PAVIMENTOS FLEXIBLES
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METODOLOGÍAS DE DISEÑO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES:
TENDENCIAS, ALCANCES Y LIMITACIONES
RESUMEN
El artículo presenta los tipos de metodologías para el análisis y diseño de estructuras de
pavimentos flexibles en el mundo, las tendencias actuales y el avance de herramientas
computacionales en la ingeniería de pavimentos. Se discuten los alcances y limitaciones
de dichas metodologías y tendencias, haciendo énfasis en el comportamiento de materiales
granulares que conforman capas de base y subbase. Además se realiza una discusión
crítica sobre la forma como el método de diseño colombiano evalúa el fenómeno de deformación
permanente en estructuras de pavimentos flexibles.
PALABRAS CLAVES: Metodologías de diseño de pavimentos, métodos empíricos, métodos
analíticos, programas de elementos finitos, micromecánica, materiales granulares.
ABSTRACT
The paper presents the methodologies for the analysis and design of flexible pavement
structures in the world, the actual tendencies and the advance of computation tools in the
pavements engineering. The reaches and limitations of these methodologies and tendencies
are discussed, doing emphasis in the behavior of granular materials that conforms base
and subbase layers. In addition, a critique is made on the form as the design Colombian
method evaluates the permanent strain phenomenon in flexible pavements structures.
KEY WORDS: Pavement Design methodologies, empirical methods, analytical methods,
finite element programs, micromechanics, granular materials.
Ciencia e Ingeniería Neogranadina, Vol. 17-2, pp. 41-65. Bogotá, Diciembre de 2007. ISSN 0124-8170
METODOLOGÍAS DE DISEÑO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES: TENDENCIAS, ALCANCES Y LIMITACIONES
42 Rondón Quintana, Reyes Lizcano
INTRODUCCIÓN
Un pavimento debe ser diseñado de tal manera que las cargas impuestas por el tránsito
no generen deformaciones permanentes excesivas. En el caso de los pavimentos flexibles
estas deformaciones se producen en cada una de las capas. Los métodos de diseño de
pavimentos descritos en [1, 2, 3, 7, 43, 48, 50, 87, 92] suponen que las deformaciones permanentes
ocurren solamente en la subrasante. Sin embargo, en vías donde se construyen
capas asfálticas delgadas o de baja rigidez (p.e. vías de bajo tráfico) las capas granulares
soportan el esfuerzo aplicado casi en su totalidad y la magnitud de dichos esfuerzos puede
llegar a generar valores altos de deformación permanente. Por lo tanto, las metodologías
de diseño deben comenzar a tener en cuenta las deformaciones que se producen en estas
capas, y los modelos para predecir dichas deformaciones, deben ser capaces de reproducir
el comportamiento de estos materiales bajo diversas trayectorias de carga cíclica y
condiciones del medio ambiente.
Este artículo resume la primera fase de un proyecto de investigación que tiene como objetivo
evaluar la respuesta que experimentan materiales granulares bajo cargas cíclicas
y condiciones ambientales similares a las que presentan in situ cuando conforman capas
granulares de base y subbase en pavimentos flexibles. Basados en una amplia revisión
bibliográfica, en esta primera fase y por ende en el presente artículo, se contextualiza la
forma como los métodos de diseño evalúan el fenómeno de deformación permanente en
estructuras flexibles con el ánimo de justificar el proyecto. Presenta los alcances y las limitaciones
de los mismos así como su evolución y la forma como se está llevando a cabo
investigación en el área del comportamiento de materiales granulares en el mundo. Se
realiza además una descripción crítica del método de diseño Colombiano basado principalmente
en la forma como son caracterizados los materiales granulares en un pavimento y la
variable subrasante. Un estado del conocimiento sobre la forma como ha sido evaluada la
respuesta resiliente y la resistencia a la deformación permanente de estos materiales bajo
carga cíclica puede ser consultada en [84]. Las fases futuras del proyecto buscarán medir
y evaluar las propiedades dinámicas de materiales granulares Colombianos, para luego
desarrollar o adaptar ecuaciones constitutivas apropiadas para predecir la respuesta que
experimentan in situ.
1. METODOLOGÍAS DE DISEÑO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES
1.1 MÉTODOS DE DISEÑO EMPÍRICOS
Las metodologías de diseño de pavimentos flexibles son generalmente de carácter empírico
o mecánico – empíricas. En el caso de los métodos empíricos se correlaciona el comportamiento
de los pavimentos in situ, a través de observaciones y mediciones de campo,
con los factores que causan los mecanismos de degradación en estas estructuras. Los
factores más importantes son las cargas impuestas por el tránsito, las condiciones ambientales
(principalmente temperatura y precipitación) a las cuales se encuentra sometida la
estructura, el tipo de suelo o terreno de fundación (subrasante), la calidad de los materiales
UNIVERSIDAD MILITAR NUEVA GRANADA
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empleados y deficiencias durante el proceso constructivo. Todos estos factores son controlados
y medidos durante las fases de estudio para correlacionarlos con los mecanismos de
degradación y crear así el método de diseño.
Dos son los mecanismos principales de degradación que se intentan controlar en las metodologías
empíricas (y también en las mecanicistas): fatiga y exceso de deformación permanente.
La fatiga ocurre en las capas ligadas, y para el caso de estructuras flexibles, se
presenta cuando se generan valores altos de deformación a tracción en la zona inferior de
la capa asfáltica. Este tipo de deformación es asociado a la respuesta resiliente que presenta
la estructura cuando se mueven las cargas vehiculares. La deformación permanente
es la deformación vertical residual que se va acumulando debido al paso de los vehículos
la cual puede generar fallas estructurales o funcionales en el pavimento.
En el caso de las estructuras flexibles, la deformación permanente total es la suma de la
deformación producida en cada una de las capas del pavimento, pero actualmente los
métodos empíricos suponen que tal deformación se genera solo en la capa subrasante
y esto crea una de sus principales limitaciones. La anterior suposición se basa en que la
subrasante es la capa más susceptible
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