1. No category

CONSIDERACIONES GENERALES Y RECOMENDACIONES
SOBRE EL DISEÑO ESTRUCTURAL
DE PAVIMENTOS INTERTRABADOS
Por: Ing. Timoteo Gordillo (*)
I.- Definición de pavimento
Un pavimento es la superficie de rodamiento para los distintos tipos de vehículos, formada por
el agrupamiento de capas de distintos materiales destinados a distribuir y transmitir las cargas
aplicadas por el tránsito, a la fundación ó subrasante.
II.- Paquete estructural típico de un pavimento
En general un pavimento está compuesto por las siguientes capas:
1. Capa de rodadura: Recibe directamente las cargas de tránsito. Resiste esfuerzos
rasantes o de corte (horizontales) y proporciona una superficie de rodamiento cómoda
y segura.
2. Base: Resiste y distribuye esfuerzos normales (verticales)
3. Subbase: Complementaria de la base (por economía) o correctiva de subrasante
(como capa de transición)
4. Subrasante: Capa de fundación de la estructura del pavimento. Resiste esfuerzos
normales (verticales) sin grandes deformaciones
Esquema comparativo de los diferentes tipos de pavimentos.
III.- Parámetros para el diseño estructural de un pavimento en general
1. Propiedades de suelos, materiales y mezclas : Definen el comportamiento y espesores
de las capas. Determinación de sus características según los principios y criterios de la
Mecánica de Suelos (CBR, MR, etc).
2. Condiciones ambientales y drenajes
2.1.Lluvia: incidencia sobre subrasantes; bases y subbases
2.2.Nivel Freático: afectación de la subrasante
1
2.3.Temperatura: incidencia sobre la capa de rodadura
2.4.Heladas: afectación de la subrasante y la base
3. Tránsito
3.1.Magnitud de cargas
3.2.Presión de inflado de neumáticos
3.3.Área de contacto de los neumáticos (impronta)
3.4.Frecuencia y número de repeticiones de las cargas
3.5.Velocidades de aplicación de cargas
IV - Clasificación general de los Métodos de Diseño Estructural de
pavimentos
a) Empíricos: Basados en parámetros que correlacionan propidades físicas de los
materiales :
•
Valor Soporte de California (CBR) : Representa la resistencia al corte de un suelo
bajo condiciones de humedad y densidad controlada, mediante la determinación de la
resistencia a la penetración por punzonado de un vástago, en una muestra de material
compactado en un molde rígido. También se mide la expansión del suelo.
•
Coeficiente de Balasto: Este módulo, se obtiene mediante un simple ensayo de carga
sobre el terreno, que se realiza utilizando una placa metálica rígida de sección
cuadrada de 30,5 cm de lado ó de sección circular con un diámetro de 30,5 cm, que se
monta como se muestra en el esquema de la Fig. N° 1.
b) Mecanísticos: Basados en el análisis del comportamiento mecánico de los
materiales.
2
Este método considera las siguientes hipótesis de cálculo :
•
•
Comportamiento no lineal de los suelos y materiales granulares
Es posible definir "módulos elásticos": Módulo elástico tangencial y Módulo elástico
secante.
–
–
–
Variables de diseño definidas en función del nivel de tensiones y
deformaciones.
Para niveles de deformación muy bajos, el módulo tangencial es muy similar al
módulo secante.
Cuanto menor es el nivel de deformación, mayor es el valor modular (rigidez)
V.- Pavimentos intertrabados de adoquines de hormigón (PIAH)
Esquema de un PIAH/Corte del Paquete
V.1. Mecanismo de funcionamiento de la capa de rodadura de adoquines
En la capa de rodadura, los adoquines no trabajan de manera independiente sino
solidariamente unos con otros. Este trabajo conjunto de las unidades depende del
entrelazamiento vertical, horizontal y rotación horizontal que se genera entre ellas en relación al
patrón de colocación (aparejo o forma como están dispuestos los adoquines en el plano del
pavimento), a su estabilidad dimensional y pequeñas tolerancias y la presencia de una junta
estrecha llena de material granular fino (arena fina).
Todo esto conduce a que cuando un adoquín es sometido a una carga, parte de ésta se
trasmite a través de la junta, a las unidades vecinas, y parte a la capa de arena subyacente,
para lo cual es fundamental tener un espesor adecuado (mayor de 60 mm), el cual, al rotar las
piezas, les permite generar una palanca suficiente entre ellos, evitando el arrastrarse de unos a
otros, impidiéndoles girar y salirse de su nicho.
En las primeras investigaciones desarrolladas por la Cement & Concret Association del Reino
Unido (Allan Liley y John Knapton), a comienzos de la década de 1970, se determinó que la
rigidez de la capa de rodadura de adoquines de 80 mm de espesor conjuntamente con la capa
de arena de 40 mm de espesor, debidamente sellada y compactada, era equivalente a la de
una capa de 160 mm de concreto asfaltico. Esta relación inicial de 1.3 aproximadamente, se ha
discutido y verificado ampliamente en diversas investigaciones, ha llevado por razones de
seguridad a que los calculistas, asuman un factor de 1 a 1.2 para dicha equivalencia.
3
O sea, que una capa de adoquines de 80 mm asentados sobre 40 mm de arena puede
considerarse equivalente a entre 120 mm y 144 mm de concreto asfáltico.
Por la similitud del comportamiento de un PIAH frente a las deformaciones y deflexiones, al
pavimento de adoquines de hormigón se lo considera como a un pavimento flexible. Su capa
de rodadura (CR) compuesta por los adoquines, más la cama de arena de asiento, tiene una
característica estructural única y uniforme, por lo que no se lo debe denominar “articulado”, ya
que ésta última implica discontinuidad entre sus elementos y un comportamiento diferencial
entre las piezas.
