NUEVA GUA DE DISEO MECANSTICA-EMPRICA PARA ESTRUCTURAS DE PAVIMENTO (VISTAZO A LA GUA 2002, PROYECTO NCHRP I 37A)

Autor: Ing. Fabricio Leiva Villacorta

Universidad de Costa Rica. Laboratorio Nacional de Materiales y Modelos Estructurales

(LANAMME)

Tel: (506) 207-5423 correo electrnico: fleiva@lanamme.ucr.ac.cr

Resumen En la actualidad se est comentando mucho la publicacin de la Gua de diseo 2002

desarrollada en Estados Unidos, dentro de lo cual es importante destacar que esta gua al

igual que la gua AASHTO 93 no se pueden simplemente copiar y utilizar como ya se ha

hecho (parte de la culpa del mal estado de las carreteras), pero si cabe destacar que esta

nueva gua presenta una metodologa que puede ser calibrada y adaptada despus de un

proceso de investigacin y recopilacin de informacin.

En este artculo se presentan aspectos generales de la Gua de Diseo 2002, los beneficios

que presenta la metodologa mecanstica-emprica, un vistazo a la Metodologa de Diseo

de pavimentos flexibles (nuevos y reconstruidos), donde se presentan en forma general los

parmetros de entrada y los modelos para evaluar el desempeo de pavimentos flexibles

adems de las limitantes que presenta la gua para la aplicacin fuera de los Estados

Unidos.

1. INTRODUCCIN En la mayora de los pases de Latinoamrica existe la clara necesidad por la

implementacin de una gua de diseo de pavimentos que vaya de acuerdo a las

caractersticas de los materiales constituyentes de una estructura de pavimento, a las

condiciones climticas que ofrece una zona tropical, de acuerdo a las cargas de trnsito y al

sistema de administracin de pavimentos donde se incluye el presupuesto y las polticas de

mantenimiento, rehabilitacin, reconstruccin y priorizacin de inversiones, por lo que

aunque en Estados Unidos se ha desarrollado una gua bastante completa, no se puede

aplicar as como se encuentra, dado que sta cumple con las condiciones descritas

anteriormente para ese pas, pero lo que si es rescatable y aplicable es la metodologa de

diseo (mecanstica-emprica), la cual puede ser calibrada y posiblemente utilizada en

cualquier parte del mundo.

Actualmente se tiene conocimiento de las limitantes de los procedimientos contenidos en la

Gua de diseo AASHTO edicin 1993, los cuales son completamente empricos y muy

limitados, especialmente a la hora de considerar el trnsito de vehculos pesados. Los

diseos de pavimentos, materiales y mtodos de construccin utilizados en la prueba de

rodado AASHO eran representativos de la poca en la cual se efectu, por lo que han

perdido toda validez. Adems es difcil visualizar los efectos de las condiciones climticas en

otras latitudes en el desempeo de los pavimentos, por el hecho de que la prueba de rodado

AASHO se efectu en una localidad geogrfica especfica (Illinois, USA).

El desarrollo de la Gua para el Diseo Estructural de Pavimentos Nuevos y Rehabilitados,

bajo el proyecto 1-37 A de la NCHRP, por parte de la consultora estadounidense ERES

implica:

La edicin de una gua de diseo, basada en procedimientos que utilizan las actuales

tecnologas emprico-mecanicistas, incluyendo una metodologa para la calibracin,

validacin y adaptacin a las condiciones locales;

La elaboracin de un programa computacional y de documentacin basada en la gua de diseo, enfocada al usuario.

2. ASPECTOS GENERALES DE LA GUA La gua consta de 5 captulos para el anlisis y diseo de estructuras de pavimento flexible y

rgido. Tambin incluye apartados para rehabilitacin, verificacin de la metodologa de

diseo, calibracin y finalmente la validacin de los modelos.

