INTRODUCCIÓN A LA GUÍA AASHTO DE DISEÑO EMPÍRICO-MECANÍSTICO DE PAVIMENTOS

Transcripción

1 INTRODUCCIÓN A LA GUÍA AASHTO DE DISEÑO EMPÍRICO-MECANÍSTICO DE PAVIMENTOS

2 CONTENIDO Generalidades Módulo de información general Módulo de tránsito Módulo de clima Módulo de materiales Materiales asfálticos Materiales para pavimentos rígidos y otras características Materiales estabilizados químicamente

3 CONTENIDO Materiales no ligados Roca madre Resumen de datos de entrada Módulo de análisis empírico mecanístico Módulo de salidas Resumen del proceso de diseño Análisis de sensibilidad Sensibilidad en el diseño de pavimentos flexibles Sensibilidad en el diseño de pavimentos rígidos

4 GUÍA AASHTO GENERALIDADES

5 GENERALIDADES OBJETIVO DE LA GUÍA Suministrar a la comunidad vial una herramienta con el estado de la práctica para el diseño de estructuras de pavimentos nuevas y rehabilitadas El objetivo fue cumplido mediante: El empleo de procedimientos de diseño que emplean tecnologías empírico mecanísticas El desarrollo de software y documentación apropiados

6 GENERALIDADES FILOSOFÍA DE LA GUÍA La nueva guía AASHTO presenta procedimientos para el análisis y el diseño de pavimentos flexibles y rígidos, nuevos y rehabilitados Los métodos de diseño incluidos en la guía se basan en un procedimiento empírico-mecanístico que integra en el diseño el comportamiento de los materiales, el clima y las cargas del tránsito, durante el transcurso del tiempo

7 GENERALIDADES FILOSOFÍA DE LA GUÍA Los métodos de diseño parten de la elaboración de modelos que simulan las estructuras de los pavimentos Los modelos estructurales de pavimentos flexibles son analizados por un programa elástico multicapa para análisis lineal (JULEA) o por uno de elementos finitos para análisis no lineal (DSC2D) Los modelos estructurales de pavimentos rígidos son analizados por un programa de elementos finitos bidireccional (ISLAB2000)

8 GENERALIDADES FILOSOFÍA DE LA GUÍA Los programas de cómputo entregan tensiones, deformaciones y desplazamientos en puntos críticos de la estructura modelada y en la subrasante El método aplica modelos empíricos de deterioro que permiten evaluar el tipo y la extensión de los daños durante cualquier instante de la vida del pavimento Si alguno de los tipos de daño considerados por los métodos excede el límite fijado como admisible, se debe elaborar un nuevo modelo estructural y repetir los análisis

9 GENERALIDADES SOFTWARE MEPDG (Mechanistic-Empirical Pavement Design Guide)

10 GENERALIDADES BOSQUEJO DEL PROCESO DE DISEÑO

11 GENERALIDADES ESQUEMA CONCEPTUAL DEL PROCESO DE DISEÑO

12 GENERALIDADES NIVELES JERÁRQUICOS DE DATOS NIVEL 1 Es el más riguroso y de mayor precisión Se aplica al diseño para vías con altos volúmenes de tránsito Requiere datos de campo y ensayos de laboratorio rigurosos NIVEL 2 Corresponde a un nivel medio de exactitud Los datos de entrada se obtienen de un programa limitado de medidas o ensayos o son estimados mediante correlaciones NIVEL 3 Aporta el menor nivel de exactitud Los datos de entrada suelen ser valores promedio según experiencia local o regional Se usa cuando las consecuencias de fallas prematuras son mínimas

13 GENERALIDADES MÓDULOS DE LA GUÍA EMPÍRICO - MECANÍSTICA Módulos de datos Módulo de información general Módulo de tránsito Módulo de clima Módulo de materiales Módulo de análisis empírico-mecanístico Módulo de salidas

14 GENERALIDADES MÓDULOS DEL MÉTODO EMPÍRICO - MECANÍSTICO El estado de cualquier módulo (o sub-módulo) en un instante determinado se indica en la pantalla de entrada mediante colores: verde amarillo - rojo

15 GUÍA AASHTO MÓDULO DE INFORMACIÓN GENERAL

16 MÓDULO DE INFORMACIÓN GENERAL PANTALLA INICIAL

17 MÓDULO DE INFORMACIÓN GENERAL IDENTIFICACIÓN DEL SITIO DEL PROYECTO

18 MÓDULO DE INFORMACIÓN GENERAL PARÁMETROS DE ANÁLISIS La pantalla permite incluir la condición anticipada del pavimento al ponerlo en servicio (IRI inicial), así como los valores límites de comportamiento que acepta la agencia vial CRITERIOS DE COMPORTAMIENTO PARA PAVIMENTOS FLEXIBLES Y RÍGIDOS

19 MÓDULO DE INFORMACIÓN GENERAL PARÁMETROS DE ANÁLISIS PARA PAVIMENTO FLEXIBLE

20 MÓDULO DE INFORMACIÓN GENERAL PARÁMETROS DE ANÁLISIS PARA PAVIMENTO RÍGIDO

21 MÓDULO DE INFORMACIÓN GENERAL CONFIABILIDAD EN EL DISEÑO Probabilidad de que un determinado deterioro y el IRI no excedan un nivel crítico establecido por la agencia

22 GUÍA AASHTO MÓDULO DE TRÁNSITO

23 MÓDULO DE TRÁNSITO INTRODUCCIÓN El método exige considerar el espectro de los ejes simples, tándem, triples y cuádruples Se elimina del proceso el concepto de los ejes simples equivalentes La calidad de los datos sobre tránsito difiere según el nivel de diseño que se aplique

24 MÓDULO DE TRÁNSITO NIVEL 1 Requiere el uso de datos específicos de tránsito del sitio, incluyendo conteos vehiculares por clase, por dirección y por carril Las distribuciones del espectro de cargas y las proyecciones se realizan independientemente para cada clase de vehículo NIVEL 2 Similar al Nivel 1, pero acepta distribuciones locales o regionales del espectro de carga para cada clase de vehículo, según la experiencia del organismo vial NIVEL 3 Adopta valores espectrales por defecto para cada categoría de vía según propuesta del organismo vial

25 MÓDULO DE TRÁNSITO El indicador de cálculo para el diseño del pavimento es el número mensual acumulado de vehículos comerciales en el carril de diseño Para obtener este indicador, se requiere información clasificada en cuatro grupos: Información básica Factores de ajuste Factores de distribución de cargas por eje Datos generales

26 INFORMACIÓN BÁSICA MÓDULO DE TRÁNSITO La pantalla de entrada solicita datos tradicionales y tiene links para entrar los otros 3 grupos de información

27 MÓDULO DE TRÁNSITO FACTORES DE AJUSTE (Ajuste mensual por clase de vehículo)

28 MÓDULO DE TRÁNSITO FACTORES DE AJUSTE (Distribución por clase de vehículo)

29 FACTORES DE AJUSTE (Distribución horaria) MÓDULO DE TRÁNSITO

30 FACTORES DE AJUSTE (Crecimiento anual) MÓDULO DE TRÁNSITO

31 MÓDULO DE TRÁNSITO FACTORES DE DISTRIBUCIÓN DE CARGAS POR EJE La pantalla permite distribuir las cargas por eje por mes, por tipo de vehículo y por intervalo de carga

32 MÓDULO DE TRÁNSITO DATOS GENERALES Comprenden información referente a: Deriva del tránsito (punto medio de pisada y desviación estándar) Configuración de ejes (ancho, separación entre neumáticos de un sistema de rueda doble, separación entre ejes) Neumático (dimensiones, presión de inflado psi-)

33 DATOS GENERALES MÓDULO DE TRÁNSITO

34 DATOS GENERALES MÓDULO DE TRÁNSITO

35 DATOS GENERALES MÓDULO DE TRÁNSITO

36 DATOS GENERALES MÓDULO DE TRÁNSITO

37 GUÍA AASHTO MÓDULO DE CLIMA

38 MÓDULO DE CLIMA GENERALIDADES Los perfiles de temperatura y humedad a lo largo del período de diseño del pavimento son estimados a través del Modelo integrado y mejorado de clima (EICM) El software EICM forma parte integral de la guía de diseño, realiza internamente todos los cálculos requeridos por ésta y alimenta las salidas procesadas a las 3 componentes principales de la estructura de la guía: Materiales Respuestas estructurales Predicción de comportamiento

