INTRODUCCIÓN

Un pavimento debe ser diseñado de tal manera que las cargas impuestas por el tránsito no generen deformaciones permanentes excesivas. En el caso de los pavimentos flexibles estas deformaciones se producen en cada una de las capas. Los métodos de diseño de pavimentos suponen que las deformaciones permanentes ocurren solamente en la subrasante. Sin embargo, en vías donde se construyen capas asfálticas delgadas o de baja rigidez (vías de bajo tráfico) las capas granulares soportan el esfuerzo aplicado casi en su totalidad y la magnitud de dichos esfuerzos puede llegar a generar valores altos de deformación permanente.

Por lo tanto, las metodologías de diseño deben comenzar a tener en cuenta las deformaciones que se producen en estas capas, y los modelos para predecir dichas deformaciones, deben ser capaces de reproducir el comportamiento de estos materiales bajo diversas trayectorias de carga cíclica y condiciones del medio ambiente.

El dimensionamiento de la estructura de un pavimento es un tema que preocupa a los técnicos de carreteras. Durante mucho tiempo, se han utilizado métodos que tienen gran correlación experimental y considerable tiempo de uso para su verificación. Estos métodos suelen clasificarse en tres grupos:

a. Métodos totalmente empíricos, en los que generalmente se emplean factores de seguridad muy altos, lo que trae consigo que se obtengan espesores excesivos que no responden a las verdaderas necesidades de la vía en estudio. Ejemplo de ellos son los métodos fundados en una clasificación de los suelos, como el del Índice de Grupo.

b. Métodos semiempíricos, basados en ensayos arbitrarios de laboratorio correlacionados con teorías más o menos razonables. Entre éstos se encuentran todos los basados en el ensayo CBR, el método de Hveem y el de Texas.

c. Métodos racionales, basados en consideraciones teóricas sobre distribución de esfuerzos y deformaciones. Entre éstos se encuentra el Navy, Shell e Instituto del Asfalto (versión 1981).

Aunque la mayor parte de la información de que se dispone en nuestro medio proviene de los Estados Unidos de América, en los últimos años se han difundido criterios de origen europeo, que han contribuido a dar una visión más amplia y general sobre el diseño de pavimentos. Sin embargo, es conveniente tener en cuenta que los espesores obtenidos al aplicar los métodos enunciados, son válidos para el lugar donde han sido establecidos, no pudiéndose aplicar, sin riesgos, en otras regiones con distintas condiciones climáticas y de tránsito. Por lo que su empleo en otro sitio debe estar condicionado a la experimentación y a las modificaciones que de modo forzoso deben realizarse en los lugares donde se pretende aplicarlos.

2. NORMATIVIDAD VIGENTE:

El 25/10/2008 se publica el Reglamento Nacional de Gestión de Infraestructura Vial, que en anexo forma parte del Decreto Supremo Nº034-2008-MTC, el mismo tiene, entre otros objetivos, definir las pautas para las normas técnicas de diseño, construcción y mantenimiento de carreteras, caminos y vías urbanas. Este Reglamento rige en todo el territorio de la República del Perú y es de aplicación por los tres niveles de gobierno (Local, Regional y Nacional).

Su alcance está referido a las vías que conforman el Sistema Nacional de Carreteras (SINAC), dicho reglamento considera en su artículo 20 la relación de manuales de gestión de carreteras que deben ser aprobados. Asimismo, ha precisado en su artículo 18º que los manuales son documentos de carácter normativo y de cumplimiento obligatorio, que sirven como instrumentos técnicos a las diferentes fases de gestión de la infraestructura vial.

Los manuales para la gestión de carreteras son: (Artículo 20° DS 034-2008-MTC)

• Diseño geométrico • Suelos, geología, geotecnia y pavimentos • Puentes • Túneles, muros y obras complementarias • Hidrología, hidráulica y drenaje • Especificaciones técnicas generales para construcción • Ensayo de materiales • Estudios socio ambientales • Dispositivos de control del tránsito automotor para calles y carreteras • Seguridad vial • Mantenimiento o conservación vial

Es así que en cumplimiento del DS 034-2008-MTC, El 18/02/2013 con RD Nº 05-2013- MTC se publica la sección “Suelos y Pavimentos” del Manual de Carreteras del MTC y el 22/03/2013 se publica la actualización de las EG-2000, EG-2013.

