ACONTECIMIENTOS HISTÓRICOS

Aunque el diseño del pavimento ha ido evolucionando desde el arte a la ciencia, el empirismo sigue desempeñando un papel importante, incluso hasta nuestros días. Antes de la década de 1920, el espesor del pavimento se basa únicamente en la experiencia. El espesor de la misma se utilizó para una sección de la carretera a pesar de que los suelos muy diferentes se han encontrado. Como la experiencia ha sido adquirida a lo largo de los años, varios métodos han sido desarrollados por diferentes organismos para determinar el espesor del pavimento requerido. No es ni factible ni deseable para documentar todos los métodos que se han utilizado hasta ahora. Sólo unos pocos métodos típicos serán citados para indicar la tendencia.

Algunos términos técnicos se utilizarán en este capítulo de introducción y revisión. Se presume que los estudiantes que utilizan este libro como un texto son personas mayores o estudiantes de postgrado que han tomado cursos en ingeniería de transporte, materiales de ingeniería civil y mecánica de suelos y están familiarizados con estos términos. En caso de que esto no es cierto, estos términos pueden ser ignorados por el momento, porque la mayoría se explican y aclarado en capítulos posteriores.

PAVIMENTOS FLEXIBLES

Pavimentos flexibles se construyen de bituminoso y materiales granulares. La hoja de abetos carretera de asfalto en los Estados Unidos fue construida en 1870 en Newark, Nueva Jersey. La primera hoja de asfalto del pavimento, que es una mezcla de cemento asfáltico caliente con agua limpia, arena angular, graduada y relleno mineral, se colocó en 1876 en la Avenida Pennsylvania en Washington, DC, con asfalto importado de Trinidad Lake. A partir de 2001 (FHWA, 2001), hay cerca de 2 .5 millones de kilómetros de carreteras pavimentadas en los Estados Unidos, de los cuales el 94% son de asfalto a la superficie.

Los métodos de diseño Métodos de diseño de pavimento flexible se pueden clasificar en cinco categorías: el método empírico, con o sin una prueba de resistencia del suelo, limitando el método falla de corte, lo que limita la deflexión método, el método de regresión basado en el comportamiento del pavimento o prueba de carretera, y el método mecánico-empírico.

MÉTODOS EMPÍRICOS.- La utilización del método empírico sin una prueba de fuerza se remonta al desarrollo de las carreteras públicas (PR) sistema de clasificación del suelo (Hogentogler y Terzaghi, 1929), en la que se clasificó como la subrasante uniforme de la A-1 a A-8 y no uniforme de B-1 a B-3. El sistema de RP fue posteriormente modificado por la Junta de Investigación de Carreteras (HRB, 1945), en los que los suelos se agruparon de A-1 a A-7 y un índice de grupo se añadió a diferenciar el suelo dentro de cada grupo. Steele (1945) discutió la aplicación de la clasificación HRB y el índice de grupo en la estimación de la sub - base y el espesor del pavimento total sin una prueba de resistencia. El método empírico con una prueba de fuerza fue utilizada por primera vez por el Departamento de Carreteras de California en 1929 (Porter, 1950). El espesor de pavimentos se relaciona con la relación de soporte California (CBR), definida como la resistencia a la penetración de un suelo de subrasante con relación a un estándar de roca triturada. El método CBR de diseño se ha estudiado ampliamente por la U. S. Cuerpo de Ingenieros de la Segunda Guerra Mundial y se convirtió en un método muy popular después de la guerra.

La desventaja de un método empírico es que sólo se puede aplicar a un conjunto dado de material del medio ambiente, y las condiciones de carga. Si estas condiciones cambian, el diseño ya no es válido, y un nuevo método debe ser desarrollado a través de ensayo y error para ser conforme a las nuevas condiciones.

Método de falla corte limite.- El método a cortante limitación se usa para determinar el espesor de pavimentos de modo que los errores de cizallamiento no se producirán. Las propiedades principales de componentes del pavimento y suelos de sub-rasante a considerar son la cohesión y el ángulo de fricción interna. Barber (1946) aplicó la fórmula de Terzaghi capacidad de soporte (Terzaghi, 1943) para determinar el espesor del pavimento. McLeod (1953) abogó por el uso de espirales logarítmicas para determinar la capacidad de soporte de los pavimentos. Estos métodos fueron revisados por Yoder (1959) en su libro Principios de Diseño de Pavimentos, pero ni siquiera se mencionó en la segunda edición (Yoder y Witczak, 1975). Esto no es sorprendente, ya que, con la velocidad cada vez mayor y el volumen de tráfico, aceras deben estar diseñados para el confort de conducción y no para apenas la prevención de fallas de cizalla.

Método de la deflexión límite.- El método de deflexión limitación se usa para determinar el espesor de pavimentos de manera que la deflexión vertical no excederá el límite admisible. La Comisión Kansas State Highway (1947) de la ecuación modificada de Boussinesq (Boussinesq, 1885) y se limita la deflexión de la subrasante a 0,1 pulgadas (2,54 mm). La Marina de los EE.UU. (1953) aplica dos capas Burmister la teoría

(Burmister, 1943) y limita la desviación de la superficie a 0 .25 in. (6,35 mm). El uso de deflexión como un criterio de diseño tiene la ventaja evidente que se puede medir fácilmente en el campo. Por desgracia, las fallas del pavimento son causadas por el estrés y las tensiones excesivas en lugar de deflexiones.