39 MÓDULO DE CLIMA DATOS REQUERIDOS POR EL MÓDULO DE CLIMA PARA MODELAR LAS CONDICIONES TÉRMICAS Y DE HUMEDAD Información general Información relacionada con el clima Información sobre el nivel freático Información sobre propiedades superficiales y de drenaje Información sobre la estructura del pavimento y sus materiales Existe algún traslapo entre los datos requeridos para el análisis climático y los requeridos por los otros módulos del método

40 INFORMACIÓN GENERAL MÓDULO DE CLIMA Es la información que ya se introdujo en la pantalla inicial del Módulo de Información General

41 MÓDULO DE CLIMA INFORMACIÓN RELACIONADA CON EL CLIMA (horaria durante el período de diseño) Temperatura del aire Precipitación Velocidad del viento Radiación solar Humedad relativa La configuración de esta información es la misma para los tres niveles jerárquicos de entrada de datos El método dispone de una base de datos de estaciones meteorológicas de EEUU donde se encuentra esta información

42 MÓDULO DE CLIMA INFORMACIÓN RELACIONADA CON EL CLIMA (horaria durante el período de diseño)

43 MÓDULO DE CLIMA INFORMACIÓN SOBRE EL NIVEL FREÁTICO Se debe incluir el mejor estimativo entre la profundidad promedio anual y la promedio estacional

44 MÓDULO DE CLIMA INFORMACIÓN SOBRE PROPIEDADES SUPERFICIALES Y DRENAJE Absorción superficial de onda corta Esta información es pertinente a las capas de rodadura asfálticas y de hormigón Depende de la composición, color y textura superficial de la capa Las superficies claras y más reflectivas tienden a presentar menores absorciones Nivel 1 Nivel 2 Medir mediante ensayo de laboratorio AASHTO no tiene normalizada la prueba No aplica Nivel 3 Capa asfáltica usada (gris) Capa asfáltica nueva (negra) Pavimento rígido

45 MÓDULO DE CLIMA INFORMACIÓN SOBRE PROPIEDADES SUPERFICIALES Y DRENAJE Infiltración Se establecen 4 valores, aplicables a todos los niveles jerárquicos de entrada de datos No hay Menor Moderada Extensa 10 % del agua lluvia se infiltra Se aplica cuando la calzada y la berma de un pavimento flexible están integradas o cuando un pavimento rígido tiene bermas de concreto ancladas y las juntas bien selladas 50 % del agua lluvia se infiltra Situaciones normales diferentes de las anteriores 100 % del agua lluvia se infiltra Generalmente inaplicable a pavimentos nuevos

46 MÓDULO DE CLIMA INFORMACIÓN SOBRE PROPIEDADES SUPERFICIALES Y DRENAJE Longitud de la trayectoria de flujo Distancia máxima que recorre una gota de agua desde que toca la superficie del pavimento hasta el punto donde sale de la misma Queda definida por una línea que depende de las pendientes superficiales del pavimento Pendiente transversal del pavimento (%) Se requiere para determinar el tiempo que tarda en drenar una capa de base o subbase que se encuentre saturada

47 MÓDULO DE CLIMA INFORMACIÓN SOBRE PROPIEDADES SUPERFICIALES Y DRENAJE

48 MÓDULO DE CLIMA INFORMACIÓN SOBRE LA ESTRUCTURA DEL PAVIMENTO Y SUS MATERIALES En este instante, el diseñador comienza la elaboración del diseño del pavimento, fijando los tipos de materiales y los espesores de las diferentes capas para un primer tanteo En relación con las características de los materiales de las diferentes capas, ellas se definen en el módulo siguiente

49 MÓDULO DE CLIMA INFORMACIÓN SOBRE LA ESTRUCTURA DEL PAVIMENTO Y SUS MATERIALES (caso pavimento flexible) ESTRUCTURAS TÍPICAS

50 MÓDULO DE CLIMA INFORMACIÓN SOBRE LA ESTRUCTURA DEL PAVIMENTO Y SUS MATERIALES (caso pavimento flexible)

51 MÓDULO DE CLIMA INFORMACIÓN SOBRE LA ESTRUCTURA DEL PAVIMENTO Y SUS MATERIALES (caso pavimento rígido) ESTRUCTURA TÍPICA

52 MÓDULO DE CLIMA INFORMACIÓN SOBRE LA ESTRUCTURA DEL PAVIMENTO Y SUS MATERIALES (caso pavimento rígido)

53 GUÍA AASHTO MÓDULO DE MATERIALES

54 MÓDULO DE MATERIALES MATERIALES CONSIDERADOS EN LA GUÍA

55 MÓDULO DE MATERIALES Las propiedades requeridas para caracterizar los diferentes materiales clasifican en tres grupos: Propiedades requeridas para computar la respuesta del modelo de pavimento Propiedades requeridas para caracterizar el modo de falla considerado (específicas para cada tipo de pavimento y modo de falla) Propiedades requeridas para determinar los perfiles de humedad y temperatura en la sección transversal del pavimento

56 MÓDULO DE MATERIALES MATERIALES ASFÁLTICOS

57 La pantalla de entrada da paso a tres tablas: MATERIALES ASFÁLTICOS

58 MATERIALES ASFÁLTICOS TABLA DE MEZCLA ASFÁLTICA (Asphalt Mix) Se refiere a la información necesaria para establecer las curvas que indican la variación del módulo dinámico con la frecuencia de ensayo y la temperatura de la mezcla La calidad de la información depende del nivel jerárquico de datos que se adopte

59 MATERIALES ASFÁLTICOS TABLA DE MEZCLA ASFÁLTICA (Asphalt Mix) Nivel 1

60 MATERIALES ASFÁLTICOS TABLA DE MEZCLA ASFÁLTICA (Asphalt Mix) Nivel 1 Los módulos se determinan sobre probetas elaboradas con mezclas envejecidas a corto plazo según la norma de ensayo AASHTO R 30 Con los valores obtenidos, se dibujan las curvas que relacionan la frecuencia con el módulo para cada temperatura Se elige una temperatura de referencia (70ºF) y el software construye una curva maestra usando el principio de superposición tiempo-temperatura

61 MATERIALES ASFÁLTICOS CURVAS MÓDULO - TIEMPO PARA EL NIVEL 1

62 MATERIALES ASFÁLTICOS CURVA MAESTRA PARA EL NIVEL 1

63 MATERIALES ASFÁLTICOS CURVA MAESTRA PARA EL NIVEL 1 Ecuación general de la curva maestra:

64 MATERIALES ASFÁLTICOS TABLA DE MEZCLA ASFÁLTICA (Asphalt Mix) Niveles 2 y 3

65 MATERIALES ASFÁLTICOS MÓDULO DE LA MEZCLA PARA LOS NIVELES 2 Y 3 Se determina con la ecuación predictiva de Witczak, la cual se basa en la frecuencia de aplicación de la carga, la composición volumétrica de la mezcla compactada, la viscosidad del ligante y la granulometría de los agregados

66 MATERIALES ASFÁLTICOS MÓDULO DE LA MEZCLA PARA LOS NIVELES 2 Y 3 Significado de los términos de la ecuación de Witczak:

67 MATERIALES ASFÁLTICOS MÓDULO DE LA MEZCLA PARA LOS NIVELES 2 Y 3 La ecuación de Witczak también puede ser expresada en la forma de una curva maestra :

68 MATERIALES ASFÁLTICOS TABLA DE LIGANTE ASFÁLTICO (Asphalt Binder) El método brinda 2 posibilidades (según el nivel jerárquico de datos) en relación con el suministro de información sobre el ligante asfáltico, a partir de las cuales el programa puede establecer viscosidades a diferentes temperaturas y edades

69 MATERIALES ASFÁLTICOS TABLA DE LIGANTE ASFÁLTICO (Asphalt Binder) Niveles 1 y 2 (alternativa 1)

70 MATERIALES ASFÁLTICOS TABLA DE LIGANTE ASFÁLTICO (Asphalt Binder) Niveles 1 y 2 (alternativa 1) Las pruebas se deben realizar a diferentes temperaturas sobre el asfalto envejecido en la prueba RTFOT (AASHTO T 240) y, a partir de sus resultados, se determina la viscosidad del ligante en cada caso:

