Descripción completa
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AASHTO 2008 y el Manual Peruano de Suelos, Geología, Geotecnia y Pavimentos 2012 Carlos M. Chang, Ph.D., P.E.
2012 Proyecto de Norma Peruana
2008 AASHTO
Objeto
Manual Peruano 2012: Diseñar estructuras de pavimento flexible, semi-rígidos y rígidos, y para caminos afirmados. Basado en el AASHTO 93 que es un método empírico.
MEPDG 2008: Predice múltiples indicadores de desempeño en base a condiciones locales de clima, composición del tráfico, características de los materiales, diseño estructural, y estrategias de gestión.
Metodologías de Diseño de Pavimentos
Empírico Procedimientos
estadísticos basados en ensayos experimentales Mecanístico Cálculo de respuestas del pavimento i.e., esfuerzos, deformaciones Modelos de desempeño del pavimento basado en principios mecanísticos
Serviciabilidad
Manual Peruano 2012: Emplea el concepto de Indice de Serviciabilidad (PSI). Es el parámetro utilizado por AASHTO 93 en el diseño definiendo un valor inicial y un valor final.
MEPDG 2008: Utiliza el International Roughness Indes (IRI). Es un indicador funcional de desempeño del pavimento.
PSI
Diseño Basado en Serviciabilidad AASHTO 93
PSI
PSI
Versión 1993
(AASHTO, 1993)
Versión 1993 2008 AASHTO
Ganancia
MEPDG -2008 Regularidad Superficial Índice Internacional de Rugosidad (IRI) 2
Velocidad = 80 km/h
1
0 0.01
0.1
1
10
100
Longitud de Onda, m
(Vertical Distance) Horizontal Distance
Confiabilidad
Manual Peruano 2012: Utiliza un valor único de confiabilidad para representar la probabilidad de que el diseño se encuentre dentro de los índices de serviciabilidad (PSI) previstos por el diseñador.
MEPDG 2008: Permite asignar niveles de confiabilidad individuales para los criterios de desempeño establecidos.
Evaluación de la Confiabilidad IRI level for Reiability R
IRI
Probability of failure ()
IRIfailure IRIavrg Reliability R=1-
Expected IRI
IRI0 Pavement Life
Time
Suelos
Manual Peruano 2012: Utiliza la clasificación AASHTO para clasificar los suelos y recomienda los ensayos de Módulo de Resilencia o CBR para caracterizar los suelos. MEPDG 2008: Lista de normas AASHTO para la caracterización de materiales:
Materiales no ligados y suelos de subrasante. Materiales de suelos y tratados estabilizados Ligante asfáltico
Fuente de Materiales
Manual Peruano 2012: Incluye criterios para establecer la necesidad de estabilización de los suelos en base a las normas de ASTM y MTC.
MEPDG 2008: Utiliza las normas AASHTO para los ensayos de materiales.
Tráfico
Manual Peruano 2012: Determinar el factor de distribución direccional, factor de distribución carril, tasas de crecimiento, y proyección para el cálculo del “Número de Repeticiones de Ejes Equivalentes de 8.2 Tn” (ESALS), en el período de diseño.
MEPDG 2008: Utiliza espectro de cargas.
PSI PSI PSI
Diseño Basado en Serviciabilidad AASHTO 93
(AASHTO, 1993)
Cargas de Vehículos en los 50s...
(y en un tramo especifico de la carretera!) (AASHO, 1961)
TRAFICO en MEPDG 2008
Diferentes tipos de Ejes de Carga Eje Simple Llantas Simples Llantas Duales
Tandem Tridem Llantas Duales
Ejes de Carga Mixtos
Valores de Respuesta Critica
t
c
c
t
t en superficie + fondo de todas las capas consolidadas (fisuras) c en la mitad del grosos de todas las capas + cima de Subrasante
Localización de Respuestas Criticas
C L
y
B1
B2 B3
B4
B5
B6
B7
A1
A2 A3 A4
A5
A6
A7
B8
B9
B10
Sy A8
A9
A10
x Sx 4 in 4 in
8 in
8 in
8 in
Factores de Distribución de Cargas por Eje
Ejemplo – Distribución para Eje Tándem en el primer mes de Tráfico Porcentaje de ejes Tándem
0.09 0.08 0.07 0.06 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01 0 6
14
22
30 38 46 54 62 Nivel de Cargas, kips
70
78
Trafic o
Clima Materiales
Estructura Daño
Tiempo
Respuesta
Acumulación de daño
Fallas
Aspectos MedioAmbientales
Manual Peruano 2012: Se presentan mapas de climáticos y de precipitación pluvial.
MEPDG 2008: describe los datos climáticos recopilados en estaciones meteorológicas en los Estados Unidos de América generados por el ICM (Integrated Climate Model).
Temperatura, grados C
Variación Diaria de la Temperatura
0.0
Día 2
Día 1
Día 3
Día 4
Dia Noche PCC Arriba PCC Abajo 0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
Tiempo, días
3.0
3.5
4.0
Información Climática por Estado
Procedimiento de Diseño del Pavimento
Manual Peruano 2012: Presenta catálogos con espesores desarrollados en base al AASHTO 93 donde se determina el numero estructural requerido (SNR) para las condiciones de tráfico y subrasante.
MEPDG 2008: Se propone una estructura de pavimento cuyo desempeño es verificado utilizando modelos de predicción del deterioro y comparado con criterios de desempeño establecidos por el diseñador.
Información General
Datos
Tráfico Clima Estructura
Estado y Resumen
Ver Resultados y Salidas
Verificación del Desempeño El procedimiento AASHTO 2008 evalua un diseño propuesto para determinar si cumple con el comportamiento esperado bajo los criterios establecidos para un determinado nivel de confiabilidad Diseño Propuesto
Cada aplicación de carga Modulo CTB
Modulo PCC Tráfico Modulo AC Modulo de Base Granular Modulo Subrasante
0
2
4
6
Tiempo, años
8
Vida Util
La vida útil de diseño es dividida en períodos incrementales de tiempo
Vida Util de Diseño
Daño Incremental
En cada incremento de tiempo, los siguientes parámetros son utilizados para calcular el daño incremental: Propiedades de los materiales Temperatura y humedad de acuerdo a la estación Variación estacional del tráfico
Daño Acumulado
Daño
Daño total acumulado es la suma de los incrementos de daño a lo largo de la vida útil.
Vida Util de Diseño
Fallas en Pavimentos Flexibles
Falla por Fatiga Fisuramiento Longitudinal
Fisuramiento Térmico
IRI
Ahuellamiento
Fallas en Pavimentos Rígidos
Predicción de Falla
Verificación del Desempeño ¿Esta el nivel de falla predecido dentro de los limites permisibles para el nivel de confiabilidad deseado?
0
5
10
15
20
25
30
Edad, años
Desempeño de los Pavimentos
Manual Peruano 2012: Propone los modelos de deterioro de pavimentos HDM III y HDM 4 para la verificación los niveles de servicio de las estructuras de pavimento propuestas.
MEPDG 2008: Presenta las ecuaciones de predicción del deterioro para ambos tipos de pavimento, rígidos y flexibles.
Conclusiones
Reconocer la necesidad de implementar el nuevo método mecanístico-empírico y de los beneficios del MEPDG 2008.
La transición al nuevo método debe ser progresiva e involucra un esfuerzo coordinado.
PREGUNTAS ? Carlos M. Chang Albitres, Ph.D., P.E. [email protected]
Paper 12-2916