La gua representa el principal cambio en la forma en que se ha efectuado el anlisis de

pavimentos. El diseador considera, en primer trmino, los factores necesarios para

desarrollar el proyecto (trnsito, clima, subrasante, condiciones del pavimento existente para

rehabilitacin) y las condiciones de construccin, a fin de proponer un diseo de prueba. El

diseo inicial ser adecuadamente evaluado por medio de los modelos de deterioro, si el

diseo no cumple con los criterios de desempeo, se revisa, para luego repetir el proceso de

evaluacin cuantas veces sea necesario.

Esta gua entrega una serie de recomendaciones para el anlisis de pavimentos tanto

nuevos como rehabilitados (por ejemplo, espesor y materiales a utilizar en cada capa de

pavimento), incluyendo procedimientos para elegir espesores, tratamientos de rehabilitacin,

drenajes sub-superficiales, estrategias para el mejoramiento de fundaciones y otros

aspectos relacionados con el diseo.

3. METODOLOGA DE DISEO MECANSTICA-EMPRICA Este procedimiento de diseo estructural de capas de pavimento se basa en el anlisis

mecanstico para escoger una combinacin de espesores y materiales con el fin de

suministrar el nivel de servicio deseado de acuerdo con el trnsito esperado. Los elementos

del procedimiento de diseo mecanicstico abarcan adems los efectos climticos, el modelo

estructural y la respuesta del pavimento, la caracterizacin de los materiales, las funciones

de transferencia y el anlisis del comportamiento para concluir con el proceso de seleccin

del sistema de pavimento a construir. La Figura 1 muestra el procedimiento de este mtodo

diseo estructural.

El modelo mecnico se basa en la teora de multicapa elstica o elemento finito y determina

las reacciones del pavimento a la carga de las ruedas en trminos de esfuerzos,

deformaciones unitarias y deflexiones (, , ). La parte emprica del diseo utiliza las reacciones del pavimento para predecir la vida del mismo basada en observaciones hechas

en campo. As, el trmino emprico se debe a la definicin de las funciones de

transferencia a partir de datos reales.

3.1 Beneficios de un procedimiento emprico-mecanstico El procedimiento de diseo basado en principios emprico-mecanicistas, incluido en la gua

2002, permite evaluar los efectos de la variacin de los materiales en el desempeo de los

pavimentos, entregando una relacin racional entre las especificaciones de materiales y los

procesos constructivos, y el diseo estructural del pavimento. Esta nueva gua incluye,

adems, mtodos que consideran directamente el envejecimiento de los materiales, mes a

mes, a lo largo del perodo de diseo.

Figura 1. Procedimiento de diseo Mecanstico Emprico. En la siguiente figura, se observa que la lnea continua representa el desempeo observado

en los pavimentos actuales. Una de las principales razones para las fallas prematuras en los

pavimentos es la imposibilidad de incorporar adecuadamente en los procedimientos de

diseo las variaciones en la calidad de los materiales y en los procesos constructivos. Tales

variaciones no fueron consideradas como variables experimentales primarias en la prueba

de rodado AASHO.

Configuraciones de carga, clima, materiales.

Parmetros estructurales.

Anlisis estructural. Respuestas del pavimento.

Tensiones y deformaciones crticas. ( y ).

Modelos de desempeo del pavimento.

Solicitaciones de carga. Nivel de trnsito de diseo. (n).

Estimacin de nivel de trnsito. Vida til (Nf). =

i

i

NfnD

D>1 D

Figura 2: Desempeo de los diseos en los pavimentos existentes Adems, un procedimiento basado en un enfoque emprico-mecanicista permite, a diferencia

de los procedimientos empricos, incluir futuros avances y conocimientos que puedan ser

implementados y desarrollados.

Otros beneficios que presentan los procedimientos de diseo emprico-mecanicistas son:

Permite una adecuada evaluacin de las consecuencias en el desempeo del pavimento, producto de nuevas condiciones de carga (por ejemplo, modelacin del

dao por aplicacin de cargas crecientes, por elevadas presiones de inflado en los

neumticos, por mltiples ejes y por otros factores que pueden ser modelados

utilizando un procedimiento mecanicista).

Se puede hacer un mejor uso de los materiales disponibles (por ejemplo, se puede simular el comportamiento de materiales estabilizados, tanto en pavimentos rgidos

como en flexibles, a fin de predecir el desempeo a futuro).

