considerados por los cálculos son indicadas en las fichas de los materiales. Las tablas siguientes recapitulan todas sus características. Son valores tomados en cuanto por el diseño. Esos valores son obtenidas aplicando a los valores de estudio, las exoneraciones definidas en el Guide technique de conception et de dimensionnement des structures de chaussées. MATERIALES BITUMINOSOS (El coeficiente de Poisson es igual a 0.35). Tabla 3.17 Característicos de los materiales bituminosos.

E en MPa

(10°C, 10 Hz)

E en MPa

(15°C, 10 Hz)

ε.106

(10°C, 25 Hz)

- 1/b SN Sh (m) Kc

BBSG 7200 5400 100 5 0,25 ** 1,1

75

GB2 12300 9300 80 5 0,3 ** 1,3

GB3 12300 9300 90 5 0,3 ** 1,3

EME 2 17000 14000 130 5 0,25 ** 1

** Sh (en m) depende del espesor total de la base y sub-base: Sh=0,01m si h < 0,10m Sh=0,01 + 0,3 x (h-0,1) si 0,10m ≤ h ≤ 0,15m Sh= 0,025m si h > 0,15m MATERIALES TRATADOS CON LIGANTE HIDRAULICO (El coeficiente de Poisson es igual a 0.25). Tabla 3.18 Características de los materiales tratados con ligante hidráulico.

Materiales E (MPa) S6 (MPa) - 1/b SN Sh (m) Kc Kd

Grava cemento o grava G3 23000 0,75 15 1 0,03 1,4 1

Grava pretriturada (activo otro que cal)

G3 23000 0,80 13,7 1 0,03 1,5 1

Grava granulada (activo otro que cal)

G2 20000 0,65 12,5 1 0,03 1,5 1

Clase S2 8500 0,43

Arena (escoria)

Clase S3 12500 0,65

10 0,8 0,025 1,5 1

Clase S2 12000 0,50

Arena cemento

Clase S3 17200 0,75

12 0,8 0,025 1,5 1

Clase S1 5000 0,27 MIOM

tratadas Clase 12000 0,50

12 0,8 0,025 1,5 1

76

S2

Suelo tratado in-

situ

Suelo S2 3000 0,30 11 0,8 0,04 1,4 1

Suelo tratado de aportación

Suelo S2 4000 0,40 11 0,8 0,025 1,4 1

GRAVA NO TRATADA (El coeficiente de Poisson es igual a 0.35). Tabla 3.19 Características de las gravas no tratadas.

Tipo de grava Modulo E (MPa) Valor máx. de E

A o B1 por capas de 25cm 2 veces el modulo de la capa inferior 200 MPa

B2 por capas de 25cm 3 veces el modulo de la capa inferior 600 MPa

• Verificación debido al hielo Elección del invierno de referencia La elección de invierno de referencia condiciona la frecuencia eventual de barreras de deshielo. En la práctica, se consideran dos situaciones de referencia:

⇒ El invierno excepcional HE, cual corresponde al invierno mas riguroso encontrado entre 1951 y 1997.

⇒ El invierno riguroso no excepcional HRNE definido como un invierno de frecuencia decenal en el periodo 1951 – 1997.

La tabla da los valores de situaciones de referencia de unas ciudades francesas por los inviernos no excepcionales: Tabla 3.20 Inviernos de referencia por unas ciudades francesas.

77

Ciudad HRNE

Marignane (sureste de Francia) 20

Bordeaux (suroeste de Francia ) 40

Lille (norte de Francia) 85

Paris 100

Strasbourg (Noreste de Francia) 180

Figura 3.21 Índice de Hielo por el invierno 1962-1963 en Francia.

78

Los valores de referencia deben ser utilizados por las zonas no urbanizadas. Para las vías ubicadas en una zona urbana, una exoneración de 20% puede aplicarse. Proceso de verificación El proceso de verificación está descrito en el Guide technique de conception et de dimensionnement des structures de chaussées. La verificación al hielo consiste en comparar el índice de hielo atmosférico de referencia IR, que caracteriza el invierno de referencia para el cual queremos proteger la estructura, al índice de hielo admisible por la estructura IA. Este índice se evalúa en función de la estructura de la carretera, de la sensibilidad al hielo y del espesor no resquebrajadizo del soporte. Si IA ≥ IR, la verificación es positiva. La estructura puede ser retenida. Si IA < IR la verificación es negativa. Es necesario entonces o de cambiar el tipo de estructura o de modificar la concepción de la sub-rasante para obtener una mejor protección. El esquema siguiente explicita el proceso utilizado: Figura 3.22 Verificación al hielo.

Carpeta asfáltica Base

Sub-base

Sub-rasante

Suelo

IR = índice de hielo atmosférico de

IA = índice de hielo admisible en la

QB = cantidad de hielo admisible en la

parte superior de laQng = protección térmica aportada por

materiales noQg = cantidad de hielo admisible en la

parte superior del terraplén

79

Para cada estructura propuesta, fueron determinado dos valores de QB a obtener en la plataforma para que la protección sea eficiente por dos tipos de inviernos de referencia (100° x días por el invierno riguroso no excepcional y 200° x días por el invierno riguroso excepcional. Para los inviernos de rigurosidad intermedia entre esos dos valores, una interpolación linear se realiza para determinar QB. La determinación de QB es obtenida de Qg y de Qng: QB = Qg + Qng Determinación de Qg El cálculo de Qg necesita caracterizar la sensibilidad al hielo de los materiales de la capa superior del terraplén y de la subrasante. Sensibilidad al hielo de los materiales: Según la naturaleza, los suelos y los materiales granulados son más o menos sensibles al fenómeno de cryosuccion. Esta sensibilidad esta evaluada en laboratorio por la prueba de inflado (NF P 98-234-2). El valor de la pendiente de la curva de inflado determina la clase de sensibilidad al hielo. Figura 3.23 Pendiente de la prueba de inflado (unidad: mm/√(ºC x horas).

Los materiales tratados con cemento, o con cal y cemento, son insensibles al hielo, aunque su resistencia en tracción por hendimiento (NF P 98-408) sea al mínimo de 0,25 MPa si son susceptibles de estar en contacto con el hielo (por ejemplo sub-rasante dejado libre un invierno antes de la realización de las capas superiores).

0,05 0,40

SGn SGp SGt

Pendiente de la prueba de inflado (unidad: mm/√ (°C x horas)

Con SGn : material no resquebrajadizo SGp : material poco resquebrajadizo SGt : material muy resquebrajadizo

80

Los materiales tratados únicamente con cal son considerados como poco resquebrajadizos (pendiente de 0,4). En el caso de que no es posible disponer de los resultados de prueba de inflado, se puede adoptar las clases de sensibilidad al hielo mencionado en la tabla siguiente indicativa. Tabla 3.20 Clase de sensibilidad al hielo por tipos de materiales.

Clasificación geotécnica del suelo o del material no tratado

Clase de sensibilidad al hielo (a adoptar sin los resultados de la prueba de inflado)

Materiales cuyo % pasante a 80mm es < 3% (una parte de los materiales D) SGn

A3, A4, B1 SGp

A1, A2, B2, B3, B5, B6, R1 SGt

Es importante notar los puntos siguientes: Los criterios geotécnicos no son suficientes para caracterizar la sensibilidad al hielo de un material, cual puede según su procedencia encontrarse en cada una de esa clase. Esta tabla fue elaborada suponiendo para cada material la clase de sensibilidad más elevada en más de 10% de los casos estudiados. Una aplicación estricta de esta tabla puede desembocar en subestimaciones, en particular para los suelos finos. Además, los materiales granosos sensibles al hielo con la prueba de inflado no presentan una caída de la fuerza de sustentación significativa. No es posible pronunciarse por los materiales no presentes en la tabla con los conocimientos actuales. Para esos materiales una prueba de inflado es indispensable. Una vez determinada la sensibilidad al hielo de los materiales, la plataforma (terraplén y sub-rasante) esta dividida en capas de la misma clase de sensibilidad al hielo no resquebrajadizo, poco resquebrajadizo o muy resquebrajadizo. Por los requerimientos de la verificación al hielo y deshielo, se representa la plataforma geométricamente por un esquema en por lo cual la sensibilidad al hielo crece con la profundidad. Eso se obtiene:

⇒ Asimilando a materiales poco resquebrajadizos (SGp) los materiales no resquebrajadizos ubicados debajo de una capa poca resquebrajadiza.

⇒ Asimilando a materiales muy resquebrajadizos (SGt) los materiales ubicados debajo de una capa muy resquebrajadiza.

81

Llamando hn y hp los espesores en centímetros de materiales no resquebrajadizos (SGn) y poco resquebrajadizos (SGp), Se obtiene siempre uno de esos tres esquemas: Figura 3.22 Casos de cálculo de resistencia al hielo.

Cálculo de Qg La cantidad de hielo admisible en superficie de un material resquebrajadizo, Qg, es obtenido con el pendiente de la prueba de inflado, p, de este material. La tabla permite calcular Qg. Tabla 3.21 Cantidad de hielo admisible en superficie de un material resquebrajadizo

Cantidad de hielo admisible en superficie de un material resquebrajadizo

Valor de p 0,05 < p ≤ 0,25 0,25 < p ≤ 1 p > 1

Valor de Qg 4 1/p 0

En el caso 2, la cantidad Qg en la parte superior del material sensible se calcula directamente con la misma tabla. Para el caso 3, se determina con la ayuda de la tabla, la cantidad de hielo admisible en superficie de cada de los dos materiales SGp y SGt. Se nota respectivamente esas cantidades Qg (SGp) y Qg (SGt). La cantidad de hielo admisible en superficie de la capa de material poco resquebrajadizo (SGp) depende del espesor hp de materiales poco resquebrajadizos, y se determina con la formulas siguientes:

SGn

SGn SGn

SGp

o SGt

SGp

SGt

hn

hn hn

hp

Capas inferiores insensibles al hielo

Capas inferiores sensibles al hielo

Capas inferiores sensibles al hielo

Caso 1 Caso 2 Caso 3

82

Si hp ≥ 20 cm Qg = Qg (SGp) Si 0 ≤ hp ≤ 20 cm Qg = (1/20) x [Qg (SGp) – Qg (SGt)] x hp + Qg (SGt) Esas formulas se traducen gráficamente por el esquema siguiente: Figura 3.23 Valor de Qg en función del espesor hp de materiales SGp (cm).

Determinación de Qng El valor de Qng se obtiene por la formula: Qng = An x [hn2/ (hn+10)] Con hn: espesor de la capa no resquebrajadiza en cm An: coeficiente dependiente de la naturaleza del material de subrasante El coeficiente An se encuentra en la tabla siguiente. Tabla 3.22 Valor del coeficiente An para cada tipo de material.

Material A B, C D, GNT CV, SH LTCC

83

An 0,15 0,13 0,12 0,17 0,14

A, B, C y D : clases de suelos no tratados – norma NF P 11-300

GNT : grava no tratada

SH: arena tratada con ligante hidráulico

LTCC: limo tratado con cal-cemento

CV :cenizas volantes cal-yeso

Verificación Si el QB obtenido con Qg y Qng es superior o igual al valor indicado en las fichas de estructuras por un invierno de referencia dado, la protección esta asegurada por este invierno. Al contrario si el QB es inferior, esta protección es muy débil. Es necesario cambiar la concepción de la sub-rasante o diseñar un tipo de estructura diferente. 3.2.5 Ejemplo de diseño • Datos Una plataforma logística debe ser construida en 5 años con un acceso a una carretera con un tráfico actual de 25 vehículos pesados/día/sentido y una tasa de progresión lineal de 2%. Considerando esa nueva implantación, fue decidido realizar una nueva carretera ubicada antes de la plataforma cual debe recibir a partir de 2010, 100 vehículos pesados/día. Esos 100 vehículos pesados entran y salen de la plataforma logística. No fue retenido una evolución importante del trafico (progresión lineal de 2%) por esa carretera con duración de vida de 20 años. Un estudio geotécnico presenta que los suelos son de limos A2 sobre más de 2 m de profundidad. Esos limos estaban, durante el estudio, muy húmedos. Un estudio de capacidad de tratamiento confirmó la posibilidad de realizar un tratamiento in-situ con cal y cemento. Las pruebas de hielo realizadas anteriormente en materiales del mismo tipo caracterizaron el material como muy resquebrajadizo con un pendiente de la prueba de hielo de 0.75. La obra se ubica en un lugar sin problemas particulares. Las obras deben empezar en un periodo desfavorable (febrero – marzo 2006). Por la importancia estratégica del sitio, fue retenido una protección al hielo por invierno riguroso excepcional o sea 200° x día. • Determinación del tráfico acumulado

84

Trafico 2005: 25 VP/día/sentido Trafico 2006: 25 + (0.02 x 25) = 25.5 VP/día/sentido

Trafico acumulado de 2006 a 2010: 4 0,02 4 325,5 3652

TCé ù+ ´ ´ê ú= ´ ´ê úë û

25,5 365 4,12 38347 VPTC = ´ ´ =

Trafico 2010 antes de la puesta en marcha de la plataforma: 25 + 5 x (0.02 x 25) = 27.5 VP/día/sentido Trafico 2010 después de la puesta en marcha de la plataforma: 27.5 + 100 = 127.5 VP/día/sentido Trafico acumulado de 2010 a 2026, o sea durante 16 años con un crecimiento de 2%

2350,14 3,8135 10

Qngé ùê ú= ´ =ê ú+ë û

TC=856290 VP Trafico acumulado total: 856290 + 38347 = 894637 Vehículos pesados Este tráfico hace pertenece al tráfico de clase TC3. Por la elección de las características de los materiales, se considera la clase correspondiente al tráfico durante el periodo más grande de la duración de vida de carretera. Se trata de T3+. • Determinación de la plataforma Considerando el tráfico, es necesario obtener una plataforma PF2. El suelo in-situ es un limo A2 en un medio muy húmedo. La tabla 23 indica una fuerza de sustentación del terraplén a corto plazo inferior a 15 MPa. Una mejora del terraplén es necesaria. La tabla 3.4 indica que un tratamiento in-situ con 2 a 4% de cal en 50cm de espesor permite obtener un terraplén presentando una fuerza de sustentación superior a 30 MPa mínimo, necesario para poder realizar la obra.

85

Una sub-rasante es necesaria para obtener una plataforma PF2. Se encuentra también en las tablas que con una capa de aportación de 35 cm de limo tratado con cal y cemento (O a 3% de cal y 5 a 8% de cemento), la plataforma PF2 será obtenida. • Selección de la estructura La presencia de una planta de fabricación de material bituminoso a proximidad del sitio conduce a elegir una estructura de tipo bituminosa gruesa cual, por el tráfico TC3 y una plataforma PF2, consiste en los espesores siguientes: Figura 3.24 Estructura retenida. • Verificación debido al hielo Para que esa estructura asegure una protección en los inviernos rigurosos excepcionales, es necesario que la cantidad de hielo (QB) admisible a la superficie de la plataforma, o sea superior a 7.5. El suelo es considerado como muy resquebrajadizo. El terraplén constituido por 50 cm de este suelo tratado in-situ es considerado como poco resquebrajadizo. Eso corresponde a una pendiente de la prueba de hielo de 0.4. Como esa capa tiene mas de 20 cm de espesor, el Qg a tomar en cuanta es el de un suelo poco resquebrajadizo, o sea con un máximo 1/0.4 =2.5 La protección asegurada por la sub-rasante constituida de 35 cm de limo tratado a la cal y al cemento (materiales no resquebrajadizos) es de:

BBTM

GB3 GB3

GB3

BBM

PF2

2.5 cm

4 cm

16 cm

86

2350,14 3,8135 10

Qngé ùê ú= ´ =ê ú+ë û

La protección QB es entonces de: 2.5 + 3.81 = 6.31 Como este valor es inferior a 7.5, la estructura asociada a los dispositivos retenidos por la sub-rasante no asegura una protección suficiente para el invierno riguroso excepcional. Es necesario elegir una estructura más gruesa. Las estructuras de las fichas 3, 4, 5, 7, 8 y 9 permiten, por las clases TC3 – PF2, alcanzar el objetivo de protección de hielo. Si se desea conservar una estructura bituminosa (ficha 1), una aumento del espesor de la sub-rasante de 10 cm permite asegurar la protección al hielo deseada. En este caso, una sub-rasante de 45cm de limo tratado con cal y cemento debe ser construida. 3.2.6 Catálogo de secciones de pavimento flexible Francés Ficha n°1 Estructura: GB3/GB3

87

20 MPA 50 MPA 120 MPA 200 MPA

C C12 cm 11 cm13 cm 12 cm

100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.diaQb=3.1 Qb=6.1 Qb=3.4 Qb=6.4

C C C13 cm 10 cm 9 cm13 cm 11 cm 9 cm

100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.diaQb=2.7 Qb=5.7 Qb=3.6 Qb=6.7 Qb=4 Qb=7.1

C C C10 cm 8 cm11 cm 8 cm

100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.diaQb=3.4 Qb=6.4 Qb=4.1 Qb=7.3 Qb=4.5 Qb=7.7

D D D9 cm

10 cm

100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.diaQb=3.8 Qb=7 Qb=4.6 Qb=7.9 Qb=5.1 Qb=8.5

D D D D9 cm 8 cm

10 cm 8 cm

100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.diaQb=3.8 Qb=7 Qb=4.2 Qb=7.5 Qb=5.1 Qb=8.4 Qb=5.6 Qb=9

D D D E

100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.diaQb=3.9 Qb=7.5 Qb=4.8 Qb=8.2 Qb=5.5 Qb=8.9 Qb=5.8 Qb=9.3

D D F G

100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.diaQb=4.8 Qb=8.2 Qb=5.2 Qb=8.8 Qb=6 Qb=9.4 Qb=6.3 Qb=9.8

D D F G

100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.diaQb=5.1 Qb=8.4 Qb=5.5 Qb=8.9 Qb=6 Qb=9.4 Qb=6.3 Qb=9.8

PF3 PF4

TC6

TC5

TC4

14 cm

14 cm 11 cm

TC7

PF1 PF2

TC3

TC2

TC1

TC0

11 cm 8 cm

8 cm 8 cm

8 cm

8 cm8 cm

8 cm

12 cm15 cm

11 cm 8 cm

9 cm12 cm

L

eyenda: A: CS=12cm B: CS=10cm C: CS=8cm D: CS=6cm E:

CS=4cm F: CS=2.5cm G: CS= espesor especifico

Ficha n°2 Estructura: EME2/EME2

88

20 MPA 50 MPA 120 MPA 200 MPA

C C9 cm 8 cm

10 cm 9 cm

100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.diaQb=4.2 Qb=7.4 Qb=4.5 Qb=7.7

C C C9 cm 6 cm

10 cm 9 cm

100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.diaQb=3.9 Qb=7.1 Qb=4.5 Qb=7.8 Qb=5 Qb=8.4

F F F10 cm 7 cm 6 cm10 cm 9 cm 8 cm

100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.diaQb=4.5 Qb=7.8 Qb=5.2 Qb=8.6 Qb=5.5 Qb=8.9

F F F6 cm

10 cm

100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.diaQb=5.1 Qb=8.5 Qb=5.7 Qb=9.2 Qb=6 Qb=9.5

F F F F8 cm 6 cm8 cm 7 cm

100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.diaQb=5.2 Qb=8.6 Qb=5.7 Qb=9.1 Qb=6 Qb=10 Qb=6.5 Qb=10.2

F F F F6 cm7 cm

100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.diaQb=5.7 Qb=9.1 Qb=6 Qb=10 Qb=6.9 Qb=10.4 Qb=7.1 Qb=10.7

F F F G6 cm6 cm

100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.diaQb=5.7 Qb=9.2 Qb=6.1 Qb=10.1 Qb=7.1 Qb=10.7 Qb=7.7 Qb=11.3

F F G G

100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.diaQb=5.9 Qb=9.4 Qb=6.5 Qb=10.2 Qb=7.7 Qb=11.3 Qb=7.7 Qb=11.3

10 cm

11 cm 8 cm

9 cm

6 cm

6 cm6 cm

6 cm

10 cm 8 cm

7 cm 6 cm

TC3

TC2

TC1

TC0

TC412 cm 10 cm

PF3 PF4

TC6

TC5

TC7

PF1 PF2

12 cm

Leyenda: A: CS=12cm B: CS=10cm C: CS=8cm D: CS=6cm E: CS=4cm F: CS=2.5cm G: CS= espesor especifico Ficha n°3 Estructura: GC3/GC3

89

20 MPA 50 MPA 120 MPA 200 MPA

A16 cm15 cm

100°C.dia 200°C.diaQb=1.9 Qb=4.5

B B B22 cm 17 cm 16 cm20 cm 18 cm 15 cm

100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.diaQb=0.6 Qb=3.1 Qb=1.7 Qb=4.3 Qb=2.2 Qb=4.9

C C C20 cm20 cm

100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.diaQb=1 Qb=3.5 Qb=2.2 Qb=5 Qb=2.6 Qb=5.5

D D D20 cm20 cm

100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.diaQb=1.2 Qb=3.7 Qb=2.5 Qb=5.4 Qb=2.9 Qb=5.8

D D D D21 cm22 cm

100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.diaQb=0.9 Qb=3.4 Qb=1.6 Qb=4.4 Qb=2.7 Qb=5.7 Qb=3.1 Qb=6.2

D D D D20 cm20 cm

100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.diaQb=1.2 Qb=3.7 Qb=1.9 Qb=4.8 Qb=3 Qb=6 Qb=3.3 Qb=6.4

D D D D18 cm20 cm

100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.diaQb=1.5 Qb=4.1 Qb=2.6 Qb=5.6 Qb=3.3 Qb=6.4 Qb=3.5 Qb=6.6

D D D D

100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.diaQb=1.8 Qb=4.5 Qb=2.7 Qb=5.7 Qb=3.6 Qb=6.6 Qb=3.7 Qb=6.8

PF3 PF4

TC6

TC5

TC7

PF1 PF2

TC4

28 cm

29 cm 27 cm

30 cm

TC3

TC2

TC1

TC0

27 cm 25 cm

25 cm 23 cm

20 cm

21 cm23 cm

22 cm

32 cm

30 cm

32 cm 27 cm

28 cm

Leyenda: A: CS=12cm B: CS=10cm C: CS=8cm D: CS=6cm E: CS=4cm F: CS=2.5cm G: CS= espesor especifico Ficha n°4 Estructura: GLP3/GLP3

90

20 MPA 50 MPA 120 MPA 200 MPA

B B B20 cm20 cm

100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.diaQb=0.6 Qb=3.1 Qb=1.4 Qb=4 Qb=2.2 Qb=4.9

C C C19 cm19 cm

100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.diaQb=1 Qb=3.5 Qb=1.8 Qb=4.5 Qb=2.6 Qb=5.5

D D D

100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.diaQb=1.3 Qb=3.8 Qb=2.6 Qb=5.5 Qb=3 Qb=5.9

D D D D20 cm20 cm

100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.diaQb=1 Qb=3.5 Qb=1.6 Qb=4.3 Qb=2.8 Qb=5.8 Qb=3.2 Qb=6.3

D D D D

100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.diaQb=1.3 Qb=3.8 Qb=2.4 Qb=5.3 Qb=3.2 Qb=6.3 Qb=3.4 Qb=6.4

D D D D

100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.diaQb=1.6 Qb=4.3 Qb=2.8 Qb=5.8 Qb=3.4 Qb=6.4 Qb=3.6 Qb=6.7

D D D D

100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.diaQb=1.7 Qb=4.3 Qb=3.1 Qb=6.1 Qb=3.5 Qb=6.6 Qb=3.8 Qb=6.9

30 cm

28 cm

29 cm 24 cm

25 cm

32 cm

30 cm

18 cm

19 cm21 cm

20 cm

25 cm 23 cm

23 cm 21 cm

TC3

TC2

TC1

TC0

TC4

25 cm

27 cm 24 cm

28 cm

32 cm

PF3 PF4

TC6

TC5

TC7

PF1 PF2

32 cm 27 cm

Leyenda: A: CS=12cm B: CS=10cm C: CS=8cm D: CS=6cm E: CS=4cm F: CS=2.5cm G: CS= espesor especifico Ficha n°5 Estructura: GC2/GC2

