Curso de Pavimentos - UNAM

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO
FACULTAD DE INGENIERÍA
DECDFI
M. en I. MIGUEL ANGEL TAPIA GARCÍA
ÍNDICE
OBJETIVO GENERAL
INTRODUCCIÓN
UNIDAD 1. GENERALIDADES Y ASPECTOS CONCEPTUALES
Objetivo
1.1. Definición y clasificación de los pavimentos
1.1.1.
Definición de pavimentos
1.1.2.
Tipos de pavimentos
1.1.3.
Funciones de las capas y materiales que componen los pavimentos
1.2. Factores que afectan el comportamiento de los pavimentos
1.2.1.
Características y propiedades de los materiales de cimentación
1.2.2.
Efectos del tránsito.
1.2.3.
Efectos del medio ambiente
1.2.4.
Factores económicos
Pág.
6
7
8
8
8
8
9
10
14
16
17
21
23
UNIDAD 2: DISEÑO Y PROYECTO DE PAVIMENTOS
25
Objetivo
25
2.1.
Consideraciones teóricas relativas a la distribución de esfuerzos y deformaciones
en pavimentos flexibles y rígidos.
25
2.2. Métodos de diseño
31
2.3. Pavimentos Flexibles
32
2.3.1.
Método AASHTO
32
2.3.1.1.
Índice de servicio
34
2.3.1.2.
Tránsito
35
2.3.1.3.
Módulo de Resiliencia efectivo
37
2.3.1.4.
Medio ambiente
39
2.3.1.5.
Confiabilidad “R”
40
2.3.1.6.
Desviación Estándar Global “SO”
41
2.3.1.7.
Coeficientes de capa
41
2.3.1.8.
Diseño de espesores del pavimento
46
2.3.2.
Método del Instituto del Asfalto
48
2.3.2.1.
Tránsito
49
2.3.2.2.
Caracterización de materiales
51
2.3.2.3.
Procedimiento de diseño
56
2.3.3.
Método del Instituto de Ingeniería de la UNAM
61
2.3.3.1.
Capas consideradas
69
2.3.3.2.
Valores relativos de soporte críticos, VRSZ
70
2.3.3.3.
Módulos elásticos de las capas no estabilizadas
71
2.3.3.4.
Módulo de rigidez de la carpeta
2.3.3.5.
Relaciones de Poisson
2.3.3.6.
Nivel de confianza del proyecto
2.3.3.7.
Diseño por deformación permanente en la rodada
2.3.3.8.
Revisión del diseño por efectos de fatiga
2.4. Pavimentos Rígidos
2.4.1.
Método AASHTO
2.4.1.1.
Desviación normal estándar “Zr”
2.4.1.2.
Error estándar combinado “SO”
2.4.1.3.
Variación del índice de serviciabilidad ΔPSI.
2.4.1.4.
Coeficiente de drenaje “Cd”
2.4.1.5.
Coeficiente de transmisión de carga “J”
2.4.1.6.
Módulo de elasticidad del concreto “EC”
2.4.1.7.
Factor de pérdida de soporte “LS”
2.4.1.8.
Módulo de reacción “K”
2.4.2.
Método PCA
2.4.2.1.
Factores de diseño
2.4.2.2.
Procedimiento de diseño de espesores
2.4.2.3.
Juntas en los pavimentos de concreto
2.5. Tendencias del diseño de pavimentos a nivel internacional
2.5.1.
Modelos de elementos finitos
2.5.2.
Modelos de elementos discretos
2.5.3.
Modelos de sistemas multicapas
71
71
71
71
72
74
74
75
77
77
77
77
79
79
81
83
84
87
92
100
101
102
103
UNIDAD 3: ESPECIFICACIONES TÉCNICAS Y DISEÑO DE MEZCLAS
Objetivo
3.1. La constructibilidad en los pavimentos
3.2. Especificaciones de diseño, construcción y control
3.2.1.
La Ley Federal sobre Metrología y Normalización
3.3. Diseño de mezclas asfálticas
3.3.1.
Método Marshall para mezclas de granulometría densa
3.3.2.
Método Hveem para mezclas de granulometría densa.
3.3.3.
Método Cántabro para mezclas de granulometría abierta
3.3.4.
Tendencias del diseño de mezclas a nivel internacional.
3.4. Diseño de mezclas de concreto hidráulico
104
104
104
111
112
117
117
123
125
129
135
UNIDAD 4. LOS PROCESOS CONSTRUCTIVOS Y SU CONTROL DE CALIDAD BAJO
LA NORMATIVIDAD SCT
139
Objetivo
139
4.1. Tratamientos de los materiales.
139
4.2. Terracerías
141
4.3. Bases y sub-bases
145
4.4. Carpetas asfálticas
4.4.1. Carpetas asfálticas con mezclas en caliente
4.4.2. Carpetas asfálticas con mezclas en frio
4.5. Carpetas de concreto hidráulico
150
150
152
153
ANEXO TABLAS
BIBLIOGRAFÍA
REFERENCIAS ELECTRÓNICAS
160
204
207
OBJETIVO GENERAL
INTRODUCCIÓN
Al finalizar el curso, el participante será capaz de:
Hoy en día, el comportamiento y la operación
de los sistemas de transporte de cada país,
son una preocupación de carácter mundial,
debido a la trascendencia que tales conceptos han adquirido en los diferentes renglones de la economía. Dicha situación ha
llegado a plantear importantes cuestionamientos acerca de los aspectos del diseño,
proyecto y construcción de los sistemas de
transporte y en especial de la infraestructura carretera, debido a su gran flexibilidad,
adaptación y extensión que abarca dentro
de los conceptos del desarrollo económico
y de la comunicación en el contexto de una
región.
El transporte por carretera constituye un
elemento básico de calidad de vida en la
mayoría de las sociedades. Actualmente, no
solo se demanda nueva infraestructura carretera, sino también que ésta, tenga un diseño que asegure su durabilidad, independientemente del tráfico y de las condiciones
climatológicas y además se exige una administración de la misma del más alto nivel.
De ahí la gran importancia que la inversión
en carreteras tiene, tanto en construcción
como en conservación, debiendo existir un
equilibrio entre ambas.
Por otro lado, en la práctica, la integración
del diseño y construcción de los proyectos
de pavimentos en la infraestructura carretera, generalmente no se da de forma efectiva. Según estudios recientes, hasta un 25%
de los desperdicios en la ejecución se deben
a los errores, a la mala toma de decisiones,
entre otros, del proyecto ejecutivo. Todo
ello plantea la necesidad de planear un proyecto con criterio constructivo, lo cual exige
ingenio, previsión, conocimientos y experiencia en la construcción y que nos llevará
a consumir más tiempo y recursos de ofi-
•
Identificar los diferentes tipos y diseños de pavimentos, la estructuración, propiedades y características de cada uno de
los materiales que componen sus capas. Así
mismo, identificara sus procesos constructivos y su respectivo control de calidad, con
afinidad a la normatividad vigente de México, para poder utilizar de forma racional los
métodos de diseño empleados en México.
•
Aplicar los procedimientos adecuados
para los diseños de los distintos tipos de
mezclas, tanto asfálticas como de concreto
hidráulico, estableciendo las especificaciones técnicas y manejando los parámetros
de comportamiento.
cina, pero reducirá los recursos, el tiempo
y el costo de las indefiniciones durante la
ejecución. Por lo tanto, el proyecto de construcción será más constructivo si el proyectista está dispuesto a entender y prever
los problemas del constructor y si éste se
esfuerza por entender lo que le propone el
proyectista.
En este sentido, el propósito del curso es
satisfacer una evidente necesidad de las entidades, tanto públicas como privadas, en
cuanto a la capacitación específica en ingeniería de pavimentos, con sus características y niveles de aplicación particulares, así
como proveer los conocimientos, las herramientas y las técnicas actuales que se utilizan en los procesos de toma de decisiones
relacionadas con el diseño, el proyecto y la
construcción de pavimentos en la infraestructura carretera.
UNIDAD 1. GENERALIDADES Y
ASPECTOS CONCEPTUALES
Objetivo
Al finalizar la unidad el participante será capaz de
identificar los diferentes tipos de pavimentos, las
funciones y materiales que los conforman, para
analizar e interpretar los factores que afectan su
comportamiento.
aceptables bajo las diversas condiciones ambientales que se presenten. Bajo esta concepción, ni las terracerías, ni la capa subrasante,
ni el terreno natural forman parte del mismo.
1.1. Definición y clasificación de los
pavimentos
1.1.2. Tipos de pavimentos
Actualmente se cuenta con una gran variedad
de pavimentos que, atendiendo los criterios
tradicionales, básicamente pueden clasificarse
en: rígidos y flexibles, mixtos o compuestos.
A continuación veremos en qué consiste cada
uno de ellos.
1.1.1.Definición de pavimentos
La infraestructura carretera, resulta de modificar el terreno natural, construyendo las obras
necesarias para procurar una superficie adecuada donde apoyar el pavimento. Comprende,
por lo tanto, el movimiento de tierras, cortes y
terraplenes y las obras de drenaje, necesarias
para dar continuidad a los escurrimientos naturales y las que se requieren para asegurar la
estabilidad general de la obra básica.
De acuerdo a la concepción actual de los pavimentos, estos pueden definirse como un sistema que funciona obedeciendo determinadas
leyes físicas reaccionando en forma de respuestas cuando es activado por funciones de
excitación. Las leyes físicas consideradas, determinaran la forma en que interactúan los esfuerzos, las deformaciones unitarias, el tiempo
y la temperatura. Es decir, el pavimento, es un
sistema que esta caracterizado por las propiedades, espesores y acomodo de los distintos
materiales que conforman un conjunto de capas colocadas y apoyadas sobre otra, denominada "subrasante", con el propósito de recibir
en forma directa las cargas del tránsito y transmitirlas a los estratos inferiores en forma disipada y distribuyéndolas con uniformidad como
se muestra en la Figura 1.
Este conjunto de capas proporciona también
la superficie de rodamiento y permite por un
periodo determinado la circulación de vehículos en condiciones de comodidad y seguridad
están asociados determinados efectos, conocidos como deterioros, que están en función del
tiempo y que se caracterizan por ser acumulativos, permanentes e interactuante, identificados como agrietamientos deformaciones,
desintegración y reducción de la resistencia al
derrapamiento, además del fenómeno de bombeo y escalonamiento entre juntas, en el caso
de los pavimentos rígidos.

Pavimentos Flexibles
Estos pavimentos cuentan con una capa de rodamiento constituida por mezcla asfáltica, por
lo que también se les conocen como pavimentos asfálticos. Resultan más económicos en su
construcción inicial, pero tienen la desventaja de requerir mantenimiento constante para
cumplir con su vida útil.
La experiencia ha demostrado que se puede
tener un pavimento muy bien formado desde
la capa subrasante, con los mejores materiales
y con un excelente control de calidad al construirse y por el hecho de tener terracerías inestables puede fallar. La sección estructural del
pavimento, la cual está formada por el terreno
natural, el cuerpo del terraplén, la capa subrasante y las diferentes capas, constituyen lo que
se conoce como pavimento: subbase, base y
carpeta.
Al actuar sobre los pavimentos las cargas aplicadas por los vehículos, el sistema genera respuestas mecánicas inmediatas, derivadas de
las leyes físicas involucradas y que se identifican como estados de esfuerzos, de deformaciones unitarias y de deflexiones, a los cuales
El incremento, tanto en intensidad como en número de las aplicaciones de cargas, llevo en su
momento a la realización de pavimentos con
mayor capacidad estructural, recurriendo a capas tratadas o estabilizadas con cemento o con
un espesor considerable de mezclas asfálticas,
como las denominadas “full depth”, con espesores del orden de 30 cm. Estos pavimentos
suelen incluirse también en el tipo de los pavimentos flexibles, debido a que tiene superficialmente capas asfálticas, pero su comportamiento estructural es muy diferente, con capas
inferiores de igual o mayor rigidez que las superiores.

Pavimentos Rígidos
En los pavimentos rígidos, la superficie de rodamiento es proporcionada por losas de concreto
hidráulico que en algunas ocasiones presentan
un armado de acero. Por su mayor rigidez distribuyen las cargas de los vehículos hacia las
capas inferiores por medio de toda la superficie
de la losa y de las losas adyacentes que trabajan en conjunto con la que recibe directamente
la carga.
A excepción de los bordes de las losas y las
juntas, sin pasajuntas, las deflexiones y deformaciones elásticas son casi nulas. Este tipo
de pavimentos no puede plegarse a las deformaciones de las capas inferiores sin que se
presente la falla estructural. Generalmente, el
mantenimiento que requiere es mínimo y comúnmente solo se efectúa en las juntas de las
losas.

Pavimentos Mixtos o Compuestos
Los pavimentos mixtos o compuestos, están
conformados por una capa de concreto hidráulico, cubierta por una carpeta asfáltica, se emplean en calles y su justificación se basa, en la
presencia de redes y servicios bajo la vialidad,
que deben protegerse de la acción del tránsito.
Su posición impide efectuar excavaciones a
mayor profundidad para alojar una estructura
del pavimento flexible convencional. Así mismo, pueden tener una mayor capacidad estructural y por consiguiente un mejor desempeño.
el que es construido; en especial factores como
el agua y la temperatura, ya que son estos los
que producen efectos más adversos en el comportamiento de los materiales que constituyen
el pavimento.
Los pavimentos también deben contar con una
serie de características funcionales y estructurales; las funcionales corresponden a la superficie de rodamiento y son las que más afectan
a los usuarios, y las estructurales, que son más
bien del interés de las personas encargadas de
operar y conservar los pavimentos.
Respecto a las características funcionales se
puede mencionar:
▪ Resistencia al derrapamiento: Ésta es ob-
tenida a través de una adecuada textura en la
superficie de rodamiento, esta textura debe
estar adaptada para las velocidades de circulación previstas en el diseño.
1.1.3. Funciones de las capas y materiales
que componen los pavimentos
El pavimento tiene diversas funciones como
son:
▪ Proporcionar una superficie de rodamiento seguro, cómodo y de características permanentes, bajo las cargas repetidas del tránsito a
lo largo del periodo de diseño considerado.
▪ Resistir el tránsito previsto para el periodo
de diseño y distribuir las presiones verticales
producidas por las cargas del tránsito, de tal
forma que solo llegue una mínima porción de
estas cargas a la capa subrasante, para que
esta sea capaz de soportarlas.
▪ Constituir una estructura que sea capaz de
resistir los factores climatológicos del lugar en
de los efectos producidos por las cargas del
tránsito, en cuanto a estados de esfuerzo y deformaciones.
Es decir, la vida útil de los pavimentos, depende en gran medida, de las características
estructurales. Además de las consideraciones
funcionales y estructurales, en los pavimentos
se requieren que sean considerados los aspectos constructivos, para poder realizar un análisis de costos y este análisis de costos debe ser
sustentado con la previsión del comportamiento de los pavimentos durante el periodo de diseño, la conservación necesaria y la estimación
de refuerzos estructurales después del periodo
de diseño.
Los pavimentos están constituidos por varias
capas denominadas de arriba hacia abajo carpeta, base y subbase, respectivamente, como
se muestran en la Figura 2.

Carpeta
Es la parte que soporta directamente las solicitaciones del tránsito y aporta las características funcionales y estructuralmente absorbe los
esfuerzos horizontales y parte de los verticales.
En condiciones de alta intensidad del tránsito
puede llegar a alcanzar espesores considerables.
Las carpetas se construyen con concretos hidráulicos o con mezclas asfálticas en frío en caliente, denominándose en este caso concretos
asfálticos, los cuales pueden contener algún
agente modificador para mejorar alguna de sus
características. En el caso de pavimentos rígidos, las losas pueden llegan a tener espesores
del orden de 40 cm., especialmente en las aeropistas.
▪ Regularidad transversal y longitudinal en
la superficie de rodamiento: Ésta característica
afecta directamente la comodidad del usuario
y en la medida de la severidad de las deformaciones presentes en el pavimento, se podrá
o no alcanzar la velocidad considerada en el
proyecto.
▪ Propiedades de reflexión luminosa: Estas
propiedades son importantes para la conducción nocturna y para el diseño apropiado de las
instalaciones de iluminación.
▪ Drenaje superficial rápido: Ésta característica evita que el espesor de la película de agua
que escurre sobre la superficie de rodamiento
sea considerable, y con esto impide el efecto
conocido como acuaplaneo.
Por su parte, las características estructurales están relacionadas con las características
mecánicas de los materiales utilizados para la
construcción de las diferentes capas que conforman el pavimento. Estas características mecánicas definen el espesor de cada capa. En
este sentido, el análisis mecánico da una idea
Características del pavimento
El pavimento es una estructura que proporciona
una superficie de rodamiento de color y textura
apropiados, resistente a la acción del tránsito,
intemperismo y otros agentes erosivos. Transmisor a las terracerías y al terreno natural, los
esfuerzos producidos por las cargas impuestas
por el tránsito, de tal forma que no sobrepasen
los esfuerzos que resisten las diferentes capas.

Base
La base es la capa situada bajo la carpeta, y
su función es evidentemente resistente, pues
absorbe la mayor parte de los esfuerzos verticales y su rigidez o su resistencia a la deformación bajo las solicitaciones repetidas del
tránsito suele corresponder a la intensidad del
tránsito pesado.Para tránsito medio y ligero se
emplean las tradicionales bases granulares,
pero para tránsito pesado se emplean materiales granulares tratados con un cementante,
denominadas bases asfálticas o bases de grava-cemento.

Subrasante
La capa subrasante, debe recibir y soportar las
cargas producidas por el tránsito, que le son
transmitidas por el pavimento, dentro de un
periodo de tiempo determinado (que corresponde al periodo del proyecto), sin sufrir deterioros o deformaciones que afecten la integridad del pavimento.

Subbase
La subbase es la capa que va debajo de la base
y a su vez se construye sobre la capa subrasante. Esta capa puede no ser necesaria cuando la subrasante es de elevada capacidad de
soporte. Su función es proporcionar a la base
un cimiento uniforme y constituir una adecuada plataforma de trabajo para su colocación y
compactación.
Es deseable que cumpla también una función
drenante, para lo cual es imprescindible que
los materiales utilizados carezcan de finos y
en todo caso suele ser una capa de transición
necesaria. Se emplean normalmente subbases
granulares constituidas por materiales cribados
o de trituración parcial, suelos estabilizados
con cemento, etc.
Las funciones de la capa subrasante deben ser:
•
Transmitir y distribuir de modo adecuado
las cargas del tránsito al cuerpo del terraplén.
•
Evitar que los materiales finos plásticos
que formen el cuerpo del terraplén contaminen
el pavimento.
•
Evitar que las terracerías, cuando estén
formadas principalmente por fragmentos de
roca (piedraplen), absorban el pavimento.
•
Evitar que las imperfecciones de la cama
de los cortes se reflejen en la superficie de rodamiento.
•
Uniformizar los espesores de pavimento,
sobre todo cuando varían mucho los materiales
de terracerías a lo largo del camino.
•
Economizar espesores de pavimentos,
en especial cuando los materiales de las terracerías requieren un espesor importante.
Esta capa es considerada como la cimentación del pavimento y en ocasiones puede estar
constituida por el terreno natural, cuando este
es de buena calidad, o bien, por un material
seleccionado.
La principales funciones, tanto de las bases
como de las subbases, son: recibir y resistir
las cargas del tránsito a través de la capa que
constituye la superficie de rodamiento (carpeta
asfáltica o losas de concreto); transmitir estas
cargas, adecuadamente distribuidas a las terracerías; impedir que la humedad de las terracerías ascienda por capilaridad, y en caso de
introducirse agua por la parte superior, permitir
que el liquido descienda hasta la capa subrasante, donde se desaloja al exterior por el efecto de bobeo o la sobreelevación.
tura carretera y que recibe las cargas del tránsito distribuidas a través de la estructura de los
pavimentos. Las terracerías pueden definirse
como los volúmenes de materiales que se extraen o que sirven de relleno en la construcción
de la infraestructura carretera. Es decir, es el
conjunto de obras compuestas de cortes y terraplenes, respectivamente. Las terracerías en
terraplén se dividen en el cuerpo del terraplén,
que es la parte inferior, y la capa subrasante
que es la que se coloca sobre la anterior, como
se muestra en la Figura 3.
En el caso de los pavimentos rígidos, las subbases tienen como principales funciones controlar
los cambios volumétricos de la subrasante e incrementar su modulo de reacción. Se trata de
un elemento importante para garantizar la uniformidad de soporte de las losas y se construye
con materiales granulares, los cuales, cuando
el tránsito llega a ser muy pesado e intenso,
se hace necesario estabilizar, por lo general,
con cemento portland para evitar que bajo su
acción sufran erosiones indeseables.
La finalidad del cuerpo del terraplén, es alcanzar la altura necesaria para satisfacer principalmente las especificaciones geométricas, resistir las cargas del tránsito transmitidas por
las capas superiores y distribuir los esfuerzos
a través de su espesor para transportarlas en
forma adecuada al terreno natural.
Otro aspecto importante que debe cumplir la
subbase es evitar la eyección de material fino a
través de juntas y grietas, al paso del tránsito
pesado. Asimismo, cabe mencionar que eventualmente a esta capa se le denomina base,
por su posición inmediatamente a bajo de la
losa.
Sin embargo, los correcto es denominarla subbase, debido a que los requerimientos de calidad de los materiales no son tan estrictos como
los de una base en un pavimento flexible, considerando que la losa de concreto reduce los
esfuerzos impuestos a esta capa por las cargas
aplicadas.
La subestructura del pavimento está conformada por el terreno natural y las terracerías
compuestas por cortes o terraplenes y la capa
subrasante. El terreno natural se define como
la franja de terreno incluida en el derecho de
vía, cuyo estado de esfuerzo original resulta
afectado por la construcción de la infraestruc-
La capa subrasante, debe recibir y soportar las
cargas producidas por el tránsito, que le son
transmitidas por el pavimento, dentro de un
periodo de tiempo determinado (periodo de
proyecto), sin sufrir deterioros o deformaciones que afecten la integridad del pavimento.
Cuando se va a construir un camino que presente un TPDA (Tránsito Promedio Diario Anual)
mayor a 5,000 vehículos, es necesario que se
construya bajo la sub-rasante una capa conocida como sub-yacente; la cual deberá tener un
espesor mínimo de 50 cm. También es importante mencionar, que en algunas secciones estructurales del pavimento, puede no requerirse
de alguna de las capas antes mencionadas.

Características y propiedades de los materiales
Como parámetro fundamental, dentro de las
características y propiedades de los materiales
de cimentación de los pavimentos, se emplea
la capacidad de soporte o resistencia a la deformación por esfuerzo cortante bajo las cargas del tránsito.
De igual manera, debe considerarse la sensibilidad del suelo a la humedad, tanto en lo que se
refiera a su resistencia, como a las eventuales
variaciones de volumen, es decir a los fenómenos de expansión y contracción.
Por lo general, el parámetro de resistencia utilizado para caracterizar la resistencia de los materiales, es el valor relativo de soporte, aunque
actualmente algunos métodos emplean el Modulo de Resiliencia (MR), siendo común, manejar correlaciones entre estos dos parámetros.
1.2. Factores que afectan el comportamiento de los pavimentos
El diseño y proyecto de los pavimentos, deben
tener como objetivo principal el conseguir una
optimización desde el punto de vista de la resistencia y funcionalidad de la estructura, con
un costo global mínimo, que deberá incluir los
costos de construcción, conservación y operación en un periodo general de 15 a 40 años.
Para el dimensionamiento de las diferentes capas que conforman los pavimentos, existen varios métodos desarrollados por diferentes instituciones o entidades, cuya aplicación se basa
principalmente en los siguientes factores que
se presentan a continuación:

Efectos del medio ambiente
Los efectos del medio ambiente constituyen un
factor que aún no es suficientemente considerado en el diseño. Normalmente deben tomar-
se en cuenta cuando se seleccionan los materiales y deben considerarse en determinados
elementos colaterales, como lo es el drenaje.
En el diseño de la propia estructura de los pavimentos nos debe interesar su comportamiento bajo efectos de temperatura y humedad. En
este sentido, deben ser objeto de consideración
las temperaturas extremas diarias y estacionales, así como el régimen e intensidad de las
precipitaciones pluviales, aspectos que además
influyen durante el proceso constructivo.
El agua afecta a los materiales que constituyen los pavimentos en distintas formas, modificando o alterando algunas de sus propiedades: resistencia al esfuerzo cortante, cohesión,
expansión-contracción, erosión, grado de compactación, corrosión, envejecimiento de los asfaltos, adherencia entre agregado y asfalto y
efecto de congelamiento-deshielo.

Efectos del tránsito
El efecto que provoca el tránsito sobre los pavimentos, constituye sin duda uno de los principales factores para el diseño.
nes, en particular, las lentas en rampas y zonas
de estacionamiento de vehículos pesados, entre otros.

Factores económicos
Es claro que ninguna entidad es partidaria de
gastar su presupuesto en números mayores
que lo necesario en cada caso, pero el gasto
necesario difícilmente coincide con la mínima
inversión inicial y en ocasiones suele ser mayor, por tener que tomar en cuenta otros factores.
De esta manera, el criterio del costo inicial mínimo ha llevado a infraestructuras deficientes
en muchos casos; no preparadas para un futuro uso y crecimiento y a veces, con un funcionamiento defectuoso.
En este sentido, el criterio del ingeniero no puede desarrollarse, obviamente, sin una consideración de los factores económicos involucrados,
pero éstos resultan siempre de una amplitud y
balance que trasciende enormemente las consideraciones preponderantes del costo inicial
de la construcción.
En este sentido, nos deben interesar las cargas
más pesadas por eje, esperadas en el carril de
proyecto y que generalmente es el más solicitado; dado que éste determinará la estructura
del pavimento, durante el periodo del proyecto
adoptado. Sin embargo, en los casos de vialidades con carriles múltiples, podrá realizarse
un diseño con estructuras y espesores diferenciados, en función del tránsito asignado a cada
carril.
La repetición de cargas y la acumulación de sus
efectos sobre los pavimentos, como la fatiga o
la deformación permanente, son fundamentales para el cálculo del dimensionamiento de sus
capas. Por otro lado, se deben tomar en cuenta las máximas presiones de contacto, las solicitaciones tangenciales en tramos especiales,
como son curvas, zonas de frenado y aceleración, entre otros; las velocidades de aplicacio-
Por otro lado, construidos los pavimentos y a
medida que transcurre el tiempo, deben conservarse y operar para cumplir sus fines de
propiciar un óptimo transporte, es decir, se tienen que considerar los costos provocados por
la conservación normal y aquellos originados
por las reconstrucciones periódicas.
Así, conservarse, no quiere decir tenerlos siempre flamantes como el día de su estreno. La
regiones crecen y progresan y lo que se hace
para cubrir un servicio que va a durar mucho
más de lo que suele considerarse el periodo de
vida útil de una obra, deberá cubrir en cualquier futuro fines cada vez más amplios en lo
cualitativo y en lo cuantitativo. Por ello, conservar una carretera, quiere decir mantenerla
todos esos años en una similar calidad de servicio, haciendo frente a una demanda sin duda
creciente. Este hecho, puede y debe ser previsto desde el proyecto inicial.
1.2.1.Características y propiedades de
los materiales de cimentación
El tránsito de los vehículos, bajo las acciones
del medio ambiente como la lluvia, el cambio
de nivel de aguas freáticas y la acción del intemperismo por cambios del clima, propician la
variación de las características de resistencia
y deformación en los materiales que forman la
cimentación de los pavimentos.
En México, hasta los años 80´s, se permitía
emplear, para formar el cuerpo del terraplén,
desde los limos y arcillas de alta plasticidad,
hasta los suelos orgánicos, con la única limitación de que su límite líquido no fuera superior
a 100 y no se limitaban otras características,
como su resistencia o su deformación.
Al tener libertad para emplear arcillas y limos
de alta plasticidad en el cuerpo del terraplén,
se podían usar las arcillas activas, las cuales
sujetas a variaciones de la humedad, cambian tanto de volumen, como su resistencia.
Lo anterior propicio que se tuvieran secciones
estructurales de los pavimentos, en las que el
cuerpo del terraplén estaba formado por materiales que, sujetos a incrementos en su con-
tenido de agua, disminuían su resistencia e incrementaban su deformabilidad.
construyan en el futuro, en los proyectos de
refuerzo que se hacen para adaptar las carreteras existentes a las nuevas condiciones y en
las tareas de conservación.
Por otro lado, se debe considerar, que la topografía de la Republica Mexicana, está conformada por zonas montañosas y planas, estas
últimas, producto de la desecación de los antiguos lagos, en donde por lo general, aparecen
suelos blandos o activos (arcillas expansivas).
Aunado a lo anterior, en gran parte del país se
presentan lluvias abundantes, que incrementan los contenidos de agua de los diferentes
materiales que conforman la sección estructural de los pavimentos, tanto en las zonas de
montañas como en las planas.
Ya sea que se trate de una zona plana o de la
montaña, en la mayor parte de la superficie de
la Republica Mexicana, no es posible garantizar que no exista cambios en los contenidos de
agua producidos por alguna de las siguientes
causas: infiltraciones propiciadas por el agua
de lluvia, ascensión capilar de nivel de aguas
freáticas, flujo interno en la masa de suelo o
roca por un drenaje o subdrenaje inadecuado
y saturación de los materiales que formen la
sección estructural propiciada por llanuras de
inundación en zonas planas.
Como parámetro fundamental, dentro de las
características y propiedades de los materiales
de cimentación de los pavimentos, se emplea
la capacidad de soporte o resistencia a la deformación por esfuerzo cortante bajo las cargas
del tránsito. De igual manera, debe considerarse la sensibilidad del suelo a la humedad, tanto
en lo que se refiera a su resistencia, como a las
eventuales variaciones de volumen, es decir
a los fenómenos de expansión y contracción,
como se muestra en la Figura 4.
La repetición de cargas y la acumulación de sus
efectos sobre los pavimentos, como la fatiga o
la deformación permanente, son fundamentales para el cálculo del dimensionamiento de sus
capas.
Por otro lado, se deben tomar en cuenta las
máximas presiones de contacto, las solicitaciones tangenciales en tramos especiales, como
son curvas, zonas de frenado y aceleración,
etc., las velocidades de aplicaciones, en particular, las lentas en rampas y zonas de estacionamiento de vehículos pesados, etcétera.
1.2.2. Efectos del tránsito.
Para 1950, el vehículo más pesado que recorría las carreteras nacionales podía llegar a 8
toneladas, y en la actualidad es usual ver circular unidades cuyo peso bruto supera las 60
toneladas.
A la vez, esta multiplicación ocurrió no sólo en
peso, sino también en número; en 1950 la carretera más importante de México podía tener
entre 5,000 y 6,000 vehículos diarios, de los
cuales, un 10% eran camiones de carga; hoy
es posible contemplar en la red básica mexicana carreteras con 3 ó 4 veces mayor número
de vehículos, además de que la proporción de
vehículos de carga aumentó considerablemente, hasta niveles de 30 ó 40% del tránsito diario, en este sentido, México es uno de los países de mayor proporción de vehículos de carga
dentro del flujo general como se muestra en la
Figura 5.
Esta situaciones, nos conducen a condiciones
radicalmente nuevas y mucho más onerosas en
lo que se refiere al comportamiento de los pavimentos; condiciones que deben considerarse
en los diseños y en la construcción de las secciones estructurales de las carreteras que se
Para poder hacer una clasificación de los vehículos, se hará uso del término: “TDPA”, Transito Diario Promedio Anual, el cual se define
como el número de vehículos que pasan en un
lugar especifico, durante un año, dividido entre
el número de días del año (365).
Para determinar el TDPA de un camino en operación, se cuenta en forma directa el tránsito mediante una operación llamada “aforo”, la
cual la pueden realizar operarios o contadores
mecánicos; el conteo puede realizarse durante todo o el año o solo en ciertas temporadas y luego
proyectarlo a un año. Al calcular el TDPA de varios años, mediante técnicas estadísticas, se puede conocer la tendencia del incremento. Para determinar el TDPA de un camino que se habrá de
construir, se estima con base al tránsito inducido y al tránsito generado.
El primero, es aquel que en la actualidad utiliza otros caminos, pero que usara el nuevo para llegar
al mismo destino, es decir, es el tránsito que ahora hace un rodeo, pero que al construirse el nuevo
camino, lo utilizará por ser más directo para llegar al lugar deseado.
Para conocer este tipo de tránsito se realizan estudios de origen-destino en los caminos que operan
en la actualidad, en donde se hacen entrevistas, tanto a los conductores como a los pasajeros.
El tránsito generado se conoce como una cuantificación de los productos agrícolas, ganaderos e
industriales, que se generaran y al calcular el número de vehículos que serán necesarios para su
traslado, además de los que se requerirán para efectuar actividades comerciales turísticas, etcétera.
Por lo tanto, el TDPA de caminos futuros, será la suma del tránsito inducido y el generado, así
mismo es factible deducir la tendencia de incremento al tomar en cuenta la que corresponde a
caminos ya construidos en la zona. Atendiendo a su clase, los tipos de vehículos que circulan por
la infraestructura carretera, se clasifican de acuerdo a la Tabla 1.
En la segunda forma, se considera todo el tránsito que utiliza la infraestructura carretera y se denomina “tránsito mezclado”. En este método, con objeto de trabajar con unidades homogéneas, o
sea con un mismo tipo de vehículo, utiliza el criterio de ejes equivalentes y el factor de daño.
El factor de daño es la relación del deterioro que un vehículo dado, causa a la estructura de los
pavimentos, con el daño que provoca un vehículo estándar. En México, como en otros países, se
utiliza como estándar un eje sencillo con ruedas simples, que soporta una carga total de 8.2 toneladas (18,000 lb).
En la actualidad, con los métodos que utilizan el criterio de tránsito mezclado se calcula el total
de ejes estándar que usarán la vía durante los “n” años de vida útil. Este volumen de tránsito se
calcula mediante la siguiente ecuación:
1
Te = TDPAet x C
En donde:
•
•
•
Te = Volumen de ejes estándar en la vida útil del proyecto.
TDPAet = Tránsito diario promedio anual equivalente total en el carril de diseño.
C = Factor de proyección de transito a futuro.
o
C = ((1+r)n – 1) 365/r.
• r = Factor de incremento anual del tránsito, que en forma aproximada puede ser:
•
•
Al analizar los datos de vialidad a nivel nacional, se puede observar que más del 50% de los vehículos que transitan por un determinado lugar, corresponden al tipo A, esto es, más del 50% son
automóviles o camionetas con capacidad de hasta 3 toneladas. Las características del tránsito, se
aplican de dos formas diferentes; la primera se denomina “tránsito a un nivel fijo”, y en ella se
elige el vehículo que daña mas la estructura, tomando en cuenta, tanto el número de pasadas,
como el peso; este método fue el primero en utilizarse, pero ahora solo se aplica en aeropuertos.
r=12% en caminos nuevos; r=4% en caminos con más de 10 años
construidos; r=8% en promedio.
n = años de vida útil del proyecto.
A continuación se observan los efectos del tránsito de acuerdo al tipo de vehículo.
1.2.3. Efectos del medio ambiente
El agua es uno de los factores que más contribuye en el deterioro de los pavimentos, por lo
que deberá considerarse de vital importancia
su rápido desalojo, para evitar su concentración, tanto en la superficie como en alguna de
las capas que conforman los pavimentos, incluyendo la subrasante.
Para obtener un mejor comportamiento de los
pavimentos, el proyectista debe reconocer que
el agua puede entrar en la estructura de los
pavimentos, y a la capa subrasante, por medio de grietas, baches, juntas, jardineras, camellones, fugas en los sistemas de drenaje y
agua potable, ascenso capilar, posición del nivel freático, etcétera.
la velocidad con que el agua puede escapar de
entre la llanta y el pavimento y también la rapidez con que escurre por la superficie durante
la lluvia.
El agua sobre los pavimentos puede ocasionar
una pérdida de contacto entre la llanta y su
superficie, y provocar la pérdida del control de
la dirección del vehículo y su deslizamiento, fenómeno que se denomina hidroplaneo o acuaplaneo como se muestra en la Figura 6.
Por tal motivo, se debe tomar en cuenta las
medidas adecuadas para proponer sistemas de
drenaje y subdrenaje que actúen con efectividad, captando, conduciendo y desalojando el
agua, sin afectar los pavimentos o la capa subrasante.
En cuanto al drenaje superficial, deben considerarse los siguientes aspectos:

La pendiente trasversal debe ser de por
lo menos del 1%.

No se debe admitir depresiones en la
superficie que puedan provocar estancamiento
de agua.

La textura superficial debe facilitar la expulsión rápida del agua de manera transversal.

No deben existir obstáculos que faciliten
la acumulación del agua en las bocas de tormentas o rejillas, lavaderos, cunetas y alcantarillas.

Las juntas de construcción en los pavimentos, deben tratarse en forma adecuada.