Facilita el desarrollo de procedimientos mejorados para evaluar los deterioros prematuros, a fin de analizar por qu algunos pavimentos exceden sus expectativas

de diseo.

Los efectos por envejecimiento pueden incluirse en las estimaciones del desempeo (por ejemplo, el endurecimiento del asfalto debido al paso del tiempo, el cual puede

influir en el ahuellamiento y en la generacin de grietas por fatiga).

Los efectos estacionales, tales como el debilitamiento del pavimento producido por los deshielos, pueden ser incluidos en la estimacin del desempeo.

Desempeo esperado

Proyectos rehabilitados (%)

Perodo de diseo

Fallas prematuras

Desempeo observado

Tiempo Construccin

Las consecuencias de la erosin de la subbase bajo pavimento rgido pueden ser evaluadas.

Permite el desarrollo de mejores metodologas para la evaluacin de los beneficios a largo plazo que conlleva la dotacin de drenajes mejorados a la va.

Desde el punto de vista del diseo, aumenta la confiabilidad, permite predecir modos de falla especficos (los cuales pueden ser minimizados), evaluar de mejor manera el

impacto de nuevos niveles y condiciones de carga, minimizar fallas prematuras,

mejorar los diseos para rehabilitacin de pavimentos e introducir adecuadamente

variaciones diarias, estacionales y anuales en los materiales, el clima y el trnsito en

el proceso de diseo.

4. ASPECTOS GENERALES DEL SOFTWARE DE LA GUA. El enfoque emprico-mecanicista de una gua de diseo implica la inclusin de una variedad

de factores y criterios, siendo necesaria una compleja serie de clculos e iteraciones para

efectuar el anlisis de las estructuras tentativas de pavimentos, de acuerdo con los niveles

de desempeo y de deterioro requeridos para un diseo ptimo, y para un cierto nivel de

confiabilidad. De esta forma, se hace imprescindible el uso de un software adecuado para

efectuar dichos procesos.

Informacin general En este aspecto se incluye el nombre del proyecto, el perodo de vida til proyectado, las

fechas de construccin y de puesta en uso, el tipo de pavimento nuevo a disear (flexible,

rgido de junta simple o rgido continuo con refuerzo), las opciones de restauracin para los

pavimentos de hormign, las opciones de sobrecapas, etc. Adems se incluyen el tipo de

anlisis (determinstico o probabilstico), el nivel de confiabilidad para cada tipo de deterioro

y la regularidad superficial o rugosidad (IRI). En la Figura 3 se muestra el esquema

secuencial del proceso de diseo usando el software de la gua.

Datos de Entrada

Los datos de entrada se clasifican en tres grupos principales: Trnsito: se ingresan los factores de ajuste del volumen de trnsito (factor de distribucin mensual por tipo de vehculo- y horario, distribucin por clase de vehculo y tendencia de

proyeccin para el crecimiento del trnsito -por tipo de vehculo o para todos los tipos de

vehculo-); espectros normalizados de carga por eje (por tipo de eje y vehculo); datos

generales de trnsito (nmero de ejes por vehculo, configuracin de ejes, espaciamiento

entre ejes). Adems se ingresan, el Trnsito Medio Diario Anual de Camiones (TMDAC),

factor direccional, velocidad de operacin, entre otros.

Clima: El Modelo Climtico Integrado permite predecir y determinar:

Gradientes de temperatura en las losas de hormign; Apertura y cerrado de grietas; Mdulo dinmico (E*) base para mezclas asflticas y mdulo resiliente (MR) para

subrasantes y bases no ligadas;

Conversin de perfiles no lineales de temperatura en diferencias de temperatura lineales;

Distribuciones de frecuencias de los gradientes trmicos para cada mes del ao; Distribuciones de probabilidad para gradientes trmicos durante el da (positivo) y la

noche (negativo);

Otros parmetros (nivel de penetracin de heladas, das hmedos, humedad relativa, etc.)

