Guia2002 ParteI Capitulo1 Introduccion

8/4/2019 Guia2002 ParteI Capitulo1 Introduccion

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AACCLLAARRAACCIIOONN

Desde la aparicin de la primera Gua AASHO para el Diseo de Estructuras dePavimentos en 1960, hasta la ltima versin publicada por la AASHTO en 1993, la Gua

como normalmente se la conoce, ha sido un documento fundamental para los ingenierosciviles peruanos y de todo el mundo, no solo para su aplicacin en el diseo de estructurasnuevas o rehabilitadas de pavimentos flexibles, rgidos y de afirmado, sino tambin comoelemento de consulta y de base en la bsqueda de tecnologas propias sobre fundamentoscomprobados.

El 23 de Junio del 2,004, la AASHTO emiti un Memorando dirigido a todos los usuariosinteresados de los E.E.U.U. y del mundo, distribuyendo por Internet (www.trb.org/mepdg),una versin descargable de la Gua Recomendada para el Diseo Emprico-Mecanicista dePavimentos, junto con un software, con el propsito de someterlos a pruebas y evaluacin,solicitando a los interesados, remitir los comentarios que se desprendieran de ellas al

NCHRP ([email protected]).Consciente del inters que este documento suscitar entre los ingenieros peruanos, pero almismo tiempo conocedor de las limitaciones que tienen muchos de ellos con la literaturatcnica en lengua inglesa, el IDPP, cumpliendo con su Misin de contribuir a latransferencia de tecnologa y en el afn de cooperar con los propsitos de la AASHTO,est organizando una serie de Cursos de Actualizacin de Conocimientos en Pavimentos,basados en una versin libre en lengua espaola del documento expuesto en la red, lamisma que se ir produciendo especficamente para cada curso. El primero de estos cursosse llevar a cabo el 20 y 21 de Mayo del 2,005 en el local del Consejo Nacional delColegio de Ingenieros del Per y se denomina: La Nueva Gua AASHTO para el Diseo de

Estructuras de Pavimentos Aspectos Bsicos y est referido al Prlogo, el Captulo 1 dela PARTE I: Introduccin y los Captulos 1 y 2 de la PARTE II: Parmetros de Diseo-Cimentaciones y Materiales.

En la versin libre en espaol que ir produciendo el IDPP, se ha cuidado de mantener elformato del documento original para facilitar la lectura bilinge, preservando las siglas eningls para facilitar el uso del software. Asimismo, se aade una pgina que no figura en eldocumento original, con el significado de las siglas para facilidad del usuario y anotacionesa pie de pgina con referencia a normas peruanas y aclaraciones de inters para el lector.No se han traducido las partes referentes a los pavimentos de concreto con refuerzocontinuo (CRCP por sus siglas en ingls), por no ser de aplicacin en el pas.

El IDPP es consciente del carcter provisional del documento aparecido en la red, noobstante, considera que la versin final no diferir sustancialmente de la recientementeaparecida, por lo que estima que un conocimiento oportuno de los antecedentes yprincipios bsicos de los conceptos del diseo Emprico-Mecanicista, as como unadiscusin sobre cuales de ellos podrn aplicarse de manera efectiva para las condicionesprevalecientes en el Per, sern de gran utilidad a la ingeniera nacional.

Ing Germn Vivar RomeroDirector Ejecutivo
http://www.trb.org/mepdghttp://www.trb.org/mepdghttp://www.trb.org/mepdgmailto:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]://www.trb.org/mepdg


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1er Curso de Actualizacin de Conocimientos en Pavimentos: La Nueva Gua AASHTO para el Diseo de Estructurasde Pavimentos. ASPECTOS BASICOS-INTRODUCCION

IDPP Mayo del 2,0051.1.1

PARTE 1INTRODUCCION

CAPITULO 1ANTECEDENTES, ALCANCES Y VISION GENERAL

1.1.1 ANTECEDENTES

1.1.1.1Objetivo de la Gua de Diseo

El objetivo general de la Gua para el Diseo Emprico-Mecancista de Estructuras dePavimentos Nuevos y Rehabilitados (referida aqu como Gua de Diseo), es el deproporcionar a la comunidad de carreteras, una herramienta del estado-de-la-prctica, parael diseo de estructuras de pavimentos nuevos y rehabilitados, basada en principiosempricos y mecanicistas. Este objetivo ha sido alcanzado por medio del desarrollo de lo

siguiente: La Gua de Diseo en s, basada en procedimientos comprensivos de diseo de

pavimentos, que usan tecnologas emprico-mecanicistas existentes.

Un software de cmputo orientado al usuario y documentacin basada en elprocedimiento de la Gua de Diseo.

La Gua de Diseo representa un cambio importante en la manera en que se realiza eldiseo de pavimentos. El diseador considera en un primer diseo de prueba propuestopara un pavimento nuevo o una rehabilitacin, las condiciones del sitio (trfico, clima, sub-rasante, condicin del pavimento existente para el caso de una rehabilitacin) y lascondiciones de construccin. Luego se evala el diseo de prueba para su adecuacin, por

medio de la prediccin de fallas y de la rugosidad del pavimento. Si el diseo no cumplelos criterios de comportamiento deseados, se revisa y el proceso de evaluacin se repitecuantas veces sea necesario. De este modo, el diseador est totalmente involucrado con elproceso de diseo y tiene la flexibilidad para considerar los diferentes aspectos de diseo yde materiales, para las condiciones prevalecientes en el sitio. Este enfoque sucesivo haceposible optimizar el diseo y asegurar de manera cabal, que no se desarrollarn ciertostipos especficos de fallas.

El formato emprico-mecanicista (M-E por sus siglas en ingls) de la Gua de Diseo,proporciona una estructura de soporte para mejoras futuras debidas a los cambios en lascargas vehiculares, materiales, construccin, conceptos de diseo, computadoras, etc.Adicionalmente, se han preparado guas para la implementacin y el entrenamiento delpersonal, a fin de facilitar el uso del nuevo procedimiento de diseo, as como estrategiaspara maximizar su aceptacin por la comunidad de transportes.

1.1.1.2Justificacin Econmica para una Gua de Diseo Revisada y Mejorada

Las carreteras de los E.E.U.U. han alcanzado un estimado de 2.7 trillones de vehculos-milla en el ao 2000. Esto es, cuatro veces el nivel de 1960 1. Esto significa 3.4 billones devehculos-milla por da. El trnsito de camiones (unidades simples y combinadas), se haincrementado en 231 por ciento desde 1970. El trnsito de camiones combinados se haincrementado 285 por ciento, respecto de los niveles de 1970 y ahora alcanza el 4.9 porciento del total anual de vehculos-milla versus el 3.2% de 1970 (1). Los 4 millones de

1 Nota del IDPP: ao en que se completaron las pruebas en la Carretera Experimental AASHO.


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millas de carreteras en los E.E.U.U. (con dos millones de millas pavimentadas), han sidoconstruidas, mantenidas y rehabilitadas en el siglo pasado y representan una enormeinversin que ha proporcionado un mtodo seguro y confortable de transporte a vehculosprivados y comerciales. Las carreteras han contribuido significativamente al crecimientoeconmico de los E.E.U.U.

Las estructuras de pavimentos se desgastan y deterioran bajo cargas por eje pesadas y porexposicin a los elementos (temperaturas muy calientes y muy fras, congelamiento ydeshielo, precipitaciones pluviales). Por lo cual ellas deben mantenerse y mejorarseregularmente. Esto requiere una disposicin muy significativa de recursos por parte de lasagencias de carreteras de la nacin norteamericana (Estatales, Federales y Locales). LaFigura 1.1.1, ilustra la magnitud y el nivel creciente de desembolsos en carreteras de losE.E.U.U. por funcin, desde 1980 hasta el 2000.

Figura 1.1.1 Magnitud y nivel creciente de gastos en carreteras por funcin, de 1980 al2000 (1).

El gasto total en carreteras por todas las unidades del gobierno de los E.E.U.U. en el 2000fue de $126.7 billones2, un 203% de incremento comparado con 1980 (incremento anualpromedio de 10%). Note en la Figura 1.1.1., que el nivel anual de gasto se est acelerandoclaramente en el tiempo (1). El desembolso total del ao 2000 por las agencias estatales decarreteras fue de $89.8 billones, de los cuales el 53.1 por ciento fueron gastos de capitalque incluan 10.5 por ciento para la construccin de carreteras nuevas y 42.6 por cientopara mejoras de carreteras existentes (1). Aproximadamente la mitad del gasto de capitalfue para trabajos relacionados con pavimentos. Esta magnitud de gastos anuales enpavimentos de carreteras, justifica la aplicacin de los mejores mtodos de diseodisponibles, a fin de optimizar el uso de los fondos en carreteras. Cualquier mejora en eldiseo de estructuras de pavimentos nuevas o rehabilitadas, tendr implicancias

2 Nota del IDPP: En los E.E.U.U. en trminos de dinero, un billn son mil millones.

Ao

BillonesdeDolare

s

Deuda por JubilacinAdministracin, Patrulla de Carreteras e Inters

Mantenimiento

Gastos de Capital

1980 1985 1990 1995 2000

140

120

100

80

60

40

20

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significativas y medibles para reducir los costos de mantenimiento de esos pavimentos decarreteras3.

Con la publicacin de esta Gua de Diseo, la Gua AASHTO para el Diseo deEstructuras de Pavimentos, es el documento principal usado para el diseo de pavimentosde carreteras, nuevos y rehabilitados. La Revisin Nacional al Diseo de Pavimentos de la

Administracin Federal de Carreteras de 1995-1997, encontr que un 80% de los estadosde los E.E.U.U., utiliza las Guas AASHTO de 1972, 1986 y 1993 (2, 3, 4). Todas esasversiones estn empricamente basadas en ecuaciones del comportamiento desarrolladasusando los datos de ensayos de la Carretera Experimental AASHO de 1950. Las GuasAASHTO de 1986 y 1993, contienen algunos refinamientos en los parmetros de entradarespecto de los materiales, la confiabilidad de diseo y los procedimientos empricos parael diseo de una rehabilitacin (3,4).