MANUAL DE CARRETERAS

El 06/03/2013 entra en vigencia la Sección: Suelos y Pavimentos, del Manual de Carreteras - "Suelos, Geología, Geotecnia y Pavimentos", como documento normativo y de cumplimento obligatorio para la gestión de la infraestructura vial. El mismo que se encuentra en la página web del Ministerio de Transportes y Comunicaciones (http://www.mintc.qob.pe).

El Manual es de aplicación a carreteras nuevas y proyectos de refuerzo y reconstrucción, comprendiendo pavimentos flexibles, semirígidos y rígidos, y caminos afirmados. Sin embargo, se excluyen los diseños en zonas urbanas, pavimentos con tráficos mayores a 1,150 vehículos pesados

por día o mayor a 30,000,000 de ejes equivalentes en un período de 20 años, y diseños sobre suelos con valores de CBR menores a 6%. En estas situaciones se indica la necesidad de estudios especiales que involucran la verificación del comportamiento de la estructura de pavimento propuesta. (Chang Albitres, 2013).

En este manual el procedimiento de diseño de pavimentos flexibles y rígidos adoptado es el método AASHTO 93 (método empírico basado en el ensayo experimental AASHO realizado a principios de los años 60 en Iowa, Estados Unidos).

Se han desarrollado catálogos con estructuras de pavimento propuestas para diferentes condiciones de tráfico y tipos de suelo de fundación, simplificando el procedimiento original de AASHTO 1993 al utilizar cuadros de doble entrada en los que se obtiene la estructura de pavimentos conociendo la categoría de tráfico y el CBR de la subrasante.

EG-2013 MTC

El Ministerio de Transportes y Comunicaciones a través de la Dirección General de Caminos y Ferrocarriles (DGCF), presentó el Manual de Carreteras “Especificaciones Técnicas Generales para Construcción–EG2013” que tiene como propósito estandarizar los procesos y los criterios técnicos a fin de obtener mejores índices de calidad de obra y contribuir a la disminución de controversias.

Las EG-2013 forman parte de los manuales de carreteras aprobados por el Reglamento Nacional de Gestión de Infraestructura Vial (DS N° 034-2008- MTC) y es de cumplimiento obligatorio por los órganos responsables de la gestión vial en los 3 niveles de Gobierno (Nacional, Regional y Local), en estas

especificaciones cada partida relativa a la construcción de carreteras, contiene la descripción de la actividad a realizar, los requerimientos técnicos de ejecución, materiales, equipos, aceptación de los trabajos, medición y pago.

Las “EG-2013” constan de 2 tomos (I y II) está organizado en 9 capítulos y secciones que abarcan las diferentes partidas genéricas y específicas. Además “tiene concordancia con el documento de carácter normativo denominado “Glosario de Partidas”, aplicables a obras de rehabilitación, mejoramiento y construcción de carreteras y puentes”.

NORMA TÉCNICA CE.010 PAVIMENTOS URBANOS

La Norma Técnica CE.010 Pavimentos Urbanos, parte del Reglamento Nacional de Edificaciones (RNE). Esta Norma Técnica tiene el objeto de establecer los requisitos mínimos para el diseño, construcción, rehabilitación, mantenimiento, rotura y reposición de pavimentos urbanos, desde los puntos de vista de la Mecánica de Suelos y de la Ingeniería de Pavimentos, a fin de asegurar la durabilidad, el uso racional de los recursos y el buen comportamiento de aceras, pistas y estacionamientos de pavimentos urbanos, a lo largo de su vida servicio.

El RNE contempla sesenta y nueve (69) Normas Técnicas; que por Decreto Supremo N° 011-2006-VIVIENDA, se aprobaron sesenta y seis (66) Normas Técnicas del RNE y se constituyó la

Comisión Permanente de Actualización del RNE, a fin que se encargue de analizar y formular las propuestas para su actualización, quedando pendiente de aprobación tres (03) Normas Técnicas, entre ellas, la Norma Técnica CE.010 Aceras y Pavimentos; que, con informe N° 04-2009A/IVIENDAA/MVUCPARNE, el Presidente de la Comisión Permanente de Actualización del RNE, eleva la propuesta de modificación del índice del Reglamento Nacional de Edificaciones, respecto a la denominación de la Norma Técnica CE.010 Aceras y Pavimentos por CE.010 Pavimentos Urbanos, y de aprobación de la referida Norma Técnica.