Estructura: inicialmente, se ingresan los rasgos generales de la estructura del pavimento y las caractersticas del drenaje. Posteriormente se ingresan los aspectos principales de cada

una de las capas constituyentes del pavimento (tipo de material y espesor). En seguida, se

introducen las principales caractersticas de cada uno de los materiales que conforman las

capas del pavimento: para losas de concreto, se ingresan caractersticas de expansin

trmica, mezcla y resistencia; para mezclas asflticas, se ingresan caractersticas asociadas

al ligante, a la mezcla, y a otras ms generales asociadas con el agrietamiento trmico; para

los materiales no ligados (base, subase y subrasante), se ingresan datos asociados con la

resistencia y otras caractersticas mecnicas que se utilizan en unin con el Modelo

Climtico Integrado Mejorado; y para las rocas, se ingresa el tipo de material rocoso que se

encuentra en las capas subyacentes del pavimento (continua o fracturada) y otras

caractersticas generales (razn de Poisson, Mdulo Resiliente, peso unitario, entre otros).

Figura 3. Esquema secuencial del proceso de diseo aplicando el software.

Vista de resultados y salidas La seccin de resultados entrega archivos con formato EXCEL, a fin de apreciar los datos

de entrada, clculos y grficos asociados al anlisis efectuado para cada uno de los tipos de

deterioro y para el nivel de regularidad superficial.

5. VISTAZO A LA METODOLOGA DE DISEO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES (NUEVOS Y RECONSTRUIDOS) En este apartado se describe el diseo mecanstico-emprico de pavimentos flexibles, dentro

de los cuales se incluyen:

Pavimentos flexibles convencionales: carpeta asfltica sobre materiales de base/sub-base granulares.

Pavimentos flexibles de capa asfltica de gran espesor.

Entrada de datos

Seleccin de diseo tentativo

Respuesta Estructural (, y ).

Acumulacin de dao en el tiempo

Modelos de deterioro-dao calibrados

Verificacin del desempeo

Confiabilidad del diseo

Diseo Factible

Requerimientos de diseo satisfechos?

Revisar diseo tentativo

NO

SI

Pavimentos flexibles del tipo Full Depth Pavimentos semi-rgidos.

6.1 Descripcin del proceso de diseo Los principales pasos en el proceso de diseo se describen a continuacin:

1. Establecer un diseo inicial de prueba para las condiciones especficas del proyecto:

capacidad de soporte de la subrasante, propiedades del concreto asfltico y

propiedades de otros materiales, cargas de trnsito, clima, tipo de pavimento.

2. Establecer un criterio aceptable para evaluar el desempeo de la estructura al final

del perodo de diseo (niveles de deformacin, agrietamiento, IRI, entre otros).

3. Seleccionar el nivel de confianza para cada uno de los indicadores de desempeo.

4. Procesar los valores de entrada para obtener valores mensuales de trnsito,

variacin estacional de las propiedades de los materiales y factores climticos

necesarios para la evaluacin del desempeo durante el perodo de diseo.

5. Calcular respuestas estructurales (esfuerzos y deformaciones) aplicando la teora de

multi-capa elstica o elemento finito para cada tipo de eje y carga, con el fin de

obtener el clculo del incremento del dao a travs del perodo de diseo.

6. Calcular el deterioro o el dao al final de cada perodo de diseo.

7. Predecir los tipos de deterioro clave aplicando los modelos de desempeo

calibrados.

8. Predecir el IRI a partir del IRI inicial, el deterioro acumulado y los factores de sitio al

final de cada anlisis de incremento.

9. Evaluar el desempeo esperable del diseo de prueba a un nivel de confianza dado.

10. Si el diseo de prueba no cumple con el criterio de desempeo se repiten los pasos

del 4 al 9 hasta que se cumpla o cumplan los criterios.

6.2 Valores de entrada para el diseo de pavimentos flexibles Informacin general:

Periodo de vida de del pavimento. Fecha de construccin de las capas inferiores: granulares base/subbase, o capas

estabilizadas, para el modelo climtico. Fecha construccin de la capa asfltica, para el modelo de diseo. Fecha de apertura al trnsito, para el modelo de dao y deterioro.