Desde la Carretera Experimental AASHO, la Fuerza Unida de Tareas AASHTO enPavimentos (JTFP por sus siglas en ingls), ha sido la responsable del desarrollo eimplementacin de las tecnologas de diseo de pavimentos. Este encargo ha llevado a

muchas iniciativas significativas, incluyendo el desarrollo de cada revisin de las GuaAASHTO. Mas recientemente y en reconocimiento a las limitaciones de la GuaAASHTO, la JTFP inici un esfuerzo por desarrollar una Gua de Diseo mejorada. Comoparte de ese esfuerzo, se convoc a un Taller entre el 24 y el 26 de Marzo de 1996 enIrving, California, para desarrollar una estructura de soporte de la Gua. Los asistentes alTaller expertos en pavimentos de agencias pblicas y privadas, industria y academia trataron las reas de cargas de trfico, cimentaciones, caracterizacin de materiales,comportamiento de pavimentos y medio ambiente, para ayudar a determinar lastecnologas mas apropiadas para la nueva Gua de Diseo. A la conclusin de ese taller,uno de los principales logros identificados por la JTFP, fue el desarrollo de una gua dediseo basada tan completamente como fuera posible en principios mecanicistas. Esta

Gua de Diseo es el resultado final de ese logro.

1.1.1.3Necesidad de la Gua de Diseo

Las diferentes ediciones de la Gua AASHTO para el Diseo de Estructuras dePavimentos, han servido bien por muchas dcadas; no obstante, existen limitaciones seriaspara la continuidad de su uso como el principal procedimiento de diseo de pavimentos:

Deficiencias en las Cargas del Trfico: Los niveles del volumen del trfico pesadopara el diseo se han incrementado tremendamente (de 10 a 20 veces) desde eldiseo de pavimentos usado en el sistema Interestatal en los aos 60. Los

pavimentos Interestatales originales fueron diseados para 5 a 15 millones decamiones, mientras que hoy lo son para 50 a 200 millones de camiones y ms, conincluso una vida de diseo mayor (30 a 40 aos versus 20 aos). La Gua AASHTOde 1993 no puede usarse confiablemente para el diseo con este nivel de trfico.Los pavimentos de la Carretera Experimental soportaron ligeramente por encima de1 milln de aplicaciones de cargas por eje menos que el trfico soportado pormuchos pavimentos modernos dentro de los primeros aos de uso y lasecuaciones que forman la base de los procedimientos originales, estuvieron basadasen un anlisis de regresin de los datos de la Carretera Experimental AASHO. As,la aplicacin del procedimiento a las corrientes de trfico moderno, obliga al

3

Nota del IDPP: En el Per, la inversin en rehabilitacin de carreteras en el ao 2,004 fue de alrededor deUS$100 y aproximadamente US$ 125 en mantenimiento (dato tomado de:www.mtc.gob.pe/portal/home/rehabilitacion.htm)


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diseador a menudo a extrapolar la metodologa de diseo, mas all de los datos yexperiencias que conforman la base del procedimiento. El resultado es que eldiseador ha estado trabajando en la penumbra, en proyectos con altos

volmenes de trfico. Tales proyectos podran bien haber estado sub -dimensionados, o sobre-dimensionados, con el resultado de una significativa

prdida econmica. Deficiencias en la Rehabilitacin: Los procedimientos de diseo para la

rehabilitacin de pavimentos no estuvieron considerados en la CarreteraExperimental AASHO. Los procedimientos contenidos en la Gua de 1993, soncompletamente empricos y muy limitados, especialmente en la consideracin deltrfico pesado. Las grandes prdidas econmicas continuarn, a menos que seprovean metodologas mejoradas para el diseo de una rehabilitacin, que cubra lasnecesidades del trfico, en los proyectos actuales que incluyan el diseo de larehabilitacin. Los diseos de rehabilitacin mejorados conducirn a pavimentosrehabilitados de mayor duracin y de mejor costo-efectivo.

Deficiencias en los Efectos Climticos: Debido a que la Carretera Experimental

AASHO fue llevada a cabo en una ubicacin geogrfica especfica, es imposiblesaber los efectos de diferentes condiciones climticas sobre los pavimentos. Porejemplo, en la Carretera Experimental, ocurri una significativa cantidad de fallasen los pavimentos durante los deshielos de primavera, una condicin que no existeen una gran porcin de los E.E.U.U.4 La consideracin directa de los efectosclimticos en el lugar del proyecto llevar a un comportamiento y una confiabilidadmejorados del pavimento.

Deficiencias en la Sub-rasante: Un mismo tipo de sub-rasante se utiliz para todaslas secciones de la Carretera Experimental, pero a nivel nacional existen muchostipos, lo que resulta en diferentes comportamientos de los pavimentos. Unacaracterizacin y consideracin de soporte de la sub-rasante mas adecuados, harnposible mejorar el diseo de la estructura del pavimento, en trminos de uncomportamiento y una confiabilidad mejorados.

Deficiencias en los Materiales Superficiales: En la Carretera Experimentalsolamente se usaron una mezcla asfltica en caliente (HMA) y una mezcla deconcreto de cemento Prtland (PCC). Hoy da existen muchas mezclas de concretoasfltico en caliente (HMAC) y de PCC (p. ej. Superpave, stone-mastic asphalt,PCC de alta resistencia), cuyos efectos no pueden ser completamente considerados.

Deficiencias en la Capa de Base: En las secciones principales de pavimentosrgidos y flexibles de la Carretera Experimental AASHO, solamente se incluyerondos tipos de materiales granulares no ligados de base/sub-base (algunos ensayos

sobre bases estabilizadas se incluyeron dentro de los pavimentos flexibles). Ellosmostraron significativas prdidas del mdulo debido al congelamiento y la erosin.Hoy da se emplean rutinariamente diferentes tipos de bases estabilizadas de altacalidad, especialmente para las cargas del trfico mas pesado.

Deficiencias en la Caracterizacin de los Camiones: La suspensin de losvehculos, las configuraciones de los ejes y los tipos y presiones de neumticosfueron representativos de los usados a finales de los 50. Muchos de ellos han sidosuperados (presiones de neumticos de 80 psi versus 120 psi en la actualidad),resultando en diseos de pavimentos deficientes para soportar esas cargas.

Deficiencias Constructivas y de Drenaje: Los diseos de pavimentos, materiales yprocedimientos constructivos fueron representativos de los usados en la poca de la

4 Nota del IDPP: ni en el Per


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Carretera Experimental. No se incluyeron sub-drenajes en las secciones de laCarretera Experimental, pero el sub-drenaje se ha hecho muy comn en lascarreteras actuales.

Deficiencias en la Vida de Diseo: Debido a la corta duracin de la CarreteraExperimental, los efectos a largo plazo del clima y del envejecimiento de los

materiales no fueron tomados en cuenta. La Carretera Experimental AASHO secondujo a lo largo de dos aos, mientras que las vidas de diseo para muchos de lospavimentos actuales son de 20 a 50 aos. La consideracin directa del efecto cclicosobre la respuesta de los materiales y el envejecimiento, llevar a una confiabilidadmejorada de la vida de diseo.

Deficiencias en el Comportamiento: Los procedimientos AASHTO inicialesrelacionan el espesor de las capas superficiales del pavimento (capas asflticas olosas de concreto), con la serviciabilidad. Sin embargo, la investigacin y lasobservaciones han demostrado que muchos pavimentos necesitan rehabilitacinpor razones que no estn relacionadas directamente con el espesor del pavimento(p. ej., ahuellamiento, agrietamiento trmico, escalonamiento). Estos modos de falla

no se consideran en las versiones previas de la Gua AASHTO, los cuales puedenconducir a fallas ms prematuras.

Deficiencias en la Confiabilidad: La Gua AASHTO de 1986 incluye unprocedimiento para considerar la confiabilidad del diseo que nunca ha sidototalmente validado. Este procedimiento consiste en usar un gran multiplicadoraplicado a las cargas del trfico para diseo, a fin de alcanzar el nivel deconfiabilidad deseado [por ejemplo, un pavimento diseado para 50 millones decargas por eje simple equivalente (ESALs), era realmente diseado para 228millones]. El multiplicador se incrementa grandemente con el nivel de laconfiabilidad de diseo y puede traer como resultado espesores de capa excesivospara los pavimentos que soportan el trfico mas pesado, lo cual no puede servalidado, pero actualmente est siendo comnmente diseado.

La principal medida del comportamiento de los pavimentos en los procedimientosanteriores es la serviciabilidad presente y el factor dominante que afecta la serviciabilidades el perfil longitudinal. An, en muchos casos, los gerentes de pavimentos encontraronque factores de fallas diferentes a la transitabilidad - tales como agrietamiento,ahuellamiento y escalonamiento en las juntas - controlan la frecuencia costo-efectiva de larehabilitacin de pavimentos. Para mejorar la confiabilidad de diseo y cumplir lasnecesidades de la gestin del valor, el criterio de gerencia y el procedimiento de diseodeben estar relacionados con los mismos factores de comportamiento medidos (5). Paracontribuir a aliviar estos problemas, la Gua AASHTO utiliza tipos de fallas clave para

pavimentos flexibles y rgidos y el Indice Internacional de Rugosidad (IRI), como lamedida de la rugosidad y de la calidad de transitabilidad del pavimento.

Durante el desarrollo de la Gua AASHTO de 1986, se reconoci que los procedimientosfuturos de diseo deberan estar basados en principios emprico-mecanicistas. Sinembargo, para que tal enfoque fuera prctico, debera requerir que los diseadores depavimentos tuvieran acceso a computadoras capaces de manipular el creciente esfuerzocomputacional necesario para realizar los clculos. La magnitud de cmputo disponible enlas computadoras personales actuales, hace posible un enfoque mecanicista del diseo depavimentos.

1.1.1.4Filosofa del Desarrollo de la Gua de Diseo


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La filosofa de diseo contenida en esta Gua, incluye los siguientes aspectos principales:

La Gua generalmente aplica tecnologas validadas por el estado-de-la-prctica.

La Gua le da a los diseadores la versatilidad para considerar una gran variedadde opciones de diseo y materiales.

La Gua proporciona una base de diseo equitativa desde el punto de vista de laseleccin del tipo de pavimento.

La Gua trata de diseos nuevos y rehabilitaciones

Tanto la Gua como el software asociado son amigables.

