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Diseño Estructural de Pavimentos Asfálticos

1. Oe li UNAM DISE O ESTRUCTURAL DE PAVIMENTOS ASF LTICOS INCLUYENDO CARRETERAS DE ALTAS ESPECIFICACIONES DISPAV 5 VERSI N 2 0 SANTIAGO CORRO C GUILLERMO PRADO O INSTITUTO DE INGENIER A UNAM SERIES DEL INSTITUTO DE INGENIER A CIS JULIO 1999 The reproduction of this document or parts of it or the copy of the DISPAV 5 computer program and other included files are forbidden without the authors and Institute s written permission Prohibida la reproducci n parcial o total de este informe o la copia del programa del programa de c mputo DISPAV 5 y otros archivos incluidos sin la autorizaci n escrita de los autores y del Instituto Institute of Engineering UNAM 1999 Instituto de Ingenier a UNAM 1999 OO mi UNAM DISE O ESTRUCTURAL DE PAVIMENTOS ASFALTICOS INCLUYENDO CARRETERAS DE ALTAS ESPECIFICACIONES DISPAV 5 VERSI N 2 0 SANTIAGO CORRO C GUILLERMO PRADO O INVESTIGADOR INSTITUTO DE INGENIER A UNAM JULIO 1999 NDICE ABSTRACT RESUMEN 1 INTRODUCCI N AL CRITERIO DE DISE O ESTRUCTURAL 1 1 Opciones de c lculo 1 2 Entrada al programa interactivo de c mputo DISPA V 5 2 PROCEDIMIENTO PARA DISE O ESTRUCTURAL 2 1 Entrada de datos del proyecto 2 2 Dise o por deformaci n permanente en la rodada 2 3 Revisi n del dise o por efectos de fatiga 2 4 Ajustes al dise o anterior 3 PROCEDIMIENTO PARA REVISI N 3 1 Entrada de datos
2. clasificados en M xico no se consideran los veh culos especiales de manera que el usuario introduzca la proporci n en que participa cada uno de ellos en el tr nsito promedio La suma de todos los porcentajes debe ser 100 en caso de no ser as el programa pide que se vuelvan a meter todos los datos de distribuci n en por ciento por tipo de veh culo Carga por eje de cada tipo de veh culo incluido en la composici n del tr nsito en toneladas El programa presenta la carga m xima permisible por eje tomando en cuenta las cargas m ximas legales publicadas en el Diario Oficial del 7 de enero de 1997 el proyectista puede dejar esas cargas o puede modificarlas de acuerdo con sus conocimientos del tr nsito en el camino de inter s Presi n de inflado de las llantas en cada tipo de veh culo incluido en la composici n del tr nsito en kg cm2 Proporci n de veh culos cargados y vac os Este es un dato dif cil de obtener se sugiere emplear una proporci n constante para todos los tipos de veh culo entre 60 y 80 de veh culos cargados y el complemento a 100 de veh culos vac os si el proyectista tiene conocimiento de que la proporci n es diferente tiene opci n de emplear su estimaci n 5 4 Criterio de c lculo Con los datos anteriores se calculan los coeficientes de equivalencia de cada tipo de veh culo para 5 15 30 60 90 y 120 cm de profundidad empleando el criterio desarrollado por los auto
3. 88 Vida previsible Tr nsito de proyecto Deformaci n 7 3 2il Fatiga 2 4 2 6 Se observa que la vida previsible por fatiga se acerca al tr nsito de proyecto de hecho la diferencia est dentro de la tolerancia El dise o puede quedar de esta manera o incrementar ligeramente el espesor de la carpeta Capa Espesor Carpeta asf ltica 7 5 Base granular 15 Sub base 15 Subrasante 30 La vida previsible ahora es Vida previsible Tr nsito de proyecto Deformaci n 10 2 2 7 Fatiga 2 6 2 6 El dise o puede quedar con 7 7 5 cm de carpeta Obs rvese que para efectos de deformaci n la vida previsible est sobrada por lo que el proyectista puede estudiar otras alternativas de dise o que satisfagan los requisitos estructurales y que puedan ser m s econ micas Se vuelve a enfatizar que el proyectista no debe considerar que el programa DISPAV 5 es el que proporciona el dise o ste es responsabilidad del proyectista que propone alternativas de dise o y el programa es solamente una herramienta de an lisis 89 8 3 Ejemplo 3 Se quiere revisar la vida previsible del pavimento mostrado en la figura 8 4cm Concreto asf ltico E 35 000 kg cm 9 3 cm Mezcla asf ltica E 22 000 kg cm 21 5cm Base granular VRSZ 295 E 3 150 kg cm 39 2 cm Subrasante VRSz 25 E 1240 kg cm Terracer a VRSz 6 E 456 kg cm E M dulo de rigidez estimado emple
4. La relaci n de m dulos admisible se obtiene de la ecuaci n K 0 2h 0 45 ecuaci n proveniente de la compa a Shell donde h es el espesor de la capa superior en mm 3 1 6 Relaciones de Poisson Este par metro es de dif cil determinaci n ya que se requiere contar con equipo de prueba din mico y medidores de deformaci n muy sensibles para registrar simult neamente deformaciones verticales y horizontales resilientes Por esta raz n se sugieren al usuario dentro del programa valores promedio en cada capa aunque se permite modificarlos en caso de que se tenga informaci n confiable para los materiales espec ficos del proyecto 3 1 7 Nivel de confianza del proyecto 24 Se sugiere 85 por ciento como un nivel de confianza razonable del proyecto Sin embargo el usuario puede introducir el nivel de confianza que considere adecuado a su proyecto entre 50 y 99 por ciento 3 2 Vida previsible por deformaci n permanente y por fatiga Con los datos anteriores el programa calcula la vida previsible del pavimento por deformaci n permanente acumulada por el tr nsito y por fatiga en este ltimo caso se deben calcular las deformaciones unitarias de tensi n en la parte inferior de las capas asf lticas El avance del c lculo se muestra en la barra horizontal de la pantalla La vida previsible en millones de ejes equivalentes de 8 2 t se muestra para cada una de las capas de la secci n estructural de manera que el proyectista p
5. Capa Carpeta Base granular Sub base Subr as ante Terraceria Se han sugerido algunos valores como m dulos de rigidez de capas no estabilizadas Esos valores se obtuvieron de Mod de rigidez 30000 3265 1719 1058 401 adecuaciones en casos particulares Quiere hacer cambios en alg n valor s n Relaci n de Poisson El programa propone relaciones de Poisson para cada tipo de material si el proyectista tiene informaci n confiable que indique que el valor es diferente al anotado puede modificarlo En este ejemplo se aceptan los valores propuestos 85 E 130 VRSA 7 Esta ecuaci n se obtiene para condiciones generales pero puede requerir Nivel de confianza Se acepta el nivel propuesto de 85 Dise o por deformaci n Una vez concluida la entrada de informaci n el programa calcula los espesores requeridos para evitar la falla prematura por deformaci n de las capas no estabilizadas con asfalto El dise o obtenido es el siguiente Al calcular los espesores se ha llegado a algunos que no son aceptables simplemente por razones pr cticas de construcci n como en la base granular y sub base YE DISPAV 5 Dise o propuesto Capa Esp dise o cm Carpeta Base granular Sub base Subrasante 33 La Base granular requiere solo 7 3 cm Quiere eliminar esa capa s n n_ El programa permite que el dise ador elimine alguna de esas capas y pregunta al proyectista
6. M dulo de rigidez El proyectista debe tenerlo en caso contrario debe terminar la corrida del programa para estimar su valor ya sea en pruebas de laboratorio o estimarlo con el programa MODULO 18 Relaci n de Poisson Si una vez introducida la base asf ltica el n mero de capas del pavimento es mayor que cinco se requiere eliminar una de las capas no asf lticas para no rebasar el n mero m ximo de capas aceptado por el programa Si el n mero de capas incluida la base asf ltica no rebasa cinco no se requiere ning n ajuste Despu s de haber ajustado el n mero de capas en caso de ser necesario el proyectista tiene opci n de modificar los espesores de las capas restantes para tomar en cuenta los cambios realizados 4 Terminar la corrida del programa En este caso el programa le da la opci n de imprimir el ltimo dise o encontrado antes de terminar Despu s de cambiar las propiedades de los materiales si eligi la alternativa 1 o de incrementar algunos espesores de capa si eligi la alternativa 2 o definir la capa de base asf ltica si tom la tercer alternativa el programa vuelve a calcular la vida previsible por fatiga y por deformaci n para el nuevo sistema de capas y compara de nuevo con los tr nsitos de proyecto 2 4 2 La vida previsible est en un intervalo de 10 del tr nsito de proyecto En este caso se tiene ya un dise o que satisface los requerimientos para evitar la deformac
7. Se observa que aun no se alcanza la vida de proyecto por fatiga por lo que se incrementa el espesor de carpeta en 2 cm m s El nuevo dise o y el resultado del c lculo de vida previsible queda de la siguiente manera YE DISPAV 5 DATOS Y RESULTADOS DEL DISE O Camino de altas especificaciones Nivel de confianza en el dise o Capa H cm 19 0 20 0 15 0 50 0 Semi inf VRSZ 100 0 40 0 20 0 5 0 E kg cm2 30000 3265 1713 1058 401 Carpeta Base granular Sub base Subrasante Terraceria A vida previsible Deformaci n Fatiga 33 9 85 V vida previsible Def Fatiga 33 9 gt 150 gt 150 gt 150 64 0 35 0 35 0 45 0 45 0 45 Tr nsito proyecto 29 6 La vida previsible es mayor que el tr nsito de proyecto Tolerancia Tr nsito de proyecto 10 Tiene usted cuatro opciones cambiar m dulo de carpeta cambiar espesores emplear base asf ltica salir del programa Introduzca el n mero que corresponde a su opci n En este caso la vida previsible es un poco mayor que el tr nsito de proyecto por lo que se puede disminuir ligeramente el espesor de la carpeta Utilizando una carpeta de 18 cm la vida previsible del nuevo dise o es YE DISPAV 5 DATOS Y RESULTADOS DEL DISE O Camino de altas especificaciones Nivel de confianza en el dise o H cm 18 0 20 0 15 0 50 0 Semi inf Capa VRSZ E kg cm2 30000 3265 1719 1058 401 Carpeta Base g
8. s Observe que el espesor de carpeta no se ha redondeado se espera que el proyectista haga eso posteriormente usando su criterio Dise o por fatiga en las capas asf lticas La vida previsible por fatiga se basa en las deformaciones unitarias generadas en la parte inferior de la carpeta asf ltica de la estructura obtenida en el paso anterior se emplea el modelo de fatiga correspondiente al tipo de camino El resultado de la revisi n indica que la vida previsible es inferior al tr nsito de proyecto por fatiga 87 Resultados de la revisi n Vida previsible Tr nsito de proyecto Deformaci n 27 2 1 Fatiga 2 3 2 6 Se requiere modificar el dise o para que la vida previsible coincida aproximadamente con el tr nsito de proyecto Se tienen cuatro opciones 1 Cambiar el m dulo de rigidez de la carpeta Esto implica modificar la calidad del concreto asf ltico previsto Ze Cambiar los espesores de las capas consideradas en el actual proyecto fundamentalmente el espesor de carpeta asf ltica 3 Emplear una base asf ltica 4 Terminar el programa y replantear todo el proyecto de nuevo Se elige el n mero 2 para indicar la opci n elegida y se incrementa el espesor de la carpeta Capa Espesor Espesor anterior modificado Carpeta asf ltica 5 4 7 0 Base granular 15 0 15 0 Sub base 15 0 15 0 Subrasante 30 0 30 0 La vida previsible con el nuevo dise o es
9. technique Laboratoire Central des Ponts et Chaus es Service d Etudes Techniques des Routes Par s 1997 Shell pavement design manual Asphalt pavements and overlays for road traffic Shell international Petroleum Company Limited Londres 1978 Addendum for the Shell pavement design manual Shell international Petroleum Company Limited Londres 1985 Corro S y Prado G y Rangel A Dise o estructural de pavimentos asf lticos incluyendo carreteras de altas especificaciones Series de Instituto de Ingenier a UNAM Informe 598 M xico D F dic 1997 100
10. 3 150 1 240 y 456 kg cm para la base granular subrasante y terracer a respectivamente 92 Relaci n de Poisson Por ltimo deben introducirse las relaciones de Poisson de todos los materiales Se sugieren valores comunes para cada uno de ellos el proyectista puede modificar esos valores para adecuarse a los materiales espec ficos del proyecto en caso de tener estimaciones confiables En el ejemplo se toman los valores sugeridos Nivel de confianza Se debe introducir el nivel de confianza En el ejemplo se sugiere un nivel de 85 por ciento pero es decisi n del proyectista fijar el nivel conveniente En este ejemplo se toma el nivel sugerido de 85 Resultado de la revisi n Al terminar de introducir los datos requeridos se calcula la vida previsible usando el modelo correspondiente al tipo de camino elegido de altas especificaciones en este caso T DISPAV 5 of x DATOS Y RESULTADOS DEL DISE O Camino de altas especificaciones Nivel de confianza en el dise o 85 Capa Vida previsible Def 1 Fatiga E cm kg cm 35000 gt 150 13 2 Carpeta Base asf ltica Base granular 21 5 Subrasante 39 2 Terraceria Semi inf 8 9 vida previsible Deformaci n 10 9 Fatiga 13 2 Quiere hacer otro c lculo s m _ 93 La vida previsible del pavimento es de aproximadamente 10 9 millones de ejes est ndar Se alcanza primero la condici n de falla por deformaci n en la rodada
11. 3 2 Vida previsible por deformaci n permanente y por fatiga 3 3 C lculo de la vida previsible para otros pavimentos 3 4 Impresi n de resultados 4 ECUACIONES DE DISE O Y VALORES T PICOS DEL VRSz 4 1 Deformaci n permanente acumulada iii iii vii 14 16 17 21 21 25 25 25 27 27 4 2 Deformaciones unitarias cr ticas de tensi n 4 3 Compatibilidad entre los informes de la Versi n N 1 del M todo de Dise o y la Versi n N 2 e Ecuaciones de deformaci n permanente e Ecuaciones de fatiga e Tabla con valores relativos de soporte t picos 5 MANUAL DEL USUARIO DEL PROGRAMA TRANSITS5 5 1 Objetivos 5 2 Ejecuci n del programa 5 3 Secuencia operativa del programa 5 4 Criterio de c lculo 6 MANUAL DEL USUARIO DEL PROGRAMA MODULO 5 6 1 Objetivo del programa 6 2 Secuencia operativa del programa e 6 2 1 M todos de los laboratorios Shell e 6 2 2 M todo del Instituto del Asfalto e 6 2 3 M todo de Witczak e 6 2 4 M todo del Instituto del Transporte de Texas 6 3 Resultados 7 DIAGRAMAS DE FLUJO 7 1 DISPAV 5 7 2 TRANSITS 7 3 MODULO 5 8 EJEMPLOS DE APLICACI N 8 1 Ejemplo 1 8 2 Ejemplo 2 8 3 Ejemplo 3 9 RECONOCIMIENTOS 10 BIBLIOGRAF A iv 30 31 32 33 34 35 35 36 36 37 39 39 41 41 42 43 44 44 45 46 56 58 61 61 81 90 95 97 ABSTRACT This report is intended to describe the use of the updated method of design developed by the auth
12. Elegir la capa que se des carta y ajustar el ndice de cada capa eliminar alguna capa Eliminar la capa se alada y ajustar el indice de capas Opci n 3 emplear una base cambiar alg n a asf ltica espesor Meter los nuevos espesores h i Revisar el m dulo de rigidez de las capas no estabilizadas con los nuevos espesores Regresar al c lculo de vidas previsibles por fatiga y por deformaci n con los nuevos valores Figura 7 S ptima parte del diagrama de flujo del programa de dise o 53 3 Meter datos del proyecto Tipo de camino tc N mero de capas nk Meta el espesor de las capas h i Meta el VRS de las capas no esta bilizadas VRSz I Si VRSz i gt VRSmax i VRSp i VRSmax i Meta el m dulo de rigidez de las capas asf lticas Conoce E capas no estab Estimarlo de manera apro ximada con el VRSz Meta las relaciones de Poisson Si Meta el m dulo de ri gidez de capas no estabilizadas de cada capa o acepte los va lores propuestos V Figura 8 Primera parte del diagrama de flujo del subprograma para revisi n de pavimentos 54 Corregir alg n dato Meta los nuevos datos Meta el nivel de confianza nivconf C lculo de esfuerzos y deformaciones unitarias con el programa CHEV4 C lculo de la vida previ sible por fatiga y por de formaci n Impresi