Identificacin del proyecto:

Localizacin e identificacin del proyecto Clasificacin funcional del proyecto (Arterias principales hasta rutas locales y calles).

Criterios de desempeo:

Agrietamiento por fatiga de la superficie hacia abajo (190 m/km). Agrietamiento por fatiga del fondo de la capa asfltica hacia arriba (25 a 50% del

rea del carril). Agrietamiento por fatiga de capas estabilizadas (25% del rea del carril). Deformacin permanente total (7.6 a 12.7 mm). Regularidad superficial (IRI terminal 2.4 a 4 m/km).

Trnsito: Informacin Bsica:

Trnsito promedio diario anual para el ao base, incluyendo el nmero de vehculos pesados de las clases 4 a 13.

Porcentaje de camiones en la direccin de diseo (factor de distribucin vehicular). Porcentaje de camiones en el carril de diseo (factor de distribucin por carril). Velocidad de operacin, necesario para el clculo de mdulo de rigidez de capas

asflticas. (ver Tabla 1). Tabla 1. Recomendaciones para la seleccin de velocidad de operacin.

Frecuencia estimada a la mitad de la capa asfltica (Hz) Tipo de camino Velocidad de operacin (kph)

Capa asfltica representativa (10 a 30 cm)

Capa asfltica delgada (2.5 a 7.5 cm)

Capa asfltica sobre bases asflticas (7.5 a 30 cm)

Interestatal 96 15-40 45-95 10-25 Arterias principales

72 10-30 35-70 15-20

Calles urbanas 24 5-10 10-25 5-10 Intersecciones 0 - 8 0.1-0.5 0.5-1.0 0.1-0.25 Ajuste de volumen vehicular:

Factores de ajuste mensual. Distribucin vehicular. Distribucin vehicular horaria. Factores de crecimiento vehicular.

Configuracin del eje del vehculo:

Largo promedio del eje, para camiones tpicamente se usa 2.59 m. Espacio de neumticos de eje dual, 30.5 cm.

Presin de inflado, 120 psi (827 kPa). Separacin entre ejes, para ejes tandem 131 cm en promedio, para ejes tridem 125

cm en promedio. Clima: La siguiente informacin es necesaria para la modelacin climatolgica en el diseo de

pavimentos flexibles:

Temperatura del aire horaria para el perodo de diseo. Precipitacin horaria para el perodo de diseo. Velocidad del viento horaria para el perodo de diseo. Porcentaje de luz solar horaria para el perodo de diseo. Valores de humedad relativa del ambiente horaria. Variacin estacional o constante del Nivel fretico del sitio del proyecto. Localizacin del proyecto: latitud y longitud. Elevacin.

Estructura de pavimento:

Caractersticas del drenaje:

Absorcin de la capa superficial. Potencial de infiltracin. Seccin transversal del pavimento. Longitud del drenaje.

Propiedades de las capas:

Espesor de capa. Mdulo de Poisson. Conductividad trmica. Capacidad calorfica. Peso unitario.

6.3 Modelos para evaluar el desempeo de pavimentos flexibles El propsito del modelo de deterioro es determinar la respuesta estructural para pavimentos

flexibles debido a la aplicacin de carga y efectos ambientales, ya sea efectos directos

(deformaciones por expansin trmica o contraccin) o indirectos (variacin de rigidez

debido a cambios en temperatura y humedad).

Los parmetros de respuesta de estos modelos son esfuerzos, deformaciones unitarias y

desplazamientos dentro de las capas. Estos parmetros de respuesta crtica son de inters

particular requeridos como datos de entrada para los modelos de deterioro en el

procedimiento de diseo Emprico-Mecanstico. Ejemplos de variables respuesta crtica son:

Deformacin unitaria tensional en el fondo de la carpeta asfltica (para evaluar el agrietamiento por fatiga).

Esfuerzo / deformacin vertical en compresin dentro de la carpeta asfltica (para evaluar deformacin permanente).

Esfuerzo / deformacin vertical en compresin dentro de la base/sub-base (para evaluar deformacin permanente en capas granulares).