La Gua proporciona tres niveles jerrquicos de datos de diseo que permiten aldiseador compatibilizar el nivel de esfuerzo con la importancia del proyecto. Losniveles de datos tambin permiten procedimientos de uso mejorados que puedendesarrollarse en el futuro.

1.1.1.5Beneficios de un Procedimiento Emprico-Mecanicista

Impacto en Reducidas Fallas Tempranas

Uno de los aspectos principales del procedimiento previo de diseo AASHTO, fue suincapacidad para incorporar propiedades significativas de los materiales en elprocedimiento de diseo. En el procedimiento previo de diseo de pavimentos flexibles dela AASHTO, la nica propiedad del material incorporada fue el coeficiente de capa a,definido vagamente. Nada podra ser ms nebuloso que este parmetro. El procedimientode diseo de pavimentos rgidos solamente consider la resistencia y el mdulo delconcreto y otras propiedades tales como el altamente significativo coeficiente dedilatacin trmica del concreto, no fueron consideradas para nada. Esta prdida de

consideracin de las propiedades de los materiales, puede conducir a fallas tempranas. Esaslimitaciones fueron consecuencia del hecho de que la variacin en la calidad de losmateriales no fue una variable experimental principal incluida en la Carretera ExperimentalAASHO.

Adicionalmente, diferentes aspectos de diseo no pueden ser considerados directamente. Elprocedimiento de pavimentos flexibles no puede determinar el espesor requerido delmaterial asfltico aglomerante para limitar el agrietamiento por fatiga. Este valor debe serescogido por el diseador, lo cual puede llevar a fallas tempranas. El procedimiento dediseo de pavimentos rgidos no considera el espaciamiento de juntas para la transferenciade cargas en la junta, lo cual puede llevar a fallas tempranas. La actual Gua de Diseoconsidera todos esos factores y ms. Por ejemplo, la deformacin por flexin en el fondo

de la capa asfltica para controlar el agrietamiento por fatiga, est directamenteconsiderada, junto con la respuesta estructural apropiada para otros modos de falla delpavimento. Otro problema observado en los pavimentos existentes es la gran variacin enla vida de comportamiento real, en comparacin con su vida de diseo. Esta variacin esesperada debido a que el procedimiento de diseo AASHTO est basado en solamente dosaos de datos de comportamiento, de tal modo que los efectos climticos de largo plazo nopodran haber sido considerados. Esta Gua incluye tecnologa que considera directamenteel envejecimiento de los materiales, mes a mes, a lo largo de todo el perodo de diseo.

El procedimiento de diseo emprico-mecanicista incluido en la Gua de Diseo,proporciona las herramientas para evaluar las variaciones en los materiales en el

comportamiento del pavimento. La Gua de Diseo, proporciona una relacin racionalentre las especificaciones constructivas y de los materiales y el diseo de la estructura del


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pavimento. Debido a que los procedimientos mecanicistas son capaces de tomar en cuentade mejor manera al clima, el envejecimiento, los materiales actuales y las cargasvehiculares actuales, se debe reducir las variaciones en el comportamiento, respecto de lavida de diseo. Esto reducir significativamente los costos durante el ciclo de vida paratoda la red de carreteras.

Impacto de Incrementar la Longevidad de los Pavimentos

Un estudio de la FHWA sobre el valor del Programa de Comportamiento de losPavimentos a Largo Plazo (LTPP por sus siglas en ingls), resalta los beneficios de adoptarla Gua de Diseo, en trminos de incrementar la vida del pavimento (6). El estudioconsider los costos de un diseo dado de pavimentos para muchos aos en el futuro(costo inicial, costo de mantenimiento, costo de rehabilitacin, costo de las demoras a losusuarios debido al cierre de los carriles para reconstruccin). Se encontr que esos costosvaran ampliamente, dependiendo del diseo del pavimento, sus materiales y suconstruccin. Se espera que las tecnologas mejoradas del diseo de pavimentos y de la

rehabilitacin incorporadas en la Gua de Diseo, incrementen la vida del pavimento,resultando en un beneficio econmico para las agencias (menores costos de construccin yrehabilitacin) y para los usuarios de las carreteras (menores costos y tiempos de demorasoriginados en los mayores periodos de tiempo entre cierres de carriles debidos a larehabilitacin).

Los hallazgos estiman conservadoramente una reduccin en los costos del ciclo de vidapara las Agencias Estatales de por lo menos 5% y hasta el doble si se da unaimplementacin total. El anlisis tambin considera los costos de demora de los usuariosde carreteras debidos a los cierres de carriles por mantenimiento y rehabilitacin. Losresultados mostraron que debera haber beneficios econmicos muy significativos alviajero, debido a las reducidas actividades de mantenimiento y rehabilitacin que requiereel cierre de carriles.

Beneficios Prcticos Adicionales

En la Gua AASHTO de 1986 (3), se reconocieron otros beneficios del procedimiento dediseo mecanicista, difciles de cuantificar:

1. Se puede hacer estimados de las consecuencias debidas a las nuevas condicionesde carga.

2. Se puede considerar una mejor utilizacin de los materiales disponibles. Porejemplo, se puede simular el uso de materiales estabilizados en pavimentos rgidos

y flexibles, para predecir el comportamiento futuro.3. Se puede desarrollar procedimientos mejorados para evaluar la falla prematura y

tambin es posible analizar porqu algunos pavimentos exceden sus expectativasde diseo. En efecto, se puede utilizar mejores tcnicas de diagnstico.

4. Se puede incluir el envejecimiento en las estimaciones del comportamiento (p. ej.,el asfalto se endurece con el tiempo, lo que a su vez afecta al agrietamiento trmicopor baja temperatura).

5. Se puede incluir los efectos estacionales, tales como el ablandamiento pordeshielo, en las estimaciones del comportamiento.

6. Se puede evaluar las consecuencias de la erosin de la base debajo de lospavimentos rgidos.

7. Se puede desarrollar mtodos para una mejor evaluacin de los beneficios a largoplazo como consecuencia de mejorar el drenaje en la seccin de la carretera.


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Todos estos aspectos son tratados directamente en esta Gua de Diseo.

Beneficio de Potenciales Mejoras Futuras Continuas

Un beneficio adicional importante del enfoque con base mecanicista incluido aqu es que, a

diferencia de los procedimientos empricos, los conceptos son modulares y de aplicacingeneral, de tal forma que se puede desarrollar e implementar un amplio rango de mejorasfuturas (p. ej. un modelo de ahuellamiento mejorado, un algoritmo de acumulacin dedeterioro mejorado, mejores procedimientos de ensayos de laboratorio, retro-anlisismejorado). Estas mejoras se pueden incorporar continuamente en el tiempo. Por eso, elprocedimiento no quedar obsoleto con los cambios en los materiales de construccin, conlas distribuciones del trfico, tipos de vehculos, o tipos y configuraciones de neumticos.

1.1.2 PRINCIPIOS DE UN PROCEDIMIENTO MECANICISTA

Desde un punto de vista de ingeniera, hay mucho que desear respecto de unaaproximacin mecanicista al diseo de pavimentos. Mecanicista se refiere a la aplicacinde los principios de la ingeniera mecnica, lo que conduce a un proceso racional dediseo. Yoder y Witczak(7), sealaron que para que cualquier procedimiento de diseo depavimentos sea completamente racional, se debe considerar tres elementos: la teora usadapara predecir la falla o el parmetro de dao asumido, la evaluacin de las propiedades delos materiales aplicable a la teora seleccionada y la determinacin de la relacin entre lamagnitud del parmetro en cuestin y el nivel de comportamiento deseado. Aunque estaGua de Diseo considera estos tres elementos, solamente se discutir en esta oportunidaduna visin general del primero. Los otros tres se discutirn en las partes posteriores de laGua.

La Figura 1.1.2 ilustra el concepto general de un sistema elstico multicapa, tal como hasido definido por Yoder y Witczak (7). Generalmente, la solucin analtica del estado deesfuerzos o deformaciones dentro de un pavimento, usando la teora elstica multicapa,hace algunas suposiciones. Algunas de ellas son (ver Figura 1.1.2):

Las propiedades de los materiales de cada capa son homogneas, es decir que laspropiedades en el puntoAi, son las mismas que en el puntoBi.

Cada capa tiene un espesor finito, excepto la capa mas inferior y todas son infinitasen la direccin lateral.

Cada capa es isotrpica, es decir que la propiedad en un punto tal como elAi, es la

misma en toda direccin u orientacin. En cada interfase entre capas se desarrolla una friccin total.

No hay fuerzas de corte superficial.

Las soluciones de esfuerzos estn caracterizadas por dos propiedades de materiales

en cada capa. Esas propiedades son: la relacin de Poisson, , y el Mdulo Elstico,E.

Yoder y Witczak continan mostrando que, en un punto dado dentro de cualquier capa, elequilibrio esttico requiere que existan nueve esfuerzos. La Figura 1.1.2 ilustra esosesfuerzos en un sistema de coordenadas polares, donde los esfuerzos actan en los planos,vertical (z), radial (r) y tangencial (t). Esos esfuerzos estn comprendidos por tres

esfuerzos normales (z, r y t) actuando perpendicularmente a las caras de los elementosy seis esfuerzos de corte (rt, tr, rz, zr, tz y zt), actuando paralelos a esas caras. Las


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condiciones de equilibrio esttico tambin muestran que los esfuerzos de corte actuantes en

las caras de interseccin, son iguales. As, rz = zr, rt = tr ytz = zt. En cada punto delsistema, existe una cierta orientacin de los elementos, de tal forma que los esfuerzos decorte actuando en cada cara son cero. Los esfuerzos normales bajo esta condicin se

definen como esfuerzos principales y se denominan z (esfuerzo principal), r(intermedio)

y t(menor). La suma de los esfuerzos principales en un punto se define como el esfuerzototal, .