71 MATERIALES ASFÁLTICOS TABLA DE LIGANTE ASFÁLTICO (Asphalt Binder) Niveles 1 y 2 (alternativa 1) Además, con los valores obtenidos se establece una relación viscosidad temperatura, con la expresión: T R = temperatura en grados Rankine a la cual se determinó la viscosidad A, VTS = parámetros de regresión

72 MATERIALES ASFÁLTICOS TABLA DE LIGANTE ASFÁLTICO (Asphalt Binder) Niveles 1 y 2 (alternativa 2)

73 MATERIALES ASFÁLTICOS TABLA DE LIGANTE ASFÁLTICO (Asphalt Binder) Niveles 1 y 2 (alternativa 2) Con los resultados de ensayos convencionales, el programa estima la viscosidad del ligante a la temperatura de prueba y después se establece la relación viscosidad - temperatura

74 MATERIALES ASFÁLTICOS TABLA DE LIGANTE ASFÁLTICO (Asphalt Binder) Nivel 3 En el tercer nivel jerárquico de datos, el método sólo exige la identificación del asfalto por alguno de los siguientes sistemas: Grados de comportamiento (PG), norma AASHTO M320 Grados de viscosidad (AC), norma AASHTO M226 Grados de penetración, norma AASHTO M20 Identificado el asfalto, el programa indica los parámetros A y VTS, con los cuales se estima la viscosidad:

75 MATERIALES ASFÁLTICOS TABLA DE LIGANTE ASFÁLTICO (Asphalt Binder) Nivel 3 (alternativa 1)

76 MATERIALES ASFÁLTICOS TABLA DE LIGANTE ASFÁLTICO (Asphalt Binder) Nivel 3 (alternativa 2)

77 MATERIALES ASFÁLTICOS TABLA DE LIGANTE ASFÁLTICO (Asphalt Binder) Nivel 3 (alternativa 3)

78 MATERIALES ASFÁLTICOS EFECTO DEL ENVEJECIMIENTO DEL LIGANTE ASFÁLTICO El efecto del envejecimiento en servicio es incorporado en la determinación del módulo dinámico, mediante el Sistema de Envejecimiento Global (GAS) El sistema proporciona modelos que describen el cambio de viscosidad del ligante durante las operaciones de mezcla y compactación y luego durante el período de servicio Además, incluye modelos que permiten hacer ajustes de acuerdo con el volumen de vacíos con aire de la mezcla en servicio y con la profundidad

79 MATERIALES ASFÁLTICOS EFECTO DEL ENVEJECIMIENTO DEL LIGANTE ASFÁLTICO Conocida la viscosidad del ligante en cualquier instante (η), el sistema determina el módulo dinámico de la mezcla para cualquier tiempo de aplicación de carga, tanto en la ecuación de la curva maestra (Nivel 1), como en la ecuación de Witczak (Niveles 2 y 3), utilizando un valor t r apropiado Para ello, emplea una expresión obtenida en el Sistema de Envejecimiento Global

80 MATERIALES ASFÁLTICOS EFECTO DEL ENVEJECIMIENTO DEL LIGANTE ASFÁLTICO Donde: t r = tiempo reducido (el que se debe introducir en la ecuación de la curva maestra) t = tiempo de aplicación de carga de interés c = valor obtenido experimentalmente al desarrollar la curva maestra (Nivel 1) o (niveles 2 y 3) η = viscosidad a la edad y temperatura de interés, cpoises η Tr = viscosidad sobre muestra envejecida RTFOT a la temperatura de referencia (70ºF), cpoises

81 MATERIALES ASFÁLTICOS TABLA DE INFORMACIÓN GENERAL (Asphalt General)

82 MATERIALES ASFÁLTICOS TABLA DE INFORMACIÓN GENERAL (Asphalt General) La temperatura de referencia (70ºF) no requiere ser modificada Las propiedades volumétricas se refieren a la mezcla as built y no a la condición del diseño La relación de Poisson y las propiedades térmicas se determinan de diferentes maneras, según el nivel jerárquico de datos adoptado

83 MATERIALES ASFÁLTICOS TABLA DE INFORMACIÓN GENERAL (Asphalt General) Relación de Poisson (mezclas densas en caliente) Nivel 1: mediante ensayos de laboratorio Nivel 2: Nivel 3:

84 MATERIALES ASFÁLTICOS TABLA DE INFORMACIÓN GENERAL (Asphalt General) Propiedades térmicas Nivel 1: la conductividad térmica (K) y la capacidad calórica (Q) se estiman con base en los resultados de los ensayos ASTM E1952 y ASTM D2766, respectivamente Niveles 2 y 3: se adoptan valores típicos para el concreto asfáltico K = BTU/pie-hora-ºF Q = BTU/lb-ºF

85 MATERIALES ASFÁLTICOS FATIGA TÉRMICA Los datos requeridos para su análisis aparecen en una pantalla independiente, en la cual se deben anotar aquellas propiedades de tensión de las mezclas que son críticas para la estimación del agrietamiento térmico (transversal)

86 MATERIALES ASFÁLTICOS FATIGA TÉRMICA Las propiedades que usa el método para predecir el agrietamiento térmico son: Resistencia a la tensión Complianza de creep (Creep compliance) Coeficiente de contracción térmica Absorción superficial de onda corta Conductividad térmica Capacidad calórica

87 MATERIALES ASFÁLTICOS FATIGA TÉRMICA Resistencia a la tensión Niveles 1 y 2: se requiere determinarla a 14ºF, de acuerdo con la norma AASHTO T 322

88 MATERIALES ASFÁLTICOS FATIGA TÉRMICA Resistencia a la tensión Nivel 3: el valor aparece por defecto en la pantalla y se basa en la regresión obtenida en el NCHRP 1-37 A

89 MATERIALES ASFÁLTICOS FATIGA TÉRMICA Complianza de creep (creep compliance) Nivel 1: se determina a -4, 14 y 32 ºF y tiempos de carga entre 1 y 100 segundos, en acuerdo con la norma AASHTO T 322

90 MATERIALES ASFÁLTICOS FATIGA TÉRMICA Complianza de creep (creep compliance) Nivel 2: se determina a 14ºF y tiempos de carga entre 1 y 100 segundos, en acuerdo con la norma AASHTO T 322

91 FATIGA TÉRMICA Complianza de creep (creep compliance) MATERIALES ASFÁLTICOS Nivel 3: se obtiene a partir de la ecuación de regresión obtenida en NCHRP 1-37 A

92 FATIGA TÉRMICA Complianza de creep (creep compliance) MATERIALES ASFÁLTICOS

93 MATERIALES ASFÁLTICOS FATIGA TÉRMICA Coeficiente de contracción térmica No hay pruebas normalizadas AASHTO o ASTM para su determinación La guía de diseño lo computa internamente a partir de las propiedades volumétricas de la mezcla y del coeficiente de contracción térmica de los agregados

94 MATERIALES ASFÁLTICOS FATIGA TÉRMICA Coeficiente de contracción térmica Para cualquier nivel de jerarquía, se obtiene con la expresión: Donde: L MIX = coeficiente lineal de contracción térmica del concreto asfáltico VMA = vacíos en el agregado mineral en la mezcla (%) B ac = coeficiente volumétrico de contracción térmica del cemento asfáltico en estado sólido V AGG = volumen de agregados en la mezcla (%) B AGG = coeficiente volumétrico de contracción térmica de los agregados V TOTAL = 100%

95 MATERIALES ASFÁLTICOS FATIGA TÉRMICA Absorción superficial de onda corta Dato ya incluido en la pantalla con información sobre propiedades superficiales y drenaje Conductividad térmica Dato ya incluido en la tabla de información general de la pantalla sobre propiedades de los materiales asfálticos Capacidad calórica Dato ya incluido en la tabla de información general de la pantalla sobre propiedades de los materiales asfálticos

