2.2.2.1. Datos de Entrada del Diseño Preliminar y Condiciones Locales
El procedimiento de diseño ofrece la posibilidad de considerar unaamplia gama de arreglos estructurales (como se ilustra en la Figura 2.2-1 ycaracterísticas de diseño, incluyendo espaciamiento de juntas, barras de transferencia de carga, bermas amarradas, losas ensanchadas, tipo de base, y drenaje. El diseño se alcanza en forma iterativa, analizando los diseños preliminares en detalle, para identificar el diseño que satisfaga el criterio de desempeño a través del período deanálisis. Un diseño preliminar incluye todos los detalles requeridos para realizarevaluaciones de diseño usando los procedimientos prescritos en la Guía Empírico - Mecanicista de Diseño de Pavimentos, incluyendocapas de pavimento, diseño de juntas, diseño del refuerzo, y propiedades de losmateriales.
Figura 2.2-1: Posible estructura de pavimento de hormigón
A parte del diseño preliminar, el diseñador debe proveer datos de entrada para las condiciones locales del proyecto, incluyendo propiedades de la subrasante (incluyendo presencia de roca), tránsito, y clima. Además, hay varios datos de entrada relacionados con la construcción tales como la Regularidad inicial (IRI inicial), el mes estimado para la pavimentación, la estimación del mes en que se abrirá el pavimento al tránsito y la estimación del alabeo permanente de la losa de hormigón.
El principal problema al obtener datos de entrada adecuados es que la información específica deseada para el proyecto no siempre está disponible en la etapa de diseño y muchas veces debe ser estimada varios años previos a la construcción. A modo de ejemplo, puede que los materiales empleados en un proyecto no se conozcan sino hasta un par de semanas previas al inicio de la construcción. El diseñador debiera obtener tanta información como le sea posible sobre propiedades de los materiales, tránsito y otros datos para el uso en el diseño, para obtener un diseño lo más realista posible. Además, el diseñador debe efectuar un análisis de sensibilidad para identificar que parámetros afectan más el desempeño del pavimento.
65 2.2.2.2. Niveles de Datos de Entrada de Diseño
En la mayoría de los datos de entrada se pueden seleccionar entre varios (3) niveles de calidad de los datos. Estos niveles, son:
1. Nivel 1: Datos de entrada locales para el proyecto obtenidos a través de mediciones o ensayes directos. Por ejemplo, propiedades de materiales obtenidas a través de ensayos de laboratorio, volúmenes de tránsito y cargas medidos cerca o en el lugar del proyecto.
2. Nivel 2: Datos de entrada obtenidos a través de correlaciones. A modo de ejemplo se pueden mencionar el módulo resiliente de la subrasante o materiales de la base estimados a partir del CBR o valores R usando correlaciones empíricas.
3. Nivel 3: El uso de valores por defecto de carácter nacional para datos de entrada. Ejemplos de datos de Nivel 3 son el uso de clasificaciones AASHTO del suelo para determinar un valor típico del módulo resiliente o el uso de clasificaciones de camiones y tipo de carreteras para estimar las cargas por eje y la distribución de camiones.
Los niveles de datos pueden diferir entre parámetros de entrada. Por ejemplo, el módulo resiliente de la subrasante puede obtenerse mediante ensayos de laboratorio (Nivel 1) y la distribución de cargas de tránsito a partir de registros nacionales (Nivel 3).
La selección del nivel de datos para un parámetro específico depende de una serie de factores, dentro de los que se pueden mencionar:
Sensibilidad en el desempeño del pavimento para un parámetro dado. Cuán crítico es el proyecto.
La información disponible al momento de diseñar.
Los recursos y tiempo que disponga el diseñador para obtener dichos datos de entrada.
El nivel seleccionado para cada parámetro de entrada, de cualquier forma, puede influir significativamente en el diseño de un proyecto, costos y confiabilidad. Para establecer que parámetros debieran ser determinados en forma más precisa para un proyecto dado se puede efectuar un análisis de sensibilidad.
2.2.2.3. Procesamiento de Datos de Entrada a través del Período de Diseño
Los datos de entrada en bruto son procesados por el programa para obtener valores mensuales de tránsito, materiales, y datos climáticos requeridos en las evaluaciones del diseño, y que son los siguientes:
Número horario promedio de ejes simples, dobles, triples y cuádruples en cada categoría de carga de ejes para cada mes del período de diseño. Temperaturas en 11 puntos equiespaciados en la capa de hormigón para
cada hora de los datos climáticos disponibles. Se requiere una estación climática con al menos 1 año de registros.
Humedad relativa media mensual para cada mes del calendario.
Resistencia y módulo del hormigón para cada mes del período de análisis. Valores mensuales medios del módulo de la base.
66
Valores mensuales medios del módulo de reacción de la subrasante efectivo (k) determinado en base al módulo resiliente (el dato de entrada en bruto). El módulo mensual de las capas y los perfiles de temperatura por cada hora a través de la capa de hormigón se obtiene a través del Modelo Climático Integrado Mejorado (en adelante EICM), el cual forma parte del software de la Guía Empírico – Mecanicista de Diseño de Pavimentos. Los principales tipos de capas incluidos en el procedimiento de diseño son losa de hormigón, base estabilizada con cemento, base estabilizada con asfalto, capas tratadas con cal y otros cementantes, base/subbase de agregado no ligado, y suelos de subrasante.
Variaciones de temperatura y humedad a través de la losa de hormigón son considerados directamente en el proceso de diseño a través de una componente “permanente” y una componente “transitoria” (horaria y mensual).
Se estima un alabeo permanente constante (modelado a través de un diferencial efectivo de temperatura a través de la losa) basado en los resultados de la calibración del modelo de agrietamiento.
El alabeo por temperatura transitorio debido a los cambios en las condiciones de temperatura de la losa es modelado usando los perfiles de temperatura horarios en la losa usando el EICM. El alabeo por humedad debido a los cambios en la humedad relativa es convertido en un diferencial de temperatura equivalente cada mes, y sumados a los efectos del alabeo por temperatura transitorio.
La ganancia de resistencia a largo plazo del hormigón y los correspondientes cambios en el módulo elástico del mismo (Ec) son considerados en el procedimiento de diseño de pavimentos rígidos. La resistencia del hormigón (módulo de ruptura, resistencia a compresión, y resistencia a la tracción indirecta) y Ec para cada mes del período de análisis pueden determinarse mediante el ingreso directo del parámetro (Nivel 1) o bien, usando el modelo de ganancia de resistencia del hormigón por defecto.
Los valores del módulo de la subrasante y otras capas ajustados estacionalmente a partir del EICM son convertidos en un valor mensual medio efectivo de k para cálculos de la respuesta estructural y análisis de daño. Esta conversión se efectúa de manera interna en el programa de la Guía Empírico – Mecanicista de Diseño de Pavimentos.
El procesamiento de los datos de entrada es automatizado en el programa de la Guía Empírico – Mecanicista de Diseño de Pavimentos, y los parámetros procesados entran directamente dentro de los módulos de cálculo de respuesta estructural que calcula la respuesta crítica del pavimento mes a mes a lo largo de todo el período de diseño.