La rigidez de la CR no es fija sino que evoluciona y se incrementa con el tiempo (ciclo de
dilatación y contracción de las unidades y del sistema completo) y con el paso de los vehículos
(hasta 10.000 ejes estándar aproximadamente), alcanza su valor máximo o llega al estado de
“entrabamiento” total.
VI.- Métodos de Diseño y Cálculo de PIAH
A continuación se indica un resumen de los métodos disponibles para el cálculo de un
pavimento intertrabado, que pueden ser divididos en cuatro categorías:
1.
2.
3.
4.
Método del espesor equivalente
Diseño por tablas ó “catálogos”
Métodos basados en resultados de investigaciones y ensayos
Métodos mecanísticos
1. Método del espesor equivalente
En este caso se asume que el pavimento puede ser calculado con los mismos métodos
establecidos para los pavimentos flexibles (asfálticos) y que el conjunto conformado por
los adoquines y su capa de arena de asiento, sustituyen una parte equivalente del
paquete estructural obtenido. Entonces, no habiendo impedimento, el diseño se
transforma en un problema simple, utilizando el mismo método recomendado para los
flexibles.
Sin embargo, no es estrictamente correcto que un pavimento intertrabado se deforma
igual y responde de la misma manera a las deflexiones que un pavimento asfáltico, por
lo que este concepto es criticado por los especialistas, dado que no tiene en cuenta ni
explota la capacidad de un intertrabado en desarrollar en forma progresiva una mayor
rigidez y trabazón entre las piezas, tolerando además importantes deflexiones
transitorias y distribuyendo mejor la carga, reduciendo por lo tanto las tensiones por
debajo de la cama de asiento.
2. Diseño por tablas ó “catálogos”
Aquí los adoquines y el espesor de la base son seleccionados en base a la experiencia
en la construcción de una vía sobre una subrasante similar al la del proyecto en
consideración. Dado que hay una vasta experiencia en Europa, esta simple
aproximación puede conducir a resultados satisfactorios. Este método es conveniente
de ser aplicado solo en calles y no para pavimentos sometidos a cargas elevadas
(depósitos industriales, plataformas en aeropuertos, playa de contenedores en puertos,
etc.).
Existen en el mundo varios “catálogos” pero en todos los casos, la vía es clasificada en
términos del volumen del tránsito (como acumulación de los ejes equivalentes ESAL´s),
tipo de tráfico (residencial o industrial) y condiciones climáticas. Una vez obtenida la
clasificación de la calle, se utiliza la tabla o catálogo para determinar el diseño del
pavimento. Esta metodología de diseño es poco flexible (solo se tiene en cuenta un
CBR entre 10 y 15 para caracterizar la resistencia de la subrasante) y conducirá a un
diseño no optimizado.
4
3. Métodos basados en resultados de investigaciones y ensayos
En este caso se trata de realizar ensayos sobre un prototipo de pavimento intertrabado,
con el objetivo de obtener rangos de equivalencia o sustitución de materiales,
pudiéndose mencionar como el más preciso y actualizado el desarrollado por el
profesor Brian Shackel en la Universidad de Nueva Gales del Sur en Australia. Este
método fue publicado inicialmente en 1978 y se refiere a pavimentos de adoquines
sometidos a cargas de autopistas o vías primarias, incorporando bases granulares no
mejoradas. Este demostró que es posible utilizar información (data) recopilada durante
ensayos de tránsito mayorado o acelerado en el tiempo, en prototipos a escala natural
para desarrollar un modelo estático para una resistencia dada de la subrasante,
espesores de los adoquines y de la base para un determinado comportamiento, tal
como la aparición de ahuellamientos. Estos modelos han sido extendidos para cubrir
un rango completo de las condiciones de la subrasante utilizando un análisis
mecanístico. Este método ha sido exitosamente utilizado para una variedad de climas
desde finales de los 70´s, pero han sido reemplazados por procedimientos
mecanísticos.
4. Métodos mecanísticos
El primer método mecanístico consideraba al pavimento como un material homogéneo, isotrópico y flexible
que se apoyaba sobre una subrasante flexilbe y cuya resistencia era definida en términos de su CBR. El
segundo método mecanístico fue publicado en Gran Bretaña en 1979. Este se basaba en un análisis
elástico sobre tres capas del pavimento y asumía que se podía aplicar el mismo criterio de relacionar la
tensión en la subrasante de un intertrabado con la de un pavimento asfáltico para una misma vida útil.
Por lo general este análisis es afectado por ya sea, por el cálculo de las tensiones de tracción en la
subbase mejorada y determinado su vida útil por fatiga, o calculando las tensiones verticales de
compresión actuando sobre una subbase granular y utilizando a éstas para predecir el ahuellamiento que
se desarrollará bajo la acción del tráfico.
Inicialmente, las aplicaciones más efectivas de los métodos mecanísticos fueron para calcular pavimentos
intertrabados diseñados con subbases mejoradas de suelo cemento, incluyendo inclusive al hormigón
pobre, pero posteriormente se incluyeron las subbases granulares no tratadas con cemento. Este método
es actualmente aplicado mediante el uso de programas de computación específicos, tales como los
propuestos por el SEPT (Small Element Pavement Technologists).
Nota importante: Un pavimento Intertrabado sometido a cargas de tránsito, debe ser
diseñado por un profesional idóneo con alcance de título, aplicando algunos de los
métodos recomendados más arriba.
(*) Director Técnico de la AABH
5