91

20 MPA 50 MPA 120 MPA 200 MPA

D D D21 cm21 cm

100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.diaQb=1.5 Qb=3.3 Qb=1.8 Qb=4.5 Qb=2 Qb=4.7

D D D D23 cm 20 cm23 cm 20 cm

100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.diaQb=1.3 Qb=3 Qb=1.5 Qb=3.3 Qb=2 Qb=4.7 Qb=2.4 Qb=5.2

D D D D22 cm 19 cm22 cm 19 cm

100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.diaQb=1.5 Qb=3.3 Qb=1.7 Qb=4.4 Qb=2.4 Qb=5.2 Qb=2.6 Qb=5.5

D D D D20 cm 17 cm20 cm 17 cm

100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.diaQb=1.6 Qb=3.4 Qb=1.9 Qb=4.6 Qb=2.6 Qb=5.5 Qb=2.9 Qb=5.8

D D D D19 cm 17 cm20 cm 17 cm

100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.diaQb=1.9 Qb=3.7 Qb=2.1 Qb=4.8 Qb=2.7 Qb=5.8 Qb=3.2 Qb=6.1

PF3 PF4

TC6

TC5

TC7

PF1 PF2

TC431 cm 29 cm

TC3

TC2

TC1

TC0

29 cm 27 cm

27 cm 25 cm

22 cm

23 cm25 cm

24 cm

Leyenda: A: CS=12cm B: CS=10cm C: CS=8cm D: CS=6cm E: CS=4cm F: CS=2.5cm G: CS= espesor especifico

92

Ficha n°6 Estructura: GLg2/GLg2

20 MPA 50 MPA 120 MPA 200 MPA

D D D18 cm18 cm

100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.diaQb=1.5 Qb=3.3 Qb=1.8 Qb=4.5 Qb=2 Qb=4.7

D D D D19 cm 18 cm20 cm 18 cm

100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.diaQb=1.3 Qb=3 Qb=1.5 Qb=3.3 Qb=2 Qb=4.7 Qb=2.4 Qb=5.2

D D D D18 cm18 cm

100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.diaQb=1.5 Qb=3.3 Qb=1.7 Qb=4.4 Qb=2.4 Qb=5.2 Qb=2.6 Qb=5.5

D D D D17 cm18 cm

100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.diaQb=1.6 Qb=3.4 Qb=1.9 Qb=4.6 Qb=2.6 Qb=5.5 Qb=2.9 Qb=5.8

D D D D

100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.diaQb=1.9 Qb=3.7 Qb=2.1 Qb=4.8 Qb=2.7 Qb=5.8 Qb=3.2 Qb=6.1

24 cm

20 cm

21 cm24 cm

23 cm

TC2

TC1

TC0

28 cm

26 cm31 cm

29 cm

32 cm 27 cm

TC430 cm 28 cm

TC326 cm

PF3 PF4

TC6

TC5

TC7

PF1 PF2

Leyenda: A: CS=12cm B: CS=10cm C: CS=8cm D: CS=6cm E: CS=4cm F: CS=2.5cm G: CS= espesor especifico

93

Ficha n°7 Estructura: GC3/SC3

20 MPA 50 MPA 120 MPA 200 MPA

B B22 cm 17 cm20 cm 18 cm

100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.diaQb=0 Qb=2.4 Qb=1.2 Qb=3.8

C20 cm20 cm

100°C.dia 200°C.diaQb=0.4 Qb=2.9

D20 cm20 cm

100°C.dia 200°C.diaQb=0.6 Qb=3.2

D20 cm21 cm

100°C.dia 200°C.diaQb=0.4 Qb=3

D18 cm20 cm

100°C.dia 200°C.diaQb=0.8 Qb=3.4

D17 cm18 cm

100°C.dia 200°C.diaQb=1.4 Qb=4

cf Ficha n°3 cf Ficha n°3 cf Ficha n°3 cf Ficha n°3

cf Ficha n°3

cf Ficha n°3

cf Ficha n°3cf Ficha n°3

cf Ficha n°3

PF3 PF4

TC6

TC5

TC7

PF1 PF2

cf Ficha n°3

TC4

TC3

TC2

TC1

TC0

cf Ficha n°3 cf Ficha n°3

cf Ficha n°3 cf Ficha n°3

cf Ficha n°3cf Ficha n°3

cf Ficha n°3

cf Ficha n°3

cf Ficha n°3

Leyenda: A: CS=12cm B: CS=10cm C: CS=8cm D: CS=6cm E: CS=4cm F: CS=2.5cm G: CS= espesor especifico

94

Ficha n°8 Estructura: GC3/SC2

20 MPA 50 MPA 120 MPA 200 MPA

A18 cm19 cm

100°C.dia 200°C.diaQb=0.6 Qb=3.7

B B18 cm 18 cm28 cm 18 cm

100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.diaQb=0 Qb=1.8 Qb=1 Qb=3.7

C18 cm24 cm

100°C.dia 200°C.diaQb=0.1 Qb=2.6

D18 cm22 cm

100°C.dia 200°C.diaQb=0.5 Qb=3.2

D D20 cm 18 cm24 cm 19 cm

100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.diaQb=0.1 Qb=2.6 Qb=1.2 Qb=4

D19 cm22 cm

100°C.dia 200°C.diaQb=0.4 Qb=3.1

D18 cm20 cm

100°C.dia 200°C.diaQb=0.8 Qb=3.6

D17 cm20 cm

100°C.dia 200°C.diaQb=1.2 Qb=4.1

TC0

cf Ficha n°3 cf Ficha n°3

cf Ficha n°3 cf Ficha n°3

cf Ficha n°3cf Ficha n°3

cf Ficha n°3

cf Ficha n°3

TC4

TC3

TC2

TC1

PF3 PF4

TC6

TC5

TC7

PF1 PF2

cf Ficha n°3

cf Ficha n°3

cf Ficha n°3

cf Ficha n°3cf Ficha n°3

cf Ficha n°3

cf Ficha n°3 cf Ficha n°3 cf Ficha n°3

Leyenda: A: CS=12cm B: CS=10cm C: CS=8cm D: CS=6m E: CS=4cm F: CS=2.5cm G: CS= espesor especifico

95

Ficha n°9 Estructura: SC3

20 MPA 50 MPA 120 MPA 200 MPA

C C C

100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.diaQb=1.2 Qb=4 Qb=2.2 Qb=5.3 Qb=2.6 Qb=5.7

C C C C

100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.diaQb=1.2 Qb=4 Qb=1.4 Qb=4.3 Qb=2.6 Qb=5.7 Qb=2.9 Qb=6

D D D D

100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.diaQb=1.3 Qb=4.1 Qb=1.7 Qb=4.6 Qb=2.8 Qb=5.8 Qb=3.3 Qb=6.5

D D D

100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.diaQb=1.5 Qb=4.5 Qb=2.2 Qb=5.1 Qb=3.3 Qb=6.5

D D D

100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.diaQb=2.2 Qb=5 Qb=2.4 Qb=5.2 Qb=3.4 Qb=6.5

TC0

22 cm

TC4

TC3

TC2

TC1

PF3 PF4

TC6

TC5

TC7

PF1 PF2

29 cm 24 cm 22 cm

20 cm27 cm32 cm

31 cm 27 cm 22 cm 19 cm

24 cm 19 cm

19 cm23 cm28 cm

29 cm

Leyenda: A: CS=12cm B: CS=10cm C: CS=8cm D: CS=6cm E: CS=4cm F: CS=2.5cm G: CS= espesor especifico

96

Ficha n°10 Estructura: GLg2/SC3

20 MPA 50 MPA 120 MPA 200 MPA

D18 cm18 cm

100°C.dia 200°C.diaQb=0.8 Qb=3.6

D D18 cm 17 cm22 cm 18 cm

100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.diaQb=0.5 Qb=3.2 Qb=1 Qb=3.9

D18 cm19 cm

100°C.dia 200°C.diaQb=0.7 Qb=3.5

D17 cm18 cm

100°C.dia 200°C.diaQb=1 Qb=3.9

cf Ficha n°5 o n°8cf Ficha n°5 o n°8 cf Ficha n°5 o n°8 cf Ficha n°5 o n°8

cf Ficha n°5 o n°8 cf Ficha n°5 o n°8

cf Ficha n°5 o n°8 cf Ficha n°5 o n°8cf Ficha n°5 o n°8

cf Ficha n°5 o n°8

cf Ficha n°5 o n°8 cf Ficha n°5 o n°8

cf Ficha n°5 o n°8cf Ficha n°5 o n°8

PF3 PF4

TC6

TC5

TC7

PF1 PF2

TC0

TC4

TC3

TC2

TC1

Leyenda: A: CS=12cm B: CS=10cm C: CS=8cm D: CS=6cm E: CS=4cm F: CS=2.5cm G: CS= espesor especifico

97

Ficha n°11 Estructura: GB3/GC3

20 MPA 50 MPA 120 MPA 200 MPA

C C15 cm 13 cm23 cm 21 cm

100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.diaQb=1.6 Qb=4.2 Qb=2.1 Qb=4.8

C8 cm C C8 cm 13 cm 12 cm

24 cm 21 cm 20 cm

100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.diaQb=0.7 Qb=3.3 Qb=1.9 Qb=4.6 Qb=2.3 Qb=5

C C13 cm 11 cm21 cm 19 cm

100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.diaQb=1.4 Qb=4.1 Qb=2.3 Qb=5.2

C12 cm20 cm

100°C.dia 200°C.diaQb=2.3 Qb=5

cf Ficha n°1cf Ficha n°1

cf Ficha n°1

cf Ficha n°1

TC0

TC4

TC3

TC2

TC1

PF3 PF4

TC6

TC5

TC7

PF1 PF2

cf Ficha n°1

cf Ficha n°1 cf Ficha n°1

cf Ficha n°1cf Ficha n°1

cf Ficha n°1 cf Ficha n°1

cf Ficha n°1 cf Ficha n°1cf Ficha n°1

cf Ficha n°1

cf Ficha n°1cf Ficha n°1 cf Ficha n°1 cf Ficha n°1

Leyenda: A: CS=12cm B: CS=10cm C: CS=8cm D: CS=6cm E: CS=4cm F: CS=2.5cm G: CS= espesor especifico

98

Ficha n°12 Estructura: GB3/GLp3

20 MPA 50 MPA 120 MPA 200 MPA

C C13 cm 12 cm21 cm 20 cm

100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.diaQb=1.6 Qb=4.2 Qb=2.1 Qb=4.8

C C C15 cm 12 cm 10 cm23 cm 20 cm 18 cm

100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.diaQb=1.6 Qb=4.2 Qb=1.9 Qb=4.6 Qb=2.3 Qb=5

C C12 cm 10 cm20 cm 18 cm

100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.diaQb=1.4 Qb=4.1 Qb=2.3 Qb=5.2

C12 cm20 cm

100°C.dia 200°C.diaQb=2.3 Qb=5

cf Ficha n°1cf Ficha n°1 cf Ficha n°1 cf Ficha n°1

cf Ficha n°1

cf Ficha n°1 cf Ficha n°1cf Ficha n°1

cf Ficha n°1

cf Ficha n°1 cf Ficha n°1

cf Ficha n°1cf Ficha n°1

PF3 PF4

TC6

TC5

TC7

PF1 PF2

cf Ficha n°1

TC0

TC4

TC3

TC2

TC1

cf Ficha n°1cf Ficha n°1

cf Ficha n°1

cf Ficha n°1 cf Ficha n°1

Leyenda: A: CS=12cm B: CS=10cm C: CS=8cm D: CS=6cm E: CS=4cm F: CS=2.5cm G: CS= espesor especifico

99

Ficha n°13 Estructura: GB3/GLg3

20 MPA 50 MPA 120 MPA 200 MPAC

8 cm C8 cm 14 cm

24 cm 22 cm

100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.diaQb=0.4 Qb=2.7 Qb=1.3 Qb=3.8

C8 cm C C9 cm 14 cm 12 cm

25 cm 22 cm 20 cm

100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.diaQb=0.3 Qb=2.5 Qb=1.3 Qb=3.8 Qb=2.3 Qb=5

C C C14 cm 11 cm 9 cm22 cm 19 cm 17 cm

100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.diaQb=1.3 Qb=3.8 Qb=2.5 Qb=5.2 Qb=4.8 Qb=5.5

C11 cm19 cm

100°C.dia 200°C.diaQb=2.5 Qb=5.2

C11 cm19 cm

100°C.dia 200°C.diaQb=2.5 Qb=5.2

cf Ficha n°1

cf Ficha n°1

cf Ficha n°1 cf Ficha n°1

TC0

TC4

TC3

TC2

TC1

PF3 PF4

TC6

TC5

TC7

PF1 PF2

cf Ficha n°1 cf Ficha n°1

cf Ficha n°1cf Ficha n°1

cf Ficha n°1

cf Ficha n°1 cf Ficha n°1cf Ficha n°1

cf Ficha n°1

cf Ficha n°1cf Ficha n°1 cf Ficha n°1 cf Ficha n°1

Leyenda: A: CS=12cm B: CS=10cm C: CS=8cm D: CS=6cm E: CS=4cm F: CS=2.5cm G: CS= espesor especifico

100

Ficha n°14 Estructura: GB3/SC3

20 MPA 50 MPA 120 MPA 200 MPA

C C13 cm 11 cm21 cm 19 cm

100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.diaQb=1.3 Qb=4 Qb=1.8 Qb=4.6

C C C14 cm 11 cm 10 cm23 cm 19 cm 18 cm

100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.diaQb=0.6 Qb=3.2 Qb=1.7 Qb=4.6 Qb=2.1 Qb=5

C12 cm20 cm

100°C.dia 200°C.diaQb=1.1 Qb=3.8

cf Ficha n°1

cf Ficha n°1

cf Ficha n°1cf Ficha n°1 cf Ficha n°1 cf Ficha n°1

cf Ficha n°1

cf Ficha n°1 cf Ficha n°1cf Ficha n°1

cf Ficha n°1

cf Ficha n°1 cf Ficha n°1

cf Ficha n°1cf Ficha n°1

PF3 PF4

TC6

TC5

TC7

PF1 PF2

cf Ficha n°1 cf Ficha n°1

TC0

TC4

TC3

TC2

TC1

cf Ficha n°1

cf Ficha n°1

cf Ficha n°1 cf Ficha n°1

Leyenda: A: CS=12cm B: CS=10cm C: CS=8cm D: CS=6cm E: CS=4cm F: CS=2.5cm G: CS= espesor especifico

101

Ficha n°15 Estructura: GB3/SC2

20 MPA 50 MPA 120 MPA 200 MPA

C C15 cm 14 cm23 cm 22 cm

100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.diaQb=0.8 Qb=3.5 Qb=1.1 Qb=3.8

C8 cm C C9 cm 14 cm 12 cm

25 cm 22 cm 20 cm

100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.diaQb=0 Qb=2.4 Qb=1.1 Qb=3.8 Qb=2.2 Qb=4.9

C C C15 cm 11 cm 10 cm23 cm 19 cm 18 cm

100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.diaQb=0.8 Qb=3.5 Qb=2.3 Qb=5 Qb=2.6 Qb=5.2

C12 cm20 cm

100°C.dia 200°C.diaQb=2.2 Qb=4.9

C12 cm20 cm

100°C.dia 200°C.diaQb=2.2 Qb=4.9

cf Ficha n°1

cf Ficha n°1

cf Ficha n°1 cf Ficha n°1

TC0

TC4

TC3

TC2

TC1

PF3 PF4

TC6

TC5

TC7

PF1 PF2

cf Ficha n°1

cf Ficha n°1 cf Ficha n°1

cf Ficha n°1cf Ficha n°1

cf Ficha n°1cf Ficha n°1 cf Ficha n°1 cf Ficha n°1

cf Ficha n°1

cf Ficha n°1 cf Ficha n°1cf Ficha n°1

Leyenda: A: CS=12cm B: CS=10cm C: CS=8cm D: CS=6cm E: CS=4cm F: CS=2.5cm G: CS= espesor especifico

102

Ficha n°16 Estructura: GB3/Miom S2

20 MPA 50 MPA 120 MPA 200 MPA

D D9 cm 9 cm

35 cm 29 cm

100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.diaQb=0.6 Qb=4.2 Qb=1.5 Qb=5.1

D D9 cm 9 cm

31 cm 26 cm

100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.diaQb=1.2 Qb=4.8 Qb=2 Qb=5.6

D9 cm

28 cm

100°C.dia 200°C.diaQb=1.7 Qb=5.3

D9 cm

26 cm

100°C.dia 200°C.diaQb=2 Qb=5.6

TC0

TC4

TC3

TC2

TC1

PF3 PF4

TC6

TC5

TC7

PF1 PF2

Leyenda: A: CS=12cm B: CS=10cm C: CS=8cm D: CS=6cm E: CS=4cm F: CS=2.5cm G: CS= espesor especifico

103

Ficha n°17 Estructura: Suelo tratado in situ

20 MPA 50 MPA 120 MPA 200 MPA

B B

100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.diaQb=0.2 Qb=3 Qb=1 Qb=3.8

D D

100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.diaQb=0.4 Qb=3.2 Qb=1.2 Qb=4

D D

100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.diaQb=0.6 Qb=3.4 Qb=1.4 Qb=4.2

42 cm 35 cm

45 cm 37 cm

37 cm44 cm

TC0

TC4

TC3

TC2

TC1

PF3 PF4

TC6

TC5

TC7

PF1 PF2

104

Leyenda: A: CS=12cm B: CS=10cm C: CS=8cm D: CS=6cm E: CS=4cm F: CS=2.5cm G: CS= espesor especifico Ficha n°18 Estructura: Suelo tratado de aportación

20 MPA 50 MPA 120 MPA 200 MPA

B B B21 cm22 cm

100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.diaQb=0.3 Qb=3.1 Qb=1.7 Qb=4.6 Qb=2.8 Qb=5.6

D D D21 cm22 cm

100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.diaQb=0.4 Qb=3.2 Qb=1.8 Qb=4.6 Qb=2.9 Qb=5.6

D D D20 cm21 cm

100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.diaQb=0.6 Qb=3.4 Qb=2.1 Qb=4.9 Qb=3.2 Qb=5.9

23 cm

23 cm

21 cm

PF3 PF4

TC6

TC5

TC7

PF1 PF2

TC0

TC4

TC3

TC2

TC1

28 cm

30 cm

30 cm

105

Leyenda: A: CS=12cm B: CS=10cm C: CS=8cm D: CS=6cm E: CS=4cm F: CS=2.5cm G: CS= espesor especifico Ficha n°19 Estructura: GB3/GNT B2

20 MPA 50 MPA 120 MPA 200 MPA

C8 cm C9 cm 13 cm

35 cm 20 cm

100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.diaQb=0.8 Qb=3.2 Qb=2.7 Qb=5.6

D D14 cm 11 cm35 cm 20 cm

100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.diaQb=1.3 Qb=3.7 Qb=3.1 Qb=6.2

D D D15 cm 10 cm 8 cm50 cm 2 capas 35 cm 20 cm

100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.diaQb=0.1 Qb=2.5 Qb=1.6 Qb=4.3 Qb=3.5 Qb=6.6

E E12 cm 9 cm50 cm 2 capas 35 cm

100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.diaQb=0.5 Qb=3.2 Qb=1.8 Qb=4.6

E10 cm50 cm 2 capas

100°C.dia 200°C.diaQb=0.7 Qb=3.4

E8 cm

50 cm 2 capas

100°C.dia 200°C.diaQb=0.9 Qb=3.6

TC0

TC4

TC3

TC2

TC1

PF3 PF4

TC6

TC5

TC7

PF1 PF2

cf Ficha n°1

cf Ficha n°1

cf Ficha n°1

cf Ficha n°1

cf Ficha n°1

cf Ficha n°1

cf Ficha n°1 cf Ficha n°1

cf Ficha n°1cf Ficha n°1 cf Ficha n°1

cf Ficha n°1cf Ficha n°1

106

Leyenda: A: CS=12cm B: CS=10cm C: CS=8cm D: CS=6cm E: CS=4cm F: CS=2.5cm G: CS= espesor especifico Ficha n°20 Estructura: GB3/GNT (A o B1)

20 MPA 50 MPA 120 MPA 200 MPA

C8 cm C

10 cm 15 cm35 cm 20 cm

100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.diaQb=0.7 Qb=3.8 Qb=2.6 Qb=5.8

D8 cm D9 cm 13 cm

35 cm 20 cm

100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.diaQb=0.9 Qb=4.1 Qb=3.1 Qb=6.4

D8 cm D D9 cm 13 cm 9 cm

50 cm 2 capas 35 cm 20 cm

100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.diaQb=0 Qb=2.4 Qb=1.4 Qb=4.4 Qb=3.6 Qb=7.2

E E14 cm 10 cm50 cm 2 capas 35 cm

100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.diaQb=0 Qb=3.3 Qb=2.2 Qb=5.6

E E13 cm 9 cm50 cm 2 capas 35 cm

100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.diaQb=0.1 Qb=3.5 Qb=2.4 Qb=5.8

E E11 cm 8 cm50 cm 2 capas 35 cm

100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.diaQb=0.2 Qb=3.8 Qb=2.5 Qb=6

TC0

TC4

TC3

TC2

TC1

PF3 PF4

TC6

TC5

TC7

PF1 PF2

cf Ficha n°1

cf Ficha n°1

cf Ficha n°1

cf Ficha n°1

cf Ficha n°1 cf Ficha n°1

cf Ficha n°1cf Ficha n°1

cf Ficha n°1

107

Leyenda: A: CS=12cm B: CS=10cm C: CS=8cm D: CS=6cm E: CS=4cm F: CS=2.5cm G: CS= espesor especifico Ficha n°21 Estructura: GNT B2

20 MPA 50 MPA 120 MPA 200 MPA

C22 cm C C C25 cm 25 cm25 cm 25 cm

100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.diaQb=0 Qb=2 Qb=1.4 Qb=3.8 Qb=3.7 Qb=6.8 Qb=5 Qb=8.4

C20 cm B D D25 cm 20 cm25 cm 25 cm

100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.diaQb=0 Qb=2.6 Qb=1.9 Qb=4.7 Qb=4.1 Qb=7.3 Qb=5.4 Qb=8.7

C15 cm D D25 cm 15 cm25 cm 25 cm

100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.diaQb=0 Qb=2.8 Qb=2.1 Qb=4.9 Qb=5 Qb=8

G G G27 cm 11 cm30 cm 25 cm

100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.dia 100°C.dia 200°C.diaQb=1.7 Qb=5 Qb=4.1 Qb=7.4 Qb=5.6 Qb=8.9

15 cm

15 cm

25 cm

TC0

TC4

TC3

TC2

TC1

PF4

TC6

TC5

TC7

PF1 PF2

25 cm

20 cm

20 cm

PF3

108

Leyenda: A: CS=12cm B: CS=10cm C: CS=8cm D: CS=6cm E: CS=4cm F: CS=2.5cm G: CS= espesor especifico

107

4. Clasificación de las carreteras 4.1 Clasificación de las carreteras en México A las carreteras en México se les puede clasificar de acuerdo a su transitabilidad, por el rubro administrativo, por la clasificación técnica oficial y de acuerdo a su nivel de servicio. 4.1.1 Por transitabilidad Corresponden a las etapas de construcción de la carretera y se dividen en:

• Terracerías: cuando se ha construido la sección de proyecto hasta su nivel de capa sub-rasante, transitable en tiempo de secas. • Revestida: cuando sobre la capa sub-rasante se ha colocado ya una o varias capas de material granular y es transitable en todo tiempo.

• Pavimentada: cuando sobre la capa sub-rasante se ha construido ya totalmente el pavimento.