3. PAVIMENTOS DE ASFALTO O FLEXIBLES

a. PAVIMENTOS ASFÁLTICOS CONVENCIONALES

Los pavimentos asfálticos convencionales son sistemas de capas con mejores materiales en la parte superior donde la intensidad de los esfuerzos son altos y materiales de calidad menor en la parte inferior, donde la intensidad de los esfuerzos es baja. La adhesión a este principio de diseño hace posible el uso de materiales locales y por lo general resulta en un diseño más económico. Esto es particularmente cierto en regiones donde los materiales de alta calidad son caros, pero materiales locales de inferior calidad están disponibles

Estructura de pavimento asfáltico convencional, muestra que a partir de la parte superior, el pavimento está formado por una capa de concreto asfáltico (capa de rodadura), capa de imprimación, capa de base granular, sub-base granular, subrasante compactada y el subsuelo natural.

b. PAVIMENTOS ASFÁLTICOS A PROFUNDIDAD PARCIAL O DEEP STRENGTH.

Son estructuras que comprenden una capa asfáltica superficial de gran espesor generalmente compuesta a su vez por dos capas asfálticas ligadas: una capa de rodadura de mezcla asfáltica de muy buena estabilidad (Marshall 9000 N) y otra capa asfáltica intermedia de estabilidad media (Marshall 6000 u 8000 N); La capa asfáltica es colocada sobre una base granular (no estabilizada).

c. PAVIMENTOS ASFALTICOS EN TODO SU ESPESOR O FULL DEPTH.

Son pavimentos asfálticos compuestos por una o varias capas asfálticas desde el nivel de rasante hasta el nivel de subrasante; por ejemplo: capa de rodadura, binder (mezcla asfáltica abierta) o base estabilizada con asfalto.

d. CAPAS DE ASFALTO-PIEDRA (CONTAINED ROCK ASPHALT MATS – CRAM)

Es una moderna alternativa de estructura de pavimento asfáltico, comprende de una capa de mezcla asfáltica en caliente de graduación densa MAC (hot mix asphalt HMA, en inglés), capa de piedra de gradación densa, capa de piedra de gradación abierta y una capa de mezcla asfáltica en caliente de gradación densa modificada como capa más profunda. La construcción de CRAM se encuentra todavía en fase experimental y no ha sido ampliamente aceptada para su uso práctico.

DISEÑO DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS EN VÍAS CON BAJOS VOLÚMENES DE TRÁNSITO

¿Por qué elegir un pavimento flexible?

Para la elección del tipo de pavimento a utilizar, se debe tener en cuenta que no siempre el pavimento de menor costo inicial es el más conveniente; es necesario justificar los beneficios que éste pueda tener a través de su vida útil. El tipo de pavimento elegido es el flexible, debido a que reúne las mejores condiciones para el medio donde se encuentra y desarrollará. Ello se justifica de acuerdo a los siguientes criterios:

• El pavimento flexible es más económico que un pavimento Pórtland • Las posibles reparaciones son fáciles ya que se limitan al área afectada. • El tiempo necesario para la construcción y apertura de vías con pavimentos flexibles

es menor que en pavimentos rígidos. • No necesita juntas de construcción.

FACTORES DE DISEÑO

Para el diseño estructural de pavimentos deben de considerarse los siguientes factores:

Tráfico vehicular Capacidad de soporte del suelo de fundación Materiales Condiciones climatológicas Condiciones de drenaje

TIPOS DE FALLAS EN LOS PAVIMENTOS FLEXIBLES

Fallas por insuficiencia estructural

Se trata de pavimentos construidos con materiales inapropiados en cuanto a resistencia o con materiales de buena calidad, pero en espesor insuficiente. En términos generales esta es la falla que se produce cuando las combinaciones de la resistencia al esfuerzo cortante y los respectivos espesores no son los adecuados para que se establezca un mecanismo de resistencia apropiado.

Fallas por defectos constructivos

Se trata de pavimentos quizás bien proporcionados y formados por materiales resistentes, en cuya construcción se han producido defectos que comprometen el comportamiento conjunto.