Figura 1.1.2 Sistema Elstico Multicapa Generalizado (Despus de Yoder y Witczak[7])

Considerando este estado de esfuerzos triaxial de cualquier elemento, las deformaciones(para las direcciones vertical, radial y tangencial, respectivamente), se pueden determinar apartir de las siguientes ecuaciones:

z = (1/E) [z - (r+ t)] (1.1.1)

r= (1/E) [r - (t+ z)] (1.1.2)

t= (1/E) [t - (r+ z)] (1.1.3)

Construyendo sobre esas ecuaciones generales, el tipo de teora usada, generalmente sedistingue por tres propiedades de respuesta de comportamiento del material (7). Ellas sonla relacin entre esfuerzos y deformaciones (lineal o no lineal), la dependencia del tiempode deformacin bajo un nivel de esfuerzo constante (viscoso o no viscoso) y el grado alcual el material puede rebotar o recuperar la deformacin despus de remover el esfuerzo(plstico o no elstico). Las tres propiedades estn consideradas en las partes posteriores deesta Gua, como apropiadas para los diferentes materiales de pavimentacin. Alguna parteemprica del diseo emprico-mecanstico se relaciona con la caracterizacin del materialo el trfico, medio ambiente u otros datos del procedimiento de diseo. Otros datosempricos de esta Gua se relacionan con los datos de comportamiento de campo usadospara relacionar con los daos acumulados. Esta funcin transferencia, como a veces esllamada, relaciona el clculo terico del deterioro (el cual es a su vez funcin de la

Interfase 1

Interfase 2

Interfase n- 1

h1, E1, 1

h2, E2, 2

h3, E3, 3

hn, En, n


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deflexin del pavimento, la deformacin o el esfuerzo), en una ubicacin crtica con fallasmedidas, completando el anillo emprico-mecanicista del diseo de pavimentos.

Generalmente, los pavimentos flexibles y rgidos responden a las cargas en tal diferentesmaneras que hay diferencias fundamentales en el anlisis de las teoras aplicadas.Bsicamente, para losas de pavimentos rgidos, la nolinearidad de la relacin esfuerzo

deformacin no es un tema, pero las discontinuidades tales como grietas y juntas, son deprimordial importancia. Esencialmente, lo opuesto es verdadero con los pavimentosflexibles- la no-linearidad de la relacin esfuerzo deformacin, es un tema importante,mientras que las discontinuidades son secundarias o no existen. Los pavimentosrehabilitados, especialmente aquellos con una combinacin de capas flexibles y rgidas,son de un tipo enteramente diferente y sern tratados separadamente en las PARTES II yIII de esta Gua.

Mientras que el enfoque mecanicista al anlisis y diseo de pavimentos es mucho msracional que el emprico, tambin es mucho ms tcnico y demandante de mayor uso de lainformtica. Como se ha mencionado anteriormente, los procedimientos emprico-

mecanicistas no fueron prcticos hasta el advenimiento de las computadoras de altavelocidad, debido a las demandas informticas asociadas con las ecuaciones diferenciales ylas soluciones matriciales por elementos finitos empleadas por los diferentes modelos deanlisis. Tales modelos estn incorporados en esta Gua. Como se puede ver en las ltimasdescripciones, la eleccin de un modelo de anlisis de pavimentos y la forma en que esaplicado, a menudo se relacionar con los requerimientos informticos y cuanto tiempo dems se requiere para cumplir con esos requerimientos.

1.1.3 ALCANCE Y CONTENIDO DE LA GUIA

Esta Gua proporciona un grupo uniforme y comprensible de procedimientos para el diseode pavimentos rgidos y flexibles, nuevos y rehabilitados. La Gua emplea parmetroscomunes de diseo para trfico, sub-rasante, medio ambiente, y confiabilidad para todoslos tipos de pavimentos. Se dan recomendaciones para la estructura (materiales y espesoresde capas, como en la Figura 1.1.3) de pavimentos nuevos y rehabilitados, incluyendoprocedimientos para seleccionar espesores de capas de pavimentos, tratamientos derehabilitacin, drenaje subterrneo, estrategias de mejoramiento de la sub-rasante y otrosaspectos de diseo. Los procedimientos se pueden usar para desarrollar otros diseosalternativos, empleando una variedad de materiales y procedimientos de construccin.

Los materiales de las Guas de 1986 y 1993 respecto de la confiabilidad y el diseo derehabilitaciones, han sido actualizados para incorporar enfoques mecanicistas y han sidoampliados para incluir consideraciones de rehabilitacin no consideradas anteriormente.Tambin se ha preparado un procedimiento sugerido para el anlisis del costo del ciclo devida, el mismo que se presenta en el Apndice C.

En el Apndice A se acompaa un Glosario de Trminos usados en esta Gua. Algunos delos trminos usados aqu pueden diferir de aquellos usados en la prctica local; sinembargo, en el inters de buscar alguna forma de terminologa de aplicacin nacional, seutilizan las definiciones de la AASHTO y de otras agencias aceptadas, tanto como seaposible.

El diseador deber tener en mente que diseo de pavimentos involucra algo ms que

solamente escoger espesores de capas del pavimento. Por ejemplo, los requerimientos demateriales, constructivos, diseo de juntas y el aseguramiento de la calidad, influirn en la


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habilidad de la estructura del pavimento para comportarse segn las expectativas dediseo. La informacin concerniente a los requerimientos de materiales y constructivas sedescriben en esta Gua; sin embargo, para suplementar los materiales de la Gua de Diseo,el diseador debe estar familiarizado con las publicaciones relevantes de la AASHTO y dela ASTM, as como con las de las agencias locales para las que se est preparando un

diseo determinado. Es extremadamente importante que el diseador prepare provisionesespeciales a las especificaciones estndar cuando las circunstancias indiquen que existencondiciones no estndar para un proyecto especfico. Un ejemplo de tal condicin loconstituye un suelo de sub-rasante expansivo o materiales no estndar que sernestabilizados para ser usados en la estructura del pavimento o como suelo de fundacinmejorado.

Figura 1.1.3.Secciones tpicas para estructuras de pavimentos flexibles y rgidos.

La PARTE 2 de esta Gua incluye definiciones y procedimientos sobre cmo obtener los

datos necesarios para el diseo de proyectos nuevos o de reconstrucciones. El Captulo 5de la PARTE 2, discute los procedimientos para identificar estrategias de rehabilitacinfactibles a nivel de proyecto, para pavimentos rgidos, flexibles y compuestos.

La PARTE 3 de esta Gua incluye antecedentes detallados de materiales para ayudar alusuario a entender los conceptos utilizados en el desarrollo de la Gua y la aplicacinapropiada en los procedimientos de diseo. Todos los aspectos del diseo de pavimentos,incluyendo el diseo del drenaje subterrneo, el diseo de las bermas, as como el diseode proyectos nuevos, reconstrucciones y rehabilitaciones de pavimentos flexibles y rgidosse discuten en esta parte de la Gua.

La PARTE 4 discute cmo es que el procedimiento emprico-mecanicista se puede aplicar

al diseo de pavimentos sujetos a bajos volmenes de trfico.


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Los Apndices A a D contienen informacin detallada relativa a ciertas consideracionesadicionales de diseo. Por ejemplo, el Apndice B contiene una lista extensa de guas paracomparar estrategias alternativas de diseo. De manera similar, el Apndice C incluyeinformacin concerniente a la evaluacin econmica de estrategias alternativas de diseode pavimentos. Hay un nmero de consideraciones involucradas en la seleccin del diseo

final. El Apndice D contiene una Gua del Usuario para el software y ejemplos detalladosde cada diseo principal y alternativa de rehabilitacin.

En los apndices adicionales (AA, BB, CC, etc.), se proporciona informacin extensa deantecedentes y documentacin de muchos aspectos de diseo. Al final de cada captulo sedan las referencias usadas en la preparacin de la Gua.

1.1.4 ENFOQUE DE DISEO

1.1.4.1 Enfoque General

La Gua de Diseo representa un cambio importante en la manera en que se ha realizado eldiseo. El enfoque de diseo proporcionado en esta Gua, consiste de tres etapasprincipales, resumidas en la Figura 1.1.4.

La Etapa I consiste en el desarrollo de los valores de los datos para el anlisis. En estaetapa, se identifican las estrategias potenciales para su consideracin en la etapa deanlisis. Un paso importante de este proceso es el anlisis de la cimentacin. Parapavimentos nuevos, el anlisis de la cimentacin consiste en la determinacin de la rigidezy donde sea apropiado, una evaluacin del cambio de volumen, levantamiento por helada,debilitamiento por deshielo y aspectos de drenaje (ver PARTE 2, Captulo 1). Como partedel anlisis de la cimentacin, se considera a los mejoramientos de la sub-rasante tales

como refuerzo y drenaje.El anlisis de la cimentacin para proyectos de rehabilitacin tambin incluye el anlisis dela sub-rasante (ver PARTE 2, Captulo 5). Sin embargo, la parte mas importante delanlisis de la cimentacin para proyectos de rehabilitacin es la investigacin de fallas queocurren en el pavimento existente y las causas subyacentes de esas fallas. Se evala laresistencia/rigidez total del pavimento existente usando ensayos de deflexin yprocedimientos de retro-anlisis.

Tambin durante esta primera etapa se desarrolla la caracterizacin de los materiales delpavimento (ver PARTE 2, Captulo 2) y los datos del trfico (ver PARTE 2, Captulo 4). ElModelo Climtico Integrado Realzado (EICM por sus siglas en ingls), una herramienta

poderosa de modelacin sobre los efectos climticos, se usa para modelar la temperatura yhumedad dentro de cada capa del pavimento y en la sub-rasante. La versin del EICMincorporada en la Gua est basada en mejoras a una versin inicial del Modelo ClimticoIntegrado (8).

El modelo climtico considera solamente datos climticos horarios (temperatura,precipitaciones pluviales, radiacin solar, cobertura de neblina y velocidad del viento) atravs de los E.E.U.U. Las predicciones del EICM de la temperatura y humedad de la capadel pavimento, se calculan para cada hora durante el perodo de diseo y se utilizan dediferentes maneras para estimar las propiedades de los materiales del suelo de fundacin yde las capas del pavimento durante la vida de diseo (ver PARTE 2, Captulo 3). Sedetermina la profundidad de la helada y se estiman los mdulos apropiados encima ydebajo de esa profundidad.