96 MATERIALES ASFÁLTICOS RESUMEN GENERAL

97 MATERIALES ASFÁLTICOS DAÑO POTENCIAL Esta pantalla permite al usuario hacer entradas para indicar la posibilidad de que ocurran daños adicionales a los considerados por los modelos de deterioro, información que requieren los modelos de predicción del IRI Las propiedades requeridas de daño potencial son: Agrietamientos en bloque Grietas longitudinales selladas, por fuera de la huella de circulación Parches (sólo se requiere en rehabilitación) Ojos de pescado (sólo se requiere en rehabilitación)

98 DAÑO POTENCIAL MATERIALES ASFÁLTICOS

99 MÓDULO DE MATERIALES MATERIALES PARA PAVIMENTOS RÍGIDOS Y OTRAS CARACTERÍSTICAS

100 PAVIMENTOS DE CONCRETO SIMPLE CARACTERÍSTICAS DE DISEÑO El método las clasifica en cuatro grupos: Diferencia efectiva de temperatura Diseño de juntas Soporte lateral Propiedades de la base

101 PAVIMENTOS DE CONCRETO SIMPLE CARACTERÍSTICAS DE DISEÑO

102 PAVIMENTOS DE CONCRETO SIMPLE CARACTERÍSTICAS DE DISEÑO 1 - Diferencia efectiva de temperatura Es la diferencia de temperatura entre la superficie y el fondo de las losas Esta diferencia incide en los esfuerzos de flexión por alabeo que afectan a los pavimentos de concreto simple El programa trae por defecto -10ºF, que es el valor determinado en la calibración nacional efectuada en U.S.A.

103 PAVIMENTOS DE CONCRETO SIMPLE CARACTERÍSTICAS DE DISEÑO 2 Diseño de juntas El programa requiere la siguiente información: Separación entre juntas transversales Tipo de sellante (ninguno, líquido, silicona, preformado) Opciones de separación de juntas al azar Diámetro y separación de las varillas de transferencia de carga (pasadores)

104 PAVIMENTOS DE CONCRETO SIMPLE CARACTERÍSTICAS DE DISEÑO 3 Soporte lateral El programa brinda las siguientes opciones: Berma de concreto anclada Eficiencia en la transferencia de carga a largo plazo: Relación entre la deflexión en el lado no cargado de la junta y la deflexión en el lado cargado de ella Uso de losas ensanchadas

105 PAVIMENTOS DE CONCRETO SIMPLE CARACTERÍSTICAS DE DISEÑO 4 Propiedades de la base El programa requiere la siguiente información: Tipo de base Condición de la interfaz losa-base (ligada o no) Posibilidad de pérdida de liga con la edad, en el caso de interfaz ligada Índice de erodabilidad de la base (el Nivel 1 de clasificación del índice aún no se encuentra implementado, por lo que se debe escoger entre los Niveles 2 y 3)

106 PAVIMENTOS DE CONCRETO SIMPLE CARACTERÍSTICAS DE DISEÑO ÍNDICE DE ERODABILIDAD NIVEL 2

107 PAVIMENTOS DE CONCRETO SIMPLE CARACTERÍSTICAS DE DISEÑO ÍNDICE DE ERODABILIDAD NIVEL 3

108 CONCRETO HIDRÁULICO INFORMACIÓN DE LA CAPA 1 (losas de concreto) La pantalla de entrada está compuesta por tres tablas: Térmica Mezcla Resistencia

109 CONCRETO HIDRÁULICO INFORMACIÓN DE LA CAPA 1 (losas de concreto) 1 Propiedades térmicas La tabla se divide en dos partes: Propiedades generales Material (concreto simple concreto reforzado) Espesor de la capa (el adoptado para el tanteo) Peso unitario Relación de Poisson Propiedades térmicas Coeficiente de expansión térmica Conductividad térmica Capacidad calórica

110 CONCRETO HIDRÁULICO INFORMACIÓN DE LA CAPA 1 (losas de concreto) 1 Propiedades generales

111 CONCRETO HIDRÁULICO INFORMACIÓN DE LA CAPA 1 (losas de concreto) 1 Propiedades generales PESO UNITARIO RELACIÓN DE POISSON

112 CONCRETO HIDRÁULICO INFORMACIÓN DE LA CAPA 1 (losas de concreto) 1 Propiedades térmicas Coeficiente de expansión térmica (α PCC ): es el cambio unitario de longitud por cada grado que cambie la temperatura

113 CONCRETO HIDRÁULICO INFORMACIÓN DE LA CAPA 1 (losas de concreto) 1 Propiedades térmicas

114 CONCRETO HIDRÁULICO INFORMACIÓN DE LA CAPA 1 (losas de concreto) 1 Propiedades térmicas Conductividad térmica: es una medida de la capacidad del material para conducir uniformemente el calor a través de su masa cuando las dos caras del material están bajo una temperatura diferencial. Se define como la relación entre el flujo de calor y el gradiente térmico Capacidad calórica: es la cantidad de calor requerida para elevar en un grado la temperatura de una unidad de masa del material

115 CONCRETO HIDRÁULICO INFORMACIÓN DE LA CAPA 1 (losas de concreto) 1 Propiedades térmicas

116 CONCRETO HIDRÁULICO INFORMACIÓN DE LA CAPA 1 (losas de concreto) 2 Propiedades de la mezcla de diseño de retracción

117 CONCRETO HIDRÁULICO INFORMACIÓN DE LA CAPA 1 (losas de concreto) 2 Propiedades de diseño de la mezcla Tipo de cemento: el usuario debe escoger uno de los 3 tipos que considera el método. El tipo de cemento influye sobre la contracción última que calcula el programa Contenido de material cementante: cantidad de cemento por unidad de volumen de mezcla según el diseño Relación agua/cemento: se anota la empleada en el diseño de la mezcla. Es un dato de entrada en el modelo de contracción

118 CONCRETO HIDRÁULICO INFORMACIÓN DE LA CAPA 1 (losas de concreto) 2 Propiedades de diseño de la mezcla Tipo de agregado: el programa tiene nueve opciones para escoger el tipo de agregado grueso del concreto. La contracción última del concreto depende del tipo de agregado Temperatura de esfuerzo cero: durante el proceso de curado de la mezcla, es la temperatura a la cual el concreto se libera de los esfuerzos a que está sometido durante la construcción. Generalmente se adopta por defecto el valor que aparece en la tabla, el cual depende del contenido de cemento en la mezcla y de la temperatura ambiente promedio durante el mes de la construcción

119 CONCRETO HIDRÁULICO INFORMACIÓN DE LA CAPA 1 (losas de concreto) 2 Propiedades de retracción de la mezcla Las variaciones de humedad en la losa durante el secado generan una contracción diferencial que genera alabeo y susceptibilidad al agrietamiento La contracción por secado es parcialmente reversible si el concreto se re-humedece

120 CONCRETO HIDRÁULICO INFORMACIÓN DE LA CAPA 1 (losas de concreto) 2 Propiedades de retracción de la mezcla Retracción última al 40 % de humedad relativa: aunque el programa da la opción de que el usuario incluya el dato conforme a los resultados del ensayo AASHTO T160, se suele aceptar el valor que suministra por defecto a partir de la fórmula: C 1 = 1.0 (cemento tipo I); 0.85 (tipo II); 1.1 (tipo III) C 2 =1.2 (curado con antisol); 1.0 (curado húmedo) w = contenido de agua en la mezcla (lb/pie 3 ) f c = resistencia a compresión a 28 días, según AASHTO T22 (lb/pg 2 )

121 CONCRETO HIDRÁULICO INFORMACIÓN DE LA CAPA 1 (losas de concreto) 2 Propiedades de retracción de la mezcla Retracción reversible: porcentaje de la retracción última que es reversible. Típicamente se usa 50 % Tiempo para desarrollar el 50 % de la retracción última: el Comité 209 del ACI recomienda un término de 35 días Método de curado: incide en el cálculo de la retracción última. Se presentan dos alternativas: húmedo o con compuesto de curado

122 CONCRETO HIDRÁULICO INFORMACIÓN DE LA CAPA 1 (losas de concreto) 3 Propiedades de resistencia de la mezcla La pantalla permite acceder a tres tablas de resistencia del concreto, según el nivel jerárquico de los datos Los dos parámetros de resistencia del concreto que considera la guía para el diseño estructural del pavimento son: Módulo de elasticidad Resistencia a la flexión