Fallas por fatiga

Se trata de pavimentos que estuvieron en condiciones apropiadas, pero que por la continua repetición de las cargas del tránsito sufrieron efectos de fatiga, degradación estructural, pérdida de resistencia y deformación acumulada. Además de la clasificación por su origen, conviene agrupar las fallas de los pavimentos flexibles por el modo que suceden y se manifiestan. Desde un punto de vista estrictamente mecánico, las fallas en los pavimentos suelen ser resultado de la deformación bajo

esfuerzos cortantes o de la deformación por consolidación o por aumento de compacidad; estos procesos 209 pueden tener lugar en cualquiera de las capas del pavimento o aún en la subrasante. Entonces los daños que se presentan una estructura pavimento flexible pueden ser clasificados en cuatro categorías:

Fisuras Deformaciones Pérdida de capas estructurales Daños superficiales

DISEÑO PAVIMENTO FLEXIBLE

TRÁNSITO

Desde el punto de vista del diseño del pavimento sólo tienen interés los vehículos pesados (buses, camiones, tractores con remolque), considerando como tales aquellos cuyo peso excede 5 toneladas. Este tipo de vehículos coincide sensiblemente con los de 6 o más ruedas. El resto de los vehículos que puedan circular con un peso inferior (motocicletas, automóviles, camperos, camionetas, tractores sin carga) provocan un efecto mínimo sobre el pavimento, por lo que se tienen en cuenta en su cálculo.

Período inicial de proyecto del pavimento

Se puede definir como el lapso transcurrido desde que se entrega al servicio la estructura, hasta que los deterioros producidos por el tránsito y los agentes ambientales normales hacen que la vía pierda su funcionalidad.

Conviene recordar que a la luz del conocimiento actual, el diseño de un pavimento constituye un complejo problema físico-estructural donde se interrelacionan variables tan diversas como los suelos de soporte, los materiales de construcción, las cargas del tránsito, la geometría de las calzadas, las variables ambientales, la calidad de la construcción y el mantenimiento, etc.

El catálogo de diseño incluye un período inicial de 10 años para todas las estructuras incluídas en él. El ingeniero encargado del mantenimiento, el planificador y el administrador deberán analizar, con el transcurso del tiempo y a la luz de la evolución del tránsito y del comportamiento del pavimento, así como del desarrollo tecnológico, diferentes estrategias de refuerzo para prolongar la vida útil de las calzadas y preservar el patrimonio vial bajo su custodia.

Categorías de tránsito

Los métodos usuales para el diseño de pavimentos asfálticos para vías de transito medio y alto, consideran esta variable en términos de repeticiones de ejes patrones de diseño, generalmente ejes sencillos de 80 kN, cuya valoración con cierto grado de confiabilidad exige

un conocimiento más o menos preciso de la magnitud de las cargas pesadas circulantes, a efectos de establecer su respectiva equivalencia con el eje patrón de diseño. Dicho conocimiento implica un revelamiento in situ de las cargas que, sin duda, resulta de difícil si no de imposible implementación en vías de muy bajo tránsito, cuyo estilo exige una valoración del tránsito pesado de más sencilla consideración.

A tal efecto, en el MANUAL PARA EL DISEÑO DE CARRETERAS NO PAVIMENTADAS DE BAJO VOLUMEN DE TRÁNSITO hace su clasificación en 4 niveles, en función del tránsito promedio diario de vehículos pesados previsto durante el año inicial de servicio del pavimento.

El empleo de esta tabla merece una consideración previa. La mayoría de los métodos de dimensionamiento de pavimentos asfálticos sólo tienen en cuenta el tránsito que circula por un carril, llamado carril de diseño, y el presente método no es la excepción. Sin embargo, es preciso considerar las peculiaridades de las vías para las cuales se va a utilizar. Por ello, si la calzada va a tener menos de 5 metros de ancho, se deberá considerar en el cálculo todo el tránsito esperado en los dos sentidos, pues salvo en el momento en que se crucen, los vehículos circularán centrados y tenderán a producir una sola zona de canalización. Si la calzada va a tener 6 metros o más, se considerará como tránsito de diseño la mitad del total, y si el ancho es igualo mayor de 5 metros y menor de 6 metros, se tomará el 75% del total.