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En esta Gua se incluye un enfoque sistemtico detallado para el uso de sub-drenaje enpavimentos nuevos y reconstruidos, as como rehabilitados. Se incluyen evaluaciones deingeniera y de costo-efectivo para determinar la factibilidad. La Gua describe como secomporta el diseo del sub-drenaje (incluyendo el diseo hidrulico, usando el softwareDRIP de la AASHTO incluido en el software de la Gua de Diseo) lo cual finalmente

lleva a la preparacin de secciones transversales, con un adecuado enfoque de drenaje.Luego se evala la seccin estructural para fallas estructurales usando el enfoque emprico-mecanicista (PARTE 3 Captulo 1 y Apndices SS y TT). Tambin se discute laconsideracin prctica del diseo del drenaje subterrneo para ayudar a aumentar elenfoque de la Gua de Diseo mediante la consideracin de factores que no puedeningresarse directamente en las ecuaciones de diseo.

La Etapa 2 del proceso de diseo es el anlisis estructural/de comportamiento. El enfoquedel anlisis es uno iterativo que comienza con la seleccin de un diseo de prueba inicial.Los diseos iniciales pueden ser creados por el diseador, obtenidos de un procedimientode diseo existente, o de un catlogo general (9). El diseo de prueba requiere

estimaciones del espesor de capa, consideraciones geomtricas, rugosidad inicial,reparaciones requeridas al pavimento existente, caractersticas de los materiales delpavimento y muchos otros datos. La seccin de prueba se analiza en el tiempo usando losmodelos de falla y respuesta del pavimento y los datos del anlisis son el deterioroacumulado, la cantidad espectada de fallas y la rugosidad en el tiempo. Si el diseo deprueba no cumple el criterio de comportamiento, se hacen las modificaciones y se vuelve acorrer el anlisis hasta que se obtenga un resultado satisfactorio. Si se incluyen aspectos desub-drenaje (p.ej., capa permeable), se deben seleccionar y disear apropiadas alternativasviables de drenaje, desde los puntos de vista de drenaje y estructural. Se proporcionan lasguas para la seleccin de materiales, construccin y mantenimiento de los sistemas dedrenaje. El sub-drenaje no es un substituto para un pobre diseo; una estructura adecuada

debe estar presente para que esos sistemas funcionen efectivamente.La Etapa 3 del proceso incluye aquellas actividades requeridas para evaluar las alternativasestructuralmente viables. Esas actividades incluyen un anlisis de ingeniera y un anlisisdel costo del ciclo de vida de las alternativas.

En resumen, el proceso de diseo para estructuras de pavimentos nuevos y rehabilitadosincluye la consideracin de los siguientes aspectos:

Suelo de Fundacin/sub-rasante

Condicin del pavimento existente

Materiales de pavimentacin

Factores constructivos Factores medio ambientales (humedad y temperatura)

Cargas del trfico

Sub-drenaje

Diseo de bermas

Tratamientos y estrategias de rehabilitacin

Pavimentos nuevos y opciones de rehabilitacin

Comportamiento del pavimento (fallas clave y rugosidad)

Confiabilidad de diseo

Costos durante el ciclo de vida

Cada uno de esos factores se discute brevemente en este captulo y las partes posteriores dela Gua los incorporan en la metodologa de diseo de pavimentos.


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ETAPA 1 - EVALUACION

ETAPA 2 - ANALISIS

ETAPA 3 SELECCIN DE LA ESTRATEGIA

Figura 1.1.4 Esquema Conceptual del proceso de diseo en tres etapas

DrenajeCambios de volumen

Hinchamiento por helada

MEDIO AMBIENTETemperatura

Humedad

Anlisis de la Cimentacin

REHABILITACIONEvaluacin de los

Pavimentos Existentes

PAVIMENTOS NUEVOSAnlisis de la Sub-rasante

MATERIALES DEPAVIMENTACION

Propiedades en funcin de la tasade carga, temperatura & humedad

TRAFICOCargas por ejeClasificacin

Pronstico

CONFIABILIDAD

Seleccionar Estrategiasde Pavimentos de

Prueba

Modificar Estrategia

Modelos de Respuesta del

Pavimento

No

Si

ElComporta-

miento,

cumple loscriterios?

Anlisis deIn eniera

AlternativasViables

Anlisis delCosto del Ciclo

Otras

Consideraciones

Estrategia

Seleccionada


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Aunque la Gua describe y proporciona un mtodo especfico que puede usarse para ladeterminacin de un diseo alternativo o recomendaciones para la rehabilitacin de laestructura del pavimento, hay ciertas consideraciones dejadas al usuario para sudeterminacin final. Algunas de ellas son las provisiones de drenaje, la textura y friccinsuperficial del pavimento, consideraciones especiales de medio ambiente y prcticas

locales que afectan al diseo.

La Gua posiblemente no puede incluir todas las condiciones especficas del sitio queocurren en cada regin de los E.E.U.U. Por eso es necesario que el usuario adapte laexperiencia local en la aplicacin de la Gua. Por ejemplo, los materiales locales y el medioambiente pueden variar en un amplio rango dentro de cada Estado.

La Gua intenta proporcionar procedimientos para evaluar los materiales y el medioambiente, sin embargo, si la Gua discrepa con la experiencia local probada ydocumentada, esta ltima debe prevalecer. Por ejemplo, los requerimientos de materiales yespecificaciones de construccin no se detallan en esta Gua, aunque sean unaconsideracin importante en el diseo global de una estructura de pavimento. El efecto delas variaciones estacionales en las propiedades del material y la evaluacin del trficofuturo para el proyecto diseado deben investigarse completamente.

1.1.4.2 Jerarqua de los Parmetros de Diseo

El enfoque jerrquico a los datos de diseo es un aspecto de la Gua de Diseo noencontrado en las versiones existentes de la Gua AASHTO para el diseo de estructurasde pavimento. Este enfoque proporciona al diseador una gran flexibilidad para obtener losdatos de diseo para un proyecto basado en los aspectos crticos del diseo y en losrecursos disponibles. El enfoque jerrquico se emplea en los datos respecto del trfico,materiales y medio ambiente. En general, se proporcionan tres niveles de datos:

Nivel 1, datos proporcionados para el mas alto nivel de seguridad y por lo tanto deberantener el mas bajo nivel de incertidumbre o error. Los datos del Nivel 1 deberan usarsetpicamente para disear pavimentos sometidos a cargas pesadas del trfico o donde hayagraves consecuencias a la seguridad o economa debido a la falla temprana. El dato demateriales en el Nivel 1 requiere ensayos de campo o laboratorio tales como el ensayo demdulo dinmico de mezclas de concreto asfltico en caliente, recoleccin de datos delespectro de cargas por eje especficas del sitio, o ensayos no destructivos de deflexin. Laobtencin de datos del Nivel 1 requiere ms recursos y tiempo que en los otros niveles.

Los datos del Nivel 2 proporcionan un nivel intermedio de seguridad y deberan estar mscercanos a los procedimientos tpicos usados con las ediciones previas de la GuaAASHTO. Este nivel se debera usar cuando se disponga de recursos o cuando no sedisponga del equipamiento para los ensayos requeridos en el Nivel 1. Los datos del Nivel 2deberan ser tpicamente seleccionados por el usuario, posiblemente de la base de datos deuna agencia, deberan ser derivados de un programa de ensayos limitado, o se podranestimar a partir de correlaciones. Algunos ejemplos podran ser estimar el mdulodinmico del concreto asfltico a partir de las propiedades del aglomerante, los agregadosy la mezcla; o estimar el mdulo elstico del concreto de cemento Portland a partir de losensayos de resistencia a la compresin; o estimar el volumen del trfico del sitio especficoy los datos de clasificacin del trfico conjuntamente con el espectro de carga por eje deuna agencia especfica.

Los datos del Nivel 3 proporcionan el nivel mas bajo de seguridad. Este nivel se podrausar para disear en aquellos lugares donde haya consecuencias mnimas por una falla


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temprana (p.ej., caminos con bajo volumen de trfico). Los datos deberan ser tpicamentevalores seleccionados por el usuario o valores tpicos de la regin. Algunos ejemplosincluyen los valores por defecto del mdulo resiliente de los materiales no ligados o elcoeficiente de expansin trmica por defecto del concreto de cemento Portland para lasclases de mezclas dadas y los agregados usados por la agencia.

Para un proyecto de diseo dado, los datos pueden ser obtenidos usando una mezcla deniveles, tales como el mdulo de rotura del concreto del Nivel 1, el espectro de las cargasdel trfico del Nivel 2 y el mdulo resiliente de la sub-rasante del Nivel 3. Adicionalmente,es importante tener en cuenta que no importa que niveles de datos de diseo se estnusando, el algoritmo de clculo para la falla es el mismo. Se usan los mismos modelos yprocedimientos para predecir las fallas y la rugosidad, no importando que niveles se usenpara obtener los datos de diseo.

1.1.5 COMPORTAMIENTO DEL PAVIMENTO

El concepto de comportamiento del pavimento incluye la consideracin de loscomportamientos funcional, estructural y de la seguridad. Esta Gua est principalmenteinteresada en los comportamientos estructural y funcional. La informacin pertinente a laseguridad se puede hallar en las publicaciones apropiadas de la NCHRP, FHWA yAASHTO. Un aspecto importante de la seguridad es la resistencia friccional en la interfasepavimento/neumtico. Al respecto, la AASHTO ha emitido en 1976 una publicacintitulada Gua para el Diseo de Pavimentos Resistentes al Deslizamiento (10). Una Guarenovada sobre este tpico ser publicada con el nombre de Gua para la Friccin enPavimentos.

El comportamiento estructural de un pavimento se relaciona con su condicin fsica

(agrietamiento por fatiga y ahuellamiento para pavimentos flexibles y escalonamiento en la junta y agrietamiento de la losa para pavimentos rgidos u otras condiciones que podranafectar adversamente la capacidad de soportar cargas de la estructura del pavimento o quedeberan requerir mantenimiento). Algunos de esos tipos de falla clave pueden predecirsedirectamente utilizando conceptos mecanicistas y estn directamente considerados en elprocedimiento de diseo.

Al comportamiento funcional de un pavimento le concierne cuan bien le sirve el pavimentoal usuario de la carretera. Note que se asume una geometra adecuada para la velocidad dediseo. El confort o la calidad de la transitabilidad es la caracterstica dominante delcomportamiento funcional. Para cuantificar el confort de la transitabilidad, se desarroll elconcepto de serviciabilidad-comportamiento por el personal de la CarreteraExperimental AASHO en 1957 (11). Todas las versiones previas de la Gua, usaronecuaciones de diseo empricas construidas alrededor del concepto serviciabilidad-comportamiento. En tal enfoque, la serviciabilidad de un pavimento es expresada entrminos de una media de la Calificacin de la Serviciabilidad Presente (PSR por sus siglasen ingls) por un panel de usuarios de carreteras.