No deberán permitirse agrietamientos
en los pavimentos, ya que facilitan la filtración
del agua a las capas inferiores.
Un factor importante que debe considerarse,
es la textura superficial, ya que ésta determina
Generalmente ocurre cuando se conduce un
vehículo bajo la lluvia a gran velocidad y se forma una lámina de agua sobre la superficie de
rodamiento que alcanza un nivel crítico en función de la velocidad del vehículo, con el fin de
evitar o minimizar que ocurra esta fenómeno,
a los pavimentos se les debe proporcionar una
textura superficial compatible con el ambiente,
velocidad de circulación, intensidad de transito,
topografía y características geométricas de la
infraestructura carretera.
Otro factor relevante que debe tomarse en
cuenta para la correcta estructuración de los
pavimentos es el clima, por ejemplo es de vital
importancia considerar las temperaturas muy
altas y de congelamiento. Las temperaturas
altas pueden afectar la estabilidad de las carpetas asfálticas, pues cuando esta no es suficiente, la superficie de rodamiento sufre deformaciones por el corrimiento de la carpeta.
Este defecto se corrige utilizando asfaltos de mayor dureza, que son menos sensibles a las variaciones de temperatura, pero también se debe cuidar que los módulos de elasticidad de la carpeta
y de la base sean lo más aproximados posibles como se muestra en la Figura 7.
Las bajas temperaturas afectan la estructura de los pavimentos, al congelarse el agua que se encuentra entre las partículas, lo cual provoca que se pierda la compactación de los materiales, pues
este fenómeno aumenta el volumen del agua. El problema se agudiza en primavera, cuando se
presenta el deshielo, ya que los suelos menos compactos absorben considerablemente el agua y
esto hace que su capacidad de carga disminuya. En las zonas donde se presentan temperaturas
de congelamiento, como se muestra en la Figura 8, se debe evitar el agua capilar en las capas
superiores de la estructura de los pavimentos. Para ello es necesario que en la región afectada
por este fenómeno se diseñe una capa rompedora de capilaridad, es decir una capa de material
granular sin finos.
Cuando en una región, sin problemas de congelamiento se requiera adoptar un método para
la estructuración de los pavimentos, creado
para otra región que si presente ese problema,
se deberán hacer los estudios necesarios para
corregir los modelos matemáticos del diseño,
ya que de otra manera se correrá el riesgo de
sobre diseñar estructuras en más del 30%. Lo
anterior no es conveniente, ya que las obras
deben proyectarse con la mayor economía posible.
1.2.4. Factores económicos
Puede afirmarse que en la filosofía del ingeniero de pavimentos y aún en la de la ingeniería
nacional, ha llegado a establecerse explícitamente la idea de que el costo mínimo de construcción, es decir, la inversión inicial, es una
meta ideal de todo proyecto.
Es claro que ninguna entidad es partidaria de
gastar su presupuesto en números mayores
que lo necesario en cada caso, pero el gasto
necesario difícilmente coincide con la mínima
inversión inicial y en ocasiones suele ser mayor, por tener que tomar en cuenta otros factores.
De esta manera, el criterio del costo inicial mínimo ha llevado a infraestructuras deficientes
en muchos casos; no preparadas para un futuro uso y crecimiento y, a veces, con un funcionamiento defectuoso. En este sentido, el
criterio del ingeniero no puede desarrollarse,
obviamente, sin una consideración de los factores económicos involucrados, pero éstos resultan siempre de una amplitud y balance que
trasciende enormemente las consideraciones
preponderantes del costo inicial de la construcción.
En la planeación, diseño, construcción y administración de los pavimentos, se deben considerar los siguientes costos: costos de construcción o inversión inicial, costos de conservación,
costos de operación, costos de accidentes, entre otros.
En relación a la demanda de tránsito, las obras
de infraestructura carretera se deben clasificar conforme las especificaciones para que
las características geométricas y de calidad de
los materiales que conforman los pavimentos,
sean acorde a las necesidades y a los costos de
operación.
La división en capas que se hace en un pavimento obedece a un factor económico, ya que
cuando determinamos el espesor de una capa,
el objetivo es darle el grosor mínimo que reduzca los esfuerzos sobre la capa inmediata inferior. La resistencia de las diferentes capas no
solo dependerá del material que la constituye,
también resulta de gran influencia el procedimiento constructivo; siendo dos factores importantes la compactación y la humedad, ya
que cuando un material no se acomoda adecuadamente, éste se consolida por efecto de
las cargas y es cuando se producen deformaciones permanentes.
En ocasiones, y dada la escases de recursos
financieros, es frecuente pensar en abatir los
costos de construcción, sacrificando la calidad
de los materiales que conforman la sección estructural de los pavimentos. Lo anterior es un
gran error, pues a futuro, los gastos de conservación y operación se incrementan en exceso.
En consecuencia, los deterioros que presente la superficie de rodamiento, propiciara un
costo mayor de los bienes y servicios que se
transportan por esa infraestructura carretera.
Por lo tanto, en la sección estructural, se deben seleccionar los materiales que ofrezcan
una adecuada resistencia al esfuerzo cortante
y que sufran los menores cambios volumétricos y deformaciones, con las variaciones en los
contenidos naturales de agua.
A través de la experiencia, se ha podido concluir que ahorrar en los materiales de construcción de las terracerías empleando materiales
plásticos, en aras de tener una inversión inicial reducida, es una idea errónea, pues aún
para la inversión inicial, los espesores de pavimentos resultan mayores y por consiguiente se
propicia un mayor costo, sin garantizar el comportamiento adecuado de la estructura a través
de su vida útil, pues un material plástico es deformable y presenta variaciones volumétricas.
En las vías terrestres es fundamental estudiar
los acarreos de los materiales de construcción,
de tal manera que el costo de las terracería sea
reducido, para esto se utilizará la curva masa
y se deberá considerar el equipo necesario de
acuerdo con la distancia de acarreo, así como
los tratamientos que se deben o se dejen de
ejecutar al mover las compensadoras, los costos de tratamientos, etcétera.
En este sentido, y una vez que se tienen ubicados los bancos de materiales que pueden utilizarse para construir la capa subrasante y las
capas de la superestructura de los pavimentos,
es preciso seleccionar los materiales cuyos tratamientos necesarios y acarreos, reporte los
menores costos. Cuando se autoriza un incremento de las cargas, los pavimentos sufren un
envejecimiento prematuro, llegando al nivel de
rechazo antes de lo calculado en el diseño original, produciéndose un rápido desgaste en la
superficie de rodamiento, el cual se manifiesta
en deterioros y fallas, lo que obligará a realizar
una fuerte inversión en el refuerzo de la estructura, que puede resolverse con una sobre
carpeta, o en caso de requerirse, con la reconstrucción total de la sección estructural.
Si el procedimiento de refuerzo resulta correcto, los costos de conservación serán reducidos,
siempre y cuando no se vuelvan a incrementar
las cargas; pero si el refuerzo colocado no es el
requerido, o no se hizo con materiales de calidad adecuada, los costos de conservación seguirán incrementándose más allá de lo normal.
El pavimento tiene que sostener una operación
y ésta representa, si se toman en cuenta todos los costos involucrados, valores económicos muy superiores a lo que costó construir y
conservar la infraestructura; considerando un
periodo de utilización de cuarenta o cincuenta
años, aunque en ocasiones es mucho mayor, la
conservación de una carretera puede costar de
diez o doce veces el costo de su construcción,
pero la operación, es decir, los costos vehiculares directos en que incurre el transporte de
carga y mercancías que circulan sobre los pavimentos, pueden representar en el mismo periodo entre 200, 400 o aún más veces su costo
inicial, dependiendo del nivel de ocupación.
Estudios realizados por el Instituto Mexicano
del Transporte, han demostrado que si el estado superficial de un pavimento pasa de lo que
se considerara un estado “óptimo” a otro calificado de “bueno”, el costo de operación por
kilómetro recorrido, puede aumentar de un 15
a un 20% y, si el estado superficial llegara a
“malo”, este factor de incremento podría ser de
35 ó 40%.
Actualmente, este tipo de incrementos afectan
el tránsito, que en número de vehículos y en
valor económico de la carga transportada, son
incomparables con los de un pasado relativamente reciente. Para dar una idea de la actividad económica que mantiene hoy el transporte
nacional, puede decirse que por la Autopista
México - Querétaro, pasa cada año un valor
transportado del orden del 25% del Producto
Interno Bruto (PIB) de México.
Esta enorme desproporción entre los costos
y los beneficios de operar la infraestructura
carretera, en comparación con los costos de
construirla, aumentan los riesgos al establecer
el criterio de que sea el costo de construcción
mínimo el paradigma de un proyecto carretero.
Dicha situación evidencia, el papel tan importante de que un pavimento este en buen estado, juega en los ahorros posibles.
UNIDAD 2: DISEÑO Y PROYECTO
DE PAVIMENTOS
Objetivo
Al terminar la unidad, el participante será capaz de
identificar y analizar las consideraciones relativas a
los esfuerzos y deformaciones en los pavimentos,
para poder manejar e interpretar los diferentes métodos que se aplican en el diseño de pavimentos,
tanto flexibles como rígidos y así conocer las tendencias de estos a nivel internacional.
2.1. Consideraciones teóricas relativas a
la distribución de esfuerzos y deformaciones en pavimentos flexibles y rígidos.
Actualmente, debe reconocerse que los factores
más importantes que influyen en la Ingeniería
de pavimentos han cambiado; si anteriormente, era el agua y sus efectos más directos la
causa de los más evidentes deterioros, hoy son
otros los elementos más activos. En los pavimentos actuales, la acción de las cargas repetidas es la más notable causa de deterioro; estas
cargas han aumentado en demasía, tanto en
magnitud como en número de repeticiones, lo
que induce a la posibilidad de fallas por fatiga
y por el efecto de la deformación acumulativa.
En general, las obras de Ingeniería se pueden
analizar desde dos perspectivas:
a)
Criterio de resistencia, en el cual se busca que los esfuerzos actuantes sean menores a
los esfuerzos resistentes del material.
b)
Criterio de deformación, en este caso
se busca que las deformaciones que sufre una
estructura no sean excesivas, ya que si esto
ocurre, la estructura se vería afectada en su
funcionamiento.
En un pavimento, debe revisarse que no se
presente la falla del mismo bajo la acción de la
máxima carga que soportara durante su vida
útil.
La ruptura de un pavimento flexible o rígido,
puede ocurrir debido a los esfuerzos de tensión
ocasionados por la carga de una rueda, o bien,
se puede presentar una falla por resistencia al
corte de las diferentes capas de un pavimento.
La falla por fatiga es la que ocurre por la acción
reiterada de un esfuerzo que, aplicado una sola
vez, no provocaría ningún problema. En el caso
de los pavimentos, esta falla la produce el efecto reiterativo que tiene el tránsito al pasar una
y otra vez sobre una carpeta asfáltica. Obviamente, este efecto reiterativo depende de dos
condiciones.
Primero, de la intensidad de la acción reiterada, es decir, del esfuerzo aplicado cada vez que
esto ocurre y, segundo, de la magnitud de la
deformación inducida en cada aplicación de la
carga; también influye poderosamente la flexibilidad o rigidez de la capa del pavimento que
soporta la repetición.
La intensidad de dicho efecto es medida por
la magnitud de la carga que se aplica a través
de las llantas de un vehículo y la reiteración es
medida por las repeticiones de esa carga sobre una misma zona de dicho pavimento. La
acción de las llantas de los vehículos produce
deformaciones elásticas y deformaciones permanentes o plásticas, presentando estas últimas la característica de que se van acumulando durante la vida útil de los pavimentos. El
efecto de deformación acumulativa resulta de
la deformación que el pavimento sufre bajo la
acción de la llanta que pasa.
Dicha deformación se recupera parcialmente
cuando la llanta deja de oprimir, pero tal recuperación nunca es total; siempre queda un
remanente, que conduce a una deformación
permanente, la cual dificulta la marcha de los
vehículos, aumentando su costo operativo y,
eventualmente, contribuye a la ruptura y agrietamiento de la carpeta.
Al agrietarse la carpeta el agua puede penetrar
en el interior de la sección estructural, formada por materiales pétreos que disminuirán su
resistencia, lo cual, tendría como consecuencia, una falla generalizada de dicha sección
estructural. Debe tenerse en cuenta que en
un pavimento la capa superior (carpeta) es la
más rígida del conjunto de la sección estructural. Evidentemente, una manera de proteger la carpeta del agrietamiento producido por
el efecto reiterado del tránsito es hacerla con
un espesor tal que el esfuerzo aplicado resulte
muy reducido en comparación con la resistencia de la capa, esto es, construirla por arriba de
lo que se llama el umbral de fatiga, pero esto
llevaría a la construcción inicial de carpetas de
gran espesor.
Por lo que, la falla por fatiga en la carpeta, puede combatirse de dos maneras: primero dando a la carpeta un espesor tal que el esfuerzo aplicado por el tránsito le permita aceptar
todas las repeticiones con deformaciones tan
reducidas que no produzcan posibilidades de
agrietamiento o de deformación acumulativa
y, segundo, apoyando dicha carpeta en otras
capas suficientemente resistentes y poco deformables como para lograr el mismo efecto.
Estas capas de apoyo de la carpeta están formadas por materiales pétreos, que para cumplir con su cometido, deben ser resistentes y
poco deformables, en relación a los niveles de
esfuerzos correspondientes a la profundidad
relativa de la capa.
Naturalmente, estos materiales pétreos resultan más económicos que las carpetas, de manera que suele resultar más conveniente que la
sección estructural de los pavimentos tenga la
suficiente resistencia y deformabilidad relativa
como para poder funcionar satisfactoriamente
aún con carpetas más delgadas.
De esta manera se logrará también una sección estructural que pueda crecer hacia arriba
en forma económica y racional, si el camino ve
acrecentado el tránsito circulante, lográndose
secciones estructurales en las que todo lo antes hecho sea todo aprovechable y el refuerzo
necesario por el crecimiento del tránsito, sea
un complemento sencillo (sobrecarpeta), que
no exija acciones en profundidad, siempre mucho más costosas.
Por otro lado, y debido al complejo comportamiento de los suelos y a que los pavimentos
están constituidos por un sistema de capas, los
esfuerzos reales en dichos pavimentos, solo
pueden ser calculados en forma aproximada,
faltando aún una teoría adecuada para la estimación real de los esfuerzos.
Bajo estas consideraciones, Boussinesq obtuvo el esfuerzo vertical a cualquier profundidad,
debajo de una superficie circular del suelo, debido a la acción de una carga uniformemente
distribuida, aplicada sobre la superficie.
Los esfuerzos horizontales radiales que se dan
en un medio semiinfinito y homogéneo, están
dados por la teoría de la elasticidad de acuerdo
a las constantes elásticas: Modulo de Elasticidad (E), Relación de Poisson (μ) y Modulo de
Rigidez al Corte (G).
Sin embargo, la comprensión del análisis teórico, facilita reconocer los factores que determinan los esfuerzos en el comportamiento de
los pavimentos flexibles. Para ello, se emplean
los conceptos de la distribución de esfuerzos
verticales de Boussinesq, planteada para una
placa estática circular y flexible, apoyada uniformemente en un medio elástico, homogéneo
e isótropo.
La distribución vertical de esfuerzos bajo una
carga concentrada aplicada en la superficie horizontal, toma la forma de una superficie acampanada, en donde los esfuerzos máximos tienen lugar en el plano vertical que pasa a través
del punto de aplicación de la carga.
Para el caso de los pavimentos flexibles, la carga en la superficie no es una carga puntual,
sino que se transmite en forma de una carga distribuida sobre un área aproximadamente
elíptica, correspondiente con la huella de contacto de la rueda. Sin embargo, para fines de
cálculo, se considera que el área de contacto es
de forma circular, cubriendo un área cuyo valor
es igual al de la elipse de contacto de la rueda,
como se muestra en la Figura 1.
Por lo tanto para estudiar la distribución de esfuerzos en un pavimento flexible se debe tomar
en cuenta que éste es una estructura de varias
capas con diferentes propiedades mecánicas,
como se muestra en la Figura 2. Para comprender el fenómeno, primero se considerará la estructura del pavimento como si se
tratara de una estructura de una sola capa de
material elástico, isotrópico, homogéneo y de
extensión semiinfinita.
De lo anterior se logro concluir que los planteamientos de Boussinesq permiten calcular el
espesor del pavimento, para la aplicación en su
superficie de una carga dada, si se fija la deformación permisible y se conocen las constantes
elásticas. Sin embargo, la estructura del pavimento es de varias capas, lo que implica que
la hipótesis de un medio semiinfinito y homogéneo, ya no se cumplen y los resultados que
se obtienen con las ecuaciones de Boussinesq
distan mucho de la realidad.
La distribución de esfuerzos en un sistema de
varias capas, las cuales presentan diferentes
rigideces que decrecen con la profundidad,
esto es, la capa más rígida es la base, le sigue
la subbase, posteriormente la subrasante y por
último la terracería, provoca que exista la tendencia de que los esfuerzos normales verticales
sean bastante mayores en las capas superiores
que en las inferiores.
Otro aspecto importante, es el hecho de que las
capas de la base y la subbase y con frecuencia
la capa subrasante, están formadas por materiales de tipo granular, los cuales tienen la
característica de que su deformabilidad depende de la presión de confinamiento a la que
están sometidos. En estas condiciones evaluar
su deformabilidad considerando únicamente el
incremento de esfuerzo vertical, conduce a resultados que se alejan de la realidad.
Por lo tanto, hay que determinar el esfuerzo
horizontal radial, el cual sirve para tomar en
cuenta el incremento en la presión de confina-
miento, como se muestra en la Figura 3.
provocan dicho fenómeno: Cargas pesadas y
frecuentes, presencia de agua en la superficie
de soporte de la losa y presencia de suelos finos.
Los factores que influyen en los esfuerzos y
deformaciones son complejos y en muchos casos no hay una teoría para poder calcularlos.
Westergaard estudio los esfuerzos de tensión
que se presentan en los pavimentos rígidos,
debidos a la acción de las cargas exteriores
producidas por una llanta, dependiendo de la
posición de esta en el tablero de la losa, ya sea
en la esquina, en el interior o en el borde, para
ello hizo uso de la teoría de la elasticidad.
Por otro lado, y como ya se menciono, un pavimento rígido consiste en una losa de concreto hidráulico relativamente delgada, la cual se
apoya sobre la base o la subbase y que a su
vez esta descansa sobre una capa subrasante
o el terreno natural, en su caso. La rigidez de
la losa de concreto hidráulico es mucho mayor
que la de las capas inferiores y es usual utilizar
juntas de contracción y de dilatación, como se
muestra en la Figura 4.
Los esfuerzos que se presentan en los pavimentos rígidos son debidos a cargas exteriores, cambios cíclicos de temperatura, cambios
de humedad y cambios volumétricos en la subrasante o en la base. Dichos esfuerzos provocan deformaciones en la losa de concreto,
causando mayores esfuerzos de tensión en el
concreto, como se muestra en la Figura 5.
La magnitud de los esfuerzos depende de la
continuidad del soporte de la subrasante, la
cual puede ser destruida por el efecto del bombeo y por su propia deformación plástica.
El efecto del bombeo, como se muestra en la
Figura 6, consiste en la expulsión de agua y
suelo de la superficie de soporte de las losas a
través de las juntas. Existen tres factores que
Si la carga se encuentra en la esquina, se asume que el pavimento, actúa como un voladizo
con la carga concentrada en la esquina. Por lo
tanto, los esfuerzos de tensión máximos ocurren en la cara superior de la losa, pero si la
carga se encuentra en el interior, ésta provoca
esfuerzos de tensión en la cara inferior de la
losa, los cuales son de igual magnitud en todas las direcciones. Si la carga esta en el borde, también provoca esfuerzos de tensión en
la cara inferior de la losa, pero estos son máximos en la dirección del borde.
Cuando el cambio de temperatura es igual en
la parte superior e inferior de la losa, se presentan los fenómenos de dilatación y contracción, pero si se encuentra en forma simultánea
a diferentes temperaturas, hay un gradiente
que provoca la presencia de alabeos, es decir,
la superficie de la losa tiende a combarse. Si
la temperatura de la superficie es menor que
en la parte inferior, el alabeo es hacia arriba, o
sea, la superficie de rodamiento se torna cóncava.
En el caso contrario, el alabeo es hacia abajo
y por lo tanto la superficie de rodamiento es
convexa. Al producirse este fenómeno el peso
del concreto tiende a mantener la losa en su
posición original, provocando que se induzcan
esfuerzos de tensión en la losa. Así mismo,
los esfuerzos debidos al tránsito se modifican,
pues la losa no está apoyada en forma continua y aparecen, en el primer caso, los esfuerzos de
tensión en la parte superior y, en el segundo caso, en la parte inferior, como se muestra en la Figura 7.
Finalmente, también se pueden presentar esfuerzos en las losas cuando existen expansiones diferenciales en las capas inferiores. Por lo que es recomendable evitar este tipo de esfuerzos con
materiales de baja plasticidad y lo más homogéneos posibles.
2.2.
Métodos de diseño
Los distintos métodos de diseño de los pavimentos, en general han sufrido cambios a lo
largo de la historia. Desde aquellos primeros
métodos de tipo empírico de principios del siglo
pasado, que se basaban en un sistema de clasificación de suelos, o se apoyaban en pruebas
de resistencia igualmente empíricas, hasta la
época actual en que estos sistemas se han visto fuertemente enriquecidos por aportaciones
de importantes investigaciones, entre las que
destaca la realizada en tramos experimentales,
llevada a cabo bajo la dirección de la AASHTO,
en Estados Unidos.
Con la introducción de los sistemas informáticos, la utilización de sofisticados instrumentos,
equipos de ensaye y procedimientos de análisis
como el método del elemento finito, se han desarrollado métodos más avanzados, como los
denominados empírico-mecanicistas, los cuales tienen un componente empírico, basado en
resultados de laboratorio y observaciones de
campo y un componente teórico, basado en un
modelo estructural, con los cuales se configura
un modelo de comportamiento.
Los modelos estructurales de la parte mecanicista, están más avanzados que los modelos
de comportamiento de tipo empírico. Los primeros, se basan en una teoría mecánica, como
la de la elasticidad, mientras que los segundos
son producto de ecuaciones de regresión, que
pueden dar lugar a dispersiones importantes,
por lo que requieren de cuidadosas calibraciones y revisiones que aseguren una concordancia entre la predicción y la realidad.
Los modelos así desarrollados permiten evaluar
la influencia de la variación de los espesores de
las capas, de las cargas aplicadas, de la introducción de nuevos materiales, la influencia del
medio ambiente, la aplicación de medidas de
rehabilitación, la predicción de comportamiento del pavimento a través del tiempo, así como
su vida remanente, y permite, entre otros beneficios, obtener un mayor nivel de confianza
en el diseño. Estos métodos parecen ser los
procedimientos de análisis más promisorios
para el diseño de pavimentos.
Por otro lado, e independientemente del método de diseño que se emplee, debe considerarse un criterio de diseño, en el cual el riesgo
mínimo se produzca en las capas inferiores a
las que los vehículos actuales alcanzan a enviar
esfuerzos que, aunque decrecientes con la profundidad, aún son claramente notables hasta
profundidades que pueden llegar al orden de
un metro.
Si sobre una terracería razonablemente buena
se van colocando una capa de subrasante apropiada y sobre ella una subbase y una base de
calidades crecientes y francamente capaces de
soportar los esfuerzos que les lleguen, tanto en
resistencia como en posibilidades de deformación, una carpeta, de espesor razonable, podrá
soportar los embates del tránsito del momento, con cierto margen de previsión.
De esta manera, una política racional de diseño
debe llevar a secciones estructurales de suficiente calidad como para que las acciones de
conservación asociadas al crecimiento del tránsito consistan en simples y mucho más económicos refuerzos en la superficie, sin necesidad
de realizar auténticas reconstrucciones de las
secciones estructurales y continuamente se estén realizando reencarpetados, con su consecuente repercusión desfavorable en los costos
de operación vehicular.
Debe mencionarse que algunas de las entidades encargadas de la operación y administración de pavimentos han implementado sistemas de análisis que comprenden la evaluación
económica de las diferentes alternativas de
estructuras de los pavimentos propuestas para
cada caso, con sus correspondientes estrategias de conservación, para un determinado periodo de análisis; con lo anterior se desarrollo
el concepto del análisis de costo de ciclo de
vida, que debe utilizarse como elemento fundamental para la toma de decisiones.
En dicho análisis debe intervenir el comportamiento de cada una de las alternativas planteadas y se deben considerar los efectos de su conservación, las características del tránsito y los
costos generados durante el ciclo de vida analizado, como: costo inicial de construcción, costos de conservación y rehabilitación, así como
los inherentes al usuario, como son: costos de
operación en función del estados superficial del
pavimento y la influencia de las acciones de
rehabilitación en los costos de operación.
Para la selección de la mejor alternativa, se deberá elegir aquella que resulte de la combinación de los materiales y fondos que generen la
situación económica más ventajosa. Estos tipos
de análisis conduce a los llamados sistemas de
administración de pavimentos, en los cuales es
de primordial importancia contar con tres modelos adecuados: estructural, de predicción de
comportamiento y económico.
2.3.
El ensayo vial AASHO se llevó a cabo en Ottawa,
Illinois, a unos 128 kilómetros de Chicago. Tanto el clima como el suelo son típicos de una
gran parte de los Estados Unidos. Los ensayos
sobre pavimentos se hicieron sobre seis secciones separadas dobles, con pistas de doble vía
en forma de dos tramos rectos paralelos con
secciones curvas para retorno. En la Figura 8
se presenta una planta general del ensayo.
Donde:
•
•
•
•
•
•
W18: Número predicho de repeticiones de ejes equivalentes de carga de 18 kips (80 kN).
ZR: Desviación normal estándar.
S0: Error estándar combinado de la predicción del tránsito y la predicción del desempeño.
∆PSI: Diferencia entre el índice de diseño inicial de servicio, p0, y el índice de diseño final
de servicio, pt.
MR: Módulo Resiliente (psi).
SN: es igual al número estructural indicativo del espesor total requerido de pavimento:
SN= a1D1 + a 2D2 + a 3D3 m3
2
Pavimentos Flexibles
Donde:
Los métodos de diseño de pavimentos flexibles
utilizados frecuentemente son: el método AASHTO, el del Instituto del Asfalto y el del Instituto de Ingeniería de la UNAM.
o
o
o
El número estructural, “SN”, es un número abstracto que expresa la resistencia estructural requerida del pavimento para una combinación de soporte del suelo “MR”, tránsito total expresado en
ejes equivalentes de 18 kips (18,000 libras), índice de servicio final y medio ambiente. El “SN”
requerido debe convertirse en espesores de rodadura, base y subbase mediante el uso de coeficientes apropiados que representen la resistencia de los materiales de construcción.
2.3.1. Método AASHTO
Este método es de amplia aceptación para el
diseño de pavimentos flexibles y fue emitido
por la American Association of State Highway
and Transportation Officials. El método se publicó por primera vez en 1972, existen revisiones hasta 1993 y en la actualidad comienza
a distribuirse la versión 2002. La información
de pruebas incluida en el desarrollo del método fue recolectada en el ensayo vial AASHO de
1958 a 1960.
Este método se clasifica dentro de los procedimientos de diseño basados en ecuaciones de
regresión desarrolladas a partir de resultados
de tramos de prueba. Sin embargo, este método toma un carácter mecanicístico, al introducir
en su procedimiento conceptos como los Módulos de Resilencia y Elásticos de los materiales.
ai: Coeficiente de la capa i.
Di: Espesor (pulgadas) de la capa i.
mi: Coeficiente de drenaje de la capa i.
El método conserva los algoritmos originales
del ensayo vial correspondientes a un grupo reducido de materiales, un solo tipo de subrasante, tránsito homogéneo y el medio ambiente
del sitio del ensayo. La siguiente ecuación fue
derivada de la información obtenida del ensayo vial AASHTO y corresponde al mejor ajuste
de las observaciones hechas, sin embargo ha
sido mejorada con investigaciones en el período 1972 – 1993.
Los coeficientes de capa están basados en el módulo de elasticidad y han sido determinados mediante el análisis de esfuerzos y deformaciones unitarias en sistemas de pavimento multicapa. La
solución a la Ecuación Número 1, representa el valor medio del tránsito que puede ser soportado
por unas condiciones determinadas, es decir, existe una probabilidad del 50% de que el tránsito
verdadero al momento de alcanzar el índice de servicio final sea mayor o menor que el predicho.
Por lo que, para evitar deterioros tempranos se ha implementado un factor de confiabilidad en
el proceso de diseño. El cual, para ser utilizado apropiadamente, los valores que se ingresen a la
ecuación de diseño deben ser promedios sin ningún ajuste. En la Figura 9 se presenta el nomograma de diseño para resolver la ecuación Número. 1 y obtener el número estructural “SN”.
El índice de servicio final, “pt”, es el nivel aceptable mínimo antes de rehabilitar la estructura. Depende del tipo de carretera, por ejemplo,
para las Autopistas se sugiere un valor de 3.0,
para las carreteas principales y arterias urbanas de 2.5, para las carreteras de secundarias
importantes un valor de 2.25, para las carreteras secundarias un valor de 2.0 y para las de
menor importancia, en donde prevalecen consideraciones del tipo económico, puede usarse
un valor de 1.5.
Para el diseño de pavimento flexible se aplica
el criterio de “pérdida de índice de servicio”.
Para efectos de diseño se aplica la siguiente
ecuación:
3
∆PSI = p0 - pt
2.3.1.1.
Índice de servicio
Los conceptos actuales de desempeño del pavimento incluyen consideraciones estructurales, funcionales y de seguridad, estas últimas no son objeto del método de forma importante. El desempeño estructural del pavimento se relaciona con su condición física para soportar cargas, mientras
que el desempeño funcional del pavimento trata sobre lo bien que se sirve al usuario. En este
sentido, la característica dominante es el confort al viajar. Para cuantificar el confort del viaje se
desarrolló el concepto del índice de servicio, el cual se usa como medida de desempeño en la ecuación de diseño.
El Índice de Servicio Presente “PSI”, se obtiene de mediciones de rugosidad y daño (agrietamiento,
bacheo, ahuellamiento, etc.) en un momento determinado durante la vida de servicio del pavimento. La rugosidad es el factor dominante en la determinación del “PSI”. La escala del “PSI” varía de
0 a 5, siendo 5 el índice más alto.
El índice de servicio inicial, “pi”, es un estimado del que tendrá el pavimento inmediatamente después de la construcción. El valor de “pi” establecido en los pavimentos flexibles del ensayo vial
AASHTO es de 4.2, pero dada la variabilidad de los métodos de construcción del experimento se
recomienda que las entidades establezcan valores superiores de acuerdo a sus condiciones locales.
Con las técnicas modernas de construcción, control y supervisión, en los pavimentos de alta calidad se han alcanzado valores de hasta 4.8, por lo que se recomienda tomar un valor de 4.5 para
efectos de diseño.
Para el caso de diseños de pavimentos en climas muy extremosos, en especial los fríos, la
guía de diseño del método actual recomienda
evaluar adicionalmente la pérdida del índice de
servicio original y terminal debida a factores
ambientales por congelamiento y deshielo, que
producen cambios volumétricos notables en la
capa subrasante y capas superiores de la estructura del pavimento. En tales casos, el participante deberá remitirse al método AASHTO
1993.
2.3.1.2.
Tránsito
La información de tránsito requerida para este
método corresponde a las cargas por eje, la
configuración de los ejes y el número de aplicaciones. Los resultados del ensayo vial AASHO
indican que el daño producido por el paso de
un eje de cualquier masa, puede representarse
por un número de ejes sencillos equivalentes
de 18 kips o ESAL.
La ecuación siguiente puede ser usada para
calcular el parámetro del tránsito W18 en el
carril de diseño.
W18 = DD * DL * ESAL
4
Donde:
•W18 = Tránsito acumulado, en ejes equiva
lentes sencillos de 8.2 ton, en el carril de
diseño.
•DD = Factor de distribución direccional; se
recomienda 50% para la mayoría de las ca
rreteras, pudiendo variar de 0.3 a 0.7, de
pendiendo de en qué dirección va el tránsi
-to con mayor porcentaje de vehículos pesa
dos.
•DL = Factor de distribución por carril, cuan
do se tengan dos o más carriles por sentido.
•ESAL = Ejes equivalentes acumulados en
ambas direcciones.
Para calcular los ejes equivalentes acumulados,
se deberá estimar con base en la tasa de crecimiento anual y el período de diseño en años, el
total de ejes equivalentes acumulados.
5
ESAL = TDPA* 365 * fEi * Ni * Gjt
Donde:
•ESAL = Ejes equivalentes acumulados en
ambas direcciones.
•TDPA = Transito Diario Promedio Anual.
•fEi = Factor de equivalencia de carga para
la categoría de eje i.
•Ni = Número de ejes en cada vehículo de
categoría i.
•Gjt = Factor de crecimiento para determi
nada tasa de crecimiento j y periodo
de diseño t, como se muestra en la Tabla
16 más adelante.
Los factores de equivalencia permiten convertir varias cargas de ejes en ejes de 18 kips.
El factor de equivalencia de carga representa
la relación entre el número de repeticiones de
cualquier configuración (sencillo, tandem, trídem) y carga de eje necesarias para producir la
misma reducción en el “PSI” que la producida
por la aplicación de un eje sencillo de 18 kips.
número ESAL del carril de diseño estará entre:
De la Tablas 1 a la 9 (ver anexo_Tablas) se
combinan cada uno de los tres tipos de ejes,
con tres valores de índice final 2.0, 2.5 y 3.0.
10, 000,000 x 0.60 = 6, 000,000 ESAL 18 kips.
10, 000,000 x 0.80 = 8, 000,000 ESAL 18 kips.
La predicción del tránsito (ESAL) se debe basar
en información histórica de conteos y operativos de pesaje. Estos operativos informan acerca de las cargas y su configuración y además
aportan información sobre la distribución direccional y por carriles del tránsito de la vía.
Se debe considerar una distribución direccional
del 50%, salvo que la información recabada indique otro comportamiento en la carretera. En
cuanto a la distribución del tránsito por carriles, la Tabla 10 presenta rangos de asignación
de acuerdo con las características geométricas
de la vía.
Como se puede apreciar este rango es muy
amplio, por lo que puede representar variaciones en el diseño con consecuencias económicas para el proyecto. Es conveniente entonces
tratar de establecer la distribución del tránsito
en los carriles mediante información de campo.
Las consideraciones clave en la precisión de la
estimación del tránsito son:

La correcta selección de las equivalencias de carga utilizadas para estimar el daño
relativo inducido por estas, con diferentes masas y configuraciones.

La precisión de la información de volúmenes y pesos en los cuales se basa la proyección.
Ejemplo: El número de repeticiones de ejes
equivalentes de 18 kips proyectado para una
carretera de seis carriles, tres en cada dirección, es de 20, 000, 000 y se considera que el
factor direccional es de 50%.

La predicción de los ESAL’s en el período
de diseño.