4.1.2 Por el aspecto administrativo

• Federales: cuando son construidas por el Gobierno Federal y se encuentran a su cargo la operación, vigilancia y conservación de estas. • Estatales: cuando son construidas por los Gobiernos de los Estados y la operación, vigilancia y conservación de estas carreteras también están a cargo de los estados.

• Rurales: cuando son construidos por el Gobierno Federal o por los Gobiernos de los Estados y su operación, vigilancia y conservación se encuentran a cargo de la Entidad que lo construyó.

• De Cuota: las cuales quedan a cargo de la dependencia oficial descentralizada denominada Caminos y Puentes Federales de Ingresos y Servicios Conexos (CAPUFE) y otras como las autopistas o carreteras concesionadas a la iniciativa privada por tiempo determinado, siendo la inversión recuperable a través de cuotas de paso.

108

4.1.3 Clasificación técnica oficial Es importante mencionar que en los tránsitos de esta clasificación se encuentran incluidos también los vehículos ligeros.

• Tipo “A”: 01) Tipo “A2”: para tránsito promedio diario anual (TPDA) de tres mil (3,000) a

cinco mil (5,000) vehículos. 02) Tipo “A4”: para un tránsito promedio diario anual (TPDA) de cinco mil

(5,000) a veinte mil (20,000) vehículos.

Estos caminos requieren de estudios especiales, pudiendo tener una corona de dos o cuatro carriles en un solo cuerpo, designándose como A2 y A4, respectivamente, o con cuatro carriles en dos cuerpos diferentes designándose como A4S.

• Tipo “B”: para un tránsito promedio diario anual (TPDA) de mil quinientos (1,500) a tres mil (3,000).

• Tipo “C”: para un tránsito promedio diario anual (TPDA) de quinientos (500) a mil quinientos (1,500). • Tipo “D”: para un tránsito promedio diario anual (TPDA) de cien (100) a quinientos (500).

• Tipo “E”: para un tránsito promedio diario anual (TPDA) de hasta cien (100) vehículos.

4.1.4 Clasificación por su nivel de servicio El nivel de servicio es una medida cualitativa para caracterizar las condiciones de operación del tránsito. Se han establecido seis niveles de servicio denominados: A, B, C, D, E y F, que van del mejor al peor. Ésta clasificación se refiere a la capacidad de una infraestructura, que a su vez se define como la máxima razón horaria, en la cual los vehículos pueden pasar por un punto, una sección uniforme o un carril de un camino durante un periodo de tiempo dado bajo las condiciones prevalecientes del camino (características físicas), el tránsito (distribución en tiempo y espacio y a su composición vehicular) y de control (semáforos y señales restrictivas).

109

4.2 Proyecto del pavimento en México En México se han ocupado en su mayoría pavimentos de tipo flexible, que están constituidos por varias capas denominadas, de arriba hacia abajo, como carpeta, base y sub-base. La carpeta, constituida por mezcla asfáltica, es la parte que soporta directamente las solicitaciones del tránsito además de aportar las características funcionales. Estructuralmente absorbe los esfuerzos horizontales y parte de los verticales. Se construye con mezclas asfálticas en frío o en caliente, denominándose, en este último caso, concretos asfálticos. La base es la capa situada bajo la carpeta. Su función es eminentemente resistente, pues absorbe la mayor parte de los esfuerzos verticales y su rigidez o su resistencia a la deformación bajo las solicitaciones repetidas del tránsito suele corresponder a la intensidad del tránsito pesado. Así, para tránsito medio y ligero se emplean materiales granulares, pero para tránsito pesado se emplean materiales granulares tratados con un cementante, denominadas bases asfálticas o bases de gravacemento. La sub-base es la capa que va debajo de la base. Su función es proporcionar a la base un cimiento uniforme y constituir una adecuada plataforma de trabajo para su colocación y compactación. Es deseable que cumpla también una función drenante, para lo cual es imprescindible que los materiales utilizados carezcan de finos y en todo caso suelen ser una capa de transición necesaria. Se emplean normalmente sub-bases granulares constituidas por materiales cribados o de trituración parcial, suelos estabilizados con cemento, etc

Como la muestra la figura 4.1, debajo de la sub-base, se encuentran las terracerías (constituidas por el cuerpo de terraplén, la capa sub-yacente y la sub-rasante) debajo de las terracerías se encuentra el terreno natural o también llamado de cimentación, el conjunto de las terracerías y el terreno de cimentación sería lo que en España equivaldría a la “explanada”.

Así mismo, la suma de la sub-base, base y carpeta asfáltica es lo que para el catálogo español sería el “pavimento”.

De tal manera que lo que los españoles llaman un “firme” es la suma de la explanada con el pavimento.

Las terracerías la conforman tres capas, de arriba hacia abajo, la capa sub-rasante, la capa sub-yacente y el cuerpo del terraplén.

110

Figura 4.1 Componentes estructurales de una sección de carretera típica de pavimento flexible.

4.2.1 Estudio Geotécnico y el Sistema de Unificado de clasificación de suelos Como en México se utiliza como base el Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (SUCS) para realizar el Estudio Geotécnico, es importante describirlo brevemente, así como algunos conceptos generales:

• Porcentaje de Gravas, Arenas y Finos, para definir el tamaño de los mismos, se utilizará la tabla 4.1. Tabla 4.1 Tipos de tamaños que componen las capas de los pavimentos y las

terracerías.

Gravas 7.5cm a 4.76mm (malla #4) Arenas 4.76mm (malla #4) a 0.074mm (malla #200) Finos Menores de 0.074mm (malla #200)

• Límite líquido, es la humedad correspondiente al límite entre el estado semi-líquido y el estado plástico medida en porcentaje de agua respecto al peso de los sólidos. Los materiales cuyo límite líquido es menor de 50% son de baja plasticidad y aquellos mayores a 90% se consideran de muy alta plasticidad.

• Límite plástico, es la humedad correspondiente al límite entre el estado plástico y

el estado semisólido medida en porcentaje de agua respecto al peso de los sólidos. “De la diferencia entre el límite líquido y el límite plástico resulta en el índice plástico”. Los materiales cuyo índice plástico es menor de 22% son de baja plasticidad y aquellos mayores a 51% se consideran de muy alta plasticidad.

111

• Expansión, por efecto de la saturación del agua, el material aumenta de volumen según su grado de plasticidad; es decir, se expande y se conserva así hasta que la expansión es imperceptible.

• Equivalente de arena, esta sirve como una prueba rápida de campo para

investigar la presencia de materiales finos o de apariencia arcillosa, que sean perjudiciales para los suelos y para los agregados pétreos.

• Grado de Compactación, con la compactación buscamos unas propiedades

adecuadas del suelo de nuestra cimentación así como una uniformidad de éste que siempre disminuirá la posibilidad de que se produzcan asientos diferenciales.

• Clasificación SUCS, la forma original del Sistema Unificado de Clasificación del

Suelo fue propuesto por Casagrande en 1942 para su uso en trabajos de construcción de aeropuertos por el Army Corps of Engineers (Cuerpo de Ingenieros del Ejercito) durante la Segunda Guerra Mundial. En cooperación con el U.S. Bureau of Reclamation (Agencia de Reclamos de los Estados Unidos), el Cuerpo (Corps) reviso este sistema en 1952. Al presente, este sistema es ampliamente usado por los ingenieros en todo el continente americano. El Sistema Unificado de Clasificación es presentado en la figura 4.2. Este sistema clasifica a los suelo en dos amplias categorías:

1. Suelos de Granulado-grueso que en la naturaleza son gravosos y arenosos

con menos del 50% que pasa a través del tamiz Nº200. Los símbolos de grupo comienzan con los prefijos G ó S o ambos. G simboliza suelo con grava o gravoso, y S es para suelos con arena o arenosos.

2. Suelos de Granulado-fino con 50% o más que pasa a través del tamiz

Nº200. Los símbolos de grupo comienzan con el prefijo de M, el cual simboliza a limos inorgánicos, C para arcillas inorgánicas, y O para limos y arcillas orgánicos. El símbolo Pt es usado para la turba (peat), fango (muck), y otros suelos altamente orgánicos.

112

Figura 4.2 Procedim

iento auxiliar para identificación de suelos en el laboratorio S.U

.C.S.

113

4.2.2 Características generales de calidad que conforman las distintas capas de las carreteras de tipo flexible.

En este punto se explicarán de forma general algunas de las características de calidad que actualmente deben tener los materiales dependiendo de la capa que forman parte. En cuanto a las diferentes capas que conforman el pavimento:

Capa de concreto asfáltico, también llamado mezcla bituminosa, son las elaboradas en caliente, utilizando cemento asfáltico y materiales pétreos, en una planta mezcladora estacionaria o móvil, provista del equipo necesario para calentar los componentes de la mezcla. Las mezclas asfálticas en caliente se clasifican a su vez en:

a) Mezcla asfáltica de granulometría densa, es la mezcla en caliente, uniforme y homogénea, elaborada con cemento asfáltico y materiales pétreos bien graduados, con tamaño nominal entre treinta y siete punto cinco (37.5) milímetros (1.½ in) y nueve punto cinco (9.5) milímetros (⅜.in). Normalmente se utiliza en la construcción de carpetas asfálticas de pavimentos nuevos en los que se requiere una alta resistencia estructural, o en renivelaciones y refuerzo de pavimentos existentes.

b) Mezcla asfáltica de granulometría abierta, es la mezcla en caliente, uniforme, homogénea y con un alto porcentaje de vacíos, elaborada con cemento asfáltico y materiales pétreos de granulometría uniforme, con tamaño nominal entre doce punto cinco (12.5) milímetros (½ in) y seis punto tres (6.3) milímetros (¼ in), estas mezclas normalmente se utilizan para formar capas de rodadura, no tienen función estructural y generalmente se construyen sobre una carpeta de granulometría densa, con la finalidad principal de satisfacer los requerimientos de calidad de rodamiento del tránsito, al permitir que el agua de lluvia sea desplazada por las llantas de los vehículos, ocupando los vacíos de la carpeta, con lo que se incrementa la fricción de las llantas con la superficie de rodadura, se minimiza el acuaplaneo, se reduce la cantidad de agua que se impulsa sobre los vehículos adyacentes y se mejora la visibilidad del señalamiento horizontal. Las mezclas asfálticas de granulometría abierta no deben colocarse en zonas susceptibles al congelamiento ni donde la precipitación sea menor de seiscientos (600) milímetros por año.

Capa Base, es el material cribado, parcialmente triturado, totalmente triturado o

mezclado, que se emplee en la construcción de bases para pavimentos asfálticos o para pavimentos de concreto hidráulico y debe cumplir con los requisitos de calidad que se indican a continuación: El material para la base hidráulica será cien (100) por ciento producto de la trituración de roca sana, cuando el tránsito esperado durante la vida útil del pavimento (ΣL) sea mayor de diez (10) millones de ejes equivalentes acumulados

114

de ocho coma dos (8,2) toneladas; cuando ese tránsito sea de uno (1) a diez (10) millones, el material contendrá como mínimo setenta y cinco (75) por ciento de partículas producto de la trituración de roca sana y si dicho tránsito es menor un (1) millón, el material contendrá como mínimo cincuenta (50) por ciento de esas partículas. En cualquier caso el material debe cumplir los requisitos que muestra la tabla 4.2. Tabla 4.2 Requisitos de calidad de materiales para capa base.

Característica Valor %

Partículas alargadas; máximo 40 Límite líquido; máximo 25 Índice plástico; máximo 6 Valor Soporte de California (CBR); mínimo 80 Equivalente de arena, mínimo 40 Grado de compactación, 100

Capa Sub-base, es aquel material natural, cribado, parcialmente triturado,

totalmente triturado o mezclado, que se emplee en la construcción de sub-bases para pavimentos asfálticos, cumplirá con los requisitos de calidad que se indican a continuación: El material contará con los requisitos de calidad que se indican en la tabla 4.3, en función de la intensidad del tránsito en términos del número de ejes equivalentes acumulados, de ocho coma dos (8,2) toneladas, esperado durante la vida útil del pavimento (ΣL). Tabla 4.3 Requisitos de calidad de materiales para capa sub-base.

Valor %

Característica

ΣL ≤ 106 ΣL > 106 Límite líquido; máximo 30 25 Índice plástico; máximo 10 6 Valor Soporte de California (CBR); mínimo 50 60 Equivalente de arena, mínimo 30 40 Grado de compactación, mínimo 100 100 ΣL = Número de ejes equivalentes acumulados de 8.2 ton, esperado durante la vida útil del pavimento.

Acerca de las diferentes capas que conforman las terracerías:

Capa Sub-rasante, los materiales que se utilicen para la formación de la capa sub-rasante, en función de sus características y de la intensidad del tránsito esperada en términos del número de ejes equivalentes de ocho coma dos (8,2) toneladas,

115

acumulados durante la vida útil del pavimento (ΣL), cumplirán con lo que se indica a continuación, a menos que exista un estudio previamente aprobado por la Secretaría de Comunicaciones y Transportes, que justifique el empleo de materiales con características distintas. Cuando la intensidad del tránsito (ΣL) sea igual a un (1) millón de ejes equivalentes o menor, el material cumplirá con las características granulométricas y con los requisitos de calidad que se establecen en la tabla 4.4 y tendrá un espesor mínimo de veinte (20) centímetros. Cuando la intensidad del tránsito (ΣL) sea de un (1) millón a diez (10) millones de ejes equivalentes, el material cumplirá con los requisitos de calidad que se establecen en la tabla 4.4 y tendrá un espesor mínimo de treinta (30) centímetros. Cuando la intensidad del tránsito (ΣL) sea mayor de diez (10) millones de ejes equivalentes, la capa sub-rasante será motivo de diseño especial. Si la capa sub-rasante se desplanta directamente sobre el terreno de cimentación y su espesor es menor que el señalado en las Fracciones I. o II. anteriores, según corresponda, cuando el material del terreno de cimentación no cumpla con los requisitos establecidos en la tabla 4.4, se excavará una caja hasta la profundidad necesaria para completar el espesor mínimo. Tabla 4.4 Requisitos de calidad de materiales para capa sub-rasante.

Característica Valor Tamaño máximo; mm 76 Límite líquido; %, máximo 40 Índice plástico; %, máximo 12 Valor Soporte de California (CBR); %, mínimo 20 Expansión máxima, % 2 Grado de compactación, % 100 ± 2

Capa Sub-yacente, los materiales que se utilicen para la formación de la capa subyacente, en función de sus características y de la intensidad del tránsito esperada en términos del número de ejes equivalentes de ocho coma dos (8,2) toneladas, acumulados durante la vida útil del pavimento (ΣL), cumplirán con lo que se indica a continuación, a menos que exista un estudio previamente aprobado por la Secretaría, que justifique el empleo de materiales con características distintas.

I. Cuando la intensidad del tránsito (ΣL) sea menor de diez mil (10.000) ejes

equivalentes, no se requiere la capa subyacente.

116

II. Cuando la intensidad del tránsito (ΣL) sea de diez mil (10.000) a un (1) millón de ejes equivalentes, el material cumplirá con los requisitos de calidad que se establecen en la tabla 4.5 y tendrá un espesor mínimo de treinta (30) centímetros.

III. Cuando la intensidad del tránsito (ΣL) sea de un (1) millón a diez (10)

millones de ejes equivalentes, el material cumplirá con los requisitos de calidad que se establecen en la tabla 4.5 y tendrá un espesor mínimo de setenta (70) centímetros.

IV. Cuando la intensidad del tránsito (ΣL) sea mayor de diez (10) millones de ejes

equivalentes, la capa subyacente será motivo de diseño especial.

Tabla 4.5 Requisitos de calidad de materiales para capa sub-yacente.

Característica Valor Tamaño máximo y granulometría Que sea compactable Límite líquido; %, máximo 50 Valor Soporte de California (CBR); %, mínimo 10 Expansión, %, máxima 3 Grado de compactación, % 95 ± 2

Cuerpo de Terraplén, los materiales que se utilicen para la formación de

terraplenes cumplirán con los requisitos de calidad que se establecen en la tabla 4.6, a menos que exista un estudio previamente aprobado por la Secretaría, que justifique el empleo de materiales con características distintas. En ningún caso se utilizarán materiales altamente orgánicos como turba (Pt), ni materiales producto de despalmes. Tabla 4.6 Requisitos de calidad de materiales para el cuerpo de terraplén.

Característica Valor Límite líquido; %, máximo 50 Valor Soporte de California (CBR); %, mínimo 5 Expansión, %, máxima 5 Grado de compactación, % 90 ± 2

117

5. Métodos de Diseño Los métodos actuales de diseño de pavimentos se inclinan hacia el concepto mecanístico-empírico, es decir, que involucran la aplicación de una teoría mecánica como la de la elasticidad creando modelos estructurales para calcular las respuestas de los pavimentos, en combinación con el desarrollo de modelos empíricos como el de deterioro para predecir el comportamiento del pavimento a partir de las respuestas estructurales basados en resultados de laboratorio y observaciones de campo que requieren constantes calibraciones y revisiones. Los esquemas de predicción de comportamiento son posteriormente calibrados a partir de evaluaciones y observaciones del comportamiento de pavimentos en servicio. El método de diseño de pavimentos a emplear en el desarrollo de este catálogo de secciones de pavimento para México son el AASHTO, el método del Instituto del Asfalto y el de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) ya que son los métodos que actualmente solicitan los organismos gubernamentales y privados para el diseño de los pavimentos. 5.1 Método AASHTO para el diseño de pavimentos flexibles La ecuación original de regresión obtenida a partir de los resultados de la prueba realizada por la AASHTO (American Association of State Highway and Transportation Officials) ha sido modificada, principalmente en los valores de las constantes de regresión, con base en la teoría y la experiencia. La ecuación para pavimentos flexibles presentada es la siguiente: Ecuación 5.1 Ecuación de diseño AASHTO para pavimentos flexibles.

en donde: W18 = número admisible de ejes equivalentes de 18 000 lb. ZR = desviación normal estándar. So = desviación estándar integral. SN = número estructural del pavimento. SN = a1 D1 + a2 D2 m2 + a3 D3 m3 ∆PSI = diferencia entre los índices de servicio inicial y terminal ( po – pt ) po = índice de servicio inicial.

( )

07.8log*32.2

1109440.0

5.12.4log

20.0)1(log*36.9*log 10

19.5

10

101810 −+

++

−∆

+−++= rOR M

SN

PSI

SNSZW

118

pt = índice de servicio terminal. Mr = módulo de resiliencia, PSI. m2, m3 = coeficientes de drenaje para las capas base y sub-base. a1, a2, a3 = coeficientes de capas representativos de la carpeta, base y sub-base. D1, D2, D3 = espesores de las capas de carpeta, base y sub-base en pulgadas. A continuación se presenta una descripción sobre los factores que intervienen en la ecuación, que será de utilidad para la correcta utilización de la misma en el proceso de diseño del espesor de pavimento. 5.1.1 Serviciabilidad-Índice de servicio (serviciability) De acuerdo con la AASHTO, la serviciabilidad de un pavimento puede definirse como “su habilidad para proporcionar un servicio adecuado al tipo de tránsito (automóviles y camiones) que lo usan”. En el tramo de prueba se desarrolló una escala con valores cuyos rangos van del 0 al 5, que representan los diferentes niveles de calidad de servicio, en función del grado de deterioro superficial del pavimento, manifestado principalmente por la rugosidad de su superficie. Estos niveles definen el concepto de índice de servicio actual (PSI, Present Serviciability Index) como lo indica la tabla 5.1. Debe señalarse que los niveles 0 y 5 en raras ocasiones son alcanzados.

Tabla 5.1 Escala del índice de servicio actual ( PSI ).

5.0

Excelente

4.0

Muy bueno

3.0

Bueno

( PSI )

2.0

Regular

1.0

Malo

0.0

Muy malo

Intransitable

119

El índice de servicio inicial, po, representa la condición del pavimento inmediatamente después de su construcción o rehabilitación. Con las técnicas modernas de construcción, control y supervisión, en los pavimentos de concreto de alta calidad se han alcanzado valores iniciales de 4.7 a 4.8, por lo que se recomienda tomar un valor de 4.5 para efectos de diseño, cuando no se tenga mejor información. El índice de servicio terminal, pt, corresponde al nivel de servicio en el cual el pavimento requiere de algún tipo de rehabilitación para iniciar un nuevo ciclo de vida. El valor del índice de servicio terminal está relacionado con la importancia de la carretera o elemento. En la tabla 5.2 se muestran los valores típicos recomendados para diferentes tipos de utilización, si bien el proyectista podrá adoptar el que considere convenientemente para un caso en particular. Tabla 5.2 Valores terminales típicos para el índice de servicio terminal.

pt Clasificación 3.00 Autopistas. 2.50 Carreteras principales, arterias urbanas. 2.25 Carreteras secundarias importantes, calles comerciales e industriales. 2.00 Carreteras secundarias, calles residenciales y estacionamientos.

Con base en lo anterior, el parámetro que indica la diferencia entre los índices de servicio inicial y terminal de acuerdo con la ecuación 5.2 se expresa de la siguiente manera:

Ecuación 5.2 Diferencia entre índices de servicio inicial menos el terminal.

∆PSI = po – pt Por lo tanto, es recomendable que el índice po alcance el mayor valor posible con el objeto de incrementar el ciclo de vida del pavimento, lo cual depende de la aplicación correcta de técnicas de construcción control y supervisión. 5.1.2 Tránsito (W18) La aplicación del método AASHTO requiere convertir las cargas axiales variables en una distribución de cargas de diseño y expresar el volumen de tráfico como el número de repeticiones del eje de carga de diseño. La carga para diseño usada es una carga sobre un eje sencillo de 18 000 lb. Así el tráfico se expresa como cargas equivalentes sobre un eje sencillo de 18 000 lb (8.2 ton). Cabe destacar aquí que estas cargas equivalentes se calculan sobre un carril, “el más crítico” por llamarlo de alguna manera y será el que se considerará para el diseño.

120

Para obtener los ejes equivalentes sobre un eje sencillo de 8.2 ton para el “carril de diseño” se deben definir los siguientes parámetros:

• Factor por sentido del tránsito, Fs Tomando como ejemplo una carretera de dos carriles, si tomamos la consideración de que la mitad del tránsito va en un sentido y la otra mitad en el otro, entonces su Fs sería de 0.5.

• Factor de distribución por carril, Fc Considerando el número de carriles de la vialidad, con ayuda de la tabla 5.3 se elige el factor de distribución por carril, continuando con el ejemplo de la carretera de dos carriles, el Fc sería igual a 1 debido a que solamente tenemos un carril en cada dirección y suponiendo una carretera de cuatro carriles, tendríamos por lo tanto dos carriles por sentido de los cuales normalmente se elige uno de ellos como nuestro carril de diseño en el cuál se considera que pasan la mayoría de los ejes equivalentes de 18 ton (normalmente el carril de baja velocidad) y cuyo Fc podría ir desde 0.8 a 1.

Tabla 5.3 Factor de distribución por carril.

Número de carriles en cada dirección

Porcentaje del número de ejes equivalente en el carril de diseño

1 100 2 80 – 100 3 60 – 80 4 50 – 75

• Vehículos por día en el carril de diseño, Vo

Para obtener los vehículos por día en el carril de diseño se debe emplear la ecuación 5.3 siguiente:

Ecuación 5.3 Vehículos por día en el carril de diseño

FcFsTDPAVo ∗∗= Donde: TDPA = Tránsito Diario Promedio Anual. Fs = Factor por sentido del tránsito. Fc = Factor de distribución por carril.

• Tabla de distribución Con la composición vehicular, los vehículos por día en el carril de diseño y los límites de peso de acuerdo a la tipología de los vehículos autorizados por la SCT para las vialidades nacionales (apartado 5.1.4) se vacía a la tabla de distribución (tabla 5.4):

121

Tabla 5.4 Tabla de distribución.