Por otra parte, debe admitirse que el límite de tránsito para aplicar el manual es 200 vehículos pesados por día en el año inicial de servicio y, por lo tanto, si en la vía en estudio se prevé un tránsito mayor, será necesario el empleo de un método de diseño convencional.

Aunque en vías de baja intensidad de tránsito pesado no suele tener importancia, el diseñador no deberá ignorar el hecho de que la carretera puede atraer y generar tránsito por

el beneficio de la pavimentación. Si entre dos puntos existen caminos alternativos y en uno de ellos se mejoran las condiciones de circulación, los vehículos tenderán a circular más por él; así mismo, al mejorar las condiciones de transitabilidad por una determinada zona, hay mayores posibilidades para su desarrollo (urbanismo, creación de industrias, etc.), las cuales implicarán generación de tránsito. En tales eventualidades, el ingeniero deberá efectuar las adiciones que considere pertinentes al tránsito tradicional e históricamente previsible de vehículos pesados.

No suelen existir estadísticas sobre distribución del tránsito en carreteras de bajo volumen de tránsito, pero el diseño de su pavimento tampoco exige un alto grado de fineza en este sentido. Basta con considerar adecuadamente sus variaciones semanales y de temporada. Los días de mercado representan una proporción importante del tránsito pesado semanal y su efecto se puede compensar mediante dos conteos, uno en un día corriente y otro durante el día de mercado. Como estas carreteras prácticamente no tienen tránsito nocturno, conteos de 16 horas (de 6 a.m. a 10 p.m.) resultan normalmente adecuados y precisos. La temporada agrícola también tiene gran incidencia.

Durante y después de las cosechas se presenta un considerable aumento en el tránsito de vehículos pesados, el cual deberá tener en cuenta el diseñador.

Como para efectos del diseño el tránsito requerido es del año inicial de servicio, el valor obtenido en los cálculos deberá proyectarse hasta dicho año. Para ello se podrá tomar una tasa de proyección representativa de las vías de la región, pero en ausencia de ella se podrá adoptar un valor entre 2 y 3% anual.

ESTUDIO DE LA SUBRASANTE

Definición del perfil y programación de los ensayos de resistencia

Completada la exploración y clasificados los suelos por un sistema convencional con el apoyo de la clasificación visual, se deberá elaborar un perfil para cada unidad, con base en el cual se determinan los suelos que controlarán el diseño y se establecerá el programa de ensayos para establecer su resistencia.

Si en un determinado tramo se presenta una gran heterogeneidad en los suelos de subrasante que no permita definir uno como predominante, el diseño se basará en el más débil que se encuentre.

Dada la variabilidad que presentan los suelos (aún dentro de un mismo grupo), así como los resultados de los ensayos de resistencia, el Instituto de Asfalto recomienda la ejecución de 6 a 8 ensayos por suelo, con el fin de aplicar un criterio estadístico para la selección de un valor único de resistencia del suelo.

Teniendo en cuenta los volúmenes de tránsito de las carreteras de que trata el método de variabilidad de las condiciones y los resultados de los ensayos, así como algunos conceptos de

tipo económico parece recomendable la elección de un valor de diseño tal, que el 75% de los valores de resistencia sean inferiores a él, lo que implica que es de esperar un deterioro prematuro hasta en el 25% del pavimento que se construya.

Capacidad de soporte

En Colombia, es práctica habitual el empleo del ensayo CBR de laboratorio para determinar la resistencia de los suelos con fines de diseño de pavimentos. En áreas donde existan pavimentos construidos sobre la misma subrasante, es lícito efectuar medidas directas de su resistencia mediante el ensayo CBR de campo (Norma de Ensayo INV E-) o empleado el penetrómetro dinámico de cono, cuyos resultados pueden extrapolarse a la vía de estudio. De acuerdo con pruebas realizadas hace algunos años por el MOPT, el CBR se puede obtener en este último caso a través de la expresión:

CBR = 567 (ND)ᶺ-1.40

Siendo ND el número dinámico o pendiente de la recta de penetración dentro del suelo (mm/golpe).

Salvo si se realizan directamente bajo pavimentos existentes, las pruebas de CBR de campo y de penetrómetro no son muy recomendables, por la dificultad que existe para asegurar que las condiciones de humedad y densidad dominantes durante el ensayo corresponden a las que prevalecerán bajo el pavimento construido.