123 CONCRETO HIDRÁULICO INFORMACIÓN DE LA CAPA 1 (losas de concreto) 3 Propiedades de resistencia de la mezcla (Nivel 1)

124 CONCRETO HIDRÁULICO INFORMACIÓN DE LA CAPA 1 (losas de concreto) 3 Propiedades de resistencia de la mezcla (Nivel 1) Módulo de elasticidad: determinarlo a 7, 14, 28 y 90 días de curado, según norma de ensayo ASTM C 469 Resistencia a la flexión: determinarla a 7, 14, 28 y 90 días de curado, según norma de ensayo ASTM C 78 Se deben indicar el módulo elástico y la resistencia a flexión a largo plazo, como la relación entre sus valores a 20 años y a 28 días. El método recomienda emplear un valor igual a 1.2

125 CONCRETO HIDRÁULICO INFORMACIÓN DE LA CAPA 1 (losas de concreto) 3 Propiedades de resistencia de la mezcla (Nivel 2)

126 CONCRETO HIDRÁULICO INFORMACIÓN DE LA CAPA 1 (losas de concreto) 3 Propiedades de resistencia de la mezcla (Nivel 2) Resistencia a compresión inconfinada: determinarla a 7, 14, 28 y 90 días de curado, según norma de ensayo ASTM C 39 Se deben indicar la resistencia a compresión a largo plazo, como la relación entre sus valores a 20 años y a 28 días. El método recomienda emplear un valor igual a 1.44

127 CONCRETO HIDRÁULICO INFORMACIÓN DE LA CAPA 1 (losas de concreto) 3 Propiedades de resistencia de la mezcla (Nivel 2) El software de la guía estima los valores de módulo elástico y resistencia a flexión del concreto a partir de la resistencia a compresión, con las fórmulas: E c = módulo elástico del concreto, psi ρ = peso unitario del concreto, lb/pie 3 f c = resistencia a compresión del concreto, psi MR = resistencia a flexión del concreto, psi

128 CONCRETO HIDRÁULICO INFORMACIÓN DE LA CAPA 1 (losas de concreto) 3 Propiedades de resistencia de la mezcla (Nivel 3)

129 CONCRETO HIDRÁULICO INFORMACIÓN DE LA CAPA 1 (losas de concreto) 3 Propiedades de resistencia de la mezcla (Nivel 3) El nivel 3 exige conocer solamente alguno de los siguientes datos a 28 días: Módulo de rotura (resistencia a flexión) Resistencia a compresión Módulo de elasticidad Con el dato conocido, las ecuaciones internas del programa determinan los otros, así como su evolución en el transcurso del tiempo

130 MÓDULO DE MATERIALES MATERIALES ESTABILIZADOS QUÍMICAMENTE

131 MATERIALES ESTABILIZADOS QUÍMICAMENTE El método incluye en esta categoría los siguientes materiales de base estabilizada: Concreto pobre Grava cemento Suelo cemento Cemento cal- ceniza volante Suelos estabilizados con cal Los datos de entrada requeridos para todas las estabilizaciones son los mismos Se requiere información sobre tres tipos de propiedades: generales, de resistencia y térmicas

132 MATERIALES ESTABILIZADOS QUÍMICAMENTE 1 2 3

133 MATERIALES ESTABILIZADOS QUÍMICAMENTE 1 PROPIEDADES GENERALES Tipo de material: se identifica el material por emplear Espesor de capa: espesor de capa estabilizada elegido para el tanteo de diseño Peso unitario: peso por unidad de volumen según pruebas de laboratorio Relación de Poisson: Concreto pobre y grava cemento Suelo cemento Materiales con cal y ceniza volante Suelo estabilizado con cal

134 MATERIALES ESTABILIZADOS QUÍMICAMENTE 2 PROPIEDADES DE RESISTENCIA Módulo elástico o módulo resiliente Requieren el módulo elástico: Concreto pobre Grava cemento Base abierta estabilizada con cemento Suelo cemento Cal cemento ceniza volante Requieren el módulo resiliente: Suelos estabilizados con cal Los valores de módulo corresponden a 28 días de curado

135 MATERIALES ESTABILIZADOS QUÍMICAMENTE 2 PROPIEDADES DE RESISTENCIA Módulo elástico o módulo resiliente (Nivel 1) Las pruebas se deben efectuar sobre mezclas con el contenido óptimo de estabilizante según diseño, a la densidad máxima y con la humedad óptima El estado de esfuerzos de las muestras se estima a partir del análisis estructural o el tanteo de diseño

136 MATERIALES ESTABILIZADOS QUÍMICAMENTE 2 PROPIEDADES DE RESISTENCIA Módulo elástico o módulo resiliente (Nivel 2)

137 MATERIALES ESTABILIZADOS QUÍMICAMENTE 2 PROPIEDADES DE RESISTENCIA Módulo elástico o módulo resiliente (Nivel 3) En el Nivel 3 los valores se estiman por experiencia o registros históricos

138 MATERIALES ESTABILIZADOS QUÍMICAMENTE 2 PROPIEDADES DE RESISTENCIA Mínimo módulo elástico o módulo resiliente Esta información sólo se precisa en el diseño de pavimentos asfálticos, debido al deterioro de los materiales semi rígidos bajo las aplicaciones repetidas de las cargas del tránsito

139 MATERIALES ESTABILIZADOS QUÍMICAMENTE 2 PROPIEDADES DE RESISTENCIA Resistencia a la flexión para diseño Esta información sólo se precisa en el diseño de pavimentos asfálticos La vida a fatiga de un material estabilizado cementado está ligada a los esfuerzos críticos de flexión inducidos en la capa El valor requerido de resistencia a flexión es el correspondiente a 28 días de curado La calidad de la información por suministrar depende del nivel jerárquico de datos

140 MATERIALES ESTABILIZADOS QUÍMICAMENTE 2 PROPIEDADES DE RESISTENCIA Resistencia a la flexión para diseño (Nivel 1)

141 MATERIALES ESTABILIZADOS QUÍMICAMENTE 2 PROPIEDADES DE RESISTENCIA Resistencia a la flexión para diseño (Nivel 2) En este nivel se recomienda obtenerla por correlación con la resistencia a compresión inconfinada

142 MATERIALES ESTABILIZADOS QUÍMICAMENTE 2 PROPIEDADES DE RESISTENCIA Resistencia a la flexión para diseño (Nivel 3) En el Nivel 3 los valores se estiman por experiencia o registros históricos

143 MATERIALES ESTABILIZADOS QUÍMICAMENTE 3 PROPIEDADES TÉRMICAS Conductividad térmica: es una medida de la capacidad del material para conducir uniformemente el calor a través de su masa cuando las dos caras del material están bajo una temperatura diferencial. Se define como la relación entre el flujo de calor y el gradiente térmico Capacidad calórica: es la cantidad de calor requerida para elevar en un grado la temperatura de una unidad de masa del material

144 MATERIALES ESTABILIZADOS QUÍMICAMENTE 3 PROPIEDADES TÉRMICAS VALORES RECOMENDADOS DE K y Q

145 MÓDULO DE MATERIALES MATERIALES NO LIGADOS

146 MATERIALES NO LIGADOS La pantalla de entrada es común para todos los materiales no ligados, independientemente de si actúan como base, subbase o subrasante En todos los casos, el usuario deberá identificar el tipo de material y el espesor de la capa que se está considerando Las propiedades requeridas de estos materiales para el diseño del pavimento son: Propiedades de resistencia Propiedades para el modelo climático (ICM)

147 MATERIALES NO LIGADOS

148 MATERIALES NO LIGADOS 1 PROPIEDADES DE RESISTENCIA Módulo resiliente (Nivel 1) Se debe obtener de pruebas triaxiales cíclicas sobre muestras representativas (Protocolo NCHRP 1-28 o norma AASHTO T307) El estado de esfuerzos por reproducir en el laboratorio debe representar el rango de esfuerzos dentro del cual se espera que se encuentre sometido el material en el pavimento, bajo las cargas móviles del tránsito

