Aplicación para Pavimentos en Altura del Método Mecanístico- Empírico (MEPDG) AASHTO 2008Carlos M. Chang, Ph.D., P.E. Congreso Andino de Carreteras. 20-22 de Agosto, 2012. Lima, Peru Versión 1993 2008 AASHTO Evolución del Diseño de Pavimentos ¿Práctica Actual? En el Futuro Empírico EmpíricoMecanístico Mecanístico Estado de la práctica e..Metodologías de Diseño de Pavimentos • Empírico – Procedimientos estadísticos basados en ensayos experimentales • Mecanístico – Cálculo de respuestas del pavimento i. esfuerzos. deformaciones – Modelos de desempeño del pavimento basado en principios mecanísticos . Clima Trafico Materiales Estructura Daño Tiempo Respuesta Acumulación de daño Fallas . g. pavimento e.e.. esfuerzos. ) – Cargas de tráfico – Condiciones medio-ambientales Acumulación d d ñ a t é del ti A l ió de daño través d l tiempo • Empíricamente relacionar el daño acumulado a través del tiempo a fallas del pavimento.Diseño Mecanístico-Empírico • Mecanistico: Calcular la respuesta del pavimento (i.Fisuramiento . deformaciones unitarias. y deflexiones) debido a: .Otras fallas .Ahuellamiento .: . tráfico. características estructurales.MEPDG representa un cambio sustancial en la manera de diseñar pavimentos. . materiales. pavimentos Acerca más al diseñador a la realidad y considera clima. estructurales materiales métodos constructivos. . Factores que Afectan el Desempeño de los Pavimentos en Altura Tráfico •Carga actuante y p g presión de neumático •Configuración de los ejes de carga •Frecuencia de la carga •Velocidad de la carga al pasar Geometría • Pendientes pronunciadas • Ancho de vía reducido • Condiciones geotécnicas complejas . TRAFICO en MEPDG 2008 • Diferentes tipos de Ejes de Carga Eje Simple Tandem Tridem Llantas Simples Llantas Duales Llantas Duales • Ejes de Carga Mixtos . Esfuerzos y Deformaciones c t. or t . Fisuramiento por Fatiga Capa p Asfaltica Deformaciones altas y eventual fisuramiento por f ti fi i t fatiga . Falla Tipo “Piel de Cocodrilo” (SHRP. 1993) . Ahuellamiento por Efecto de Cargas Base Ahuellamiento puede ocurrir a nivel de la base. subbase o subrasasante . Ah ll i t Ahuellamiento (SHRP. 1993) . húmedo-seco .Factores que Afectan el Desempeño de los Pavimentos en Altura Clima • Cambio Brusco del Gradiente Térmico (hasta 60oC en 8 horas) • Temperaturas Bajas • Radiación Solar Intensa • Precipitación pluvial (Mensual Promedio Nov-Abril 400 – 600 mm) • Heladas: Congelamiento.deshielo. Fisuramiento Térmico (SHRP. 1993) . .Datos Climáticos en MEPDG • La variación de la TEMPERATURA cada hora es considerada en el análisis – El modelo considera los efectos de la temperatura en la estructura del pavimento cada hora basado en datos climáticos históricos por hora • Gradiente de humedad—Variación mensual de la es considerada en el análisis. 0 30 3.5 05 1. os Día 2 Día 3 Día 4 Dia Noche PCC Arriba A ib PCC Abajo 0.0 10 1.0 20 2.0 00 Tiempo.5 25 3.5 35 4.5 15 2. días .Variación Diaria de la Temperatura Día 1 Tem mperatur grado C ra.0 40 0. años .Cada aplicación de carga Modulo CTB Modulo PCC Trafico Modulo AC Modulo de Base Granular Modulo Subrasante 0 2 4 6 8 Tiempo. Otros Factores que Afectan el Desempeño de los Pavimentos en Altura Materiales • Bancos rocosos de origen volcánico g (bajo peso específico y alta absorción de agua) • Agregados de río escasos Geotecnia • Estabilidad de Taludes • P f did d d l nivel f á i Profundidad del i l freático • Condiciones de drenaje p • Respuesta a Sismos . transferencia de carga.