Métodos de regresión basada en pruebas de rendimiento del pavimento o carretera.- Un buen ejemplo de la utilización de las ecuaciones de regresión para el diseño del pavimento es el método AASHTO basa en los resultados de las pruebas de carretera. La desventaja de este método es que las ecuaciones de diseño se pueden aplicar sólo a las condiciones en el sitio de prueba de carretera. Para condiciones distintas de aquellas en las que las ecuaciones se desarrollaron extensas modificaciones basadas en la teoría o la experiencia son necesarias. Las ecuaciones de regresión también pueden ser desarrolladas a partir de la realización de pavimentos existentes, tales como los utilizados en la evaluación de los sistemas de pavimento COPES (Darter et al., 1985) y EXPEAR (Hall et al, 1989). A diferencia de los pavimentos sometido a pruebas en carretera, los materiales y la construcción de estos pavimentos no estaban bien controlados, por lo que una gran dispersión de los datos y un error estándar grande se espera. Al pesar de estas ecuaciones puede ilustrar el efecto de diversos factores sobre el comportamiento del pavimento, su utilidad en el diseño de pavimentos es limitada debido a las muchas incertidumbres involucradas.

Método mecánico empirico.- El método mecánico-empírico de diseño se basa en la mecánica de materiales que relacionan la entrada, tal como una carga de la rueda, para una respuesta de salida o el pavimento, tales como estrés o tensión. Los valores de respuesta se utilizan para predecir de socorro de laboratorio de prueba y los datos de rendimiento de campo. La dependencia en el desempeño observado es necesaria porque la teoría por sí sola no ha demostrado ser suficiente para diseñar pavimento realista.

Kerkhoven y Dormon (1953) sugirió por primera vez el uso de la tensión de compresión vertical en la superficie de la sub-base como un criterio de fallo para reducir la deformación permanente: Saal y Pell (1960) recomienda el uso de la tensión de tracción horizontal en la parte inferior de la capa de asfalto para minimizar la fatiga formación de grietas, como se muestra en la Figura 1 .1. El uso de los conceptos anteriores para el diseño del pavimento se presentó por primera vez en los Estados Unidos por Dormon y Metcalf (1965).

El uso de la tensión de compresión vertical para controlar la deformación permanente se basa en el hecho de que las deformaciones plásticas son proporcionales a las tensiones elásticas en materiales de pavimentación. Así, mediante la limitación de las deformaciones elásticas sobre la sub-base, las deformaciones elásticas en otros componentes por encima de la capa de asiento también será controlado, por lo que la magnitud de la deformación permanente en la superficie del pavimento será controlada a su vez. Estos dos criterios han sido adoptados por Shell International Petroleum (Claussen et al., 1977) y por el Instituto del Asfalto (Shook et al., 1982) en sus mecanicista-empíricos métodos de diseño. Las ventajas de los métodos mecanicistas son la mejora de la fiabilidad de un diseño, la capacidad de predecir el tipo de angustia, y la viabilidad de extrapolar de campo limitado y los datos de laboratorio.

El término "mezcla de asfalto en caliente" en la Figura 1 .1 es sinónimo con el comúnmente utilizado "hormigón asfáltico." Se trata de una mezcla de agregados de asfalto producido en un lote o tambor instalación de mezcla que debe mezcló, propagación, y se compacta a una temperatura elevada. Para evitar la confusión entre el hormigón de cemento Portland (PCC) y concreto asfáltico (AC). El plazo concreto de mezcla en caliente (HMA) se utiliza con frecuencia en este libro, en lugar de concreto asfáltico.

Otras novedades.- Otras novedades en el diseño de pavimento flexible incluyen la aplicación de los programas de ordenador, la incorporación del servicio y fiabilidad, y la consideración de carga dinámica.

Pavimentos Rígidos.- Pavimentos rígidos se construyen de hormigón de cemento Portland. El primer pavimento de hormigón, construido en Bellefontaine, Ohio en 1893 (Fitch, 1996), 15 años antes que theone construido en Detroit, Michigan, en 1908, como se menciona en la primera edición. A partir de 2001, había alrededor de 59,000 millas (95,000 km) de pavimentos rígidos en los Estados Unidos. El desarrollo de métodos de diseño de pavimentos rígidos no es tan dramática como la de pavimentos flexibles, ya que la tensión de flexión en el hormigón ha sido considerado como uno de los principales, o incluso el único, factor de diseño.

Soluciones analíticas.- Soluciones analíticas que van desde fórmulas de forma cerrada simples para derivaciones complejas están disponibles para la determinación de las tensiones y deformaciones en pavimentos de hormigón.

Fórmula de Goldbeck.- Al tratar el pavimento como una viga en voladizo con una carga concentrada en la esquina, Goldbeck (1919) desarrolló una ecuación simple para el diseño de pavimentos rígidos, como se indica por la ecuación. 4.12 en el Capítulo 4. La misma ecuación se aplicó por Older (1924) en la Prueba de Bates Road.

Análisis de Westergaard sobre bases líquidas.-