Tipo de Vehículo

Pi (%)

Vo-i = Pi*Vo

Peso por Eje (ton) Tipo de Eje

Vehículo Cargado

(ton) 1.0 S A2

(4 neumáticos)

1.0 S

2.0 6.5 S B2

(6 neumáticos)

11.0 S – Motriz

17.5 6.5 S C2

(6 neumáticos)

11.0 S – Motriz

17.5 6.5 S C3

(10 neumáticos)

19.5 T – Motriz

26.0

6.5 S 19.5 T – Motriz T3 – S2

(18 neumáticos)

18.0 T

44.0 6.5 S 19.5 T – Motriz T3 – S3

(22 neumáticos)

22.5 Triple

48.5 SUMA 100 % Vo =

• Tabla de conversión

Una vez completada la tabla de distribución, se procede a llenar la tabla 5.5, de conversión: Tabla 5.5 Tabla de conversión

Peso por Eje Tipo de Eje (ton) (kips) Eo-i

(Ejes) Fi ESALo-i (W8.2)

1.0 2.2 0.00029 6.5 14.3 0.400 Simple 11.0 24.2 3.130 18.0 39.6 2.000 Tándem 19.5 42.9 2.740

Trídem 22.5 49.5 1.170

Total (ejes/día) =

Donde: Eo-i = Sumatoria de Vo-i de cada peso por eje. Fi = Factores de carga propuestos por AASTHO para cada tipo de eje.

Los que se encuentran en la tabla de conversión que se muestra se obtuvieron de la tabla 5.6 (Tabla 6 AASHTO para pavimento flexible).

122

ESALo-i = Ejes equivalentes de 18,000 libras (8.2 ton) iniciales. (W8.2)

Tabla 5.6 Factores de carga equivalentes para pavimento flexible.

Factores para SN = 5 y Pt = 2.5, de acuerdo a AASHTO (Pavimento Flexible) FACTORES DE CARGA DE EJES EQUIVALENTES, EALF, (IA)

Factor de Carga Factor de Carga Carga Eje (Lb) Simple Tándem Trídem

Carga Eje (Lb) Simple Tándem Trídem

1,000 0.00002 41000 23.27 2.29 0.54 2,000 0.00018 42,000 25.64 2.51 0.597 3,000 0.00072 43,000 28.22 2.76 0.658 4,000 0.00209 44,000 31 3 0.723 5,000 0.005 45,000 34 3.27 0.793 6,000 0.01043 46,000 37.24 3.55 0.868 7,000 0.0196 47,000 40.74 3.85 0.948 8,000 0.0343 48,000 44.5 4.17 1.033 9,000 0.0562 49,000 48.54 4.51 1.12 10,000 0.0877 0.00688 0.002 50,000 52.88 4.86 1.22 11,000 0.1311 0.01008 0.002 51,000 5.23 1.32 12,000 0.189 0.0144 0.003 52,000 5.63 1.43 13,000 0.264 0.0199 0.005 53,000 6.04 1.54 14,000 0.36 0.027 0.006 54,000 6.47 1.66 15,000 0.478 0.036 0.008 55,000 6.93 1.78 16,000 0.623 0.0472 0.011 56,000 7.41 1.91 17,000 0.796 0.0608 0.014 57,000 7.92 2.05 18,000 1.000 0.0773 0.017 58,000 8.45 2.2 19,000 1.24 0.0971 0.022 59,000 9.01 2.35 20,000 1.51 0.1206 0.027 60,000 9.59 2.51

FACTORES DE CARGA DE EJES EQUIVALENTES, EALF, (IA) Factor de Carga Factor de Carga Carga

Eje (Lb) Simple Tándem Trídem

Carga Eje (Lb) Simple Tándem Trídem

21,000 1.83 0.148 0.033 61,000 10.2 2.07 22,000 2.18 0.18 0.04 62,000 10.84 2.85 23,000 2.58 0.217 0.048 63,000 11.52 3.03 24,000 3.03 0.26 0.057 64,000 12.22 3.22 25,000 3.53 0.308 0.067 65,000 12.96 3.41 26,000 4.09 0.364 0.08 66,000 13.73 3.62 27,000 4.71 0.426 0.093 67,000 14.54 3.83 28,000 5.39 0.495 0.109 68,000 15.38 4.05 29,000 6.14 0.572 0.126 69,000 16.26 4.28 30,000 6.97 0.658 0.145 70,000 17.19 4.52

123

31,000 7.88 0.753 0.167 71,000 18.15 4.77 32,000 8.88 0.857 0.191 72,000 19.16 5.03 33,000 9.98 0.971 0.217 73,000 20.22 5.29 34,000 11.18 1.095 0.246 74,000 21.32 5.57 35,000 12.5 1.23 0.278 75,000 22.47 5.86 36,000 13.93 1.38 0.313 76,000 23.66 6.15 37,000 15.5 1.53 0.352 77,000 24.91 6.46 38,000 17.2 1.7 0.393 78,000 26.22 6.78 39,000 19.06 1.89 0.438 79,000 27.58 7.11 40,000 21.08 2.08 0.487 80,000 28.99 7.45

• Porcentaje de ejes cargados

De la tabla 5.5 (de conversión) se obtienen los ejes equivalentes iniciales y se encuentran al 100% de su carga, situación que normalmente no es cierta, esto quiere decir que solamente un porcentaje de ellos van cargados. Para hacer una evaluación más cercana a la realidad es importante medir cuantos de estos ejes están al 100% de carga y establecer un porcentaje, el cual puede oscilar entre el 70 al 90%.

5.1.3 Tasa anual de crecimiento vehicular (r) Posteriormente, hay que proyectar el ESALo (año uno) al período de diseño del pavimento (año “n”), considerando la tasa anual de crecimiento vehicular, “r”. Generalmente la tasa de crecimiento vehicular es proporcionada por el organismo que requiere el proyecto y deberá aplicarse durante el periodo de análisis. El proyectista puede, en dado caso, recurrir a la información obtenida a partir del estudio del tránsito para vialidades semejantes al objeto de estudio, además de la información estadística. Para esto se presentan 4 opciones (ecuaciones 5.4, 5.5 y 5.6) que son consideradas en diferentes administraciones y con ellas se pueden generar escenarios de carga de tránsito que pueden ser empleados a juicio ingenieril.

Ecuación 5.4 Crecimiento compuesto

ESALn = 365 ESALo (1 + r)n ; ( ) ( )[ ]∑ −++

×=

nnr

rESALESAL

0

0 111ln

365

Ecuación 5.5 Crecimiento nulo

ESALn = 365×ESALo×n

Ecuación 5.6 Crecimiento Asphalt Institute, IA y AASHTO

( )[ ]∑ −+×

=n

nrrESALESAL

0

0 11365

124

5.1.4 Tipología de vehículos En la tabla 5.7 de la página siguiente se indican los diferentes tipos de vehículos autorizados por la Secretaría de Comunicaciones y Transportes, para circular por las vialidades nacionales. Tabla 5.7 Tipología de vehículos autorizados por la SCT para circular por las

vialidades nacionales.

Peso por eje, tonelada Vehículo

Designación

1 2 3 4 5 Automóvil A2 1.0 1.0

Camión ligero con capacidad de carga hasta

de 3 toneladas A’2 1.7 3.8

Autobús de dos ejes B2 5.5 10.0 Autobús de tres ejes B3 5.5 14.0-D

Autobús de cuatro ejes B4 7.0-D 14.0-D Camión de dos ejes C2 5.5 10.0 Camión de tres ejes C3 5.5 18.0-D

Camión de cuatro ejes C4 5.5 22.5-T Tractor de dos ejes con semirremolque de un eje T2 – S1 5.5 10.0 10.0

Tractor de dos ejes con semirremolque de dos ejes T2 – S2 5.5 10.0 18.0-D

Tractor de tres ejes con semirremolque de dos ejes T3 – S2 5.5 18.0-D 18.0-D

Tractor de tres ejes con semirremolque de tres ejes T3 – S3 5.5 18.0-D 22.5-T

Camión de dos ejes con remolque de dos ejes C2 – R2 5.5 10.0 10.0 10.0

Camión de tres ejes con remolque de dos ejes C3 – R2 5.5 18.0-D 10.0 10.0

Camión de tres ejes con remolque de tres ejes C3 – R3 5.5 18.0-D 10.0 18.0-

D

Tractor de dos ejes con semirremolque de un eje y remolque de dos ejes

T2 – S1 – R2

5.5

10.0

10.0

10.0

Tractor de dos ejes con semirremolque de dos ejes y remolque de dos ejes

T2 – S2 – R2

5.5

10.0

18.0-D

10.0

10.0

Tractor de tres ejes con semirremolque de un eje y remolque de dos ejes

T3 – S1 – R2

5.5

18.0-D

10.0

10.0

10.0

Tractor de dos ejes con

125

semirremolque de dos ejes y remolque de dos ejes

T3 – S2 – R2 5.5 18.0-D 18.0-D 10.0 10.0

Tractor de tres ejes con semirremolque de dos ejes y remolque de tres ejes

T3 – S2 – R3

5.5

18.0

18.0

10.0

18.0

Tractor de tres ejes con semirremolque de dos ejes y remolque de cuatro ejes

T3 – S2 – R4

5.5

18.0

18.0

18.0

18.0

D = eje doble o tandem T = eje triple o tridem 5.1.5 Periodo o ciclo de proyecto Es importante definir la magnitud del ciclo de proyecto, ya que el número de ejes equivalente deberá acumularse en dicho ciclo. Por lo general se consideran periodos de diseño de diez a 20 años, lapso en el cual se espera que el pavimento alcance el índice de servicio terminal elegido. Dicho periodo puede ser asignado por el organismo que requiere el proyecto o bien propuesto por el proyectista, en función de su experiencia, tipo de carretera, etcétera, pudiendo utilizar como guía los periodos presentados en la tabla 5.8. Tabla 5.8 Periodos o ciclos de proyecto de acuerdo con el tipo de vialidad.

Tipo de vialidad Periodo de proyecto, años Urbana, con elevado nivel de tránsito 30 – 50 Principal, con elevado nivel de tránsito 20 – 50 Secundaria, con bajo nivel de tránsito 15 – 25 5.1.6 Coeficiente de drenaje (mi) Es ampliamente conocido que la presencia de agua es uno de los factores que mayormente contribuye al deterioro de los pavimentos, bien sea por la saturación y reducción de la resistencia de los materiales de las capas sub-rasante y de sub-base, o por favorecer el fenómeno de bombeo con expulsión de las partículas finas de las bases granulares a través de grietas y juntas, lo que conduce a una degradación de la capacidad de soporte estructural, oxidación y envejecimiento de las carpetas asfálticas, e inestabilidad y agrietamientos por cambios volumétricos debidos a cambios de humedad. En climas fríos ocurre el fenómeno de congelamiento – deshielo. Para seleccionar el valor del coeficiente mi, se deben considerar las condiciones de saturación a que están expuestas las capas de sub-base y capa sub-rasante, debiendo consultarse la tabla 5.9, para determinar el valor del coeficiente en cada caso particular.

126

Para mejorar las condiciones de drenaje, se sugiere el empleo de sub-drenes y capas de sub-base permeable, para prevenir, además, el bombeo prematuro y los deterioros asociados en el pavimento. Tabla 5.9 Valores recomendados del coeficiente de drenaje (mi), para el diseño de

pavimentos flexibles.

Porcentaje del tiempo en que la estructura del pavimento se encuentra expuesta a niveles de humedad cercanos a la

saturación Condición del

drenaje < 1% 1 – 5% 5 – 25% > 25%

Excelente 1.40 – 1.35 1.35 – 1.30 1.30 – 1.20 1.20 Buena 1.35 – 1.25 1.25 – 1.15 1.15 – 1.00 1.00

Regular 1.25 – 1.15 1.15 – 1.05 1.00 – 0.80 0.80 Mala 1.15 – 1.05 1.05 – 0.80 0.80 – 0.60 0.60

Muy mala 1.05 – 0.95 0.95 – 0.75 0.75 – 0.40 0.40

Condición del drenaje Lapso transcurrido para que el suelo sea

drenado hasta alcanzar el 50% de saturación Excelente 2 horas

Buena 1 día Regular 7 días

Mala 1 mes Muy mala Infinito

En el caso de que mi = 1, se estima que las condiciones del drenaje no causan ningún impacto en el espesor del pavimento; si es menor que la unidad, el espesor se incrementa y para valores superiores a la unidad, el espesor decrecerá. 5.1.7 Confiabilidad (R, ZR, So) La confiabilidad puede definirse como la probabilidad estadística de que el pavimento cumpla con la vida de diseño. Generalmente, el comportamiento de un pavimento a lo largo del tiempo se representa mediante una curva, que manifiesta la forma en que el pavimento pierde progresivamente alguna de sus cualidades, por ejemplo su servicialidad. La ecuación de diseño propuesta por la AASHTO define la forma de la curva de comportamiento del pavimento atendiendo al concepto de servicialidad, con un nivel de confianza (R) de 50%. El nivel de confianza para un proyecto en especial debe seleccionarse de acuerdo con el tipo e importancia de la carretera o vialidad, teniendo en cuenta lo recomendado en la tabla 5.10. Debe notarse que los valores mayores se recomiendan para vialidades sujetas a un uso intenso y con mayores exigencias de un mantenimiento mínimo.

127

Tabla 5.10 Niveles de confianza sugeridos para diferentes tipos de vialidades y carreteras.

Nivel de confianza

Tipo de vialidad Vialidades urbanas Carreteras Autopistas y carreteras de primer orden 85 – 99.9 80 – 99.9

Carreteras y vialidades principales 80 – 99 75 – 95 Carreteras y vialidades secundarias 80 – 95 75 – 95

Vialidades de acceso y calles en general 50 – 80 50 – 80 Los niveles de confianza propuestos indican el porcentaje del área comprendida en la curva de distribución normal de servicialidad, a la derecha del nivel de confianza elegido. La distancia entre el valor medio, equivalente a un nivel de confianza R = 50% y el correspondiente al nivel de confianza elegido para un caso en particular, es igual al producto ZR * So. En donde: So es la desviación estándar total, que considera el monto del error estadístico

incluido en la ecuación, como resultado de la variabilidad inherente a los materiales y a la construcción.

ZR es la desviación normal estándar para la distribución normal, para un nivel de

confianza determinado. Determinar el valor de So es difícil, pues requiere conocer la desviación estándar para cada parámetro involucrado, teniendo en cuenta las condiciones locales, razón por la cual se ha considerado a So dentro de un rango entre 0.3 y 0.4, recomendándose un valor de 0.45, para tomar en cuenta, además, el error relativo a la predicción del tránsito. Por lo que respecta al parámetro ZR, su valor depende del nivel de confianza elegido, y puede determinarse en tablas de tipo estadístico. Para efectos de su aplicación práctica, la tabla 5.11 presenta los valores de ZR para los niveles de confianza recomendados en la tabla 5.10. Tabla 5.11 Relación entre el nivel de confianza y la desviación normal estándar, ZR.

Nivel de confianza, R Desviación normal

estándar, ZR ZR So

50 0.00 0.0 75 -0.674 -0.236 80 -0.841 -0.294 85 -1.037 -0.363 90 -1.282 -0.449 95 -1.645 -0.576

99.9 -3.090 -1.082

128

5.1.8 Módulo de resiliencia (Mr) La propiedad básica de los materiales que conforman las capas de un pavimento (carpeta asfáltica, base, sub-base y sub-rasante) es el módulo de resiliencia, que es una medida de las propiedades elásticas de un suelo, pero que reconoce la existencia de características no lineales en su comportamiento. Según la guía para el diseño de pavimentos estructurales de la AASHTO, el módulo de resiliencia está llamado a sustituir el valor relativo de soporte por las razones siguientes: • Es una propiedad mecánica básica que puede usarse en análisis mecanicistas de

sistemas de capas múltiples para predecir diferentes tipos de deterioros, como son agrietamientos, deformaciones permanentes, rugosidad, entre otros.

• Se le ha reconocido internacionalmente como método para la caracterización de materiales y para su uso en diseño y evaluación de pavimentos.

Existen técnicas no destructivas para su medición indirecta en el campo, utilizando, por ejemplo, deflectómetros de impacto. El procedimiento para obtener el módulo de resiliencia está normalizado en la prueba AASHTO T247, sin embargo, la dificultad actual para determinar este módulo es la necesidad de equipos capaces de aplicar esfuerzos triaxiales en forma cíclica, que no son todavía accesibles. Debido a ello se han propuesto ecuaciones de correlaciones entre el módulo de reisiliencia y otros parámetros de fácil obtención, como el valor relativo de soporte. Dichas correlaciones pueden tener desviaciones importantes, por lo que su aplicación debe hacerse con cuidado.

Esta característica básica que se requiere para el diseño de pavimento, el módulo de resiliencia (Mr), ha sustituido al valor de CBR (California Bearing Ratio) y valor de “R” o módulo de reacción del estabilómetro de Hveem, debido a lo anterior se han establecido correlaciones razonables con el CBR que es prácticamente el mismo que el valor relativo de soporte (VRS) y el valor de “R”, que están dadas por las siguientes expresiones 5.8 y 5.9:

Ecuación 5.8 Cálculo Módulo de resilencia 1. Mr (psi) = 1500 x VRS

Ecuación 5.9 Cálculo Módulo de resilencia 2.

Mr (psi) = 1000 + 555 x R Estas expresiones son válidas, básicamente, para suelos finos o granulares cuyo valor de VRS es menor o igual a 10%, para suelos de diferente composición y/o cuyo valor de VRS es mayor al 10%, se utiliza la tabla 5.12 para obtener el módulo de resiliencia (Mr):

129

Tabla 5.12 Caracterización de los suelos.

Clasificación SUCS

VRS campo (%) Mr (psi)

CH Arcillas inorgánicas de alta plasticidad. OH Arcillas orgánicas o limos orgánicos de media plasticidad.

3 a 5 4,500 a 7,500

CL Arcillas inorgánicas de baja a mediana plasticidad, arcillas con grava, arcillas arenosas, arcillas limosas. ML Limos inorgánicos, polvo de roca, limos arenosos o arcillosos ligeramente plásticos.

5 a 15 7,500 a 10,500

SC Arenas arcillosas, mezclas de arenas y arcilla. SP Arenas mal graduadas, arenas con grava con poco ó nada de finos.

10 a 25 10,500 a 15,000

SM Arenas limosas, mezclas de arenas y fino. SW Arenas bien graduadas, arenas con gravas con poco o nada de finos. GC Gravas arcillosas, mezclas de grava, arena y arcilla.

20 a 40 15,000 a 20,000

Apoyo en Roca Firme GM Gravas limosas, mezclas de grava, arena y limo. GW Gravas bien graduadas, mezclas de grava y arena con poco o nada de finos.

› 40

› 20,000

130

5.1.9 Coeficiente de capa (ai) Los coeficientes de capa representan la resistencia relativa del material que se va a usar en cada capa. El método proporciona la tabla 5.13 que menciona tipos de materiales con sus diferentes módulos de elasticidad y coeficientes de capa ai sugeridos para cada caso, además de gráficas en las que pueden obtenerse los coeficientes de capa aplicables a los diferentes materiales de las capas consideradas de la estructura de pavimento, en función del Mr correspondiente. Las gráficas 5.1 a 5.5 presentan los coeficientes de capas para concreto asfáltico, bases y sub-bases granulares y bases estabilizadas con cemento Pórtland o asfáltico. Tabla 5.13 Tabla de coeficientes de capa ai sugeridos con sus módulos de elasticidad.

Módulo de Elasticidad (E)

(Utilizados Usualmente) Tipo de Material

Lb/in2 (psi) Kg/cm2 Coeficiente Estructural

Carpeta Asfáltica 400,000 28,123 0.42 – 0.40

Base Asfáltica 360,000 25,310 0.30

Base Hidráulica 30,000 2,110 0.14

Sub-base 17,000 1,195 0.11

Sub-rasante 11,000 773 0.08

Terreno Natural

E = 1,500 CBR = Lb/in2 (psi)

131

132

133

134

135

136

5.1.10 Número estructural (SN) Es un número abstracto que expresa la resistencia estructural de pavimento requerida para una combinación especificada del valor de soporte de suelo, total de cargas equivalentes sobre un eje sencillo de 18 000 lb, índice terminal de capacidad de servicio, coeficientes de capa y los coeficientes de drenaje. El SN requerido se debe convertir a espesores reales de superficial, base y sub-base por medio de los apropiados coeficientes de capas, como se plantea en la ecuación 5.10 que se muestra.

Ecuación 5.10 Número estructural (SN) SN = a1 D1 + a2 D2 m2 + a3 D3 m3

En donde: m2, m3 = coeficientes de drenaje para las capas base y sub-base. a1, a2, a3 = coeficientes de capas representativos de la carpeta, base y sub-base. D1, D2, D3 = espesores de las capas de carpeta, base y sub-base en pulgadas. 5.2 Método de la UNAM Desde hace aproximadamente tres décadas, los proyectistas de carreteras han contado en México con un método de diseño para pavimentos desarrollado por el Instituto de Ingeniería de la UNAM, a petición de la entonces Secretaría de Obras Públicas, luego SAHOP y ahora SCT. Este método partió del análisis de datos experimentales en tramos de prueba, en carreteras en servicio, de investigación teórica y de experimentación en laboratorio en la pista circular de pruebas, que influyó más recientemente en sucesivos perfeccionamientos. Actualmente el método está preparado para ser manejado con la ayuda de gráficas, con calculadoras programables o con la ayuda de programas de cómputo como el DISPAV-5 también desarrollado por la UNAM. El instituto de ingeniería de la UNAM, se ha basado en la tipificación de transito y en los coeficientes de daño de los diferentes tipos de vehículos, que pueden obtenerse a partir de las pruebas AASHTO, para obtener su propia tabla de tipificación y sus propios coeficientes de daño. Con base en experiencias realizadas en la pista circular de pruebas y en el estudio de comportamientos en tramos experimentales que la propia institución controla en diversos puntos de la red mexicana de carreteras, el instituto diversifico un tanto la evaluación de daños producidos por los diferentes vehículos en los pavimentos, distinguiéndolos en profundidades de 0, 15, 22.5 y 30 cm.

137

5.2.1 Cálculo del tránsito equivalente acumulado (Σ L) El volumen del Tránsito Diario Promedio Anual (TDPA) se convierte a transito equivalente de ejes sencillos de 8.2 toneladas, mediante la aplicación adecuada de los coeficientes de daño por transito para vehículos tipo. Para el análisis del tránsito equivalente acumulado (∑L), el método inicia el cálculo de los coeficientes de daño a diferentes profundidades de la estructura del pavimento. Se calcula el coeficiente de daño de cada vehículo tanto en condiciones de carga reglamentada y vacíos, para profundidades de Z = 0 cm para obtener los ejes equivalentes en carpeta y base, y Z = 30 cm para el resto de la sección. Ecuación 5.11 Ejes equivalentes método UNAM

Al obtenerse los coeficientes de daño para todos y cada uno de los vehículos vacíos y cargados a las profundidades Z = 0 y Z = 30, se multiplica éstos coeficientes por la composición del tránsito en porcentaje. Con ello se obtendrá el Número de ejes equivalentes para cada vehículo y para cada profundidad. Al efectuar la sumatoria de tales valores en el carril de proyecto por el coeficiente de acumulación del tránsito CT y por el valor de TDPA inicial, se obtendrá el tránsito equivalente acumulado ∑L para las capas de carpeta y base, y súbase respectivamente.

138

Ecuación 5.12 Coeficiente de acumulación del tránsito.

Figura 5.6 Grafica para estimar el coeficiente de acumulación de transito

139

5.2.2 Diseño estructural de la carretera El método presenta un procedimiento sencillo para obtener los espesores equivalentes de diseño de la sección estructural del pavimento, procedimiento que incluye varios nomogramas que están en función del nivel de confianza Qu que se elija, el Valor Relativo de Soporte Crítico de cada capa y el tránsito equivalente acumulado en ejes sencillos de 8.2 ton en el carril de proyecto. Con los datos de la grafica para el diseño estructural de carreteras con pavimento flexible, se obtienen los diferentes espesores de la carretera mediante el siguiente procedimiento: Figura 5.7 Gráfica para determinar el espesor de una estructura flexible en México.