149 MATERIALES NO LIGADOS 1 PROPIEDADES DE RESISTENCIA Módulo resiliente (Nivel 1) El modelo generalizado para expresar el módulo en el procedimiento de diseño es el siguiente: M r = módulo resiliente, psi θ = estado total de esfuerzos = σ 1 + σ 2 + σ 3 Pa = presión atmosférica k 1, k 2, k 3 = constantes de regresión τ oct = esfuerzo octaédrico de corte

150 1 PROPIEDADES DE RESISTENCIA Módulo resiliente (Nivel 1) MATERIALES NO LIGADOS

151 MATERIALES NO LIGADOS 1 PROPIEDADES DE RESISTENCIA Módulo resiliente (Nivel 1) Respecto de las constantes de regresión k 1, k 2 y k 3 la guía brinda al usuario 2 opciones para efectuar el ajuste estacional del módulo: Opción 1: Colocar un valor representativo de las constantes y permitir que el modelo climático (EICM) haga los ajustes por efecto del clima estacional Opción 2: Introducir cada una de las constantes para cada uno de los 12 meses del año

152 MATERIALES NO LIGADOS 1 PROPIEDADES DE RESISTENCIA Módulo resiliente (Nivel 1) OPCIÓN 1 OPCIÓN 2

153 MATERIALES NO LIGADOS 1 PROPIEDADES DE RESISTENCIA Módulo resiliente (Nivel 2) La guía usa correlaciones entre el módulo e índices del suelo y otra propiedades de resistencia

154 1 PROPIEDADES DE RESISTENCIA Módulo resiliente (Nivel 2) MATERIALES NO LIGADOS

155 MATERIALES NO LIGADOS 1 PROPIEDADES DE RESISTENCIA Módulo resiliente (Nivel 2) Respecto de la consideración sobre la variación del módulo durante el año, la guía brinda al usuario 2 opciones: Opción 1: Colocar un valor representativo del módulo o de algún otro índice del suelo y permitir que el modelo climático (EICM) haga los ajustes por efecto del clima estacional Opción 2: Introducir el valor del módulo o de otros índices de resistencia del suelo para cada uno de los 12 meses del año

156 MATERIALES NO LIGADOS 1 PROPIEDADES DE RESISTENCIA Módulo resiliente (Nivel 2) OPCIÓN 1 OPCIÓN 2

157 MATERIALES NO LIGADOS 1 PROPIEDADES DE RESISTENCIA Módulo resiliente (Nivel 3) En el Nivel 3 el introduce un valor por defecto a partir de la clasificación del suelo Este valor asignado es representativo para la humedad óptima del material El EICM realiza todas las modificaciones requeridas por efecto del clima El usuario tiene la opción de especificar que el M r representativo es el valor de diseño y no que desea que sea afectado por el modelo de clima

158 MATERIALES NO LIGADOS 1 PROPIEDADES DE RESISTENCIA Módulo resiliente (Nivel 3) VALORES TÍPICOS DE M r EN FUNCIÓN DE LA CLASIFICACIÓN AASHTO

159 1 PROPIEDADES DE RESISTENCIA Módulo resiliente (Nivel 3) MATERIALES NO LIGADOS

160 MATERIALES NO LIGADOS 1 PROPIEDADES DE RESISTENCIA Relación de Poisson (Nivel 1) Se puede calcular a partir de los datos que se obtienen en el ensayo triaxial cíclico para hallar M r Relación de Poisson (Nivel 2) Aplicar correlaciones determinadas localmente. La guía no recomienda ninguna Relación de Poisson (Nivel 3) Utilizar valores típicos de tablas de la bibliografía

161 MATERIALES NO LIGADOS 1 PROPIEDADES DE RESISTENCIA Relación de Poisson (Nivel 3)

162 MATERIALES NO LIGADOS 1 PROPIEDADES DE RESISTENCIA Coeficiente de presión lateral (K 0 ) Expresa la relación entre la presión lateral de tierras y la presión vertical Se puede estimar mediante los siguientes modelos: Materiales no cohesivos Materiales cohesivos

163 MATERIALES NO LIGADOS 1 PROPIEDADES DE RESISTENCIA Coeficiente de presión lateral (K 0 ) VALORES TÍPICOS DEL ÁNGULO DE FRICCIÓN INTERNA (Φ) Y DEL COEFICIENTE DE PRESIÓN LATERAL (K 0 )

164 MATERIALES NO LIGADOS 1 PROPIEDADES DE RESISTENCIA Coeficiente de presión lateral (K 0 )

165 MATERIALES NO LIGADOS 2 PROPIEDADES PARA EL MODELO CLIMÁTICO Los datos que se introducen en la tabla ICM son usados por el modelo de clima para la predicción de los perfiles de temperatura y humedad a través de la estructura del pavimento Los datos requeridos son los mismos para los 3 niveles jerárquicos de inputs Si en la pantalla de Propiedades de Resistencia el usuario aplicó la opción de no utilizar los datos de entrada ICM, todos los datos que se incluyan en la tabla del modelo climático (ICM) serán ignorados por el programa

166 MATERIALES NO LIGADOS 2 PROPIEDADES PARA EL MODELO CLIMÁTICO Parámetros básicos Índice plástico Granulometría (% pasa tamices # 4 y 200; D 60 ) Parámetros calculados o derivados Densidad seca máxima Gravedad específica de sólidos Conductividad hidráulica saturada Humedad óptima

167 MATERIALES NO LIGADOS 2 PROPIEDADES PARA EL MODELO CLIMÁTICO

168 MATERIALES NO LIGADOS 2 PROPIEDADES PARA EL MODELO CLIMÁTICO 2.1 Parámetros básicos Para la determinación de estos parámetros no existen niveles jerárquicos, por lo cual su determinación se debe realizar siempre mediante el Nivel 1: Índice plástico: normas de ensayo AASHTO T89 y T90 Granulometría: norma de ensayo AASHTO T27

169 MATERIALES NO LIGADOS 2 PROPIEDADES PARA EL MODELO CLIMÁTICO 2.2 Parámetros calculados o derivados Densidad seca máxima y humedad óptima (Nivel 1): Norma de ensayo AASHTO T180 para capas de base Norma de ensayo AASHTO T99 para otras capas

170 MATERIALES NO LIGADOS 2 PROPIEDADES PARA EL MODELO CLIMÁTICO 2.2 Parámetros calculados o derivados Densidad seca máxima y humedad óptima (Nivel 2): Humedad óptima

171 MATERIALES NO LIGADOS 2 PROPIEDADES PARA EL MODELO CLIMÁTICO 2.2 Parámetros calculados o derivados Densidad seca máxima y humedad óptima (Nivel 2): Densidad seca máxima

172 MATERIALES NO LIGADOS 2 PROPIEDADES PARA EL MODELO CLIMÁTICO 2.2 Parámetros calculados o derivados Gravedad específica de sólidos Nivel 1 Norma de ensayo AASHTO T100 Nivel 2 Nivel 3 No aplica

173 MATERIALES NO LIGADOS 2 PROPIEDADES PARA EL MODELO CLIMÁTICO 2.2 Parámetros calculados o derivados Conductividad hidráulica saturada Nivel 1 Norma de ensayo AASHTO T215 Nivel 2

174 MATERIALES NO LIGADOS 2 PROPIEDADES PARA EL MODELO CLIMÁTICO 2.3 Compactado o no compactado El usuario debe indicar la compactación que se brindará a la capa durante la fase de construcción La guía de diseño realiza internamente los ajustes al coeficiente de presión lateral a causa de la compactación, la cual afecta las características de deformabilidad experimentadas por la capa, para un determinado nivel de cargas aplicadas

175 MATERIALES NO LIGADOS 2 PROPIEDADES PARA EL MODELO CLIMÁTICO 2.4 Parámetros de la curva característica del agua en el suelo La curva característica del agua en el suelo (SWCC) define la relación entre el contenido de agua y la succión para un suelo El trabajo consiste en determinar los 4 parámetros de la ecuación de Fredlung y Xing (a f, b f, c f y h r ), a partir de los cuales el software del programa genera la función para determinar la succión con cualquier contenido de agua del suelo

176 MATERIALES NO LIGADOS 2 PROPIEDADES PARA EL MODELO CLIMÁTICO 2.4 Parámetros de la curva característica del agua en el suelo ECUACIÓN DE FREDLUNG Y XING θ w = contenido volumétrico de agua θ sat = contenido volumétrico de agua, suelo saturado h = succión, psi