El PSR fue correlacionado con mediciones de la condicin del pavimento y se llam Indicede Serviciabilidad del Pavimento (PSI por sus siglas en ingls). El comportamiento de unpavimento fue representado por la historia de su serviciabilidad. El PSI se obtiene demedidas de la rugosidad y fallas (p.ej., agrietamiento, bacheo y profundidad de la huellapara pavimentos flexibles) en un tiempo dado durante la vida de servicio del pavimento. El

perfil longitudinal es el factor dominante en la estimacin del PSI de un pavimento y es porlo tanto, el principal componente del comportamiento.


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En esta Gua, el indicador funcional elegido para el comportamiento es la rugosidad, entrminos del Indice Internacional de Rugosidad (IRI por sus siglas en ingls). El IRI fueadoptado como una medida estndar de la rugosidad por las siguientes razones:

El IRI es una estadstica calculada del perfil de la carretera y puede ser fcilmenteobtenido a partir del perfil longitudinal medido a lo largo de la huella vehicular.

Las correlaciones entre el IRI y otras medidas de la rugosidad son consistentementealtas a diferentes velocidades.

Se ha encontrado que el IRI correlaciona bastante bien con otros paneles deusuarios para la calificacin de la serviciabilidad.

El enfoque prctico empleado es empezar con el IRI inicial, inmediatamente despus de laconstruccin (el cual es dependiente de las especificaciones de rugosidad de laconstruccin) y luego predecir cambios del IRI en el tiempo en funcin de las fallas en elpavimento, condiciones del sitio y mantenimiento. Los detalles de este enfoque sedescriben en la PARTE 3, Captulos 3 y 4, as como en los apndices relacionados.

El concepto de rugosidad-comportamiento, est basado en las siguientes suposiciones: Las carreteras son para el confort y conveniencia del pblico viajero y esto solo es

posible por medio de pavimentos lisos.

El confort y la calidad de la transitabilidad, aunque subjetivos, pueden relacionarsecon seguridad al perfil medido del pavimento (la correlacin es la misma,independientemente del tipo de superficie).

La rugosidad medida es el factor dominante en la prediccin de la serviciabilidad yen el comportamiento basado en la serviciabilidad, como se define en el CaminoExperimental AASHO (es decir, el comportamiento est representado por lahistoria de la serviciabilidad del pavimento).

Ciertas fallas del pavimento pueden medirse objetivamente y relacionarse con larugosidad.

El procedimiento de diseo AASHTO de 1993, selecciona aspectos de diseo de unpavimento dado para satisfacer criterios de comportamiento basados en la serviciabilidadinicial y terminal. La serviciabilidad inicial,pi, medida en trminos del PSI, es un estimadodel PSI inmediatamente despus de la construccin. La serviciabilidad terminal, pt,tambin medida en trminos del PSI, es el valor mas bajo aceptable del comportamiento,antes del mantenimiento o rehabilitacin.

Basados en esos valores de serviciabilidad y en la rugosidad inicial tpica, obtenida con losprocedimientos de construccin y especificaciones de rugosidad actuales, se proporcionan

los siguientes rangos de valores de la rugosidad inicial (IRIi) y terminal (IRIt) para todoslos tipos de pavimentos, nuevos o rehabilitados, como valores por defecto en el software.Por supuesto, el diseador puede ingresar diferentes valores si as lo desea. Las agenciasque tienen una especificacin efectiva de lisura a largo plazo, pueden alcanzar valores deIRI hacia el lmite inferior de este rango.

IRIi inicial tpico despus de la construccin = 50 a 100 pulgadas/milla (0.8 a 1.6m/km)

IRItterminal tpico = 150 a 200 pulgadas/milla (2.4 a 3.2 m/km)

Los principales factores que influyen en la prdida de rugosidad de los pavimentos son lasfallas tales como los agrietamientos, el ahuellamiento, el escalonamiento, el

punzonamiento, los mismos que a su vez estn influenciados por el diseo, materiales, sub-rasante, trfico, edad y medio ambiente. La rugosidad se toma en cuenta considerando la


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rugosidad inicial inmediatamente despus de la construccin y los cambios subsecuentesdurante la vida del pavimento asumiendo el efecto daino de las fallas, como se muestra enla Ecuacin 1.1.4 y se ilustra en la Figura 1.1.5.

Figura 1.1.5 Tendencias en el comportamiento del pavimento, ilustradas usando losvalores de la serviciabilidad (usada en las versiones previas de la Gua AASHTO) y los

valores del IRI (usados en esta Gua)

El formato del modelo de rugosidad est basado en una combinacin de la rugosidadinicial, cambio en la rugosidad debido al incremento en las fallas individuales, cambio enla rugosidad debido a las condiciones del sitio y actividades de mantenimiento. La Figura1.1.5 muestra el comportamiento del pavimento basado en la serviciabilidad existente, PSIy el IRI. El proceso de diseo de pavimentos en esta Gua proporciona aspectos de diseopara las condiciones existentes del sitio que aseguran que los valores de la rugosidad

terminal estn dentro de los lmites aceptables para un diseo dado.S(t) = So + (a1SD(t)1 + a2SD(t)2+..+ anSD(t)n) + bj Sj + cj Mj (1.1.4)

donde:

S(t) = rugosidad del pavimento en un tiempo tespecfico (IRI)So = rugosidad inicial, inmediatamente despus de la construccin (IRI)SD(t)(i= 1 a n) = cambio en la rugosidad debido a la falla i-sima en un tiempo tdado

durante el perodo de anlisisa(i=1n), bj, cj = constantes de regresinSj = cambios en la rugosidad debido a factores del sitio (sub-rasante y

edad)Mj = cambios en la rugosidad debido a actividades de mantenimiento

Serviciabilidad

Tiempo (falla creciente)

Perodo de Anlisis

Tiempo (falla creciente)

Indice Internacional de Rugosidad

Perodo de Anlisis

pi

pt

IRIi

IRIt


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1.1.6 CARACTERIZACION DEL TRAFICO

La Gua considera las cargas del trfico de camiones en trminos del espectro de carga poreje, como se describe en detalle en la PARTE 2, Captulo 4. Se considera el espectro decargas por eje total, para ejes simples, tandem, tridem y tetradem. El software utiliza el

nmero de camiones pesados como un indicador general de la magnitud de las cargas deltrfico de camiones (clase 4 y superiores de la FHWA).

Los niveles jerrquicos de los datos del trfico son:

Nivel 1, el enfoque recomendado para caminos con alto volumen de trfico,requiere la compilacin y anlisis de los datos del trfico del sitio especfico,incluyendo el conteo vehicular por clase y por direccin y carril. Se desarrollan lasdistribuciones espectrales de las cargas por eje para cada clase de vehculo a partirde los datos de pesos por eje recolectados en o cerca del lugar del proyecto. Seproyectan los volmenes de trfico por clase de vehculo para el perodo de anlisisy se usa el espectro de carga desarrollado para cada clase, para estimar las cargaspor eje. Se pueden usar presiones de contacto, espaciamiento entre neumticos yespaciamiento entre ejes, por defecto o a partir de datos del usuario.

El Nivel 2 es similar al Nivel 1, requiriendo datos de clasificacin y volumenespecficos del sitio.

El Nivel 3 proporcionar datos del espectro de carga por defecto para una clasefuncional especfica de carretera. El diseador aplica esos valores por defecto paradatos de volumen vehicular disponibles o estimados.

1.1.7 CARACTERIZACION DE LOS MATERIALES DEL PAVIMENTO

1.1.7.1. Consideraciones Generales

Se proporcionan guas para la caracterizacin de los materiales, de tal manera que eldiseador pueda desarrollar datos apropiados sobre las propiedades de los materiales paraser usados en la porcin del anlisis en el proceso de diseo. Los parmetros del materialnecesarios para el proceso de diseo pueden clasificarse en uno de los siguientes tresgrupos principales:

Datos de materiales del modelo de respuesta del pavimento

Materiales relacionados con el criterio de falla del pavimento

Otras propiedades de los materiales

Los datos de materiales del modelo de respuesta del pavimento se relacionan con elmdulo y con la relacin de Poisson usados para caracterizar el comportamiento de la capadentro del modelo especfico. Los materiales ligados generalmente despliegan una relacinlineal o algo lineal del esfuerzo-deformacin. Los materiales granulares generalmentemuestran una disminucin del mdulo con un incremento del esfuerzo. Se han desarrolladorelaciones del estado mdulo-esfuerzo para materiales granulares y para suelos degradacin fina. Los detalles de la caracterizacin del mdulo se discuten en la PARTE 2,Captulo 2. En la prctica, los valores asumidos de la relacin de Poisson son aceptablespara diseo de pavimentos en la rutina emprico-mecanicista, basados en modelos deanlisis estructural elstico isotrpico. Esto es cierto debido a que el parmetro tiene

lmites bien definidos para tipos de materiales especficos y debido a que los datos de


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esfuerzo, deformacin y desplazamiento del modelo de respuesta no son particularmentesensibles al parmetro.

Los parmetros del material asociados con los criterios de falla de los pavimentos,normalmente estn unidos a alguna medida de la resistencia del material (resistencia alcorte, resistencia a la compresin, mdulo de rotura) o a alguna manifestacin del efecto

real de la falla (deformacin permanente bajo cargas repetidas, falla de fatiga de losmateriales PCC).

La otra categora de propiedades de materiales la constituye aquellas asociadas con

propiedades especiales requeridas para la solucin de diseo. Ejemplos de esta categorason los coeficientes de expansin y contraccin trmica del PCC y de las mezclasasflticas.

1.1.7.2. Clases de Materiales

Para los fines de esta Gua, todos los materiales de pavimentacin han sido clasificados enuna de las siguientes categoras:

Concreto asfltico mezcla en caliente de gradacin densa (HMAC por sus siglas eningls).

Materiales de Base permeable tratada con asfalto de gradacin abierta (ATPB porsus siglas en ingls).