El espesor total del material equivalente que deberá colocarse sobre la terrecería se determina dibujando una línea vertical partiendo del punto de VRS (de terrecería) hasta interceptar la curva de igual resistencia (ΣL), denominado punto critico, que proyectado en el eje de las ordenadas (Z) proporcionan un espesor total (Et).

140

Ecuación 5.13 Espesor total. Et = a1 d1 + a2 d2 + a3 d3 + a4 d4´ ´ ´ ´ El espesor de la carpeta (d1) se obtiene a partir del VRS base y la curva de igual

resistencia (ΣL), con el procedimiento anterior. EtEt = a1 d1 d1= a1 =2a1

´

El espesor de la base (d2) se obtiene a partir del VRS de sub-base y la curva de igual

resistencia (ΣL). (Et - d1)d2=a2

El espesor de la súbase (d3) se obtiene a partir del VRS de la sub-rasante y la curva de

igual resistencia (ΣL). (Et - d1-d2)d3=a3

El espesor de la sub-rasante (d4) se obtiene con la siguiente formula: Et = a1 d1 + a2 d2 + a3 d3 + a4 d4´ ´ ´ ´

(Et - (d1 + d2 + d3))d4 = a4

Por indicación, se consideran generalmente los valores siguientes: a1 = 2 para carpetas de concreto asfáltico a2 = a3 = a4 = 1 5.3 Método del Instituto del Asfalto Hasta 1969, las ediciones de este manual que emite el Instituto del Asfalto para el diseño de las secciones de pavimentos asfálticos se basaron en datos tomados de las pruebas realizadas por la AASTHO y WASHO, así como datos provenientes de pruebas en Inglaterra además de comparaciones realizadas con los procedimientos de diseño del cuerpo de ingenieros de las fuerzas armadas estadounidenses y algunas organismos estatales. La novena edición publicada en 1981, se basó en una metodología mecanística – empírica, usando la teoría mecanística multicapa en conjunto con el criterio de falla empírico para determinar las secciones. Basados en los resultados del programa de cómputo llamado DAMA, se desarrollaron una serie de gráficas que toman en cuenta tres

141

diferentes regímenes de temperaturas, sin embargo, solo se publicó un solo régimen de temperatura que se consideró era el más representativo para la mayor parte del país. Para 1991, se había realizado una revisión al que hasta entonces era la última edición del manual, en donde las gráficas para los tres distintos regímenes de temperatura fueron incluidas. 5.3.1 Criterios de diseño Son dos los tipos de esfuerzos que más frecuentemente son considerados como críticos en el diseño de las secciones de pavimento flexibles. Uno es el esfuerzo a tensión horizontal εt en la parte de debajo de la capa de asfalto, que causa la fatiga por fisuramiento y el otro es el esfuerzo vertical a compresión εc en la superficie de la sub-base, que causa deformaciones permanentes de rotura. Estos dos tipos de esfuerzos han sido usados como criterios de falla en el método del Instituto del Asfalto. Criterio de fatiga La ecuación de fatiga empleada para una mezcla estándar con un volumen de asfalto del 11% y un contenido de vacíos del 5% es la siguiente:

Ecuación 5.14 Ecuación de fatiga.

( ) 854.0291.30796.0−∗−= EN tf ε

en donde Nf es la número admisible de repeticiones de carga para controlar el fisuramiento por fatiga y ∗E es el módulo dinámico de la mezcla de asfalto. Criterio de deformación permanente El número permitido de repeticiones de carga para controlar la deformación permanente puede ser expresado como:

Ecuación 5.15 Ecuación de deformación permanente.

( ) 477.4910365.1 −−×= cdN ε Mientras que se mantenga la compactación requerida para cada uno de los componentes de la sección del pavimento y la mezcla del asfalto sea diseñada correctamente, el uso de la ecuación 5.15 no debe resultar en grietas mayores a 12.7 milímetros para el tráfico de diseño.

142

5.3.2 Análisis del tráfico El método para el análisis del tráfico se determina de la misma manera que para el método AASHTO presentado en el apartado 5.1.2. 5.3.3 Caracterización de los materiales Las propiedades de los materiales utilizadas para el análisis en el método del Instituto del Asfalto incluyen el módulo de resiliencia y el cociente de Poisson de la sub-base, base granular y la capa asfáltica. El cociente de Poisson se puede considerar de manera razonable como 0.45 para la sub-base y 0.35 para todos los otros materiales. Sub-base El módulo de resiliencia utilizado en este procedimiento en algunos casos no puede ser representativo cuando la sub-base está congelada o descongelándose. Este puede determinarse con la prueba para la obtención del módulo de resiliencia o correlacionándolo con otras pruebas como la del CBR o R. Un mínimo de seis a ocho valores de prueba son requeridos para determinar el módulo de resiliencia de la sub-base. El módulo de resiliencia de diseño se define como aquél valor menor que el 60, 75 u 87.5% de todos los valores de prueba obtenidos. Materiales granulares El efecto del esfuerzo en el módulo de resiliencia de los materiales granulares se indica con la ecuación 5.16. El coeficiente K1 se seleccionó dentro de un rango que va desde 8,000 hasta 12,000 psi (55.2 a 82.8 MPa) y el exponente K2 se seleccionó igual a 0.5. Ecuación 5.16 Efecto del esfuerzo en el módulo de resiliencia en materiales

granulares. 2

1KKE θ=

Mezclas Asfálticas en Caliente Para estas mezclas asfálticas en caliente (Hot Mix Asfalt, HMA) el módulo de resiliencia determinado por la ecuación 5.17, la gráfica de diseño se desarrolló utilizando los siguientes parámetros: P200 = 5%, f = 10 Hz, Va = 4% para el curso superficial y 7% para el curso de la base, y Vb = 11% para ambos cursos. Tres regímenes de temperatura representativos de New Cork, Carolina del Sur y Arizona fueron considerados con una media anual de temperaturas del aire de 45, 60 y 75ºF (7, 15.5 y 24ºC) respectivamente. Ecuación 5.17 Fórmulas de regresión para determinar el módulo dinámico de las

mezclas asfálticas en caliente.

110000,100 β×=∗E

143

1.1

2231 00189.0000005.0 −−+= fββββ

55.042

βββ T=

( ) 02774.01703.02003 931757.0070377.003467.0028829.0553833.0 −− ++−+= fVfP a λβ

bV483.04 =β

flog49825.03.15 +=β

Mezclas asfálticas emulsificadas Dependiendo de los tipos de agregado, se especifican tres tipos de mezclas:

1. Tipo I: mezclas densas procesadas con agregados graduados, que debe ser mezclada en una planta y tener propiedades semejantes a las mezclas asfálticas en caliente.

2. Tipo II: mezclas semi procesadas con agregados triturados, de excavación o de banco.

3. Tipo III: mezclas con arenas y arenas sílicas. La rigidez representativa del material colocado y totalmente curado fue usado para cada tipo de mezcla basado en los resultados de 32 diferentes mezclas probadas a 73ºC (23ºC) y 100ºC (38ºC). el efecto del tiempo de curado en el módulo elástico se representa:

Ecuación 5.18 Efecto del tiempo en el módulo elástico.

( )( )RFEEEE ifft −−= Donde Et es el módulo al tiempo de curado t, Ef es el módulo de curado final, Ei es el módulo sin curar o estado inicial y RF es el factor de reducción representando la cantidad de curado al tiempo t. 5.3.4 Efectos del medio ambiente Además del efecto que los cambios de temperatura promedio mensuales a lo largo del año tienen sobre el módulo de elasticidad de las mezclas asfálticas en caliente y en las emulsificadas, las gráficas de diseño también toman en cuenta el efecto de congelamiento y descongelamiento en el módulo de resiliencia de la sub-base y en los materiales granulares. Esto se logró usando un incremento del módulo para representar el periodo de congelamiento y un decremento para considerar el periodo de descongelamiento.

144

Sub-base La figura 5.8 muestra la variación del módulo de resiliencia de la sub-base a lo largo del año. El diagrama representa cuatro distintos periodos: congelamiento, descongelamiento, recuperación y normal. Cuando la sub-base está completamente congelada, un módulo de congelamiento se define de 50,000 psi (345 MPa). El módulo se reduce durante el periodo de descongelamiento y alcanza su módulo mínimo durante este periodo y se define como un porcentaje del módulo normal. La magnitud de los módulos de descongelamiento y las duraciones de cada periodo se muestran en la tabla 5.14 para dos de los regímenes de temperatura. Figura 5.8 Variaciones estacionales del módulo de resiliencia de la sub-base.

Tabla 5.14 Condiciones utilizadas para representar los efectos del congelamiento en

la sub-base.

Thaw modulus Duration (month) MAAT

Normal modulus

(psi) % Normal psi

Month freeze started Freeze Thaw Recovery Normal

4,500 20 900 Dec 4 1 5 2 12,000 50 6,000 Dec 4 1 5 2 45 ºF

(7ºC) 22,500 70 15,800 Dec 4 1 5 2 4,500 30 1,350 Jan 2 1 4 5

12,000 60 7,200 Jan 2 1 4 5 60 ºF (15.5 ºC)

22,500 80 18,000 Jan 2 1 4 5

145

5.3.5 Procedimiento de diseño Utilizando el programa de cómputo DAMA se determinó el espesor mínimo requerido para satisfacer tanto la fisuración por fatiga como la deformación permanente. Para cualquier material y condiciones ambientales dados, se obtuvieron dos espesores, uno para cada criterio, y el mayor de los dos se utilizó para preparar las gráficas de diseño. Por esta razón, varias de las curvas de diseño representan formas asociadas con dos criterios diferentes. Desde la figura 5.9 hasta la 5.18 están basadas en una media anual de la temperatura del aire de 60ºF (15.5 ºC), que cubre la mayor parte de los Estados Unidos. Full – Depth HMA (Mezclas Asfálticas en Caliente) La figura 5.9 es la gráfica de diseño para los pavimentos asfálticos full – depth con mezclas asfálticas en caliente. Dado un módulo de resiliencia MR de la sub-base y la cantidad de ejes equivalentes, ESAL, el espesor total de HMA incluye tanto la superficie de rodamiento como la base y puede ser leída directamente de la gráfica. Figura 5.9 Gráfica de diseño full – depth HMA (1 psi = 6.9 kPa, 1 in. = 2.54 cm).

Ejemplo 5.1 Dado un MR = 10,000 psi (69 MPa) con un ESAL = 106, determine el espesor para de una HMA para un pavimento tipo full – depth.

146

Solución: En la figura 5.9, se dibuja una línea horizontal en MR = 104 psi (69 MPA) y una línea vertical desde ESAL = 106. La intersección de estas dos líneas nos da un espesor de HMA de 8.5 in. (21.6 cm). Mezcla asfáltica en caliente (HMA) sobre una base asfáltica emulsificada Las figuras 5.10, 5.11 y 5.12 son las gráficas de diseño para los tipos I, II y III de mezclas asfálticas emulsificadas respectivamente. Las gráficas dan la combinación del espesor de pavimento HMA y una base asfáltica emulsificada. Figura 5.10 Gráfica de diseño para una mezcla asfáltica emulsificada de tipo I (1 psi =

6.9 kPa, 1 in. = 2.54 cm).

Figura 5.11 Gráfica de diseño para una mezcla asfáltica emulsificada de tipo II (1 psi =

6.9 kPa, 1 in. = 2.54 cm).

147

Figura 5.12 Gráfica de diseño para una mezcla asfáltica emulsificada de tipo III (1 psi = 6.9 kPa, 1 in. = 2.54 cm).

Tabla 5.15 Espesor mínimo de HMA sobre bases asfálticas emulsificadas.

Traffic level ESAL

HMA thickness for type I mix (in.)

HMA thickness for type II and III mixes (in.)

104 1 2 105 1.5 2 106 2 3 107 2 4

>107 2 5 Ejemplo 5.2 Dado un MR = 10,000 psi (69 MPa) con un ESAL = 106, determine el espesor para un pavimento de una HMA sobre una base asfáltica emulsificada de tipo II. Solución: Con un MR = 104 psi (69 MPA) y un ESAL = 106, de la figura 5.11 obtenemos el espesor combinado de 10.5 in (26.7 cm). Mediante la tabla 5.15, el espesor mínimo de HMA es de 3 in. (7.6 cm). Si el espesor mínimo es el que utilizado, el espesor de la base asfáltica emulsificada de tipo II sería 10.5 – 3 = 7.5 in. (19.1 cm). Comparado con el ejemplo anterior, el espesor total del pavimento se incrementó en 2 in. (5.1 cm) cuando se utiliza una base asfáltica emulsificada.

148

Mezcla asfáltica en caliente (HMA) sobre una base granular sin tratar Las figuras 5.13 hasta 5.18, son gráficas de diseño para una HMA sobre una base granular de 4, 6, 8, 10, 12 y 18 in. (10.2, 15.2, 20.3, 25.4, 30.5 y 45.7 cm), respectivamente. Para usar estas gráficas, el diseñador primero debe determinar el espesor de la base granular a utilizar y después seleccionar el diseño apropiado proveniente de la gráfica desde la cual el espesor de la HMA puede ser obtenido. Figura 5.13 Gráfica de diseño para una HMA sobre una base granular de 4 pulgadas de

espesor (1 psi = 6.9 kPa, 1 in. = 2.54 cm).

Figura 5.14 Gráfica de diseño para una HMA sobre una base granular de 6 pulgadas de

espesor (1 psi = 6.9 kPa, 1 in. = 2.54 cm).

149

Figura 5.15 Gráfica de diseño para una HMA sobre una base granular de 8 pulgadas de

espesor (1 psi = 6.9 kPa, 1 in. = 2.54 cm).

Figura 5.16 Gráfica de diseño para una HMA sobre una base granular de 10 pulgadas

de espesor (1 psi = 6.9 kPa, 1 in. = 2.54 cm).

150

Figura 5.17 Gráfica de diseño para una HMA sobre una base granular de 12 pulgadas de espesor (1 psi = 6.9 kPa, 1 in. = 2.54 cm).

Figura 5.18 Gráfica de diseño para una HMA sobre una base granular de 18 pulgadas

de espesor (1 psi = 6.9 kPa, 1 in. = 2.54 cm).

Ejemplo 5.3 Dado un MR = 10,000 psi (69 MPa) con un ESAL = 106, determine el espesor para un pavimento de una HMA sobre una base granular sin tratar de 8 in. (20.3 cm).

151

Solución: Con un MR = 104 psi (69 MPA) y un ESAL = 106, de la figura 5.15 obtenemos el espesor de la HMA de 6.5 in (16.5 cm). Comparado con el ejemplo 5.2, el uso de una base granular si tratar de 8 pulgadas (20.3 cm) reduce el espesor de la mezcla asfáltica en caliente (HMA) por 2 in. (5.1 cm). HMA y mezclas asfálticas emulsificadas sobre una base granular sin tratar Las gráficas de diseño para los pavimentos que consisten de una capa superficial de HMA seguida de base de mezcla asfáltica emulsificada, ambas apoyadas sobre una base granular sin tratar no se encuentran disponibles. La mejor alternativa es usar las gráficas de full – depth HMA y mezclas asfálticas emulsificadas para determinar una razón de sustitución, que indica el espesor de la mezcla asfáltica emulsificada requerido para sustituir a una unidad de espesor de HMA. Después la gráfica para HMA sobre base granular sin tratar es ocupada para determinar el espesor de la HMA, parte de la cual puede ser sustituida por una mezcla asfáltica emulsificada de acuerdo con la razón de sustitución. El siguiente procedimiento ha sido recomendado por el Instituto del Asfalto:

1. Diseñe un pavimento de tipo full – depth para las condiciones de tráfico y sub-base. Asuma una capa superficial de HMA de 2 in. (5.1 cm) y calcule el espesor de la correspondiente base también de HMA (mezcla asfáltica en caliente).

2. Diseñe un pavimento para las mismas condiciones de tráfico y sub-base usando una base asfáltica emulsificada definiendo su tipo. Asuma un espesor de 2 in. de la capa superficial de HMA y calcule el espesor de la base asfáltica emulsificada.

3. Divida el espesor de la base asfáltica emulsificada obtenida en el paso 2 entre el espesor de base HMA del paso 1 para obtener una razón de sustitución.

4. Diseñe un pavimento para las mismas condiciones de tráfico y sub-base usando HMA sobre una base granular sin tratar.

5. Selecciones una porción del espesor de la HMA a sustituir por la mezcla asfáltica emulsificada, basado en el espesor mínimo de HMA requerido por la tabla 5.15.

6. Multiplique el espesor de superior por la razón de sustitución obtenida en el paso 3 para obtener el espesor de la mezcla asfáltica emulsificada requerida.

Ejemplo 5.4 Dado un MR = 10,000 psi (69 MPa) con un ESAL = 106 y una base granular sin tratar de 8 in. (20.3 cm), determine el espesor para un pavimento de una HMA sobre una base de mezcla asfáltica emulsificada apoyada a su vez en la base granular sin tratar especificada. Solución:

1. El espesor del pavimento de tipo full – depth HMA sería de 8.5 in. (21.6 cm), como se determinó en el ejemplo 5.1. Si la capa superior la tomamos como 2 in. (5.1 cm), entonces el espesor de la base también de HMA sería de 6.5 in. (16.5 cm).

152

2. El espesor de un pavimento que consta de una HMA sobre una mezcla asfáltica emulsificada como base, sería de 10.5 in. (26.7 cm), como se mostró en el ejemplo 5.2. Si la capa superficial HMA es de 2 in. (5.1 cm), entonces el espesor de base de la mezcla asfáltica emulsificada sería de 8.5 in. (21.6 cm).

3. El radio de sustitución es: 8.5/6.5 = 1.31. 4. El espesor de la capa superior de HMA sobre una capa base de material granular

sin tratar de 8.5 in. (20.3 cm) resulta de 6.5 in. (16.5 cm), como lo muestra el ejemplo 5.3.

5. De la tabla 5.15, el espesor mínimo de una HMA es de 3 in. (7.6 cm), por lo tanto el espesor que debe ser remplazado de HMA sería de 3.5 in. (8.9 cm) por una base asfáltica emulsificada.

6. El espesor de la base asfáltica emulsificada es 3.5*1.31= 4.5 in. (11.4 cm). El diseño final consiste en 3 in. (7.6 cm) de HMA, 4.5 in. (11.4 cm) de base asfáltica emulsificada y 8 in. (20.3 cm) de base granular sin tratar para un total de espesor de pavimento de 15.5 in. (39.4 cm).

153

6. Descripción del método para revisar secciones Recapitulando, partimos de que existen en general dos clases de estructuras de pavimento, los flexibles y los rígidos; la principal diferencia entre estos es la forma como reparten las cargas. Desde el punto de vista de diseño, los pavimentos flexibles están formados por una serie de capas y la distribución de la carga está determinada por las características propias del sistema de capas. Los rígidos tienen un gran módulo de elasticidad y distribuyen las cargas sobre un área grande, la consideración más importante es la resistencia estructural del concreto hidráulico. Ambos casos se muestran en la figura 6.1. Figura 6.1 Distribución de carga característica de un Pavimento rígido versus uno

flexible.

Una buena forma de caracterizar el comportamiento de un pavimento flexible bajo la acción de cargas de ruedas, es considerarlo como un semi-espacio homogéneo; este tiene un área infinita y una profundidad infinita con una carpeta delgada encima donde son aplicadas las cargas. Como un primer análisis para determinar la distribución de esfuerzos en un pavimento se aplicó el modelo propuesto por el matemático francés Boussinesq en 1885, estado de esfuerzos en una masa de suelo a cualquier profundidad; el estudio del matemático se basó en una carga concentrada aplicada en un semi-espacio lineal, elástico, isótropo y homogéneo; los esfuerzos, deformaciones y deflexiones debidos a la carga concentrada pueden ser extrapolados para obtener aquellas debidas a una área circular cargada (figura 6.2). Esta solución fue por mucho tiempo la única disponible, hasta que en 1945 Donald M. Burmister propuso una teoría que se podía aplicar a estructuras de pavimentos, basada en la de Boussinesq pero que tenia en cuenta estratos y las propiedades mecánicas de los materiales que conforman la masa de suelo, para calcular el estado de esfuerzos de ésta a cualquier profundidad. Desde el punto de vista del estudio de pavimentos, el modelo de Burmister puede ser usado para determinar los esfuerzos, deformaciones y deflexiones en la sub-rasante si la relación de módulos del pavimento y la sub-rasante es cercana a la

154

unidad, si no es así, la modelación es más compleja. Analíticamente es un procedimiento más complejo que los basados en el primer modelo, que se podía solucionar con ecuaciones relativamente fáciles; el modelo de Burmister introduce transformadas de Fourier que requieren funciones de Basel para su solución y que sin la ayuda de un programa de computadora no se pueden modelar estructuras de más de dos capas. La generalización del modelo a estructuras multicapa con diferentes condiciones de frontera fue propuesta por Westergaard, Palmer y Barber, Odemark y otros; estos modelos describen el funcionamiento del sistema en el cual, la presión ejercida por una rueda q puede ser muy alta para ser soportada por el suelo natural; la estructura del pavimento reparte la carga para llevarla lo más reducida posible a la sub-rasante que es la fundación del pavimento; entonces la solución al problema consiste en determinar a una profundidad z que cantidad de esfuerzo se ha disipado. Figura 6.2 Modelo de Boussinesq.

De la modelación de la solución inicial basada en la teoría de Boussinesq que se muestra en la figura 2, se obtiene la ecuación general para determinar la distribución de esfuerzos: σz = q Donde, σz: es el esfuerzo vertical a cualquier profundidad. q: es la presión de la carga. a: es el radio de la carga de huella circular.

155

Se supone un comportamiento lineal entre los esfuerzos y deformaciones, lo que indica que se acepta que los materiales trabajan dentro de su rango elástico; sin embargo, la reología de los materiales asfálticos demuestra que su comportamiento es visco-elástico, función del estado de esfuerzos, del tiempo de aplicación de las cargas y de la temperatura; de la misma manera los materiales granulares responden a las cargas, de acuerdo al nivel de esfuerzos aplicados, a su densidad y humedad, en general su comportamiento no es lineal y depende en gran medida de las características del material de la capa subyacente; en este sentido existen modelos teóricos elásticos no lineales (Boyce 1980). 6.1 Fatiga en los materiales del pavimento En todos los métodos de diseño de pavimentos se acepta que durante la vida útil de la estructura se pueden producir dos tipos de fallas, la funcional y la estructural. La falla funcional se deja ver cuando el pavimento no brinda un paso seguro sobre él, de tal forma que no transporta cómoda y seguramente a los vehículos. La falla estructural esta asociada con la pérdida de cohesión de algunas o todas las capas del pavimento de tal forma que éste no puede soportar las cargas a la que esta sometido. No necesariamente las dos fallas se producen al mismo tiempo; en este caso se hará referencia a la falla estructural. La falla estructural en un pavimento se presenta cuando los materiales que conforman la estructura, al ser sometida a repeticiones de carga por acción del transito, sufren un agrietamiento estructural relacionado con la deformación o la tensión horizontal por tracción en la base de cada capa; en este sentido la falla relaciona la deformación o la tensión producida con el número de repeticiones admisibles; esto se denomina falla por fatiga o sea por repeticiones de carga. Estos fenómenos que se producen en el pavimento durante su funcionamiento, pueden ser modelados en el laboratorio haciéndose los llamados ensayos de fatiga; el agrietamiento que se produce en los materiales cuando se hacen las pruebas de laboratorio sobre las muestras de materiales o a escala natural, se asocia con la respuesta resiliente (recuperable) del pavimento ante las cargas dinámicas; en estos ensayos se ha determinado que las grietas se propagan de la base de cada capa hacia arriba. Los materiales que forman parte de la estructura se consideran homogéneos e isotrópicos y se supone que las capas tienen una extensión infinita en sentido horizontal. En esta metodología se considera la estructura de pavimento como un sistema linealmente elástico, en el cual los materiales se encuentran caracterizados por:

⇒ Módulos elásticos (E). ⇒ Relación de Poisson (m). ⇒ El espesor de la capa (h).