¿Cómo MEPDG cambia la Manera de Diseñar Pavimentos? Guía 1993 Tráfico – ESALs Capa. k) PSI Inicial y Terminal Confiabilidad MEPDG (2008) ( ) Un procedimiento de diseño drásticamente diferente df ¡Muchos más datos por obtener! . coeficiente de drenaje (PCC) Subrasante (Mr. Capa coeficiente de drenaje (AC) Mr. m (Vertical Distance) Horizontal Distance .01 0 01 0.1 01 1 10 100 Longitud de Onda.MEPDG -2008 Regularidad Superficial Índice Internacional de Rugosidad (IRI) 2 Velocidad = 80 km/h Gan nancia 1 0 0. . Información General Datos Tráfico Clima Estructura Estado y Resumen Ver Resultados y Salidas . fecha de inicio del tráfico –N t l Naturaleza d l proyecto del t • Construcción nueva • Reconstrucción • Rehabilitación – Tipo de pavimento • Flexible • Rígido . fecha de construcción.Datos Generales – Periodo de diseño. longitud.Datos Específicos • Tráfico – Volumen – Distribución de la carga por eje – Configuración del eje • Cli Clima – Latitud. etc. • E t t Estructura del P i d l Pavimento t – Capas. espesores. . y propiedades de los materiales y otras características características. elevación. Modelos de Respuesta Estructural Multi-Capa Elásticas.Elementos Finitos • Para pavimentos flexibles JULEA programa de análisis p g de capas elásticas lineales DSC2D programa del Modelo de Elemento Fi it eje simétrico d El t Finito j i ét i en 2D para casos con modelación no lineal • Para pavimentos rígidos ISLAB2000programa del Modelo de Elemento Finito (FEM) . Fallas en Pavimentos Flexibles Falla por Fatiga p g Fisuramiento Longitudinal IRI Fisuramiento Térmico Ahuellamiento Ah ll i t . Fallas F ll en P i Pavimentos Rí id t Rígidos . Vida Util • L vida útil d di ñ es di idid en La id de diseño dividida períodos incrementales de tiempo Vida Util de Diseño . Daño Incremental • En cada incremento de tiempo. los g parámetros son utilizados siguientes p para calcular el daño incremental: – Propiedades de los materiales – Temperatura y humedad de acuerdo a la estación – Variación estacional del tráfico . Daño Acumulado Daño total acumulado es la suma de los incrementos de daño a lo largo de la vida útil. Da año Vida Util de Diseño . Verificación del Desempeño El procedimiento evalua un diseño propuesto para determinar si cumple con el comportamiento esperado bajo los criterios establecidos para un determinado nivel de confiabilidad Diseño Propuesto . 20 25 30 . años .Verificación del Desempeño Pred dicción de Falla e 0 ¿Esta el nivel de p falla predecido dentro de los limites permisibles para el nivel de confiabilidad deseado? 5 10 15 Edad. Efectividad del MEPDG Datos utilizados en el diseño Calibración los modelos de predicción del desempeño del pavimento con lo observado en el campo . . Tipos de Asfalto . Niveles d T áfi Ni l de Tráfico . . • S perpa e PG 58 34 o PG 64 22 Superpave 58-34 64-22 b. a.s) . • Asfalto PEN 85-100 o 120-150. Elegir adecuadamente el tipo de asfalto. Con el Asfalto Virgen: • Punto de Inflamación (oC) • Ensayo con Reómetro de Corte Dinámico. Contenido de Asfalto (6% como mínimo) Evaluar el desempeño de la mezcla asfáltica con ensayos SUPERPAVE. G*/sin d (kPa) G /sin • Viscosidad Brookfield a 135 oC (Pa.Recomendaciones para un Buen Desempeño de Pavimentos en Altura Diseño de Mezcla Asfáltica a. b. b Con el residuo después del Ensayo de Película Delgada en Horno Rotatorio: •Pérdida de masa (%) •Ensayo con Reómetro de corte dinámico. G*/sin d (kPa) •Ensayo con Reómetro de Flexión. G*/sin d (kPa) dinámico c. Con el residuo después del ensayo de Envejecimiento a Presión: P ió •Ensayo con Reómetro de Corte Dinámico. Value . Stiffness (Mpa) •Ensayo con R ó t d Fl ió m V l E Reómetro de Flexión.Recomendaciones para un Buen Desempeño de Pavimentos en Altura Evaluar el desempeño de la mezcla asfáltica con ensayos SUPERPAVE. Recomendaciones para un Buen Desempeño de Pavimentos en Altura • Controlar la temperatura de la mezcla asfáltica durante la colocación Se recomiendan espesores de carpeta asfáltica no menores a 6 cm. • Medir la Macrotextura y Microtextura de la Superficie de Rodadura por razones de Seguridad Vial a.6 mm para mezclas densas de granulometría fina) .5) b. Profundidad de Textura (0. Coeficiente de Resistencia al Deslizamiento (mayor a 0.4 – 0. Geotextiles . .Uso de asfaltos con caucho o goma.Polímeros o Asfaltos Modificados en Mezclas Asfálticas. A fálti .Otras Sugerencias para un Buen Desempeño de Pavimentos en Altura • Evaluar la necesidad de utilizar otros materiales: . • Implementar planes de gestión vial que consideren las condiciones particulares de los pavimentos en altura. . [email protected]. Ph.edu .D.Carlos M. Chang Albitres. P.
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