La interacción entre la edad, el tránsito y
como afecta el “PSI”.
¿Cuál será el número ESAL en el carril de diseño?
Si la distribución direccional es del 50% en una
dirección el número de repeticiones de ejes de
18 kips será:
El período de diseño varía entre 10 y 20 años.
Se debe recordar que el período de diseño y la
vida del pavimento son conceptos diferentes,
pues la vida del pavimento puede prolongarse
mediante proyectos de rehabilitación. Es importante hacer notar que la metodología original de AASHTO, usualmente consideraba períodos de diseño de 20 años; en la versión de
1993, recomienda los siguientes períodos de
diseño en función del tipo de carretera, como
se muestra en la Tabla 11.
20, 000,000 x 0.50 = 10,000,000 ESAL 18 kips.
De acuerdo con a la Tabla 10, una vía de seis
carriles tiene tres carriles en ambas direcciones
y le corresponde un rango de ESAL en el carril
de diseño entre 60 y 80 por ciento. Es decir, el
2.3.1.3.
Módulo de Resiliencia efectivo
La propiedad que caracteriza los materiales en
la Guía AASHTO es el Módulo de Resilencia
“MR”. Este es una medida de las propiedades
elásticas del suelo que reconoce ciertas características no lineales. La obtención del Módulo
de Resiliencia, se obtiene con base en pruebas
de laboratorio, realizadas en materiales a utilizar en la capa subrasante (Ensayo AASHTO T
274), con muestras representativas (esfuerzo
y humedad) que simulen las estaciones del año
respectivas.
El Módulo de Resiliencia “estacional” será obtenido alternadamente por correlaciones con
propiedades del suelo, tales como el contenido de arcilla, humedad, índice plástico, entre
otros. Finalmente, deberá obtenerse un “Módulo de Resiliencia Efectivo”, que es equivalente al efecto combinado de todos los valores de
módulos estacionales.
Para la obtención del módulo estacional, o variaciones del “MR” a lo largo de todas las estaciones del año se ofrecen dos procedimientos:
el primero es obteniendo de la relación en el
laboratorio entre el Módulo de Resiliencia y el
contenido de humedad de diferentes muestras
en diferentes estaciones del año y, segundo,
utilizando algún equipo para medición de deflexiones sobre carreteras en servicio durante
diferentes estaciones del año.
Sin embargo, para el diseño de pavimentos
flexibles, únicamente se recomienda convertir
los datos estacionales en Módulo de Resiliencia
efectivo de la capa subrasante, con el auxilio
de la Figura 10 que proporciona un valor en
función del “daño equivalente anual” obtenido
para cada estación en particular. Aunque también puede emplearse la siguiente ecuación:
8
Uf = 1.18 x 10 *
MR-2.32
6
Donde:
•Uf = Daño relativo en cada estación (por
mes o quincenal).
•MR = Módulo de Resiliencia de la capa su
brasante, obtenido en laboratorio o con de
flexiones cada quincena o mes.
El Módulo de Resiliencia “MR” efectivo, será el que
corresponda al “Uf” promedio.
especialmente cuando los materiales en el sitio
son débiles.
MR (psi) = 1.500 x CBR
7
Los efectos del agua en los pavimentos incluyen:
Reducción de la resistencia de los materiales
granulares no cementados.
Reducción de la resistencia de la subrasante.
El diseño mediante este método está basado
en el valor Promedio del Módulo de Resiliencia.
Si bien el criterio de confiabilidad considera la
variación de muchos factores, este se implementa a través del ajuste del tránsito. No se
debe elegir el valor de “MR” basado en algún
criterio mínimo pues se introducirá un carácter
conservador adicional al factor de la confiabilidad en el diseño.
2.3.1.4.
Medio ambiente
Se deben considerar dos factores que afecta
de forma importante el comportamiento de los
pavimentos: los cambios de temperatura y las
precipitaciones pluviales. Los cambios de temperatura influye de forma específica, para los
pavimentos flexibles, en:
Las propiedades de flujo plástico del concreto
asfáltico.
Los esfuerzos térmicos inducidos en el concreto asfáltico.
El congelamiento y descongelamiento de la
subrasante.
Actualmente, no todas las entidades cuentan con la capacidad para desarrollar un programa de
muestreo y ensayo para determinar el Módulo de Resiliencia, por lo que se han desarrollado correlaciones con los ensayos de CBR o VRS, entre otros. La siguiente ecuación presenta la correlación
formulada por Heukelom y Klomp entre el Módulo de Resiliencia y el valor de CBR o Valor Relativo
de Soporte “VRS”.
La Ecuación Número 5, se obtuvo de un rango de entre 750 y 3,000 veces el CBR. Su uso es
apropiado para suelos con un CBR menor o igual que 10 con período de inmersión. El CBR debe
corresponder al de la densidad esperada en campo. Normalmente, los valores del Módulo de Resiliencia de la subrasante deben estar basados en las propiedades del suelo compactado. Sin embargo, en ciertos casos se hace necesario considerar condiciones de cimentación no compactada,
En cuanto a las precipitaciones pluviales, si el
agua penetra en la estructura afectará las propiedades de los materiales granulares y de la
subrasante. El drenaje de los pavimentos siempre debe considerarse como otro factor relevante, debido a que el exceso de agua dentro
de la estructura, aunado a la acción del tránsito, produce daños en los pavimentos. El agua
penetra la estructura del pavimento a través de
grietas, juntas e incluso a través de las capas
estabilizadas; o bien procede de un nivel freático o un acuífero interrumpido.
Pérdida de finos de la base por lavado y la
correspondiente disminución del soporte estructural.
Desprendimiento del asfalto de los agregados.
Los procedimientos para manejar el agua dentro de los pavimentos presentan tres tendencias:
Prevención del ingreso del agua a la estructura de pavimento.
Provisión de un drenaje que remueva esta
agua rápidamente.
Construcción de un pavimento lo suficientemente fuerte para soportar los efectos combinados de carga y agua.
Cuando se consideran todas las fuentes posibles de agua, la protección contra la entrada
del agua en la sección estructural del pavimento consiste en la interceptación del agua subterránea y la impermeabilización de la superficie.
Para obtener un adecuado drenaje de los pavimentos deben proveerse sistemas para:
 Drenaje superficial.
 Drenaje del agua subterránea.
 Drenaje estructural.
Se debe tomar en cuenta que estos sistemas
sólo están en capacidad de remover el agua libre de los pavimentos, es decir, aquella que no
está sujeta a fuerzas de capilaridad dentro de
los agregados. La Guía AASHTO considera los
efectos del drenaje en el diseño de pavimentos
flexibles mediante la modificación de los coeficientes estructurales (ai x mi) en función de la
calidad del drenaje y el porcentaje de tiempo
en el cual el pavimento estará sometido a niveles de humedad cercanos a la saturación.
En el proceso de diseño de pavimentos flexibles es necesario determinar los coeficientes de drenaje, m2 y m3, que se aplican exclusivamente a las capas de base y subbase granulares no tratadas respectivamente. Las Tablas 12 y 13 permiten determinar dichos coeficientes. Se debe tomar
en cuenta que en el sistema de drenaje del ensayo vial AASHTO se calificó como “Aceptable”, y
que el agua libre se removiera en el transcurso de una semana.
El método de la AASHTO 1993 recomienda, para el diseño de la sección estructural de pavimentos
flexibles, valores desde 50 y hasta 99.9 para el parámetro “R” de confiabilidad, con diferentes clasificaciones funcionales, como se muestra en la Tabla 14.
2.3.1.6.
“SO”
Desviación
Estándar
Global
Este parámetro está ligado directamente con la
Confiabilidad “R”. Para seleccionar un valor de
SO “Desviación Estándar Global”, debe realizarse un análisis de las especificaciones particulares de cada entidad y proyecto para establecer
un valor representativo de las condiciones locales particulares, en el que se consideren las
posibles variaciones en el comportamiento del
pavimento y en la predicción del tránsito.
2.3.1.5.
Confiabilidad “R”
La confiabilidad de un proceso de diseño, es la probabilidad de que una sección de pavimento,
diseñada mediante ese proceso, se desempeñe de forma satisfactoria para las condiciones de
tránsito y medio ambiente imperantes durante el período de diseño. El período de diseño corresponde al lapso de tiempo transcurrido en el cual el pavimento se deteriora y pasa de un índice de
servicio inicial a uno terminal.
Con el parámetro de Confiabilidad “R”, se intenta llegar a un nivel de certeza en el método de
diseño, para con ello, lograr asegurar que las diversas alternativas de la sección estructural que
se obtengan, duren como mínimo el período de diseño. Se consideran posibles variaciones en las
predicciones del tránsito en ejes acumulados y en el comportamiento de la sección diseñada.
La desviación estándar total estimada, “S0”,
para el caso en que la variación del tránsito
futuro proyectado está en consideración (junto
con la variación de otras variables asociadas
con los modelos de desempeño) es de 0.45
para pavimentos flexibles. El rango de los valores de S0 para pavimentos flexibles oscila entre 0.40 y 0.50.
El documento AASHTO recomienda que cada
entidad desarrolle valores para uso jurisdiccional de forma particular. La elección de un
nivel de confiabilidad depende principalmente
del riesgo que se quiera correr con el diseño.
Para carreteras con alto tráfico, debe asumirse
poco riesgo y en consecuencia adoptarse un nivel de confiabilidad alto para evitar problemas
tempranos de desempeño inadecuado del pavimento con sus respectivas consecuencias del
tipo económico.
2.3.1.7.
Coeficientes de capa
En la Ecuación número 2, se presenta el concepto matemático de número estructural, “SN”,
como la sumatoria del producto de los espesores de las capas, “Di”, por los coeficientes de
capa, “ai”, y los coeficientes de drenaje, “mi”,
en caso de trabajar con capas granulares no
tratadas. Para la obtención de los coeficientes
de capa “a1”, “a2” y “a3” deberán utilizarse las
gráficas contenidas en la Guía AASHTO, como
se muestra desde la Figura 11 hasta la 15, en
donde se representan valores de correlaciones
hasta de cinco diferentes pruebas de laboratorio: Módulo Elástico, Texas Triaxial, valor - R,
VRS y Estabilidad Marshall.
2.3.1.8.
mento
Diseño de espesores del pavi-
A continuación se describe el procedimiento
para el diseño de espesores del pavimento.
Una vez establecidas las variables de entrada, el diseño se realiza mediante un sistema
denominado “Diseño por Análisis de Capas”.
El procedimiento para la determinación de los
espesores se puede resumir en los siguientes
pasos:

Determinación del número estructural
requerido, SN, haciendo uso de la figura 8.
Las variables de entrada son: Tránsito estimado, “W18”; Confiabilidad, “R”, la cual asume
que todos los valores de entrada son promedios; Desviación estándar total, “S0”; Módulo
de Resiliencia de la subrasante, “MR” y Pérdida
del índice de servicio de diseño, “DPSI”.
Se deberá aplicar el tránsito equivalente acumulado, determinado para el carril de diseño.
Es conveniente señalar que la escala es de 50
millones de ejes acumulados equivalentes,
siendo
necesario en caso de rebasar este
valor, reconsiderar la distribución del tránsito,
por ejemplo, aumentando el número de carriles, etc. Para seleccionar los factores de equivalencia, deberá
considerarse el valor final
de índice de servicio propuesto, “pt” y partir de
un numero estructural
“SN” adecuado, en
función del espesor esperado del pavimento,
o considerando un valor de “5” si
no
se
puede estimar y repetir el proceso si en número estructural obtenido implica una diferencia
de espesor de 2.5 cm. (1 pulgada) en relación
con el valor estimado.

Selección de los espesores de capa: Una
vez que se determina el número estructural
necesario, “SN”, debe identificarse un conjunto de espesores de capas de pavimento que
combinados proveerán las capacidad de carga
correspondiente al “SN” de diseño.
La ecuación Número 2 permite la determinación
de los espesores de capa de rodamiento, base
y subbase. El valor de “SN” no corresponde a
una solución única, es decir, existen muchas
combinaciones satisfactorias de espesores. Los
espesores de las capas deben redondearse a la
½ pulgada siguiente. La Guía presenta valores
mínimos de espesor de capa de acuerdo con
el tránsito, pero sugiere la investigación de las
prácticas locales para formular espesores mínimos, como se muestra en la tabla 15.

Finalmente, es necesario determinar el número estructural requerido sobre la capa de subrasante, SN3, para establecer el espesor de subbase necesario. Sin embargo, es evidente que el
SN3 y el SN calculado en principio son el mismo valor. Así, el espesor de subbase, D3, se calcula
sustrayendo (SN1* + SN2*) de SN y dividiendo el resultado por el producto de los coeficientes de
capa y drenaje de la subbase (a3 x m3). El espesor D3 obtenido se redondea a la ½ pulgada siguiente obteniéndose un espesor D3*. Se multiplica el espesor D3* por el producto de coeficientes
(a3 x m3) y se obtiene un SN3*.

Determinar el número estructural requerido sobre la capa de base, “SN1”, con los
mismos valores de entrada de diseño pero sustituyendo el valor del Módulo de Resiliencia de
la subrasante, “MR”, por el valor del módulo de
la base, “EB”. Es importante mencionar que la
notación “MR” es exclusiva para la subrasante. Divide el valor de “SN1” entre el coeficiente
de capa “a1” establecido para la capa de rodamiento de concreto asfáltico y determine un
espesor “D1”. Verifique que este espesor “D1”
sea igual o mayor que el espesor mínimo correspondiente a la capa y el tránsito. Si cumple
esta condición redondee “D1” a la ½ pulgada
siguiente, de lo contrario asigne el espesor mínimo que corresponda a “D1”. Así, se obtiene
un “D1*” el cual debe multiplicarse por el coeficiente “a1” para obtener un “SN1*”.
Es importante establecer que cuando se obtienen espesores superiores a los mínimos establecidos en la Tabla 15, no es correcto reducir dichos espesores a los mínimos, pues estos son valores
sugeridos de acuerdo con la práctica constructiva y no con un criterio de aporte estructural límite.

Determinar el número estructural requerido sobre la capa de subbase, “SN2”, con
los mismos valores de entrada de diseño pero
substituyendo el valor del Módulo de Resiliencia de la subrasante, “MR”, por el valor del módulo de la subbase, “ESB”. Sustraiga “SN1*” de
“SN2” y divida el resultado entre el producto de
los coeficientes de capa y drenaje de la base
(a2 x m2). Así, se obtiene un espesor de base
granular “D2”, el cual debe compararse con los
espesores mínimos. Si es superior al mínimo
requerido se redondea a la ½ pulgada siguiente, de lo contrario se asigna el valor mínimo
a “D2”. Se obtiene entonces un “D2*” el cual
debe multiplicarse por el producto de coeficientes (a2 x m2) para obtener un “SN2*”.

La sumatoria de SN1* + SN2* + SN3* debe ser igual o mayor que el “SN” requerido por las
condiciones de diseño iniciales. Si esto se verifica se reportan los espesores obtenidos y el proceso
de diseño concluye para las condiciones establecidas.
En la Figura 16 se presentan los conceptos del diseño de pavimentos mediante el “Análisis de Capas”.
Los resultados del ensayo vial AASHO han sido extrapolados a otras condiciones mediante investigaciones posteriores dentro de los Estados Unidos y Europa. Sobre este punto la misma Guía de
Diseño sugiere de forma reiterativa que cada entidad debe desarrollar valores locales para parámetros tan críticos como la desviación estándar total o los coeficientes estructurales de capa. Si
bien se presentan valores recomendados, la adopción de los mismos no constituye la práctica más
recomendada aunque dicha la situación es común en los países de América Latina.
2.3.2. Método del Instituto del Asfalto
El procedimiento para el método de diseño del
Instituto del Asfalto está contenido en la novena edición del manual MS-1 “Thickness Design” de 1981, actualizada en el 2000. El manual presenta un procedimiento de diseño para
obtener los espesores del pavimento, en donde
se utilizan el cemento asfáltico y las emulsiones asfálticas en toda la sección o en parte de
ella.
Se incluyen varias combinaciones de superficies de rodamiento con concreto asfáltico, carpetas elaboradas con emulsiones asfálticas,
bases asfálticas y bases o subbases granulares
naturales. En este manual, el pavimento se caracteriza como un sistema multicapa elástico, pero su aplicación es mucho más simple. El
procedimiento de diseño se desarrolló con base
en teoría, experiencia, resultados de ensayos
y un software llamado “N-capa de CHEVRON”.
En la Figura 17, se ilustran las dos condiciones
específicas del esfuerzo – deformación unitaria
consideradas para el análisis.
La parte (a) muestra la primera condición en la
cual la carga de la rueda, “W”, se transmite a
la superficie del pavimento a través de la llanta con una presión vertical aproximadamente
uniforme “P0”; la estructura del pavimento distribuye los esfuerzos producidos por la carga
reduciendo su intensidad hasta un valor máximo de presión vertical, “P1”, en la superficie de
la subrasante.
La parte (b) presenta de manera general como
se reduce la presión vertical con la profundidad
de “P0” a “P1”.
Los criterios de diseño adoptados son la deformación unitaria máxima por tensión horizon-
tal en la parte inferior de la capa asfáltica y la
deformación unitaria máxima por compresión
vertical en la parte superior de la subrasante,
ambas producidas por la carga de la rueda.
El pavimento se modela como un sistema multicapa elástica, en el cual los materiales de cada
capa se caracterizan por el módulo de elasticidad (módulo dinámico en mezclas asfálticas y
Módulo de Resiliencia en suelos y materiales no
ligados) y la relación de Poisson.
2.3.2.1.
Tránsito
El tránsito se expresa como repeticiones de
ejes sencillos de 80 kN que aplican la carga
a través de ruedas dobles. Para propósitos de
análisis, la rueda doble se modela como dos
áreas circulares de 115 mm de radio, separadas 345 mm de centro a centro, lo que corresponde a una presión de inflado de 482 kPa,
como se muestra en la Figura 18.
El método distingue el “Período de Diseño” del
“Período de Análisis”, de la siguiente manera:
Un pavimento debe ser diseñado para soportar
los efectos acumulados del tránsito para cualquier período de tiempo. El Período de Diseño se define como el período seleccionado, en
años. Al término de éste, se espera que el pavimento requiera alguna acción de rehabilitación
mayor, como puede ser una sobrecarpeta de
refuerzo para restaurar su condición original.
La vida útil del pavimento, o “Período de Análisis”, puede ser extendida indefinidamente, a
través de sobrecarpetas u otras acciones de
rehabilitación, hasta que la carretera sea obsoleta por cambios significativos en pendientes,
alineamiento geométrico y otros factores. En la
versión reciente, el método considera períodos
de diseño de uno a 35 años y tasas de crecimiento del tránsito del 2 al 10% anual, como
se muestra en la Tabla 16 (ver anexo_Tablas).
El análisis de tránsito busca establecer el número y peso de los ejes que se prevé circularán
Después de obtener los coeficientes por cada eje o conjunto de ejes, la suma proporcionará el
coeficiente total de equivalencia del vehículo. Utilizando la tasa anual de crecimiento del tránsito
señalado en la Tabla 16, y multiplicándolo por los coeficientes totales de equivalencia y por el número de vehículos del aforo del tránsito promedio anual, se obtienen los ejes equivalentes acumulados reales para el período de diseño considerado.
El método incorpora factores de ajuste de los ejes equivalentes de diseño, para diferentes presiones de contacto de las llantas sobre el pavimento, en función de su presión de inflado y de los
espesores de la carpeta asfáltica, donde contempla desde diez hasta veinticinco centímetros de
espesor, como se muestra en la Figura 19.
sobre el pavimento durante un período de tiempo. El efecto en el desempeño del pavimento de la
aplicación de un eje de cualquier masa puede representarse mediante un número de aplicaciones
equivalentes de un eje sencillo de 80 kN (8,200 Kg).
Los factores recomendados para la conversión de ejes, son los mencionados en la metodología de
la AASHTO, versión 1993. Para lo anterior, el método proporciona factores de equivalencia de la
carga o coeficientes de daño para ejes sencillos, dobles o triples, incluyendo cargas sobre el eje
desde 0.5 toneladas, hasta 41 toneladas, lo que se considera cubre cualquier condición de peso
de vehículos de carga en cualquier red de carreteras, como se muestra en la Tabla 17. (Ver anexo_Tablas).
Para la determinación del número de repeticiones de ejes equivalentes (ESAL) debe realizarse estudios de tránsito para definir la distribución actual de pesos y ejes de los vehículos, así como la
proyección de los mismos para un período de análisis. Para calles y carreteras de dos carriles, el
carril de diseño puede ser cualquiera de los carriles del pavimento. Para vías multicarril, usualmente se considera el carril exterior ya que este es por el que circularán camiones más pesados en una
dirección. Si no se dispone de información sobre la ocupación de carriles se recomienda el uso de
la Tabla 18, para determinar la proporción de camiones en el carril de diseño.
2.3.2.2.
Caracterización de materiales
En cualquier tipo de tránsito y una vez establecido el método de diseño de pavimentos, inevitablemente se involucran los siguientes tres pasos:
* Rango Probable



Selección de los materiales utilizados en la construcción.
Requerimiento de espesor para cada material seleccionado.
Requerimientos de construcción.
Un factor clave en cada uno de estos pasos es
la evaluación de los materiales que constituyen
los elementos del pavimento: Concreto asfáltico, mezcla con emulsión asfáltica, agregados
para base y subbase, y materiales de subrasante.
La subrasante se define como el suelo preparado y compactado para soportar una estructura
o sistema de pavimento. Constituye la cimentación de la estructura del pavimento y se caracteriza por el Módulo de Resiliencia, “Mr”.
Sin embargo, debe reconocerse que no todas
las entidades tienen el equipo adecuado para
llevar a cabo tal prueba, por lo que han establecido factores de correlación entre el “Mr” y
la prueba estándar de Valor Relativo de Soporte (T-193 de AASHTO). Estos resultados son
bastante aproximados, pero para un diseño
preciso, se recomienda llevar a cabo la prueba
del Módulo de Resiliencia para la capa de la
subrasante.
de la base. Para establecer el valor de la resistencia de la subrasante se recomienda ensayar,
como mínimo, entre seis y ocho muestras para
cada tipo de suelo. El valor de la resistencia
de diseño debe ajustarse con la variación del
tránsito. Si se espera un tránsito pesado la resistencia debe ajustarse a un valor menor que
si se espera un tránsito ligero.
Tránsito de diseño = 10,000; 100,000 y 1, 000,000 ESAL.
Los resultados de siete ensayos de CBR son: 11.0%, 8.0%, 6.8%, 6.8%, 6.7%, 5.8% y 4.4%.
Para cada valor, comenzando por el más bajo, se calcula el porcentaje de los valores mayores o
iguales:
En función del tránsito esperado sobre el pavimento en estudio, el método del Instituto
del Asfalto recomienda los siguientes valores
percentiles para calcular el Módulo de Resiliencia de diseño de la capa subrasante (Ver Tabla
19b).
Tabla 19”A” Valor porcentil para diseño de subrasante, de acuerdo al
nivel de tránsito.
Grafique los valores de resistencia contra los porcentajes iguales o mayores que cada valor:
El procedimiento para determinar la resistencia
de diseño es el siguiente:
Donde:
•Mr: Módulo de Resiliencia del material en
MPa y psi.
•CBR: California Bearing Ratio.
Esta correlación es aplicable para los suelos
clasificados como CL, CH, ML, SC, SM y SP del
Sistema de Clasificación Unificado, o para materiales con un Módulo de Resiliencia estimado
de 207 MPa o menos. El rango de resistencia
de la subrasante para aplicar este método de
diseño va de 10 MPa hasta 1,000 MPa.
Cabe mencionar que dichas correlaciones sólo
se aplican a materiales de la capa subrasante,
no sirviendo para materiales granulares que se
pretendan emplear en las capas de subbase o
 Determine el tránsito de diseño ESAL.
 Ensaye de seis a ocho muestras de subrasante. Convierta el valor de CBR a “Mr”
mediante la fórmula descrita anteriormente.
 Ordene los valores obtenidos de resistencia de la subrasante.
 Para cada uno de los valores, comenzando por el más bajo, calcule el porcentaje
del total de los valores que son mayores o
iguales.
 Trace los resultados y dibuje una curva
de ajuste.
 Lea de la curva el valor de resistencia
para el valor establecido de acuerdo con el
tránsito. Este es el valor de resistencia para
el diseño.
Ejemplo: Determine la resistencia de diseño de
la subrasante para las siguientes condiciones:
El valor de resistencia para los tránsitos especificados se obtiene de la curva:
Para la compactación en las capas de la subrasante, base y subbase, el método proporciona
las siguientes recomendaciones:
Por otro lado, el Instituto Mexicano del Transporte propone y recomienda los siguientes valores indicados en la Tabla 20:

Subrasante cohesiva: 95% de la densidad máxima para los 300 mm superiores y
90% para las áreas de relleno por debajo de
300 mm.

Subrasante no cohesiva: 100% de la
densidad máxima para los 300 mm superiores
y 95% para las áreas de relleno más debajo de
300 mm.

La compactación de la subrasante debe
ser tal que el valor del “Mr” nunca sea menor
que el utilizado para el diseño.

Capas de base y subbase formadas con
materiales granulares sin tratamiento, esto es,
no estabilizadas, deberán compactarse con un
contenido de humedad óptimo más menos 1.5
puntos en porcentaje, para alcanzar una densidad mínima del 100% de la densidad máxima
de laboratorio, sugiriendo se utilice el Método
AASHTO T180 o el ASTM D1557.
Las capas de concreto asfáltico deben construirse con mezcla densa en caliente con material triturado. El método recomienda determinar la densidad de cinco muestras por cada
lote de material de base o carpeta asfáltica. El
promedio de esas cinco mediciones debe ser:
a)
Mayor o igual que el 96% de la densidad
promedio de los especímenes de laboratorio y
ninguna de las muestras podrá presentar una
densidad menor que el 94%.
b)
Mayor o igual que el 92% de la gravedad específica máxima teórica y ninguna de las
muestras podrá tener una densidad menor que
el 90% de dicho valor.
En la Tabla 19-B se presentan los requerimientos mínimos para los materiales granulares no
tratados (bases y subbases).
cementos asfálticos desde el AC-5 hasta el AC-40, recomendándose la clasificación indicada en la
Tabla 21:
Para mezclas asfálticas emulsificadas, se pueden utilizar tanto emulsiones catiónicas (ASTM D2397)
o aniónicas (ASTM D977). El tipo de asfalto a seleccionarse, dependerá principalmente de su habilidad para cubrir los agregados, además de factores como la disponibilidad de agua en el sitio de
trabajo, clima durante la construcción, procedimiento de mezclado y curado del material. En cuanto a requerimientos de espesores mínimos, en función del nivel de tránsito en ejes equivalentes,
el método recomienda los siguientes valores:
1.Para superficies de concreto asfáltico construidas sobre bases emulsificadas (Ver Tabla 22):
El método del Instituto del Asfalto contempla
factores de medio ambiente y varios tipos de
asfalto, de acuerdo a las necesidades particulares de los usuarios, es decir, en las graficas
de diseño se presentan tres diferentes temperaturas, según la región donde se pretenda
construir el pavimento, climas fríos (7ºC), templados (15.5ºC) y cálidos (24ºC), empleando
1.1.Podrá usarse concreto asfáltico o mezclas asfálticas emulsificadas; Tipo I con un tratamiento
superficial, sobre bases asfálticas tipo II o Tipo III.
Tipo I: Mezclas elaboradas con agregados, textura cerrada.
Tipo II: Mezclas elaboradas con agregados semi-procesados.
Tipo III: Mezclas elaboradas con arenas o arenas-limosas.
2.Para superficies de concreto asfáltico construidas sobre bases granulares sin estabilizar (Ver
Tabla 23):
3.Para pavimentos de una sola capa formada
con concreto asfáltico (Full - Depth) o pavimentos con emulsiones asfálticas, se requiere
un mínimo de 10 cm.
Haga un análisis económico de las diferentes
soluciones obtenidas.
2.3.2.3.Procedimiento de diseño
El método presenta graficas de diseño para
los siguientes tipos de estructuras:
A continuación se describe de manera general
el procedimiento del Método del Instituto del
Asfalto.
Pavimentos de espesor considerable (FULLDEPTH ®) de concreto asfáltico.
El método del Instituto del Asfalto de los Estados Unidos de Norteamérica, proporciona para
el diseño final de los espesores de la sección
estructural del pavimento flexible, 18 gráficas
de diseño en sistema métrico y 18 en sistema inglés, las cuales cubren todas las variables
consideradas por dicho método.
Estas gráficas se presentan con escalas logarítmicas para las tres condiciones climáticas
consideradas, con el total de ejes equivalentes
sencillos acumulados en el período de diseño y
el Módulo de Resiliencia de diseño de la capa
subrasante, para obtener los espesores finales
de pavimentos de una sola capa formada con
concreto asfáltico (full - depth), pavimentos
elaborados con emulsiones asfálticas tipos I, II
y III y bases granulares sin tratamiento con
espesores de 15 y 30 cm.
Las gráficas 7ºC deberán emplearse para temperaturas menores o iguales a 7ºC, las gráficas
24ºC para temperaturas de 24ºC o mayores y
las gráficas 15.5ºC para temperaturas intermedias.
Determine la siguiente información:
•Valor del tránsito (ESAL).
•Módulo de Resiliencia de la
subrasante (Mr).
•Tipos de superficie y base.
Determine el espesor de diseño considerando
la información anterior.
Determine el proceso de construcción por
etapas, en su caso.
Seleccione el diseño final.
Pavimentos con base asfáltica con emulsión.
•Tipo I. Mezclas de emulsión asfáltica
con agregados triturados de gradación
densa.
•Tipo II. Mezclas de emulsión asfáltica
con agregados semitriturados o de can
tera.
•Tipo III. Mezclas de emulsión asfáltica
con arena o arena limosa.
Pavimentos con capa de rodamiento de concreto asfáltico y base granular no tratada de
150 y 300 mm. de espesor.
Pavimentos con mezcla asfáltica con emulsión sobre base no tratada.
Para fines prácticos, se incluyen solamente 3
graficas de diseño en sistema métrico, (ver Figuras 20 a 22) proponiendo que el participante
del curso obtenga el espesor total de la estructura de concreto asfáltico, mismo que podrá
convertir en una estructura multicapa, formada
por la carpeta de rodamiento, base y subbase,
empleando los coeficientes estructurales recomendados por la AASHTO para esas capas o
los coeficientes de equivalencia sugeridos por
el mismo Instituto del Asfalto.
Adicionalmente, se sugiere al participante, consultar con mayor detalle los espesores finales
que reportan en las 18 gráficas en sistema métrico, que proporciona el Método del Instituto
del Asfalto en su Manual MS-1. Cabe mencionar, que para el análisis por fatiga, este método considero una mezcla estandarizada con un
volumen de asfalto del 11% y un volumen de
aire del 5%, la que fue utilizada para elaborar
las graficas de diseño descritas, con las cuales
podría obtenerse un agrietamiento del 20% del
área.
Así mismo, no se podrán alcanzar deformaciones en roderas mayores de 12.7 mm., por lo
que deberá considerarse que con las gráficas
propuestas se cubren ambos modos de falla.
El método recomienda que para tránsitos mayores que 3, 000,000 de ESAL se considere la
construcción por etapas. Los pasos para el diseño son:

Tipo I. Mezclas de emulsión asfáltica con
agregados triturados de gradación densa.

Tipo II. Mezclas de emulsión asfáltica
con agregados semitriturados o de cantera.

Tipo III. Mezclas de emulsión asfáltica
con arena o arena limosa.

Pavimentos con capa de rodamiento de
concreto asfáltico y base granular no tratada
de 150 y 300 mm. de espesor.

Pavimentos con mezcla asfáltica con
emulsión sobre base no tratada.
La construcción por etapas consiste en la aplicación sucesiva de capas de concreto asfáltico
de acuerdo con un diseño y una programación.
El diseño por etapas no debe confundirse con el
diseño del mantenimiento o la rehabilitación de
un pavimento existente. La consideración de
este método es que la segunda etapa se construirá antes de que la primera etapa muestre
señales serias de deterioro.
El método de diseño recomienda los siguientes
pasos:
a) Diseño de la primera etapa.
b) Diseño preliminar de la sobrecarpeta de la
segunda etapa y,
c) Diseño final de la sobrecarpeta de la segunda etapa.
El diseño de la primera etapa se basa en el concepto de vida remanente. En este concepto, la
primera etapa se diseña para un período de diseño menor que aquel que produce la falla por
fatiga. Los estudios y experiencia acumulados
recomiendan, para determinar los espesores
de la primera etapa, un período de diseño que
represente el 60% del período de diseño propio
de un dimensionamiento de una sola etapa.
Para tal efecto, el tránsito correspondiente a la
primera etapa se ajusta para proveer la vida
remanente del 40% al final del período de diseño de la misma:
ESAL1 = (100/60) x ESAL1 = 1.67 x ESAL1
Con ESAL1 ajustado se diseña una estructura de espesor h1 con concreto asfáltico (Full
Depth).
El diseño preliminar de la sobrecarpeta para la
segunda etapa también se basa en el concepto
de vida remanente. La idea es estimar el espesor de sobrecarpeta que asegure que la estructura soporte las cargas de tránsito durante la
totalidad del período de diseño (la suma de los
períodos de diseño de las etapas uno y dos).
Esto se realiza ajustando el tránsito del segundo período así:
ESAL2 = (100/40) × ESAL2 = 2.50 × ESAL2
Con ESAL2 ajustado se estima el espesor de un
pavimento nuevo h2 y se obtiene el espesor de
la sobrecarpeta de la segunda etapa restando
de h2 el espesor h1 de la primera etapa
hs = h2 - h1
El diseño preliminar de la segunda etapa se
realiza de forma simultánea con el diseño de la
primera con el fin de efectuar un análisis económico. Sin embargo, por efectos de la varia-
bilidad del pavimento, este puede estar en mejor o peor condición de la esperada al finalizar
la primera etapa. Por lo anterior se formula el
procedimiento de diseño final de la siguiente
manera:

Un año antes del final del período de
diseño de la primera etapa debe evaluarse la
condición del pavimento. Se sugiere el uso de
la metodología del Asphalt Institute’s Asphalt
Overlays for Highway and Street Rehabilitation. MS-17.

Si el pavimento está en condición buena
a excelente (PSI +/- 3.5 y sin distorsión o grietas visibles) programe una exploración para el
año siguiente.

Si parece que el pavimento se acerca al
inicio de una condición de deterioro, pero aún
está en buena condición de acuerdo con el MS17, aplique el diseño preliminar o diseñe una
nueva sobrecarpeta utilizando los procedimientos del MS-17.
2.3.3. Método del Instituto de Ingeniería
de la UNAM
El Instituto de Ingeniería de la UNAM, público en 1974 y 1981 informes técnicos, en los
que presentaba un método de diseño para pavimentos flexibles. Dicho método fue desarrollado a petición de la entonces Secretaría de
Obras Públicas y ahora Secretaria de Comunicaciones y Transportes (SCT). Este método
partió del análisis de datos experimentales en
tramos de prueba, en carreteras en servicio, de
investigación teórica y de experimentación en
laboratorio en la pista circular de pruebas.
Este método considera como datos de entrada básicos el tipo de carretera, el número de
carriles, la vida de proyecto, el tránsito diario
promedio anual (TDPA), tasa de crecimiento y
variables adicionales sobre características del
terreno y materiales, así como de climas, nivel freático y precipitación pluvial. El método
actual, agrega un nuevo modelo desarrollado
para diseñar estructuras de carreteras de altas
especificaciones tomando en cuenta tanto la
deformación permanente acumulada (rodera)
como el agrietamiento a fatiga en las capas ligadas con asfalto.
En cuanto al diseño por deformación permanente, cabe destacar que el método previene la
deformación excesiva en las capas no estabilizadas con asfalto (base, sub-base, subrasante
y terracería).
También, se considera que las mezclas asfálticas se han proyectado de manera cuidadosa y
que por tanto las deformaciones de las capas
asfálticas son relativamente reducidas.
Debe tomarse en cuenta, que existe una alta
dependencia entre las características mecánicas de las mezclas asfálticas y las variaciones
climáticas en la carretera, combinadas con la
frecuencia e intensidad de las solicitaciones del
tránsito. Por lo que, existen variaciones muy
altas en los módulos de rigidez (o módulos
“elásticos”) de las mezclas asfálticas durante
la vida de servicio del pavimento. Dicha problemática, es uno de los factores de diseño que
requiere un buen criterio del proyectista para
llegar a un proyecto adecuado.
Una vez encontrada la humedad óptima y teniendo establecido el porcentaje de compactación que se especifique en el proyecto y dependiendo del control de la construcción, se
indicará un rango de variación de humedad
respecto al óptimo. Paralelamente el laboratorio deberá reportar los valores de resistencia
en VRS para cada tipo de material a utilizar.
Con el conjunto anterior, se encontrará una
zona que reflejará las condiciones esperadas
para la subrasante, encontrándose, en función
de la humedad crítica esperada, el valor crítico
de de diseño (ver Figura 23). En función del
VRS crítico obtenido para la subrasante, por
experiencia se asignará un valor menor para el
cuerpo del terraplén, del orden del 60% obtenido para la subrasante.
Para obtener el VRS crítico de las capas restantes, es decir, de la subbase y la base, el método emplea la siguiente ecuación, en donde
interviene un coeficiente de variación estimado
“v” entre 0.2 y 0.3, debido a cambios posibles
del material, procedimiento constructivo, etc.
Lo anterior, siempre tenderá a disminuir el VRS
de campo promedio, que como ya se dijo cubrirá incertidumbres tanto de la prueba de valor relativo de soporte como de los materiales,
estableciéndose lo que se conoce como factor
de seguridad.
VRS = VRS (1- 0.84v)
El segundo paso, consiste en el procesamiento
de los datos del tránsito, partiendo del TDPA
inicial, su tasa de crecimiento en porcentaje anual y la composición vehicular detallada,
considerando desde los automóviles y vehículos ligeros hasta los vehículos más pesados de
carga. Cabe mencionar que este método contempla para dicho análisis, los porcentajes de
vehículos pesados, tanto cargados con carga
legal, como totalmente vacíos (ver Tabla 24).
número de ejes equivalentes para cada vehículo y para cada profundidad.
Al efectuar la sumatoria de tales valores en el
carril de proyecto por el coeficiente de acumulación del tránsito “CT” y por el valor de TDPA
inicial, se obtendrá el tránsito equivalente acumulado “ΣL” para las capas de carpeta y base,
y subbase y terracerías respectivamente (ver
Figura 24).
Para el análisis del tránsito equivalente acumulado “Σ L”, este método inicia el cálculo de los
coeficientes de daño a diferentes profundidades de la estructura del pavimento, lo cual podrá procesarse con el empleo de las tablas del
Apéndice E del método de diseño original del
Instituto de Ingeniería, informe No. 444.
Se deberá calcular el coeficiente de daño de
cada vehículo tanto en condiciones de carga
reglamentada y vacíos, para profundidades de
Z = 0 cm para obtener los ejes equivalentes en
carpeta y base, y Z = 30 cm para el resto de
la sección.
Al obtenerse los coeficientes de daño para todos y cada uno de los vehículos vacíos y cargados a las profundidades Z = 0 y Z = 30, se
deberá multiplicar éstos por la composición del
tránsito en porcentaje. Con ello se obtendrá el
valente acumulado en ejes sencillos de 8.2 ton
en el carril de proyecto (ver Figuras 25 a la 28).
Con dichas gráficas, se podrá obtener los espesores equivalentes para cada capa a las profundidades “ZN”, tomando en cuenta coeficientes
de resistencia estructural recomendados “ai”,
que considera 1 cm de asfalto equivalente a 2
cm de grava.
a1D1 = carpeta, D1 espesor en cm, a1
coeficiente equivalencia
a2D2 = base, D2 espesor en cm, a2
coeficiente equivalencia
Donde:
•CT = Coeficiente de acumulación del tránsito.
•n = Años de servicio.
•r = Tasa de crecimiento anual.
Por último, el método presenta un procedimiento sencillo para obtener los espesores equivalentes de diseño de la sección estructural del
pavimento, procedimiento que incluye varias
graficas que están en función del nivel de confianza “Qu” que se elija, el Valor Relativo de
Soporte Crítico de cada capa y el tránsito equi-
anDn = capa n, Dn espesor en cm, an
coeficiente equivalencia
Con lo anterior, se estará en posibilidades de
determinar el espesor final de cada capa de la
sección estructural del pavimento diseñado,
interviniendo para ello los diferentes criterios
que se adopten para una mejor estructuración
de la sección de la infraestructura carretera,
tomando en cuenta ciertos arreglos de capas,
ciertas clases de materiales y mínimos espesores que se tienen especificados por la entidad
responsable.
Es importante mencionar que para complementar la información proporcionada por el
Instituto de Ingeniería de la UNAM, sobre los
coeficientes de daño incluidos en el apéndice
E de su informe No. 444, se deberá consultar
la información proporcionada por el Instituto
Mexicano del Transporte en su Publicación Técnica No. 5, en donde se menciona con detalle
el Análisis de los Coeficientes de Daño Unitarios correspondientes a los vehículos de carga
autorizados en la Red Nacional de Carreteras
Mexicanas.
En dicho documento, se utiliza la metodología
original del Instituto de Ingeniería de la UNAM,
pero con la diferencia de analizar el daño a los
pavimentos hasta 120 cm de profundidad, lo
que cubre la gran mayoría de los pavimentos
de la red infraestructura carretera.
Actualmente y para simplificar el empleo de
este método de diseño, se utiliza un programa
interactivo de cómputo, denominado DISPAV-5
- Diseño de Pavimentos. Este programa es capaz de analizar secciones estructurales hasta
de cinco capas, e incorpora tanto el cálculo
por deformación permanente, según el modelo elástico plástico, como el cálculo por fatiga,
empleando modelos elásticos de varias capas.
El DISPAV-5 es un programa que permite calcular tanto carreteras de altas especificaciones
como carreteras normales. Su fundamento es
teórico-experimental, y para su aplicación se
emplean conceptos y métodos de cálculo mecanicistas.
El programa DISPAV-5 permite dos procedimientos de cálculo.
a) Diseño de un pavimento, a partir de un tránsito de proyecto y de características mecánicas
de materiales conocidos. En este caso se llega
a la determinación de los espesores de capa requeridos para el tránsito de proyecto deseado.
b) Determinación de la vida previsible por deformación permanente y por agrietamiento debido a fatiga, del sistema de capas analizado.
Dicho programa requiere la alimentación de información referente al tipo de carretera, tránsito de proyecto, materiales a emplear y nivel de
confianza. A continuación se detalla el procedimiento y la información en el orden requerido
por el programa:

Tipo de carretera: Se presentan dos modelos de diseño:
En el proceso de análisis se acostumbra utilizar el “Tránsito Equivalente”, usualmente referido a
ejes sencillos con llantas gemelas y peso estándar de 8.2 ton., el cual produce el mismo daño que
el “Tránsito Mezclado” que se presenta en la realidad.
En carreteras de dos carriles, el tránsito del carril del proyecto se considera como la mitad del total
que soportará la carretera. En carreteras con más de dos carriles, debe estimarse la proporción de
vehículos que soportará el carril de proyecto. Esta decisión es muy importante porque influye de
manera directa en el costo de la carretera, y en su comportamiento en condiciones reales de servicio. Sin embargo, si no se cuenta con información confiable, pueden estimarse las distribuciones
del tránsito total para el carril de proyecto de acuerdo a la Tabla 25.
1. Diseño 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 término de
la vida de proyecto la deformación esperada
con este modelo de diseño es del orden de 1.2
cm (percentil 80 de la deformación máxima)
con agrietamiento ligero o medio.
2. Diseño en carreteras normales en donde la
deformación permanente esperada, al término de la vida de proyecto, es de 2.5 cm, con
agrietamiento medio o fuerte. En este tipo de
diseño se debe hacer mantenimiento rutinario
frecuente.
Después de haber calculado el tránsito de proyecto, el programa lo clasifica en cuatro niveles, con
el fin de establecer espesores mínimos de capa, de acuerdo a la Tabla 26.
En el caso de los caminos de altas especificaciones, es necesario elegir materiales de construcción de muy buena calidad, así mismo,
se deberá emplear un diseño correcto en las
mezclas asfálticas, considerando la posibilidad
de realizar pruebas de comportamiento de las
mismas, para tener una mayor confiabilidad en
el proyecto y, en este sentido se deberá, aplicar un control de calidad riguroso durante la
etapa de construcción.