156

Figura 6.3 Estructura multicapa de un pavimento flexible.

En la figura 6.3 se puede observar un modelo multicapa en el que se supone la capa inferior (sub-rasante) infinita en el sentido vertical, la capa intermedia representa las capas granulares y la capa superior representa los materiales asfálticos. La apropiada caracterización de los materiales constituye un aspecto de gran importancia en el diseño racional de pavimentos; sobre este tema se debe hacer mucha más investigación de la que existe hasta el momento en nuestro medio; las propiedades de los materiales se pueden obtener de varias maneras:

Ensayos de laboratorio combinados con ensayos no destructivos. Estimación o uso de nomogramas con correlaciones estadísticas. Comparación con materiales "estándar" de características similares. Medición "in situ" basándose en ensayos no destructivos.

Como se considera que los materiales que conforman la estructura durante su vida útil están trabajando dentro del rango elástico, entonces la fatiga de estos es causada por repeticiones de carga (N) impuestas por el tránsito. Por consiguiente, el comportamiento a la fatiga para las capas que conforman el pavimento se presenta normalmente como una relación entre las repeticiones de carga y la deformación. Entonces el pavimento flexible puede fallar de dos maneras:

1. Que la deformación horizontal por tracción εt en la fibra inferior de las capas asfálticas, al flexionar ellas bajo la acción de las cargas, supere cierto límite admisible, en este caso se producirá agrietamiento en dichas capas.

2. Que la deformación vertical εz por compresión de la sub-rasante supere el límite admitido por ella, caso en el cual se presenta una deformación permanente y por

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consiguiente la del pavimento, en este caso se producirá ahuellamiento. Además se puede verificar que εz se mantenga dentro de los límites admisibles.

6.2 Procedimiento de revisión del diseño de un pavimento El procedimiento de revisión del diseño de un pavimento consiste en que con la combinación de espesores de capas y características de materiales (E, µ, h) escogidos para que soporten los esfuerzos y deformaciones (σz, εz y εt) causados por las solicitaciones a que se somete la estructura, permanezcan dentro de los límites admisibles durante la vida útil de la estructura que están constituyendo. En términos generales, con las leyes de fatiga de los materiales se puede encontrar las deformaciones, esfuerzos y deflexiones admisibles de los materiales y con la teoría de esfuerzo y deformación en una masa de suelo se encuentran las deformaciones, esfuerzos y deflexiones actuantes en la estructura de pavimento. Teniendo en cuenta la gran capacidad de las herramientas computacionales actuales y con una adecuada caracterización de los materiales, se pueden programar las ecuaciones diferenciales para calcular los esfuerzos, deformaciones y deflexiones a las que esta sometido el pavimento y la sub-rasante por acción de las cargas impuestas por el tránsito; en nuestro medio se tiene fácil acceso a programas como el DEPAV del paquete INPACO del Instituto de Vías de la Universidad del Cauca, también existen otros programas como el desarrollado por la Universidad de Los Andes (Colombia) llamado CEDEM, además del ALIZE III, BISAR, CHEVRON, ELSYM 5, KENLAYER, EVERSTRESS, FLAC3D 2.00 (Modelo elástico no lineal), etc., que realiza estos cálculos; obtenidos los esfuerzos, deformaciones y deflexiones pueden ser comparados con los límites admisibles dados por medio de las leyes de fatiga de los materiales. Con los valores de los módulos y espesores de las capas y empleando programas de computadora que determinan las tensiones, deformaciones y desplazamientos se comprueba si la estructura del pavimento esta bien dimensionada con las suposiciones hechas inicialmente, esto se denomina cálculo directo; la solución a la que se llega de esta manera es única. Cuando hay que estimar la capacidad estructural de un pavimento en servicio que esta llegando al final de su período de diseño se recurre a medir el desplazamiento vertical del pavimento (deflexión) bajo una carga estándar predeterminada; esta estimación se hace conociendo los espesores y las deflexiones en uno o en varios puntos donde se aplica dicha carga; con estas deflexiones y espesores se pueden determinar los valores de los módulos de los materiales que están constituyendo el pavimento; esto se conoce con el nombre de cálculo inverso en el que la solución no es exacta ni única y se requieren de varias reiteraciones y del criterio de ingeniero para ajustar la solución definitiva; para el calculo inverso también existen programas de computador como el EVERCAL 5.0, MODULUS 5.1, que hacen las iteraciones necesarias automáticamente y no manual mente como se ha hecho hasta la actualidad en nuestro medio.

158

6.3 CEDEM (Cálculo de Esfuerzos y Deformaciones en Estructura

Multicapa) Es un programa creado y desarrollado para resolver ecuaciones simultáneas en un sistema elástico multicapa, sometido a la acción de una carga de diseño actuante. El programa calcula internamente el sistema de ecuaciones para el caso de la estructura multicapa propuesto por el usuario, teniendo en cuenta las condiciones de interfaz entre cada una de las capas (ligada o no ligada). Después se realizan los cálculos necesarios para encontrar la solución al sistema de ecuaciones propuesto anteriormente. El programa presenta los resultados en forma de una tabla resumen, de modo que el usuario los pueda analizar y evaluar con facilidad. 6.3.1 Datos

Número total de capas: especifica el número máximo de capas que conforma la

estructura. Mínimo dos y máximo seis. Nombre del diseño: campo de texto que puede usarse para identificar el diseño

actual. Figura 6.4 Introducción de datos.

159

6.3.2 Información de la estructura

Radio de la carga (a): distancia del centro al extremo de la rueda (m). Se recomienda tomar el radio igual a 0.125 m, que considera que la presión está uniformemente repartida sobre dos discos de ese mismo radio.

Presión de contacto (q): presión ejercida por la carga sobre la superficie de la estructura (MPa). Teniendo en cuenta que en nuestro país el eje de referencia es de 8.2 ton, se considera que cada eje está compuesto de ruedas gemelas representando dos cargas que ejercen una presión repartida uniformemente de 0.418 MPa.

Distancia entre ejes de llantas (D): distancia de separación de las llantas del eje (m). La separación entre ruedas se recomienda considerarla de 0.375m.

Capa Nº: Identificación del número de la capa.

E: módulo dinámico de la capa i (MPa). Las consideraciones que se dan en lo referente al módulo de Young (E), también conocido como módulo dinámico, para cada capa se muestran en la siguiente tabla 6.1. Tabla 6.1 Módulo de elasticidad (E) para los distintos materiales que forman

parte de la estructura del pavimento.

Módulo de Elasticidad (E) Tipo de Material

Lb/in2 (psi) Kg/cm2 MPa

Carpeta Asfáltica 150,000 a 400,000 10,546 a 28,123 1,034 a 2,758

Base Asfáltica 100,000 a 360,000 7,031 a 25,311 690 a 2,482

Base Hidráulica 13,000 a 30,000 914 a 2,110 90 a 207

Sub-base 7,000 a 20,000 493 a 1,406 49 a 138

Sub-rasante 6,000 a 15,000 422 a 1,055 42 a 104

160

Terreno Natural

E = 1,500 VRS = Lb/in2 (psi)

E = 5 VRS = MPa

E = 8.5 VRS0.825 = MPa

En la tabla 6.2 que está en seguida se exponen los módulos de elasticidad que usualmente se utilizan para el diseño de los pavimentos. Cabe señalar que es necesario que el juicio del diseñador intervenga para que determine si usar estos u otros valores en base a su propia experiencia o en base a un historial de registros de módulos de elasticidad anteriores. Tabla 6.2 Módulo de elasticidad (E) utilizados usualmente para los distintos

materiales que forman parte de la estructura del pavimento.

Módulo de Elasticidad (E)

(Utilizados Usualmente) Tipo de Material

Lb/in2 (psi) Kg/cm2 MPa

Carpeta Asfáltica 400,000 28,123 2,758

Base Asfáltica 360,000 25,310 2,482

Base Hidráulica 30,000 2,110 207

Sub-base 17,000 1,195 117

Sub-rasante 11,000 773 76

Terreno Natural

E = 1,500 VRS = Lb/in2 (psi)

E = 5 VRS = MPa

E = 8.5 VRS0.825 = MPa

v: relación de Poisson de la capa i. Para todos los materiales presentados en la tabla 6.1 se consideró que la relación de Poisson para cada una de las capas es de 0.35. Nota: Si se considera el concreto hidráulico o algún material con contenido de cementante hidráulico como ligante, se recomienda una relación de Poisson de 0.25.

H: espesor de la capa i.

161

Ligada/No ligada: condición de interfaz entre la capa i y la capa i+1.

Figura 6.5 Introducción de la información de la estructura.

Botón Calcular: ejecuta la validación de los datos anteriores. Si alguno de los datos no es válido, muestra un cuadro de mensaje con el error respectivo.

Botón Insertar capa: permite insertar una capa adicional en el lugar donde se escoja.

Botón Eliminar capa: permite determinar los datos de la capa deseada. 6.3.3 Resultados

Capa Nº: identificación del número de la capa. Identifica la condición de liga con

la capa siguiente. Z: altura de la capa, comenzando desde el nivel de la superficie (0,0 m) hasta la

superficie de la última capa determinada (m). Épsilon T: deformación horizontal en la superficie y en la base de la capa i debido

a esfuerzos de tracción. Sigma T: esfuerzo de tracción en la superficie y en la base de la capa i (MPa).

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Épsilon Z: deformación vertical en la superficie y en la base de la capa i debido a esfuerzos verticales.

Sigma Z: esfuerzo vertical en la superficie y en la base de la capa i (MPa). Deflexión: deflexión vertical en la superficie (mm/100). Radio de curvatura: longitud del radio de curvatura de la deflexión vertical en

superficie (m). Figura 6.6 Pantalla de resultados.

6.3.4 Verificación del diseño de las secciones de pavimento flexible Para las estructuras de pavimento en este trabajo se verificarán dos situaciones:

1. Que el ahuellamiento del suelo soporte permanezca inferior al valor admisible, es decir que de los resultados del programa se obtiene la deformación vertical εz,adm y al sustituirlo en la fórmula 6.1, se obtienen el número de ejes equivalentes de 8.2 ton que puede soportar esa estructura.

163

Fórmula 6.1 Deformación admisible vertical del suelo de soporte en relación con el número de ejes equivalentes de 8.2 ton.

2. Se tiene también que verificar la ruptura por fatiga en la base de la capa de concreto asfáltico, esto quiere decir que se debe comprobar que la deformación εt en la base de la capa asfáltica permanezca inferior a un valor admisible. Del programa se obtiene la deformación admisible de tracción, εt,adm y después de sustituirlo en la fórmula 6.2, se obtiene el número de ejes equivalentes de 8.2 ton que puede soportar esa estructura. Fórmula 6.2 Deformación admisible de la base de la capa asfáltica en relación

con el número de ejes equivalentes de 8.2 ton.

27243.03, *10925.6 −−×= Nadmtε

222.03, *1012 −−×= Nadmzε

164

165

7. Desarrollo del catálogo de secciones de pavimento para México

7.1 Tránsito (W18) Para utilizar el catálogo del cuál se mostrará su desarrollo en este capítulo, primero es necesario convertir las cargas axiales variables en una distribución de cargas de diseño y expresar el volumen de tráfico como el número de repeticiones del eje de carga de diseño tal y como se hace en el método AASHTO para el diseño de pavimentos. La carga para diseño usada es una carga sobre un eje sencillo de 18 000 lb. Así el tráfico se expresa como cargas equivalentes sobre un eje sencillo de 18 000 lb (8.2 ton). Cabe destacar aquí que estas cargas equivalentes se calculan sobre un carril, “el más crítico” por llamarlo de alguna manera y será el que se considerará para el diseño. A continuación se encuentra el procedimiento de cálculo ejemplificado el cuál se recomienda se programe en una hoja de cálculo de excel. 7.1.1 Procedimiento de cálculo ejemplificado Para ejemplificar el cálculo a realizar para obtener los ejes equivalentes sobre un eje sencillo de 8.2 ton para el “carril de diseño” se generarán los posibles escenarios de cargas de tránsito para un pavimento que se empleará en un camino con las siguientes características:

Camino de 2 carriles, uno por sentido (3.60 m) con su acotamiento (2.5 m). Velocidad de proyecto de 110 km/h. TPDA de 7,700 veh/día. Periodo de diseño de n = 20 años. Tasa anual de crecimiento de r = 4.0%

Su composición vehicular es la siguiente:

TIPO DE VEHÍCULO

Nº Neumáticos

Porcentaje (%)

A2 4 48 B2 6 15.5 C2 6 9.2 C3 19 8.6

T3-S2 18 11.2 T3-S3 22 7.5

Total 100

166

Como se describe en el apartado 5.1.2, para obtener los ejes equivalentes sobre un eje sencillo de 8.2 ton para el “carril de diseño” se deben definir los siguientes parámetros:

• Factor por sentido del tránsito, Fs Si consideramos que la mitad del tránsito va en un sentido y la otra mitad en el otro, entonces su Fs sería de 0.5, por lo tanto:

Vo = 7,700 * 0.5 = 3,850 veh/día

• Factor de distribución por carril, Fc Considerando el número de carriles de la vialidad, con ayuda de la tabla 5.3 se elige el factor de distribución por carril, continuando el ejemplo, para la carretera de dos carriles, el Fc sería igual a 1 debido a que solamente tenemos un carril en cada dirección.

Tabla 5.3 Factor de distribución por carril.

Número de carriles en cada dirección

Porcentaje del número de ejes equivalente en el carril de diseño

1 100 2 80 – 100 3 60 – 80 4 50 – 75

Por lo tanto:

Vo = 3,850 * 1.0 = 3,850 veh/día (en el carril de diseño)

• Vehículos por día en el carril de diseño, Vo Los dos pasos anteriores se pueden resumir empleando la ecuación 5.3 para obtener los vehículos por día en el carril de diseño:

Ecuación 5.3 Vehículos por día en el carril de diseño FcFsTDPAVo ∗∗=

Donde: TDPA = Tránsito Diario Promedio Anual. Fs = Factor por sentido del tránsito. Fc = Factor de distribución por carril. Sustituyendo:

Vo = 7,700 * 0.5 * 1.0 = 3,850 veh/día

• Tabla de distribución Con la composición vehicular, los vehículos por día en el carril de diseño y los límites de peso de acuerdo a la tipología de los vehículos autorizados por la SCT

167

para las vialidades nacionales (apartado 5.1.4) se vacía a la tabla de distribución (tabla 7.1): Tabla 7.1 Tabla de distribución.

Tipo de Vehículo

Pi (%)

Vo-i = Pi*Vo

Peso por Eje

(ton) Tipo de Eje

Vehículo Cargado

(ton) 1.0 S A2

(4 neumáticos) 48 1,848

1.0 S

2.0 6.5 S B2

(6 neumáticos) 15.5 597

11.0 S – Motriz

17.5 6.5 S C2

(6 neumáticos) 9.2 354

11.0 S – Motriz

17.5 6.5 S C3

(10 neumáticos)

8.6 331 19.5 T – Motriz

26.0

6.5 S 19.5 T – Motriz T3 – S2

(18 neumáticos)

11.2 431

18.0 T

44.0 6.5 S 19.5 T – Motriz T3 – S3

(22 neumáticos)

7.5 289

22.5 Triple

48.5 SUMA 100 % Vo = 3,850

• Tabla de conversión

Una vez completada la tabla de distribución, se procede a llenar la tabla 7.2, de conversión: Tabla 7.2 Tabla de conversión.

Peso por Eje Tipo de Eje (ton) (kips) Eo-i

(Ejes) Fi ESALo-i (W8.2)

1.0 2.2 3,696 0.00029 1.07 6.5 14.3 2,002 0.400 800.80 Simple 11.0 24.2 951 3.130 2,976.63 18.0 39.6 431 2.000 862 Tándem 19.5 42.9 1,051 2.740 2,879.74

Trídem 22.5 49.5 289 1.170 338.13

Total (ejes/día) = 7,858.37

Donde: Eo-i = Sumatoria de Vo-i de cada peso por eje. Fi = Factores de carga propuestos por AASTHO para cada tipo de eje.

168

Los que se encuentran en la tabla de conversión, se obtuvieron de la tabla 5.6 (Tabla 6 AASHTO para pavimento flexible, Anexo B).

ESALo-i = Ejes equivalentes de 18,000 libras (8.2 ton) iniciales. (W8.2)

Tabla 5.6 Factores de carga equivalentes para pavimento flexible.

Factores para SN = 5 y Pt = 2.5, de acuerdo a AASHTO (Pavimento Flexible) FACTORES DE CARGA DE EJES EQUIVALENTES, EALF, (IA)

Factor de Carga Factor de Carga Carga Eje (Lb) Simple Tándem Trídem

Carga Eje (Lb) Simple Tándem Trídem

1,000 0.00002 41000 23.27 2.29 0.54 2,000 0.00018 42,000 25.64 2.51 0.597 3,000 0.00072 43,000 28.22 2.76 0.658 4,000 0.00209 44,000 31 3 0.723 5,000 0.005 45,000 34 3.27 0.793 6,000 0.01043 46,000 37.24 3.55 0.868 7,000 0.0196 47,000 40.74 3.85 0.948 8,000 0.0343 48,000 44.5 4.17 1.033 9,000 0.0562 49,000 48.54 4.51 1.12 10,000 0.0877 0.00688 0.002 50,000 52.88 4.86 1.22 11,000 0.1311 0.01008 0.002 51,000 5.23 1.32 12,000 0.189 0.0144 0.003 52,000 5.63 1.43 13,000 0.264 0.0199 0.005 53,000 6.04 1.54 14,000 0.36 0.027 0.006 54,000 6.47 1.66 15,000 0.478 0.036 0.008 55,000 6.93 1.78 16,000 0.623 0.0472 0.011 56,000 7.41 1.91 17,000 0.796 0.0608 0.014 57,000 7.92 2.05 18,000 1.000 0.0773 0.017 58,000 8.45 2.2 19,000 1.24 0.0971 0.022 59,000 9.01 2.35 20,000 1.51 0.1206 0.027 60,000 9.59 2.51 21,000 1.83 0.148 0.033 61,000 10.2 2.07 22,000 2.18 0.18 0.04 62,000 10.84 2.85 23,000 2.58 0.217 0.048 63,000 11.52 3.03 24,000 3.03 0.26 0.057 64,000 12.22 3.22 25,000 3.53 0.308 0.067 65,000 12.96 3.41 26,000 4.09 0.364 0.08 66,000 13.73 3.62 27,000 4.71 0.426 0.093 67,000 14.54 3.83 28,000 5.39 0.495 0.109 68,000 15.38 4.05 29,000 6.14 0.572 0.126 69,000 16.26 4.28 30,000 6.97 0.658 0.145 70,000 17.19 4.52 31,000 7.88 0.753 0.167 71,000 18.15 4.77 32,000 8.88 0.857 0.191 72,000 19.16 5.03

169

FACTORES DE CARGA DE EJES EQUIVALENTES, EALF, (IA) Factor de Carga Factor de Carga Carga

Eje (Lb) Simple Tándem Trídem

Carga Eje (Lb) Simple Tándem Trídem

33,000 9.98 0.971 0.217 73,000 20.22 5.29 34,000 11.18 1.095 0.246 74,000 21.32 5.57 35,000 12.5 1.23 0.278 75,000 22.47 5.86 36,000 13.93 1.38 0.313 76,000 23.66 6.15 37,000 15.5 1.53 0.352 77,000 24.91 6.46 38,000 17.2 1.7 0.393 78,000 26.22 6.78 39,000 19.06 1.89 0.438 79,000 27.58 7.11 40,000 21.08 2.08 0.487 80,000 28.99 7.45

• Porcentaje de ejes cargados De la tabla 7.2 (de conversión) se obtienen los ejes equivalentes iniciales y se encuentran al 100% de su carga, situación que normalmente no es cierta, esto quiere decir que solamente un porcentaje de ellos van cargados. Para hacer una evaluación más cercana a la realidad es importante medir cuantos de estos ejes están al 100% de carga y establecer un porcentaje, el cual puede oscilar entre el 70 al 90%. Para nuestro caso tomaremos que los vehículos se encuentran cargados al 90%. Entonces:

ESALo-i (W8.2) = 7,858.37 * 0.9 = 7,072.53 ejes/día

• Periodo de diseño y Tasa anual de crecimiento vehicular (r) Posteriormente, se tiene que proyectar el ESALo (año uno) al período de diseño del pavimento (año “n”), considerando la tasa anual de crecimiento vehicular, “r”. Por lo general se consideran periodos de diseño de diez a 20 años, lapso en el cual se espera que el pavimento alcance el índice de servicio terminal elegido. Dicho periodo puede ser asignado por el organismo que requiere el proyecto o bien propuesto por el proyectista, en función de su experiencia, tipo de carretera, etcétera, pudiendo utilizar como guía los periodos presentados en la tabla 5.8.

170

Tabla 5.8 Periodos o ciclos de proyecto de acuerdo con el tipo de vialidad.

Tipo de vialidad Periodo de proyecto, años

Urbana, con elevado nivel de tránsito 30 – 50 Principal, con elevado nivel de tránsito 20 – 50 Secundaria, con bajo nivel de tránsito 15 – 25

Generalmente la tasa de crecimiento vehicular es proporcionada por el organismo que requiere el proyecto y deberá aplicarse durante el periodo de análisis. El proyectista puede, en dado caso, recurrir a la información obtenida a partir del estudio del tránsito para vialidades semejantes al objeto de estudio, además de la información estadística. Para esto se presentan 4 opciones (ecuaciones 5.4, 5.5 y 5.6) que son consideradas en diferentes administraciones y con ellas se pueden generar escenarios de carga de tránsito que pueden ser empleados a juicio ingenieril.

Ecuación 5.4 Crecimiento compuesto

ESALn = 365 ESALo (1 + r)n ; ( ) ( )[ ]∑ −++

×=

nnr

rESALESAL

0

0 111ln

365

Ecuación 5.5 Crecimiento nulo

ESALn = 365×ESALo×n

Ecuación 5.6 Crecimiento Asphalt Institute, IA y AASHTO

( )[ ]∑ −+×

=n

nrrESALESAL

0

0 11365

Para nuestro caso, el periodo de diseño (n), es igual a 20 años y la tasa de crecimiento vehicular (r), es de 4%. Por lo tanto utilizando las ecuaciones 5.4 a 5.7 se construye la tabla 7.3 que además de reflejar el crecimiento del tráfico para el periodo de diseño determinado con varias tasas de crecimiento sino que también se calculó para un periodo de 15 años con las mismas distintas tasas de crecimiento. Tabla 7.3 Tabla de crecimiento vehicular.

15 años 20 años TIPO DE CRECIMIENTO 2% 4% 6% 2% 4% 6%

Compuesto 45,087,448 52,717,409 61,871,382 63,348,175 78,398,696 97,782,193 Nulo 38,722,102 38,722,102 38,722,102 51,629,469 51,629,469 51,629,469

Asphalt Institute y AASHTO 44,642,497 51,690,360 60,086,298 62,723,015 76,871,319 94,961,027

171

Para concluir nuestro ejemplo, para un periodo de diseño de 20 años y una tasa de crecimiento vehicular del 4%, tomaremos el resultado mayor, el más crítico que es el dado por el crecimiento compuesto, por lo tanto tenemos W8.2 =78,398,696 millones de ejes equivalentes de 8.2 ton. Parámetro que sumado a la calidad del suelo de soporte serán requeridos para la utilización del catálogo que se describe a lo largo de este capítulo.

7.1.2 Clasificación del tránsito De acuerdo con la clasificación técnica oficial, las carreteras se dividen de acuerdo a su tránsito promedio diario anual. Es importante mencionar que en los tránsitos de esta clasificación se encuentran incluidos también los vehículos ligeros.