13. La prevenci n de este tipo de deformaci n en las capas asf lticas es de mucha importancia cuando las temperaturas son altas y los espesores son gruesos sobre todo si el tr nsito es de tipo pesado Al aplicar el m todo de dise o estructural del Instituto de Ingenier a UNAM debe tenerse suficiente informaci n sobre los insumos requeridos ya que la confiabilidad de los resultados del c lculo depende de que los datos empleados sean representativos de las propiedades esperadas de los materiales en el lugar durante la vida de servicio de la obra vial 1 1 Opciones de c lculo El programa permite dos procedimientos de c lculo que se detallan en los cap tulos 2 y 3 1 Dise o de un pavimento a partir de un tr nsito de proyecto y de caracter sticas mec nicas de materiales conocidos En este caso se llega a la determinaci n de los espesores de capa requeridos para el tr nsito de proyecto deseado 2 Determinaci n de la vida previsible por deformaci n permanente y por agrietamiento debido a fatiga del sistema de capas analizado 1 2 Entrada al programa interactivo de c mputo DISPA V 5 El programa opera de manera ejecutable en computadoras con sistemas operativos Windows 3 1 3 11 Windows 95 98 NT lo cual requiere que el disco duro tenga archivos tipo FAT No requiere de instalaci n especial en la computadora y la velocidad de la misma puede ser de 66 MHz en adelante Para iniciar el c lculo hay que intr
14. Modelos para determinar el comportamiento a fatiga de las mezclas asf lticas basados en la extensa investigaci n realizada en el Instituto tomando en cuenta las condiciones particulares de clima y tr nsito de M xico Comparado con otros reconocidos m todos internacionales para el dise o de pavimentos los resultados son satisfactorios tanto para caminos normales como para carreteras de altas especificaciones Actualmente est en desarrollo una nueva versi n del M todo de Dise o para uso en pavimentos asf lticos y secciones estructurales del tipo semirrigido DISPAV 5 Versi n Preliminar 3 0 Se presentar en Visual Basic y otros lenguajes e incluir nuevas caracter sticas para simplificar el dise o de caminos normales y de carreteras de altas especificaciones La nueva actualizaci n combinar la sencillez de los cat logos de estructuras y la precisi n de los modelos anal ticos Antes de la distribuci n de esta nueva versi n de prueba 3 0 habr una extensa etapa de estudios a escala natural e viii implementaci n de los modelos para analizar el comportamiento de bases y subbases tratadas con cemento ix 1 INTRODUCCI N AL CRITERIO DE DISE O ESTRUCTURAL En el presente informe se presenta la versi n m s reciente del criterio de dise o estructural desarrollado por los autores en el Instituto de Ingenier a UNAM Los conceptos empleados en las versiones anteriores han mostrado ser compatibles con el
15. e Observar el comportamiento de caminos en servicio juzgar los valores de proyecto utilizados y las diferencias conceptuales entre el CBR y VRS respecto al VRS e Aplicar la informaci n regional disponible as como aplicar su criterio y experiencia para fijar los valores que deben emplearse en el proyecto Al fijar los 4 1 1 Comentarios adicionales sobre el VRS cr tico utilizado en el M todo de Dise o Por haber alguna similitud con el CBR y con el VRS est ndar empleado en M xico los valores de capacidad de carga medidos experimentalmente a la penetraci n de 2 54 mm se transformaron a Valores VRS donde dicho valor representa la resistencia cr tica esperada en el camino durante toda su vida de servicio a la profundidad z a la cual se estima la resistencia Para suelos finos puede observarse que el valor VRS cr tico en el lugar constituye una prueba de capacidad de carga en la cual se determina el Ag para una deformaci n especificada p 0 254 cm El valor relativo de soporte es la relaci n entre la capacidad de carga de un suelo Ag y la capacidad de carga de un material de referencia Ag Jus da gt por lo cual se puede transformar a esfuerzo vertical 29 ves A 4100 qs b est ndar De lo anterior resulta como se describe con detalle en el informe 325 p gina 39 Aq 0 20 7 VRS donde c en kg cm y VRS en porcentaje 4 2 Deformaciones unitarias cr ticas
16. ejemplo se acepta el nivel propuesto de 85 por ciento TE DISPAV 5 El m todo permite elegir el nivel de confianza del proyecto Se sugiere emplear un nivel de confianza de 85 pero puede emplear otro nivel entre 50 y 99 Quiere emplear el nivel sugerido s n s_ Dise o por deformaci n Una vez concluida la entrada de informaci n el programa calcula los espesores requeridos para evitar la falla prematura por deformaci n de las capas no estabilizadas con asfalto El dise o obtenido es el siguiente T DISPAV 5 Dise o por deformaci n para un camino de altas especificaciones con un nivel de confianza de 85 Para un tr nsito de proyecto de 36 4 millones de ejes est ndar Capa Espesor Espesor calculado proyecto Carpeta 9 8 9 8 Base granular 25 2 25 2 Sub base 11 6 15 0 Subr as ante 61 1 57 6 Los ee de capa calculados son ajustados a un espesor minimo el cual depende de la capa y del tr nsito de proyecto El dise o anterior previene contra la deformaci n excesiva conviene revisarlo para prevenir el agrietamiento por fatiga Quiere hacerlo asi s n s 73 El programa ha revisado que los espesores obtenidos sean mayores que los valores m nimos establecidos para este tipo de camino y este tr nsito de proyecto en el caso de que alguna capa hubiera tenido un espesor menor al m nimo el dise o se ajusta al valor m nimo y en las capas inferiores se deduce ese incremento Ver pr
17. el proyecto desechando el uso de esa capa Si el proyectista est de acuerdo con ello se calculan de nuevo los espesores sin esa capa Si no se acepta la sugerencia el dise o contin a con las capas propuestas inicialmente ajustando el espesor calculado al espesor m nimo correspondiente a esa capa y al tr nsito de proyecto 14 2 2 1 Espesores m nimos de cada capa El espesor obtenido para cada capa se compara con el espesor m nimo especificado para el nivel de tr nsito de proyecto establecido Si el espesor calculado es menor al m nimo especificado se toma dicho espesor m nimo como espesor de proyecto y se disminuyen los espesores de las capas inferiores de acuerdo con los coeficientes estructurales de esas capas Los espesores m nimos especificados para las capas de base y sub base se fijan por consideraciones constructivas fundamentados en el comportamiento de carreteras en condiciones reales de servicio Espesores m nimos de las capas de pavimento en cm Tr nsito Carpeta 0 5 5 5 Base 15 15 15 15 Sub base 15 15 15 15 Notas Aplicable a caminos normales y carreteras de altas especificaciones Aplicable a caminos normales Aplicable a carreteras de altas especificaciones 15 Se estima que los caminos con tr nsito equivalente menor de un mill n de ejes est ndar pueden construirse con un tratamiento superficial sobre una base de buena calidad P
18. estabilizada con asfalto 3 Sub base granular 4 Subrasante y 5 Terracer a El n mero m nimo de capas consideradas es dos y una de ellas debe ser la terracer a Tambi n se establece como restricci n que la primera capa sea carpeta o base La posibilidad de incluir una base estabilizada con asfalto se considera m s adelante despu s de hacer el an lisis de esfuerzos y deformaciones unitarias de tensi n en la carpeta Carpeta asf ltica Oz Base estabilizada gt O G T1 Zo Base o sub base o ranular Te g 77 eg Oooo Subrasante O74 A WE ee Terraceria Ejemplo de una secci n estructural t pica La capa de terracer a se analiza como un medio semi infinito aspecto que hay que tomar en cuenta cuando se realiza el an lisis de deflexiones de la secci n estructural El m todo de dise o proporciona una estimaci n adecuada de las deformaciones unitarias por fatiga en las capas estabilizadas con asfalto empleando el modelo el stico de cinco capas CHEV4 con las adaptaciones realizadas en el Instituto de Ingenier a UNAM 2 1 4 Valores relativos de soporte cr ticos VRSz A continuaci n se piden los Valores Relativos de Soporte cr ticos de cada una de las capas no estabilizadas El VRSz es una de las variables de proyecto m s importantes y el proyectista debe poner mucho cuidado en su estimaci n de manera que sea representativo de las condiciones esperadas en el camino durante la vida
19. la terracer a lo cual es conveniente para un dise o estructural adecuado y confiable La inclusi n de bases estabilizadas con asfalto se contempla despu s de encontrar el dise o empleando una carpeta asf ltica En este programa no se consideran capas estabilizadas con cemento las cuales se incorporar n en una versi n posterior que incluye pavimentos semirr gidos y la cual est en la etapa de revisi n final Para la elecci n de las diferentes capas del pavimento conviene tomar en cuenta que la deformaci n unitaria de tensi n en la parte inferior de la carpeta asf ltica depende de manera importante de la rigidez de la capa de apoyo Conviene que la capa debajo de la carpeta asf ltica sea de buena calidad y que no pierda rigidez en la poca de lluvias por lo que es recomendable emplear bases granulares adecuadas En el ejemplo se decide explorar la posibilidad de un dise o con carpeta asf ltica base granular sub base subrasante y terracer a Es decir un proyecto con las cinco capas que se admiten por lo que se introduce el n mero 5 68 E DISPAV 5 El progr ama permite analizar pavimentos que contengan algunas e as siguientes capas o todas ellas Carpeta Base granular Sub base Subrasante Terraceria Introduzca el n mero de capas de que consta el pavimento 5 El VRSz estimado se debe establecer considerando la compactaci n a que se van a colocar los materiales as co
20. laboratorio Esta tabla se incluye nicamente con car cter cualitativo y se refiere a VRSz m nimos En todos los casos se deben realizar pruebas de campo y ensayes de laboratorio 34 5 MANUAL DEL USUARIO DEL PROGRAMA TRANSITS5 Dentro del programa DISPAV 5 en el proceso de dise o de pavimentos nuevos se proporciona al usuario la subrutina TRANSITS para el c lculo del tr nsito de proyecto del camino en el que est interesado Para el dise o del pavimento se requieren dos tipos de tr nsito de proyecto uno de ellos para prevenir la deformaci n permanente excesiva en las capas no estabilizadas del pavimento y el otro para prevenir la falla prematura por agrietamiento debido a la fatiga de las capas asf lticas A continuaci n se detalla el procedimiento requerido para esta subrutina 5 1 OBJETIVO Determinar el tr nsito de proyecto de un camino expresado en ejes sencillos est ndar de 8 2 toneladas de peso a partir del tr nsito mezclado diario promedio anual en el carril de proyecto TDPA por carril la composici n del tr nsito las cargas por eje el periodo de proyecto y la tasa de crecimiento anual 35 5 2 EJECUCI N DEL PROGRAMA La ejecuci n se hace autom ticamente dentro del programa DISPAV 5 al contestar que no se dispone el tr nsito de proyecto y se desea calcularlo a partir de los datos del tr nsito mezclado o de manera independiente metiendo la instrucci n TRANSITS 5 3 SECUEN
21. lculo de la vida previsible por deformaci n y por fatiga de pavimentos previamente definidos ya sean pavimentos actualmente construidos o en proyecto El procedimiento consiste en 1 Entrada de datos espesores caracter sticas mec nicas de cada capa como m dulos de rigidez VRSz relaciones de Poisson y nivel de confianza 2 C lculo de la vida por deformaci n permanente en la zona transitada 3 C lculo de la vida por agrietamiento debido a fatiga 4 Posibilidad de c lculo de nuevas vidas por deformaci n y agrietamiento haciendo modificaciones en los espesores o propiedades mec nicas de las capas introducidas originalmente 3 1 Entrada de datos Los datos requeridos para la revisi n son similares a los pedidos para el dise o 21 3 1 1 Tipo de carretera Igual que en el dise o aqu tambi n se cuenta con dos opciones carreteras de altas especificaciones y carreteras normales cada una de ellas con sus respectivos modelos matem ticos de comportamiento Las caracter sticas de cada opci n ya fueron descritas en el proceso de dise o El usuario debe alimentar al programa con el tipo de camino a que se refiere 3 1 2 Capas consideradas El proyectista debe introducir las capas que se encuentran en el pavimento a revisi n Sus opciones de capa son Carpeta Base asf ltica Base granular Sub base Subrasante Terracer a El n mero m ximo de capas a considerar est limitado a cinco por restricc
22. n en pantalla de datos y resultados Hacer otro c lculo Estructura nueva Imprimir en papel Imprimir Figura 9 Segunda parte del diagrama de flujo del subprograma para revisar pavimentos 55 56 7 2 Diagrama de flujo del programa TRANSITS Meta los datos de tr nsito Tr nsito promedio diario anual en el carril de proyecto Tasa de crecimiento anual Periodo de proyecto Composici n del tr nsito Porcentaje de veh culos cargados Emplear cargas m ximas legales Meta las cargas y pre siones para cada tipo de veh culo C lculo de coeficientes de equivalencia de cada tipo de veh culo C lculo del tr nsito de proyecto empleando los coeficientes de equivalencia obtenidos El c lculo se hace a varias profundidades Elecci n de los tr nsitos de proyecto tomando en cuenta la profundidad de c lculo Se sugiere la profundidad de 15 y 90 cm para el tr nsito de proyecto por fatiga y deforma ci n Se acepta la sugerencia Meta los valores del tr nsito de proyecto que con sidere apropiados Si Figura 10 Diagrama de flujo del subprograma TRANSITO 57 58 M todo Shell Entrada de datos Volumen de vac os Volumen de asfalto Penetraci n a 25 C Temperatura de reblandecimiento Temperatura del pavimento Tiempo de aplicaci n de la carga C lculo del m dulo de rigidez con los m
23. por ciento del volumen total de la mezcla compactada Este volumen debe reflejar la situaci n esperada en el lugar y tomar en cuenta la posible recompactaci n de la mezcla asf ltica debida al tr nsito as como el volumen de asfalto absorbido en el agregado Volumen del asfalto Vb Tambi n se expresa en por ciento del volumen total de la mezcla compacta Penetraci n del asfalto a 25 C La penetraci n en d cimos de mm debe reflejar la dureza del asfalto en el lugar eso significa tomar en cuenta el posible endurecimiento en el proceso de fabricaci n de la mezcla en caliente o debido al envejecimiento Para tomar en cuenta el endurecimiento del asfalto para mezclas en caliente se puede emplear la prueba de penetraci n en el residuo de la prueba de pel cula delgada 41 Temperatura de reblandecimiento del asfalto en C Debe tambi n reflejar las caracter sticas del asfalto en el lugar Si la mezcla es hecha en planta puede estimarse empleando el residuo de la prueba de pel cula delgada Temperatura de la capa asf ltica en C El m dulo de rigidez depende de la temperatura de manera significativa Es necesario por tanto definir a que temperatura se quiere conocer el m dulo Para ello se puede determinar el m dulo para diferentes temperaturas y analizar la vida til del pavimento en cada periodo o se puede buscar una temperatura equivalente y analizar el pavimento a esa temperatura Tiempo