Esfuerzo / deformacin vertical en compresin sobre la superficie de la subrasante (para evaluar deformacin permanente).

Deformacin Permanente: La mezcla asfltica como repuesta ante la carga muestra tres etapas de comportamiento por

deformacin:

La etapa 1 presenta un elevado nivel de deformacin inicial, con un decremento en la razn de deformacin plstica, predominantemente asociado con cambios

volumtricos.

La etapa 2 presenta una razn de formacin baja asociado con cambios volumtricos y toma fuerza la deformacin por esfuerzos de cortante.

La etapa 3 presenta altos niveles de deformacin asociados con deformacin plstica por cortante sin cambios volumtricos.

La deformacin permanente para determinado momento es la suma de las deformaciones

de cada capa, expresado de la siguiente forma:

Donde: RD = Deformacin permanente total

nsublayers = Nmero de subcapas pi = Deformacin total en la subcapai hi = Espesor de la subcapai Deformacin permanente de mezclas asflticas La ecuacin utilizada en esta gua para predecir la deformacin permanente en capas

asflticas se muestra a continuacin:

332211

rr NTrr

p = Donde: p = Deformacin unitaria acumulada a N repeticiones de carga.(in/in) r = Deformacin unitaria Resilente como una funcin de las propiedades de la mezcla, temperatura tiempo de carga (in/in) N = Nmero de repeticiones de carga T = Temperatura ( F) i = Coeficientes de regresin. i = Factores de calibracin. Deformacin permanente de capas granulares y suelos

Donde: a = Deformacin Permanente (in). N = Nmero de repeticiones de carga o, , y = Propiedades de los Materiales. r = Deformacin unitaria Resilente obtenida en laboratorio para obtener las propiedades de los materiales listados arriba. (in/in). v = Deformacin unitaria Resilente vertical (in /in) h = Espesor de la capa (in). 1 = factor de calibracin. Dentro de los factores que afectan la deformacin permanente en pavimentos flexibles se

pueden mencionar:

Espesor de la capa asfltica Mdulo dinmico de la capa asfltica

Grado de desempeo del ligante. Vacos de aire en la capa asfltica. Contenido de asfalto efectivo. Tipo de base. Espesor de la base. La rigidez de la base. Carga de trnsito, rea de contacto y presin de inflado. Velocidad de operacin del trnsito. Variabilidad de la carga vehicular Temperatura y condiciones ambientales.

Agrietamiento por Fatiga La estimacin del dao por fatiga se basa en la Ley de Miner, la cual se establece por la

siguiente relacin:

Donde: D = dao. T = Nmero total de perodos. ni = Trnsito actual para el perodo i. Ni = Trnsito permitido para el perodo i. Agrietamiento por fatiga en mezcla asfltica

Donde: Nf = nmero de repeticiones para la falla por fatiga. t = deformacin unitaria por tensin en la posicin crtica. E = rigidez del material. k1, k2, k3 = coeficientes de regresin de laboratorio. f1, f2, f3 = parmetros de calibracin. C = factor de ajuste de laboratorio a campo.

Vb = contenido de ligante efectivo (%). Va = contenido de vacos de aire (%). Como ecuacin final para el clculo del agrietamiento por fatiga a partir del dao por fatiga

est expresada como:

a. Para agrietamiento del fondo de la capa hacia arriba (% del rea total del carril):

Donde: FCbottom = agrietamiento por fatiga (%) D = dao por fatiga C1 = 1.0 C`1 = -2 *C`2 C2 = 1.0 C`2 = -2.40874-39.748*(1+hac)-2.856

b. Para agrietamiento de la superficie de la capa hacia abajo (pies/millas):

Donde: FCTop = fatiga D = dao por fatiga Los principales factores afectan el agrietamiento por fatiga se muestran a continuacin:

Espesor de la capa asfltica Mdulo dinmico de la capa asfltica Grado de desempeo del ligante. Vacos de aire en la capa asfltica. Contenido de asfalto efectivo. Espesor de la base. Mdulo de la subrasante. Configuracin de carga de trnsito. Carga de trnsito, rea de contacto y presin de inflado. Nmero de repeticiones de carga

Temperatura y condiciones ambientales. Agrietamiento por Fatiga de mezclas qumicamente estabilizadas En esencia, el agrietamiento por fatiga de mezclas qumicamente estabilizadas (CSM),

puede dar como resultado una serie de posibles consideraciones:

Si la capa se encuentra directamente por debajo de la capa asfltica, cualquier fatiga en la capa de CSM producir el reflejo de una fraccin de las grietas hacia la superficie.