177 MATERIALES NO LIGADOS 2 PROPIEDADES PARA EL MODELO CLIMÁTICO 2.4 Parámetros de la curva característica del agua en el suelo (Nivel 1) Para diferentes contenidos volumétricos de agua (θ w ), medir la succión (h). AASHTO no recomienda protocolo de ensayo Determinar la densidad máxima y la humedad óptima del suelo mediante el ensayo Proctor (AASHTO T99 o T180, según el caso) Determinar la gravedad específica de sólidos, Gs (AASHTO T100)

178 MATERIALES NO LIGADOS 2 PROPIEDADES PARA EL MODELO CLIMÁTICO 2.4 Parámetros de la curva característica del agua en el suelo (Nivel 1) Mediante fórmulas internas, el programa calcula los parámetros del modelo: a f, b f, c f y h r, usando la fórmula de Fredlund y King y los pares de valores de succión y contenido volumétrico de agua (h, θ w ) El modelo EICM generará la función SWCC para cualquier contenido de agua

179 MATERIALES NO LIGADOS 2 PROPIEDADES PARA EL MODELO CLIMÁTICO 2.4 Parámetros de la curva característica del agua en el suelo (Nivel 2) Determinar la densidad máxima y la humedad óptima del suelo mediante el ensayo Proctor (AASHTO T99 o T180, según el caso) Determinar la gravedad específica de sólidos, Gs (AASHTO T100) Determinar el índice plástico (AASHTO T89 y T90) Determinar el D 60 y el % que pasa tamiz 200 (P 200 ) del suelo (AASHTO T27)

180 MATERIALES NO LIGADOS 2 PROPIEDADES PARA EL MODELO CLIMÁTICO 2.4 Parámetros de la curva característica del agua en el suelo (Nivel 2) A partir de los datos anteriores y empleando correlaciones, el programa calcula los parámetros del modelo: a f, b f, c f y h r El modelo EICM generará la función SWCC para cualquier contenido de agua, como en el caso del Nivel 1

181 MATERIALES NO LIGADOS 2 PROPIEDADES PARA EL MODELO CLIMÁTICO 2.4 Parámetros de la curva característica del agua en el suelo (Nivel 3) En este nivel se procede como en el Nivel 2, salvo que el valor G s no se determina mediante ensayo de laboratorio, sino con la expresión:

182 MATERIALES NO LIGADOS RESUMEN GENERAL

183 MÓDULO DE MATERIALES ROCA MADRE

184 ROCA MADRE La pantalla permite al usuario indicar la presencia de la roca madre y suministrar los datos de entrada para tener en cuenta su efecto en el análisis del tanteo de diseño

185 ROCA MADRE PROPIEDADES GENERALES Tipo de material Existen dos opciones: Roca masiva y continua Roca intemperizada y fracturada Espesor de capa Se debe indicar su espesor si está a poca profundidad o marcar la casilla correspondiente a última capa Peso unitario Indicar el valor correspondiente

186 ROCA MADRE PROPIEDADES GENERALES Relación de Poisson Nivel 1: no es aplicable Niveles 2 y 3:

187 ROCA MADRE PROPIEDADES GENERALES Módulo resiliente Niveles 1y 2: no son aplicables Nivel 3:

188 GUÍA AASHTO RESUMEN DE DATOS DE ENTRADA

189 RESUMEN DE DATOS DE ENTRADA PAVIMENTO FLEXIBLE

190 RESUMEN DE DATOS DE ENTRADA PAVIMENTO RÍGIDO

191 GUÍA AASHTO MÓDULO DE ANÁLISIS EMPÍRICO - MECANÍSTICO

192 ANÁLISIS EMPÍRICO - MECANÍSTICO CÓMPUTO ANALÍTICO En las pantallas iniciales se ha requerido información sobre los meses de construcción y de apertura al tránsito Ello permite al EICM coordinar los datos ambientales a las condiciones estacionales de temperatura y humedad esperadas De esta manera, el programa calcula los perfiles de temperatura y humedad a través de la profundidad del pavimento y aplica el tránsito anticipado en cada período al modelo estructural afectado por el efecto del clima, de manera de ir evaluando el deterioro del pavimento en un proceso de progresión en el tiempo

193 ANÁLISIS EMPÍRICO - MECANÍSTICO PERFIL HORARIO DE TEMPERATURA PARA CAPAS ASFÁLTICAS

194 ANÁLISIS EMPÍRICO - MECANÍSTICO CÓMPUTO ANALÍTICO Proceso de progresión en el tiempo En un instante t = t 0 1. Se generan los perfiles de temperatura y humedad 2. Se define el espectro de cargas para el siguiente incremento de tiempo (Δt) 3. Se realiza un análisis estructural para estimar los esfuerzos y deformaciones críticas en la estructura 4. Se realiza un análisis complementario para determinar los esfuerzos y deformaciones por causas diferentes a las cargas (por ejplo, por gradientes térmicos y de humedad)

195 ANÁLISIS EMPÍRICO - MECANÍSTICO CÓMPUTO ANALÍTICO Proceso de progresión en el tiempo En un instante t = t 0 5. Se combinan los esfuerzos y deformaciones críticos por las cargas y por los otros factores 6. Se computan los incrementos de deterioro del pavimento con base en los esfuerzos y deformaciones críticas (o en sus incrementos). Ello se realiza a partir de modelos determinísticos o empíricos e incluyen agrietamiento, ahuellamiento, escalonamiento, IRI, etc

196 ANÁLISIS EMPÍRICO - MECANÍSTICO CÓMPUTO ANALÍTICO Proceso de progresión en el tiempo En un instante t = t 0 7. Se estiman los cambios en los parámetros iniciales de los materiales a causa del daño incremental de la estructura. Por ejemplo, si una capa estabilizada con cemento que originalmente tenía un módulo de 2,400,000 psi y ha sido sobreesforzada y agrietada en este intervalo de tiempo, el valor de éste se reduce 8. Se incrementa la escala de tiempo a t = t 0 + Δt y se repite el ciclo

197 ANÁLISIS EMPÍRICO - MECANÍSTICO CÓMPUTO ANALÍTICO Acumulación de deterioros Se analiza si la acumulación de deterioros durante el período de diseño del pavimento satisface los criterios de comportamiento: En caso afirmativo, la estrategia tentativa de diseño es viable En caso negativo, se deberá modificar la estrategia y repetir el procedimiento

198 ANÁLISIS EMPÍRICO - MECANÍSTICO CÓMPUTO ANALÍTICO Evolución de algunos parámetros de diseño

199 ANÁLISIS EMPÍRICO - MECANÍSTICO CÓMPUTO ANALÍTICO Localización de los puntos de análisis para cálculo de deterioros PAVIMENTO FLEXIBLE

200 ANÁLISIS EMPÍRICO - MECANÍSTICO CÓMPUTO ANALÍTICO Localización de los puntos de análisis para cálculo de deterioros PAVIMENTO FLEXIBLE El modelo de respuesta del pavimento debe buscar la localización que produce el mayor deterioro para cada respuesta del pavimento, de acuerdo con la configuración del sistema de carga actuante (simple o múltiple) El software define unos puntos donde es probable que ocurra el mayor deterioro bajo el tránsito mezclado y realiza los cálculos correspondientes en ellos, basando luego la predicción de comportamiento en las condiciones de ubicación que producen el máximo deterioro

201 ANÁLISIS EMPÍRICO - MECANÍSTICO CÓMPUTO ANALÍTICO Localización de los puntos de análisis para cálculo de deterioros PAVIMENTO FLEXIBLE PLANTA PROFUNDIDAD

202 ANÁLISIS EMPÍRICO - MECANÍSTICO CÓMPUTO ANALÍTICO Localización de los puntos de análisis para cálculo de deterioros PAVIMENTO RÍGIDO

203 ANÁLISIS EMPÍRICO - MECANÍSTICO CÓMPUTO ANALÍTICO Localización de los puntos de análisis para cálculo de deterioros PAVIMENTO DE CONCRETO SIMPLE AGRIETAMIENTO TRANSVERSAL DE ABAJO HACIA ARRIBA