Tránsito de proyecto: El método requiere
dos tránsitos de proyecto:
1. Tránsito equivalente para el diseño por fatiga de las capas ligadas (daño superficial).
2. Tránsito equivalente para el diseño por deformación permanente acumulada (daño profundo).
2.3.3.1.
Capas consideradas
Desde el punto de vista estructural es conveniente emplear un número de capas no mayor de
cinco, de tal manera que tanto el análisis como la construcción correspondan a un proyecto bien
definido, fácil de construir y de conservar durante su vida de servicio.
El programa DISPAV-5 está proyectado para analizar secciones estructurales con un máximo de
cinco capas, las cuales pueden ser: carpeta asfáltica, base granular, o estabilizada con asfalto,
sub-base granular, subrasante, y terracerías.
El número mínimo de capas consideradas es dos, y una de ellas debe ser la terracería. También se
establece como restricción que la primera capa sea carpeta o base. La posibilidad de incluir una
base estabilizada con asfalto se considera más adelante, después de hacer el análisis de esfuerzos
y deformaciones unitarias de tensión en la carpeta.
2.3.3.2.
Valores relativos de soporte críticos, VRSZ
A continuación se piden los Valores Relativos de Soporte críticos de cada una de las capas no estabilizadas. El VRSZ es una de las variables de proyecto más importantes y el proyectista debe
poner mucho cuidado en su estimación de manera que sea representativo de las condiciones esperadas en el camino durante la vida de servicio de la obra vial.En este punto el programa revisa
los Valores Relativos de Soporte críticos introducidos (VRSZ), en relación con los valores máximos
y mínimos permisibles para cada capa. El VRSZ crítico es comparado con el máximo permisible
(VRSmax), el cual está basado en consideraciones prácticas de proyecto. Si dicho VRSZ es mayor,
entonces se toma el VRSmax (ver Tabla 27) como valor de proyecto (VRSP) para efectos de diseño
por deformación permanente acumulada; conservando el VRSZ estimado por el proyectista para
su utilización posterior.
2.3.3.3.
Módulos elásticos de las capas
no estabilizadas
Para el diseño por fatiga se requieren encontrar
las deformaciones unitarias críticas de tensión
en la parte inferior de la carpeta. Para esto se
necesita conocer el módulo de rigidez (módulo
elástico) de las capas no estabilizadas.
El programa solicita al usuario ese módulo de
rigidez. En caso de que no se tenga una estimación fundamentada de ese valor se presenta
al usuario la opción de estimarlo a partir del
VRSZ crítico esperado en el lugar, sin afectarlo
por restricciones de valores mínimos o máximos.
E = 130 VRSZ 0.7
2.3.3.4.
ta
Módulo de rigidez de la carpe-
El modelo requiere contar con carpeta asfáltica
para tránsito de proyecto medios y altos; para
tránsito bajo su elección es opcional. Para fines
del cálculo estructural, cuando se utiliza carpeta asfáltica se requiere introducir el módulo de
rigidez, o módulo dinámico, en kg/cm2.
Los valores máximos de VRSZ se establecen para obtener espesores razonables desde el punto de
vista constructivo, y por confiabilidad del diseño. Los VRSZ mínimos se especifican para limitar la
calidad mínima de la base y de la terracería (ver Tabla 28).
En la reología de las mezclas asfálticas, la temperatura y el tiempo de aplicación de carga tienen una influencia significativa en el valor del
módulo en un momento determinado, por lo
cual se recomienda hacer estudios regionales
para fijar los valores de proyecto.
Si no se conoce el módulo de rigidez de la
carpeta el programa se detiene para darle
oportunidad al proyectista de obtenerlo experimentalmente, o de estimarlo a partir de la
composición volumétrica, características del
asfalto, frecuencia de aplicación de carga y
temperatura.
La frecuencia de aplicación de la carga depende de la velocidad de operación de los vehículos y de la profundidad de la capa.
El programa suministra sugerencias para frecuencias de aplicación aplicables a diferentes
profundidades medias de capa y para la velocidad de operación normal de una carretera,
del orden de 90 k.p.h., en caso de velocidades
menores, por ejemplo en carriles de ascenso
para vehículos pesados, deben hacerse las correcciones correspondientes.
2.3.3.5.
Relaciones de Poisson
Se requiere la relación de Poisson de todas las
capas, este parámetro es difícil de determinar
experimentalmente ya que se requieren equipos de prueba con una instrumentación que
permita medir con precisión las deformaciones
resilientes vertical y horizontal. El programa
suministra valores promedio para cada capa
y permite al usuario modificar esos valores en
caso de contar con información confiable de
ese parámetro para los materiales específicos
que se utilizarán.
2.3.3.6.
to
Nivel de confianza del proyec-
Este factor, se refiere a la probabilidad de que
la duración real del pavimento sea al menos
igual a la del proyecto. Se sugiere el empleo
de un nivel de 85 por ciento, pero el método
permite al usuario el empleo de cualquier nivel
entre 50 y 99 por ciento.
2.3.3.7.
Diseño por deformación permanente en la rodada
Al tener el tránsito equivalente, los VRSZ de las
capas no estabilizadas, el módulo elástico de la
carpeta, y el nivel de confianza del proyecto, se
determinan los espesores requeridos para cada
capa de la sección estructural, empleando los
modelos matemáticos desarrollados.
En caso de que al determinar los espesores, se
encuentre alguna capa que requiera espesores
muy reducidos (menores que 10 cm) se pone a consideración del proyectista la conveniencia de
reconsiderar el proyecto desechando el uso de esa capa. Si el proyectista está de acuerdo con ello
se calculan de nuevo los espesores sin esa capa. Si no se acepta la sugerencia, el diseño continúa
con las capas propuestas inicialmente, ajustando el espesor, calculado este al mínimo correspondiente a esa capa y al tránsito de proyecto.
Los espesores mínimos 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 (ver Tabla 29).
dulos el programa propone el ajuste recomendable en el valor de los módulos de rigidez, si
el proyectista acepta la sugerencia se hace el
ajuste, en caso contrario se continúa con los
valores iniciales. Con los datos anteriores se
pasa al cálculo de la deformación unitaria de
tensión en la carpeta, para ello se hace uso del
programa de computadora CHEV4, adaptado
en el Instituto de Ingeniería, UNAM.
El valor calculado de la deformación unitaria
de tensión en la carpeta, permite la obtención
de la vida previsible por fatiga, empleando el
modelo matemático de vida por fatiga, desarrollado en el Instituto de Ingeniería, UNAM, de
acuerdo con el nivel de confianza elegido para
el proyecto. La vida previsible obtenida antes
se compara con el tránsito de proyecto y el resultado puede ser alguno de los siguientes:
 La vida previsible por fatiga o por deformación es menor que el tránsito de proyecto correspondiente. En este caso se requieren ajustes para obtener un diseño adecuado.
Los caminos con tránsito equivalente menor de
un millón de ejes estándar, pueden construirse
con un tratamiento superficial, sobre una base
de buena calidad. Pero para tránsitos mayores
es recomendable la colocación de una carpeta
de concreto asfáltico, o base asfáltica con un
tratamiento superficial.
Al terminar esta etapa el programa presenta el
diseño por deformación, tanto el calculado sin
restricción de espesores, como el recomendado por espesores mínimos. Si el usuario incluye
una carpeta asfáltica se pregunta al proyectista
si desea continuar el análisis por fatiga.
2.3.3.8.
Revisión del diseño por efectos de fatiga
El programa revisa que la relación de módulos
elásticos entre dos capas adyacentes no estabilizadas no sobrepase cierto límite, para evitar
la generación teórica de esfuerzos de tensión
excesivos en la parte inferior de la capa superior. Esta relación límite se toma de estudios de
la compañía Shell:
Donde:
•
•
K es la relación de módulos admisible
h es el espesor de la capa superior en mm.
En caso de que se exceda la relación de mó-
 Las vidas previsibles son iguales a la del proyecto (dentro de una tolerancia de +/- 10% del
tránsito de proyecto), o alguna de ellas está en
esa tolerancia y la otra es mayor. Tomando en
cuenta la posibilidad real de que uno de los dos
criterios sea el que defina el espesor, y el otro
criterio quede sobrado; aquí se considera que
el pavimento puede ser el adecuado, aunque
conviene buscar ajustes al diseño para tratar
de obtener un diseño más económico.
 Ambas vidas previsibles son mayores que el
tránsito de proyecto, tomando en cuenta la tolerancia de 10%. En este caso se considera que
el diseño requiere ajustes para tener un diseño
más económico.
Cuando la vida previsible es menor que el tránsito de proyecto, en este caso el programa presenta cuatro opciones al usuario:
1. Cambiar las propiedades de las capa(s)
asfáltica(s). En esta opción no se permite cam-
biar el número de capas, solo cambiar el módulo de rigidez de las capas asfálticas. En general se recomienda que si se van a cambiar
los materiales se piense el proyecto de nuevo,
reiniciando desde el principio.
2. Aumentar el espesor de alguna(s) capa(s).
En esta segunda opción 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 mínimos.
3. Considerar la colocación de una base asfáltica. La tercera opción incorpora una capa de
base asfáltica al proyecto. En este caso se requiere meter las características mecánicas de
la nueva capa:



Espesor propuesto para esta capa.
Módulo de rigidez.
Relación de Poisson.
4. Terminar la corrida del programa. En este
caso el programa le da la opción de imprimir el
último diseño encontrado, antes de terminar.
Después de cambiar las propiedades de los
materiales (si eligió la alternativa 1) o de incrementar algunos espesores de capa (si eligió
la alternativa 2) o definir la capa de base asfáltica (si tomó la tercer alternativa), el programa
vuelve a calcular la vida previsible por fatiga
y por deformación para el nuevo sistema de
capas y compara de nuevo con los tránsitos de
proyecto.
Cuando la vida previsible está en un intervalo
de +/- 10% del tránsito de proyecto, en este
caso se tiene ya un diseño que satisface los requerimientos para evitar la deformación excesiva o la falla por fatiga de manera prematura,
o ambos criterios. Sin embargo, en caso de que
alguno de los criterios de diseño se encuentre
sobrado, es recomendable analizar diferentes
alternativas de ajuste para buscar alguna solución más económica que siga siendo satisfactoria.
Y por último, cuando la vida previsible, tanto
en deformación como en fatiga es mayor que el
tránsito de proyecto, considerando la tolerancia de 10%, se permite al usuario hacer ajuste
en materiales o espesores, para llegar a un diseño más 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. Después de haber hecho los
ajustes deseados, se reinicia el cálculo de la
vida previsible por fatiga y deformación con los
nuevos datos. Al terminar estas iteraciones se
termina el procedimiento de diseño.
2.4.
Pavimentos Rígidos
El fin último del diseño de un pavimento rígido,
es determinar el espesor de la losa de concreto
adecuada, que soportara la carga proyectada
del tránsito durante el periodo de diseño. Existen varios métodos de diseño, algunos de los
cuales, se basan en los resultados de pruebas
a escala natural en carretera, otros en desarrollos técnicos de esfuerzos en sistemas estratificados y otros más en la combinación de resultados de pruebas y desarrollos teóricos. Sin
embargo, los métodos de diseño más utilizados
son: el método de la AASHTO y el método de la
Portland Cement Association (PCA).
2.4.1.
Método AASHTO
El método AASHTO para pavimentos rígidos, se
basa principalmente en los resultados del en-
sayo vial AASHO. El procedimiento de diseño
permite la determinación del espesor del pavimento y la cantidad de acero de refuerzo, en
su caso, así como el diseño de las juntas. Es
adecuado para pavimentos de concreto simple,
simplemente reforzado y de refuerzo continuo.
Para facilitar la utilización de la ecuación, se ha preparado un nomograma como se muestra en la
Figura 29.
Para el método AASHTO la fórmula de diseño
es:
Donde:
• W82 = Número previsto de ejes equi
valentes de 8.2 toneladas métricas, a lo
largo del período de diseño.
• Zr = Desviación normal estándar.
• So = Error estándar combinado en
la predicción del tránsito y en la
variación del comportamiento esperado
del pavimento.
• D = Espesor de pavimento de concre
to, en milímetros.
• ΔPSI = Diferencia entre los índices de
servicio inicial y final.
• Pt = Índice de servicio final.
• Mr = Resistencia media del concreto
(Mpa) a flexocompresión a los 28 días.
• Cd = Coeficiente de drenaje.
• J = Coeficiente de transmisión de car
gas en las juntas.
• Ec = Módulo de elasticidad del concre
to, (Mpa).
• k = Módulo de reacción, (Mpa/m) de
la superficie (base, subbase o subrasan
te) en la que se apoya el pavimento de
concreto.
11

Variables a considerar en este método
Ejes simples equivalentes de 82 kn (w80) a lo
largo del período de diseño
Se requiere la transformación a ejes simples
equivalentes de 82 kN, los ejes de diferentes
pesos que circularán por el pavimento durante
su período de diseño. Para ello puedes consultar las Tablas 30 a 38 (ver anexo_Tablas), en
donde se muestran los índices de servicio final
“Pt” para cada uno de los tres tipos de ejes
principales: simple, tándem y tridem.
De acuerdo al número de carriles en ambas
direcciones para efectos de diseño, el tránsito que se debe de tomar en cuenta es el que
utiliza el carril objeto de diseño, por lo que ge-
neralmente se admite que en cada dirección
circula el 50% del tránsito total y que dependiendo del lugar puede variar, como se muestra
en la Tabla 39.
2.4.1.1.
“Zr”
Desviación
normal
estándar
Esta variable define que, para un conjunto de
variables, como son: el espesor de las capas,
características de los materiales, condiciones
de drenaje, etc., mismos que intervienen en
un pavimento, el tránsito que puede soportar
dicho pavimento a lo largo de un período de diseño, sigue una ley de distribución normal con
una media “Mt” y una desviación típica “So” y
por medio de la Tabla 10, con dicha distribución
se obtiene el valor de “Zr” en función de un
nivel de confiabilidad R, de forma que exista
una posibilidad de que: 1 - R/100 del tránsito
realmente soportado sea inferior a Zr x So (ver
Tabla 40).
2.4.1.2.
“SO”
Error
estándar
combinado
El error estándar combinado “SO”, es el valor
que representa la desviación estándar conjunta, e incluye la desviación estándar de la ley de
predicción del tránsito en el período de diseño
con la desviación estándar de la ley de predicción del comportamiento del pavimento, es
decir, el número de ejes que puede soportar
un pavimento hasta que su índice de servicio
descienda por debajo de un determinado “Pt”.
Se recomienda utilizar para “So” valores comprendidos dentro de los intervalos siguientes:
para pavimentos rígidos 0.30 a 0.40, en construcción nueva 0.35 y en sobre-capas 0.40. Los
niveles de confiabilidad “R” en relación al tipo
de carretera que se trate se establecen en la
Tabla 14.
El producto de Zr x So efectivamente es un factor de seguridad que se aplica a la estimación
del tránsito de una carretera, en la fórmula de
diseño de AASHTO, ésta misma recomienda
que el factor de seguridad este en función del
tránsito que circula sobre el carril de diseño,
ver Tabla 41.
2.4.1.3.
Variación del índice de serviciabilidad ΔPSI.
Seleccionar el índice de servicio final “Pt”, consiste en elegir el valor más bajo que pueda ser
admitido, antes de que sea necesario efectuar
una rehabilitación ó una reconstrucción de un
pavimento. Como el índice de servicio final de
un pavimento es el valor más bajo de deterioro
a que puede llegar el mismo, se sugiere que
para carreteras de primer orden, este valor sea
de 2.5 y para carreteras menos importantes
sea de 2.0.
Para escoger el valor del índice de servicio inicial “Po”, es necesario considerar los métodos
de construcción, ya que de esto depende la calidad del pavimento, en los ensayos de pavimentos de AASHO, “Po” llego a un valor de 4.5
para pavimentos rígidos. La diferencia entre el
índice de servicio inicial “Po” y el índice de servicio final “Pt” es:
2.4.1.4.
Coeficiente de drenaje “Cd”
El valor del coeficiente de drenaje está dado
por dos factores que son:
a)
La calidad del drenaje, que viene determinado por el tiempo que tarda el agua infiltrada en ser evacuada de la estructura del pavimento.
b)
Exposición a la saturación, que es el
porcentaje de tiempo durante el año en que
un pavimento está expuesto a niveles de humedad que se aproximan a la saturación. Este
porcentaje depende de la precipitación media
anual y de las condiciones de drenaje. Para
este caso se definen varias calidades de drenaje, de acuerdo a lo mostrado en la Tabla 12.
Combinando todas los factores que intervienen
para llegar a determinar el coeficiente de drenaje “Cd” se llega a los valores que se presentan en la Tabla 42.
2.4.1.5.
carga “J”
Coeficiente de transmisión de
Este coeficiente se aplica para tomar en cuenta la capacidad del pavimento de concreto de
transmitir las cargas a través de los extremos
de las losas (juntas o grietas), su valor depende de varios elementos, tales como: Tipo de
pavimento (concreto simple reforzado en las
juntas, de refuerzo continuo, etc.); el tipo de
borde u hombro (de asfalto o de concreto uni-
2.4.1.6.
Módulo de elasticidad del concreto “EC”
El Módulo de elasticidad del concreto “Ec”, se puede determinar conforme el procedimiento descrito en la norma ASTM C-469, o correlacionarlo con otras características del material como lo es la
resistencia a la compresión. El valor del Módulo de Elasticidad “Ec” se puede considerar conforme
las ecuaciones de la Tabla 44.
da al pavimento principal). La colocación de elementos de transmisión de carga (pasadores en los
pavimentos con juntas, acero en los armados continuos, etc.). En función de estos factores, en la
Tabla 43 se indican los valores del coeficiente “J”.
Se considera un pavimento rígido confinado, cuando los extremos de las losas tienen elementos
de la misma rigidez que ella, para este caso un hombro de concreto confina la parte principal de la
carretera y el coeficiente de transmisión de carga tiende a ser menor, por lo tanto la losa también
será de menor espesor.
Dentro de cada intervalo de variación que se ve en la tabla, es recomendable utilizar el valor más
alto cuando menor sea el Módulo de reacción de la subrasante “k”, también cuanto sea más elevado el coeficiente de dilatación térmica del concreto y mayores las variaciones de temperatura
ambiente. Cuando se trate de carreteras de poco tránsito, en las que el volumen de camiones sea
reducido, entonces se pueden utilizar los valores más bajos de “J”, ya que habrá menos pérdida
del efecto de fricción entre los agregados.
Donde:
• F`c = Resistencia a compresión del concreto a los 28 días en Mpa ò kg/cm2 para obtener “Ec” en
Mpa o kg/cm2.
2.4.1.7.
Factor de pérdida de soporte “LS”
Este factor, es el valor que se le da a la pérdida de soporte que pueden llegar a tener las losas de
un pavimento rígido, por efecto de la erosión en la subbase por corrientes de agua o por los asentamientos diferenciales de la subrasante. Este elemento no aparece en forma directa en la fórmula
de diseño para obtener el espesor de un pavimento de concreto, pero si está en forma indirecta a
través de la reducción del Módulo de reacción efectivo de la superficie (subrasante) en que se apoyan las losas. En la Tabla 45, se presentan valores de “Ls” para distintos tipos de subbases y bases.
Cuando se utilizan subbases no erosionables y se llegan a producir en la subrasante asentamientos
diferenciales, por el hecho de la existencia de arcillas o por la excesiva expansión durante las épocas de heladas, deben aplicarse valores de “Ls” entre 2.0 y 3.0. El efecto que produce la pérdida
del valor soporte en la reducción del Módulo de Reacción efectivo “k” se puede ver de la Figura 30.
2.4.1.8.
Módulo de reacción “K”
El Módulo de reacción “k”, de la superficie en
que se apoya el pavimento de concreto o Módulo efectivo de la subrasante, es el valor de
la capacidad soporte del suelo, la cual depende del Módulo de Resiliencia de la subrasante
y subbase, así como el Módulo de elasticidad
de la subbase. Para la determinación del Módulo de elasticidad de la subbase, es factible
la correlación con el uso de otros parámetros,
tales como el CBR o VRS. Es recomendable
que el Módulo de elasticidad de la subbase no
sea mayor de 4 veces del valor de la subrasante.
Ya que el valor del Módulo de resiliencia (Mr)
de la subrasante, cambia a lo largo del año debido a ciclos de enfriamiento y calentamiento,
para determinar el valor efectivo del módulo
de reacción de la subrasante “k”, es necesario
calcularlo para cada mes del año.

Procedimiento de corrección del módulo
de reacción “K”
1. Haciendo uso del grafica de la Figura 30, en
el que se tienen como variables de entrada el
Módulo de resiliencia de la subrasante, el espesor de la subbase y el coeficiente de elasticidad
de la misma, se obtiene el Módulo de reacción
compuesto de la subrasante.
2. Si la subrasante está sobre un estrato de
roca a menos de 3 metros de profundidad, el
Módulo de reacción compuesto obtenido en el
paso anterior, hay que corregirlo utilizando las
curvas de la Figura 31.
3. En otra forma, asumiendo un espesor inicial de losa y con la ayuda de la grafica de la Figura 32,
se obtiene el valor relativo de deterioro “Uf” en cada mes del año, para cada uno de los valores de
“k”, en función del espesor de losa propuesta.
4. Sumando todos los valores relativos de deterioro “Uf” y dividiendo el total entre el número de
meses incluidos y entrando con este valor, en la Figura 31, se obtiene el valor promedio del coeficiente “k” para el espesor establecido.
5. Para finalizar se corrige el valor promedio de “k” en función de la pérdida de soporte “Ls” por
medio de la Figura 33.
2.4.2. Método PCA
El método Portland Cement Association (PCA),
se ha estructurado para determinar el espesor adecuado de losas de concreto de cemento
Portland, las cuales soportarán las cargas del
tránsito en calles, carreteras y autopistas.
El objetivo principal del método PCA, es, obtener la solución apropiada y menos costosa
considerando el ciclo de vida del proyecto. El
criterio de diseño está basado en el comportamiento observado en los pavimentos y en el
modelo de elementos finitos.
Este procedimiento de diseño puede aplicarse a
los siguientes tipos de pavimento rígido:
 Pavimentos de concreto simple: se construyen sin acero de refuerzo o pasajuntas. La
transferencia de carga en las juntas se obtiene
de la trabazón de los agregados entre las caras
de la fisura. Las juntas no deben estar muy
separadas, con el fin de producir una eficiente
transferencia de carga.
 Pavimentos de concreto simple con pasajuntas: se construyen sin acero de refuerzo; no
obstante, se instalan barras de acero liso en
las juntas como elementos de transferencia de
carga en cada contracción y es necesario una
separación reducida entre las mismas con el fin
de controlar el agrietamiento.
 Pavimentos de concreto reforzado: contienen
acero de refuerzo y pasajuntas para la transmisión de carga en las juntas. Estos pavimentos
se construyen con separaciones mayores que
los simples; entre las juntas se desarrollarán
una o más grietas transversales que serán unidas por el acero de refuerzo proporcionándose
una adecuada transferencia de carga.
 Pavimentos de refuerzo continúo: se construyen sin juntas de contracción; debido al acero
de refuerzo, relativamente pesado y continúo,
estos pavimentos desarrollan fisuras transversales en cortos intervalos. En estas fisuras se
presenta un alto grado de transferencia de carga debido a que están firmemente unidas por
el acero de refuerzo.
La separación entre las juntas que se usan frecuentemente y que han presentado un buen
comportamiento son de 4.6 m. para pavimentos de concreto simple, no más de 6.0 m. para
pavimentos de concreto simple con pasajuntas, y no más de 12.0 m. para pavimentos de
concreto reforzado.
El procedimiento de diseño PCA reconoce diferentes aspectos de los pavimentos rígidos:
 El grado de transferencia de carga en las
juntas transversales, provisto por los diferentes tipos de pavimento.
 El efecto de construir una berma de concreto adyacente al pavimento; las bermas de
concreto reducen los esfuerzos de flexión y las
deflexiones causadas por los vehículos.
 El efecto de usar subbase de concreto pobre, la cual reduce los esfuerzos y deflexiones
del pavimento, provee un soporte considerable cuando los camiones pasan sobre las juntas y suministra resistencia a la erosión en la
subbase causada por las deflexiones repetidas
(bombeo).
 Los dos criterios básicos de diseño son:
 Fatiga: para mantener los esfuerzos causados por la repetición de cargas en el pavimento
dentro de un límite seguro y evitar el agrietamiento.
 Erosión: para limitar los efectos de las deflexiones de los pavimentos en los bordes, esquinas y juntas de las losas y así controlar la
erosión de los materiales de cimentación y la
berma. Es necesario el criterio de erosión pues
las patologías por bombeo, escalonamiento y
daño de la berma no se relacionan con la fatiga.
 Pueden considerarse ejes trídem en el diseño.
2.4.2.1.
Factores de diseño
Una vez que se hace la selección del tipo de
pavimento de concreto (simple con o sin pasajuntas, reforzado con juntas y pasajuntas, o
continuamente reforzado), del tipo de subbase (en su caso) y el tipo de berma (con o sin
berma de concreto), el espesor de diseño se
determina por los siguientes factores:
a) Resistencia a la tensión del concreto, módulo de rotura “MR”.
b) Resistencia de la subrasante, o de la combinación subrasante y subbase, módulo de reacción de la subrasante “k”.
c) Los pesos, frecuencias y tipos de carga de
los ejes de los camiones que circularán por el
pavimento.
El periodo de diseño, se toma de forma usual
como 20 años, pero podría ser mayor o menor.
La resistencia a la flexión del concreto entra en
consideración dentro del criterio de fatiga del
diseño, el cual controla el agrietamiento debido a la repetición de cargas de los camiones.
La flexión del pavimento de concreto, bajo la
carga del tránsito produce esfuerzos de tensión
y compresión. La relación entre el esfuerzo y
la resistencia a la compresión es muy reducida
para influir en el diseño del espesor de la losa.
Por otra parte, la relación entre el esfuerzo y la
resistencia a la tensión suele ser muy superior,
a menudo con valores superiores a 0.5. Por lo
tanto, la resistencia y el esfuerzo a la tensión,
se utilizan en el diseño de espesores del pavimento.
La resistencia a la tracción se determina mediante el ensayo de módulo de rotura en vigas
de 15 x 15 cm. de sección y 75 cm. de longitud.
Para cada proyecto debe diseñarse una mezcla
de concreto que satisfaga los requerimientos
de resistencia y durabilidad, y que a la vez sea
la más económica.
El módulo de rotura puede encontrarse por car-
ga en voladizo, carga central o carga en el tercio central. El ensayo con carga en un tercio
de la longitud indica la resistencia mínima en
esa sección de la viga, mientras que los otros
ensayos informan la resistencia de un punto.
Por lo anterior, el ensayo en un tercio del claro
es el adecuado para propósitos de diseño de
pavimento en esta metodología.
Frecuentemente, los ensayos de módulo de rotura se hacen a los 7, 14 y 28 días. Los ensayos
a los 7 y 14 días deben utilizarse para verificar
el cumplimiento de especificaciones y permitir
el tránsito inicial sobre los pavimentos.
Los ensayos de resistencia a los 28 días son los
recomendados por este método para propósitos de diseño.
En las gráficas de diseño del método se debe
ingresar con el valor promedio del módulo de
rotura a los 28 días, sin necesidad de considerar la variación inherente de la resistencia.
El soporte suministrado por la subrasante y la
subbase, es el segundo factor del diseño del
pavimento. Este soporte se define en términos
del módulo de reacción de la subrasante “k”.
El módulo de reacción de la subrasante es igual
a la carga en libras por pulgada cuadrada, sobre un área circular de 30 pulgadas (75 cm)
de diámetro, dividida entre la deflexión en pulgadas para esa carga. Los valores de “k” se
expresan en libras por pulgada cuadrada por
pulgada, o libras por pulgada cúbica (pci).
Los ensayos de placa de carga son costosos y
poco frecuentes, por lo cual se han establecido
correlaciones con ensayos más sencillos como
el CBR o VRS, como se muestra en la Figura
34. Las subbases son necesarias con el objeto de
prevenir el efecto de succión, pero además incrementan la capacidad soporte del pavimento.
Sin embargo, es anti económico utilizar subbase con el único propósito de incrementar el
valor de “k”. El uso de la subbase se ha definido para proyectos donde prevalezcan condiciones de bombeo potencial de los finos de la
subrasante. Cuando se utilice la subbase deberá considerarse un valor de “k” superior dentro
del diseño.
En la Tabla 46, se presentan valores de “k”
aproximados, cuando se utiliza material de
subbase no cementada. Estos valores se derivan de la teoría bicapa de Burmister y de extensos ensayos de placa de carga sobre losas
de prueba.
En la Tabla 47, se presentan valores de diseño
de “k” para subbases tratadas con cemento.
El concepto relativo al periodo de diseño se considera más exacto que el de vida del pavimen-
to. Se establece finalizada la vida del pavimento, cuando se construye el primer refuerzo. De
acuerdo a la PCA, la vida de los pavimentos de
concreto puede variar de 20 años, para aquellos con limitaciones de diseño y construcción
y hasta más de 40 años en aquellos en que
dichas limitaciones o deficiencias son mínimas.
En los procedimientos de diseño, los conceptos
de periodo de diseño y periodo de análisis del
tránsito suelen ser lo mismo. Dado que existe
incertidumbre en la determinación del tránsito
a largo plazo, se ha adoptado un periodo de
diseño de 20 años. Considerando que el periodo de diseño afecta la estimación del tránsito,
se deduce que tiene influencia en el cálculo del
espesor del pavimento.
En relación al tránsito, se considera que otro
de los principales factores en el diseño del pavimento es el número y peso de los ejes de
los camiones que se espera circulen durante el
periodo de diseño. Estos se derivan de estudios
de:
 TPD: Tránsito Promedio Diario, en ambas direcciones para todos los tipos de vehículo.
 TPDC: Tránsito Promedio Diario de Camiones, en ambas direcciones. Esta variable puede expresarse como un porcentaje del tránsito
promedio diario o como una cantidad. Se deben incluir los camiones de seis ruedas o más,
lo cual descarta las camionetas y otros vehículos de cuatro llantas.
 Peso de los ejes de los camiones. La obtención de esta información requiere el desarrollo
de estudios especiales. No se hace ninguna recomendación especial sobre las herramientas
de proyección siempre y cuando pueda considerarse que las predicciones son apropiadas.
Para estimar el tránsito del proyecto debe tomarse en cuenta los componentes del mismo
que pueden intervenir en el proyecto:
 Tránsito atraído por la mejora de la vía.
 Crecimiento normal del tránsito.
 Tránsito generado en los viajes que son posibles gracias a la nueva infraestructura.
 Tránsito desarrollado de acuerdo con el cambio de uso del suelo que genere el proyecto.
El dato necesario para obtener el tránsito de diseño, consiste en asumir tasas de crecimiento
anual que relacionen factores de proyección;
en la Tabla 48, se presenta la relación entre
las tasas de crecimiento anual y los factores
de proyección para períodos de 20 y 40 años,
conforme las recomendaciones de PCA.
Así mismo, debe establecerse la distribución
direccional del tránsito y, en vías multicarril, el
porcentaje de camiones sobre el carril de diseño. Regularmente, se asume que las cargas y
volúmenes de tránsito se distribuyen en partes
iguales en las dos direcciones, pero esto no es
real en su totalidad, ya que puede suceder en
casos específicos, que la mayor parte de los
camiones viaje a plena carga en una dirección
y retornen vacíos en la otra.
En lo relativo a la distribución de los ejes y su
peso, se requiere la realización de estudios detallados en estaciones de pesaje para los ejes
sencillos, tándem y trídem. De acuerdo con la
disponibilidad o no de esta información puede
utilizarse la metodología extensa o simplificada
para diseño.
constructivo y espesor de las capas. En algunos casos se podría justificar el empleo de un
factor 1.3 con el objeto de mantener un nivel
de serviciabilidad mayor durante el período de
diseño, por ejemplo: una autopista de tránsito
muy alto y sin rutas alternas de desvío.
Este método de diseño exige que las cargas
reales esperadas se multipliquen por factores
de seguridad de carga “Fsc”, para lo cual se
recomienda:
2.4.2.2.
Procedimiento de diseño de
espesores
 Para carretas que tiene múltiples carriles, en
los cuales se espera un flujo de tráfico interrumpido con un elevado volumen de tránsito
pesado, Fsc = 1.2.
 Para carreteras y vías urbanas en las que el
tránsito esperado es de un volumen moderado
de vehículos pesados, Fsc = 1.1.
 Para calles residenciales y otras que soporten bajo volumen de tránsito de camiones, Fsc
= 1.0.
Además de los factores de seguridad de carga, el método es conservador ya que incluye
situaciones de tránsito de camiones muy cargados, variaciones en los materiales, proceso
En la Tabla 49, se presenta el formato para el
desarrollo del diseño y para utilizarla se requieren los siguientes datos:
Tipo de hombros y juntas.
Resistencia a la flexión del concreto ó
Módulo de rotura.
Módulo de reacción de la subrasante “k”.
Factor de seguridad de carga “Fsc”.
Distribución de cargas por eje.
Número de repeticiones esperadas de
las diversas cargas por eje, en el carril
de diseño durante el período de diseño.
Análisis de fatiga, para controlar el
agrietamiento por fatiga.
Análisis de erosión, para control de la erosión
en la fundación, los hombros, el bombeo de la
subbase y el desnivel entre las losas.
refuerzo continuo. La diferencia se establece si
el pavimento tiene hombros ó no.
5. Se selecciona un espesor de losa tentativo.
6. En la tabla correspondiente, sea eje sencillo
o tándem, sin hombro, Tabla 50 y 51(ver anexo_Tablas), o con hombro, Tablas 52 y 53 (ver
anexo_Tablas),, se hallan los esfuerzos equivalentes en función del espesor de la losa elegido
en mm. y el valor k. Se requiere hacer interpolaciones si el valor de “k” no se encuentra en
la tabla.
7. Los valores encontrados se colocan frente a
los números 8 y 11 de la Tabla 49.
8. Los valores colocados frente a los números
8 y 11, se dividen entre el valor del Módulo de
Rotura “MR”, y el resultado de cada uno se coloca frente a los números 9 y 12, que son los
factores de Relación de Esfuerzos.
9. En la Figura 34, con el valor de carga por
eje de la columna 2 de la Tabla 49, y usando la
línea vertical (ejes simples ó tándem) y el factor de relación de esfuerzos (números 9 ó 12)
en la línea inclinada, se traza una línea entre
cada uno de estos puntos y se proyecta hacia
la línea vertical de la extrema derecha de la
figura, en la cual se lee el valor de las repeticiones admisibles y estos valores se colocan en
la columna No. 4.
El procedimiento para el diseño de espesores
se describe a continuación:
1. Se colocan los datos básicos de entrada en
la parte superior de la Tabla 49.
2.En la columna 1 se colocan los valores de la
carga por eje en kN, de cada tipo y clase de
vehículo sencillo ó tándem.
3. En la columna 3 se colocan las cantidades
de repeticiones esperadas para cada clase de
vehículo.
4. En la columna 2 se coloca el producto de la
columna 1 por el factor de seguridad de carga
(Fsc).
A continuación, se efectúa el análisis de fatiga,
tomando como base a la Figura 35 y las Tablas
50 a 53, ya que se utilizan las mismas, tanto
para pavimentos de concreto simple, con pasajuntas o sin ellas, como para pavimentos con
10. Los valores de la columna 3, se dividen entre los valores de la columna 4 y el resultado
de cada uno se multiplica por 100 y se coloca
en la columna 5.
11.
La suma de todos los valores colocados
en la columna 5, es la absorción total de fatiga.
Después se procede a efectuar el análisis de
erosión, tomando como base la Figura 36 y las
Tablas 54 a 57, ya que estas se utilizan para
pavimentos de concreto con pasajuntas y sin
hombros, sin pasajuntas y sin hombros.
La Figura 37 y las Tablas 58 a 61, se utilizan
para pavimentos de concreto con pasajuntas y
con hombros, con pasajuntas y con hombros.
12.
En la tabla correspondiente, sea eje sencillo o tandem, con pasajuntas y sin hombros,
Tablas 54 y 55 (ver anexo_Tablas) o sin pasajuntas y sin hombros, Tablas 56 y 57 (ver
anexo_Tablas) o con pasajuntas y con hombros
Tablas 58 y 59 (ver anexo_Tablas) y sin pasajuntas y con hombros, Tablas 60 y 61 (ver anexo_Tablas) y las Figuras 36 y 37, se encuentra
el factor de erosión en función del espesor de
la losa selecionado en mm. y el valor “k”. Se
requiere hacer interpolaciones si el valor de “k”
no se encuentra en la tabla. Los valores encontrados se colocan frente a los números 10 y 13
de la Tabla 49.
13.En las Figuras 35 y 36, con el valor de carga por eje de la columna 2 en la hoja de trabajo y usando la línea vertical (ejes simples ó
tandem) y el factor de erosión (números 10 ó
13) en la otra línea vertical, se traza una línea
entre cada uno de estos puntos y se proyecta
hacia la línea vertical de la extrema derecha de
la figura, en la cual se lee el valor de las repeticiones admisibles y estos valores se colocan en
la columna No. 6.
14.Los valores de la columna 3 se dividen entre
los valores de la columna 6 y el resultado de
cada uno se multiplica por 100 y se coloca en
la columna 7.
15.La suma de todos los valores colocados en
la columna 7, es el daño total por erosión.
El espesor de losa elegido para efectuar el tanteo, se considerará no adecuado si los totales
del factor de fatiga, así como los totales del
factor de erosión son mayores al 100%; esto
quiere decir que el espesor de losa asumido
es deficiente, por lo que habrá que hacer otro
tanteo con un espesor mayor. Si los totales de
fatiga y erosión fueran menores que 100%, es
necesario hacer un nuevo tanteo con un espesor menor, ya que esto involucra la economía
del proyecto.
2.4.2.3.
concreto
Juntas en los pavimentos de
El pavimento de concreto ideal no debería tener
juntas, sino ser una cinta continua que resista
las cargas impuestas por el tráfico, ofrezca una
superficie de rodamiento impecable y proteja
eficazmente a la subrasante de la acción del
agua. Sin embargo, una combinación de factores relativos a los materiales y el sistema
constructivo conlleva la existencia de juntas,
que constituyen los sitios más débiles del pavimento.
Así mismo, los elementos necesarios para garantizar la transmisión de carga a través de la
junta, y aquellos que deben impedir la entrada del agua en la misma, demandan un diseño apropiado con miras a un comportamiento
adecuado del pavimento.
Los factores que determinan la necesidad de
las juntas, son los siguientes:
a) Retracción del concreto. El concreto endurecido ocupa menos espacio que la mezcla fluida
y la retracción lineal es mayor en elementos
con una relación volumen–área tan reducida
como aquella de las losas del pavimento. La
gravedad de este fenómeno radica en la resistencia que se presenta por la fricción con el
terreno, sumada al efecto de las pendientes del
trazado, la cual produce esfuerzos de tensión
que causan fisuras una vez que se supere la
resistencia del concreto. Este fenómeno genera
la necesidad de construir las “juntas de contracción” en sentido transversal.
b) Dilatación térmica. Este factor produce esfuerzos de compresión en presencia de elementos que confinan la losa de pavimento. Su
efecto puede ser perjudicial en los puntos donde el pavimento interactúa con otros elementos como postes, puentes, cámaras de inspección y tapas de alcantarillas, en los cuales se
construyen “juntas de expansión”.
c) Discontinuidad en la construcción. Múltiples
elementos, programados o no, pueden influir
en la interrupción de las labores de construcción de las losas del pavimento, por lo cual
deben disponerse “juntas de construcción” en
sentido longitudinal o transversal. Los casos
programados corresponden al fin de una jornada de trabajo, y se recomienda hacer coincidir
estas situaciones con juntas de contracción o
expansión.
un corte sobre el concreto que deberá prolongarse en el material cementante sin afectar a
los agregados, los cuales proporcionan la resistencia al corte, necesaria para transmitir las
cargas. Este mecanismo sólo funciona cuando
el ancho de la junta es menor que 9 mm., pero
se recomienda un máximo de 5 mm, como se
muestra en la Figura 38.
d) Alabeo. El pavimento en servicio está sometido a los cambios de la temperatura y humedad. Durante el día la cara superior del pavimento se encuentra a una temperatura mayor
que la inferior, lo cual produce una tendencia a
la combadura con concavidad hacia abajo; sin
embargo, el peso propio de la losa y las cargas
del tránsito se oponen a este fenómeno generando esfuerzos de tensión en la parte inferior
de la losa.
Asimismo, el contenido variable de agua en la
losa produce un efecto similar al del gradiente térmico y su acción conjugada es prácticamente imposible de estudiar desde el punto de
vista teórico. Este fenómeno es responsable de
la formación de grietas transversales y longitudinales por lo cual se deben construir “juntas
de contracción transversales” y “juntas longitudinales”. La duración de un pavimento de
concreto está asociada con la calidad de las
juntas, ya que en estos elementos se generan
las principales patologías, como el bombeo y
las fisuras de esquina y borde.
Las condiciones que debe cumplir una junta
son:
 Ubicación adecuada para controlar eficazmente los factores descritos anteriormente.
 Transmisión adecuada de las cargas a la losa
adyacente.
 Protección adecuada de la subrasante frente
al agua, es decir, ser impermeable.
Los mecanismos de transmisión de carga son
los siguientes:
a) Trabazón de los agregados. Se obtiene con
Respecto al sellado de las juntas, la ranura entre juntas debe sellarse para impedir la entrada
del agua a la subrasante y de cuerpos extraños
que puedan obstaculizar su funcionamiento. El
material sellante debe cumplir los siguientes
requisitos:
 Pasadores. En condiciones de tráfico pesado o clima severo debe complementarse la eficiencia de la trabazón de agregados mediante
barras de acero liso (pasadores) que conectan
entre sí los lados de las juntas. Este mecanismo transmite corte y momento flector permitiendo el libre movimiento horizontal de la losa,
por esto al menos una mitad del pasador debe
engrasarse para que no se adhiera al concreto,
como se muestra en la Figura 39.
 Junta machi – hembrada. La junta machi
– hembrada es un mecanismo que transmite
fuerzas de corte, pero no momento flector. Está
indicada especialmente para las juntas longitudinales necesarias para atender los efectos de
construcción y alabeo. Su uso es escaso en las
juntas transversales por su costo y dificultad
de construcción, como se muestra en la Figura
40.