Clasificación de las subrasantes

El catálogo estructural incluido en el presente manual requiere que la subrasante sea clasificada en alguna categoría que refleje la gran sensibilidad del diseño a la resistencia del suelo. Dichas categorías se definen a continuación, aclarando que aquellos suelos cuyo CBR sea inferior a 2 requieren un tratamiento especial de adecuación.

En la eventualidad, de no disponer de información sobre la resistencia de la subrasante, la categoría se puede establecer de manera aproximada a partir del conocimiento del tipo de suelo y la posición del nivel freático en la época en que éste se encuentre más cerca de la superficie, tal como lo mostramos en la tabla siguiente, la cual no es aplicable a suelos predominantemente limosos o micáceos, ni a arcillas orgánicas o tropicales intemperizadas.

EJEMPLO DE APLICACIÓN

Considérese una vía en afirmado cuyo tránsito, perfil general y suelos predominantes de subrasante se resumen en la figura siguiente. Sus condiciones actuales son:

Geometría: La carretera atraviesa zonas montañosas, onduladas y planas como lo ilustra la figura. Entre el k O Y el k 13 el ancho medio de calzada es 4 metros, entre el k 13 Y el k 27.5 es 5.20 metros, y de allí en adelante es 6 metros.

Tránsito: Como en la mayoría de las vías rurales secundarias y terciarias, el tránsito es estacional. El tránsito promedio diario (TPD), determinado como se ha indicado atrás, es el que muestra la figura. Puede advertirse que a partir del punto B concurren varias vías alimentadoras que dan lugar a incrementos de tránsito a medida que se avanza.

De acuerdo con los anchos de calzada y las recomendaciones sobre distribución de tránsito de la y las clases de tránsito para efectos de diseño se determinan como lo indican las tablas siguientes:

Suelos: Desde el comienzo hasta el k 12, la vía tiene muy poco tránsito y atraviesa materiales residuales provenientes de areniscas y areniscas-pizarras. Sus valores de CBR son altos y la carretera ha presentado buen comportamiento. A partir del k 12 pasa sobre una terraza de material granular hasta el k 15 + 950, donde entra en un valle constituido por depósitos arcillosos. En el k 36 la carretera asciende de nuevo por la montaña y los materiales que atraviesa son similares a los de los primeros kilómetros.

Clima: El régimen de lluvias es moderado en los primeros kilómetros y alcanza 500 mm/año. Más allá del punto B la intensidad aumenta, alcanzando más de 1.500 mm en el punto C; para volver a disminuir en la zona montañosa.

Condición de la vía: Su comportamiento es variable, dependiendo principalmente de los suelos que atraviesa. La figura muestra resultados detallados de los suelos encontrados en la unidad 4. Las líneas continuas horizontales muestran los tramos donde el comportamiento ha sido más deficiente, los cuales coinciden con la presencia de suelos arcillosos de baja capacidad de soporte. La figura también muestra los puntos localizados donde ocurren filtraciones de agua durante determinados períodos del año.

Unidades de diseño: La figura muestra que la vía se ha dividido en 7 grandes unidades, dependiendo de las condiciones del suelo y del régimen de lluvias. A su vez, las unidades 3 y 4 se han subdividido teniendo en cuenta las diferencias del tránsito.

Suelos predominantes: Los ensayos de identificación de los suelos de subrasante (figura 5.3) indican que éstos varían entre A 1 y A7 según el sistema AASHTO de clasificación de suelos de manera aleatoria, sin que ninguno se presente de manera continua en una longitud suficiente que amerite una subdivisión de la unidad. Por tal motivo, y teniendo en cuenta que los suelos finos controlarán el diseño y el comportamiento del pavimento, se adoptan como suelos predominantes los del grupo A-6, sobre los cuales se concentrarán los ensayos de resistencia.

Ensayos de resistencia: Considerando la recomendación de realizar entre 6 y 8 ensayos de resistencia sobre el suelo predominante de una unidad, se han efectuado 8 pruebas CBR en el laboratorio sobre muestras del suelo A6, compactadas en las condiciones de humedad y densidad apropiadas, las cuales han sido sometidas a inmersión teniendo en cuenta la proximidad del nivel freático y el régimen de lluvias imperante. Los resultados de las 8 pruebas fueron los siguientes: 5.0; 2.0; 7.0; 2.0; 8.0; 7.0; 9.0 Y 5.0.