204 ANÁLISIS EMPÍRICO - MECANÍSTICO CÓMPUTO ANALÍTICO Localización de los puntos de análisis para cálculo de deterioros PAVIMENTO DE CONCRETO SIMPLE AGRIETAMIENTO TRANSVERSAL DE ABAJO HACIA ARRIBA

205 ANÁLISIS EMPÍRICO - MECANÍSTICO CÓMPUTO ANALÍTICO Localización de los puntos de análisis para cálculo de deterioros PAVIMENTO DE CONCRETO SIMPLE AGRIETAMIENTO TRANSVERSAL DE ARRIBA HACIA ABAJO

206 ANÁLISIS EMPÍRICO - MECANÍSTICO CÓMPUTO ANALÍTICO Localización de los puntos de análisis para cálculo de deterioros PAVIMENTO DE CONCRETO SIMPLE AGRIETAMIENTO TRANSVERSAL DE ARRIBA HACIA ABAJO

207 ANÁLISIS EMPÍRICO - MECANÍSTICO CÓMPUTO ANALÍTICO Localización de los puntos de análisis para cálculo de deterioros PAVIMENTO DE CONCRETO SIMPLE ESCALONAMIENTO

208 ANÁLISIS EMPÍRICO - MECANÍSTICO INCREMENTOS DE LOS DETERIOROS En el instante t = 0 todos los deterioros son iguales a cero, excepto el IRI, el cual se ajusta al valor incluido en la pantalla sobre parámetros de análisis del pavimento A medida que el tiempo se incrementa, el estado de esfuerzos en el pavimento va siendo aplicado a unas relaciones semi empíricas (funciones de transferencia) que estiman el desarrollo de los deterioros: Deterioros (instante t+ Δt) = Deterioro (instante t) + Δ deterioro

209 ANÁLISIS EMPÍRICO - MECANÍSTICO DETERIOROS DE UN PAVIMENTO ASFÁLTICO

210 ANÁLISIS EMPÍRICO - MECANÍSTICO DETERIOROS DE UN PAVIMENTO RÍGIDO

211 ANÁLISIS EMPÍRICO - MECANÍSTICO FUNCIONES DE TRANSFERENCIA Ahuellamiento de pavimentos asfálticos

212 ANÁLISIS EMPÍRICO - MECANÍSTICO FUNCIONES DE TRANSFERENCIA Agrietamiento por fatiga de capas asfálticas

213 ANÁLISIS EMPÍRICO - MECANÍSTICO FUNCIONES DE TRANSFERENCIA Agrietamiento térmico (transversal) de capas asfálticas

214 ANÁLISIS EMPÍRICO - MECANÍSTICO FUNCIONES DE TRANSFERENCIA Agrietamiento transversal de un pavimento rígido El número de aplicaciones de carga (n i,j,k,l,m,n ) es el número real de ejes de tipo k de determinado nivel l que pasan a través de la huella de tránsito n bajo cada condición de edad i, estación j y diferencia de temperatura m El número admisible de repeticiones de carga (N i,j,k,l,m,n ) es el número de ciclos de carga al cual se espera la falla por fatiga (50% de la losa agrietada) y es función del esfuerzo aplicado y del módulo de rotura del concreto

215 ANÁLISIS EMPÍRICO - MECANÍSTICO FUNCIONES DE TRANSFERENCIA Agrietamiento transversal de un pavimento rígido

216 ANÁLISIS EMPÍRICO - MECANÍSTICO FUNCIONES DE TRANSFERENCIA Escalonamiento de un pavimento rígido (Faulting) El escalonamiento se predice mediante una aproximación por incrementos Se determina un incremento mensual y el nivel del escalonamiento real afecta la magnitud del incremento El escalonamiento en cada mes (Fault m ) se determina como la suma de todos los incrementos de escalonamiento desde que el pavimento se puso al servicio

217 ANÁLISIS EMPÍRICO - MECANÍSTICO FUNCIONES DE TRANSFERENCIA Escalonamiento de un pavimento rígido (Faulting)

218 ANÁLISIS EMPÍRICO - MECANÍSTICO FUNCIONES DE TRANSFERENCIA Escalonamiento de un pavimento rígido (Faulting)

219 ANÁLISIS EMPÍRICO - MECANÍSTICO FUNCIONES DE TRANSFERENCIA Escalonamiento de un pavimento rígido (Faulting)

220 ANÁLISIS EMPÍRICO - MECANÍSTICO FUNCIONES DE TRANSFERENCIA Rugosidad (IRI) El IRI se computa para cada tipo de pavimento y combinación de materiales, con base en una regresión lineal usando la calibración nacional del LTPP Las relaciones generales son de la forma: IRI = IRI 0 + Δ IRI Δ IRI = f (D j, S f ) IRI 0 = rugosidad del pavimento nuevo D j = efecto de los deterioros superficiales S f = efecto de variables no relacionadas con deterioros superficiales o Factor de Sitio

221 ANÁLISIS EMPÍRICO - MECANÍSTICO FUNCIONES DE TRANSFERENCIA Rugosidad en pavimentos flexibles (IRI) IRI = IRI (SF)[e age/20-1] (FC) (COV RD /100) (TC) (BC) (SLCNWP MH ) COV RD SD RD RD RD RD SF = factor de sitio e age/20-1 = factor de edad FC = agrietamiento por fatiga RD = ahuellamiento SD RD = desviación estándar del ahuellamiento TC = longitud de las grietas transversales BC = área de agrietamiento en bloque SLCNWP MH = longitud de grietas longitudinales selladas, por fuera de la huella de tránsito

222 ANÁLISIS EMPÍRICO - MECANÍSTICO FUNCIONES DE TRANSFERENCIA Rugosidad en pavimentos rígidos (IRI) IRI = IRI (CRK) (SPALL) (TFAULT) (SF) CRK = porcentaje de losas con grietas transversales y de esquina SPALL = porcentaje de juntas con descascaramientos de severidad media y alta TFAULT = total de escalonamiento en las juntas, pulgadas/milla AGE = edad del pavimento, años FI = índice de congelamiento, ºF días = pasante del tamiz # 200 del suelo de subrasante P 0.075

223 GUÍA AASHTO MÓDULO DE SALIDAS

224 MÓDULO DE SALIDAS Las salidas se dan en formatos de Excel e incluyen: Un resumen de los datos de entrada, incluyendo variables secundarias e índices basados en los inputs Una tabla resumen que muestra la evolución de los diferentes índices de deterioro Una tabla resumen que compara los valores finales de los deterioros con los criterios de comportamiento Una tabla resumen de la evolución de los parámetros que varían con el tiempo o con la temperatura Para cada tipo de deterioro: Una tabla resumen de su evolución en el tiempo Una gráfica de su evolución en el tiempo

225 MÓDULO DE SALIDAS RESUMEN DE DETERIOROS EN PAVIMENTO FLEXIBLE

226 MÓDULO DE SALIDAS EVOLUCIÓN DEL AGRIETAMIENTO PIEL DE COCODRILO

227 MÓDULO DE SALIDAS EVOLUCIÓN DEL AGRIETAMIENTO LONGITUDINAL (ARRIBA ABAJO)

228 MÓDULO DE SALIDAS EVOLUCIÓN DEL AGRIETAMIENTO TÉRMICO

229 MÓDULO DE SALIDAS EVOLUCIÓN DEL AHUELLAMIENTO

230 EVOLUCIÓN DEL IRI MÓDULO DE SALIDAS

231 MÓDULO DE SALIDAS RESUMEN DE CONFIABILIDAD PAVIMENTO FLEXIBLE

232 MÓDULO DE SALIDAS RESUMEN DE DETERIOROS EN PAVIMENTO RÍGIDO

233 MÓDULO DE SALIDAS EVOLUCIÓN DEL ESCALONAMIENTO

234 MÓDULO DE SALIDAS EVOLUCIÓN DEL AGRIETAMIENTO DE LOSAS

235 EVOLUCIÓN DEL IRI MÓDULO DE SALIDAS

236 MÓDULO DE SALIDAS RESUMEN DE CONFIABILIDAD PAVIMENTO RÍGIDO

237 GUÍA AASHTO RESUMEN DEL PROCESO DE DISEÑO