Mezcla asfltica en fro (CMA por sus siglas en ingls).

Concreto de cemento Prtland (PCC por sus siglas en ingls).

Materiales de Base tratada con cemento (CTB por sus siglas en ingls) y deconcreto pobre (LCB por sus siglas en ingls).

Materiales permeables de gradacin abierta tratados con cemento (CTPB por sussiglas en ingls).

Materiales de base de agregados no estabilizados (AB por sus siglas en ingls),referida tambin como base granular de agregados (GAB por sus siglas en ingls) omateriales de agregados gruesos (CA por sus siglas en ingls).

Capas modificadas o estabilizadas con cal.

Suelos de sub-rasante

Lecho rocoso

Estas categoras se definen mejor en la PARTE 2, Captulo 2, donde se describen losprocedimientos de ensayo y se dan los valores tpicos de la relacin de Poisson.

1.1.7.3 Niveles de Caracterizacin de los Materiales

Los datos de caracterizacin de los materiales estn definidos en tres niveles designadosNiveles 1, 2 y 3. Los datos del Nivel 1 se han derivado de ensayos de campo o laboratorio.Los datos del Nivel 2 se obtienen usando correlaciones con los ensayos disponibles. Losdatos del Nivel 3 tpicamente son valores por defecto. Los detalles de la caracterizacin

jerrquica de los datos se dan en la PARTE 2, Captulo 2.

1.1.8 MODELACION ESTRUCTURAL DEL PAVIMENTO

1.1.8.1Modelos de Respuesta Estructural


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La modelacin estructural apropiada de estructuras nuevas y rehabilitadas de pavimentosrgidos y flexibles es el corazn del procedimiento de diseo con base mecanicista. Se usanmodelos de respuesta estructural para calcular los esfuerzos crticos, deformaciones ydesplazamientos en sistemas de pavimentos flexibles y rgidos debido a las cargas deltrfico y a los factores climticos (temperatura y humedad). Esas respuestas se utilizan

luego en modelos de falla, para falla acumulada, mes a mes, a lo largo de todo el perodode diseo. La falla acumulada en cualquier momento se relaciona con fallas especficastales como agrietamiento por fatiga o ahuellamiento, lo cual luego se predice usando unmodelo de agrietamiento calibrado en el campo (este es la principal parte emprica delprocedimiento de diseo emprico-mecanstico).

Los modelos estructurales seleccionados para usar en esta Gua con los pavimentosflexibles, incluyen el programa elstico multicapa JULEA para el anlisis elstico lineal(LEA por sus siglas en ingls). Si el usuario opta por usar los datos jerrquicos del Nivel 1,para caracterizar la respuesta no lineal del mdulo de cualquier material de capa no ligado(bases, sub-bases y/o sub-rasantes), se utiliza el programa 2-D de elementos finitos DSC2D(13)

para conducir un anlisis por elementos finitos (FEA por sus siglas en ingls). Sinembargo, este enfoque no ha sido calibrado y solamente se recomienda con fines deinvestigacin en estos momentos. No se us el enfoque de la red neural (NN por sus siglasen ingls), para proporcionar soluciones ms rpidas en la solucin de la respuesta LEA,debido a la complejidad del problema.

El modelo estructural para el anlisis de pavimentos rgidos es un programa 2-D deelementos finitos, ISLAB2000, desarrollado bajo un estudio de fondos compartidos (14).Debido a que se necesitan miles de clculos de repuestas para cualquier diseo, estemodelo estructural de base FEA se us como base para desarrollar redes neurales (NN) desoluciones rpidas. Las redes neurales fueron entrenadas dentro de miles de resultados deISLAB2000. Esas NN proporcionan soluciones seguras y virtualmente instantneas para

respuestas crticas y fueron desarrolladas de tal manera que se cumplieran rpidamente lagran cantidad de clculos necesarios.

Los modelos de respuesta estructural requieren algunos datos, incluyendo los siguientespara cada mes a lo largo de todo el perodo de diseo:

Cargas del trfico

Seccin transversal del pavimento

Relacin del Poisson de cada capa

Mdulo elstico de cada capa

Espesor de cada capa

Friccin capa a capa (PCC a base)

Coeficientes de contraccin y expansin trmica para HMA y PCC,respectivamente

Temperatura en los materiales HMA y gradiente de humedad en las losas PCC.

Dados estos datos, los modelos estructurales producen esfuerzos, deformaciones ydesplazamientos en ubicaciones crticas en las capas de pavimento y de sub-rasante.

1.1.8.2Acumulacin de Fallas por Incrementos

El procedimiento de diseo es el primero que incluye la capacidad de acumular fallas sobre

una base mensual (o quincenal, dependiendo de las condiciones de helada) a lo largo detodo el perodo de diseo. Este enfoque intenta simular cmo es la naturaleza de la falla en


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el pavimento, por incrementos, carga por carga, durante perodos de tiempo continuos.Acumulando la falla quincenal o mensualmente, el procedimiento de diseo se hace muyverstil y comprensivo. Las principales ventajas de una acumulacin de fallas porincrementos son las siguientes:

El procedimiento de diseo acumula las fallas de manera similar a como ellasocurren en el campo, por incrementos.

Los incrementos (tpicamente mensuales), se seleccionan para combinar cambiosclimticos (temperatura y humedad) que ocasionan cambios en los materiales delas capas, cambios en la abertura de las juntas, cambios en las cargas de trfico ycambios en el envejecimiento y las propiedades de los materiales en el tiempo.

Se debe considerar el efecto de las cargas del trfico durante el da y la noche(debido a las diferencias en los gradientes de temperatura).

Este enfoque permite el uso del mdulo elstico dentro de un perodo de tiempo dado, talcomo un mes, que es representativo de ese incremento de tiempo. Por ejemplo, en el calordel verano, el mdulo dinmico del HMA (E*), es mucho ms bajo que en el fro de

invierno. El mdulo resiliente de una capa de base no ligada y de una sub-rasante de granofino, puede variar con el grado de saturacin. Este procedimiento tambin es permitidopara el envejecimiento de los materiales de pavimentacin. Por ejemplo, los materialesasflticos envejecen con el tiempo, incrementando su rigidez. Esto es modelado de talmanera que elE* de la mezcla asfltica est incrementando constantemente en el tiempo.Lo mismo es vlido para las losas de PCC. El PCC envejece mes a mes y ao a ao a lolargo del perodo de diseo. Este cambio en el mdulo elstico (Ec) y en la resistencia a laflexin del PCC se utiliza en el procedimiento de diseo. Los gradientes trmicos sondiferentes en los meses de verano a los de invierno. Se cree que las capacidades aadidasde la acumulacin de fallas por incrementos, de lejos tienen ms peso que su principaldesventaja relacionada con el tiempo de computacin.

1.1.8.3Anlisis del Diseo de Prueba

El enfoque es iterativo y comienza con la seleccin de los diseos iniciales de prueba. Seselecciona un diseo de prueba en base a la experiencia pasada de la agencia o a diseosgenerales de catlogos (9). Cada estrategia de diseo analizada incluye todos los detalles,tales como estimaciones iniciales de espesores de capa, reparaciones requeridas en elpavimento existente y caractersticas de los materiales del pavimento. Se analizan lassecciones de prueba, acumulando fallas por incrementos a lo largo del tiempo, usando larespuesta estructural del pavimento y los modelos de comportamiento. Las respuestas del

anlisis (la cantidad espectada de fallas en el tiempo), se usan luego para estimar las fallasen el tiempo y el trfico, por medio de modelos calibrados de fallas. Se hacenmodificaciones a las estrategias de prueba y se realizan posteriores iteraciones hastaencontrar un diseo satisfactorio que cumpla el criterio de comportamiento y laconfiabilidad de diseo.

1.1.9. EVALUACION DE LOS PAVIMENTOS EXISTENTES PARAREHABILITACION

La Gua incluye procedimientos y guas para realizar evaluaciones a nivel de proyecto de

las estructuras del pavimento, para identificar alternativas de rehabilitacin (ver PARTE 3,Captulo 5) y en el diseo de la rehabilitacin (ver PARTE 3, Captulos 6 y 7). Tambin


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proporciona guas para determinar aquellos datos considerados esenciales para losdiferentes tipos de diseos de rehabilitacin.

Algunos de los datos de entrada discutidos incluyen:

Condicin del carril de trfico del pavimento (p. ej., fallas, rugosidad, friccin

superficial y deflexiones). Condicin de la interfase pavimento-berma

Aspectos del diseo de pavimentos (p. ej., espesores de capa, caractersticasestructurales y requerimientos de construccin).

Propiedades de materiales y suelos

Volmenes y cargas de trfico

Condiciones climticas

Condiciones de drenaje

Factores geomtricos (p. ej., luces en los puentes)

Aspectos de seguridad (p. ej., tasa y ubicacin de accidentes)

Factores miscelneos (p. ej., servicios y luces libres)La evaluacin a nivel de proyecto presentada en este captulo cubre las tres estructurascomunes de pavimentos flexible, rgido y compuesto (HMA/PCC). Tambin sepresentan en este captulo los procedimientos usados para la evaluacin de pavimentos y lavaloracin de la condicin del pavimento existente. La condicin global del pavimento y ladefinicin del problema se determinan evaluando los siguientes aspectos principales delpavimento existente:

Suficiencia estructural (relacionada a la carga)

Suficiencia funcional (relacionada al usuario)

Suficiencia del sub-drenaje

Durabilidad de los materiales Condicin de las bermas

Variacin de la condicin del pavimento o del comportamiento dentro de unproyecto

Restricciones miscelneas (p. ej., restricciones de luces laterales y en puentes ycontrol del trfico)

La categora estructural se relaciona con aquellas propiedades y aspectos que definen larespuesta del pavimento a las cargas del trfico. Los datos sern usados en los diseosemprico-mecanicistas de las alternativas de rehabilitacin. La categora funcional serelaciona con las caractersticas superficiales y subterrneas que definen la resistencia

friccional y otras caractersticas de seguridad de la superficie del pavimento.El sub-drenaje y la durabilidad de los materiales pueden afectar tanto la condicinfuncional como la estructural. La condicin de la berma es muy importante en trminos dela seleccin del tipo de rehabilitacin y porque puede afectar el costo del proyecto. Lasvariaciones dentro de un proyecto se refieren a las reas donde hay una significativavariabilidad en la condicin del pavimento. Tales variaciones pueden ocurrir a lo largo dela longitud del proyecto, entre carriles (carril de camiones versus otros carriles), entreporciones de corte y relleno de la carretera y en las aproximaciones de los puentes,intercambios o intersecciones.