Si se coloca una capa suave o de amortiguamiento en medio de la capas CSM y HMA, es posible que el reflejo de grietas se minimice considerablemente o se elimine.

Como estas capas estn sujetas a altos niveles de dao por fatiga, el mdulo equivalente de elasticidad debe ser reducido con el incremento en el dao.

La gua presenta la siguiente ecuacin para caracterizar este tipo de capas:

[ ]20825.0

)/1972.0(log

cMrcN tf

= Donde: Nf: nmero de repeticiones para la falla. t: esfuerzo de tensin en la fibra inferior de la capa (psi). Mr: mdulo de ruptura (esfuerzo a flexotraccin) del material, a los 28 das. c1 y c2: factores de calibracin. De igual forma presenta la relacin de decremento de mdulo de la capa estabilizada, con el

incremento del dao por fatiga:

)1((min))(max)(

(min))( )144( DCSMCSM

CSMCSM eEE

EtE +++=

Donde: ECSM(t) = mdulo de la nueva capa de CSM (psi). ECSM(max) = mximo modulo de la capa (psi). ECSM(min) = mnimo modulo de la capa, despus de la destruccin total (psi). D = Nivel de dao de la capa en expresin decimal (i.e. D = 0.60).

Regularidad superficial (IRI): Capa asfltica sobre materiales (Base/Sub-Base) granulares: Donde: IRI = IRI a cualquier tiempo dado, m/km. IRIO = IRI inicial, m/km. SF = Factor de sitio (ver siguiente ecuacin). eage/20 1 = Tiempo transcurrido en aos. COVRD = Coeficiente de variacin de la profundidad de roderas, (se asume 20%). (TCL)T = Longitud total de grietas transversales (niveles de severidad bajo, medio y alto), m/km). (FC)T = Agrietamiento por fatiga en la huella, porcentaje del rea del carril. (BC)T = Area de grietas en bloque, porcentaje del rea del carril. (LCSNWP)MH = Longitud de las grietas selladas de severidad moderada a alta, fuera de la huella, m/km. Rsd = Desviacin estndar de la precipitacin mensual, mm P075 = Porcentaje de material pasando la malla de 0.075 mm. PI = ndice plstico del suelo. P02 = Porcentaje pasando la malla 0.02 mm. Rm = Promedio de precipitacin anual, mm. FI = ndice de congelamiento anual. C-das. Capa asfltica sobre bases tratadas con asfalto: Donde: (TCS)H = Espaciamiento promedio de las grietas transversales de alta severidad. (P)H = rea de baches de alta severidad, porcentaje del rea del carril. Capa asfltica sobre capas qumicamente estabilizadas: Con todas las variables previamente definidas.

( ) ( ) ( )( ) ( )HHS

T

PTC

FCFIAgeIRIIRI

9694.0136.18

00235.00005183.00099947.00

+

+

+++=

( ) ( )( ) ( ) ( )MHSNWPTT

RDTL

age

LCBCFC

COVTCeSFIRIIRI

00155.000736.000384.0

1834.000119.010463.0 200

+++

++

+=

( )( )( ) ( )( ) ( )( )

++++

+=10

1ln11ln102

1 02.04

075.0 mSD RPFIx

PIPRSF

( ) ( ) ( )( ) ( )MHNWPT

TLRDT

LCBCTCSDFCIRIIRI

0002115.000842.00001449.007647.000732.00

+++++=

7. ES NECESARIO QUE CADA PAS CUENTE CON UNA GUA DE DISEO DE ESTRUCTURAS DE PAVIMENTO En la actualidad se discute el problema del mal estado de nuestras carreteras, tanto desde

el punto de vista funcional como estructural. Parte de este problema puede explicarse

viendo desde la raz del asunto: el diseo. Al igual que un edificio que ha sido diseado de

mala forma, como por ejemplo incumpliendo especificaciones mnimas de construccin, es

de esperar que una estructura de pavimento falle por una mala prctica ingenieril, que

aunque se haya llevado a cabo por muchos aos, esto no implica que est correcto.