Resistencia de diseño: El valor de la resistencia de diseño deberá ser aquel igualado o superado por el 75% de los resultados de los ensayos. Su determinación resulta clara con ayuda de la Tabla y de la Figura. La tabla muestra el cálculo de los porcentajes de valores que igualan o superan cada valor de resistencia y en la figura, que es su representación gráfica, se determina el valor de resistencia correspondiente al percentil 75, el cual resulta ser 4.0.

El diseño debe contemplar, también, la necesidad de atender los puntos débiles debidos a condiciones anormalmente altas de humedad de la subrasante. Esta atención puede incluir el diseño de obras de drenaje y de tratamientos de mejoramiento de los suelos de subrasante.

Selección de la estructura

Para determinadas condiciones de resistencia de la subrasante y nivel de tráfico el catálogo ofrece una serie de estructuras equivalentes que se constituyen en alternativas de diseño. El ingeniero mediante la juiciosa ponderación del conjunto de circunstancias presentes en el proyecto en estudio deberá decidir cual de tales alternativas propone como diseño. Algunos de los aspectos a considerar son los siguientes:

La posibilidad de obtener materiales granulares a distancias razonables del proyecto. La posibilidad de disponer de plantas asfálticas en caliente en el área de influencia de

la obra. La posibilidad de estabilización de ligantes hidráulicos o bituminosos de los suelos in-

situ a costos razonables. La experiencia de los constructores de la zona en determinado tipo de estructura de

pavimento. La pluviometría de la región. En regiones muy lluviosas convendría estructuras

impermeables constituidas por capas de base estabilizadas. La intensidad de vehículos livianos que utilizarían la carretera. En el caso de ser

importante el número de automóviles convendría proporcionar una superficie de rodadura lo más suave posible como por ejemplo una capa de Arena-Asfalto.

El costo global de la estructura. En el inciso 5.6 se ilustra el concepto y la metodología de cálculo de este parámetro.

CONSERVACIÓN

Importancia de la conservación

La conservación del pavimento de una vía es el conjunto de actividades que tienen por objeto mantener sus características de serviciabilidad de tal manera que el transporte de personas y mercancías resulte en todo momento seguro, cómodo y económico.

Si la conservación es insuficiente o inadecuada la acción agresiva de las cargas de los vehículos y del clima van degradando progresivamente la condición superficial y estructural de la calzada conllevando a menores velocidades de operación, mayores tiempos de viaje y un deterioro prematuro de los vehículos sumados a incrementos en los consumos de combustible, lubricantes y llantas. Estos sobrecostos en la operación vehicular se deben al mayor trabajo mecánico (aceleraciones y frenadas) necesario para sortear las irregularidades superficiales de la calzada tales como deformaciones y baches.

De lo anterior se concluye la importancia de acometer las acciones de conservación en forma oportuna y eficaz para así garantizar a los usuarios de la carretera el nivel de servio adecuado.

Definiciones

Período de diseño estructural

Es el lapso durante el cual la estructura que se diseña deberá funcionar con un nivel de serviciabilidad superior al mínimo sin requerir de acciones de conservación diferentes a la de un mantenimiento rutinario.

Período de análisis económico

Es el lapso en el cual se analizan los costos asociados a la operación de la vía. Generalmente este período es más amplio que el período de diseño e involucra una o varias rehabilitaciones de la estructura que implican dos o mas ciclos de vida del pavimento.

Conservación rutinaria (CR)

Es el conjunto de actividades que se realizan en forma permanente y sistemática y que consisten en:

• Limpieza de cunetas, descoles, alcantarillas, y demás obras de drenaje. superficial y sub-drenaje.• Limpieza de bermas.• Rocería de taludes y zonas laterales.• Eventual parcheo localizado.