24. se decide eliminar la capa de base granular y construir la base asf ltica sobre la sub base con VRSz 40 CA BA SB SR TERR Para eliminar esa capa se debe introducir el n mero tres que corresponde a la capa de base granular contando de arriba hacia abajo Ajuste de espesores Como se ha a adido una capa de base asf ltica con 10 cm de espesor se considera que se puede reducir el espesor de alguna s capa s En este ejemplo se reduce la carpeta asf ltica a 10 cm Con los nuevos espesores se repite el c lculo para determinar la vida previsible de la estructura obteniendo los siguientes resultados 78 T DISPAV 5 DATOS Y RESULTADOS DEL DISE O Camino de altas especificaciones Nivel de confianza en el dise o 85 Capa E v Vida previsible kg cm Def Fatiga Carpeta 10 0 30000 3 gt 150 Base asf ltica 10 0 20000 J 4 8 Sub base 15 0 1719 Subr as ante 50 0 y 1058 Terracer a Semi inf A 401 ies Vida previsible Transito proyecto Deformaci n 7 9 f Fatiga 4 8 29 6 El dise o no es adecuado Tiene usted tres opciones cambiar m dulo de capas asf cambiar espesores 4 salir del programa Introduzca el n mero que corresponde a su opci n _ La vida previsible con este dise o es inferior a la vida de proyecto tanto por fatiga como por deformaci n se decide incrementar el espesor de la base asf ltica en 5 cm con el resultado siguiente DATOS Y RESULTADOS DEL DISE O Camino de altas especific
25. ticas en la carretera combinadas con la frecuencia e intensidad de las solicitaciones del tr nsito Debido a este problema existen variaciones muy altas en los m dulos de rigidez o m dulos el sticos de las mezclas asf lticas durante la vida de servicio del camino La determinaci n del m dulo de rigidez equivalente que representa las condiciones normales de la carretera durante las diferentes pocas del a o presenta una dificultad significativa para su determinaci n en todos los m todos de dise o y en la pr ctica este es uno de los factores de dise o que requiere experimentaci n amplia y buen juicio del proyectista para llegar a un proyecto adecuado Para resolver dicho problema se requiere zonificaci n de la carretera an lisis por estaci n clim tica y estudios anal ticos aplicando la ley de Miner para determinar el m dulo de rigidez equivalente de las capas asf lticas que produce el mismo comportamiento estructural de la carretera que el que ocurre en la realidad donde las variaciones de m dulo de rigidez se presentan durante las diferentes horas del d a y de la noche con fuertes diferencias seg n la zona geogr fica y la estaci n del a o En consecuencia el m todo de dise o estructural del Instituto de Ingenier a UNAM presupone un proyecto adecuado de las mezclas asf lticas mediante el proporcionamiento cuidadoso de las mismas y la elecci n adecuada de los materiales empleados en ellas
26. veh culos comerciales se considera que el camino es del tipo C En este ejemplo se supone que el 65 de los veh culos comerciales circulan cargados y 35 circulan vac os Este porcentaje de camiones cargados se puede obtener por medio de muestras en la carretera de inter s o empleando los resultados obtenidos en muestras tomadas en la red nacional por la Secretar a de Comunicaciones y Transportes SCT y por el Instituto Mexicano del Transporte IMT En el ejemplo se han tomado simplemente las cargas y presiones propuestas en el programa A continuaci n el programa calcula y presenta los coeficientes de equivalencia de cada veh culo y al final calcula el tr nsito en ejes est ndar a diferentes profundidades Siguiendo la recomendaci n se toma como tr nsito de proyecto por fatiga en las capas asf lticas el tr nsito obtenido a una profundidad de 15 cm y para deformaci n permanente el obtenido a una profundidad de 60 cm sin embargo el proyectista puede elegir el tr nsito en otra de las profundidades calculadas Tr nsito de proyecto resultante en millones de ejes est ndar mg DISPAV 5 El tr nsito de proyecto queda como sigue Por fatiga en las capas estabilizadas Por deformaci n en capas no estabilizadas Quiere imprimir los resultados s n _ 83 Propiedades de los materiales disponibles para el proyecto En el ejemplo se decide explorar la posibilidad de un dise o con carpeta asf ltic
27. 000 3 800 107 600 log s 3 78 0 21 log Nf Sy 70 088 400 Ecuaci n de dise o para Qu 0 5 300 hi 200 log s 3 78 0 088 U 0 21 log Nf gt gt Syy 0 088 Ecuaci n de dise o para un nivel de confianza Qu 100 j Nf Tr nsito de proyecto U coeficiente que depende del nivel de confianza Qu 10 108 107 108 Transito de proyecto en ejes estandar Grafica de dise o por fatiga de las capas asf lticas para caminos de altas especificaciones 33 Valor relativo de soporte cr tico estimado para el dise o de pavimentos sobre subrasantes compactadas a 95 por ciento del peso volum trico seco m ximo Proctor est ndar Profundidad VRSz en porcentaje m nimo probable del nivel Arena no Arcilla Arcilla Arcilla Arcilla Limo fre tico pl stica arenosa arenosa limosa activa IP 10 IP 20 IP 30 IP gt 40 0 6 8 10 5 6 4 5 3 4 2 3 1 1 0 25 6 8 5 6 4 5 3 4 2 3 1 5 25 8 10 6 8 5 6 3 4 0 2 0 25 8 10 7 9 5 6 3 4 TEE 2 5 25 8 10 8 10 6 8 4 5 EEk 3 0 25 25 8 10 7 9 4 5 fais 3 5 25 25 8 10 8 10 4 5 EER 5 0 25 25 8 10 8 10 5 6 FER 7 0 25 25 8 10 8 10 7 9 TEE Adaptaci n de la tabla 2 de Road Note 31 tercera edici n Transport and Road Research Laboratory Her Majesty s Stationery Office Londres 1977 Profundidad del nivel fre tico con relaci n al nivel de la capa considerada en metros De acuerdo con la variaci n estacional debe elegirse el nivel fre tico m s alto Se requieren pruebas de
28. 240 M xico D F ene 1970 4 Corro S Research programme into flexible pavement roads XVIth World Road Congress Question II Permanent International Association of Road Congresses Viena sep 1979 5 Corro S y Prado G Criterio de dise o estructural de pavimentos flexibles Validaci n mediante pruebas en pista circular y observaciones en carreteras Instituto de Ingenier a UNAM Informe de Investigaci n a la Secretar a de Asentamientos Humanos y Obras P blicas M xico D F 1979 6 Corro S Magallanes R y Prado G Instructivo para dise o estructural de pavimentos flexibles para carreteras Instituto de Ingenier a UNAM Series del Instituto de Ingenier a Informe 444 1981 7 Corro S Full scale testing applied to pavement design International Colloquium Full Scale Pavement Tests Federal Institute of Technology ETH Technical Report 50 Z rich 1982 97 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Corro S y Prado G Comportamiento de bases granulares para carretera Instituto de Ingenier a UNAM Series del Instituto de Ingenier a Informe de Difusi n Externa N DE 19 M xico D F 1985 y 1988 en la serie DE Corro S Efectos del tr nsito pesado en pavimentos flexibles Coeficientes de equivalencia de da o Secretar a de Comunicaciones y Transportes Memoria del XV Congreso Panamericano de Carreteras Tomo II M xico D F 1986 Corro S y Prado G Compor
29. CIA OPERATIVA DEL PROGRAMA 5 3 1 Criterio de c lculo El programa calcula el tr nsito equivalente empleando los coeficientes de da o desarrollados por los autores en el Instituto de Ingenier a UNAM Se consideran las cargas de los veh culos de acuerdo con el criterio del proyectista para tomar en cuenta las caracter sticas reales de los veh culos En el programa se presenta el coeficiente de equivalencia por eje de cada uno de los veh culos considerados as como el coeficiente de equivalencia global del veh culo Los coeficientes de da o de cada veh culo se emplean en el c lculo del tr nsito equivalente de proyecto 5 3 2 Entrada de datos Tr nsito diario promedio anual en el carril de proyecto Se debe considerar el tr nsito mezclado en el carril de proyecto En el caso de caminos de dos carriles lo usual es tomar la mitad del TDPA como tr nsito por carril a menos que haya evidencia de diferenciaci n del tr nsito por direcci n en cuyo caso debe considerarse esa informaci n En el caso de caminos de cuatro o m s carriles se debe considerar la distribuci n del tr nsito por carril sobre todo en el caso de los veh culos pesados que tienden a circular por el carril derecho 36 Tasa de crecimiento anual del tr nsito promedio en el per odo de proyecto expresada en por ciento Per odo de proyecto en a os Composici n del tr nsito El programa presenta una lista con todos los veh culos
30. a base granular sub base subrasante terracer a por lo que se debe elegir un n mero de capas igual a cinco Valor relativo de soporte de los materiales no aglutinados El VRSz estimado en el lugar durante la vida de servicio de la carretera se debe establecer considerando la compactaci n a que se van a colocar los materiales Deben tomarse en cuenta las condiciones de humedad previsibles en el largo plazo as como la posibilidad de condiciones cr ticas que puedan afectar al pavimento Tambi n deben hacerse consideraciones estad sticas de manera que el valor promedio obtenido se ajuste por un factor de seguridad se sugiere emplear VRS VRS medio 1 CV Los valores de proyecto considerados en este ejemplo son los mismos del ejemplo anterior Capa VRS Base granular 100 Sub base 40 Subrasante 20 Terracer a 5 En este ejemplo los valores propuestos est n en el intervalo aceptable excepto la sub base que se ajusta a VRSp 30 84 Capa VRS VRS Base granular 100 100 Sub base 40 30 Subrasante 20 20 Terracer a 5 5 M dulos de rigidez de los materiales Para el c lculo de esfuerzos y deformaciones unitarias se requieren los m dulos de rigidez de todas las capas En el ejemplo se supone conocido el m dulo de rigidez de la carpeta y se estima el m dulo de rigidez de las otras capas a partir del VRSz Los m dulos empleados son T DISPAV 5
31. a en tramos de prueba carreteras t picas de la red nacional y pruebas a escala natural en la pista circular del Instituto Hasta la fecha se ha realizado una extensa investigaci n la cual confirma los postulados b sicos del m todo de dise o e Planteamiento mecanicista para las dos formas principales de falla de los pavimentos Un modelo r gido pl stico y los criterios de capacidad de carga de Terzaghi para estimar la deformaci n permanente a largo plazo de las capas de pavimento no tratadas con ligantes El modelo te rico emp rico concuerda con la experimentaci n a escala natural Un modelo el stico para determinar el comportamiento del camino basado en la falla por agrietamiento a fatiga de las capas ligadas con asfalto tomando en cuenta la deformaci n unitaria cr tica a tensi n en esas capas vii e Un enfoque probabilista para estimar los niveles de confianza apropiados e C lculo anal tico de los factores de da o por cami n El modelo toma en cuenta carga total tipo de eje presi n de llanta y la profundidad a la cual se estima el factor de da o relativo e Caracterizaci n de los materiales con base en su comportamiento real a largo plazo en el camino El m todo de dise o actualizado incluye entre otras caracter sticas a Modelos de deterioro para estimar la deformaci n permanente del pavimento a la falla basados en pruebas a escala natural en el campo y en el laboratorio b
32. a revisi n de la operaci n pr ctica del 95 programa ejecutable DISPAV 5 as como los comentarios correspondientes para su publicaci n en las Series del Instituto de Ingenier a UNAM En el aspecto experimental se ha contado con la colaboraci n de numeroso personal acad mico del Instituto a quienes se agradece su apoyo como ya se mencion En la actualidad se reconoce la colaboraci n de F Armando Rangel Ord ez y de Manuel Carrillo Salcedo en actividades experimentales tanto en el Laboratorio Fernando Espinosa Guti rrez de la Coordinaci n de V as Terrestres como en el campo Oscar Ringenbach Sanabria becario de tesis del Instituto colabor en la revisi n de resultados del programa DISPAV 5 compar ndolo con otros m todos internacionales vigentes as como en el Cap tulo de Ejemplos 96 10 BIBLIOGRAF A 1 Corro S y Prado G Dise o estructural de carreteras con pavimento flexible Instituto de Ingenier a UNAM Informe 325 M xico D F ene 1974 2 Corro S Recommendations for the structural design of flexible pavements XVth World Road Congress Permanent International Association of Road Congresses Question II Mexico D F oct 1975 Sobretiro Series del Instituto de Ingenier a Informe E 35 Instituto de Ingenier a UNAM M xico D F oct 1978 3 Corro S Dise o de pavimentos flexibles Comportamiento de los tramos experimentales Instituto de Ingenier a UNAM Informe
33. aci n de Poisson como se muestra a continuaci n en donde se introdujeron respectivamente los valores de 20 000 y 0 35 para el m dulo de rigidez y la relaci n de Poisson E DISPAV 5 AE DATOS Y RESULTADOS DEL DISE O Camino de altas especificaciones Nivel de confianza en el dise o 85 Capa WRSZ E v cm kg cm2 Carpeta 15 0 30000 Base asf ltica 10 0 20000 Base granular 20 0 100 0 3265 Sub base 20 0 40 0 1719 Subrasante 50 0 20 0 1058 Terraceria Semi inf 5 0 401 Por limitaciones del modelo el n mero de capas analizadas debe limitarse a un m ximo de cinco por tanto tiene que eliminar alguna de las capas no asf lticas Introduzca el n mero de capa que elimina contada de arriba hacia abajo 3 77 Revisi n del n mero de capas El m ximo n mero de capas que se puede analizar es cinco Si ese n mero se sobrepasa como en este ejemplo se debe eliminar una de ellas Para decidir cual capa se elimina se deben considerar aspectos de la econom a del proyecto y de la conveniencia estructural Desde el punto de vista estructural se debe recordar que el comportamiento de la base asf ltica va a estar influida de manera significativa por la rigidez de la capa subyacente a ella desde ese punto de vista puede ser conveniente mantener la base granular CA BA BG SR TERR sin embargo esta soluci n es m s costosa que la de emplear una sub base debajo de la base asf ltica CA BA SB SR TERR En este ejemplo
34. aciones Nivel de confianza en el dise o 85 Capa E v vida previsible kg cm Def Fatiga Carpeta 10 0 30000 0 35 gt 150 Base asf ltica 15 0 20000 0 35 16 9 Sub base 15 0 A 1719 0 45 62 1 Subrasante 50 0 3 1058 0 45 102 7 Terraceria Semi inf 401 0 45 22 3 ts Vida previsible Transito proyecto Deformacion A Fatiga 16 9 29 6 El dise o no es adecuado Tiene usted tres opciones cambiar m dulo de capas asf cambiar espesores 4 salir del programa Introduzca el n mero que corresponde a su opci n La vida previsible sigue siendo inferior al tr nsito de proyecto se incrementa el espesor de la base asf ltica en 3 cm m s y se obtiene el siguiente resultado 79 T DISPAV 5 DATOS Y RESULTADOS DEL DISE O Camino de altas especificaciones Nivel de confianza en el dise o 85 Capa VRSZ v vida previsible E kg cm Def Fatiga Carpeta 10 0 30000 0 35 gt 150 Base asf ltica 18 0 20000 0 35 34 1 Sub base 15 0 40 0 1719 0 45 Subr as ante 50 0 20 0 1058 0 45 Terraceria Semi inf 5 0 401 0 45 m vida previsible Tr nsito proyecto Deformaci n A Fatiga 34 1 29 6 La vida previsible es cercana o mayor que la vida de proyecto el dise o parece adecuado La tolerancia es 10 del tr nsito de proyecto cr tico Quiere explorar otras alternativas s n Como la vida previsible es ahora mayor que el tr nsito de proyecto se estudia la alternativa de disminuir el espesor de la base asf lti