Factores miscelneos tales como la condicin de la junta en pavimentos de concreto y el

agrietamiento reflejo en pavimentos compuestos, son importantes para la condicin globalde tales pavimentos, pero solamente deben evaluarse donde sean relevantes.


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Finalmente, la evaluacin del pavimento a nivel de proyecto incluye la identificacin de lasrestricciones que pueden encontrarse durante la rehabilitacin (tales como la disponibilidadde alturas libres adecuadas en los puentes para colocar sobre capas y restricciones en elcontrol del trfico). Esto es muy importante para seleccionar las alternativas derehabilitacin factibles y para el anlisis del costo del ciclo de vida.

1.1.10 IDENTIFICACION DE ALTERNATIVAS FACTIBLES DEREHABILITACION

La Gua proporciona una visin general de las estrategias para la rehabilitacin depavimentos flexibles, rgidos y compuestos, existentes. Una estrategia de rehabilitacinfactible es aquella que seala la causa de falla y deterioro del pavimento y es efectiva enminimizar, reparar, o prevenir que vuelva a ocurrir. Una estrategia de rehabilitacinfactible debe satisfacer restricciones crticas tales como el control del trfico. Lostratamientos de reparacin son acciones tomadas para restaurar la integridad del pavimento

(es decir, para resolver el problema de manera definitiva), tales como el relleno de unbache. Los tratamientos de prevencin son acciones tomadas para detener o retardar elproceso de deterioro, tal como una sobre capa estructural para reducir las deflexionescrticas.

Una estrategia de rehabilitacin se define como una combinacin de tratamientos dereparacin y preventivos (variando desde tratamientos de reparacin simple tales como elsellado de grietas, hasta la colocacin de sobre capas), realizados en un perododeterminado de tiempo para restaurar la habilidad de un pavimento existente con el objetode soportar el trfico futuro espectado con un adecuado comportamiento funcional.

Este captulo cubre los principales tratamientos de rehabilitacin y estrategias tpicamente

usadas en la rehabilitacin de pavimentos flexibles, rgidos y compuestos. Tambinpresenta guas generales para identificar estrategias de rehabilitacin factibles y luego paraseleccionar la estrategia preferida de rehabilitacin a ser usada en un proyecto especfico.

La siguiente es una lista de las principales opciones de rehabilitacin que pueden seraplicadas de manera individual o en combinacin, para obtener una estrategia derehabilitacin efectiva:

Reconstruccin sin adicin de carriles.

Reconstruccin con adicin de carriles.

Sobre capa estructural (puede incluir la remocin y el reemplazo de capasseleccionadas del pavimento).

Sobre capa no estructural. Restauracin sin sobre capas (pavimentos PCC).

1.1.11 DISEO DE PROYECTOS DE REHABILITACION

La Gua presenta procedimientos para utilizar los resultados en la evaluacin depavimentos flexibles, rgidos o compuestos, existentes y el diseo de rehabilitaciones conHMA y PCC para esos pavimentos. El diseo estructural de esas rehabilitaciones es muysimilar al diseo emprico-mecanicista de pavimentos nuevos o reconstruidos, con lasalvedad de que se considera completamente la condicin del pavimento existente. Primero

se debe proponer un diseo de rehabilitacin de prueba para luego ser evaluado usando elsoftware de la Gua de Diseo, el cual predice los tipos de falla clave y la rugosidad. Se


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verifica su idoneidad y se hacen revisiones de ser necesario para cumplir con los criteriosde comportamiento.

1.1.12 CONFIABILIDAD DE DISEO

Prcticamente todo lo asociado con el diseo de pavimentos nuevos y rehabilitados, esvariable o incierto por naturaleza. Tal vez la incertidumbre mas obvia de todas es laestimacin de las cargas del trfico para muchos aos en el futuro. Los materiales y laconstruccin tambin introducen una significativa cuota de variabilidad. Adems, lospavimentos muestran una variacin significativa en su condicin a lo largo de toda sulongitud.

An cuando por medio de los conceptos mecanicistas se proporcione una metodologa mssegura y realista para el diseo de pavimentos, se necesita de un mtodo prctico paraconsiderar las incertidumbres y variaciones en el diseo, de tal manera que los pavimentosnuevos o rehabilitados puedan disearse para un nivel deseado de confiabilidad.

La confiabilidad ha sido incorporada en la Gua de un modo uniforme y consistente paratodos los tipos de pavimentos. Se encuentra disponible una solucin analtica que permitedisear para un nivel deseado de confiabilidad para cada tipo de falla y grado derugosidad. La confiabilidad de diseo se define como la probabilidad de que cada tipo defalla clave y rugosidad, sean menores que un nivel crtico seleccionado durante el perodode diseo.

R = P [Falla durante el Perodo de Diseo < Nivel Crtico de Falla] (1.1.5)

La confiabilidad de diseo se define a continuacin en trminos del IRI:

R = P [IRI durante el Perodo de Diseo < Nivel Crtico de IRI] (1.1.6)

Por ejemplo, la confiabilidad para el agrietamiento por fatiga se define como:

R = P [Agrietamiento por Fatiga durante el Perodo de Diseo

< 20% del Area del Carril] (1.1.7)

Note que esta definicin vara de las definiciones previas de la Gua de Diseo AASHTO,en que considera cada falla clave prevista y el IRI directamente en la definicin. Las Guasprevias definen la confiabilidad en trminos del nmero de cargas por eje simpleequivalente previstas hasta la serviciabilidad terminal (N), siendo menores que el nmerode cargas por eje simple equivalente (n) realmente aplicadas al pavimento.

R = P [N< n] (1.1.8)

Este enfoque produce resultados que indican que los pavimentos ms gruesos siempreincrementan la confiabilidad de diseo. Sin embargo, esto no siempre es verdadero para lasmedidas del comportamiento clave adoptadas en esta Gua. En el enfoque adoptado en laGua, se pueden considerar algunos aspecto de diseo diferentes al espesor (p. ej., diseode la mezcla HMAC, dowels para pavimentos de concreto simple con juntas ymejoramiento de la sub-rasante para todos los tipos de pavimentos), para mejorar laconfiabilidad estimada en el diseo.

Los diseadores comienzan el proceso de diseo configurando un diseo de prueba. Elsoftware que acompaa al procedimiento de diseo de la Gua, proporciona una prediccin

de los tipos de fallas clave y de la rugosidad durante el perodo de vida del pavimento. Estaprediccin esta basada en los valores medios o promedio de todos los datos, como se


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ilustra en la Figura 1.1.6. Las fallas y la rugosidad previstas, representan por tanto, losvalores medios que puede pensarse ocurren a un estimado del 50% de confiabilidad (esdecir, hay un 50% de oportunidad que la falla o el IRI previstos sean mayores o menoresque la prediccin media).

Figura 1.1.6 Concepto de la Confiabilidad de Diseo para la Rugosidad (IRI).

Para casi todos los proyectos, el diseador requerir de una alta probabilidad de que eldiseo cumpla con los criterios de comportamiento a largo de la vida de diseo. De hecho,cuanto ms importante sea el proyecto, en trminos de las consecuencias de falla, ms altoel valor deseado de la confiabilidad de diseo. Las consecuencias de falla en una autopistaurbana son mucho mayores que las ocasionadas por la falla en un camino rural. A menudo,las agencias han usado el nivel del volumen de trfico o el trfico de camiones como elparmetro para seleccionar la confiabilidad de diseo.

Debido a los errores asociados en la prediccin de fallas y la rugosidad de pavimentos, porel uso de funciones de transferencia, la falla o el IRI reales pueden ser ms altos o msbajos que los valores medios espectados. La distribucin del error para una falla o IRIdados, alrededor de la prediccin media espectada, es funcin de muchas fuentes de

variacin e incertidumbre, incluyendo:

Errores en la estimacin de las cargas del trfico.

Fluctuaciones en el clima a lo largo de muchos aos.

Variaciones en los espesores de capa, propiedades de los materiales ycaractersticas de la sub-rasante a lo largo del proyecto.

Diferencias en los materiales tal como fueron diseados y tal como fueronconstruidos y otras propiedades de capa.

Errores en las mediciones de las cantidades de fallas y del IRI.

Limitaciones y errores en el modelo de prediccin

Las distribuciones de probabilidad de las medidas del comportamiento clave alrededor desus valores medios son importantes para establecer la confiabilidad de diseo de cadamedida. La Figura 1.1.6 ilustra una distribucin de probabilidades del IRI y la Figura 1.1.7

probabilidad defalla ()

confiabilidad

R = (1-)

IRIen la falla

IRIpromedio

prediccin de laconfiabilidad R

prediccin mediaR = 50 por ciento


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ilustra una distribucin de probabilidades para el agrietamiento. De esas figuras, laprobabilidad R, de que cada falla o IRI sea mayor que su correspondiente definida por elusuario se computa y plotea a lo largo del perodo de vida (las predicciones deconfiabilidad a un nivel arbitrario R, por encima de las predicciones medias se muestracomo lneas punteadas en las figuras).

Figura 1.1.7 Concepto de la Confiabilidad de Diseo para una Falla Dada.

La forma y ancho de la distribucin de probabilidades de cada falla e IRI en cuestin sonimportantes y deben conocerse a priori en este enfoque. Las fallas y el IRI tienen

distribucin normal aproximadamente dentro de los rangos de falla e IRI que son de intersal diseo. La desviacin estndar para cada tipo de falla se determin a partir del error delmodelo de prediccin (error estndar del estimado) de los resultados de la calibracinusados para cada falla clave. Cada modelo fue calibrado a partir de los datos del LTPP yotros comportamientos de campo. El error en la prediccin de, digamos, el ahuellamiento,se obtuvo de la diferencia entre los resultados del ahuellamiento previsto y elahuellamiento medido en todas las secciones de la base de datos. Esta diferencia o errorresidual, contiene toda la informacin disponible sobre las maneras en las c

Guia2002 ParteI Capitulo1 Introduccion

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