En nuestro pas se utilizan guas de diseo copiadas, en la mayora de los casos sin

vigencia y aplicabilidad, dado que stas han sido desarrolladas para unas condiciones de

clima, trnsito y materiales propios del lugar donde se llev a cabo la investigacin y

elaboracin de la gua.

La aparicin de la Gua de Diseo 2002 (o gua NCHRP 1-37A), desarrollada y publicada en

Estados Unidos, puede parecer la solucin a la interrogante planteada, pero con eso

estaramos volviendo a lo mismo, a copiar un procedimiento que, de la forma como se

presenta, es solamente aplicable dentro de los Estados Unidos. El software est diseado

para cargar informacin que slo puede ser obtenida y utilizada dentro de los lmites

geogrficos de ese pas. Lo que si es rescatable de esta gua 2002 es la metodologa de

diseo Mecanstica-Emprica (M-E), la cual considera estados tensionales (esfuerzo y

deformacin unitaria) obtenidos a partir de una modelacin multicapa elstica o elemento

finito de las diferentes capas que componen la estructura, adems de la modelacin de la

configuracin de carga (peso y configuracin del eje, presin de inflado). Estos estados

tensionales son los parmetros de entrada para los modelos de desempeo que evalan la

vida til de la estructura.

Dentro de las principales limitantes que se pueden observar a la hora de aplicar la gua 2002

en Costa Rica se encuentran:

La gua incorpora un Modelo Climtico Integrado, el cual carga informacin obtenida de estaciones meteorolgicas geo-referenciadas, localizables solamente dentro de

los Estados Unidos. O se deben generar nuevos archivos con la misma informacin

de los actuales, para que sean reconocidos por el programa.

La gua requiere del conocimiento de los espectros de carga vehicular del proyecto; esto es, la distribucin vehicular y el conocimiento de los pesos por eje, informacin

que requiere un registro histrico y de su seguimiento.

La gua permite disear con tres niveles estadsticos de confianza, uno de los cuales incorpora ensayos de laboratorio complejos para determinar las propiedades de los

materiales, que son los insumos del software de la gua, para el diseo de carreteras

de gran importancia y de alto volumen vehicular. Estos ensayos y los equipos

necesarios para realizarlos tienen un alto costo y requieren conocimiento

especializado.

Estas son algunas de las limitantes que se pueden observar a primera vista. Despus de

una lectura rpida del contenido de la gua, se pueden profundizar en las limitantes que

tienen las mismas agencias y departamentos de transporte en Estados Unidos para calibrar

e implementar el uso de la gua en sus respectivas localidades, por lo que as nos podemos

imaginar cuan lejos estamos de aplicar esta compleja gua en nuestro pas.

Se puede decir que en Costa Rica existe la clara necesidad por la implementacin de una

gua de diseo de pavimentos que vaya de acuerdo a las caractersticas de los materiales

constituyentes de este tipo de estructura, a las condiciones climticas que ofrece una regin

tropical, de acuerdo a las cargas de trnsito y al sistema de administracin de pavimentos

donde el presupuesto y las polticas de mantenimiento, rehabilitacin, reconstruccin y

priorizacin de inversiones no tienen la importancia que merecen. Aunque en Estados

Unidos se ha desarrollado una gua bastante completa, no se puede aplicar as como se

encuentra, pero lo que si es rescatable y aplicable es la metodologa de diseo

(mecanstica-emprica), la cual puede ser calibrada y posiblemente utilizada en cualquier

parte del mundo.

8. REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS Gua de diseo Mecnstica Emprica. ERES Consultora. NCHRP Proyecto 1-37 A. 2004. http://www.trb.org/mepdg/guide.htm www.2002designguide.com