35. ados pueden tener una gran variaci n y el proyectista debe tomar en cuenta los antecedentes de cada m todo as como emplear su criterio para decidir cual valor es m s correcto para el caso particular en estudio 44 7 DIAGRAMAS DE FLUJO Se presentan los diagramas de flujo simplificados de los programas DISPAV 5 TRANSIT5 y MODULOS En el caso del programa DISPAV S se tienen dos vertientes del programa la dedicada al dise o de pavimentos nuevos y la que revisa la vida previsible de pavimentos existentes o de estructuras definidas 45 46 7 1 Diagrama de flujo del programa DISPA V 5 DISPAV 5 Dise o o Revisi n revisi n Dise o Tipo de camino tc Tr nsito de proyecto en ejes est ndar Tr nsito por fatiga nft Tr nsito por deformaci n nfd Entrada de datos del proyecto Meta las capas de pavimento que considera en su proyecto nk Para cada capa no estabilizada meta el VRS cr tico VRSz i VRSZz i lt VRSmin i i 1 No V Figura 1 Primera parte del diagrama de flujo del programa de dise o 47 Si 4VRSz i gt VRSmax i VRSp i VRSmax i Entrada de datos VRSp i VRSz i del proyecto Meta el m dulo de rigidez de la carpeta E 1 Conoce el m dulo de rigidez de las capas no esta bilizadas No E i 130 VRSz i 0 7 Meta el m dulo de rigidez E i Meta la relaci
36. ando el VRSz Los espesores de cada capa y los VRSz se han medido directamente en el lugar los m dulos de rigidez de las capas no aglutinadas se han estimado a partir del VRSz y los de las capas asf lticas se han medido en el laboratorio empleando corazones de las capas Tipo de procedimiento 90 El programa permite 1 Dise ar 2 Revisar En este ejemplo se revisar la vida previsible de una estructura dada por lo que se introduce la opci n 2 Tipo de camino Se tienen dos opciones de revisi n seg n el estado de servicio terminal al final del periodo de proyecto Si se desea que al t rmino de la vida previsible la deformaci n sea del orden de 1 cm con agrietamiento ligero a medio entonces debe elegir la revisi n de camino de altas especificaciones Si se puede aceptar que la deformaci n en la rodada sea del orden de 2 5 cm con posible agrietamiento generalizado al final de la vida previsible entonces debe elegir un camino normal En este caso se elige revisar como si fuera un camino de altas especificaciones Se introduce la opci n 1 Tipo de estructura Se indica cuales son las capas que constituyen el pavimento que se va a revisar Primero se debe indicar el n mero de capas que lo constituyen este n mero no puede ser mayor que cinco incluyendo la terracer a 91 Si se tiene un tratamiento superficial que se considera no tiene una contribuci n estructural al pavimento entonces no
37. ar la secci n estructural de la carretera En este caso es posible que existan problemas serios de drenaje o un nivel fre tico alto que causen consolidaci n de la secci n estructural de la carretera y problemas en el comportamiento del pavimento Una calidad indeseable de la terracer a ocasiona problemas no considerados en el m todo de dise o como consolidaci n expansi n y otros y no resulta adecuado dise ar si no se corrigen previamente estos problemas 2 1 5 M dulos el sticos de las capas no estabilizadas Para el dise o por fatiga se requieren encontrar las deformaciones unitarias cr ticas de tensi n en la parte inferior de la carpeta Para esto se necesita conocer el m dulo de rigidez m dulo el stico de las capas no estabilizadas 11 El programa solicita al usuario ese m dulo de rigidez En caso de que no se tenga una estimaci n fundamentada de ese valor se presenta al usuario la opci n de estimarlo a partir del VRSz cr tico esperado en el lugar sin afectarlo por restricciones de valores m nimos o m ximos de acuerdo con el modelo desarrollado en el Instituto de Ingenier a UNAM igual a E 130 VRSz Las relaciones emp ricas entre el m dulo de rigidez y el VRSz deben tomarse con precauci n pues se obtienen para condiciones muy generales y pueden requerir modificaciones en proyectos espec ficos El programa permite que el usuario cambie los valores sugeridos para tomar en cuenta su experie
38. ara tr nsitos mayores es conveniente la colocaci n de una carpeta de concreto asf ltico o base asf ltica con un tratamiento superficial Al terminar esta etapa se presenta al proyectista el dise o por deformaci n tanto el calculado sin restricci n de espesores como el recomendado por espesores m nimos Si el proyecto incluye una carpeta asf ltica se pregunta al proyectista si desea continuar el an lisis por fatiga Se recomienda que el proyectista contin e ese camino ya que es indispensable para realizar el an lisis estructural completo Si el proyectista decide no continuar el an lisis por fatiga por no tener carpeta asf ltica sino simplemente un riego de sello el programa finaliza con el dise o por deformaci n permanente acumulada dando oportunidad al usuario de imprimir el resultado 2 3 Revisi n del dise o por efectos de fatiga 2 3 1 Revisi n de los m dulos el sticos El programa revisa que la relaci n de m dulos entre dos capas adyacentes no estabilizadas no sobrepase cierto l mite para evitar la generaci n te rica de esfuerzos de tensi n excesivos en la parte inferior de la capa superior Esta relaci n l mite se toma de estudios de la compa a Shell K 0 2h ae donde K es la relaci n de m dulos admisible h es el espesor de la capa superior en mm En caso de que se exceda la relaci n de m dulos el programa propone el ajuste recomendable en el valor de los m dulos de rigidez si el proyect
39. ca en un cent metro E DISPAV 5 DATOS Y RESULTADOS DEL DISE O Camino de altas especificaciones Nivel de confianza en el dise o 85 Capa H VRSZ E v vida previsible cm kg cm f Fatiga Carpeta 10 0 30000 0 35 Base asf ltica 17 0 20000 0 35 Sub base 15 0 40 0 1719 0 45 Subrasante 50 0 20 0 1058 0 45 Terraceria Semi inf 5 0 401 0 45 Vida previsible Transito proyecto Deformaci n 31 7 36 4 Fatiga 27 1 29 6 El dise o no es adecuado Tiene usted tres opciones 1 cambiar m dulo de capas asf 2 cambiar espesores 4 salir del programa Introduzca el n mero que corresponde a su opci n _ La vida previsible por fatiga es inferior al tr nsito de proyecto sin embargo la diferencia no es exagerada La vida previsible por deformaci n permanente es ligeramente inferior al tr nsito de proyecto correspondiente A partir de lo anterior se tienen dos alternativas de dise o 80 ALTERNATIVAS DE DISE O Capa Espesores en cm Carpeta asf ltica 18 10 Base asf ltica 18 Base granular 20 Sub base 15 15 Subrasante 50 50 N tese que estas son solamente dos de las posibles soluciones al proyecto El m todo no da un dise o nico de pavimento solo proporciona una herramienta sencilla para que el proyectista analice las soluciones que l conciba 8 2 Ejemplo 2 Se tiene un camino secundario con tr nsito relativamente ligero se quiere dise ar un pavimento con un periodo de pro
40. de 8 2 t el cual produce el mismo da o que el Tr nsito Mezclado que se presenta en la realidad En carreteras de dos carriles el tr nsito del carril del proyecto se considera como la mitad del total que soportar la carretera En carreteras con m s de dos carriles debe estimarse la proporci n de veh culos que soportar el carril de proyecto Esta decisi n es muy importante porque influye de manera directa en el costo de la carretera y en su comportamiento en condiciones reales de servicio Si no se cuenta con informaci n confiable pueden estimarse las siguientes distribuciones del tr nsito total para dicho carril de proyecto DISTRIBUCI N DEL TR NSITO EN EL CARRIL DE PROYECTO N mero de carriles en ambas Coeficiente de distribuci n en el carril direcciones de proyecto en por ciento 2 50 4 40 50 6 30 40 Para anotar los insumos correspondientes al tr nsito equivalente en el carril de proyecto que deber soportar la carretera durante su vida til se dispone de dos alternativas 1 Si se conocen los tr nsitos equivalentes de 8 2 toneladas m tricas 18 000 libras en el carril de proyecto basta simplemente introducirlos anotando su valor en millones de ejes est ndar apretando despu s la tecla de entrada Ze Si se desconocen dichos tr nsitos equivalentes se pueden estimar empleando la subrutina incluida en el programa a partir de los siguientes datos Tr nsito diario pro
41. de aplicaci n de la carga en segundos Esta variable tambi n es de gran importancia El tiempo de aplicaci n depende de la velocidad del veh culo y de la profundidad de la capa Se sugiere emplear los valores propuestos en el Reporte Especial 162 del Transportation Research Board preparado por el Comit sobre Resistencia y Caracter sticas de Deformaci n de Secciones de Pavimento Profundidad cm 5 10 15 20 Tiempo segundos 0 02 0 022 0 026 0 03 Los tiempos de carga est n referidos a veh culos con velocidad aproximada de 100 km h Al t rmino de la entrada de los datos anteriores el programa proporciona el m dulo calculado con los algoritmos de Heukelom y Klomp y Ug 6 2 2 M todo del Instituto del Asfalto Entrada de datos complementarios Porcentaje de finos que pasan la malla N 200 con relaci n al peso total del agregado 42 Viscosidad absoluta del asfalto en millones de poises Esta viscosidad se refiere a la viscosidad en el lugar En caso de no contar con ese dato se proporciona una subrutina que permite estimarlo a partir de los datos introducidos previamente Frecuencia de aplicaci n de las cargas en Hz Esta variable es muy importante las recomendaciones de c lculo var an entre 5 y 15 Hz dependiendo de la velocidad del veh culo y de la profundidad de la capa asf ltica Al terminar de introducir los datos anteriores el programa presenta el m d
42. de servicio de la obra vial Se pueden consultar los informes 325 y 444 de la Series del Instituto de Ingenier a UNAM para recomendaciones sobre su elecci n En este punto el programa revisa los Valores Relativos de Soporte cr ticos introducidos VRSz en relaci n con los valores m ximos y m nimos permisibles para cada capa El VRSz cr tico es comparado con el m ximo permisible VRSmax el cual est basado en consideraciones pr cticas de proyecto Si dicho VRSz es mayor entonces se toma el VRSmax como valor de proyecto VRSp para efectos de dise o por deformaci n permanente acumulada conservando el VRSz estimado por el proyectista para su utilizaci n posterior VRSmax para todos los niveles de tr nsito VRSp Capa VRSmax Base 120 Sub base 30 Subrasante 20 Terracer a 20 10 Los valores m ximos de VRSz se establecen para obtener espesores razonables desde el punto de vista constructivo y por confiabilidad del dise o Los VRSz m nimos se especifican para limitar la calidad minima de la base y de la terracer a VRSz m nimos para todos los niveles de tr nsito Material VRSp m nimo permisible por proyecto en por ciento Base 70 Terracer a 3 Si se introducen valores menores a stos el programa se detiene En el caso de la terracer a un Valor Relativo de Soporte VRSz muy bajo implica un terreno de cimentaci n que requiere estudios geot cnicos especiales para dise
43. de tensi n Desde un principio en el informe 325 se se al la necesidad de verificar las deformaciones unitarias o esfuerzos de tensi n admisibles para el tr nsito de proyecto de las capas ligadas con asfalto para evitar fallas por agrietamiento por fatiga Desde 1985 a 1999 se ha realizado un programa de investigaci n muy amplio sobre el comportamiento a fatiga de diferentes tipos de mezclas asf lticas empleando pruebas din micas de compresi n y realizando pruebas de tensi n indirecta bajo solicitaciones de cargas repetidas y en condiciones ambientales controladas Para estos estudios se ha empleado una m quina din mica servo hidr ulica con una c mara ambiental para el control de las temperaturas Los factores de transferencia de laboratorio a campo se han estimado de acuerdo con los estudios realizados en carreteras t picas de la red nacional Es conveniente estudiar los caminos construidos con los nuevos asfaltos producidos por PEMEX para optimar las curvas de fatiga para las diferentes regiones del pa s 30 4 3 Compatibilidad entre los informes de la Versi n N 1 del M todo de Dise o y la Versi n N 2 El Modelo de Dise o Estructural de Pavimentos Asf lticos incluyendo Carreteras de Altas Especificaciones DISPAV 5 Versi n 2 0 es compatible con la informaci n de trabajos anteriores Es necesario estudiar el informe 325 para entender la filosof a empleada y el informe 444 que es un ins
44. del orden de 1 a 1 2 cm seguida por el agrietamiento por fatiga aproximadamente a los 13 2 millones 94 9 RECONOCIMIENTOS La presente versi n del M todo de dise o estructural de pavimentos asf lticos incluyendo carreteras de altas especificaciones se basa en la informaci n te rico experimental obtenida en el Programa de Investigaci n sobre Obras Viales en M xico iniciado el a o 1962 a trav s de la Coordinaci n de V as Terrestres del Instituto de Ingenier a UNAM El programa de investigaci n a largo plazo se ha realizado con la promoci n y patrocinio de la actual Secretar a de Comunicaciones y Transportes SCT mediante etapas anuales con metas espec ficas para su aplicaci n pr ctica De manera general para no cometer omisiones se agradece la importante colaboraci n y apoyo de los diferentes Secretarios Directores Generales funcionarios y personal t cnico de dicha Secretar a de Comunicaciones y Transportes SCT la cual ha tenido diferentes nombres SOP SAHOP SCT La mayor parte de los resultados obtenidos se han incorporado a la pr ctica de la Secretar a En lo que se refiere al Instituto de Ingenier a UNAM tambi n se agradece de manera general el amplio apoyo recibido de sus Directores Subdirectores Personal Acad mico y Personal Administrativo Los autores agradecen a los investigadores Roberto Magallanes Negrete y Carlos Javier Mendoza Escobedo la lectura del manuscrito y l
45. dos en el proyecto VRSz de suelos y m dulo de rigidez de la capa asf ltica Tambi n se cuenta con los datos del tr nsito diario promedio anual en el carril de proyecto as como la composici n de dicho tr nsito la tasa de crecimiento anual del tr nsito se estima en cuatro por ciento y el periodo de proyecto es de diez a os A continuaci n se seguir paso a paso el procedimiento de dise o del pavimento mostrando el texto de la pantalla de la computadora para mejor comprensi n del mismo Tipo de procedimiento El programa permite revisar la vida previsible de un dise o conocido o determinar los espesores de capa requeridos para un tr nsito de proyecto dado y con los materiales con que se cuenta 61 En este caso se va a obtener el dise o de espesores a partir de las caracter sticas del tr nsito y de los materiales disponibles por lo que se elige la opci n 1 E DISPAV 5 El programa permite 1 Dise ar de acuerdo con los lineamientos fijados 2 Revisar dise os especificos que proponga el proyectista Introduzca su opci n _ Tipo de dise o Ahora se debe elegir el tipo de camino seg n la importancia e intensidad del tr nsito que vaya a tener durante la vida del proyecto Como el camino es importante con un tr nsito de veh culos muy grande se considera que lo adecuado es aplicar el dise o de altas especificaciones de manera que se mantenga un buen nivel de servicio en todo el p
46. el que defina el espesor y el otro criterio quede sobrado aqu se considera que el pavimento puede ser el adecuado aunque conviene buscar ajustes al dise o para tratar de obtener un dise o m s econ mico 17 e Ambas vidas previsibles son mayores que el tr nsito de proyecto tomando en cuenta la tolerancia de 10 En este caso se considera que el dise o requiere ajustes para tener un dise o m s econ mico El procedimiento seguido en cada uno de los casos anteriores se describe a continuaci n 2 4 1 La vida previsible es menor que el tr nsito de proyecto En este caso el programa presenta cuatro opciones al proyectista 1 Cambiar las propiedades de las capa s asf ltica s En esta opci n no se permite cambiar el n mero de capas solo cambiar el m dulo de rigidez de las capas asf lticas En general se recomienda que si se van a cambiar los materiales se piense el proyecto de nuevo reiniciando desde el principio Ze Aumentar el espesor de alguna s capa s En esta segunda opci n se permite modificar el espesor de algunas capas del pavimento Por ejemplo aumentar el espesor de carpeta y disminuir el espesor de alguna capa inferior cuidando siempre los espesores m nimos 3 Considerar la colocaci n de una base asf ltica La tercera opci n incorpora una capa de base asf ltica al proyecto En este caso se requiere meter las caracter sticas mec nicas de la nueva capa Espesor propuesto para esta capa
47. ement technology American Society for Testing and Materials Filadelfia 1992 y ediciones posteriores IMT Datos viales de la red nacional Instituto Mexicano del Transporte Sanfandila Quer taro Publicaci n m s reciente en el momento de su empleo TRB Strength and deformation characteristics of pavement structures Transportation Research Board National Research Council Record N 1384 Washington D C 1993 TRB Backcalculation of pavement moduli 1991 Transportation Research Board National Research Council Record N 1293 Washington D C 1991 TRB Nondestructive deflection testing and backcalculation for pavements Proceedings of a symposium Transportation Research Board National Research Council Record N 1377 Washington D C 1992 Nunn M E Brown A y Nicholls J C Design of long life pavements for heavy traffic Transport Research Laboratory Crowthorne Berkshire U K Nunn M E y Smith T Road trials of high modulus base for heavily trafficked roads Transport Research Laboratory Crowthorne Berkshire U K 99 31 32 33 34 35 36 MOPU Instrucci n 6 1 I C y 6 2 LC Secciones de firme Ministerio de Obras P blicas y Urbanismo Madrid 1990 AASHTO Guide for design of pavement structures American Association of State Highway Officials Washington D C 1993 SETRA LCPC French design manual for pavement structures Guide
48. entajes de veh culos cargados para cada uno de los tipos de veh culos gue se consideran en la composici n del tr nsito o emplear un porcentaje constante para todos los veh culos comerciales En este ejemplo se supone gue el 70 de los veh culos comerciales circulan cargados y 30 circulan vac os Dicho porcentaje de camiones cargados se puede obtener por medio de muestras en la carretera de inter s o empleando los resultados obtenidos en muestras tomadas en la red nacional El programa presenta la carga m xima legal en cada eje para el tipo de camino de proyecto A B C o D por cada tipo de veh culo incluido y se pide al proyectista que la modifique si tiene informaci n al respecto o que la ratifique en caso contrario Es decir el proyectista tiene la opci n de introducir el peso estimado para cada uno de los ejes de los veh culos comerciales considerados Tambi n se requiere la presi n de las llantas de los veh culos el programa incluye las presiones admisibles en la norma oficial En caso de que el proyectista conozca las presiones reales debe hacerlo tomando en cuenta que dicha presi n debe medirse despu s de haber transitado el veh culo suficiente tiempo 65 Es conveniente destacar que las presiones de contacto de las llantas tienen un efecto significativo en las capas cercanas a la superficie de rodamiento En el ejemplo se han tomado las cargas y presiones m ximas reglamentarias presentadas inicial
49. eriodo de proyecto Tr nsito de proyecto El programa permite introducir directamente el tr nsito de proyecto en ejes est ndar de 8 2 toneladas m tricas en caso de ser conocido Tambi n se puede calcular el tr nsito de proyecto a partir de los datos del tr nsito promedio diario anual en el carril de proyecto y de su composici n por tipo de veh culo En este ejemplo se calcula el tr nsito de proyecto a partir de la composici n del tr nsito mezclado por lo que se elige la segunda opci n 62 mg DISPAV 5 Se requiere conocer el tr nsito de proyecto en millones de ejes est ndar Tiene dos opciones 1 Si conoce el tr nsito de proyecto meterlo directamente 2 Calcularlo a partir del tr nsito mezclado Introduzca el n mero correspondiente a su elecci n _ Datos del tr nsito Se requiere del tr nsito diario promedio anual en el carril de proyecto considerando el coeficiente direccional y la distribuci n por carriles La tasa de crecimiento anual debe estimarse mediante un an lisis estad stico En este caso se emplearon los resultados obtenidos en muestras tomadas en la red nacional por el Instituto Mexicano del Transporte Tambi n se requiere el periodo de dise o del pavimento en a os A continuaci n se muestra la car tula de la pantalla y los datos introducidos para este ejemplo YE DISPAV 5 Introduzca los siguientes datos Transito diario promedio anual en el carril de proyec
50. i n excesiva o la falla por fatiga de manera prematura o ambos criterios Sin embargo en caso de que alguno de los criterios de dise o se encuentre sobrado es recomendable analizar diferentes alternativas de ajuste para buscar alguna soluci n m s econ mica que siga siendo satisfactoria Si el proyectista decide continuar estudiando el dise o el programa le da opci n a imprimir el dise o actual antes de modificarlo a continuaci n le presenta las mismas opciones 19 consideradas en el punto anterior para modificar el dise o actual y hacer su verificaci n posterior En caso de que el proyectista decida no continuar el dise o el programa permite la impresi n de resultados antes de terminar 2 4 3 La vida previsible es mayor que el tr nsito de proyecto Si la vida previsible tanto en deformaci n como fatiga es mayor que el tr nsito de proyecto considerando la tolerancia de 10 se permite al proyectista hacer ajuste en materiales o espesores para llegar a un dise o m s aceptable o terminar la corrida del programa Si elige hacer cambios en su proyecto el programa permite las mismas opciones que en los casos anteriores Despu s de haber hecho los ajustes deseados se reinicia el c lculo de la vida previsible por fatiga y deformaci n con los nuevos datos Al terminar estas iteraciones se termina el procedimiento de dise o 20 3 PROCEDIMIENTO PARA REVISI N El procedimiento de revisi n permite el c
51. icativas y deben emplearse nicamente como una gu a cualitativa Se hace notar que la estimaci n del m dulo de rigidez de proyecto es un problema dif cil que requiere de un an lisis amplio y del buen criterio del proyectista En efecto el m dulo de rigidez cambia de manera significativa con varios factores entre ellos la temperatura y la velocidad de aplicaci n de las cargas de las ruedas de los veh culos A esto debe agregarse el efecto din mico vertical que altera las cargas est ticas Por lo anterior se recomienda dividir el per odo de dise o en etapas clim ticas t picas y realizar pruebas din micas de laboratorio para estimar los m dulos de rigidez en diferentes condiciones El m dulo de rigidez de proyecto puede estimarse ponderando los da os producidos en diferentes etapas y aplicando la ley de Miner En consecuencia la estimaci n de los m dulos de rigidez de los diferentes materiales debe considerarse con mucho cuidado para evitar fallas debido a una apreciaci n inadecuada de las caracter sticas mec nicas de los materiales Para el caso de los materiales no estabilizados con asfalto las recomendaciones son similares Por tanto se insiste en realizar un buen control de laboratorio tomando en cuenta que la compactaci n el contenido de agua y los efectos clim ticos modifican de manera significativa el comportamiento de los materiales 71 En caso de que el proyectista no pueda obtener los m dul
52. ientes vertical y horizontal El programa suministra valores promedio para cada capa y permite al usuario 13 modificar esos valores en caso de contar con informaci n confiable de ese par metro para los materiales espec ficos que emplea 2 1 8 Nivel de confianza del proyecto El nivel de confianza se refiere a la probabilidad de que la duraci n real del pavimento sea al menos igual a la de proyecto Se sugiere el empleo de un nivel de 85 por ciento pero el m todo permite al usuario el empleo de cualquier nivel entre 50 y 99 por ciento Con este dato termina la entrada de datos del proyecto por deformaci n permanente y se pasa al c lculo de espesores 2 2 Dise o por deformaci n permanente en la rodada Al tener el tr nsito equivalente los VRSz de las capas no estabilizadas el m dulo el stico de la carpeta y el nivel de confianza del proyecto se determinan los espesores requeridos para cada capa de la secci n estructural empleando los modelos matem ticos desarrollado para ese fin Se recomienda consultar los informes 325 y 444 de las Series del Instituto de Ingenier a UNAM as como la extensa informaci n experimental disponible en relaci n con los modelos matem ticos sobre dise o por deformaci n permanente En caso de que al determinar los espesores se encuentre alguna capa que requiera espesores muy peque os menores que 10 cm se pone a consideraci n del proyectista la conveniencia de reconsiderar
53. ion of the pavement based on full scale tests in the field and in the laboratory b Models to determine the fatigue performance of asphalt mixes based on extensive research realized at the Institute taking into account the specific climate and traffic conditions of Mexico Compared respect other recognized international pavement design methods the results are satisfactory both for normal roads and for high standard expressways Presently a new version of the Design Method is underway for use in asphalt pavements and semi rigid structural sections DISPAV 5 Trial Version 3 0 It will be presented in Visual Basic and other languages and it will include new features to simplify the structural design of normal roads and expressways The new update will combine the simplicity of catalogs of structures and the accuracy of analytical models Before the release of this new trial version 3 0 there will be an extensive stage of full scale research and implementation of the models to analyze the performance cement treated bases and sub bases vi RESUMEN Este informe tiene el prop sito de describir el empleo del m todo actualizado de dise o desarrollado por los autores en el Instituto de Ingenier a UNAM La teor a es compatible con los conceptos generales presentados en el informe t cnico 325 de las Series del Instituto de Ingenier a UNAM El informe fue analizado cuidadosamente con base en la amplia informaci n obtenid
54. iones del programa En caso de tener tratamiento superficial se sugiere considerar que no tiene contribuci n estructural Si el n mero de capas es mayor que cinco se sugiere considerar la posibilidad de simplificar la estructura Una forma de hacerlo consiste en agrupar dos capas adyacentes con rigidez similar empleando el criterio de Odemark para encontrar un espesor equivalente 22 Dentro de las capas consideradas se debe incluir la terracer a Tambi n como capa superior se debe incluir la carpeta base asf ltica o base granular 3 1 3 Espesores de capa Se necesita conocer el espesor de cada capa en cm La terracer a se considera semi infinita Una vez seleccionadas las capas del pavimento se requieren sus propiedades mec nicas de acuerdo con los siguientes puntos 3 1 4 Valores relativos de soporte cr ticos VRSz Este par metro es de gran importancia y debe estimarse con mucho cuidado de manera que sea representativo de las condiciones del lugar El programa considera valores m ximos y m nimos del VRSz seg n las capas En caso de que el VRSz cr tico sea menor al valor m nimo correspondiente el programa se detiene En el cap tulo de dise o se especifican esos valores m ximos y m nimos Si el VRSz cr tico de alguna capa es mayor que el VRSmax m ximo de proyecto el programa considera este ltimo valor en el dise o por deformaci n VRSp para obtener proyectos m s confiables pero gua
55. ista acepta la sugerencia se hace el ajuste en caso contrario se contin a con los valores iniciales 16 2 3 2 C lculo de la deformaci n unitaria de tensi n en la carpeta Con los datos anteriores se pasa al c lculo de la deformaci n unitaria de tensi n en la carpeta para ello se hace uso del programa de computadora CHEVA desarrollado por la compa a CHEVRON y adaptado primero en Sud frica y despu s en el Instituto de Ingenier a UNAM CHEVS El programa permite el empleo de cinco capas 2 3 3 Vida previsible por deformaci n permanente y por fatiga El valor calculado de la deformaci n unitaria de tensi n en la carpeta permite la obtenci n de la vida previsible por fatiga empleando el modelo matem tico de vida por fatiga desarrollado en el Instituto de Ingenier a UNAM de acuerdo con el nivel de confianza elegido para el proyecto 2 4 Ajustes al dise o anterior La vida previsible obtenida antes se compara con el tr nsito de proyecto y el resultado puede ser alguno de los siguientes e La vida previsible por fatiga o por deformaci n es menor que el tr nsito de proyecto correspondiente En este caso se requieren ajustes para obtener un dise o adecuado e Las vidas previsibles son iguales a la de proyecto dentro de una tolerancia de 10 del tr nsito de proyecto o alguna de ellas est en esa tolerancia y la otra es mayor Tomando en cuenta la posibilidad real de que uno de los dos criterios sea
56. medio en el carril de proyecto en n mero de veh culos Composici n del tr nsito por tipo de veh culo en por ciento e Carga por eje sencillo doble o triple de cada tipo de veh culo en toneladas m tricas e Proporci n de veh culos cargados y vac os en forma global o por cada tipo de unidad e Tasa de crecimiento anual del tr nsito en por ciento e Per odo de proyecto en a os Despu s de haber calculado el tr nsito de proyecto el programa lo clasifica en cuatro niveles con objeto de establecer espesores m nimos de capa de acuerdo con lo siguiente Niveles del tr nsito equivalente en el carril de proyecto Nivel del tr nsito equivalente Ejes equivalentes de 8 2 toneladas m tricas I T lt 106 II 106 lt T lt 107 III 107 lt e58 x 107 IV 5x107 lt T 2 1 3 Capas consideradas Para iniciar el dise o se requiere saber como lo concibe el proyectista y se piden las capas que se est n considerando incluir Desde el punto de vista estructural es conveniente emplear un n mero de capas no mayor de cinco de tal manera que tanto el an lisis como la construcci n correspondan a un proyecto bien definido f cil de construir y de conservar durante su vida de servicio De acuerdo con lo anterior el programa DISPAV 5 est proyectado para analizar secciones estructurales con un m ximo de cinco capas las cuales pueden ser 1 Carpeta asf ltica 2 Base granular o
57. mente por el programa DISPAV S5 En la siguiente car tula se muestra como ejemplo el cami n T3 S2 T DISPAV 5 Cami n T3 52 eje 1 2 3 Tipo Sencillo Doble Doble Carga 6 5 19 5 18 0 Presi n 6 0 6 0 6 0 Carga total del eje sencillo doble triple en toneladas Presi n de inflado en condiciones de servicio en kg cm2 Se han indicado las cargas m ximas legales por eje en toneladas seg n aparecen en el decreto publicado el 7 de enero de 1997 en algunos casos la carga por eje se ajust para no sobrepasar la carga maxima total del vehiculo Puede modificarlas de acuerdo con su proyecto Quiere hacer modificaciones s n n A continuaci n el programa calcula y presenta los coeficientes de equivalencia o de da o relativo para cada veh culo como se muestra en la siguiente figura para un tractor con semirremolque T3 S2 E DISPAV 5 COEFICIENTES DE EQUIVALENCIA DEL WEHICULO CARGADO Cami n T3 52 PROFUNDIDAD 15 30 3 30 3 34 Para continuar oprima cualquier tecla 66 Por ltimo el programa calcula el tr nsito acumulado de proyecto N a diferentes profundidades tomando en cuenta los coeficientes de equivalencia de cada veh culo el tr nsito diario promedio la distribuci n del tr nsito la tasa de crecimiento anual y el periodo de proyecto Para el c lculo de la vida por agrietamiento de fatiga en las capas asf lticas se recomienda tomar como tr nsito acumulad
58. mo las condiciones de humedad previsibles durante la vida de servicio del camino Tambi n deben hacerse consideraciones estad sticas de manera que el valor medio obtenido se ajuste por un factor de seguridad Se sugiere emplear VRSz VRS 1 CV En la expresi n anterior C es un factor que depende del nivel de confianza deseado Para fines pr cticos puede considerarse una distribuci n normal en la resistencia Por ejemplo si se desea un nivel de confianza de 80 por ciento entonces C 0 84 Por su parte V es el coeficiente de variaci n de la resistencia Si no tiene suficiente informaci n para estimarlo se puede emplear un valor alrededor de 0 3 que se considera aceptable para una construcci n de buena calidad Los valores de proyecto considerados en este ejemplo son los siguientes TE DISPAV 5 Capa VRSP Mod elast Carpeta Base granular Sub base Subr as ante Terracer a Introduzca el VRS de las capas no estabilizadas en por ciento 69 El m todo establece valores m nimos y m ximos para el VRSz con el prop sito de obtener espesores adecuados cuando ste excede los umbrales m ximos o m nimos convenientes de los materiales empleados En el Manual del Usuario aparece una tabla con los l mites establecidos de acuerdo con la experiencia obtenida en las investigaciones desarrolladas El valor de proyecto se designa como VRSp En caso de que se propongan valores inferiores a los m nimos admi
59. n de Poisson de cada capa V i o acepte el valor sugerido Meta el nivel de confianza del proyecto o acepte el valor sugerido C lculo del coeficiente de equivalencia estructural de cada capa coeg i V Figura 2 Segunda parte del diagrama de flujo del programa de dise o 48 Repita para cada capa no estabilizada Q ind 1 lt i lt nk Camino de altas S especificaciones Calcule la profundidad requerida para el VRSz de cada capa emplean do el modelo apropiado za i Calcule la profundidad requerida con el modelo de da o profundo za i Calcule la profundidad requerida con el modelo de da o superficial za i Calculo de espesor de cada capa Repita para todas las capas h i za i 1 za i Verificar que no se dise e con capas muy delgadas Si Eliminar la capa y volver a iniciar el c lculo de profundidades V Figura 3 Tercera parte del diagrama de flujo del programa de dise o 49 hm 1 hmin 1 dif 1 h h m 1 h 1 gt Para i 2ank 1 hm i hmin i hm i h i dif i 1 co i 1 co i dif i DF dif i 1 co i 1 co i DF hm i hmin i dif i DF hm i hmin i i lt nk 1 AN i nk 1 V Imprima resultados Continua el dise o por fatiga No Impresi n en papel FIN Si V Figura 4 Cuarta parte del diagrama de flujo del programa de dise o 50 Verificaci n de los es
60. na Los modelos reflejan la pr ctica europea El procedimiento del Instituto del Asfalto est basado en experimentaci n sobre concretos asf lticos representativos de los empleados en Estados Unidos de Am rica El modelo de Witczak se basa en el estudio de 149 mezclas asf lticas de diferentes tipos su base experimental incluye la experimentaci n empleada por el Instituto del asfalto complementada por experimentaci n en mezclas de varios tipos El modelo del Instituto del Transporte de Texas se fundamenta en el estudio de las mezclas com nmente empleadas en ese estado El programa MODULO S calcula el m dulo de rigidez de la mezcla asf ltica con los cuatro m todos y los resultados se presentan juntos para que el proyectista estime el valor m s probable de la mezcla en estudio 40 6 2 SECUENCIA OPERATIVA DEL PROGRAMA El proceso de c lculo se inicia con los dos m todos de los laboratorios Shell seguido por el programa del Instituto del Asfalto el modelo de Witezack y el m todo del Instituto del Transporte de Texas Los datos requeridos en esos m todos son los mismos en algunos casos por lo que no se repite la entrada de dichos datos y solo se solicitan los datos complementarios de cada m todo 6 2 1 M todos de los Laboratorios Shell Se presentan el m todo de Heukelom y Klomp y el desarrollado por Ug et al Entrada de datos Volumen de vac os Vv El volumen de vac os se expresa en
61. ncia con los materiales espec ficos del proyecto 2 1 6 M dulo de rigidez de la carpeta Los requisitos establecidos en el modelo hacen necesario contar con carpeta asf ltica para tr nsito de proyecto medios y altos para tr nsito bajo su inclusi n es opcional Para fines de c lculo estructural cuando se utiliza carpeta asf ltica se requiere introducir el m dulo de rigidez o m dulo din mico en kg cm La estimaci n del m dulo de rigidez de proyecto es un procedimiento que debe hacerse con mucho cuidado ya que debe representar el comportamiento de dicha capa en condiciones de servicio durante la vida til de la carretera En la reolog a de las mezclas asf lticas la temperatura y el tiempo de aplicaci n de carga tienen una influencia significativa en el valor del m dulo en un momento determinado por lo cual se recomienda hacer estudios regionales para fijar los valores de proyecto Lo anterior puede hacerse anal ticamente aplicando la ley de Miner al an lisis detallado de la informaci n experimental por pocas clim ticas 12 En el dise o por deformaci n el m dulo de la carpeta se requiere solo para estimar el coeficiente de equivalencia de esa capa en relaci n con la base granular Esta estimaci n se obtiene aplicando el criterio de Odemark como la ra z c bica de la relaci n de m dulos el sticos de ambas capas para llegar a coeficientes congruentes se tom como referencia una base con VRS
62. o de proyecto el determinado a una profundidad de 15 cm Para calcular el espesor de la secci n estructural del pavimento por deformaci n permanente A se recomienda utilizar el obtenido a una profundidad de 90 cm Sin embargo el proyectista puede elegir el tr nsito acumulado de proyecto de acuerdo con las caracter sticas del camino y aplicando su criterio para cualquiera de las profundidades calculadas tanto por fatiga como por deformaci n permanente Debe recordarse que el tr nsito de proyecto se presenta en millones de ejes est ndar de 8 2 toneladas m tricas por eje sencillo 18 000 libras de acuerdo con la costumbre internacional Una vez elegida la profundidad de c lculo para los coeficientes de da o por veh culo aparece la car tula siguiente T DISPAV 5 El tr nsito de proyecto queda como sigue Por fatiga en las capas estabilizadas 29 60 Por deformaci n en capas no estabilizadas 36 41 Quiere imprimir los resultados s n 67 Conviene que el proyectista imprima o apunte estos datos para no tener que recalcular el tr nsito de proyecto en caso de que tenga que estudiar otras alternativas para el mismo estudio Propiedades de los materiales disponibles para el proyecto El proyectista debe partir de un anteproyecto de la secci n estructural del pavimento es decir cuales capas y que tipo de materiales planea incluir El programa considera un m ximo de cinco capas incluyendo
63. ocedimiento de dise o p gina 15 En este caso el espesor de sub base calculado es de 11 6 y se ha incrementado al espesor m nimo de 15 cm en consecuencia el espesor de subrasante calculado se ha disminuido en la misma cantidad Puede observarse que los espesores no se han redondeado Se espera que el proyectista haga eso posteriormente usando su criterio Dise o por fatiga en las capas asf lticas La vida previsible por fatiga se basa en las deformaciones unitarias generadas en la parte inferior de la carpeta asf ltica de la estructura obtenida en el paso anterior Se emplea el modelo de fatiga correspondiente al tipo de camino elegido T DISPAV 5 TES DATOS Y RESULTADOS DEL DISE O Camino de altas especificaciones Nivel de confianza en el dise o 85 Capa VRSZ E v vida previsible cm kg cm Def Fatiga Carpeta 9 8 30000 0 3 3 2 Base granular 25 2 100 0 3265 36 4 Sub base 15 0 40 0 1719 a 36 4 Subr as ante 57 6 20 0 1058 67 1 Terraceria Semi inf 5 0 401 A 36 4 Vida previsible Tr nsito proyecto 36 4 36 4 Deformaci n Fatiga 3 2 29 6 El dise o no es adecuado Tiene usted cuatro opciones cambiar m dulo de carpeta Cambiar espesores emplear base asf ltica salir del programa Introduzca el n mero que corresponde a su opci n _ El resultado de la revisi n indica que la vida previsible es inferior al tr nsito de proyecto por fatiga 74 Se requiere modificar el dise o para
64. odelos de a Ug b Heukelom y Klomp M todo del Instituto del Asfalto Entrada de datos complementarios Por ciento que pasa la malla 200 Viscosidad del asfalto Frecuencia de aplicaci n de carga C lculo del m dulo de rigidez con el modelo del Instituto del Asfalto Modelo de Witczak Entrada de datos complementarios Por ciento retenido en la malla de 19 mm 3 4 Por ciento retenido en la malla de 9 5 mm 3 8 Por ciento retenido en la malla de 4 75 mm No 4 Tipo de asfalto seg n su viscosidad C lculo del m dulo de rigidez con el modelo de Witczak 7 3 Diagrama de flujo del programa MODULO 5 M todo del Instituto del Transporte de Texas Entrada de datos Tipo de agregado a Triturado b De r o C lculo del m dulo de rigidez con el m todo del ITT Impresi n en pantalla de los resul tados obtenidos con los cinco m todos Figura 11 Diagrama de flujo del programa MODUL5 59 60 8 EJEMPLOS DE APLICACI N Se presentan tres ejemplos de aplicaci n del m todo de dise o el primero es el dise o del pavimento de un camino con tr nsito pesado el segundo es el dise o de un camino con tr nsito bajo y el tercero es la revisi n de la vida de un pavimento ya existente 8 1 Ejemplo 1 Se quiere obtener el dise o del pavimento para un camino importante con un volumen de tr nsito alto Se tienen las caracter sticas de resistencia de los materiales considera
65. oducir el disquete del programa en el puerto A 1 con todo el conjunto de programas del DISPAV S Para iniciar el c lculo se abre el archivo DISPAV 5 exe que de manera interactiva solicitar los insumos requeridos Para mayor rapidez de c lculo los programas incluidos en el disquete DISPAV 5 pueden copiarse a una carpeta o a un subdirectorio del disco duro de la computadora 2 PROCEDIMIENTO PARA DISE O ESTRUCTURAL El procedimiento tiene varias etapas Entrada de datos Dise o por deformaci n Revisi n del dise o anterior para efectos de fatiga RA A En caso de que no se satisfaga el criterio de fatiga se puede modificar el dise o resultante 2 1 Entrada de datos del proyecto El programa requiere la alimentaci n de informaci n referente al tipo de carretera tr nsito de proyecto materiales a emplear y nivel de confianza A continuaci n se detallan esos pasos en el orden pedido por el programa 2 1 1 Tipo de carretera Se presentan dos modelos de dise o 1 Dise o de carreteras de altas especificaciones en las cuales se requiere conservar un nivel de servicio alto de la superficie de rodamiento durante toda la vida de servicio Al t rmino de la vida de proyecto la deformaci n esperada con este modelo de dise o es del orden de Azo 1 2 cm percentil 80 de la deformaci n maxima con agrietamiento ligero o medio Ze Dise o en carreteras normales en donde la deformaci n permanente esperada al
66. ongress Permanent International Association of Road Congresses Question IT Bruselas sep 1987 Corro S y Prado G Proyecto estructural de pavimentos Instituto de Ingenier a UNAM Informe de Investigaci n a la Secretar a de Comunicaciones y Transportes Tomos I y II proyectos 6512 7522 M xico D F 1988 98 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 Corro S y Prado G Proyectos de investigaci n dirigidos al desarrollo tecnol gico Estudio del m todo actualizado de dise o de pavimentos Segunda Parte D F Instituto de Ingenier a UNAM Informe de Investigaci n a la Secretaria de Comunicaciones y Transportes N 9529 M xico D F dic 1992 De Jong D L Peutz M G F y Korswagen A R Computer program BISAR Layered systems under normal and tangential loads Koninklijke Shell Laboratorium Shell Research Amsterdam 1973 Abbot L M CHEV4 Stresses and strains in layered systems NITRR CSIR CITRAN Manual P4 Pretoria 1977 ELSYMS Interactive microcomputer version Research Development and Technology Turner Research Center FHWA McLean Virginia Distribuido por McTrans University of Florida dic 1986 ASTM Annual book of standards 04 08 Soil and rock Dimension stone Geosynthetics American Society for Testing and Materials Filadelfia 1992 y ediciones posteriores ASTM Annual book of standards 04 03 Road and paving materials Pavement manag
67. ormaciones unitarias de fatiga basado en los estudios experimentales realizados en el Instituto de Ingenier a UNAM sobre mezclas asf lticas t picas durante los a os 1985 a la fecha Tambi n se agrega un nuevo modelo desarrollado para dise ar estructuras de carreteras de altas especificaciones tomando en cuenta tanto la deformaci n permanente acumulada rodera como el agrietamiento a fatiga en las capas ligadas con asfalto El modelo original para caminos normales no sufri cambios adicionales y tambi n esta incorporado al DISPAV 5 El m todo de dise o esta fundamentado en la extensa experimentaci n realizada a escala natural tanto en el campo como en el laboratorio y los estudios anal ticos llevados a cabo dentro del programa experimental del Instituto de Ingenier a UNAM Al comparar sus predicciones con diversos criterios ampliamente reconocidos en el extranjero los resultados son satisfactorios En lo que se refiere al dise o por deformaci n permanente es importante se alar que el m todo previene la deformaci n excesiva en las capas no estabilizadas con asfalto base sub base subrasante y terracer a Adem s se considera que las mezclas asf lticas se han proyectado de manera cuidadosa y que por tanto las deformaciones de las capas asf lticas son relativamente peque as Debe mencionarse que existe una alta dependencia entre las caracter sticas mec nicas de las mezclas asf lticas y las variaciones clim
68. ors at the Institute of Engineering UNAM The theory is consistent with the general concepts presented in 1974 in the technical report 325 of the Institute s of Engineering Series The report was carefully analyzed in terms of the extensive information obtained in test roads typical highways in the national network and full scale testing in the circular test track at the Institute Extensive research has been made up to date which confirms the basic assumptions of the design method e Mechanistic approach for the two main modes of failure of pavements which include A rigid plastic model and Terzaghi s load bearing capacity criteria to estimate the long term permanent deformation of the unbound pavement layers The theoretical empirical model is consistent with the full scale experimentation An elastic model to determine the road performance based on the fatigue cracking failure of the asphalt bound layers taking into account the critical tension strain on those layers e A probabilistic approach to estimate appropriate confidence levels e Analytic calculation of truck damage factors The model takes into account total load type of axle tire pressure and the depth where the relative damage factor is estimated e Characterization of materials based on their long term actual performance in the road The updated design method includes among other features a Distress models to estimate the ultimate permanent deformat
69. os de rigidez de los materiales no aglutinados en pruebas de laboratorio o en el campo el programa permite estimarlos de manera aproximada con la expresi n E 130 VRSz 2 En el ejemplo se supone conocido el m dulo de rigidez de la carpeta y se estima el m dulo de rigidez de las otras capas a partir del VRSz T DISPAV 5 Capa VRSP Mod de rigidez Carpeta 30000 Base granular 100 3265 Sub base 30 1719 Subrasante 20 1058 Terraceria 5 401 Se han sugerido algunos valores como m dulos de rigidez de capas no estabilizadas Esos valores se obtuvieron de E 130 VRSA Esta ecuaci n se obtiene para condiciones generales pero puede requerir adecuaciones en casos particulares Quiere hacer cambios en alg n valor s n Relaci n de Poisson El programa propone relaciones de Poisson para cada tipo de material Si el proyectista tiene informaci n confiable que indique que el valor es diferente al anotado puede modificarlo VA DISPAV 5 Capa VRSP Mod de rigidez Poisson Carpeta 30000 0 Base granular 100 0 Sub base 0 Subrasante 20 0 Terraceria 0 Se proponen valores para las relaciones de Poisson de cada capa puede modificarlas si asi lo desea Acepta los valores propuestos s n s_ 72 En este ejemplo se aceptan los valores propuestos Nivel de confianza El programa permite elegir el nivel de confianza del proyecto entre 50 y 99 se sugiere el empleo de un nivel de 85 En el
70. os materiales a la profundidad z durante la vida de servicio de la carretera para estimar el VRS 0 equivalente si dicha capa de material estuviera en la superficie de la carretera Lo anterior permite eliminar los valores emp ricos de ndice de espesor y desarrollar modelos te ricos de dise o que se han verificado ampliamente en la pr ctica desde 1974 a la fecha 27 e Los modelos experimentales de comportamiento a largo plazo de carreteras por repetici n de las solicitaciones del tr nsito obtenidos en 80 tramos de prueba Iz car de Matamoros Pue y Salinas de Hidalgo SLP construidos por el Instituto de Ingenier a UNAM e Tambi n fueron de utilidad fundamental los resultados obtenidos en pruebas aceleradas a escala natural en condiciones controladas de temperatura y humedad de diferentes secciones estructurales de pavimento ensayadas en la Pista Circular del Instituto de Ingenier a UNAM La pista fue parte del proyecto de investigaci n y fue dise ada y construida por Corro S et al especialmente para este tipo de estudios Debe mencionarse que los modelos de deterioro por deformaci n permanente para carreteras de altas especificaciones se obtuvieron a trav s de una extensa experimentaci n en el campo y en la pista circular del Instituto de Ingenier a UNAM Las tendencias observadas son congruentes con la experimentaci n en caminos normales de acuerdo con los estudios reali
71. pesores de dise o con los espesores m nimos C lculo de esfuerzos y deformaciones unitarias con el programa CHEV4 C lculo de las deformaciones unitarias cr ticas en cada capa asf ltica asf ltica C lculo de la vida previsible por fatiga en cada capa asf ltica y revisi n de la vida por deformaci n Impresi n en pantalla de los resultados Opciones Vida previsible vs 1 Cambiar calidad tr nsito de proyecto capa asf 2 Cambiar espesores 3 Emplear base asf 4 Terminar tolerancia 10 Hacer ajustes en el proyecto No Imprimir el dise o Figura 5 Quinta parte del diagrama de flujo del programa de dise o 51 Meter las nuevas caracter sticas de las capas asf lticas E i Opci n 1 C lculo de coeficientes de equi cambiar propiedades valencia estructural coeq i de las capas asf lticas regresar al c lculo de vida previsible por fatiga y por deformaci n con los nuevos valores Meter los nuevos espesores de capa h i Opci n 2 cambio de espesores Revisar los valores de m dulos de rigidez de las capas no estabiliza das para considerar los nuevos espesores regresar al calculo de vida previsible por fatiga y por deformaci n con los nuevos valores Figura 6 Sexta parte del diagrama de flujo del programa de dise o 52 Meta las caracter sticas de la base asf ltica considerada hm 2 E 2 v 2 nk nk 1
72. programa MODULO S5 como apoyo para la estimaci n del m dulo de resiliencia de las capas asf lticas que est considerando en su proyecto 6 1 OBJETIVO DEL PROGRAMA El objetivo es proporcionar al proyectista de pavimentos una herramienta para estimar de manera aproximada el m dulo de rigidez de las capas asf lticas Los algoritmos en que se basa el programa se han obtenido de estudios experimentales y estad sticos con materiales asf lticos de diferentes clases y est n limitados a las condiciones particulares en que se desarrollaron Lo anterior implica que el proyectista debe tomar los resultados calculados como una gu a ya que pueden requerir adaptaciones de importancia de acuerdo con las condiciones espec ficas del proyecto El programa presenta los algoritmos desarrollados en cuatro instituciones Laboratorios Shell Se cuenta con el algoritmo propuesto por Heukelom y Klomp y con el modelo desarrollado por Ug et al 39 Instituto del Asfalto Modelo de Witczak Instituto del Transporte de Texas Los algoritmos de los Laboratorios Shell se basan en la experimentaci n con mezclas densas en el caso de Heukelom Vv del orden de 3 por lo cual dicho modelo se ampli de acuerdo con el criterio de van Draat y Sommer En el modelo desarrollado por Ug et al se ensayaron bajo diferentes temperaturas y frecuencias una gran variedad de mezclas asf lticas desde concretos asf lticos hasta mezclas de are
73. que la vida previsible coincida aproximadamente con el tr nsito de proyecto El programa proporciona cuatro opciones al usuario En este ejemplo se presentan dos soluciones al dise o En la primera se mantienen las capas consideradas actualmente CA BG SB SR y se modifica el grueso de la carpeta hasta encontrar un espesor que proporcione una vida previsible igual al tr nsito de proyecto por fatiga En la segunda soluci n se considera incluir una base estabilizada con asfalto Soluci n 1 Se elige la opci n 2 de la car tula y se incrementa el espesor de la carpeta a 17 cm Se pueden reducir o no algunos espesores de las capas inferiores En este caso se disminuye el espesor de base a 20 cm y el de subrasante a 50 cm Despu s del nuevo c lculo se obtiene el siguiente resultado T DISPAV 5 DATOS Y RESULTADOS DEL DISE O Camino de altas especificaciones Nivel de confianza en el dise o 85 Capa H VRSZ E V vida previsible cm kag cm2 Def Fatiga 21 0 Carpeta 17 0 30000 0 3 Base granular 20 0 100 0 3265 0 35 Sub hase 15 0 40 0 1719 0 45 Subr as ante 50 0 20 0 1058 0 45 Terracer a Semi inf 5 0 401 0 4 gt 150 vida previsible Tr nsito proyecto Deformaci n E g Fatiga 21 0 29 6 El dise o no es adecuado Tiene usted cuatro opciones cambiar m dulo de carpeta cambiar espesores emplear base asf ltica salir del programa Introduzca el n mero que corresponde a su opci n 75
74. ranular Sub base Subrasante Terracer a Vida previsible 26 7 Deformaci n Fatiga 85 V vida previsible Fatiga 0 35 26 7 0 35 0 45 0 45 0 45 Tr nsito proyecto 29 6 La vida previsible es cercana o mayor que la vida de proyecto el dise o parece adecuado La tolerancia es 10 del tr nsito de proyecto cr tico Quiere explorar otras alternativas s n 76 La vida previsible es ahora menor que el tr nsito de proyecto aunque la diferencia es menor que 10 del tr nsito de proyecto lo que se considera tolerable Queda a criterio del proyectista definir si el espesor de carpeta es de 18 19 o 18 5 cm Soluci n 2 Alternativa de soluci n empleando base asf ltica Para incluir una base asf ltica en el dise o se debe contestar afirmativamente s a la opci n de explorar otras alternativas Al hacerlo as aparecen nuevamente las cuatro opciones para continuar el dise o de stas se debe seleccionar la opci n n mero 3 Propiedades de la base asf ltica Se requiere iniciar los c lculos con un espesor inicial para la nueva capa Dicho valor se puede fijar por las consideraciones m nimas de espesor tomando en cuenta el tama o m ximo de agregado tr nsito de proyecto etc Tambi n puede suponerse a partir de las caracter sticas estructurales del proyecto estimadas con los resultados anteriores Tambi n es necesario proporcionar el m dulo de rigidez de la nueva capa y la rel
75. rda el valor del VRSz para emplearlo en la estimaci n del m dulo de rigidez de esa capa 3 1 5 M dulos el sticos de las capas En caso de que el proyectista no conozca el m dulo de rigidez de las capas asf lticas el programa se detiene para darle oportunidad al proyectista de hacer su estimaci n ya sea por medio de ensayes din micos de laboratorio o por medio de las relaciones emp ricas 23 con las relaciones volum tricas y las caracter sticas del asfalto tal como se hace en el programa suplementario MODULO 5 en este ltimo caso se recomienda precauci n al elegir el valor de proyecto En caso de que el proyectista no conozca los m dulos de rigidez de las capas no asf lticas puede detener el programa para estimarlo con pruebas din micas de laboratorio o puede aceptar los valores que el programa le sugerir basado en relaciones emp ricas con el VRSz Las relaciones emp ricas con el VRSz deben tomarse con precauci n pues son obtenidas para condiciones muy generales y pueden requerir modificaciones en proyectos espec ficos El programa permite que el usuario cambie los valores sugeridos para tomar en cuenta su experiencia con los materiales espec ficos del proyecto En el caso de las capas sin ligante asf ltico el programa revisa que la relaci n del m dulo de rigidez de una capa con el m dulo de rigidez de la capa subyacente no sea excesiva en caso de serlo se sugiere disminuir el m dulo de la capa superior
76. res en el Instituto de Ingenier a UNAM 37 Para obtener el coeficiente de equivalencia unitario del tr nsito mezclado se multiplica el coeficiente de equivalencia de cada tipo de veh culo suma ponderada de los coeficientes del veh culo cargado y vac o por la proporci n en que ese veh culo participa en el tr nsito mezclado y se hace la suma de los ejes equivalentes correspondientes Lo anterior representa el da o relativo promedio producido en el carril de proyecto por el paso de un solo veh culo del tr nsito mezclado El coeficiente de equivalencia unitario se multiplica por el TDPA en el carril de proyecto y se obtiene el tr nsito diario promedio inicial en ejes est ndar de 8 2 t en el carril de proyecto Se acumula el tr nsito diario en ejes est ndar en todo el periodo de proyecto tomando en cuenta la tasa de crecimiento anual del tr nsito y el resultado es el tr nsito de proyecto a diferentes profundidades 5 15 30 60 90 y 120 cm Se recomienda que para el dise o o revisi n de un pavimento por fatiga se tome el tr nsito equivalente a 15 cm de profundidad y para efectos de dise o o revisi n por deformaci n permanente de las capas no asf lticas se tome una profundidad de 90 cm sin embargo el proyectista puede optar por diferentes profundidades de acuerdo con su caso espec fico 38 6 MANUAL DEL USUARIO DEL PROGRAMA MODULO 5 Como un programa separado del DISPAV 5 se proporciona al usuario el
77. se incluye dentro de las capas Caracter sticas de los materiales Primero se introducen los VRSz estimados de los materiales En el caso de que el VRSz estimado en el lugar para alguna capa sea menor que el m nimo admisible el programa se detiene pues el m todo no es aplicable para esos materiales Si el VRSz introducido en alguna capa es mayor al m ximo admisible para esa capa el valor se ajusta al m ximo admisible VRSp pero el VRSz estimado se emplea en la determinaci n del m dulo de rigidez de dicha capa En el ejemplo el VRSz de la subrasante se ha estimado en 25 este valor es mayor a 20 valor m ximo aceptable para esa capa por lo que el VRSp de proyecto se considera igual a este ltimo valor sin embargo el programa retiene el valor de 25 para el caso de que se quiera estimar el m dulo de rigidez de esa capa a partir del VRSz En el caso de este ejemplo se supone que el proyectista ha medido los m dulos de rigidez 2 obteniendo 35 000 kg cm para el concreto asf ltico de la superficie de rodamiento y 22 000 kg cm para la base asf ltica En el caso de las capas de materiales no aglutinados en caso de no contar con una medici n directa del m dulo de rigidez sobre los materiales se puede estimar el m dulo de rigidez aproximadamente con la relaci n establecida con el VRSz estimado en el lugar En este ejemplo se estiman estos m dulos de rigidez a partir de los VRSz estimados en el lugar obteni ndose
78. si las desea eliminar Como se dijo antes el comportamiento por fatiga de la carpeta asf ltica est influido fuertemente por la rigidez de la capa subyacente por lo que no es recomendable eliminar la capa de base Por otra parte la rigidez de la capa de base a su vez est influida por la rigidez de la capa inferior El programa emplea como gu a la relaci n deseable de m dulos desarrollada por los Laboratorios de Investigaci n Shell la cual es compatible con las 86 investigaciones realizadas por los autores en numerosos tramos de prueba del pa s y en la pista circular del Instituto de Ingenier a UNAM Tomando en cuenta lo anterior no se considera recomendable eliminar ninguna de las dos capas El programa emplea los espesores m nimos establecidos en el M todo de Dise o y ajusta el espesor de la subrasante a su valor m nimo El dise o queda como sigue T DISPAV 5 Dise o por deformaci n para un camino de tipo normal con un nivel de confianza de 85 Para un tr nsito de proyecto de 2 7 millones de ejes est ndar Capa Espesor Espesor calculado proyecto Carpeta 5 4 5 4 Base granular 7 3 15 0 Sub base 1 23 15 0 Subrasante 33 7 30 0 Los espesores de capa calculados son ajustados a un espesor minimo el cual depende de la capa y del tr nsito de proyecto El dise o anterior previene contra la deformaci n excesiva conviene revisarlo para prevenir el agrietamiento por fatiga Quiere hacerlo asi s n