Intervención de rehabilitación

Una vez que el pavimento ha cumplido su período de diseño estructural y se supone está llegando al índice de Serviciabilidad terminal es necesario REHABILITAR la estructura para que preste un servicio satisfactorio durante un nuevo ciclo de vida. Esta rehabilitación consiste generalmente en la construcción de una o más capas que además de ofrecer aporte estructural llevan la condición superficial a un índice de Serviciabilidad óptimo. Las acciones de rehabilitación consideradas en el presente trabajo (entre otras muchas opciones) son las siguientes:

Rl : Escarificado + 15 cm de base granular no tratada + T.S.D.

R2: Escarificado + 20 cm de base granular no tratada + T.S.D.

R3: Riego de liga + S cm de M.A.F. + L.A.-2

R4: Riego de liga + 6 cm de M.A.F. + L.A.-2

R5: Riego de liga + S cm de Arena- Asfalto mezclado en caliente.

R6: Riego de liga + 6 cm de Arena- Asfalto mezclado en caliente.

Estrategia de conservación

Es el conjunto de actividades de conservación (rutinaria y de rehabilitación) localizadas en el tiempo a lo largo del período de análisis económico para garantizar permanentemente un nivel de serviciabilidad satisfactorio a los usuarios de la carretera.

Valor residual (VR)

Al término del período de análisis económico, el pavimento de la carretera presenta una cierta condición superficial y estructural. El valor de la estructura en dicha condición se denomina VALOR RESIDUAL Y se expresa como un porcentaje del costo inicial de construcción.

Estrategias de conservación sugeridas para los diferentes tipos de estructuras

En las Tablas siguentes, se sugieren algunas estrategias de conservación adecuadas para los diferentes tipos de estructuras contempladas en el catálogo y se indica además el valor residual de cada una de ellas para el caso de que se le hubiese implementado dicha estrategia.

Análisis de costos

Uno de los criterios para la selección de la alternativa estructural más adecuada en un caso específico es el COSTO GLOBAL de dicha alternativa.

El costo de un pavimento no solo involucra su costo inicial de construcción sino también los costos anuales de la conservación rutinaria durante el período de análisis económico, el costo de las rehabilitaciones y el valor residual al término de dicho período de análisis.

Cálculo del costo global actualizado de una alternativa estructural

La expresión para el cálculo del costo global de una alternativa dada es la siguiente:

Ce = C 1 + C2 + C3 - V.R.

Ejemplo:

Establecer para un tramo de carretera que se desea pavimentar, cual de las tres alternativas estructurales seleccionadas presenta el menor costo global, es decir, cuál es la más económica.

Parámetros generales de la evaluación:

Período inicial de proyecto: 10 años

Período de análisis económico: 20 años

Única rehabilitación al término del año 10

Tasa de actualización de dinero: 12%

Longitud del tramo a pavimentar: 20 kilómetros

Parámetros de las alternativas estructurales de pavimento:

Cálculo del costo global actualizado (CG) de cada alternativa:

Alternativa 1:

CG = Cl + 7.469 e 2 + 0.322 RlO - 0.104 V.R.

CG = $3.750.000.000 + (7.469 * $21.000.000) + (0.322 * $1.500.000.000)

- (0.104 * $1.312.500.000)

CG = $4.305.632.000

Alternativa 2

CG = Cl + 7.469 e 2 + 0.322 RlO - 0.104 V.R.

CG = $4.200.000.000 + (7.469 * $19.000.000) + (0.322 * $1.200.000.000)

- (0.104 * $2.100.000.000)

CG = $4.509.911.000

Alternativa 3

CG = Cl + 7.469 e2 + 0.322 RlO - 0.104 V.R.

CG = $3.900.000.000 + (7.469 * $22.000.000) + (0.322 * $800.000.000)

- (0.104 * $780.000.000)

CG = $4.240.798.000

De los cálculos anteriores se concluye que la más económica es la Alternativa 3.

CATÁLOGO DE ESTRUCTURAS

Las convenciones adoptadas para la representación de los diseños en las diferentes cartas, son las siguientes:

Tipos de estructuras consideradas en el manual

El catálogo del manual considera las siguientes estructuras tipo:

• Tratamiento superficial doble como capa de rodadura.

Mezcla asfáltica densa tipo arena-asfalto como capa de rodadura.

· Lechada asfáltica sobre mezcla abierta en frío como capa de rodadura.

CARTAS DE DISEÑO

Las cartas diseño incluidas en el método para las diferentes alternativasestructurales se presentan a continuación: