APLICACIÓN DEL SISTEMA DISEÑO MECANÍSTICO AL DISEÑO DE

PAVIMENTOS

INTRODUCCIÓN

Dentro del diseño de pavimentos para calles y carreteras se encuentra un sinnúmero de

generalidades como pueden ser: La mayoría de los métodos de diseño de pavimentos

tienen un alto grado de empirismo, propio de las agencias que lo han desarrollado, es por

ello que es común obtener diferentes espesores al aplicar distintos métodos de diseño,

empleando los mismos datos, es decir gran parte de estas diferencias se debe a la falta de

descripción precisa y cuantitativa de lo que constituye la falla de un pavimento de calle o

carretera. Por lo que al proceso de diseño de pavimentos se los puede dividir en dos

grupos:

- Empírico.-Basado en resultado de experiencias de campo, es decir que las

relaciones observadas no están necesariamente asociadas a una base científica.

- Mecanicista.- Basado en la mecánica del comportamiento estructural ante el

comportamiento de cargas, es decir se conoce las propiedades fundamentales de

los materiales y la geometría de la estructura sometida a solicitaciones.

En el presente se hará énfasis a lo que es el diseño Mecanicista

DISEÑO MECANICISTAS EMPÍRICO

Dentro de este proceso de diseño asume que las componentes mecanicistas permiten

determinar la respuesta del pavimento ante situaciones “críticas” de cargas y clima,

utilizando modelos matemáticos es decir que calcula respuesta del pavimento ante

tensiones, deformaciones y deflexiones entendiendo en forma particular acumula daño

producido durante el periodo de diseño, mientras que los componentes empíricos

relacionan respuesta del pavimento con indicadores observados de comportamiento, es

decir relaciona el daño en el tiempo con deterioros típicos, a través de modelos de

regresión como por ejemplo; Fisuras, ahuellamiento, agrietamiento, etc. Parte de este

proceso de diseño se lo puede representar en el siguiente esquema:

Fig. 1Procedimiento de diseño de pavimento Mecanicista-Empírico

Para el diseño de Pavimento Mecanicista-Empírico hay que tener en cuenta los principales

aspectos como lo son:

- Ingreso de datos (Exactitud, ensayo de laboratorios, ensayos en situ, etc.

- Definición de tránsito (Volumen, Distribución de carga por eje, velocidad, etc.)

- Factores climáticos (Temperatura, humedad, latitud, longitud, etc.)

- Estructura de Pavimento (Modelos elásticos multicapa, vida de diseño

- Materiales (Concreto asfaltico, materiales base y subbase

- Fallas Consideradas ( Fisuración por fatiga, Ahuellamiento Fisuración longitudinal,

Fisuración térmica, etc.)

- Confiabilidad ( variabilidad y aleatoriedad del diseño)

- Modelos de deterioro (Pavimentos flexibles “Piel de cocodrilo o Fisuración,

Ahuellamiento, Fisuración térmica, lisura”, Pavimentos Rígidos “ Fisuras

transversales en pavimentos de hormigón simple con juntas, losas fisuradas,

escalonamiento ”

- Servialidad

A continuación algunas fallas consideradas dentro del análisis para el diseño

Fig. 2Fisuración por fatiga o piel de cocodrilo y Ahuellamiento

Fig. 3 Fisuración longitudinal, Fisuración Térmica, Escalonamiento, Punzonados

Criterio de falla por fatiga.- Dependen de la deformación horizontal de tensión en la

fibra inferior de las capas asfálticas su ecuación viene descrita por:

Criterio de falla por Ahuellamiento.- Se puede generar en cualquier capa del

pavimento, y su causa es principalmente por el sobreesfuerzo de la subrasante

Criterio de falla por Deflexión.-

CONCLUSIONES

- Se concluye que dentro de lo que es diseño de pavimentos nuestro país todavía

acoge la practica actual es decir que nos encontramos en el diseño empírico y que

necesitamos de manera inmediata acogernos a lo que es el diseño Mecanicista-

Empírico que es lo que nuestro vecinos como lo son, Colombia, Argentina Perú etc.

Ya viene implementando este nivel que para ellos es actual en el desarrollo

alcanzado en la práctica profesional en un momento determinado.

IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA SUPERPAVE EN EL DISEÑO DE MEZCLAS

ASFÁLTICAS

INTRODUCCIÓN

De acuerdo a la insuficiencia mostrada en el diseño y construcción, los políticos

americanos no entendían cómo obras diseñadas para un determinado número de años

necesitaban mantenimientos costosos después de pocos años de construidos. Es Por ello,

que en el año 1987, el Congreso Americano destina un presupuesto para crear un

organismo técnico cuya finalidad del mismo es la de evaluary proponer nuevos métodos

de diseño. Esta inversión sobrepasaba los 150 millones de dólares y cuya metodología

implementada es la metodologíaSUPERPAVE “Superior PerformingAsphaltPavement”de

diseño de mezclas asfálticas, cuyo propósito es de mejorar el desempeño y duración de las

carreteras volviéndolas más seguras tanto para automovilistas como para lostrabajadores

de las mismas.

SISTEMA SUPERPAVE

El diseño de mezclas SUPERPAVE debe considerar 4 etapas las mismas que son:

- Selección de materiales.

- Diseño de la estructura granular.

- Contenido de ligante.

- Evaluación de la sensibilidad al humedecimiento.

Selección de materiales

Selección de Agregados.- Los agregados deben cumplir: 4 ensayos

obligatoriosson: Angularidad del agregado grueso,ASTM D 5821; Angularidad del

agregado Fino, AASHTO T 304-96; PartículasChatas y Alargadas, ASTM D 4791; y

Equivalente de Arena, AASHTO T 176. Y ensayos denominados propiedades de

fuente, especificados por la normativa local es decir pueden ser Abrasión ASTMC

131, Ensayo de Durabilidad AASHTO T 104 y Partículas Friables y Terronesde

Arcilla AASHTO T 112.

Ensayos de Ligante.- La temperatura de ensayo del ligante se cambia de acuerdo

al grado que es seleccionado en base a condicionesclimáticas y el proceso de

producción. Las propiedades son evaluadas con los ensayos de

ligantesSUPERPAVEy son directamente relacionadas con el comportamientoen el

campo. El ligante es ensayado para 3 condiciones: durante la

preparación:transporte, almacenado y manipulado; conEnvejecimiento“corto”

luego de la producción y con Envejecimiento “largo”durante su vida de servicio. Se

considerael rango completo de temperaturas que experimentaráel pavimentoen el

lugardelproyecto, sobre todo las temperaturas extremas en servicio. Los

ensayosdel ligante se han desarrollado con la finalidad de controlar los 3 tipos de

fallas típicas que sufren las carpetas asfálticas: deformación permanente,

agrietamiento por fatiga y agrietamiento térmico.

Fig. 4(a) Deformaciones Permanentes debido al tiempo de servicio, tráfico pesado y altas temperaturas; (b) Agrietamiento por Baja Temperatura y (c) Agrietamiento por Fatiga debido a las deformaciones elásticas,

tráfico tiempo de servicio

Determinación de la Gradación del Ligante. - SUPERPAVE clasifica el ligante en

función de las temperaturas extremasde calor y frío del pavimento,considerando

un registro de temperaturasde 20 años

Diseño estructural Granular

Este se evalúa con el Compactador Giratorio SUPERPAVE, SCG instrumento que

compacta las muestras de manerasimilar a la que se obtendrá bajo tráfico. La

compactacióntiende a orientarlas partículasde agregado de manera similar a las

observadasen campo.

Fig. 5 Compactación de un molde en el compactador Giratorio SUPERPAVE

Sensibilidad al humedecimiento.- Se evalúa a través de ensayos de resistencia en muestras

sometidas a la influencia de la saturación por 24 horas a una temperatura de 60C. La pérdida

deresistenciadeberá ser no menor al 80%

Método SMA “Stone MasticAsphalt”

Este método SMA se basa en una estructura granular donde predomina el contacto pie-

dra-piedra el mismo que le provee de alta resistencia cortante, baja de

formaciónpermanente y considera un mayor porcentajede ligante con mayor

durabilidad.La granulometría del SMAes incompleta(”gap-gradedaggregate”).

Fig. 6 Imagen SMA y SUPERPAVE

Estas imágenes muestran la diferencia entre el Superpavey el SMA. El SMAtieneun

estructura granular muy porosa y requiere mayor contenido de asfalto ylanecesaria

incorporación de fibras paraevitarla segregación con el ligantedurantela mezcla.El costo

del SMA es entre 20 a 25% mayores que las mezclas asfálticas convencionales; sin

embargo, el comportamientodel SMAbajo tráfico pesado y climasfríos es calificado en los

EE.UU. como excelente. Ademástiene un bajocostode mantenimiento y una duración que

alcanza los 30 años de servicio.La National Center forAsphaltTechnology, EE.UU. evaluó el

comportamientode 85 proyectos de SMA. Más del 90% de los proyectos presentaban

asentamientospermanentes menores de 4 mm.y 25% no presentaban

asentamientossignificativos. Las mezclas de SMApresentabanmayor resistencia al

agrietamientocomparadoscon las mezclas convencionales probablemente

almayorcontenido de ligante. No había evidencia de erosión de las aguas pluvialessobre la

superficie de la mezcla asfáltica en los proyectos.Experiencias en Georgia indican que el

SMA tiene entre 30 y 40% menos asentamientospermanentes que las mezclas

convencionales y de 3 a 5 veces mayorresistencia al agrietamientopor fatiga. La evaluación

de la sensibilidad al escurrimientodurante el proceso de mezclado es muyimportanteen el

SMA.Elensayo simula las condiciones durante la producción, almacenaje, el transportey la

colocación. El escurrimiento es la determinación de la porción de lamezcla(finos y ligante)

que se separay fluye escurriéndose de la mezcla.

CONCLUSIONES

- El SUPERPAVE arroja un diseño optimizado tomando en cuenta

condicionantesambientales locales para la selección del agregado, en ese aspecto

deja libertada las agencias descentralizadas los requisitos mínimos de la calidad

delagregado.

- El SUPERPAVEconsidera aspectos geológicos del asfalto como laresistenciaa la

tracción, los esfuerzos inducidos por la contracción térmica, lasensibilidada la

temperatura y el humedecimiento y como el componente débildela mezcla.

Bibliografía

Gomez, Garnica P. Delgado H. 2004.Aspectos del diseño volumetrico de mezclas asfaltica.

Mexico : Instituto Mexicano del Transporte, 2004.

Minaya, Ordoñez A y.Conseptos mecanísticos en la Ingeniería de Mezclas asfalticas

"CONGRESO NACIONAL DE ASFALTO". Lima : s.n.