79. sibles el programa se detiene y el proyectista debe replantear el proyecto con otros materiales En caso de que se propongan valores mayores a los m ximos el programa toma el valor m ximo admisible como el VRSp aunque registra el valor propuesto por el proyectista para emplearlo en la estimaci n del m dulo de rigidez de la capa correspondiente en caso de requerirse En el ejemplo los valores propuestos est n en el intervalo aceptable excepto la sub base que se ajusta a un VRSp 30 YE DISPAV 5 Capa VRSP Mod de rigidez Carpeta Base granular 100 Sub base 30 Subrasante 20 Terracer a 5 Se establecen VRS m ximos en las capas no asf lticas para tener mejores resultados si los VRSz son mayores se ajustan para fines de dise o por deformaci n Se requiere el m dulo de rigidez de la carpeta si no tiene estimado su valor debe terminar esta corrida para hacerlo En ese caso apriete solo la tecla de entrada 70 M dulos de rigidez de los materiales Para el c lculo de esfuerzos deformaciones unitarias y desplazamientos verticales se requieren los m dulos de rigidez de todas las capas En el caso de la carpeta asf ltica si el proyectista no tiene informaci n de laboratorio para establecer el m dulo din mico de rigidez del concreto asf ltico puede emplear el programa MODULO para estimarlo aproximadamente a partir de relaciones volum tricas Los datos obtenidos generalmente tienen variaciones signif
80. t rmino de la vida de proyecto es de A20 2 5 cm con agrietamiento medio o fuerte En este tipo de dise o se debe hacer mantenimiento rutinario frecuente Es importante hacer notar que el comportamiento del pavimento depende de manera significativa del control de calidad en la construcci n y de un mantenimiento adecuado En el caso de carpetas asf lticas el dise o de la mezcla asf ltica es un elemento importante en el comportamiento y se requiere un dise o cuidadoso para evitar la falla prematura En el caso de los caminos de altas especificaciones las consideraciones anteriores tienen mayor relevancia y es necesario elegir materiales de construcci n de muy buena calidad emplear un dise o correcto en las mezclas asf lticas considerando la posibilidad de realizar pruebas de comportamiento de las mismas para tener una mayor confiabilidad en el proyecto y por ltimo aplicar un control de calidad riguroso durante la construcci n 2 1 2 Tr nsito de proyecto El m todo requiere dos tr nsitos de proyecto Tr nsito equivalente para el dise o por fatiga de las capas ligadas da o superficial y Tr nsito equivalente para el dise o por deformaci n permanente acumulada da o profundo En la experimentaci n se toman en cuenta las cargas reales Sin embargo en el proceso de an lisis se acostumbra utilizar el Tr nsito Equivalente usualmente referido a ejes sencillos con llantas gemelas y peso est ndar
81. tamiento a fatiga de carpetas asf lticas para carretera Instituto de Ingenier a UNAM Informe de Investigaci n a la Secretar a de Comunicaciones y Transportes proyectos 4517 5523 M xico D F 1986 LCPC Bitumes et enrob s bitumineux Bulletin de Liaison des Laboratoires des Ponts et Chauss es N mero Especial V Par s 1977 Ug P Gest G Gravois A y Bonnaure F Nouvelle m thode de calcul de m langes bitumineux Bulletin de Liaison des Laboratoires des Ponts et Chauss es N mero Especial V Par s 1977 Witczak M W y Fonseca O A Revised predictive model for dynamic complex modulus of asphalt mixtures TRB Record 1540 Transportation Research Board National Research Council Washington D C Shain M Y y McCullough B F Stiffness history of asphalt concrete in roads HRB Record N 466 Highway Research Board National Research Council Washington D C 1973 The Asphalt Institute Circular relativa a la estimaci n de la viscosidad en t rminos de la prueba de penetraci n en asfaltos The Asphalt Institute College Park Maryland Corro S Prado G y Rangel A Caracterizaci n y comportamiento de materiales Mezclas asf lticas con agregados de r o y de basalto triturado Instituto de Ingenier a UNAM Informe de Investigaci n a la Secretar a de Comunicaciones y Transportes M xico D F 1988 Corro S Practical design of flexible pavements XVIIIth World Road C
82. to 5962 Tasa de crecimiento anual del tr nsito en 4 Periodo de proyecto en a os 10 63 Tipo de camino Para efecto de las cargas m ximas legales en los veh culos comerciales en la siguiente car tula se consideran especificaciones de un camino de tipo A seg n la clasificaci n SCT FA DISPAV 5 mi Ed necesita conocer el tipo de camino Tipo A o B Tipo C Tipo D Introduzca el n mero correspondiente 1 Composici n del tr nsito Tomando en cuenta la informaci n obtenida de datos viales se considera la siguiente distribuci n del tr nsito para el ejemplo Los veh culos que no aparecen en siguiente tabla no se tomar n en cuenta de aqu en adelante La suma de los porcentajes debe ser 100 de lo contrario se deber n volver a introducir los datos correspondientes Distribuci n del Tr nsito Mezclado Tipo de vehiculo B3 C2 C3 T3 S2 T3 S3 T3 S2 R4 64 NE DISPAV 5 Se reguiene conocer la composici n del tr nsito introduzca el porcentaje de cada tipo de vehiculo Automovil Tractocami n articulado A 66 2 T2 51 T2 52 Autob s T3 S2 B2 T3 53 B3 B4 Tractocami n doblemente articulado T2 S1 R2 Cami n unitario T3 51 R2 E27 T3 52 R2 C322 A T3 52 R4 2 0 T3 52 R3 Cami n remolque T3 53 R2 C2 R2 C3 R2 C3 R3 C2 R3 6 0 4 0 Carga de los veh culos comerciales El programa permite considerar los diferentes porc
83. trabajo actual que ampl a la informaci n experimental e incluye el caso de carreteras de altas especificaciones y la informaci n actualizada sobre comportamiento a fatiga de mezclas asf lticas t picas del pa s Para simplificar el empleo del m todo de dise o se utiliza un programa interactivo de c mputo DISPAV 5 Dise o de Pavimentos empleando secciones estructurales hasta de cinco capas lo cual simplifica mucho el empleo del m todo de dise o ya que incorpora tanto el c lculo por deformaci n permanente en el modelo elasto pl stico desarrollado en el Informe 325 de las Series del Instituto de Ingenier a como el c lculo por fatiga empleando modelos el sticos de varias capas tal como se recomienda en dicho informe El programa utiliza el planteamiento te rico experimental propuesto en los informes n meros 325 y 444 del Instituto de Ingenier a UNAM complementado con los resultados de las numerosas investigaciones realizadas desde 1964 a 1988 y la informaci n existente en el mbito internacional El DISPAV S es un programa de tipo interactivo que permite calcular tanto carreteras de altas especificaciones como carreteras normales Su fundamento es te rico experimental y para su aplicaci n se emplean conceptos y m todos de c lculo mecanicistas Entre las adiciones incluidas respecto al m todo original publicado en 1974 est la de incorporar de manera expl cita un modelo mecanicista para determinar las def
84. tructivo destinado a presentar ejemplos t picos para caminos normales El nuevo informe incluye extensa informaci n experimental que ampl a en contenido de la versi n anterior pero es compatible con ella 31 AA VRS 0 0 1761 X B Po a ed E A YRS 2 0 0 1761 X 0 4547 Q 0 5 SpA 0 159 U factor que depende del nivel de confianza del proyecto Q suponiendo una distribuci n de probabilidad normal 10 10 10 l 10 X Tr nsito de proyecto Gr fica de dise o por deformaci n permanente para las capas inferiores para un camino normal VRS 2 0 7 0 1761 X B B 0 85 0 14 U 43 a7 1 7 0 1761 X 0 85 Q 05 Sy 0 14 1 r 1 1 1 1 1 1 U factor que depende del nivel de confianza del proyecto Q suponiendo una distribuci n de probabilidad normal 10 105 107 10 X Tr nsito de proyecto Gr fica de dise o por deformaci n para caminos de altas especificaciones 32 1000 amp 800 10 600 log 3 843 0 21 log Nf S yx 0 088 400 Ecuaci n de dise o para Qu 0 5 300 l log 3 843 0 088 U 0 21 log NE Tn 200 7 sv 0 088 Ecuaci n de dise o para un nivel de confianza Qu 100 80 60 Nf Tr nsito de proyecto U Coeficiente que depende del nivel de confianza Qu Tr nsito de proyecto en ejes est ndar Ecuaci n de dise o por fatiga en las capas asf lticas para un camino normal s 1
85. ueda determinar cual es la capa cr tica que define la duraci n del pavimento Tambi n se indica la vida m nima por fatiga o deformaci n de la secci n estructural 3 3 C lculo de la vida previsible para otros pavimentos El programa permite iniciar nuevos c lculos ya sea con modificaciones sobre el pavimento que acaba de calcular o sobre una nueva secci n estructural 3 4 Impresi n de resultados Al final de la revisi n de cada sistema de pavimentos analizado el programa permite la impresi n en papel de los resultados obtenidos 25 26 4 ECUACIONES DE DISE O Y VALORES T PICOS DEL VRSz En el informe 325 de la Serie Azul del Instituto de Ingenier a UNAM Dise o estructural de carreteras con pavimento flexible publicado en enero de 1974 se presenta la primera versi n del m todo de dise o El desarrollo de los modelos debe analizarse en dicha publicaci n En lo que sigue nicamente se mencionan algunos puntos aislados que pueden ser de inter s explicativo para el empleo del m todo ampliado El M todo est basado en criterios mecanicistas 4 1 Deformaci n permanente acumulada Para el caso de deformaci n permanente acumulada se aplicaron los resultados de las investigaciones realizadas empleando los siguientes criterios e informaci n experimental e El criterio de Terzaghi de capacidad de carga e El criterio de Boussinesg para pasar del VRSz representativo de las caracter sticas de l
86. ulo de rigidez de acuerdo con el Instituto del Asfalto 6 2 3 M todo de Witczak El modelo requiere la entrada de datos sobre la viscosidad del asfalto frecuencia de aplicaci n de la carga temperatura del pavimento volumen de vac os volumen de asfalto granulometr a del agregado y tipo de asfalto como la mayor a de estos datos se han introducido en los m todos anteriores solo se piden los datos faltantes Porcentaje de material retenido en la malla de 19 mm con relaci n al peso total del agregado Porcentaje de material retenido en la malla de 9 5 mm con relaci n al peso total del agregado Porcentaje de material retenido en la malla de 4 75 mm con relaci n al peso total del agregado Tipo de asfalto clasificado seg n su viscosidad AC 5 AC 10 AC 20 AC 40 43 Con los datos anteriores el programa calcula el m dulo de rigidez de la mezcla asf ltica 6 2 4 M todo del Instituto del Transporte de Texas Este es un modelo muy simplificado y consiste en un an lisis estad stico de los m dulos encontrados en las mezclas de uso m s com n en el estado de Texas El nico dato requerido adicionalmente es el tipo de agregado p treo que puede ser piedra triturada o agregado de r o Despu s de proporcionar esa informaci n el programa calcula el m dulo por este m todo 6 3 Resultados Para finalizar se presenta una tabla con los cuatro m dulos de rigidez obtenidos Estos result
87. yecto de diez a os Como es un camino secundario que permite tener actividades de conservaci n sin provocar interrupciones graves del tr nsito se piensa dise ar un pavimento para un camino normal El procedimiento para este dise o es similar al ejemplo anterior por lo que no se realiza una explicaci n detallada en cada etapa del dise o Tipo de procedimiento En este caso se va a obtener el dise o de espesores a partir de las caracter sticas del tr nsito y de los materiales disponibles por lo que se elige la opci n 1 Dise ar de acuerdo con lineamientos generales Tipo de dise o 81 Se considera el dise o normal es decir al t rmino del periodo de proyecto el camino tendr deformaciones en la rodada del orden de 2 5 cm y posiblemente requiera una actividad de conservaci n rutinaria amplia Tr nsito de proyecto En este ejemplo se vuelve a calcular el tr nsito de proyecto a partir de los siguientes datos de tr nsito y composici n de vehicular Datos del tr nsito Tr nsito promedio diario anual en el carril de proyecto 1050 Tasa de crecimiento anual del tr nsito en el periodo de proyecto en por ciento 4 Periodo de proyecto en a os 10 Composici n del tr nsito Tipo de veh culo Porcentaje A 73 2 B3 7 6 C2 7 0 C3 6 1 T3 S2 2 8 T3 S3 1 4 T3 S2 R4 1 9 82 Carga de los veh culos comerciales Para efecto de cargas m ximas legales en los
88. z 100 por ciento Si no se conoce el m dulo de rigidez de la carpeta el programa se detiene para darle oportunidad al proyectista de obtenerlo experimentalmente o de estimarlo a partir de la composici n volum trica caracter sticas del asfalto frecuencia de aplicaci n de carga y temperatura por medio del programa MODULO S El programa MODULO S est basado en la experiencia de diferentes instituciones y se incluye como apoyo para estimar los m dulos de rigidez pero no forma parte del programa de dise o DISPAV S Al obtener el m dulo de la capa asf ltica es necesario considerar con cuidado la temperatura de proyecto y la frecuencia de aplicaci n de la carga La frecuencia de aplicaci n de la carga depende de la velocidad de operaci n de los veh culos de los veh culos pesados en particular y de la profundidad de la capa El programa suministra sugerencias para frecuencias de aplicaci n aplicables a diferentes profundidades medias de capa y para la velocidad de operaci n normal de una carretera del orden de 90 k p h en caso de velocidades menores por ejemplo en carriles de ascenso para veh culos pesados se debe hacer la correcci n adecuada 2 1 7 Relaciones de Poisson Tambi n se necesita la relaci n de Poisson de todas las capas Este par metro es dif cil de determinar experimentalmente ya que se requieren maquinas de prueba con una instrumentaci n que permita medir con precisi n las deformaciones resil
89. zados en carreteras t picas de la red nacional La capacidad de carga inicial se midi experimentalmente en t rminos de esfuerzos en kg cm para una penetraci n de 2 54 mm El pist n de prueba fue el est ndar empleado en la pruebas CBR California Bearing Ratio El informe 325 fue ampliamente revisado y sistem ticamente se ha hecho nfasis en el sentido de que las Pruebas Modificadas de Valor Soporte Variantes 2 y 3 empleadas tradicionalmente no son aplicables para el criterio de dise o Por tanto al aplicar el M todo de dise o estructural para pavimentos asf lticos incluyendo carreteras de altas especificaciones debe tenerse muy claro el concepto entre la diferencia del VRS empleado en el m todo del Instituto de Ingenier a UNAM y el VRS o CBR tradicionales De manera informativa se incluye una tabla con valores CBR t picos obtenidos en frica por el Transport and Road Research Laboratory de Inglaterra actualmente Transport Reseach Laboratory Dicha informaci n es producto de muchos a os de investigaci n y se 28 presenta como informaci n cualitativa ya que tiene similitud con los valores encontrados a lo largo de la experimentaci n del Instituto de Ingenier a UNAM Para fijar el valor VRS cr tico de dise o se recomienda que el proyectista tome en cuenta lo siguiente y aplique su criterio y experiencia para definir dicho valor e Realizar experimentaci n de laboratorio

Diseño Estructural de Pavimentos Asfálticos

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