TIPO DE CARRETERA TDPA (Tránsito Diario Promedio Anual) “A4” 5,000 a 20,000 vehículos “A2” 3,000 a 5,000 vehículos “B” 1,500 a 3,000 vehículos “C” 500 a 1,500 vehículos “D” 100 a 500 vehículos “E” Hasta 100 vehículos

Esta clasificación es inadecuada, ya que no toma en cuenta la distribución del tráfico, es decir, no es lo mismo el daño que causan 1,000 vehículos ligeros a la carretera que si fueran 1,000 vehículos pesados. Entonces es necesario clasificarlos mediante sus Ejes Equivalentes de 8.2 toneladas (W8.2) considerando ya el periodo de diseño y su tasa de crecimiento. Tomando como apoyo los datos viales nacionales dictados por la Subsecretaría de Infraestructura perteneciente a la Secretaría de Comunicaciones y Transportes federal y tomando como referencia los catálogos europeos comentados en el capítulo 3, en la tabla 7.4 se propone la siguiente clasificación del tránsito en millones de ejes equivalentes de 8.2 toneladas acumulados tomando en cuenta el periodo de diseño con su tasa de crecimiento:

172

Tabla 7.4 Clasificación del tránsito a partir de los ejes equivalentes.

Ejes equivalentes de 8.2 toneladas T1 < 1,000,000

1,000,000 < T2 < 4,000,000 4,000,000 < T3 < 12,000,000 12,000,000 < T4 < 25,000,000 25,000,000 < T5 < 60,000,000 60,000,000 < T6 < 100,000,000 100,000,000 < T7 < 150,000,000

“Es bueno destacar que el tráfico se dividió en 7 rangos de ejes equivalentes con el objetivo de optimizar los recursos económicos, de materiales, mano de obra y maquinaria”. A continuación se presenta en la tabla 7.5 una relación entre los millones de ejes acumulados de 8.2 toneladas y la clasificación técnica oficial, como ejemplos podríamos decir que se podrían considerar carreteras de tipo E, aquellas cuyos W8.2 se encuentren por debajo de 175,000. También se considerarían carreteras de tipo D cuyos W8.2 se encuentren entre 175,000 y 815,000. Y así sucesivamente. Es necesario destacar que la relación presentada es aproximada y por lo tanto no es conveniente tomarla como base para el uso del catálogo. Se recomienda siempre realizar el cálculo de conversión a ejes equivalentes de 8.2 toneladas y clasificarlo por medio de la tabla 7.4. Tabla 7.5 Relación entre clasificación técnica oficial de las carreteras y sus millones

de ejes equivalentes aproximados.

Ejes equivalentes de 8.2 toneladas E < 180,000

180,000 < D < 1,000,000 1,000,000 < C < 4,000,000 4,000,000 < B < 12,000,000 12,000,000 < A

7.2 Terracerías según normatividad Lo que nosotros conocemos como terracerías sería equivalente a lo que en algunos catálogos llaman “explanada” y la definiremos como la suma del terreno de cimentación más el cuerpo del terraplén, las capas sub-yacente y sub-rasante como lo muestra la figura 7.1. Donde las calidades y resistencias de los materiales van mejorando de abajo hacia arriba, terminando con la mejor capa de todas, que en este caso sería la sub-rasante.

173

Figura 7.1 Componentes estructurales generales de las terracerías de una carretera

típica de pavimento flexible.

Como es de la mayoría conocido el terreno es muy cambiante a lo largo y ancho de México, entonces se puede decir que el CBR (California Bearing Ratio) del terreno de cimentación es también muy variable, por lo tanto se decidió clasificarlo en rangos pequeños, los cuales se muestran en la siguiente tabla 7.6, donde para efectos prácticos para el diseño se consideró su equivalente en México, el VRS (Valor Relativo de Soporte) y que la calidad del cuerpo de terraplén es igual que el del terreno de cimentación, por lo tanto un mismo VRS, donde a partir de esta premisa se apoyarán las otras dos capas, la sub-yacente y la sub-rasante. siempre respetando lo que indica la norma descrita en el apartado 4.2.2. Tabla 7.6 Clasificación del VRS del terreno de cimentación y del cuerpo de

terraplén.

VRS Terreno de Cimentación y del Cuerpo del Terraplén 5% - 10% 10% - 15% 15% - 20% 20% - 25% 25% - 30% 30% - 35% 35% - 40%

Debido a que el objetivo de este catálogo es que sea aplicable, se respetarán las normas establecidas y para ello primero hemos de partir de la clasificación técnica oficial para todos los tipos de carreteras que incluyen “A4”, “A2”, “B”, “C” y “D”, y mostrar los diseños de terracerías descritos en la normatividad mexicana descrita en el apartado 4.2.2 y después adaptarlas a la nueva clasificación por medio de ejes equivalentes garantizando así su cumplimiento. El diseño final de las secciones de pavimento es decir, las terracerías junto con las capas superiores que son la sub-base, base y carpeta se realizan en el apartado 7.3.

174

7.2.1 Terracerías de carreteras con tránsito “T1” Respetando la normatividad mexicana, para las carreteras cuyo tránsito sea “T1”, sus terracerías estarán definidas por los lineamientos para las carreteras tipo “D” de la siguiente manera:

Terracerías para carreteras con tráfico “T1” VRS del Terreno Cimentación y Cuerpo del Terraplén Espesor

Capa 5% - 10% 10% - 15% 15% - 20% 20% - 25% 25% - 30% 30% - 35% 35% - 40%

Sub-rasante 20 cm. 20 cm. 20 cm. 20 cm. 20 cm. 20 cm. 20 cm.

Sub-yacente 30 cm. 30 cm. 30 cm. 30 cm. 30 cm. 30 cm. 30 cm.

Cuerpo del

Terraplén Variable Variable Variable Variable Variable Variable Variable

Tanto para esta clasificación de carreteras como para las que siguen, el espesor del cuerpo de terraplén variará dependiendo de las características únicas de cada proyecto carretero siempre cumpliendo con las características de calidad que rigen las normas mexicanas. 7.2.2 Terracerías de carreteras con tránsito “T2 y T3” Siguiendo la normatividad mexicana, para las carreteras cuyos tránsitos sean “T2” y “T3”, sus terracerías estarán definidas por los lineamientos para las carreteras tipo “B” y “C” como se muestra a continuación:

Terracerías para carreteras con tráficos “T2” y “T3” VRS del Terreno Cimentación y Cuerpo del Terraplén Espesor

Capa 5% - 10% 10% - 15% 15% - 20% 20% - 25% 25% - 30% 30% - 35% 35% - 40%

Sub-rasante 30 cm. 30 cm. 30 cm. 30 cm. 30 cm. 30 cm. 30 cm.

Sub-yacente 70 cm. 70 cm. 70 cm. 70 cm. 70 cm. 70 cm. 70 cm.

Cuerpo del

Terraplén Variable Variable Variable Variable Variable Variable Variable

7.2.3 Terracerías de carreteras con tránsitos desde “T4” hasta “T7” Apoyándonos en la normatividad mexicana, para las carreteras cuyo tránsito sea de “T4” en adelante, se considerarán como carreteras de tipo “A”, cuyas terracerías requieren de un diseño especial al igual que las demás capas de la estructura del pavimento:

175

Terracerías para carreteras con tráficos desde “T4” hasta “T7” VRS del Terreno Cimentación y Cuerpo del Terraplén Espesor

Capa 5% - 10% 10% - 15% 15% - 20% 20% - 25% 25% - 30% 30% - 35% 35% - 40%

Sub-rasante

Diseño especial

Diseño especial

Diseño especial

Diseño especial

Diseño especial

Diseño especial

Diseño especial

Sub-yacente

Diseño especial

Diseño especial

Diseño especial

Diseño especial

Diseño especial

Diseño especial

Diseño especial

Cuerpo del

Terraplén Variable Variable Variable Variable Variable Variable Variable

7.3 Definición de las estructuras de pavimento contenidas en el

catálogo propuesto Para cada una de los tránsitos en ejes equivalentes de 8.2 toneladas de las carreteras y tomando en cuenta las terracerías definidas en el punto anterior, se diseñarán las estructuras de pavimento definitivas, empezando por la sub-yacente, seguido de la sub-rasante, así como las capas sub-base, base y la capa de concreto asfáltico. La medida principal de la calidad del terreno y cuerpo del terraplén será el VRS (Valor de Soporte). Para el diseño de las secciones de pavimento, se tomará el VRS del cuerpo del terraplén, ya que se piensa es igual al del terreno natural. Es necesario señalar que el punto de vista con el cual se diseñará considerará que conforme el VRS del terreno y del cuerpo de terraplén mejoren, la capa inmediata superior deberá tener una calidad y un VRS igual o superior, un ejemplo sería que cuando la calidad y el VRS del terreno y del cuerpo del terraplén superen a las de la capa subyacente, esta se suprimirá del diseño y en su lugar se colocará inmediatamente la capa siguiente que para este ejemplo sería la capa sub-rasante. 7.3.1 Estructuras para carreteras con tránsito “T1” Como se definió en el punto 7.2.1, para las carreteras con este tránsito, la sub-rasante debe tener un espesor mínimo de 20 centímetros y la sub-yacente un espesor mínimo de 30 cm. Lo anterior no en todos los tipos de terreno de cimentación y cuerpo de terraplén es aplicable, partiendo de que la calidad tanto del terreno de cimentación como del cuerpo del terraplén es la misma, conforme vaya mejorando, la capa inmediata superior al cuerpo de terraplén debe tener una calidad igual o superior al mismo. Por lo tanto cuando la calidad del cuerpo de terraplén supere a la calidad de la capa sub-yacente, esta última se elimina y se coloca en seguida la capa sub-rasante y así sucesivamente.

176

Secciones de pavimento asfáltico para carreteras con tránsito “T1” (base hidráulica)

W8.2 < 1,000,000 VRS del Terreno Cimentación y Cuerpo del Terraplén

Espesor Capa

5% - 10% 10% - 15% 15% - 20% 20% - 25% 25% - 30% 30% - 35% 35% - 40% Carpeta 10 cm. 8 cm. 8 cm. 8 cm. 8 cm. 8 cm. 8 cm.

Base hidráulica 10 cm. 8 cm. 9 cm. 8 cm. 10 cm. 8 cm. 8 cm.

Sub-base 12 cm. 10 cm. 11 cm. 10 cm. 16 cm. 16 cm. 14 cm. Sub-

rasante 20 cm. 20 cm. 20 cm. 16 cm. --- --- ---

Sub-yacente 30 cm. 25 cm. --- --- --- --- ---

Cuerpo del

Terraplén Variable Variable Variable Variable Variable Variable Variable

7.3.2 Estructuras para carreteras con tránsito “T2” Como se mostró en el punto 7.2.2, para las carreteras con este tránsito, la sub-rasante debe tener un espesor mínimo de 30 centímetros y la sub-yacente tendrá un espesor mínimo de 70 cm. Al igual que para aquellas con tránsito “T1”, no es aplicable en todos los tipos de terreno de cimentación y cuerpo de terraplén, partiendo de que la calidad tanto del terreno de cimentación como del cuerpo del terraplén es la misma, conforme vaya mejorando, la capa inmediata superior al cuerpo de terraplén debe tener una calidad igual o superior al mismo. Por lo tanto cuando la calidad del cuerpo de terraplén supere a la calidad de la capa sub-yacente, esta última se elimina y se coloca en seguida la capa sub-rasante y así sucesivamente.

Secciones de pavimento asfáltico para carreteras con tránsito “T2” (base hidráulica) 1,000,000 < W8.2 < 4,000,000

VRS del Terreno Cimentación y Cuerpo del Terraplén Espesor

Capa 5% - 10% 10% - 15% 15% - 20% 20% - 25% 25% - 30% 30% - 35% 35% - 40%

Carpeta 10 cm. 10 cm. 10 cm. 10 cm. 10 cm. 10 cm. 10 cm. Base

hidráulica 10 cm. 10 cm. 10 cm. 10 cm. 13 cm. 12 cm. 10 cm.

Sub-base 12 cm. 10 cm. 14 cm. 12 cm. 20 cm. 18 cm. 18 cm. Sub-

rasante 30 cm. 25 cm. 28 cm. 22 cm. --- --- ---

Sub-yacente 70 cm. 40 cm. --- --- --- --- ---

Cuerpo del

Terraplén Variable Variable Variable Variable Variable Variable Variable

177

7.3.3 Estructuras para carreteras con tránsito “T3”

Al igual que para las “T2”, las carreteras con tránsito “T3”, la sub-rasante debe tener un espesor mínimo de 30 centímetros y la sub-yacente tendrá un espesor mínimo de 70 cm. Lo anterior, no es conveniente aplicarlo en todos los tipos de terreno de cimentación y cuerpo de terraplén, partiendo de que la calidad tanto del terreno de cimentación como del cuerpo del terraplén es la misma, conforme vaya mejorando, la capa inmediata superior al cuerpo de terraplén debe tener una calidad igual o superior al mismo. Por lo tanto cuando la calidad del cuerpo de terraplén supere a la calidad de la capa sub-yacente, esta última se elimina y se coloca en seguida la capa sub-rasante y así sucesivamente.

Secciones de pavimento asfáltico para carreteras con tránsito “T3” (base hidráulica) 4,000,000 < W8.2 < 12,000,000

VRS del Terreno Cimentación y Cuerpo del Terraplén Espesor

Capa 5% - 10% 10% - 15% 15% - 20% 20% - 25% 25% - 30% 30% - 35% 35% - 40%

Carpeta 12 cm. 12 cm. 12 cm. 12 cm. 12 cm. 12 cm. 12 cm. Base

hidráulica 14 cm. 14 cm. 14 cm. 12 cm. 16 cm. 14 cm. 12 cm.

Sub-base 18 cm. 16 cm. 17 cm. 15 cm. 23 cm. 22 cm. 21 cm. Sub-

rasante 30 cm. 25 cm. 28 cm. 24 cm. --- --- ---

Sub-yacente 70 cm. 35 cm. --- --- --- --- ---

Cuerpo del

Terraplén Variable Variable Variable Variable Variable Variable Variable

178

7.3.4 Estructuras para carreteras con tránsito “T4” A partir de esta clasificación “T4”, hasta las carreteras con tránsito “T7”, se diseñarán todas las capas, desde la sub-yacente, sub-rasante, además del pavimento (sub-base, base y concreto asfáltico). Y para cada carretera con su tránsito se diseñarán con dos tipos de base, la hidráulica (granular) y la base asfáltica.

Secciones de pavimento asfáltico para carreteras con tránsito “T4” (base asfáltica)

12,000,000 < W8.2 < 25,000,000 VRS del Terreno Cimentación y Cuerpo del Terraplén

Espesor Capa

5% - 10% 10% - 15% 15% - 20% 20% - 25% 25% - 30% 30% - 35% 35% - 40% Carpeta 12 cm. 12 cm. 12 cm. 12 cm. 12 cm. 12 cm. 12 cm.

Base asfáltica 14 cm. 12 cm. 12 cm. 12 cm. 14 cm. 13 cm. 12 cm.

Sub-base 21 cm. 18 cm. 20 cm. 14 cm. 18 cm. 16 cm. 15 cm. Sub-

rasante 30 cm. 20 cm. 22 cm. 20 cm. --- --- ---

Sub-yacente 50 cm. 40 cm. --- --- --- --- ---

Cuerpo del

Terraplén Variable Variable Variable Variable Variable Variable Variable

Secciones de pavimento asfáltico para carreteras con tránsito “T4” (base hidráulica)

VRS del Terreno Cimentación y Cuerpo del Terraplén Espesor Capa 5% - 10% 10% - 15% 15% - 20% 20% - 25% 25% - 30% 30% - 35% 35% - 40%

Carpeta 12 cm. 12 cm. 12 cm. 12 cm. 12 cm. 12 cm. 12 cm. Base

hidráulica 20 cm. 18 cm. 18 cm. 16 cm. 21 cm. 20 cm. 18 cm.

Sub-base 25 cm. 20 cm. 22 cm. 18 cm. 28 cm. 25 cm. 24 cm. Sub-

rasante 30 cm. 28 cm. 30 cm. 28 cm. --- --- ---

Sub-yacente 70 cm. 40 cm. --- --- --- --- ---

Cuerpo del

Terraplén Variable Variable Variable Variable Variable Variable Variable

179

7.3.5 Estructuras para carreteras con tránsito “T5”

Secciones de pavimento asfáltico para carreteras con tránsito “T5” (base asfáltica)

25,000,000 < W8.2 < 60,000,000 VRS del Terreno Cimentación y Cuerpo del Terraplén

Espesor Capa

5% - 10% 10% - 15% 15% - 20% 20% - 25% 25% - 30% 30% - 35% 35% - 40% Carpeta 12 cm. 12 cm. 12 cm. 12 cm. 12 cm. 12 cm. 12 cm.

Base asfáltica 18 cm. 15 cm. 15 cm. 14 cm. 17 cm. 15 cm. 14 cm.

Sub-base 24 cm. 20 cm. 23 cm. 21 cm. 25 cm. 25 cm. 24 cm. Sub-

rasante 34 cm. 25 cm. 28 cm. 23 cm. --- --- ---

Sub-yacente 54 cm. 45 cm. --- --- --- --- ---

Cuerpo del

Terraplén Variable Variable Variable Variable Variable Variable Variable

Secciones de pavimento asfáltico para carreteras con tránsito “T5” (base hidráulica)

VRS del Terreno Cimentación y Cuerpo del Terraplén Espesor Capa 5% - 10% 10% - 15% 15% - 20% 20% - 25% 25% - 30% 30% - 35% 35% - 40%

Carpeta 12 cm. 12 cm. 12 cm. 12 cm. 12 cm. 12 cm. 12 cm. Base

hidráulica 28 cm. 22 cm. 24 cm. 22 cm. 30 cm. 27 cm. 25 cm.

Sub-base 30 cm. 25 cm. 25 cm. 22 cm. 30 cm. 30 cm. 28 cm. Sub-

rasante 32 cm. 30 cm. 36 cm. 33 cm. --- --- ---

Sub-yacente 70 cm. 50 cm. --- --- --- --- ---

Cuerpo del

Terraplén Variable Variable Variable Variable Variable Variable Variable

180

7.3.6 Estructuras para carreteras con tránsito “T6”

Secciones de pavimento asfáltico para carreteras con tránsito “T6” (base asfáltica)

60,000,000 < W8.2 < 100,000,000 VRS del Terreno Cimentación y Cuerpo del Terraplén

Espesor Capa

5% - 10% 10% - 15% 15% - 20% 20% - 25% 25% - 30% 30% - 35% 35% - 40% Carpeta 14 cm. 14 cm. 14 cm. 14 cm. 14 cm. 14 cm. 14 cm.

Base asfáltica 19 cm. 15 cm. 15 cm. 14 cm. 17 cm. 15 cm. 14 cm.

Sub-base 24 cm. 21 cm. 24 cm. 22 cm. 26 cm. 26 cm. 24 cm. Sub-

rasante 34 cm. 26 cm. 28 cm. 24 cm. --- --- ---

Sub-yacente 54 cm. 45 cm. --- --- --- --- ---

Cuerpo del

Terraplén Variable Variable Variable Variable Variable Variable Variable

Secciones de pavimento asfáltico para carreteras con tránsito “T6” (base hidráulica)

VRS del Terreno Cimentación y Cuerpo del Terraplén Espesor Capa 5% - 10% 10% - 15% 15% - 20% 20% - 25% 25% - 30% 30% - 35% 35% - 40%

Carpeta 14 cm. 14 cm. 14 cm. 14 cm. 14 cm. 14 cm. 14 cm. Base

hidráulica 30 cm. 24 cm. 25 cm. 22 cm. 30 cm. 27 cm. 25 cm.

Sub-base 30 cm. 24 cm. 25 cm. 22 cm. 31 cm. 30 cm. 28 cm. Sub-

rasante 32 cm. 30 cm. 36 cm. 34 cm. --- --- ---

Sub-yacente 70 cm. 50 cm. --- --- --- --- ---

Cuerpo del

Terraplén Variable Variable Variable Variable Variable Variable Variable

181

7.3.7 Estructuras para carreteras con tránsito “T7”

Secciones de pavimento asfáltico para carreteras con tránsito “T7” (base asfáltica)

100,000,000 < W8.2 < 150,000,000 VRS del Terreno Cimentación y Cuerpo del Terraplén

Espesor Capa

5% - 10% 10% - 15% 15% - 20% 20% - 25% 25% - 30% 30% - 35% 35% - 40% Carpeta 15 cm. 15 cm. 15 cm. 15 cm. 15 cm. 15 cm. 15 cm.

Base asfáltica 20 cm. 16 cm. 16 cm. 15 cm. 18 cm. 16 cm. 15 cm.

Sub-base 25 cm. 22 cm. 24 cm. 22 cm. 26 cm. 26 cm. 25 cm. Sub-

rasante 35 cm. 27 cm. 30 cm. 22 cm. --- --- ---

Sub-yacente 55 cm. 45 cm. --- --- --- --- ---

Cuerpo del

Terraplén Variable Variable Variable Variable Variable Variable Variable

Secciones de pavimento asfáltico para carreteras con tránsito “T7” (base hidráulica)

VRS del Terreno Cimentación y Cuerpo del Terraplén Espesor Capa 5% - 10% 10% - 15% 15% - 20% 20% - 25% 25% - 30% 30% - 35% 35% - 40%

Carpeta 15 cm. 15 cm. 15 cm. 15 cm. 15 cm. 15 cm. 15 cm. Base

hidráulica 31 cm. 25 cm. 26 cm. 23 cm. 31 cm. 29 cm. 27 cm.

Sub-base 32 cm. 25 cm. 26 cm. 24 cm. 33 cm. 31 cm. 29 cm. Sub-

rasante 35 cm. 35 cm. 38 cm. 34 cm. --- --- ---

Sub-yacente 70 cm. 45 cm. --- --- --- --- ---

Cuerpo del

Terraplén Variable Variable Variable Variable Variable Variable Variable

7.4 Criterios para la elección del Valor Relativo de Soporte a usar en el

catálogo propuesto En este trabajo se consideró que la calidad del terreno de cimentación y del cuerpo de terraplén son idénticos por la tanto el Valor Relativo de Soporte (VRS), es el mismo y para efectos del diseño, fue este VRS el utilizado para apoyar tanto las otras dos capas, sub-yacente y sub-rasante que conforman las terracerías, así como el resto de las capas

182

que conforman todo el pavimento, la sub-base, base y carpeta como se muestra en la figura 7.1 de la apartado 7.2. Mas sin embargo es obvio que existen variaciones en el VRS a lo largo de una carretera por lo tanto es necesario definir algún criterio para saber cuál de ellos utilizar al momento de entrar al catálogo. Una vez obtenido el tráfico a diseñar para cada parte de la carretera como se menciona en el apartado anterior, dada la facilidad que representa tener las secciones prediseñadas, con los datos del estudio geotécnico se puede fraccionar la carretera en partes de acuerdo al materiales encontrados en la zona, de manera que las fracciones contengan VRS similares, por decir, un tramo de 100 Km. de carretera se puede dividir en 4 tramos independientes, a los que llamaremos “sub-tramos”, debido a las características del terreno, uno de 40, otro de 30, de 10, 5 y 15 por ejemplo. Y para diseñar cada sub-tramo es necesario definir cuál VRS ocupar para entrar al catálogo ya que aunque se logró una cierta hegemonía al dividir la carretera es imposible que sean iguales los VRS. Un primer criterio sería utilizar el promedio de los VRS obtenidos en ese sub-tramo, debido a que uno de los métodos de diseño ocupado para el desarrollo de este catálogo fue el Método AASHTO (American Association of State Highway and Transportation Officials), que considera cierta variación en el mismo. La parte no favorable de ocupar este criterio es que no se sabe cuál es la variación considerada, mas bien la variabilidad que toman en cuenta es aquella resultante de todos los parámetros del método de diseño. Un segundo criterio más apropiado es el ocupar una herramienta estadística, como una distribución t-student diseñada para muestras con menos de 30 elementos. Así, para los VRS obtenidos de cada sub-tramo se podría seguir el procedimiento que se muestra en el ejemplo 7.1 siguiente: Ejemplo 7.1: Suponiendo que para un sub-tramo de 10 Km., tenemos 1 muestra de N = 5 elementos donde el VRS de cada uno resultó de 10%, 16%, 12%, 8% y 18% respectivamente. Paso 1: Para la muestra, calcular su media y desviación estándar.