Ser impermeable.
Deformarse sin rotura de acuerdo con
el movimiento de la junta.
Recuperar su forma original después de
ciclos de deformación.
Permanecer en contacto con las caras
de la junta.
No fluir con la gravedad.
No reblandecerse excesivamente a ma
yores temperaturas de servicio.
No endurecerse ni tornarse quebradizo
a bajas temperaturas de servicio.
No perder sus cualidades con la edad ni
con la acción del medio (clima, tráfico).
No permitir la intrusión de materiales
extraños dentro de la junta.
En casos especiales, resistir el ataque
químico.
Los tipos más comunes de juntas son los siguientes:
 Junta longitudinal. Su principal función es
controlar el agrietamiento por alabeo. En la Figura 41 se ilustran las alternativas existentes.
Si el pavimento se construye a todo lo ancho
en una sola operación, debe marcarse la junta
longitudinal con una ranura que separe los carriles y permita un adecuado sello de la junta.
La transmisión de carga se hace por trabazón
de agregados y se acostumbra la colocación de
barras de anclaje que mantengan unidas las
caras de las juntas.
Estas barras de anclaje no se diseñan para
transmitir cargas verticales o momento flexionante y por eso son de diámetro reducido. Puede utilizarse acero liso, pero se recomienda el
corrugado. Lo esencial es garantizar una excelente adherencia entre el acero y el concreto.
Cuando existe confinamiento lateral del pavimento, como en calles y parqueaderos, no es
necesario colocar barras de anclaje ya que dicho confinamiento es suficiente para mantener
cerrada la junta y garantizar la trabazón de los
agregados. Si el pavimento se construye carril
por carril, la junta longitudinal también constituye junta de construcción del tipo machi –
hembrada y con barras de anclaje cuando no
existe confinamiento lateral.
Las barras de anclaje, del tipo que sean, se
diseñan para resistir la fuerza de tracción generada por la fricción entre el pavimento y la
subrasante. La sección transversal de acero
por unidad de longitud de la junta se calcula
mediante la siguiente ecuación:
Donde:
•As: Área del acero por unidad de longitud
de la junta en cm²/m.
•b: Distancia entre la junta en considera
ción y el borde libre del pavimento en m.
Corresponde usualmente al ancho del carril.
•f: Coeficiente de fricción entre la losa y el
suelo. Se toma generalmente 1.5.
•w: Peso de la losa por unidad de área en
Kg./m².
•fs: Esfuerzo de trabajo del acero en Kg./
cm². Normalmente se toma como 0.67 fy,
siendo fy el esfuerzo de fluencia del acero.
De igual manera, la longitud de las barras de
anclaje debe ser tal que el esfuerzo de adherencia a cada lado de la junta iguale el esfuerzo
de trabajo del acero. Agregando 7.5 cm para
compensar defectos de colocación de la varilla,
la longitud total de la misma puede calcularse
mediante esta ecuación:
Donde:
•L: Longitud total de la barra de anclaje en
cm.
•A: Área transversal de una barra de ancla
je en cm².
•fs: Esfuerzo de trabajo del acero en Kg./
cm². Normalmente se toma como 0.67 fy,
siendo fy el esfuerzo de fluencia del acero.
•a: Esfuerzo de trabajo por adherencia.
Para acero corrugado se permite
usar el 10% del valor de la resistencia del
concreto; sin embargo, no debe exceder
24.5 Kg.cm².
•p: Perímetro de la varilla en cm.
En la Tabla 62 se resumen las características
de las barras de anclaje corrugadas de uso común.

Juntas transversales. Las juntas transversales pueden ser de contracción, expansión,
alabeo o construcción. Normalmente las de
contracción funcionan como juntas de alabeo y
expansión, mientras que las de construcción se
programan para que coincidan con alguna de
las anteriores.

Juntas de contracción. Son también juntas de alabeo. Controlan las grietas transversales asociadas a la retracción del concreto y
el alabeo del pavimento. La separación normal
entre juntas varía de 4.5 a 7 m, como se muestra en la Figura 42.

Juntas de expansión. En la actualidad,
se construyen de forma exclusiva para intersecciones del pavimento con estructuras fijas o
con otros pavimentos. Las juntas de expansión
están asociadas a varios problemas de comportamiento y además requieren un proceso
constructivo complejo. Las juntas transversales de expansión se diseñan de acuerdo con la
Figura 43 y 44.

Juntas de construcción. Las juntas longitudinales de construcción se presentan cuando
el ancho del equipo sólo permite construir el
pavimento carril por carril. Las juntas transversales de construcción se proyectan para
que coincidan con las de contracción. La transferencia de carga se lleva a cabo por medio
de pasadores de acero liso, ya que no existe
trabazón de los agregados entre las caras de
concreto vaciados en distintas épocas, como se
muestra en la Figura 45.
En caso de enfrentarse a una junta de construcción no programada deben tomarse en cuenta las
siguientes recomendaciones:
 La longitud de la losa no será menor de 3 m. En caso de que no se disponga de suficiente concreto, la junta de construcción se trasladará hacia la junta transversal anterior. La ejecución de una
junta de construcción no programada no modifica la posición de las demás juntas transversales
proyectadas.
 La junta deberá tener todo el ancho del vaciado.
 La transmisión de cargas de la junta longitudinal se dispone normalmente por medio de la junta
machi – hembrada provista de barras de anclaje (cuando se hace el vaciado por carriles).
Es posible omitir la junta machi – hembrada longitudinal si se colocan barras de anclaje como si
fueran pasadores (inmersión). Evidentemente, estas barras de anclaje no deben engrasarse pues
no sólo transmiten la carga a la losa vecina sino que mantienen la junta cerrada.
En la Tabla 63 se presentan las características de los pasadores que deben incorporarse en las
juntas transversales, en las condiciones planteadas en esta sección.
En la Figura 46, se muestra un fragmento del ejemplo de disposición típica de juntas de pavimento
rígido, preparado por la PCA.
jorar el comportamiento de los pavimentos e
incrementar así la duración de su vida útil, mejorando las condiciones de transporte sin ocasionar mayores incrementos en los recursos financieros. Las áreas estratégicas en las cuales
el programa enfoca su atención son: asfaltos,
mantenimiento de pavimentos, y comportamiento de los pavimentos.
Por otro lado, el importante desarrollo de los
sistemas informáticos, ha permitido que muchas teorías de análisis puedan aplicarse a las
condiciones prácticas.
Esta aplicación se efectúa mediante el uso de
nomogramas de diseño o catálogos de estructuras. Además, dichos sistemas informáticos,
se utilizan directamente en los nuevos métodos de diseño, con diversas modalidades como
análisis estructural empleando sistemas de
capas múltiples, mediante elementos finitos o
utilizando modelos de elementos discretos.
2.5.1. Modelos de elementos finitos
2.5. Tendencias del diseño de pavimentos a nivel internacional
Actualmente, en lo que se refiere a métodos
de diseño, las tendencias internacionales, indican una importante preferencia por el empleo
de métodos racionales basados en la mecánica
de los materiales que conforman el pavimento.
Estos métodos están clasificados como mecanicistas, es decir, estos métodos, vinculan los
niveles de la solicitación (cargas por eje) transmitida al sistema estructural, que constituye el
pavimento, con la reacción obtenida, en términos de esfuerzos y deformaciones. Dicha reacción, permite predecir, los niveles de deterioro
esperados a partir de ensayes de laboratorio y
del comportamiento observado en campo.
A nivel internacional se han realizado importantes esfuerzos enfocados a desarrollar nue-
vas metodologías para el diseño de pavimentos. En este sentido, la OECD (Organization for
Economic Cooperation and Development), en
1991, realizó ensayos a escala real, cuyos objetivos fueron dos básicamente:
 Contribuir a la investigación actual sobre el
comportamiento de materiales para carreteras
y procedimientos de diseño para pavimentos
 Demostrar la capacidad real de colaboración
internacional en un tema de interés mutuo.
En 1987, y por iniciativa de la Federal Highway
Administration (fhwa) del Departamento de
Transporte de los Estados Unidos, se estableció el programa denominado SHRP (Strategic
Highway Research Program).
El objetivo global de este programa, es el de
proveer las herramientas necesarias para me-
Hoy en día, se ha venido desarrollando una
nueva metodología para el estudio y análisis
de pavimentos, la cual emplea modelos de
elementos finitos para la determinación de esfuerzos y deformaciones. Estos programas emplean ecuaciones de regresión, para el cálculo
de esfuerzos y deformaciones las cuales suponen que el material es un continuo, es decir, no
se considera el comportamiento individual de
los componentes del material, sino su comportamiento global a nivel macromecánico.
Las ventajas del empleo de modelos de elementos finitos en el diseño de pavimentos, radica en que pueden llegar a tomar en cuenta,
que los materiales granulares no tratados que
conforman los pavimentos, exhiben un comportamiento no lineal, dependiente de la condición de esfuerzos, y comportamiento viscoso
en las capas asfálticas y en la subrasante. Además, son capaces de modelar diferentes geometrías, condiciones de frontera, criterios de
falla y carga cíclica.
Algunos modelos de comportamiento empleados en programas de elementos finitos para el
cálculo de esfuerzos y deformaciones en materiales granulares no tratados son: el modelo
de acumulación de Bochum (Alemania, 2005),
Elastoplásticos (Países Bajos, 2000), Hiperelásticos (Países Bajos, 1999), Elásticos lineales
y no lineales (Reino Unido, 1980 y Países Bajos, 1999), y Hipoplásticos (Polonia, 2003).
Para el caso de las capas asfálticas por lo general los modelos empleados son los elásticos
lineales y los viscoelásticos.
En el mercado existen diversos programas de
elementos finitos como el ABAQUS, PLAXYS
y ANSYS, pero los que se especializan en pavimentos son: el SENOL (University of Nottingham, Inglaterra), FENLAP (University of
Nottingham, Inglaterra), ILLI-PAVE (University of Illinois, E.U.A.), MICHPAVE (University of
Michigan, E.U.A.), GT-PAVE (Georgia Institute
of Technology, E.U.A.) y el NOEL (Université
de Nantes, Francia), y códigos como el DIANA
(Delft University of technology, Países Bajos)
y el CESAR (Laboratoire Central des Ponts et
Chaussées, Francia).
En general, los programas de elementos finitos
han funcionado bien al intentar reproducir el
comportamiento de los materiales que conforman un pavimento, solo es necesario el desarrollo de ecuaciones de regresión, que predigan
lo más cercano posible el comportamiento de
cada uno de los materiales que conforman estas estructuras.
A pesar de los avances en el área del desarrollo de programas y ecuaciones de regresión, la
deformación que experimentan los materiales
granulares es difícil de predecir principalmente
por los siguientes motivos:
 El comportamiento de estos materiales bajo
carga cíclica es complejo y aún no ha sido totalmente comprendido. Algunos autores mencionan que bajo carga cíclica la respuesta de
estos materiales es fuertemente no lineal. Ade-
más, bajo esfuerzos de corte éstos, exhiben
dilatancia y deformación tanto resiliente como
permanente.
 La estructura del pavimento está compuesta por diferentes materiales que experimentan
comportamientos muy diversos bajo carga cíclica y bajo diferentes condiciones del medio
ambiente.
 La temperatura y humedad de las capas
granulares varía en el tiempo y por lo tanto su
comportamiento con cada repetición de carga.
 El tipo y magnitud de la carga cíclica varía
constantemente y no es conocida con exactitud, previa a los ensayos de laboratorio y las
simulaciones computacionales. Además, las
trayectorias de esfuerzos en el laboratorio son
limitadas y no reproducen las reales en el pavimento.
 Los materiales granulares presentan anisotropía inherente, por a la geometría de las
partículas, los efectos de la compactación y
la gravedad, debido a lo anterior, muy pocas
ecuaciones de regresión, lo tienen en consideración ya que es de difícil obtención numérica
y experimental.
 El tamaño máximo del agregado para conformar capas de base en pavimentos, por lo
general, se encuentra entre 2 cm y 5 cm, requiriendo en los ensayos experimentales grandes especímenes de al menos 15.2 cm de diámetro.
El comportamiento de la muestra en el laboratorio es diferente al de campo.
2.5.2. Modelos de elementos discretos
Otra metodología de análisis reciente es emplear modelos numéricos computacionales llamados Elementos Discretos (DEM por sus siglas en inglés), los cuales utilizan este tipo de
elementos para el cálculo de fuerzas y despla-
zamientos entre las partículas de un esqueleto
granular.
El objetivo de esta metodología es intentar
describir fenómenos físicos del comportamiento de los materiales a nivel micromecánico
para poder comprender el comportamiento a
nivel macro. Algunos parámetros a nivel micro
son la fricción, cohesión, geometría, densidad
y rigidez de partículas (normal y tangencial).
Son muy pocos los estudios que se han realizado a nivel micromecánico en el área del
comportamiento de materiales granulares utilizados en pavimentos, en comparación con los
estudios a nivel macro.
Referente a esta metodología, García-Rojo &
Hermann, mencionan:
 Entre más irregularidades tenga la partícula
los algoritmos se vuelven más complicados y
menos eficientes.
 En muchas de las aproximaciones de deformación simuladas en programas de elementos
discretos no se tiene en cuenta efectos como el
desgaste y rompimiento de partículas ya que
suponen que la contribución de estos fenómenos en el desarrollo de deformación permanente es muy baja cuando se emplean esfuerzos
moderados.
 Existe un gran número de modelos capaces
de predecir la dependencia del módulo resiliente y la relación de Poisson con el esfuerzo, pero
existen muy pocos en los cuales se tome en
cuenta, como la fricción y la rigidez, entre contactos, afectan dichos parámetros así como el
desgaste y rompimiento.
Otros estudios han demostrado, que las simulaciones en DEM pueden predecir la rigidez que
experimentan los materiales granulares en ciclos de carga y descarga por medio de la dinámica de contactos. En ciclos de carga estos
estudios revelaron que el número de contactos
deslizados con relación al número total de con-
tactos es mayor que en descarga, por lo tanto
se presenta mayor rigidez en carga que en la
descarga.
En simulaciones de ensayos cíclicos con presión de confinamiento constante realizadas en
DEM para determinar la influencia que tienen
algunos factores como la magnitud del esfuerzo y la densidad en el valor del módulo resiliente, se puede observar que aunque las tendencias de las simulaciones son buenas, aún son
necesarios grandes esfuerzos en el desarrollo
de programas que simulen mejor la geometría,
forma y contenido de finos de las partículas y
las condiciones ambientales.
Esta herramienta de investigación tiene como
principales desventajas las siguientes:
 Requieren de altos requerimiento de velocidad y almacenamiento de información.
 Para el caso de un pavimento en donde los
ciclos de carga son elevados, simulaciones a
nivel micromecánico no son posibles con la tecnología actual.
 Al igual que en los programas de elementos
finitos, la concepción teórica de las ecuaciones
que se utilizan en estos programas necesitan
realizar suposiciones que simplifican la realidad.
 Solo son tomados en consideración como
mecanismos de desplazamiento la rotación y el
deslizamiento entre partículas.
 A nivel micromecánico la confrontación de
los resultados numéricos de las simulaciones
con la evidencia experimental es mucho más
difícil que para el caso macromecánico.
 Para las simulaciones, conocer a priori las
diferentes formas y tamaños de las partículas
en un material granular es complejo, y el grado
de complejidad aumenta cuando se debe tener
en cuenta que de acuerdo a la forma como es
compactado puede adquirir estructuras totalmente diferentes.
 Condiciones ambientales y contenido de finos no son tomados en cuenta en las simulaciones.
2.5.3. Modelos de sistemas multicapas
Los programas multicapa elásticos han sido
preferidos con respecto a los de elementos finitos, debido a su simplicidad en el manejo y
en el entendimiento de las ecuaciones con las
que se obtienen los estados de esfuerzo y deformación, además, requieren menos tiempo
computacional y memoria.
En el mercado están disponibles muchos programas que utilizan este tipo de modelos. Los
más comunes son los denominados ELSYM5
(FHWA), KENLAYER (Universidad de Kentucky, E.U.A), VESYS (MIT) y DAMA (AI). De esos
modelos, el más versátil parece ser KENLAYER,
ya que permite modelar sistemas de pavimento compuestos de capas cuyo comportamiento
puede ser elástico lineal o no lineal, o bien, viscoelástico, y bajo sistemas de carga con ejes
múltiples.
La utilización de estos modelos implica la aceptación de las hipótesis de las teorías de la elasticidad y de la viscoelasticidad. Aún cuando se
puede demostrar que un suelo, sometido a solicitaciones de carga como las que impone el
tráfico a un pavimento, presenta un comportamiento esfuerzo-deformación que se puede
considerar de tipo elástico.
UNIDAD 3: ESPECIFICACIONES
TÉCNICAS Y DISEÑO DE MEZCLAS
Objetivo
Al término de la unidad el participante reconocerá
la importancia de la constructibilidad enfocada a los
pavimentos, identificando con ello sus especificaciones de diseño, construcción y control, para aplicar
los métodos de diseño de mezclas, tanto asfálticas
como de concreto hidráulico.
3.1.
tos
La constructibilidad en los pavimen-
Para que una entidad encargada del transporte pueda recibir el mejor precio para sus proyectos, los planos y especificaciones deben ser
tanto “licitables” como “construibles”. En los
últimos años ha habido una creciente preocupación, ya que los planos y especificaciones, no
siempre permiten que el proyecto se construya
como se detalla.
Cuando esto ocurre, los proyectos se retrasan, aumentan su costo, y con frecuencia se
desarrollan costosos reclamos de construcción.
Igual de preocupantes resultan los retrasos y
trastornos causados a los automovilistas, al
igual que el impacto negativo que afecta a la
economía de la región, cuando se retrasan los
proyectos de transporte, así como los efectos
en la imagen pública de la entidad.
En este sentido, en 1983 se origina el concepto
de la constructibilidad, el cual se definió como
“la metodología que proporciona al diseño del
proyecto la facilidad de construcción, estando sujeta a todos los requerimientos necesarios para llevarla a cabo”. Esta es una definición centrada en la relación entre el diseño y
la construcción que reconoce la trascendencia
de la toma de decisión en la etapa de proyecto.
El Subcomité de la AASHTO ha definido el “Estudio de constructibilidad” como “un proceso
que utiliza personal de construcción con conocimientos extensos en construcción, en los inicios de las etapas de diseño del proyecto, para
garantizar que los proyectos sean construibles,
al mismo tiempo rentables, licitables y de fácil
conservación”.
Por su parte el CII (Instituto de la Industria
de la Construcción, por sus siglas en inglés)
propuso una definición con un ámbito de aplicación mucho más amplio, que define esta técnica como un sistema para conseguir la integración óptima del conocimiento y experiencia
en construcción aplicadas en la planeación, ingeniería, procuración y operaciones de construcción, orientado a tratar las peculiaridades
de la obra y las restricciones del entorno con la
finalidad de alcanzar la totalidad de los objetivos del proyecto.
Cualquiera que sean las disposiciones contractuales, el proyecto de construcción será más constructivo si el proyectista está dispuesto a
entender y prever los problemas del constructor y si éste se esfuerza por entender lo que le
propone el proyectista (ver Figura 1). La constructibilidad es una estrategia natural que busca el trabajo en equipo de los participantes y
sistematizar las mejoras prácticas en el ciclo de
vida de los proyectos de construcción.
La constructibilidad desarrolla todo su potencial cuando se reconoce la compleja interacción
de los factores que afectan a los procesos de
diseño, construcción y conservación en el ámbito de los proyectos de pavimentos.
Por lo tanto, su objetivo no está orientado únicamente a la facilidad de construcción del proyecto, sino que intenta ser un sistema por el
cual se busca la facilidad constructiva y la calidad del producto resultante en las decisiones
acerca de la ejecución de la obra, como respuesta a los factores que influyen en el proyecto y los objetivos del mismo. Por lo que, la constructibilidad no finaliza con
la ejecución de la obra, sino que engloba las
actividades de operación y conservación, con
una importancia similar.
Diversas instituciones, de Estados Unidos prin-
cipalmente, han identificado doce principios de
la constructibilidad a aplicar en las cinco fases
del ciclo de vida del proyecto (planeación conceptual, diseño, procuración, construcción y
operación). Tales principios son:
1.Integración. La constructibilidad debe de ser
una parte integral del plan del proyecto.
2.Conocimiento constructivo. El plan del proyecto debe contar con conocimiento y experiencia constructiva.
3.Equipo experto. El equipo debe de ser experto y de composición apropiada para el proyecto.
4.Objetivos comunes. La constructibilidad aumenta cuando el equipo consigue el entendimiento del cliente y los objetivos del proyecto.
5.Recursos disponibles. La tecnología de la solución diseñada debe de ser contrastada con
los recursos disponibles.
6.Factores externos. Pueden afectar al costo y
al tiempo de ejecución del proyecto.
7.Programa. El programa global del proyecto
debe ser realista, sensible a la construcción y
tener el compromiso del equipo del proyecto.
8.Métodos constructivos. El proyecto de diseño
debe de considerar el método constructivo a
adoptar.
9.Factibilidad. La constructibilidad será mayor
si se tiene en cuenta una construcción factible
en la fase de diseño y de construcción.
10.Especificaciones. Se aumenta la constructibilidad cuando se considera la eficiencia constructiva en su desarrollo.
11.Innovaciones constructivas. Su uso aumentará la constructibilidad del proyecto.
12.Retroalimentación. Se aumenta la constructibilidad si el equipo realiza un análisis de postconstrucción.
La Constructibilidad evalúa la planeación del
proyecto y desarrolla procesos a través de los
siguientes métodos:
Estrategias para mejorar la constructibilidad,
incluye:
 Investigación exhaustiva.
 Uso de sistemas constructivos mejorados.
 Estandarizar el diseño, es decir, planear la
máxima repetición / normalización.
 Procurar simplificar la construcción.
 Mejorar la disponibilidad de la información
así como su claridad.
 Resolver los accesos en la fase de anteproyecto.
 Estudiar los acopios en la fase de anteproyecto.
 Prever las operaciones de construcción en
una secuencia práctica.
 Mejorar el uso de maquinaria, equipo y herramientas.
 Mejorar la comunicación entre diseñador, supervisor y constructor.
 Pensar en los operarios disponibles y evitar
que los operarios tengan que volver a la obra.
 Permitir tolerancias razonables.
 Prever la seguridad de la obra.
Ahorro en costos derivado de:
 Menores retrasos.
 Reducción directa de los esfuerzos de construcción.
 Corta duración de actividades.
 Menor trabajo en niveles altos.
 Seleccionar materiales apropiados y menor
requerimiento de los mismos.
 Prever el mínimo tiempo de trabajo bajo rasante.
 Disminución de probabilidad de conflictos laborales.
 La necesidad de invertir inicialmente para
ganar un ahorro en costos, desde una mejor
constructibilidad.
 Más esfuerzos para diseño y procura.
 Más comunicación entre constructor, diseñador y proveedores.
 Evitar que el trabajo terminado sufra daños.
Mejorar la constructibilidad y reducir costos
por:
 Mitigación de los efectos de las condiciones
adversas del sitio.
 Aplicación de mejoras en diseño, construcción o procesos tecnológicos.
 Aceleración del programa desfasando las actividades secuenciales
 Reducción del número de actividades más
costosas.
Para implementar con éxito la constructibili-
dad, desde un principio, se deben dejar claros
los objetivos prioritarios del proyecto y permitir
que la constructibilidad sea valorada como un
atributo del rendimiento del mismo. Dichos objetivos deben de ser claramente identificados
por los miembros del proyecto para conseguir
un buen desarrollo de esta metodología, pero
también es muy importante tener en cuenta
que la constructibilidad ofrece mejores resultados en el ciclo de vida de un proyecto si se contempla en las etapas iniciales del mismo (ver
Figura 2) como serían en la planeación conceptual y diseño, pues permitirá que sea más eficiente el proceso de procuración, la ejecución,
y los recursos que en ellas intervienen.
Es importante reiterar, que el personal de
construcción debe llevar a cabo una revisión
temprana de constructibilidad en la etapa de
diseño. Muchas entidades, como parte de su
proceso de diseño, de forma rutinaria llevan a
cabo revisiones de los planos y especificaciones cerca de la finalización de la fase de diseño
de un proyecto.
Esto no es eficaz, ya que, en esta etapa, los
costos significativos han sido realizados en el
desarrollo del diseño. Los cambios de planos,
en esta última etapa son costosos de aplicar,
tienen un efecto significativo en el programa
del proyecto, pueden entrar en conflicto con los
permisos ya aprobados y los compromisos, y
se percibe como un ataque a la credibilidad de
muchos participantes en el proceso. Por otra
parte, cuando se trata que el personal de construcción se involucre a comienzos de las etapas
de diseño, se desarrolla un sentido de trabajo
en equipo, que debe continuar a través de la
fase de construcción.
Para determinar la frecuencia de los estudios,
se debe tener en cuenta los recursos disponibles, los beneficios que deben alcanzarse, las
organizaciones externas que puedan aportar y
en qué etapa(s) del proyecto deben llevarse a
cabo las revisiones.
Muchas de las entidades que actualmente rea-
lizan revisiones de constructibilidad recomiendan que se realicen durante las primeras etapas del diseño de proyecto.
En Estados Unidos, en California, por ejemplo,
se ha desarrollado un proceso en tres niveles,
que se aplica a todos los proyectos. Cada nivel
tiene un programa de revisión predeterminado
que se definen como sigue:
•
 El “Nivel 2”, incluye una revisión en la etapa
de inicio del proyecto y en las etapas de diseño
en un 30% y 95% de avance y comprende los
siguientes tipos de proyectos:
El estudio de constructibilidad “Nivel 1”, incluye revisiones en la etapa de inicio del proyecto y en las etapas de diseño con un avance
del 30%, 60% y 95% y es apropiado para los
siguientes tipos de proyectos:
•
•
•
•
Carreteras grandes y complejas / mejoras en las instalaciones (incluyendo, nueva
construcción, ampliaciones, o realineamiento de proyectos con organización significativa y requisitos de manejo de tráfico).
Construcción de cruces complejos o modificaciones.
Proyectos de rehabilitación de gran magnitud que incluyen la ampliación, reemplazos
importantes de estructuras, mejoramiento
en las características de drenaje, etc.
•
Carreteras menos complejas /proyectos de
instalaciones (incluye los proyectos de ampliación, con organización mínima /requisitos de manejo de tráfico).
Estructuras menos complejas o proyectos
de intercambio.
La mayoría de los proyectos de rehabilitación que incluyen la restitución de la estructura, ampliaciones menores, drenaje o mejoras en la seguridad.
 El estudio de constructibilidad “Nivel 3”, que
incluye una revisión en la etapa de inicio del
proyecto y cuando se lleva un avance del 95 %
del diseño esta revisión es apropiada para proyectos simples, tales como las obras de mantenimiento preventivo.
Se estima que el 90% de los errores de diseño
son debidos a fallos en la aplicación del conocimiento existente, lo cual refuerza el argumento
de que uno de los aspectos más importantes
de la constructibilidad no es la falta de información, sino la falta de administración de esa
información. Esto supone conseguir una buena
comunicación entre los participantes en el proyecto; deben estar preparados para desarrollar su papel en la administración del proyecto
de pavimentos, desde su concepción hasta su
operación.
Aunque los conceptos anteriores están dirigidos
a los propietarios y diseñadores, las soluciones
que éstos propongan impactarán directamente
en las operaciones de la obra. En este sentido debemos considerar la contribución que los
métodos de construcción innovadores tienen en
la mejora de la práctica de construcción. Estos
métodos pueden involucrar diversos aspectos
como el uso innovador de materiales o sistemas temporales; herramienta manual; equipo
de construcción, entre otros.
Un proceso eficaz de revisión de constructibilidad cumplirá varios objetivos que son importantes para cualquier entidad encargada del
transporte. El propósito de la revisión de la
constructibilidad es definir los siguientes puntos:
a) El proyecto, según se detalla en los planos y
especificaciones, se puede construir utilizando
los métodos estándares de construcción, materiales y técnicas.
b) Los planos y especificaciones proporcionan
al contratista información clara y concisa que
puede ser utilizada para preparar una oferta
competitiva, rentable. En este sentido, se deben buscar errores u omisiones en el diseño,
en relación con la selección de materiales o dimensiones.
c) Características del proyecto que pueden ser
difíciles o excesivamente costosas para construir según lo diseñado.
d) Características del proyecto que excedan la
capacidad de la industria para construir correctamente.
e) Características del proyecto que son difíciles
para interpretar y serán difíciles de ofrecer,
es decir se busca eliminar las especificaciones
ambiguas.
f) El proyecto cuando se construye de acuerdo
a los planos y a las especificaciones se traducirá
en un proyecto que puede mantenerse y conservarse de una manera rentable, durante toda
su vida útil. Dentro de la revisión de la constructibilidad, deben considerarse los materiales
disponibles ya que estos son determinantes en
la selección más adecuada, tanto técnica como económica, de la estructura de los pavimentos.
Por una parte, se deben considerar los agregados disponibles en los bancos de materiales
de la zona; además de la calidad requerida, en
la que se incluye la deseada homogeneidad,
deben verificarse las cantidades disponibles, el
suministro y su precio, condicionado en gran
medida, por la distancia del acarreo. Por otro
lado, también se deben considerar los materiales básicos de mayor costo, tales como cementantes, estabilizadores y modificadores, así
como la experiencia y habilidad en su manejo
y uso.
En el desarrollo de un plan de constructibilidad, se deben considerar la implementación
de listas de control para guiar el proceso de
constructibilidad. La revisión de los planes de
constructibilidad no es algo que le viene naturalmente a todos los ingenieros, supervisores
y contratistas, ya que muchas entidades han
encontrado que es imperativo que ciertas guías
de control se desarrollen para el personal que
se encarga de revisar la constructibilidad. Las
guías o listas de control no deben ser rigurosamente respetadas, pero deben servir como un
medio en el cual se centren las áreas y temas
de interés
Algunas de las listas de control son:
 Conceptos Generales
1. ¿Todos los conceptos de trabajo se muestran en los planos del proyecto y la descripción
y unidad de medida son consistentes con las
especificaciones?
2. ¿Todos los conceptos que se muestran en
los planos, cuentan con especificaciones particulares y se establecen en ellas su forma de
medición y sus bases de pago?
3. ¿El resumen de cantidades esta tabulado y
resumido correctamente?
4. ¿El tiempo de ejecución considerado, es suficiente para el tipo de obra que se va a realizar?
5. ¿Todos los permisos fueron obtenidos y los
requerimientos necesarios son establecidos en
el proyecto?
6. ¿Se requiere de un derecho de vía adicional
para construir el proyecto?
7. ¿Los planos de desvío para el control de tráfico, al igual que los planos de la etapa de construcción, están incluidos como se requieren?
8. Los recursos complementarios para las obras
de desvío del tráfico, ¿Están considerados en el
proyecto?
9. La limitación de las áreas de trabajo, ¿No se
interrumpe el paso del público?, ¿El cierre de
carril se ha considerado gráficamente?
10. ¿Las áreas sensibles del medio ambiente
son identificadas en los planos e incluidas en
las especificaciones?
11. ¿El plan de prevención de contaminación
de las aguas pluviales se encuentra establecido
en el proyecto?
12. Si los trabajos se localizan cerca o dentro
de la zona urbana, pueden ser necesarias dis-
posiciones para minimizar el ruido producido
por las actividades, ¿Se consideran horarios de
trabajo restringidos o barreras temporales de
ruido?
13. ¿Se hizo una exploración sobre las rutas
a través del área metropolitana junto con las
autoridades locales para avisar del inicio de la
obra y se realizó una lista de alternativas con
conocimiento, es decir restricciones, control de
polvo, recorridos nocturnos, el ruido del transporte por carretera?
 Bases y Pavimentos
1. En el transporte de los equipos de construcción se trasmiten cargas considerables sobre
las vías de acceso a la obra. Las carreteras y/o
las estructuras de las vías de acceso, ¿Pueden
soportar la carga de estos equipos, que conforman el tren trabajo de pavimentación?
2. ¿Son el ancho y el grado de reconstrucción
de la carretera, razonables?
3. ¿Es posible evitar anchos de calzada para
proyectos de ampliación, que no son compatibles con equipos de tamaños estándar?
4. ¿Durante la construcción, en las fases de
planeación y diseño se consideró el ancho convencional, para que pueda entrar el equipo de
pavimentación en el camino?
5. De acuerdo a la condición del pavimento existente ¿Es necesario reemplazarlo?, ¿Es
suficiente con un cambio en la estructura del
pavimento?, ¿Es suficiente con colocar una sobrecarpeta en el pavimento existente?
6. En el caso de carpetas de concreto asfáltico
o hidráulico, ¿Están incluidas las especificaciones apropiadas?
7. Si los acotamientos están obligados a llevar el tráfico durante la etapa de construcción,
¿Son estructuralmente adecuados o deberá ser
necesario reconstruirlos?
8. ¿Tiene el pavimento existente base cementada y se considera en el proyecto?, ¿Se ha tomado en consideración las capas del pavimento existente?
9. ¿Se presentan los límites del área de colocación del pavimento, las capas que conforman
el mismo, las junta de construcción, las especificaciones del material de relleno de las juntas,
así como la limpieza de las grietas, y de los
cortes para las juntas?
10. Si las juntas de contracción y expansión
se tienen consideradas, ¿Son suficientes?, es
decir, 3.00m. mínimo.
11. En proyectos de sobrecarpetas, en los tramos en donde se requiere, ¿Se están estabilizando dichas áreas para corregir los problemas
existentes?
12. ¿Los planos y especificaciones indican que
las juntas transversales deben programarse
para concluirse durante la jornada de trabajo?
13. ¿Es necesaria la reconstrucción? Si es así
¿Cuál es la historia de la carretera? ¿Hay algún
dispositivo de metal empotrado en el pavimento?
14. En la planeación de la obra y en los procedimientos constructivos, ¿Se tiene considerado
aumentar el área de producción, es decir, el
área trabajo para colocación de las capas del
pavimento?
18. ¿Se considera el uso de 100% de concreto
asfáltico triturado para los materiales de base,
relleno o aumento del acotamiento?
19. ¿Están los bancos de materiales disponibles, considerando los volúmenes y calidades
requeridos para el proyecto?
20. ¿El recorrido entre el sitio de la obra y los
bancos de materiales, es razonable? Si es largo
el recorrido, ¿Se justifica el tipo de material y
el costo adicional al proyecto? Si no, ¿Hay materiales alternativos que puedan ser usados?
También se recomienda que el plan deba tener
un procedimiento de dictamen detallado que
asigne la responsabilidad de decidir si los comentarios de la revisión se incorporarán en el
diseño del proyecto. El procedimiento de dictamen debe documentar cuales, o en qué nivel,
se toma la decisión de cambiar o elegir un diseño u otro alternativo.
La entidad encargada de la infraestructura carretera, puede asignar la responsabilidad de
tomar la determinación final al ingeniero responsable del proyecto. En Estados Unidos, específicamente en California, se utiliza este enfoque para la resolución de comentarios. Dicho
plan procede de la siguiente manera:
16. ¿Se puede mejorar la planeación de la vía
de acceso para reducir el tiempo de transporte
de los materiales a la obra?
“Todos los comentarios son discutidos en la
reunión de revisión de constructibilidad, que
puede tardar hasta cuatro horas para cada nivel de revisión. El objetivo es resolver todos
los comentarios durante la reunión. Cualquier
comentario que no se puede resolver durante
ésta, se asigna a un miembro del equipo de revisión que se encarga de darle seguimiento en
una fecha específica. El Gerente de Proyectos
tiene la responsabilidad general de asegurar
que todos los comentarios se traten adecuadamente”.
17. ¿Se pueden obtener los permisos para
transportar carga por encima de los limites
permitido (ejes dobles/triples), para el trabajo
en áreas rurales?
Otras entidades en Estados Unidos, tienen un
proceso más simplificado para la resolución de
problemas; en estas, el departamento de ingeniería y los supervisores de construcción se
15. ¿Las áreas para que los camiones de volteo descarguen el material transportado, están
disponibles?
comunican y resuelven el asunto de manera
conjunta.
Las cuestiones que no pueden ser resueltas
entre el departamento de ingeniería y los supervisores de construcción se presentan luego
al Gerente del proyecto para una determinación final. Otra herramienta para la revisión
de constructibilidad es el estudio posterior a la
construcción de proyectos terminados.
La realización de estudios posteriores a la
construcción, permite eliminar repetidos errores que incrementan los costos y afectan los
programas del proyecto, conducen a una mayor comunicación entre las partes involucradas
en el proceso de construcción y puede conllevar mejoras en los planes del proyecto y las
especificaciones.
Además, proporcionan información para el diseño de proyectos sobre temas que pueden
abordarse en futuros proyectos y deben ser
considerados como un proceso educativo para
todas las partes implicadas en la construcción
de pavimentos.
Se recomienda que el proceso posterior a la
construcción también incluya a representantes
externos que estén familiarizados con los proyectos y las cuestiones que surgieron durante la construcción. En sus comentarios postconstrucción, las entidades deben considerar
la participación de los siguientes profesionistas
(según corresponda), por parte del personal de
la entidad:
 Diseñadores de carreteras, Hidráulicos, Geotécnicos, Ingenieros de tráfico, Supervisores
de obra, Residentes de conservación, etc.
 Por parte del personal externo: Superintendente de obra, Residentes de Obra, Residente
de estimaciones, Personal de mantenimiento
entre otros.
El estudio posterior a la construcción se deberá
llevar a cabo muy cerca del final del proyecto,
mientras que el personal que está involucra-
do en la revisión este todavía disponible para
asistir a la revisión. Este es también el mejor
momento para asegurar que la memoria de los
participantes aún recuerde los detalles de los
temas que se desarrollaron durante el transcurso de la obra.
En conclusión, la implementación de la constructibilidad debe reflejar los siguientes beneficios: reducción en costos de los proyectos, reducción en plazos de construcción, mejoras en
la productividad, mejoras en la calidad, menores costos de conservación, reducción de desperdicios, reducción de tiempos y movimientos
innecesarios, uso eficiente de los recursos en la
ejecución, cumplimiento de programas, reducción de sobrecostos y trabajos dobles, seguridad mejorada, mejor control de riesgo, menor
número de órdenes de cambio en el proyecto, mejores relaciones entre los participantes,
menor cantidad de demandas y reclamaciones,
mejor reputación, satisfacción personal, diseños eficientes, además de otros beneficios.
3.2. Especificaciones de diseño, construcción y control
En la definición del programa de control de calidad es muy importante el conjunto de especificaciones que se manejen, pues fijan de un
modo u otro, las metas que se perdiguen, los
procedimientos de construcción, la forma de
medición de los volúmenes de obra, las bases
de pago y el modo de verificar si se ha alcanzado la (lo) deseado en cuanto a los procedimientos de prueba y normas de calidad.
Un cuadro completo de especificaciones técnicas es indispensable para manejar con claridad
y de un modo razonable todos los aspectos legales, administrativos, técnicos, y de calidad
de la obra; pero también es cierto que la aplicación rígida de las especificaciones sin un amplio criterio, conduce al anquilosamiento de las
técnicas empleadas y a la negación de la ingeniería.
Claro está que la aplicación de las especificaciones debe estar a cargo de personal con sufi-
cientes estudios técnicos y la experiencia adecuada, pues de otra forma se puede dar una
interpretación contraria a la meta que se persigue.
La elaboración de las especificaciones es una
tarea ardua y compleja, por lo que es indispensable contar con la preparación y la experiencia
necesarias para esa tarea y conocer a fondo la
filosofía del proyecto, así como las capacidades
del medio técnico general del país y los materiales existentes en la zona, ya que las especificaciones deben ser lo más realistas posibles y
acordes con lo que debe y puede lograrse.
Si se carece de ese perfil, es muy posible que
las especificaciones que se elaboren no sean
aplicables a la obra, dado que provocarían serias confusiones durante su ejecución y por
consecuencia retrasos importantes respecto al
programa de construcción, así como considerables sobrecostos en la ejecución de la obra.
Las normas de construcción y especificaciones
técnicas, resultan de investigaciones, experiencias y estudios minuciosos de correlación,
que toman en cuenta todos los datos recabados durante la construcción y operación de las
obras, como las condiciones del clima, transito,
geología, etc. que pudieran afectarles. Para fijar las especificaciones, se requiere apoyarse
en instituciones especializadas, como Institutos de Investigación o Centros de Estudios Superiores.
La transcripción ciega de normas técnicas producidas por instituciones de otros países, que
parecen muy avanzadas suelen conducir a políticas inadecuadas. Las especificaciones deben
ser realistas y ajustarse a lo que debe y puede lograrse, dada las características del país
en donde se construirán las obras. Es común
que en las naciones cuyas especificaciones se
transcriben, haya diferentes problemas económicos, tecnológicos, o de clima que en los países en donde las adopten.
Como consecuencia, la infraestructura carretera de las primeras, pueden mover volúmenes
de transito excepcionales o desconocidos para
estos últimos, lo cual podría conducir a rechazar materiales que en las obras con niveles de
transito inferiores se utilizarían perfectamente; sin embargo, esas normas pueden servir de
base para formular especificaciones realistas
en cada caso.
En general, las normas son el conjunto de requisitos, características, componentes y procedimientos de construcción, supervisión y
operación, debidamente ordenados en una secuencia lógica que deben cumplirse para la elaboración de un producto o servicio. El requisito
fundamental de una norma es ser universal, es
decir, no importa donde se realice el trabajo o
se fabrique el material, objeto de la norma; en
este sentido, una o varias normas se pueden
incluir en las especificaciones técnicas de las
obras.
3.2.1. La Ley Federal sobre Metrología y
Normalización
La ley Federal sobre Metrología y Normalización define cuatro tipos de normas:
 Normas Oficiales Mexicanas (NOM’s): Consisten en la regulación técnica de observancia obligatoria expedida por las dependencias
competentes, conforme a las finalidades estipuladas, las cuales establecen, reglas, especificaciones, atributos, directrices, características
o prescripciones aplicables a un producto, proceso, instalación, sistema, actividad, servicio o
método de producción u operación, así como
aquellas relativas a terminología, simbología,
embalaje, marcado o etiquetado.
 Normas Mexicanas (NMX’s): Son las que
elaboran los organismos nacionales de normalización, o la Secretaría de Economía, que
prevén para un uso común y repetido, reglas,
especificaciones, atributos, métodos de prueba, directrices, características o prescripciones
aplicables a un producto, proceso, instalación,
sistema, actividad, servicio o método de producción u operación, así como aquellas relativas a terminología, simbología, embalaje, mar-
cado o etiquetado. Las NMX’s son de aplicación
voluntaria, salvo en los casos en que los particulares manifiesten que sus productos, procesos o servicios son conformes con las mismas y
sin perjuicio de que las dependencias requieran
en una norma oficial mexicana su observancia
para fines determinados. Su campo de aplicación puede ser nacional, regional o local.
 Normas o Lineamientos Internacionales: Son
normas, lineamientos o documentos normativos que emiten los organismos internacionales
de normalización u otros organismos internacionales relacionados con la materia, reconocidos por el gobierno mexicano en los términos
del derecho internacional.
 Normas de Referencia: Las entidades de la
administración pública federal, deberán constituir comités de normalización para la elaboración de las normas de referencia conforme a las
cuales adquieran, arrienden o contraten bienes
o servicios, cuando las normas mexicanas o internacionales no cubran los requerimientos de
las mismas, o bien las especificaciones contenidas en dichas normas se consideren inaplicables u obsoletas.
Como ejemplo de normas que tienen alcances
internacionales podemos mencionar las “ISO”
(Internacional, Standard Organization),
también existen otras que a pesar de ser locales, por su prestigio son utilizadas en otros países y así adquieren una función internacional,
como ejemplo tenemos las siguientes: ASTM,
ACI, AISC, AASHTO, DIN, etc.
Por otra parte, el Reglamento de la Ley de
Obras Publicas y Servicios Relacionados con las
Mismas (RLOPSRM), indica que las “normas de
calidad” son los requisitos mínimos que, conforme a las especificaciones generales y particulares de construcción, las entidades establecen para asegurar que los materiales y equipos
de instalación permanente que se utilizan en
cada obra, sean los adecuados.
Así mismo, el RLOPSRM señala que las entida-
des que, por las características, complejidad y
magnitud de las obras que realicen, deberán
exigir el cumplimiento de normas técnicas para
aplicar en sus especificaciones generales de
construcción, como es el caso de la Secretaría
de Comunicaciones y Transportes (S.C.T.), en
lo que se refiere a infraestructura en México.
La Normativa para la Infraestructura del
Transporte (Normativa SCT), es el conjunto
de criterios, métodos y procedimientos para la
correcta ejecución de los trabajos que realiza la
S.C.T. en materia de infraestructura del transporte, dicha normativa es actualizada permanentemente a través del Instituto Mexicano del
Transporte (I.M.T.) y tiene los siguientes objetivos:
● La uniformidad de estilo y calidad en las obras
públicas y en los servicios relacionados con
ellas, que realiza la S.C.T. para la infraestructura del transporte, estableciendo los criterios
y procedimientos para la planeación, licitación,
adjudicación, contratación, ejecución, supervisión y, en su caso, operación y mitigación del
impacto ambiental.
● Normar las relaciones de la S.C.T. con las
personas físicas y/o morales que contraten la
ejecución de obras públicas y los servicios relacionados con ellas, o a las que se les otorguen
concesiones de infraestructura para el transporte.
La Normativa SCT, como anteriormente se
menciona es la que orienta la selección y aplicación de los criterios, métodos y procedimientos más convenientes para la realización de los
estudios y proyectos; para la ejecución, supervisión, aseguramiento de calidad, operación y
mitigación del impacto ambiental de la infraestructura durante su construcción, conservación, reconstrucción y modernización.
La Normativa SCT está presentada, según su
propósito, en tres tipos de publicaciones denominadas:
 Prácticas Recomendables
Las Prácticas Recomendables proponen y expli-
can el establecimiento de criterios y la aplicabilidad de teorías a casos específicos, de manera
que el usuario tenga elementos para seleccionar los métodos o procedimientos de entre los
contenidos en los Manuales.
 Manuales
Los Manuales contienen el compendio de los
métodos y procedimientos para la realización
de las actividades relacionadas con la infraestructura del transporte.
 Normas
Las Normas proponen valores específicos para
el diseño, las características y calidad de los
materiales y de los equipos de instalación permanente, así como las tolerancias en los acabados; los métodos generales de ejecución,
medición y base de pago de los diversos conceptos de obra y, en general, todos aquellos
aspectos que se puedan convertir en especificaciones al incluirse en el proyecto o en los
términos de referencia para la ejecución de las
obras públicas y de los servicios relacionados
con la infraestructura del transporte.
Las Normas, Manuales y Prácticas Recomendables, se organizan según su temática, en doce
Libros, identificados de la siguiente manera:
1. Introducción.
2. Legislación.
3. Planeación.
4. Derecho de Vía y Zonas Aledañas.
5. Proyecto.
6. Construcción.
7. Conservación.
8. Operación.
9. Control y Aseguramiento de Calidad.
10. Características de los Materiales.
11. Características de los Equipos y Sistemas
de Instalación Permanente.
12. Métodos de Muestreo y Prueba de Materiales.
Por otro lado, existen normas que en determinados ámbitos, ya sean públicos o privados, no son de carácter obligatorio, como es el
caso de la Normativa SCT, pero si el proyectista las considera aplicables para la realización
de una obra especifica, puede invocarlas para
que, bajo su responsabilidad se conviertan en
especificaciones particulares obligatorias para
esa obra. Si la Normativa SCT no es aplicable,
el proyectista debe proponer otros criterios,
métodos, procedimientos o materiales que no
estén contenidos en ellas, siempre y cuando
estén debidamente sustentados, no contravengan las leyes aplicables y sean aprobados por
las autoridades competentes.
En este sentido, el objeto de las especificaciones es complementar el contenido del contrato
y fijar los requisitos constructivos y de calidad
que deben cumplirse, además de definir las
obras por realizar en cada uno de los conceptos de trabajo, estableciendo los lineamientos
de control a que debe sujetarse cada concepto.
Estos requisitos son el producto de los estudios preliminares, del diseño y de la experiencia, que indican los límites y las pautas que
se deben considerar durante la realización de
un proyecto. Las especificaciones deben ser la
columna vertebral sobre la cual debe estructurarse la ejecución de una obra, desde la etapa
de planeación hasta la operación de la misma;
su importancia radica en el hecho de que su
principal objetivo debe ser definir y dimensionar qué se persigue al realizar dicho proyecto.
Por lo tanto, se debe entender por especificaciones, el conjunto de disposiciones, requisitos,
condiciones e instrucciones que la entidad, tanto pública como privada, por medio del proyectista, estipula para la ejecución de sus obras.
De acuerdo al RLOPSRM las especificaciones
pueden ser:
1. Especificaciones Generales. Son el conjunto
de condiciones generales que la entidad tiene
establecido para la ejecución de sus obras, incluyendo las que deben aplicarse para la realización de estudios, proyectos, ejecución, equipamiento, puesta en servicio, mantenimiento
y supervisión, y que comprenden la forma de
medición y la base de pago de los conceptos de
trabajo.
La función de las especificaciones generales, es
describir los métodos de prueba establecidos,
señalar los requisitos y tolerancias de calidad
comúnmente aceptados y definir los procedimientos generales de construcción.
2. Especificaciones Particulares. Son el conjunto de disposiciones, requisitos e instrucciones
particulares exigidos por la entidad para la realización de cada obra, mismas que modifican,
adicionan o sustituyen a las normas y especificaciones generales correspondientes y que
deben aplicarse ya sea para el estudio, para el
proyecto y/o para la ejecución y equipamiento
de una obra determinada, la puesta en servicio, su conservación o mantenimiento y la supervisión de esos trabajos.
Son entonces las especificaciones particulares
las que fijan y determinan, de modo preciso,
los requisitos y los limites especiales de calidad que debe cumplir cada uno de los conceptos de trabajo para una determinada obra, así
como los procedimientos especiales que deban
emplearse. Dichas especificaciones deben ser,
incluidas en el proceso de contratación, por lo
cual, deben ser tan completas como sea necesario para eliminar toda posible duda sobre
los requisitos que deben ser cumplidos en cada
uno de los conceptos.
solos y mezclados, que se utilizaran en la ejecución del concepto de trabajo, así como de los
equipos de instalación permanente.
 Los criterios generales, forma de ejecución
o procedimiento constructivo para la ejecución
del concepto.
 Los niveles de calidad y de acabados que
debe satisfacer el concepto, así como pruebas
de control de calidad, incluyendo sus tolerancias o criterios de aceptación.
 En su caso, las sanciones y estímulos a que
se hará acreedor el Contratista, según el nivel
de calidad y acabados que logre el concepto.
 La forma en que se medirá el concepto, con
el propósito de determinar el avance o la cantidad de obra ejecutada para su pago.
 La base de pago en la que se establezcan
los alcances del concepto, es decir, todo aquello que deba ser incluido en el precio unitario
del concepto, como materiales, mano de obra,
equipos, herramientas, acciones, operaciones
y en general, todo lo que se requiera para su
correcta ejecución, así mismo se deberá establecer el método de medición y pago.
 La definición o descripción del concepto.
Cabe insistir que la utilización de normas técnicas y de especificaciones claras y precisas evita
discusiones y contratiempos durante la realización de una obra, por ejemplo, cuando se hace
referencia a un determinado material empleado para la construcción de la capa subrasante, y se hace mencionando su nombre común
o regionalizado, es decir, cuando se habla del
“Tepetate” conocido en el centro del país o el
otro material muy conocido en la península de
Yucatán, el famoso “Sascab”; puede surgir una
confusión dado que estos materiales no existen como tales en la tabla del SUCS, Sistema
Unificado de Clasificación de Suelos utilizado a
nivel mundial.
 Las normas de calidad que definan las características y los requisitos de los materiales,
Sin embargo, estos términos se refieren a un
material poco compresible y con un índice plás-
La claridad es indispensable en las especificaciones debido a que son éstas la base para
cotizar y evitar controversias inoportunas, por
falta de comprensión. Por otro lado, en lo que
se oponga a las normas, las especificaciones
particulares prevalecerán. Estas especificaciones son obligatorias exclusivamente para la
obra que se proyecta.
Cada especificación particular debe contener
como mínimo:
tico menor de 10; por lo tanto, si se especificará que se trata de un material limo arenoso,
con límite líquido menor de 50, Índice plástico
de entre 10 y 8, se evitarían los típicos problemas que se dan frecuentemente en las obras.
utilización de los materiales, incluyendo el caso
de materiales reciclados. Deberá vigilarse que
los bancos propuestos dispongan de materiales
con la calidad y volumen suficiente para satisfacer la necesidad de la obra.
En lo relativo a las especificaciones de materiales y ante la dificultad de determinar su
comportamiento bajo el efecto del agua, temperatura y otros factores como los procesos
constructivos, se ha propiciado que los materiales para pavimentación sean estandarizados,
elaborándose normas que regulen las características principales que tienen mayor incidencia
en su comportamiento, como son: la composición granulométrica, forma de las partículas,
contenido de humedad, contenido de finos y su
naturaleza, etc., de tal manera que los diferentes organismos involucrados, como la AASHTO
o la SCT en México, emitan especificaciones
para controlar las características de los materiales. Dichas especificaciones, deberán ser
consideradas por el proyectista, incluyendo las
características de calidad y de resistencia que
sean convenientes.
El proyecto debe incluir también la recomendaciones para el control de calidad durante la
construcción del pavimento, las limitaciones
para la ejecución de los trabajos y finalmente
la estrategia de mantenimiento y conservación
para que el pavimento cumpla con sus funciones en el ciclo de vida útil proyectado. Además
de las especificaciones generales y particulares, existen las Normas complementarias, las
cuales son el conjunto de disposiciones requisitos e instrucciones adicionales, establecidos
por la entidad, para la realización de estudios,
proyectos, ejecución y equipamiento de las
obras, la puesta en servicio, su conservación
o mantenimiento y la supervisión de estos trabajos.
Actualmente se ha hecho evidente una tendencia a utilizar con mayor intensidad, materiales
locales, subproductos industriales o reciclados,
así como nuevos productos, como son los modificadores asfalticos; por lo que es necesario
llevar a cabo ensayes especiales en estos tipos
de materiales, para evaluar su comportamiento, y en especial su durabilidad.
En la selección de las especificaciones de calidad, características y tipos de materiales y productos utilizados, se deberán tomar en cuenta los conceptos fundamentales que permitan
cumplir con los atributos propios de los pavimentos. Deberán tener un carácter dinámico,
pudiendo adecuarse a los cambios tecnológicos
y a las necesidades practicas detectadas mediante la evaluación periódica de los pavimentos y el seguimiento de su comportamiento.
Respecto a los bancos de materiales, se deberá establecer el tratamiento adecuado para la
Por otra parte, aunque dos obras se tengan por
iguales, una que se construirá en el sur y otra
en el norte del país, en realidad son muy diferentes, pues las solicitaciones a que estarán
sujetas, los suelos en los que se desplantaran,
los materiales disponibles que se utilizaran, el
clima de la región y hasta la idiosincrasia del
personal que las ejecutaran, son totalmente
distintos, de manera que, a diferencia de la fabricación industrial de un determinado producto, que se manufactura siempre con el mismo
proceso y los mismos insumos, el diseño y la
realización de cada obra, siempre son diferentes.
Considerando esta premisa y la gran incertidumbre de las variables del diseño, resulta evidente que las normas técnicas, mexicanas o
internacionales, así como las especificaciones
en lo relativo a los aspectos técnicos, no pueden ser de carácter obligatorio para todas las
obras, pues sería muy riesgoso aplicarlas indiscriminadamente en cualquier obra, ya que lo
que puede funcionar para alguna, puede ser el
motivo de falla en la otra.
Generalmente, las normas, reglamentos y especificaciones que son bastos y suficientes
para un determinado momento, en el termino
de unos cuantos meses, sino se adecuan y se
actualizan, terminan por tornarse obsoletas,
por lo que deben revisarse constantemente, ya
que los requisitos de los usuarios cambian y
continuamente se exige una mayor calidad.
mezclas asfálticas en caliente para pavimentación, que contengan agregados con un tamaño
máximo de 25 mm (1”) o menor. El método
Marshall modificado se desarrolló para tamaños máximos arriba de 38 mm (1.5”), y está
pensado para diseño en laboratorio y control
en campo de mezclas asfálticas en caliente,
con graduación densa.
3.3.
Debido a que la prueba de estabilidad es de
naturaleza empírica, la importancia de los resultados en términos de estimar el comportamiento en campo se pierde cuando se realizan
modificaciones a los procedimientos estándar.
El propósito del método Marshall es determinar
el contenido óptimo de asfalto para una combinación específica de agregados. El método
también provee información sobre las propiedades de la mezcla asfáltica en caliente, establece densidades y contenidos óptimos de
vacios que deben ser cumplidos durante el desarrollo de la construcción.
Diseño de mezclas asfálticas
Actualmente el diseño de mezclas asfálticas
deja ver la importancia de lograr propiedades volumétricas adecuadas en la carpeta asfáltica terminada, ya que de esto depende en
gran medida el desempeño de la superficie de
rodamiento en su vida de servicio. De ahí, la
trascendencia de simular de manera adecuada
en el laboratorio la densificación que ocurre en
campo, bajo la acción vehicular y de esta forma
llegar a fórmulas de trabajo que permitan dosificar mezclas que exhiban un mejor comportamiento en condiciones específicas de tránsito
y clima.
En el diseño de las mezclas asfálticas se ha recurrido a diferentes métodos para establecer
un diseño óptimo en laboratorio; los comúnmente más utilizados son el método Marshall,
el Hveem y el Cantabro. Siendo el método Marshall el más utilizado en México, en cuanto a
mezclas de granulometría densa y el método
Cántabro para mezclas de granulometría abierta.
3.3.1. Método Marshall para mezclas de
granulometría densa
El método Marshall para el diseño de mezclas
asfálticas fue formulado por Bruce Marshall,
Ingeniero de asfaltos del Departamento de Autopistas del estado de Mississippi. A través de
investigación y estudios de correlación, mejoró
y adicionó el procedimiento de prueba Marshall
y además desarrolló un criterio de diseño de
mezclas.
El método original únicamente es aplicable a
En el método Marshall, lo primero que debe hacerse es determinar las cualidades que debe
tener la mezcla (estabilidad, durabilidad, trabajabilidad, etc.) y seleccionar un tipo de agregado y un tipo compatible de asfalto, que puedan combinarse para producir esas cualidades.
Una vez realizado lo anterior, se puede iniciar
la preparación de los ensayos. La primera preparación para los ensayos, consiste en reunir muestras representativas del asfalto y del
agregado que van a ser utilizados en la mezcla.
La relación viscosidad-temperatura del cemento que va a ser utilizado debe ser ya conocida
para poder establecer temperaturas de mezclado y compactación en el laboratorio. Posteriormente, y con el propósito de identificar sus
características, se procede a secar los agregados a 110°C en un horno, determinar su peso
específico y hacer un análisis granulométrico
por lavado.
Las especímenes de ensayo de las posibles
mezclas son preparados haciendo que cada
uno contenga una ligera cantidad diferente de
asfalto, la cual debe ser de 64 mm (2 ½”) de
alto y 102 mm (4”) de diámetro, y que se preparan de la siguiente manera (ASTM D1559):
1. Los agregados se acondicionan cercanos a la temperatura de mezclado, se dosifica el asfalto
en peso con respecto a la mezcla total. Posteriormente se procede al cubrimiento del agregado
pétreo, manteniendo la temperatura de mezclado dentro del rango especificado hasta que las
partículas más gruesas se hayan cubierto totalmente. Ello simula los procesos de calentamiento y
mezclado que ocurren en la planta.
2. Cuando la mezcla haya alcanzado la temperatura de compactación, se coloca dentro de los
moldes donde va ser compactada. Los moldes deberán estar calientes, así como los demás accesorios que se utilicen en el vaciado y acomodo de la mezcla, con el fin de evitar una reducción de
temperatura de la mezcla asfáltica, previa a su compactación.
3. Posteriormente los especímenes se compactan con el martillo Marshall de compactación, mediante 35, 50 o 75 golpes por cara, dependiendo de la cantidad de transito para la cual la mezcla
está siendo diseñada (ver Figura 4).
flexibles, cuando se obtienen estabilidades extremadamente altas se sacrifica la durabilidad.
Las mezclas que presentan valores de flujo bajos y valores altos de estabilidad, son consideradas demasiado frágiles y rígidas para un
pavimento en servicio. Aquellas que tiene valores altos de flujo, son consideradas demasiado
plásticas y tienen tendencia a deformarse fácilmente bajo las cargas del tránsito.
En el método Marshall se elaboran tres tipos de
ensayes para conocer sus características volumétricas y mecánicas:
 Determinación de la gravedad específica
La prueba de gravedad específica puede desarrollarse tan pronto como el espécimen se
haya enfriado en un cuarto de temperatura.
Esta prueba se hace de acuerdo con la Norma
ASTM D1188, gravedad específica de mezclas
asfálticas compactadas utilizando parafina; o la
ASTM D2726, gravedad específica de mezclas
asfálticas compactadas mediante superficies
saturadas de especímenes secos. (Ver Figura
5)
 Medición de la estabilidad y flujo Marshall
Una vez determinada la gravedad específica,
se procede a la prueba de estabilidad y flujo,
(Ver Figura 6) que consiste en sumergir el espécimen en un baño María a 60ºC ± 1 ºC (140
ºF ± 1.8 ºF) de 30 a 40 minutos antes de la
prueba. Con el equipo de prueba listo se re-
En el método Marshall se elaboran tres tipos de ensayes para conocer sus características volumétricas y mecánicas, a continuación se describen algunos componentes.
 Determinación de la gravedad específica.
Con el fin de determinar cuál norma se debe utilizar, se realizan pruebas de absorción a la mezcla
asfáltica compactada. Si la absorción es mayor al 2%, se recurre a la norma ASTM D1188, en caso
contrario, se emplea la norma ASTM D2726.
 Medición de estabilidad y flujo Marshall.
Debido a que la estabilidad Marshall indica la resistencia de una mezcla a la deformación, existe
una tendencia a pensar que si un valor de estabilidad es bueno, entonces un valor más alto será
mucho mejor. Para muchos materiales, su resistencia es una medida de su calidad, sin embargo, este no necesariamente es el caso de las mezclas asfálticas en caliente. Para los pavimentos
mueve el espécimen colocado en baño María
y cuidadosamente se seca a la superficie. Ubicando y centrando el espécimen en la mordaza inferior, se coloca la mordaza superior y se
centra completamente en el aparato de carga.
Posteriormente, se aplica la carga de prueba al
espécimen a una deformación constante de 51
mm (2”) por minuto, hasta la falla. El punto de
falla se define por la lectura de carga máxima
obtenida. El número total de Newtons (lb) requeridos para que se produzca la falla del espécimen deberá registrarse como el valor de
estabilidad Marshall.
Mientras la prueba de estabilidad está en proceso, si no se utiliza un equipo de registro automático, se deberá mantener el medidor de
flujo sobre la barra guía y cuando la carga empiece a disminuir se deberá tomar la lectura,
y registrarla como el valor de flujo final. La diferencia entre el valor de flujo final e inicial,
expresado en unidades de 0.25 mm (1/100”),
será el valor del flujo Marshall.
 Análisis de densidad y contenido de vacíos
Después de completar las pruebas de estabilidad y flujo, se lleva a cabo el análisis de densidad y vacíos para cada serie de especímenes
de prueba. Se debe determinar la gravedad
específica teórica máxima (ASTM D2041) para
al menos dos contenidos de asfalto, preferentemente los que estén cerca del contenido óptimo de asfalto. Un valor promedio de la gravedad específica efectiva del total del agregado,
se calcula de estos valores
Utilizando la gravedad específica y la gravedad
específica efectiva del total del agregado, así
como el promedio de las gravedades específicas de las mezclas compactadas, la gravedad
específica del asfalto y la gravedad específica teórica máxima de la mezcla asfáltica, se
calcula el porcentaje de asfalto absorbido en
peso del agregado seco, porcentaje de vacíos
(V), porcentaje de vacíos llenados con asfalto
(VFA), y el porcentaje de vacíos en el agregado
mineral (VAM).
Los vacios (V), son las pequeñas bolsas de aire que se encuentran entre las partículas de agregado
revestidas de asfalto. Los vacios en el agregado mineral (VAM), están definidos por el espacio intergranular de vacios que se encuentra entre las partículas de agregado de la mezcla compactada,
incluyendo los vacios de aire y el contenido efectivo de asfalto, y se expresan como un porcentaje
del volumen total de la mezcla. Los vacios llenos de asfalto (VFA), son el porcentaje de vacios intergranulares entre las partículas de agregado (VAM) que se encuentran llenos de asfalto.
 Análisis de los resultados y determinación del contenido optimo de asfalto.
Se trazan los resultados de los ensayes en graficas, para poder entender las características particulares de cada probeta usada en la serie. Mediante el estudio de las graficas se puede determinar cual probeta de la serie cumple mejor los criterios establecidos en el diseño de la mezcla. Las
proporciones de asfalto y agregado, se convierten en las proporciones a utilizar en la mezcla final.
A continuación se presentan los resultados y las graficas del ensaye Marshall (ver Figura 7 y 8).
Cada gráfica tiene trazados los resultados de las diferentes pruebas elaboradas. Los valores de
estos resultados están representados por puntos. Las graficas muestran los valores de la densidad, los valores de la estabilidad, los porcentajes de vacios (V), los porcentajes de vacios en el
agregado mineral (VAM), los valores del flujo y los porcentajes de vacios llenos de asfalto (VFA).
En cada gráfica los puntos que representan los diferentes valores son conectados mediante líneas
para formar curvas suaves
mínimo y luego aumenta conforme aumenta el contenido de asfalto.
El porcentaje de vacios llenos de asfalto (VFA) aumenta con aumentos en el contenido de asfalto.
 La curva para la densidad de la mezcla es similar a la de la estabilidad, excepto que la densidad
máxima se presenta a un contenido de asfalto ligeramente mayor que el que determina la máxima
estabilidad.
 Hasta cierto punto, los valores de estabilidad y el flujo, aumentan a medida que el contenido de
asfalto aumenta. Más allá de ese punto, la estabilidad y el flujo disminuyen con cualquier aumento
en el contenido de asfalto.
El contenido de asfalto en la mezcla final del pavimento se determina a partir de los resultados
graficados. Primero se determina el contenido de asfalto para el cual el contenido de vacios es de
4%. Posteriormente se evalúan todas las propiedades calculadas y medidas para este contenido
de asfalto y se comparan con los criterios de diseño previamente establecidos (especificaciones).
Al observarse las graficas del ensaye, se puntualiza que se presentan varias tendencias que pueden resumirse de la siguiente manera:
Si se cumplen todos los criterios, este es el contenido óptimo del diseño del asfalto, de lo contrario,
será necesario realizar algunos ajustes o volver a diseñar la mezcla.
 El porcentaje de vacio (V), disminuye a medida que aumenta el contenido de asfalto.
El diseño de la mezcla seleccionado para ser usado en un pavimento es, generalmente, aquel que
cumple de la manera más económica con todos los criterios establecidos. Sin embargo, no se deberá diseñar una mezcla para optimizar una propiedad en particular.
 El porcentaje de vacios en el agregado mineral (VAM) generalmente disminuye hasta un valor
Cualquier variación en los criterios de diseño, deberá ser permitida solo bajo circunstancias poco
usuales, a no ser que el comportamiento en servicio de una mezcla en particular indique que dicha
mezcla alternativa es satisfactoria.
3.3.2. Método Hveem para mezclas de
granulometría densa.
Los conceptos del método Hveem fueron desarrollados por Francis N. Hveem, Ingeniero
de Materiales e Investigación en la División de
Carreteras de California, E.U.A. en 1940. El
método se enfoca en la determinación de un
contenido aproximado de asfalto por medio
del ensaye Equivalente Centrifugo de Kerosene
(CKE) y posteriormente el sometimiento de los
especímenes, con este y con menores y mayores contenidos de asfalto, a un ensayo de
estabilidad. Además se efectúa un ensayo de
expansión sobre un espécimen que ha sido expuesto al agua.
Los procedimientos que el método Hveem utiliza para determinar el contenido óptimo de asfalto son:
1. Ensayo equivalente centrifugo de Korosene,
para determinar un contenido aproximado de
asfalto.
2. Preparación de especímenes de ensaye con
el contenido aproximado de asfalto y con contenidos mayores y menores que el aproximado.
3. Ensaye de estabilidad, para evaluar la resistencia a la deformación.
4. Ensaye de expansión, para determinar el
efecto del agua en el cambio de volumen y en
la permeabilidad del espécimen.
Los procedimientos detallados que deben seguirse, están descritos en las normas AASHTO
T-246 y T-247, ASTM D-1559 y D-1561.
El primer paso, en el método de diseño Hveem,
es determinar las cualidades de estabilidad,
durabilidad, trabajabilidad, resistencia al deslizamiento, etc. que debe tener la mezcla y seleccionar un tipo de agregado y un tipo compatible de asfalto que puedan combinarse para
producir esas cualidades.
Los procedimientos preliminares en los agrega-
dos, incluyen el secar el agregado, determinar
sus gravedad especifica, realizar un análisis
granulométrico por lavado, determinar el área
superficial del agregado y la capacidad superficial del agregado grueso; lo anterior con el fin
de determinar las características de los agregados pétreos.
La determinación del área superficial de los
agregados es importante, porque el área superficial de un agregado, junto con su capacidad superficial, es el parámetro usado para
aproximar el contenido de asfalto de la mezcla.
La capacidad superficial de un agregado es su
capacidad para retener una capa de asfalto.
El ensayo Equivalente Centrifugo de Kerosene
(CKE) es usado para determinar un contenido aproximado de asfalto para un agregado.
El procedimiento CKE suministra un índice llamado factor “K” que indica, basado en la porosidad, la rugosidad relativa de partícula y la
capacidad superficial.
Los factores “K” son determinados por medio
de ensayos que miden la cantidad de aceite retenido en la fracción gruesa de un agregado y
la cantidad retenida en la fracción fina. Los factores son luego combinados en un solo factor
que representa el compuesto de agregado.
Este factor individual, junto con el área superficial del agregado, es posteriormente usado
para determinar un contenido aproximado de
asfalto a partir de una serie de gráficos. Posteriormente, se preparan los especímenes de
las posibles mezclas de pavimentación; cada
una contiene una ligera cantidad diferente de
asfalto.
Los contenidos de asfalto usados en los especímenes, son los contenidos sugeridos por los
datos de los ensayos de área superficial y capacidad superficial. La proporción de agregados de las mezclas es formulada a partir de los
resultados de los análisis de tamices en seco.
Las especímenes se preparan de la siguiente
manera:
 Una con el contenido de aproximado de asfalto.
 Dos con contenidos de 0.5 y 1.0 por ciento
más que el aproximado.
 Una con un contenido de 0.5 por ciento menos que el aproximado.
El procedimiento para la preparación es el siguiente:
Este último puede ser calculado a partir de los
pesos específicos del asfalto y el agregado de
la mezcla, con un margen apropiado para tener
en cuenta la cantidad de asfalto absorbido por
el agregado; o directamente mediante el ensayo AASHTO T-209, efectuado sobre la muestra
de mezcla sin compactar.
Un diseño de mezcla asfáltica, debe estar dirigido a proporcionarle al pavimento una adecuada resistencia al agua para garantizar su
durabilidad. El ensayo de expansión (ver Figura 10), mide la cantidad de agua que se filtra
dentro o a través de una probeta, y la cantidad
de expansión que el agua causa. También mide
la permeabilidad de la mezcla su capacidad de
permitir que el agua pase a través de ella.
1. El asfalto y el agregado se calientan y mezclan, completamente, hasta que todas las
partículas del agregado sean revestidas. Esto
simula los procesos de calentamiento y mezclado que ocurre en la planta.
2. La mezcla resultante es colocada en un horno a 60ºC por un periodo de quince horas para
simular el almacenamiento de la mezcla en la
planta y el tiempo trascurrido entre la producción y la colocación de la mezcla. Esto permite que el asfalto se “envejezca” ligeramente y
también permite cualquier observación de asfalto en el agregado, lo cual seguramente ocurrirá durante la producción y colocación de la
mezcla.
3. La mezcla es calentada a 100ºC para simular
la temperatura de compactación.
4. Luego la mezcla es colocada en un molde de
compactación y apisonada con una varilla de
punta redondeada. El varillado, ayuda a garantizar una compactación uniforme de la mezcla
bajo las condiciones de laboratorio.
5. Un compactador mecánico es usado para
compactar la mezcla, simulando la compactación por rodillo del pavimento real.
Existen tres procedimientos en el método del
ensayo Hveem estos son:
●Un ensayo de estabilómetro.
●Una determinación de densidad.
●Un ensayo de expansión.
El Ensayo de Estabilómetro (ver Figura 9),
está diseñado para medir la estabilidad de una
mezcla de prueba bajo esfuerzos específicos.
El espécimen compactado es colocado dentro
del estabilómetro, en donde está rodeada por
una membrana de caucho. Una carga vertical
es impuesta sobre el espécimen y la presión
lateral (horizontal) resultante es medida.
La presión vertical simula los efectos de la repetición de las cargas de ruedas neumáticas
bajo un período largo. Los resultados del estabilómetro dependen, en gran parte, de la fricción interna (resistencia) de los agregados, y
es un menor grado, de la consistencia del asfalto.
Los vacíos son las pequeñas bolsas de aire que
encuentran entre las partículas de agregado
revestidas de asfalto. El porcentaje de vacíos
se calcula a partir del peso específico total de
cada espécimen compactado y de la gravedad
específica teórica de la mezcla de pavimentación (sin vacíos).
Los resultados del ensaye del estabilómetro,
la densidad total y los contenidos de vacios,
son registrados en una hoja de cálculo y son
trazados en graficas. Cada punto de la grafica
representa el valor obtenido por un espécimen,
o serie, en un ensayo. Los puntos son conectados por medio de una línea continua para formar una curva suave. Dichas graficas, al igual
que en el ensaye Mashall, son utilizadas para
comparar las características de los especímenes de ensayo.
El contenido óptimo de asfalto, es normalmente el porcentaje más alto que la mezcla pueda
acomodar, sin reducir la estabilidad o el contenido de vacios por debajo de los valores mínimos. El contenido óptimo de asfalto se determina al comparar las tres características de la
mezcla: los valores del estabilómetro, los porcentajes de vacios y la tendencia a la exudación.
Una exudación se considera leve, si la superficie del espécimen presenta un ligero lustre; se
considera moderada, si hay una cantidad suficiente de asfalto libre que aparentemente causa que un papel se pegue a la superficie, pero
no se nota ninguna deformación en el espécimen. Y por último, la exudación superficial se
considera fuerte, si hay suficiente asfalto libre
para causar burbujas superficiales, o deformación en el espécimen, después de la compactación.
3.3.3. Método Cántabro para mezclas de
granulometría abierta
En 1979 se iniciaron en el Laboratorio de Caminos de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos de la
Universidad de Santander, los estudios encaminados a la caracterización de las mezclas
bituminosas de granulometría abierta para su
empleo en capas de rodamiento.
La caracterización de estas mezclas en laboratorio presentó problemas importantes, siendo
el principal de ellos la falta de procedimientos
y métodos de ensayo que permitiesen estudiar su comportamiento mecánico. Esta falta
de ensayos se debía a la diferencia de propiedades que presentan estas mezclas respecto
a los materiales convencionales empleados en
la construcción de carreteras. Normalmente, la
propiedad más perseguida en estos materiales es su estabilidad y los ensayos son los que
la evalúan. Igual ocurre con la mayoría de los
métodos de dosificación y proyecto de mezclas,
basados en la obtención de la estabilidad máxima.
Sin embargo, en el caso de las mezclas porosas
las propiedades buscadas nada tienen que ver
con su estabilidad, puesto que interesan otras
propiedades y características más acordes con
los fines buscados y las solicitaciones a que
van a estar sometidas. La escasa idoneidad
que ofrecen los ensayos mecánicos tradicionales para evaluar la cohesión y resistencia a la
disgregación de las mezclas porosas, motivó el
desarrollo del ensayo cántabro de pérdida por
desgaste.
El proyecto de estas mezclas se plantea como
un compromiso claro entre su permeabilidad y
su resistencia a la disgregación. Una disminución de los finos y del porcentaje de contenido
de asfalto, lleva consigo un aumento de la permeabilidad, pero también una disminución de
su cohesión y resistencia a la disgregación.
Para la determinación del contenido óptimo de
asfalto en una mezcla de granulometría abierta
y drenante, se prepara como mínimo tres especímenes por cada contenido de cemento asfaltico, siguiendo el procedimiento de fabricación
dado en el ensayo Marshall (ASTM D-1559);
posteriormente, cada espécimen que es preparado con 50 golpes por lado, se somete al
desgaste en la máquina de los ángeles a 300
revoluciones, previo a mantener los especímenes a una temperatura de 25ºC por seis horas.
El contenido de cemento asfaltico para cada
grupo de probetas varia de 0.5 %, dos puntos bajo y dos puntos sobre el porcentaje para
este tipo de mezclas de (4 a 5 % sobre el peso
del agregado). A estas se les realiza la determinación de la gravedad específica para mezclas de granulometría abierta (ASTM D-3203),
la gravedad especifica máxima teórica (ASTM
D-2041), análisis de vacios (ASTM D-3203) en
base a los parámetros anteriores, determinación de la pérdida por desgaste de la probetas
mediante el empleo de la Máquina de los Ángeles (sin carga abrasiva), a 300 revoluciones,
luego de mantener las probetas a 25ºC por el
tiempo de 6 horas (ver Figura 12).
Con los datos obtenidos se grafican las relaciones densidad, porcentaje de vacíos y porcentaje de desgaste de los especímenes, versus porcentaje de cemento asfáltico. A continuación
se presenta las graficas (ver Figuras 13, 14 Y
15) de un ejemplo del método Cántabro.
Analizando los resultados se puede observar
claramente que mediante el ensayo Cántabro
podemos determinar qué clase de mezcla asfáltica se está produciendo y que porcentaje
de asfalto es el óptimo para esta determinada
mezcla (ver Tabla 1).
3.3.4. Tendencias del diseño de mezclas a
nivel internacional.
El método Superpave (Superior Performing
Asphalt Pavement) es el resultado de las investigaciones realizadas por el programa SHRP
(Strategic Highway Research Program) emprendido por la administración Federal de Carreteras (FHWA) en los Estados Unidos.
Debido al surgimiento de esta práctica actual,
el diseño de mezclas asfálticas en caliente, se
encuentra en una etapa de redefinición, en su
marco conceptual. El programa surgió con el
fin de mejorar el desempeño y durabilidad de
las carreteras, volviéndolas más seguras, tanto
para automovilistas como para los trabajadores de las mismas.
El sistema Superpave, representa un sistema
provisto para especificar cemento asfáltico y
agregado mineral, desarrollar diseños de mezclas asfálticas, analizar y establecer predicciones de desempeño del pavimento, y que tiene
como objetivo final contribuir a lograr pavi-
mentos más durables, y minimizar los costos
de conservación y operación de los vehículos
que hagan uso de la infraestructura carretera.
Junto con el desarrollo del sistema surgen
nuevos equipos tanto para ensayes de cementos asfálticos, como para la elaboración de la
compactación de la mezcla asfáltica. Teniendo
como fin la sustitución de los métodos antiguos
de diseño de mezclas asfálticas, de ahí la importancia del análisis y la consideración de esta
nueva metodología.
El sistema SUPERPAVE desarrolló no sólo un
nuevo equipo de compactación (compactador
giratorio SUPERPAVE, SGC (ver Figura 16),
sino también un nuevo sistema de clasificación de los cementos asfálticos mediante innovadores equipos de ensaye, como la Vasija de
Envejecimiento a Presión PAV, (ver Figura 17),
Reómetro de Corte Dinámico DSR (ver Figura
18), Reómetro de Viga en Flexión BBR (ver Figura 19), ensaye de Tensión Directa IDT (ver
Figura 20), y el mejoramiento de otros como el
Viscosímetro Rotacional RV (ver Figura 21), y
el Horno de Película Delgada Rotatoria (RTFO).
El sistema Superpave proporciona nuevas especificaciones para:
 Asfaltos.
 Agregados.
 Nuevos métodos de diseño de mezclas asfálticas.
 Nuevos modelos de predicción del comportamiento.
A continuación se describen las tendencias del
diseño de mezclas a nivel internacional.
El sistema SUPERPAVE desarrolló un nuevo
equipo de compactación (compactador giratorio SUPERPAVE, SGC)
Enfocado en producir una mezcla que se comporte adecuadamente, el primer paso del análisis Superpave, involucra la selección cuidadosa
de los materiales y el proporcionamiento volumétrico de los mismos.
Los niveles superiores de análisis requieren la
utilización de sofisticados ensayos, gran parte
de los cuales aun se encuentran siendo perfeccionados. Estos niveles apuntan a determinar
con precisión el comportamiento futuro de la
estructura del pavimento ante variables como
el clima y el tráfico.
El método Superpave está compuesto por tres
niveles. Debido a que el análisis y el diseño
de una mezcla en el sistema Superpave son
complejos, la extensión del uso de esta metodología, depende del nivel de tránsito y de la
función de la mezcla en el pavimento. A continuación se presentan los distintos niveles
considerados para el análisis y diseño de las
mezclas asfálticas en caliente mediante dicha
metodología (ver Tabla 2).
 Primer Nivel: Este nivel requiere el diseño
volumétrico, el cual involucra los siguientes aspectos:
• Selección del tipo de asfalto.
•
Selección de las propiedades de los agregados.
• Preparación de especímenes de ensayo.
• Selección del contenido de asfalto.
Esta actividad se basa en la estimación de las
propiedades volumétricas de la mezcla: contenido de vacíos de la mezcla (Va), vacíos en
el agregado mineral (VMA) y vacíos llenos de
asfalto (VFA).
El sistema SUPERPAVE desarrolló un nuevo sistema de clasificación de los cementos asfálticos mediante innovadores equipos de ensaye,
como la Vasija de Envejecimiento a Presión
(PAV), Reómetro de Corte Dinámico (DSR),
Reómetro de Viga en Flexión (BBR) y ensaye
de Tensión Directa (IDT).
 Nivel Intermedio: Este nivel utiliza como
punto inicial el análisis volumétrico del nivel
anterior. Los ensayos establecidos para el nivel
intermedio de análisis son:
• Ensayo de corte.
• Ensayo de tensión indirecta.
Son realizados varios ensayos para lograr de
esta manera una serie de predicciones del
comportamiento de la mezcla.
 Nivel Avanzado.
Incluye la totalidad de los pasos realizados en
los niveles anteriores, pero se realizan pruebas adicionales de ensaye de corte y tensión
directa, con una diversa gama de temperaturas. Un completo análisis de la mezcla, utiliza
especímenes confinados y ofrece un mayor y
más confiable nivel de predicción del comportamiento de la misma.
Utilizando la metodología Superpave, los resultados de los ensayos de comportamiento de las
mezclas asfálticas permiten estimar con gran
precisión el comportamiento del pavimento durante el transcurso de su vida útil, en términos
de ejes equivalentes (ESALs). De la misma manera, permite estimar la cantidad de ejes equivalentes para alcanzar cierto nivel de resistencia al desplazamiento, a grietas por fatiga o a
grietas por bajas temperaturas.
Típicamente se utilizan pasos aislados para la
selección de asfaltos y materiales agregados y
dirigen los procedimientos de diseño de mezclas para combinarlos. El diseño de mezcla de
Superpave integra la selección de material y el
diseño en procedimientos basados en el clima
y el tráfico del proyecto.
Las propiedades de los agregados minerales
son obviamente importantes para el desempeño de la mezcla asfáltica. Sin embargo, los
métodos Marshall y Hveem no incorporan los
criterios de los agregados en sus procedimientos. Los cuales si se incorporan dentro de los
diseños de Superpave.
En el sistema Superpave se especifican dos tipos de propiedades de los agregados: de fuente y de consenso.
 Las propiedades de consenso son aquellas
en donde las investigaciones de SHRP creen
que son críticas para alcanzar un alto desempeño de la mezcla asfáltica en caliente. Estas
propiedades deben ser obtenidas a varios niveles dependiendo del volumen de tráfico y la
posición del pavimento.
Los altos niveles de tráfico y las mezclas de la
superficie (posición superficial de los pavimentos) requieren valores más estrictos de propiedades de consenso.
Muchas entidades encargadas del transporte,
ya utilizan estas propiedades como un requerimiento de calidad para los agregados utilizados
en la mezcla asfáltica.
Las propiedades de consenso son angulosidad
de los agregados gruesos, angulosidad de los
agregados finos, partículas alargadas y planas,
y el contenido de arcilla (equivalente de arena).
Mediante la especificación de la angulosidad de
los agregados finos y gruesos, el sistema Superpave busca alcanzar una mezcla asfáltica en
caliente con alto grado de fricción interna y así
obtener mayor fuerza en las esquilas para la
resistencia a las roderas.
La limitación de las piezas alargadas asegura
que la mezcla no sea susceptible a fracturas
durante el manejo de construcción y el tráfico.
La limitación de la cantidad de arcilla hace crecer la adhesión entre el asfalto y los agregados.
 Las propiedades del origen o fuente, son
aquellas que se utilizan frecuentemente para
calificar la fuente de los agregados. Mientras
estas propiedades son importantes, los valores críticos son especificados de acuerdo a la
fuente.
Las propiedades de origen de Superpave son la
dureza, pureza y la elasticidad de los materiales. La dureza es medida mediante la prueba
de abrasión (Desgaste Los Angeles). La pureza
es medida mediante la prueba de pureza de
sulfato de magnesio. La elasticidad de los materiales mediante las pruebas de grumos de arcilla y fiabilidad.
Para determinar el tipo de granulometría de los
agregados, Superpave utiliza el gráfico de graduación de poder de 0.45, que controla los límites de en una zona restringida para desarro-
llar el diseño de la estructura de los agregados
(ver Figura 23).
Esta estructura debe pasar entre los puntos de
control graduado mientras restringe la zona de
graduación. La zona restringida es utilizada por
Superpave para eliminar las mezclas que tienen una alta porción de arena fina con relación
a la arena total y para evitar graduaciones que
sigan la línea de máxima densidad, que normalmente no tienen vacíos adecuados en los
agregados minerales (VAM).
En muchas instancias, la zona restringida elimina el uso de arena fina en una composición de
agregados e incrementa el uso de arena limpia
manufacturada. El diseño de la estructura de
los agregados asegura que los agregados van
a desarrollar un esqueleto de piedra fuerte que
resista la deformación permanente mientras
permite los suficientes espacios de vacíos que
favorezcan la durabilidad.
Para el diseño de mezcla mediante el sistema
Superpave, existen dos nuevos elementos, las
pruebas de desempeño y los diseños de compactación. Los diseños de compactación van
acompañados del compactador giratorio de Superpave (SGC). El SGC comparte algunas características con los compactadores actuales,
pero tiene características operacionales completamente nuevas. Mientras su propósito principal es la compactación de muestras, el SGC
puede ofrecer información sobre la compactación de una mezcla en particular mediante la
captura de datos durante la compactación.
El SGC, puede utilizarse para diseñar mezclas
que no presenten un comportamiento delicado
y que no se densifican en forma peligrosa con
bajos contenidos de vacíos de aire bajo la acción del tráfico.
Esto está acompañado de la perdida de muestras de la mezcla, antes de la compactación con
SGC, deben ser horneadas por cuatro horas a
135°C para simular los retrasos que pueden
ocurrir durante la construcción.
La metodología SUPERPAVE debe sustituir, en
el corto plazo, a los métodos tradicionales para
mezclas asfálticas actualmente en uso en México (Marshall, Hveem); es por ello que resulta
necesario analizar con detalle todo este nuevo
conocimiento para poder adaptar las nuevas
tecnologías asociadas a las necesidades especificas de la región.
3.4. Diseño de mezclas de concreto hidráulico
Los procedimientos de prueba y los modelos
de predicción del desempeño han sido desarrollados de forma tal, que permita al ingeniero
estimar la vida útil de la mezcla asfáltica, en
términos del equivalente de ejes sencillos de
carga (ESAL’s). Se han desarrollado dos nuevas
pruebas de desempeño, el Probador de Esfuerzo Cortante de Superpave (SST) y el Probador
de Tensión Indirecta (IDT). La información que
proporciona esta prueba es utilizada para los
modelos de predicción de desempeño y estimar la vida útil del pavimento actual (milímetros de roderas).
El proporcionamiento de mezclas de concreto,
más comúnmente llamado diseño de mezclas
es un proceso que se resume en los siguientes
dos pasos:
El diseño y procedimientos de análisis de mezcla de Superpave, dependen para su uso del
nivel de tráfico para el cual son diseñados los
pavimentos. El diseño volumétrico es utilizado
para todos los proyectos de pavimentos y contempla las pruebas de compactación utilizando
el SGC y la selección del contenido de asfalto
de acuerdo a los requerimientos volumétricos
del diseño.
Por su ubicación, y por estar dentro de su área
de influencia, el método de diseño de mezclas
de concreto más utilizado en México es el del
Instituto Americano del Concreto (ACI, por sus
siglas en inglés).
El grado de desempeño de la mezcla asfáltica,
inmediato a la construcción es influenciado por
los resultados de las propiedades de la mezcla
en caliente y la compactación. Consecuentemente, un protocolo corto de envejecimiento
se incorpora dentro del sistema de Superpave.
1. Selección de los ingredientes convenientes
(cemento, agregados, agua y aditivos).
2. Determinación de sus cantidades relativas
“proporcionamiento” para producir, tan económico como sea posible, un concreto de trabajabilidad, resistencia a la compresión y durabilidad apropiada para el proyecto.
Cuando el concreto hidráulico se usa en la
construcción de pavimentos, particularmente
para la infraestructura carretera, las condiciones de calidad establecidas son muy diferentes a las requeridas para usos más comunes de
este material.
Aunque la resistencia a la compresión sigue
siendo importante, garantizar un módulo de
ruptura adecuado a las condiciones de uso, es
una característica fundamental para el caso de
los concretos para pavimentos. La durabilidad,
la resistencia al desgaste y otras, son características que se vuelven importantes, a diferencia de aquellas que se requieren en la construcción de edificios.
Aunque hay muchas propiedades importantes
del concreto, la mayor parte de procedimientos de diseño, están basados principalmente
en lograr una resistencia a compresión para
una edad especificada así como una trabajabilidad apropiada. Además, comúnmente se
asume, que si se logran estas dos propiedades las otras propiedades del concreto también
serán satisfactorias (excepto la resistencia al
congelamiento y deshielo u otros problemas
de durabilidad tales como resistencia al ataque
químico).
El procedimiento para el diseño de mezclas de
concreto hidráulico es el siguiente:
1. Estudio detallado de los planos y especificaciones técnicas de proyecto.
2. Selección de la resistencia a compresión o
flexión promedio.
3. Selección del revenimiento, cuando este no
se especifica el método del ACI incluye una tabla en la que se recomiendan diferentes valores de revenimientos de acuerdo con el tipo de
construcción.
4. La elección del tamaño máximo del agregado, debe considerar la separación de las juntas,
espesor de la losa y el espacio libre entre varillas individuales o paquetes de ellas. Por consideraciones económicas es preferible el mayor
tamaño disponible, siempre y cuando se utilice
una trabajabilidad adecuada.
5. El método presenta una tabla con los contenidos de agua recomendados en función del
asentamiento requerido y el tamaño máximo
del agregado, considerando concreto con y sin
aire incluido.
6. Para el cálculo de la resistencia, se proporciona una tabla con los valores de la relación
agua-cemento de acuerdo con la resistencia a
la compresión a los 28 días que se requiera,
esta debe exceder la resistencia especificada
con un margen suficiente para mantener dentro de los límites especificados las pruebas con
valores bajos.
dades, las otras propiedades del concreto también serán satisfactorias (excepto la resistencia
al congelamiento y deshielo u otros problemas
de durabilidad tales como resistencia al ataque
químico).
7. El contenido de cemento se calcula con la
cantidad de agua determinada en el paso tres
y la relación agua-cemento obtenida en el paso
cuatro.
 Economía
El costo del concreto es la suma del costo de los
materiales, de la mano de obra empleada y de
la maquinaria y equipo utilizados. Sin embargo, excepto para algunos concretos especiales,
el costo de la mano de obra y la maquinaria
son muy independientes del tipo y calidad del
concreto producido. Por lo que los costos de los
materiales son los más importantes y los que
se deben tomar en cuenta para comparar mezclas diferentes.
8. El método ACI presenta una tabla con el volumen del agregado grueso por volumen unitario de concreto, depende del tamaño máximo
nominal de la grava y del módulo de finura de
la arena.
9. Hasta el paso anterior se tienen estimados
todos los componentes del concreto excepto el
agregado fino, cuya cantidad se calcula por diferencia, es posible emplear cualquiera de los
dos procedimientos siguientes: por masa o por
volumen absoluto.
10. Luego se deben ajustar las mezclas por humedad de los agregados, el agua que se añade
a la mezcla se debe reducir en cantidad igual a
la humedad libre contribuida por el agregado,
es decir humedad total menos absorción.
11. El último paso se refiere a los ajustes a las
mezclas de prueba, en las que se debe verificar
el peso volumétrico del concreto, su contenido
de aire, la trabajabilidad apropiada mediante
el revenimiento y la ausencia de segregación
y sangrado, así como las propiedades de acabado.
Hay muchas propiedades importantes del concreto, la mayor parte de procedimientos de diseño, están basados en lograr una resistencia
a compresión para una edad especificada; así
como una trabajabilidad apropiada.
Se asume, que si se logran estas dos propie-
Sin embargo, es necesario tomar en cuenta
ciertas consideraciones básicas de diseño.
Cabe mencionar y subrayar que el cemento es
más costoso que los agregados, por lo tanto,
debe ser claro que, minimizar el contenido del
cemento en el concreto es el factor más importante para reducir el costo del concreto. En
general, esto se puede lograr de las siguientes
formas:
•
•
•
•
Utilizando el menor revenimiento que permita una adecuada colocación.
Utilizando el mayor tamaño máximo del
agregado (respetando las limitaciones indicadas en las especificaciones del proyecto).
Utilizando una relación óptima del agregado
grueso al agregado fino.
Y cuando sea necesario utilizando un aditivo
conveniente.
 Trabajabilidad
Un concreto apropiadamente diseñado debe ser
colocado y compactado apropiadamente con el
equipo disponible. El acabado que permite el
concreto debe ser el requerido y la segregación
y sangrado deben ser minimizados. En general,
el concreto debe ser suministrado con la trabajabilidad mínima que permita una adecuada
colocación. La cantidad de agua requerida por
trabajabilidad dependerá principalmente de las
características de los agregados en lugar de las
características del cemento.
Cuando la trabajabilidad debe ser mejorada,
el rediseño de la mezcla debe consistir en incrementar la cantidad de mortero en lugar de
incrementar simplemente el agua y los finos
(cemento). Debido a esto es esencial una cooperación entre el diseñador y el constructor
para asegurar una buena mezcla de concreto.
 Resistencia y durabilidad
Las especificaciones del concreto requerirán
una resistencia mínima a flexo-compresión.
Estas especificaciones también podrían imponer limitaciones en la máxima relación agua/
cemento (a/c) y el contenido mínimo de cemento. Es importante asegurar que estos requisitos no sean incompatibles.
Por otro lado, no necesariamente la resistencia
a compresión a 28 días será la más importante, debido a esto la resistencia a otras edades
podría controlar el diseño. Las especificaciones también podrían requerir que el concreto
cumpla ciertos requisitos de durabilidad, tales
como resistencia al congelamiento y deshielo
ó ataque químico. Estas consideraciones podrían establecer limitaciones adicionales en la
relación agua cemento (a/c), el contenido de
cemento y en adición podría requerir el uso de
aditivos.
Por otro lado, es necesario señalar que en adición al costo, hay otros beneficios relacionados
con un bajo contenido de cemento. En general,
las contracciones serán reducidas y habrá menor calor de hidratación. Sin embargo, en este
sentido, se debe tener mucho cuidado en la
dosificación del concreto, ya que un contenido
muy bajo de cemento, disminuirá la resistencia temprana del concreto y la uniformidad del
concreto será una consideración crítica.
La economía de un diseño de mezcla en particular también debe tomar en cuenta, el grado
de control de calidad que se espera en la obra,
ya que debido a la variabilidad inherente del
concreto, la resistencia promedio del concreto
producido, debe ser más alta que la resistencia
a compresión mínima especificada. Por lo que
en las obras de pavimentos, se requiere implementar un extenso control de calidad, para
el cual su objetivo será lograr un concreto con
una mejor relación costo – eficiencia.
Por lo tanto, el proceso de diseño de una mezcla, engloba cumplir con todos los requisitos
antes vistos.
Así mismo, y debido a que no todos los requerimientos pueden ser optimizados simultáneamente, es necesario compensar unos con
otros, por ejemplo, puede ser mejor emplear
una dosificación que para determinada cantidad de cemento no tiene la mayor resistencia
a compresión o flexión, pero sin embargo, aun
cumpliendo con lo especificado en la resistencia, se tiene una mayor trabajabilidad.
Posteriormente se determina la variabilidad de
la resistencia del concreto, en base al nivel de
control de calidad del proceso de mezclado en
la obra.
Este procedimiento considera nueve pasos
para el proporcionamiento1 de mezclas de concreto normal, incluidos el ajuste por humedad
de los agregados y la corrección a las mezclas
de prueba.
Finalmente cabe mencionar, que incluso la
mezcla perfecta no producirá un concreto apropiado si no se lleva a cabo procedimientos adecuados de colocación, acabado y curado, así
como un estricto control de calidad.
Los requerimientos necesarios para el diseño
de mezclas de concreto hidráulico:
 Análisis granulométrico de los agregados.
 Peso unitario compactado de los agregados
(fino y grueso).
 Peso específico de los agregados (fino y
grueso).
 Contenido de humedad y porcentaje de absorción de los agregados (fino y grueso).
 Perfil y textura de los agregados.
 Tipo y marca del cemento.
 Peso específico del cemento.
 Relaciones entre resistencia y la relación
agua/cemento, para combinaciones posibles
de cemento y agregados.
En el método del ACI el revenimiento es un
dato que sirve de base para diseñar las mezclas
de concreto. Se determinan primero el agua de
la mezcla de acuerdo con el revenimiento y el
tamaño máximo del agregado, después la cantidad de la grava, el último de los componentes
se calcula por diferencia.
1 Para mayor información sobre el método, ver “Proporcionamiento de mezclas, ACI 211.1”, IMCUC, México, 2004.
UNIDAD 4. LOS PROCESOS CONSTRUCTIVOS Y SU CONTROL DE CALIDAD BAJO LA NORMATIVIDAD
SCT
Objetivo
Al término de la unidad el participante será capaz
de identificar los diferentes procesos constructivos
utilizados en los pavimentos, así como las diferentes pruebas aplicables para control de calidad de los
pavimentos con afinidad a la normatividad SCT.
Las fuentes pueden ser afloramientos de roca
cercanos o depósitos de material granular, adyacentes al camino, o dentro del derecho de
vía. El ensanchamiento del camino o el abatimiento de la pendiente del camino en zonas
rocosas fracturadas pueden producir buenos
materiales de construcción en una zona que ya
está afectada por las actividades de construcción (ver Figura 1).
4.1. Tratamientos de los materiales.
En lo referente a la construcción y modernización de la infraestructura carretera, se tiene
que los costos más altos corresponden a los
materiales pétreos, por lo que la localización y
selección de estos materiales, se convierte en
uno de los problemas fundamentales del ingeniero especialista en vías terrestres. La experiencia cotidiana ha demostrado que si se da
a estas actividades la importancia que merecen se puede localizar depósitos de materiales apropiados muy cerca del lugar donde se
utilizaran. En este sentido, el uso de fuentes
de abastecimiento de materiales locales, puede
dar lugar a importantes ahorros en los costos
de un proyecto, en comparación con el costo de
acarreo desde fuentes lejanas. Sin embargo, la
calidad de los materiales siempre debe ser la
adecuada.
De acuerdo a la Normatividad de la SCT, “los
bancos de materiales son las excavaciones a
cielo abierto destinadas a extraer material para
la formación de cuerpos de terraplenes, ampliaciones de las coronas, bermas o tendido de
los taludes de terraplenes existentes, capas
subyacentes o subrasantes, terraplenes reforzados, rellenos de excavaciones para estructuras o cuñas de terraplenes contiguas a estructuras, capas de pavimento, protección de obras
y trabajos de restauración ecológica, así como
para la fabricación de mezclas asfálticas y de
concretos hidráulicos”.
El equipo que se utiliza para la explotación de
los bancos, debe ser el adecuado para obtener
los materiales con las características especificadas en el proyecto, además se deberá producir en cantidad suficiente para satisfacer el volumen establecido en el programa de ejecución
de la obra, el cual deberá tener congruencia
con el programa de utilización de maquinaria,
siendo un aspecto muy importante la selección
de dicha maquinaria.
En general, los bancos de materiales pueden
producir impactos negativos importantes, incluyendo la producción de sedimentos de un
área grande desgastada por erosión, un cambio en el uso del suelo, impactos en la vida
silvestre, problemas de seguridad e impactos
visuales. Es por ello que la planeación del si-
tio de un banco de materiales, su ubicación y
su explotación deberá generalmente llevarse a
cabo en combinación con un Análisis Ambiental para determinar la idoneidad del sitio y las
limitaciones.
Se debe preparar un Plan de Desarrollo de Bancos para cualquier explotación de bancos de
materiales a fin de definir y controlar el uso del
sitio y de los materiales que se van a extraer.
En un plan típico de desarrollo se define la ubicación del depósito de materiales, el equipo de
trabajo, las áreas de almacenamiento y de extracción, los caminos de acceso, los límites de
la propiedad, los recursos hídricos, la geometría final del banco y de los taludes circundantes.
La extracción de los materiales del banco puede dar lugar a importantes cambios a largo plazo en el uso del suelo, por lo que se necesita un
buen análisis del sitio. Los depósitos fluviales
de gravas o los depósitos de terrazas de ríos
generalmente se usan como bancos de materiales. Idealmente, los depósitos en los arroyos o en los ríos o cercanos a éstos no deberán usarse. La extracción de grava en cauces
de arroyos con corriente puede causar daños
importantes a la vía fluvial, tanto en el lugar
como aguas abajo (o aguas arriba) del sitio.
Sin embargo, puede ser razonable retirar ciertos materiales del canal previo al estudio adecuado del sistema fluvial y teniendo cuidado en
la operación. Algunos depósitos en barras de
grava o en terrazas pueden resultar adecuados como bancos de materiales, sobre todo si
están por encima del canal activo. El equipo
no se debe operar dentro del agua. La regeneración del sitio es necesaria una vez concluida
la extracción de los materiales, y la rehabilitación deberá formar parte integral del desarrollo
del sitio. Dentro de los trabajos previos a la
explotación de los bancos, podemos mencionar: la delimitación de la zona de excavación,
es decir, antes de abrir un frente en el banco,
se delimitará la zona por excavar mediante estacas u otras referencias; el Desmonte y Des-
palme, la zona por excavar, se Desmontará y
Despalmará según lo establecido en las Normas NCTRCAR•1•01•001, Desmonte y NCTRCAR•1•01•002, Despalme, respectivamente.
Las excavaciones en los bancos se deben ejecutar en la forma más regular posible, en seco,
con el talud que garantice la estabilidad del
frente, sin aflojar el material ni alterar las áreas
fuera de la zona delimitada. Así mismo, dichas
excavaciones se ejecutarán de manera que se
permita el drenaje natural del banco. Al término de la explotación del banco, se afinarán
los fondos de las excavaciones, se tenderán y
afinarán sus taludes de manera que queden de
1.5:1 o más tendidos, salvo que se trate de
frentes de roca, y se proveerá de un adecuado
drenaje.
El trabajo de regeneración se deberá identificar
y definir en un Plan de Recuperación de Bancos. El trabajo de rehabilitación puede incluir
la conservación y la colocación de una nueva
capa vegetal, la reconfiguración del banco, la
reforestación, el drenaje, el control de la erosión y las medidas de seguridad (ver Figura 2).
Con frecuencia deben tomarse en cuenta aspectos como el uso provisional del sitio, la clausura y el nuevo uso en el futuro. Un sitio se
puede explotar durante muchos años, pero se
puede clausurar entre proyectos, por lo que es
posible llegar a necesitar actividades provisionales de recuperación.
Por otro lado, los materiales cercanos a la obra
generalmente no cumplen con los requisitos
establecidos para ser utilizados en alguna de
las capas de la sección de los pavimentos, por
lo que es necesario realizar uno o varios tratamientos para mejorar sus características. Los
principales tratamientos empleados son: disgregado, cribado y trituración.
El disgregado se utiliza en materiales finos
agrumados, en materiales granulares poco cementados y en rocas alteradas. Estos materiales aprovechables, se disgregan con el equipo
que se utilizo en la excavación, y si es necesario, se pepenan y eliminan las partículas de
tamaños mayores al máximo establecido en el
proyecto.
Si el material que se habrá de utilizar es granular y tiene un desperdicio mayor al 10%, se
procede a cribarlo, para este fin se utilizan mallas o tamices con una abertura un poco mayor
que el tamaño máximo permisible.
Los materiales que requieren ser triturados
parcialmente o totalmente y cribados, se trituran al tamaño máximo establecido en el
proyecto, con el equipo mecánico adecuado
para satisfacer la composición granulométrica
fijada. El material se pasa totalmente por el
equipo, aunque sólo una parte de él se triture,
determinando previamente el porcentaje por
triturar (ver Figura 3).
4.2. Terracerías
El procedimiento de construcción en el terreno natural generalmente, consta de tres fases:
desmonte, despalme y compactación. El desmonte consiste en quitar toda la vegetación
dentro del derecho de vía; en este trabajo se
incluye el desenraice.
Una vez desmontado el terreno natural, se extrae la capa de material que contenga materia
vegetal. El espesor de esta capa puede variar
entre 10 y 50 cm. y llegar como máximo a un
metro si se tiene un espesor fuerte de material
altamente compresible. A esta fase se le denomina despalme. Posteriormente se compacta
el terreno natural, generalmente al 90% de su
PVSM.
Antes de iniciar la construcción de los terraplenes, se deben rellenar los huecos resultantes
de los trabajos de desmonte y despalme con
material de buena calidad y compactado adecuadamente, así mismo, se debe compactar
el terreno natural o el despalmado, en el área
de desplante, en un espesor mínimo de 20cm.
y a una compactación similar a la del terreno natural. Los materiales que se utilicen en
la construcción de terraplenes, deben cumplir
con lo establecido en la Normas N•CMT•1•01,
Materiales para Terraplén (ver Tabla 1),
N•CMT•1•02, Materiales para Subyacente (ver
Tabla 2) y N•CMT•1•03, Materiales para Subrasante (ver Tabla 3), según corresponda.
Los materiales para la construcción del cuerpo del terraplén, la ampliación de la corona o
el tendido de los taludes de terraplenes existentes, cuando procedan de cortes, pueden ser
compactables o no compactables. Cuando provengan de bancos o se utilicen en la construcción de las capas subyacentes y subrasantes,
siempre deben ser compactables.
Como parte de los trabajos previos a la construcción del terraplén, se delimitará la zona de
desplante del mismo mediante estacas u otras
referencias, de acuerdo con lo indicado en el
proyecto. Posteriormente en la zona de desplante del terraplén se ejecutará debidamente
el desmonte, considerando lo señalado en la
Norma N•CTR•CAR•1•01•001, Desmonte, y
cuando así lo establezca el proyecto, se despalmará de acuerdo con lo señalado en la Norma N•CTR•CAR•1•01•002, Despalme.
Cuando se encuentre material de calidad inaceptable en el área de desplante del terraplén, el material debe ser sustituido por otro
de mejor calidad, para lo cual se abrirá una
caja de la profundidad necesaria como parte
del despalme. De acuerdo con las características del material se observará la necesidad de
compactar el fondo de la caja. La caja se rellenará con capas compactadas con el tipo de
material y la compactación que indique el proyecto. En la ampliación de la corona o tendido
de taludes en los que no se vaya a modificar el
ancho de la corona de terraplenes existentes o
en trabajos para la elevación de la subrasante,
se deben excavar escalones de liga conforme a
lo establecido en el proyecto, considerando lo
señalado en la Norma N•CTR•CAR•1•01•004,
Escalones de Liga.
2 Cuando la intensidad del tránsito (ΣL) sea menor de 10,000 ejes equivalentes, no se requiere la capa subyacente.
Cuando la intensidad del tránsito (ΣL) sea mayor de 10 millones de ejes equivalentes, la capa subrasante será motivo de diseño especial.
El material proveniente de cortes o bancos se
debe descargar sobre la superficie donde se
extenderá, en cantidad prefijada por estación
de 20 m., en tramos que no sean mayores a los
que, en un turno de trabajo, se pueda tender,
conformar y compactar o acomodar el material. En caso de material compactable, éste se
debe preparar hasta alcanzar el contenido de
agua de compactación que indique el proyecto
y obtener homogeneidad en granulometría y
humedad, extendiéndolo parcialmente e incorporándole el agua necesaria para la compactación, por medio de riegos y mezclados sucesivos, o eliminando el agua excedente.
Siempre que la topografía del terreno lo permita el material se extenderá en capas sucesivas
sensiblemente horizontales en todo el ancho
de la sección. Cuando la topografía del terreno presente lugares inaccesibles donde no sea
posible la construcción por capas compactadas
o acomodadas utilizando equipo mayor, dichos
lugares se rellenarán a volteo para formar una
plantilla en la que se pueda operar el equipo,
prosiguiendo la construcción por capas compactadas de ese nivel en adelante. Cuando el
nivel de desplante coincida sensiblemente con
el nivel freático, se debe evitar desplantar el
terraplén directamente sobre la superficie saturada, procediendo al abatimiento del nivel
freático o a colocar una primera capa a volteo
de espesor suficiente para que soporte al equipo.
Como parte final del terraplén se construirán la
capa subyacente y, por último, la capa subrasante (ver Figura 4) con los espesores, materiales y grados de compactación que se establezcan en el proyecto.
Cuando la construcción de la capa subrasante se ejecute directamente bajo el nivel del piso de un
corte y los materiales en ese sitio satisfagan las características establecidas en el proyecto, dicha
capa se debe formar sin necesidad de una excavación adicional, escarificando y compactando la
cama del corte, con el espesor y grado de compactación que establezca el proyecto. Cuando se
ejecute una excavación adicional abajo del nivel del piso de un corte, para alojar la capa subrasante, ésta se formará extendiendo el material en todo el ancho de la excavación y conformándolo.
El proceso constructivo de las terracerías, se lleva a cabo de la siguiente manera. 1. Tendido y acomodo del material para terraplén: Para el cuerpo del terraplén, la capa subyacente
y la capa subrasante, el material compactable se extenderá en todo el ancho del terraplén, en capas sucesivas, con un espesor no mayor que aquel que el equipo sea capaz de compactar al grado
indicado en el proyecto, y se conformará de tal manera que se obtenga una capa de material sin
compactar de espesor uniforme.
2. Tendido y proporcionamiento de humedad en material no compactable: El material no compactable para el cuerpo del terraplén, se debe humedecer y extender en todo el ancho del terraplén,
en capas sucesivas, con el espesor mínimo que permita el tamaño máximo de las partículas del
material; se conformará de tal manera que se obtenga una capa con superficie sensiblemente horizontal. Este material se debe colocar hasta el nivel de desplante de la capa subyacente, misma
que se debe extender y conformar.
3. Compactación del material para subrasante: Cada capa de material compactable, tendida y
conformada, se debe compactar hasta alcanzar el grado indicado en el proyecto. La compactación
se hará longitudinalmente, de las orillas hacia el centro en las tangentes y del interior al exterior en
las curvas, con un traslape de cuando menos la mitad del ancho del compactador en cada pasada.
4. Sección transversal de un terraplén
Cada capa de material no compactable, tendida y conformada, se debe acomodar mediante
bandeo, ronceando un tractor montado sobre
orugas, que tenga una masa mínima de 36
ton., de forma que pase cuando menos 3 veces
por cada sitio. El número de pasadas podrá ser
ajustado en la obra, dependiendo del equipo
que se utilice. El bandeo se debe hacer longitudinalmente, de las orillas hacia el centro en las
tangentes y del interior al exterior en las curvas, con un traslape de cuando menos la mitad
del tractor en cada franja bandeada.
En los alineamientos, perfiles y secciones del
cuerpo del terraplén, la capa subyacente y la
capa subrasante, se debe cumplir con lo establecido en el proyecto, y con las tolerancias
que se indican en la Tabla 4, para lo cual se
debe hacer un seccionamiento topográfico en
las estaciones cerradas a cada 20m. y en estaciones singulares como las de inicio y término
de curvas, entre otras.
4.3. Bases y sub-bases
Los materiales que se utilicen para la construcción de subbases deben cumplir con lo establecido en las Normas N-CMT-4-02/001, Materiales para Subbases, Tabla 5 y 6, y figura 8, salvo
que el proyecto indique otros lineamientos.
Así mismo, los materiales que se utilicen para
la construcción de la capa de base, deben
cumplir con lo establecido en las Normas NCMT-4-02/002, Materiales para Bases Hidráulicas, Tablas 7-10 (Ver anexo_tablas) y Figuras
9 y 10, salvo que el proyecto indique otros lineamientos.
Cuando sea necesario mezclar dos o más materiales de dos o más bancos diferentes, se deben mezclar con el proporcionamiento necesario para producir un material homogéneo, con
las características establecidas en el proyecto,
mediante uno de los siguientes procedimientos:
 Mezclado en planta: En plantas del tipo pugmill o de tambor rotatorio, la dosificación de los
materiales y el agua, se realiza por masa. En
mezcladoras de tipo continuo, la dosificación
de los materiales y el agua, puede hacerse por
masa o por volumen.
 Mezclado en el lugar: Si la mezcla de los
materiales se hace en el lugar de su utilización,
se debe mezclar en seco y posteriormente se
incorporará el agua.
Inmediatamente antes de iniciar la construcción de la subbase o la base, la superficie sobre la que se colocará debe estar debidamente
terminada dentro de líneas y niveles, sin irregularidades y reparados satisfactoriamente los
baches que hubieran existido.
Los acarreos de los materiales hasta el sitio de
su utilización, se deben hacer de tal forma que
el tránsito sobre la superficie donde se construirá la subbase o la base, se distribuya sobre
todo el ancho de la misma, evitando la concentración en ciertas áreas y, por consecuencia, su
deterioro.
Se debe descargar el material sobre la subrasante o la subbase, según sea el caso, en la
cantidad prefijada por estación de 20 m., en
tramos que no sean mayores a los que, en un
turno de trabajo, se pueda tender, conformar
y compactar el material. Si el tendido se realiza con extendedora, la descarga se debe hacer
directamente en su tolva y la preparación del
material se debe hacer previamente a su transporte.
Se debe preparar el material extendiéndolo
parcialmente e incorporándole el agua necesaria para la compactación, por medio de riegos
y mezclados sucesivos, hasta alcanzar la humedad adecuada y obtener homogeneidad en
granulometría y humedad.
Después de preparado el material, se debe
extender en todo el ancho de la corona y se
conformará de tal manera que se obtenga una
capa de material sin compactar el espesor uniforme. El material se debe extender en capas
sucesivas, con un espesor no mayor que aquel
que el equipo sea capaz de compactar al grado
indicado en el proyecto. Si el tendido se realiza con extendedora, su tolva de descarga debe
permanecer llena para evitar la segregación del
material.
La capa extendida se compactará hasta alcanzar el grado indicado en el proyecto. La compactación se debe hacer longitudinalmente, de
las orillas hacia el centro en las tangentes y del
interior al exterior, en las curvas, con un traslape de cuando menos la mitad del ancho del
compactador en cada pasada.
La capa ya compactada se debe escarificar superficialmente y se le debe agregar agua, antes de tender la siguiente capa, con el propósito de ligarlas. El alineamiento, perfil y sección
de la subbase o la base, deben cumplir con lo
establecido en el proyecto, con las tolerancias
que se indican en la Tabla 11, para lo que se
ejecutarán los levantamientos topográficos correspondientes.
Las bases sobre las que se construye una carpeta de concreto asfaltico o hidráulico deben
tener un modulo de elasticidad semejante al de
estas carpeta, por lo que conviene estabilizarlas, mezclándolas con cal hidratada, cemento
portland o algún material asfaltico; de lo contrario la carpeta se puede agrietar, con las deformaciones de la base.
3
3 Las unidades son en centímetros. En el caso de subbases para pavimentos de concreto hidráulico, se deberá cumplir con las tolerancias para bases
indicadas en esta Tabla.
4.4. Carpetas asfálticas
4.4.1. Carpetas asfálticas con mezclas en
caliente
Los materiales que se utilicen en la construcción
de carpetas asfálticas con mezcla en caliente,
cumplirán con lo establecido en las Normas
N•CMT•4•04, Materiales Pétreos para Mezclas
Asfálticas, Tablas 12-17, (ver anexo_tablas)
N•CMT•4•05•001, Calidad de Materiales Asfálticos, N•CMT•4•05•002, Calidad de Materiales Asfálticos Modificados, N•CMT•4•05•003,
Calidad de Mezclas Asfálticas para Carreteras, Tablas 18 y 19 (ver anexo_tablas) y
N•CMT•4•05•004, Calidad de Materiales Asfálticos Grado PG, salvo que el proyecto indique
otra cosa.
Los materiales pétreos, asfálticos y aditivos
que se empleen en la elaboración de las carpetas asfálticas con mezcla en caliente, se deben
mezclar con el proporcionamiento necesario
para producir una mezcla asfáltica homogénea,
con las características establecidas en el proyecto. El proporcionamiento se debe determinar mediante un diseño de mezclas asfálticas
en caliente, para obtener las características establecidas en el proyecto.
Los trabajos deben ser suspendidos en el momento en que se presenten situaciones climáticas adversas y no se deben reanudar mientras
éstas no sean las adecuadas. Además se debe
considerar que no se deben construir carpetas
asfálticas con mezcla en caliente:
 Sobre superficies con agua libre o encharcada.
 Cuando exista amenaza de lluvia o esté lloviendo.
 Cuando la temperatura de la superficie sobre
la cual serán construidas esté por debajo de los
15° C.
 Cuando la temperatura ambiente esté por
debajo de los 15° C y su tendencia sea a la
baja.
Sin embargo, las carpetas asfálticas con mezcla en caliente pueden ser construidas cuando
la temperatura ambiente esté por arriba de los
10° C y su tendencia sea al alza. La temperatura ambiente será tomada a la sombra lejos de
cualquier fuente de calor artificial.
Inmediatamente antes de iniciar la construcción de la carpeta asfáltica con mezcla en caliente, la superficie sobre la que se colocará
debe estar debidamente terminada dentro de
las líneas y niveles, exenta de basura, piedras,
polvo, grasa o encharcamientos de material asfáltico, sin irregularidades y reparados satisfactoriamente los baches que hubieran existido.
Cuando la carpeta asfáltica con mezcla en caliente se construya sobre una base, ésta se
impregnará de acuerdo con lo indicado en la
Norma N•CTR•CAR•1•04•004, Riegos de Impregnación. Si así lo indica el proyecto, inmediatamente antes de iniciar el tendido de la
carpeta asfáltica con mezcla en caliente, se
aplicará un riego de liga en toda la superficie,
del tipo y con la dosificación establecidos en
el proyecto, de acuerdo con lo indicado en la
Norma N•CTR•CAR•1•04•005, Riegos de Liga.
Durante el proceso de producción no se debe
cambiar de un tipo de mezcla asfáltica a otro,
hasta que la planta haya sido vaciada completamente y los depósitos de alimentación del
material pétreo sean cargados con el nuevo
material.
El proceso constructivo de las carpetas asfálticas en caliente, se lleva a cabo de la siguiente
manera. 1. Planta de mezcla asfáltica en caliente: El procedimiento que se utilice para la elaboración de
la mezcla asfáltica se debe tener los cuidados
necesarios para el manejo de los materiales a
lo largo de todo el proceso, para que la mezcla
cumpla con los requerimientos de calidad establecidos en el proyecto.
2. Extendido de mezcla asfáltica en caliento
mediante pavimentadora: Después de elaborada la mezcla asfáltica, se debe extender y conformar con una pavimentadora autopropulsada, de tal manera que se obtenga una capa de material
sin compactar el espesor uniforme. Sin embargo, en áreas irregulares, la mezcla asfáltica puede
tenderse y terminarse a mano.
3. Instalación de pasajuntas a lo largo de una junta de construcción longitudinal: Inmediatamente después de tendida la mezcla asfáltica, esta debe ser compactada. La capa extendida se debe
compactar lo necesario para lograr que cumpla con las características indicadas en el proyecto. La
compactación se debe hacer longitudinalmente a la carretera, de las orillas hacia el centro en las
tangentes y del interior al exterior en las curvas, con un traslape de cuando menos la mitad del
ancho del compactador en cada pasada.
Mediante la curva Viscosidad-Temperatura del material asfáltico utilizado, se debe de determinar
las temperaturas mínimas convenientes para el tendido y compactación de la mezcla asfáltica. En
el caso de emplear asfalto modificado, el proveedor del mismo debe indicar, las temperaturas adecuadas de mezclado y compactación para su producto.
El tendido se debe hacer en forma continua, utilizando un procedimiento que minimice las paradas
y arranques de la pavimentadora.
Cuando el tendido se haga en 2 o más franjas, con un intervalo de más de un día entre franjas,
éstas se deben ligar con cemento asfáltico o con emulsión de rompimiento rápido. Esto se puede
evitar si se elimina la junta longitudinal utilizando pavimentadoras en batería.
La cara expuesta de las juntas transversales se debe recortar aproximadamente a 45° antes de
iniciar el siguiente tendido, ligando las juntas con cemento asfáltico o con emulsión de rompimiento rápido.
Se debe tener especial cuidado para que el enrasador traslape las juntas entre 3 y 5 cm. y que el
control del espesor sea ajustado de tal manera que el material quede ligeramente por arriba de
la capa previamente tendida, para que al ser compactado, el pavimento quede con los niveles y
dentro de las tolerancias, establecidos en el proyecto.
De ser necesario, la mezcla asfáltica se extenderá en capas sucesivas, con un espesor no mayor
que aquél que el equipo sea capaz de compactar, hasta que se obtengan la sección y el espesor
establecidos en el proyecto. Cuando el tendido se haga por capas, la capa sucesiva no se tenderá
para obtener las características establecidas en
el proyecto.
Los trabajos deben ser suspendidos en el momento en que se presenten situaciones climáticas adversas y no se reanudarán mientras éstas no sean las adecuadas, considerando que
no se deben construir carpetas asfálticas con
mezcla en frío:
hasta que la temperatura de la capa anterior
sea menor de 70° C en su punto medio.
Durante el tendido de la mezcla asfáltica en
caliente, la tolva de descarga de la pavimentadora debe permanecer llena, para evitar la
segregación de los materiales. Al final de cada
jornada y con la frecuencia necesaria, se debe
limpiar perfectamente todas aquellas partes de
la pavimentadora que presenten residuos de
mezcla asfáltica.
El uso de compactadores vibratorios sólo está
permitido para la compactación de capas mayores de 4 cm. de espesor.
La compactación se debe terminar cuando la
mezcla asfáltica tenga una temperatura igual
a la mínima conveniente para la compactación,
y se hayan alcanzado las características de la
mezcla indicadas en el proyecto.
Se debe evitar que se estacione el equipo de
compactación, por periodos prolongados, sobre la carpeta asfáltica con mezcla en caliente
recién compactada, para evitar que se produzcan deformaciones permanentes en la superficie terminada.
Se debe tener cuidado en mantener siempre
bien humedecidos los rodillos compactadores
para evitar que la mezcla caliente se adhiera y
se provoquen imperfecciones en el acabado de
la carpeta asfáltica.
Una vez concluida la compactación en todo el
ancho de la corona de la última capa de la car-
peta asfáltica con mezcla en caliente, se debe
formar un chaflán en las orillas, cuya base será
igual a 1.5 veces el espesor de la carpeta asfáltica, compactándolo con el equipo adecuado.
Para ello se debe utilizar mezcla asfáltica adicional, colocándola inmediatamente después
del tendido, o bien directamente con las pavimentadoras si están equipadas para hacerlo.
El alineamiento, perfil, sección y espesor de la
carpeta asfáltica con mezcla en caliente, deben
cumplir con lo establecido en el proyecto y con
las tolerancias que se indican en la Tabla 20.
4.4.2. Carpetas asfálticas con mezclas en
frio
Los materiales que se utilicen en la construcción de carpetas asfálticas con mezcla en frío,
deben cumplir con lo establecido en las Normas N•CMT•4•04, Materiales Pétreos para
Mezclas Asfálticas (ver anexo_Tablas 12 y 17),
N•CMT•4•05•001, Calidad de Materiales Asfálticos, N•CMT•4•05•002, Calidad de Materiales
Asfálticos Modificados y N•CMT•4•05•003, Calidad de Mezclas Asfálticas para Carreteras (ver
anexo_Tablas 18 y 19), salvo que el proyecto
indique otra cosa.
Básicamente, el proceso constructivo, así como
las recomendaciones y las tolerancias en la calidad, son muy similares a la construcción de
carpetas asfálticas con mezclas en caliente.
El proporcionamiento se debe determinar mediante un diseño de mezclas asfálticas en frío,
 Sobre superficies con agua libre o encharcada.
 Cuando exista amenaza de lluvia o esté
lloviendo.
 Cuando la temperatura de la superficie
sobre la cual serán construidas esté por debajo de los 4° C.
Cuando la temperatura ambiente esté por
debajo de los 4° C. La temperatura ambiente
será tomada a la sombra lejos de cualquier
fuente de calor artificial.
Inmediatamente antes de iniciar la construcción de la carpeta asfáltica con mezcla en frío,
la superficie sobre la que se colocará debe estar
debidamente terminada dentro de las líneas y
niveles, exenta de basura, piedras, polvo, grasa o encharcamientos de material asfáltico, sin
irregularidades y reparados satisfactoriamente
los baches que hubieran existido.
Cuando la carpeta asfáltica con mezcla en frío
se construya sobre una base, ésta se debe impregnar de acuerdo con lo indicado en la Norma N•CTR•CAR•1•04•004, Riegos de Impregnación.
Inmediatamente antes de iniciar el tendido de
la carpeta asfáltica con mezcla en frío, se debe
aplicar un riego de liga en toda la superficie,
del tipo y con la dosificación establecidos en
el proyecto, de acuerdo con lo indicado en la
Norma N•CTR•CAR•1•04•005, Riegos de Liga.
Después de elaborada la mezcla asfáltica, esta
se debe extender y conformar con una pavimentadora autopropulsada, de tal manera que
se obtenga una capa de material sin compactar
de espesor uniforme.
El tendido se debe hacer en forma continua,
utilizando un procedimiento que minimice las
paradas y arranques de la pavimentadora.
Cuando el tendido se haga en 2 o más franjas, con un intervalo de más de un día entre
franjas, éstas se deben ligar con emulsión de
rompimiento rápido. Esto se puede evitar si se
elimina la junta longitudinal utilizando pavimentadoras, en batería.
Inmediatamente después de tendida la mezcla asfáltica, o bien cuando la emulsión haya
comenzado a romper, la mezcla debe ser compactada. La capa extendida se debe compactar
lo necesario para lograr que cumpla con las características indicadas en el proyecto.
La compactación se debe hacer longitudinalmente a la carretera, de las orillas hacia el centro en las tangentes y del interior al exterior en
las curvas, con un traslape de cuando menos
la mitad del ancho del compactador en cada
pasada.
El alineamiento, perfil, sección y espesor de
la carpeta asfáltica con mezcla en frio, deben
cumplir con lo establecido en el proyecto y con
las tolerancias que se indican en la Tabla 20.
4.5. Carpetas de concreto hidráulico
Los materiales que se utilicen en la construcción de carpetas de concreto hidráulicos, deben
cumplir con lo establecido en las Normas aplicables del Título 06. Materiales para Losas de
Concreto Hidráulico, de la Parte 4. Materiales
para Pavimentos, del Libro CMT. Características
de los Materiales, salvo que el proyecto indique
otra cosa.
El proceso constructivo de las carpetas asfálticas de concreto hidráulico, se realiza de la siguiente manera:
1. Planta de mezclado: Los agregados pétreos,
el cemento Pórtland y aditivos que se empleen
en la elaboración de las carpetas de concreto
hidráulico, se deben mezclar con el proporcio-
namiento necesario para producir un concreto hidráulico homogéneo, con las características establecidas en el proyecto.
en las juntas de contracción y se colocarán con
el mismo alineamiento y espaciamiento.
2. Instalación de pasajuntas a lo largo de una junta transversal: Se deben colocar antes del colado
del concreto hidráulico, mediante silletas o canastas metálicas de sujeción que las aseguren en la
posición correcta durante el colado y el vibrado del concreto, sin impedir sus movimientos longitudinales. Una vez colocadas, la superficie expuesta de las pasajuntas se debe someter a un tratamiento antiadherente, con grasa, una funda de plástico u otro procedimiento, para garantizar el
libre movimiento longitudinal de las losas en la junta. Las pasajuntas que se pongan en las juntas
transversales de construcción, de expansión y de emergencia, serán iguales a las que se utilicen
3. Colocación del concreto frente a la pavimentadora: Después de elaborado el concreto hidráulico, este debe ser colocado extendiéndolo
y consolidándolo con una pavimentadora autopropulsada, de tal manera que se obtenga una
capa de material de espesor uniforme. Sin embargo, en áreas irregulares, el concreto puede
extenderse y terminarse a mano. El colado se
debe hacer en una forma continua, utilizando
un procedimiento que minimice las paradas y
arranques de la pavimentadora.
4. Instalación de pasajuntas a lo largo de una
junta de construcción longitudinal: Las barras
de amarre que se coloquen en las juntas longitudinales, deben ser corrugadas, con las características indicadas en el proyecto, y se deben
colocar mediante silletas, o insertadas por vibración si se usa equipo de cimbra deslizante.
En una longitud de 45 cm. antes y después de
una junta transversal, no se colocarán barras
de amarre.
Los trabajos deben suspenderse en el momento en que se presenten situaciones climáticas
adversas y no se reanudarán mientras éstas
no sean las adecuadas, considerando que no
se construirán carpetas de concreto hidráulico:
 Sobre superficies con agua libre o encharcada.
 Cuando exista amenaza de lluvia o esté lloviendo.
 Cuando la temperatura de la superficie sobre
la cual serán construidas, esté por debajo de
los 4° C.
 Cuando la temperatura ambiente sea de 4°
C y su tendencia sea a la baja. Sin embargo
las carpetas de concreto hidráulico pueden ser
construidas cuando la temperatura ambiente
esté por arriba de 2° C y su tendencia sea al
alza. La temperatura ambiente debe ser tomada a la sombra lejos de cualquier fuente de calor artificial.
 Cuando la evaporación sobre la superficie de
la losa sea mayor de 1 kg por m2 por hora,
determinada de acuerdo con las recomendaciones de la Portland Cement Association (PCA),
a menos que se levanten rompevientos para
proteger el concreto hidráulico.
Inmediatamente antes de la construcción de
la carpeta de concreto hidráulico, la superficie
sobre la que se colocará debe estar debidamente terminada dentro de las líneas y niveles, exenta de materias extrañas, polvo, grasa
o encharcamientos, sin irregularidades y reparados satisfactoriamente los baches que hubieran existido.
Cuando la carpeta se construya sobre una capa
de materiales pétreos, como una subbase, ésta
se debe impregnar de acuerdo con lo indicado en la Norma N•CTR•CAR•1•04•004, Riegos
de Impregnación o se colocará sobre ella una
membrana de polietileno.
Las pasajuntas y barras de amarre para losas
de concreto hidráulico con juntas, se deben colocar de acuerdo con lo indicado en el proyecto.
Las pasajuntas que se utilicen en las juntas
transversales de contracción, deben ser barras lisas con las características indicadas en el
proyecto y con sus extremos libres de rebabas
cortantes. Se deben colocar antes del colado
del concreto hidráulico, mediante silletas o canastas metálicas de sujeción que las aseguren
en la posición correcta durante el colado y el vibrado del concreto, sin impedir sus movimientos longitudinales.
Una vez colocadas, la superficie expuesta de
las pasajuntas se debe someter a un tratamiento antiadherente, con grasa, una funda de
plástico u otro procedimiento, para garantizar
el libre movimiento longitudinal de las losas en
la junta. Las pasajuntas que se pongan en las
juntas transversales de construcción, de expansión y de emergencia, serán iguales a las
que se utilicen en las juntas de contracción y
se colocarán con el mismo alineamiento y espaciamiento.
En losas de concreto hidráulico con refuerzo
continuo, el refuerzo continuo se puede hacer
con varillas de acero o mallas prefabricadas
electrosoldadas, colocadas a la altura y con los
traslapes que indique el proyecto, utilizando los
dispositivos adecuados para asegurar la continuidad del refuerzo.
En algunos casos, las varillas se pueden colocar
y alinear con un equipo especial ubicado frente
a la pavimentadora, el cual guía y posiciona las
varillas con el espaciamiento y la elevación de
proyecto, mientras se coloca el concreto.
En losas de concreto presforzado, los tendones
necesarios para las losas de concreto presforzado, se deben colocar sobre asientos de apoyo
situados en las posiciones que indique el proyecto. Los tendones transversales en las zonas
de curva, se apoyarán en medias cimbras, colocadas a lo largo de la cara interior de la franja
por pavimentar.
Cuando el colado sea suspendido por más de
30 min., se debe proceder a construir una junta
transversal de emergencia.
Cada franja de concreto hidráulico se debe colar cubriendo como mínimo el ancho total del
carril o, de preferencia, el ancho total de la calzada y sus acotamientos.
Al final de cada jornada y con la frecuencia necesaria, se deben limpiar perfectamente todas
aquellas partes de la pavimentadora que presenten residuos de concreto hidráulico.
Inmediatamente después de colado el concreto hidráulico, este se debe consolidar mediante
vibrado. El vibrado se debe hacer uniformemente en todo el volumen de la carpeta, utilizando vibradores mecánicos, cuidando que no
entren en contacto con la cimbra. Para el caso
de áreas no accesibles a los vibradores de las
pavimentadoras, se emplearán vibradores de
inmersión manuales.
El acabado de la carpeta de concreto hidráulico, se debe hacer pasando sobre su superficie
la rastra de texturizado y la texturizadora, o
bien, mediante el método de denudado químico, que consiste en rociar un retardante de fraguado sobre la superficie del concreto fresco
y, después de que la masa de concreto ha endurecido, aplicar un cepillado enérgico con un
dispositivo de cerdas metálicas para eliminar el
mortero de la superficie.
Después de terminado el texturizado, cuando
el concreto empiece a perder su brillo superficial, con el equipo de curado se debe aplicar el
material que indique el proyecto, para formar
la membrana de curado en la superficie de la
carpeta. En el caso de juntas aserradas, sus
caras expuestas deben ser curadas inmediatamente después de que se concluya el corte.
En el caso de carpetas de concreto hidráulico
con juntas, una vez que el concreto haya endurecido lo suficiente para que no se desportille
y antes de que se formen grietas naturales por
contracción, se debe aserrar la carpeta para
formar una junta (ver Figura 19). Los cortes se
ajustarán al alineamiento, dimensiones y características establecidas en el proyecto.
Primero se deben aserrar las juntas transversales de contracción e inmediatamente después
las longitudinales. Se debe elegir el momento propicio para efectuar el aserrado. Cuando
se requiera hacer la junta con cortes en dos
etapas (escalonados), el segundo corte no se
realizará antes de 72 horas después del colado
(ver Figura 20).
En el sitio preestablecido para terminar el colado del día y coincidiendo siempre con la ubicación de una junta transversal de contracción,
se debe formar una junta de construcción, hincando en el concreto fresco una frontera metálica o cimbra que garantice la perpendicularidad del plano de la junta con el plano de la
superficie de la losa y se removerá el concreto
fresco excedente. Esta frontera o cimbra contará con orificios que permitan la instalación
de pasajuntas en todo lo ancho de la losa, con
el alineamiento y espaciamiento que indique el
proyecto. Para garantizar la consolidación correcta del concreto en las esquinas y bordes de la
junta, se utilizarán vibradores de inmersión manuales.
Cuando por causas de fuerza mayor sea necesario suspender el colado por más de 30 min., se
debe construir una junta transversal de emergencia. La localización de esta junta se debe establecer en función del tramo que se haya colado a partir de la última junta transversal de contracción
trazada. Si el tramo colado es menor de 1/3 de la longitud de la losa, se debe remover el concreto
fresco para hacer coincidir la localización de la junta de emergencia con la de junta de contracción
inmediata anterior.
En caso de que la emergencia ocurra en el tercio medio de la losa, se debe hacer la junta de emergencia como se menciono en el párrafo anterior, cuidando que la distancia de ésta a cualquiera de
las dos juntas de contracción adyacentes no sea menor de 1.5 m. Si la emergencia ocurre en el
último tercio de la longitud de la losa, la junta de emergencia se debe hacer dentro del tercio medio
de la losa y se removerá el concreto fresco excedente.
La dimensión de las losas en el sentido longitudinal debe ser la establecida en el proyecto con una
tolerancia de ±1 cm., coincidiendo siempre el aserrado de las juntas transversales con el punto
medio longitudinal de las pasajuntas. La alineación de las juntas longitudinales debe ser la indicada
en el proyecto, con una tolerancia de ±1 cm.
Tablas 1-9,
correspondientes al tema 2.2. Pavimentos flexibles, del subtema 2.3.1. Método AASHTO, 2.3.1.2. Transito.
ANEXOS
TABLAS
UNIDAD 2.
DISEÑO Y PROYECTO DE PAVIMENTOS
Tabla correspondiente al tema 2.2. Pavimentos flexibles, del subtema 2.3.1. Método
del Instituto del Asfalto, 2.3.1.2. Transito.
Tabla 17 correspondiente al tema 2.2. Pavimentos flexibles, del subtema 2.3.1. Método
del Instituto del Asfalto, 2.3.1.2. Transito.
Tablas 30-38, correspondientes al tema 2.4. Pavimentos Rígidos, del subtema 2.4.1.
Método AASHTO, valores a considerar en este método.
Tablas 50-61, correspondientes al tema 2.4. Pavimentos Rígidos, del subtema 2.4.2.
Método PCA, 2.4.2.2. Procedimiento de diseño de espesores.
Tablas 54-57, correspondientes al tema 2.4. Pavimentos Rígidos, del subtema 2.4.2.
Método PCA, 2.4.2.2. Procedimiento de diseño de espesores.
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