Media: %8.125

188121610...21 =++++

=+++

=N

XXXX n

Desviación Estándar:

( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 03.35

8.12188.1288.12128.12168.1210 222222

=−+−+−+−+−

=−

= ∑N

XXS

183

Paso 2: Definir de acuerdo con la clasificación del tránsito el nivel de confianza. Para esto, se propone la tabla 7.6 que relaciona el tipo de tráfico con el nivel de confianza recomendado.

Tabla 7.6 Relación tráfico-nivel de confianza.

Clasificación del tráfico Nivel de confianza T1 70% T2 75% T3 75% T4 80% T5 80% T6 90% T7 90%

Para este ejemplo supondremos que tenemos un tráfico cuyos ejes equivalentes de 8.2 toneladas entran en la clasificación “T7”, por lo tanto, utilizaremos un nivel de confianza del 90%. Paso 3: De la tabla 7.6 tomar un valor de la distribución t-student. Para tomar este valor t, se necesitan dos parámetros, el nivel de confianza obtenido anteriormente y los grados de libertad “v”. Para obtener este último es muy sencillo, lo único que se tiene que hacer es restarle una unidad a número de elementos (N) para resultar en la siguiente fórmula: v = N-1 Para nuestro ejemplo, los grados de libertad serían: v = N-1= 5-1 = 4 y como definimos en el paso anterior, con un nivel de confianza del 90%. Por lo tanto la “t” que tenemos que buscar en la tabla 8.2 es: “t.90,4” resultando de “1.53”.

184

Tabla 8.2 Valores para la distribución t de Student con v grados de libertad.

185

Paso 4: Sustituir en la fórmula t-student y encontrar la media a utilizar para el diseño. Los datos que hemos reunido hasta ahora son:

Número de elementos de la muestra, N = 5 Media muestral, Xmedia = 12.8% Desviación estándar muestral, S = 3.03 De la tabla de distribución t-student, t.90,4 = 1.53

A continuación se sustituyen estos datos en la fórmula t-student para encontrar la media poblacional, µ:

%48.101503.353.18.12

1=

−∗

−=−

∗−=

NStXµ

Por lo tanto, para nuestro ejemplo el VRS que se tomaría en cuenta para utilizar el catálogo propuesto en este trabajo será el de 10.48%

187

8. Conclusiones y recomendaciones Este trabajo de tesis presenta como resultado un catálogo de secciones de pavimento flexible para distintas condiciones de tráfico y de terreno. El cuál toma en cuenta los principios teóricos y fundamentales para el diseño de las carreteras y los factores generales para diseñarlas mediante el uso de los métodos de diseño requeridos comúnmente en nuestro país como lo son el método de la AASHTO (American Association of State Highway and Transportatio), el de la UNAM (Universidad Nacional Autónoma de México) y el del Instituto del Asfalto. Teniendo como guía los catálogos Europeos como el de España y el de Francia, se armó el catálogo con dos variables principales, los de millones de ejes equivalente de 8.2 toneladas (W8.2) resultantes de la cantidad y distribución del tráfico y la segunda el Valor Relativo de Soporte (VRS). Para el primero, se mostró el procedimiento con un ejemplo de la conversión a millones de ejes equivalentes de 8.2 toneladas del tráfico y para el segundo, el VRS, también propusieron dos criterios para su elección donde para el segundo de ellos, también se desarrollo un ejemplo de aplicación. Para todos los diseños de secciones de pavimento flexible resultantes, se comprobó que los esfuerzos, deformaciones y deflexiones no superaran los dados por las leyes de fatiga de los materiales. Procedimiento realizado mediante el programa del CEDEM (Cálculo de Esfuerzos y Deformaciones de Estructura Multicapa). A continuación se agruparán las conclusiones y recomendaciones en cuatro puntos principales, beneficios que aporta el catálogo, el tránsito, las secciones de pavimento y aspectos a considerar y desarrollar. 8.1 Beneficios que aporta el catálogo Los beneficios que aporta el catálogo son muchos y muy variados, y aquí solo se mencionarán algunos de los más importantes. Dado que quienes pagan por al construcción de las carreteras en nuestro país son normalmente los gobiernos, sean municipales, estatales o el federal, representaría un ahorro económico para ellos el optimizar los recursos, es decir, dado que las características del terreno y del tráfico a lo largo de la carretera son distintos, se tendría la facilidad de elegir una sección de pavimento para cada zona o sub-tramo y evitar el colocar una sola sección para toda la carretera ocasionando así que en unas zonas esté sub-diseñada y en otras sobre-diseñadas. Le facilitaría el trabajo al residente que supervisa la obra por parte del gobierno ya que no necesitaría ser un experto en el área. También habría que mencionar que le sería mucho más fácil a la contraloría interna de los organismos gubernamentales revisar si los gastos por la construcción de ese pavimento con esos espesores están respaldados por el catálogo.

188

Se evitaría un fenómeno que ha ocurrido varias veces cada vez que se concursa el diseño de la sección de pavimento de una carretera, dado que hay una falta de capacitación sobre este rubro, algunas ocasiones la empresa que gana el concurso, no sabe cómo realizarlo y acude a personal que labora en el mismo gobierno para lo haga, entonces el gobierno se convierte en juez y parte. También se lograría una estandarización de la calidad en el diseño de la misma, ya que no será necesario que el que la diseñe sea un experto en el tema. También para quien construye, le representa una gran ayuda porque el mismo puede proponer secciones diferentes a las elegidas anteriormente conforme el tipo de terreno que se vaya presentando en su construcción. El beneficiario final y el más importante que resulta del desarrollo de este catálogo obviamente es el usuario, ya que fija uno de los parámetros más importantes a seguir que es la elección de una adecuada estructura de pavimento y así evitar fallas estructurales y funcionales que afecten la calidad de servicio que se pronosticó brindar. 8.2 Tránsito En relación al tráfico se muestran las siguientes sugerencias:

⇒ Debe tomarse en cuenta que la conversión del tráfico a millones de ejes equivalentes que se propone en este trabajo esta de acuerdo a la tipología de vehículos autorizados por la SCT con los pesos máximos autorizados, por lo tanto es necesario que las autoridades correspondientes vigilen que los vehículos de carga lleven consigo el peso máximo autorizado.

⇒ Al contar con un catálogo de secciones es factible seccionar la carretera de acuerdo a los datos del tráfico que se tengan de cada zona y proporcionarle una sección de pavimento para cada parte.

⇒ Para calcular la tasa de crecimiento del tráfico, se recomienda un estudio socio-económico de toda el área en la que tendrá influencia la carretera para su proyección a lo largo de la vida útil de la misma.

8.3 Estructuras de pavimento En cuanto a las secciones de pavimento, uno de los criterios de diseño utilizados fue el considerar que la capa inferior tuviera siempre un grosor mayor que la capa inmediata superior y así consecutivamente para favorecer un mejor comportamiento, ayudar a evitar la aparición de grietas, roderas y la economía ya que la capa inferior es normalmente menos cara que la que le sigue. Además se tomó en consideración la base de datos que la SCT federal tiene para toda la república donde registra el Tránsito Diario Promedio Anual (TDPA) con sus

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distribuciones de vehículos para diseñar las secciones de pavimentos presentadas en este trabajo. Haciendo un breve comparativo de las secciones de pavimento construidas con las recomendadas por el catálogo fruto de este trabajo, se puede concluir que las existentes se encuentran en general sub-diseñadas, es decir los espesores son menores a los requeridos salvo en algunos casos donde incluso están sobre-diseñadas aunque mas que nada se debe como consecuencia a las sobre-carpetas tendidas con el paso del tiempo. Siguiendo con la comparativa de las secciones de pavimento actuales contra las propuestas en el catálogo, resulta importante recalcar que en las carreteras actuales aún cuando el terreno natural es malo, se suprimen una o varias capas de la explanada y no se reponen aumentando el espesor de las capas siguientes y aún si se hiciera de esta manera no existen pruebas suficientes de que el cambio brusco de calidad entre dos capas del pavimento no afecte el comportamiento estructural del mismo. 8.4 Aspectos a considerar y desarrollar Este trabajo es solamente el principio, es la contribución con un granito de arena a toda la problemática que como país nos toca resolver en el área de las carreteras. Con este trabajo ahora ya se cuenta con un referente muy importante para la creación y comparación de actuales y nuevos proyectos de pavimentos carreteros. Este catálogo de secciones de pavimento debe entenderse como un proceso continuo que debe ser desarrollado en su conjunto por los métodos de diseño, ensayos de laboratorio y la experiencia adquirida. Se recomienda un programa integral de desarrollo para el área tan amplia que son las carreteras como son su trazo, su diseño, construcción, etc. Empezando por cambiar la clasificación de las carreteras donde lo ideal es que se modifique la norma para que en lugar de que sea el Tránsito Diario Promedio Anual lo que las diferencie, sean los ejes equivalentes de 8.2 ton como se propone en este trabajo, por que no necesariamente el que una carretera tenga un TDPA mayor que otra, signifique que también sean mayores sus ejes equivalentes ya que también depende de la distribución del tráfico, así como también modificar varias leyes y reglamentos que obliguen al desarrollo de un catálogo de pavimentos que podría ser por zona o por estado debido al suelo y climatología tan distintos en cada parte del país, su uso obligatorio, su revisión y modificación periódica por personal calificado. Además es importante realizar una investigación sobre los distintos aspectos que se han desarrollado en nuestro país sobre los pavimentos, tanto de universidades públicas y privadas, institutos del gobierno, libros publicados de manera independiente y sobretodo recolectar la información adquirida a través de los años de las personas encargadas de diseñar, supervisar y construir las carreteras para que todo esto se encuentre reflejado en el catálogo y lo enriquezca desde un principio.

190

Lo ideal sería que los catálogos de secciones de pavimentos estuvieran diseñados para cada estado respaldado con las características específicas de materiales, métodos constructivos, estudios-socioeconómicos del mismo y además es necesario desarrollar un catálogo de secciones específico para las calles, avenidas y vías principales para las ciudades principales del estado que considere toda la problemática que las rodea. Entre otras tareas a realizar se debe instar a que cada entidad cuente con un sistema de gestión de pavimentos actualizado para que nos sirva para describir y pronosticar la evolución del estado del pavimento así como las consecuencias que tendría el aplicar de una manera determinada los recursos para cada carretera y cómo afectaría en la calidad de servicio que prestan. Como se dijo anteriormente, es necesario echar a andar un plan integral para la conservación y modernización de la red carretera para garantizar su adecuado nivel de servicio, durabilidad, seguridad y economía de la obra utilizando materiales y productos de calidad que tomen en cuenta su comportamiento a largo plazo. Todo esto vale la pena al saber que cuando la infraestructura carretera es eficiente y adecuada, el transporte de personas, bienes y servicios se realiza en forma satisfactoria y económica, lo que promueve el desarrollo económico y con ello un mejor nivel de vida para todos.

Bibliografía Secretaría de Comunicaciones y Transporte, Normativa para la Infraestructura del Transporte, www.sct.gob.mx → Ligas del Sector → Instituto Mexicano del Transporte → Normativa SCT → Carreteras. Pérez, F. y Miró, R. (2005), Proyecto y Conservación de Carreteras, Centro de Publicaciones Campus Nord, Laboratorio de Caminos y Depto. de Infraestructura del Transporte y del Territorio, Universidad Politécnica de Catalunya, Barcelona, España. www.carreteros.org AASHTO (1993), Guide for Design of Pavement Structures, American Association of State Highway and Transportation Officials. Matthieu Deroussen (2005), Tesis (Modelos empíricos de diseño de pavimentos flexibles para nuevas construcciones), Tecnológico de Monterrey, Campus Monterrey. Yoder, E. y Witczak M. (1975), Principles of Pavement Design, Editorial John Wiley and Sons, Inc. USA. Huang, Y. (1993), Pavement Analysis and Design, Editorial Prentice Hall, USA. Reyes Lizcano, Fredy Alberto (2005), Titulo Diseño racional de pavimentos, Editorial Escuela Colombiana de Ingeniería, 2005 Rico Rodríguez y Del Castillo Hermilo (2000), La Ingeniería de Suelos en las Vías Terrestres, Carreteras, Ferrocarriles y Aeropistas, Vol. I y II, Editorial LIMUSA, Decimosexta Reimpresión, México. Crespo Villaláz, C. (2000), Vías de Comunicación, Caminos, Ferrocarriles, Aeropuertos, Puentes y Puertos, Editorial LIMUSA, 3° edición, México. Zárate Aquino M. (2003), Diseño de Pavimentos Flexibles, Asociación Mexicana del Asfalto, A.C., México. Garnica Anguas, P. y Gómez López, J. (2001), Deformaciones Permanentes en Materiales Granulares para la Sección Estructural de Carreteras, Instituto Mexicano del Transporte (S.C.T ), Publicación Técnica No. 000, México. Garnica Anguas, P. y Pérez García, N. (2000), Módulos de Resiliencia en Suelos Finos y Materiales Granulares, Instituto Mexicano del Transporte (S.C.T), Publicación Técnica No. 142, México.

Anexo A: Catálogo de secciones de pavimentoflexible para México

T1 < 1,000,0001,000,000 < T2 < 4,000,0004,000,000 < T3 < 12,000,00012,000,000 < T4 < 25,000,00025,000,000 < T5 < 60,000,00060,000,000 < T6 < 100,000,000100,000,000 < T7 < 150,000,000

Mtro. Ing. Juan Cano Becerril

Ejes equivalentes de 8.2 toneladas

CATÁLOGO DE SECCIONES DE PAVIMENTO

FLEXIBLE PARA MÉXICO

Clasificación del tránsito a partir de los ejes equivalentes

5%-10% 10%-15% 15%-20% 20%-25% 25%-30% 30%-35% 35%-40% 5%-10% 10%-15% 15%-20% 20%-25% 25%-30% 30%-35% 35%-40%

Carpeta 10 cm. 8 cm. 8 cm. 8 cm. 8 cm. 8 cm. 8 cm. Carpeta 10 cm. 10 cm. 10 cm. 10 cm. 10 cm. 10 cm. 10 cm.Base

hidráulica 10 cm. 8 cm. 9 cm. 8 cm. 10 cm. 8 cm. 8 cm. Base hidráulica 10 cm. 10 cm. 10 cm. 10 cm. 13 cm. 12 cm. 10 cm.

Sub-base 12 cm. 10 cm. 11 cm. 10 cm. 16 cm. 16 cm. 14 cm. Sub-base 12 cm. 10 cm. 14 cm. 12 cm. 20 cm. 18 cm. 18 cm.

Sub-rasante 20 cm. 20 cm. 20 cm. 16 cm. --- --- --- Sub-rasante 30 cm. 25 cm. 28 cm. 22 cm. --- --- ---

Sub-yacente 30 cm. 25 cm. --- --- --- --- --- Sub-yacente 70 cm. 40 cm. --- --- --- --- ---

Cuerpo del Terraplén

Variable Variable Variable Variable Variable Variable VariableCuerpo del Terraplén

Variable Variable Variable Variable Variable Variable Variable

5%-10% 10%-15% 15%-20% 20%-25% 25%-30% 30%-35% 35%-40%

Carpeta 12 cm. 12 cm. 12 cm. 12 cm. 12 cm. 12 cm. 12 cm.Base

hidráulica 14 cm. 14 cm. 14 cm. 12 cm. 16 cm. 14 cm. 12 cm.Sub-base 18 cm. 16 cm. 17 cm. 15 cm. 23 cm. 22 cm. 21 cm.

Sub-rasante 30 cm. 25 cm. 28 cm. 24 cm. --- --- ---

Sub-yacente 70 cm. 35 cm. --- --- --- --- ---Cuerpo del Terraplén

Variable Variable Variable Variable Variable Variable Variable Mtro. Ing. Juan Cano Becerril

Secciones de pavimento asfáltico para carreteras con tránsito “T3” (base hidráulica)

Espesor Capa

4,000,000 < W8.2 < 12,000,000VRS del Terreno Cimentación y Cuerpo del Terraplén

Secciones de pavimento asfáltico para carreteras con tránsito “T1” (base hidráulica)

Espesor Capa

W8.2 < 1,000,000VRS del Terreno Cimentación y Cuerpo del Terraplén

Secciones de pavimento asfáltico para carreterascon tránsito “T2” (base hidráulica)

Espesor Capa

1,000,000 < W8.2 < 4,000,000VRS del Terreno Cimentación y Cuerpo del Terraplén

5%-10% 10%-15% 15%-20% 20%-25% 25%-30% 30%-35% 35%-40% 5%-10% 10%-15% 15%-20% 20%-25% 25%-30% 30%-35% 35%-40%

Carpeta 14 cm. 14 cm. 14 cm. 14 cm. 14 cm. 14 cm. 14 cm. Carpeta 15 cm. 15 cm. 15 cm. 15 cm. 15 cm. 15 cm. 15 cm.Base

asfáltica 19 cm. 15 cm. 15 cm. 14 cm. 17 cm. 15 cm. 14 cm. Base asfáltica 20 cm. 16 cm. 16 cm. 15 cm. 18 cm. 16 cm. 15 cm.

Sub-base 24 cm. 21 cm. 24 cm. 22 cm. 26 cm. 26 cm. 24 cm. Sub-base 25 cm. 22 cm. 24 cm. 22 cm. 26 cm. 26 cm. 25 cm.

Sub-rasante 34 cm. 26 cm. 28 cm. 24 cm. --- --- --- Sub-rasante 35 cm. 27 cm. 30 cm. 22 cm. --- --- ---

Sub-yacente 54 cm. 45 cm. --- --- --- --- --- Sub-yacente 55 cm. 45 cm. --- --- --- --- ---

Cuerpo del Terraplén Variable Variable Variable Variable Variable Variable Variable Cuerpo del

Terraplén Variable Variable Variable Variable Variable Variable Variable

5%-10% 10%-15% 15%-20% 20%-25% 25%-30% 30%-35% 35%-40% 5%-10% 10%-15% 15%-20% 20%-25% 25%-30% 30%-35% 35%-40%

Carpeta 14 cm. 14 cm. 14 cm. 14 cm. 14 cm. 14 cm. 14 cm. Carpeta 15 cm. 15 cm. 15 cm. 15 cm. 15 cm. 15 cm. 15 cm.Base

hidráulica 30 cm. 24 cm. 25 cm. 22 cm. 30 cm. 27 cm. 25 cm. Base hidráulica 31 cm. 25 cm. 26 cm. 23 cm. 31 cm. 29 cm. 27 cm.

Sub-base 30 cm. 24 cm. 25 cm. 22 cm. 31 cm. 30 cm. 28 cm. Sub-base 32 cm. 25 cm. 26 cm. 24 cm. 33 cm. 31 cm. 29 cm.

Sub-rasante 32 cm. 30 cm. 36 cm. 34 cm. --- --- --- Sub-rasante 35 cm. 35 cm. 38 cm. 34 cm. --- --- ---

Sub-yacente 70 cm. 50 cm. --- --- --- --- --- Sub-yacente 70 cm. 45 cm. --- --- --- --- ---

Cuerpo del Terraplén Variable Variable Variable Variable Variable Variable Variable Cuerpo del

Terraplén Variable Variable Variable Variable Variable Variable Variable

Mtro. Ing. Juan Cano Becerril

Secciones de pavimento asfáltico para carreteras Secciones de pavimento asfáltico para carreterascon tránsito “T6” (base asfáltica) con tránsito “T7” (base asfáltica)

con tránsito “T6” (base hidráulica) con tránsito “T7” (base hidráulica)

Espesor Capa

60,000,000 < W8.2 < 100,000,000Espesor

Capa

100,000,000 < W8.2 < 150,000,000

Espesor Capa

VRS del Terreno Cimentación y Cuerpo del Terraplén Espesor Capa

VRS del Terreno Cimentación y Cuerpo del Terraplén

VRS del Terreno Cimentación y Cuerpo del Terraplén VRS del Terreno Cimentación y Cuerpo del Terraplén

Secciones de pavimento asfáltico para carreteras Secciones de pavimento asfáltico para carreteras

5%-10% 10%-15% 15%-20% 20%-25% 25%-30% 30%-35% 35%-40% 5%-10% 10%-15% 15%-20% 20%-25% 25%-30% 30%-35% 35%-40%

Carpeta 14 cm. 14 cm. 14 cm. 14 cm. 14 cm. 14 cm. 14 cm. Carpeta 15 cm. 15 cm. 15 cm. 15 cm. 15 cm. 15 cm. 15 cm.Base

asfáltica 19 cm. 15 cm. 15 cm. 14 cm. 17 cm. 15 cm. 14 cm. Base asfáltica 20 cm. 16 cm. 16 cm. 15 cm. 18 cm. 16 cm. 15 cm.

Sub-base 24 cm. 21 cm. 24 cm. 22 cm. 26 cm. 26 cm. 24 cm. Sub-base 25 cm. 22 cm. 24 cm. 22 cm. 26 cm. 26 cm. 25 cm.

Sub-rasante 34 cm. 26 cm. 28 cm. 24 cm. --- --- --- Sub-rasante 35 cm. 27 cm. 30 cm. 22 cm. --- --- ---

Sub-yacente 54 cm. 45 cm. --- --- --- --- --- Sub-yacente 55 cm. 45 cm. --- --- --- --- ---

Cuerpo del Terraplén Variable Variable Variable Variable Variable Variable Variable Cuerpo del

Terraplén Variable Variable Variable Variable Variable Variable Variable

5%-10% 10%-15% 15%-20% 20%-25% 25%-30% 30%-35% 35%-40% 5%-10% 10%-15% 15%-20% 20%-25% 25%-30% 30%-35% 35%-40%

Carpeta 14 cm. 14 cm. 14 cm. 14 cm. 14 cm. 14 cm. 14 cm. Carpeta 15 cm. 15 cm. 15 cm. 15 cm. 15 cm. 15 cm. 15 cm.Base

hidráulica 30 cm. 24 cm. 25 cm. 22 cm. 30 cm. 27 cm. 25 cm. Base hidráulica 31 cm. 25 cm. 26 cm. 23 cm. 31 cm. 29 cm. 27 cm.

Sub-base 30 cm. 24 cm. 25 cm. 22 cm. 31 cm. 30 cm. 28 cm. Sub-base 32 cm. 25 cm. 26 cm. 24 cm. 33 cm. 31 cm. 29 cm.

Sub-rasante 32 cm. 30 cm. 36 cm. 34 cm. --- --- --- Sub-rasante 35 cm. 35 cm. 38 cm. 34 cm. --- --- ---

Sub-yacente 70 cm. 50 cm. --- --- --- --- --- Sub-yacente 70 cm. 45 cm. --- --- --- --- ---

Cuerpo del Terraplén Variable Variable Variable Variable Variable Variable Variable Cuerpo del

Terraplén Variable Variable Variable Variable Variable Variable Variable

Mtro. Ing. Juan Cano Becerril

Secciones de pavimento asfáltico para carreteras Secciones de pavimento asfáltico para carreterascon tránsito “T6” (base asfáltica) con tránsito “T7” (base asfáltica)

con tránsito “T6” (base hidráulica) con tránsito “T7” (base hidráulica)

Espesor Capa

60,000,000 < W8.2 < 100,000,000Espesor

Capa

100,000,000 < W8.2 < 150,000,000

Espesor Capa

VRS del Terreno Cimentación y Cuerpo del Terraplén Espesor Capa

VRS del Terreno Cimentación y Cuerpo del Terraplén

VRS del Terreno Cimentación y Cuerpo del Terraplén VRS del Terreno Cimentación y Cuerpo del Terraplén

Secciones de pavimento asfáltico para carreteras Secciones de pavimento asfáltico para carreteras

Anexo B: Tablas de coeficientes de daño AASHTO