1. APLICACIÓN DEL SISTEMA DISEÑO MECANÍSTICO AL DISEÑO DE
PAVIMENTOS
INTRODUCCIÓN
Dentro del diseño de pavimentos para calles y carreteras se encuentra un sinnúmero de
generalidades como pueden ser: La mayoría de los métodos de diseño de pavimentos
tienen un alto grado de empirismo, propio de las agencias que lo han desarrollado, es por
ello que es común obtener diferentes espesores al aplicar distintos métodos de diseño,
empleando los mismos datos, es decir gran parte de estas diferencias se debe a la falta de
descripción precisa y cuantitativa de lo que constituye la falla de un pavimento de calle o
carretera. Por lo que al proceso de diseño de pavimentos se los puede dividir en dos
grupos:
- Empírico.-Basado en resultado de experiencias de campo, es decir que las
relaciones observadas no están necesariamente asociadas a una base científica.
- Mecanicista.- Basado en la mecánica del comportamiento estructural ante el
comportamiento de cargas, es decir se conoce las propiedades fundamentales de
los materiales y la geometría de la estructura sometida a solicitaciones.
En el presente se hará énfasis a lo que es el diseño Mecanicista
DISEÑO MECANICISTAS EMPÍRICO
Dentro de este proceso de diseño asume que las componentes mecanicistas permiten
determinar la respuesta del pavimento ante situaciones “críticas” de cargas y clima,
utilizando modelos matemáticos es decir que calcula respuesta del pavimento ante
tensiones, deformaciones y deflexiones entendiendo en forma particular acumula daño
producido durante el periodo de diseño, mientras que los componentes empíricos
relacionan respuesta del pavimento con indicadores observados de comportamiento, es
decir relaciona el daño en el tiempo con deterioros típicos, a través de modelos de
regresión como por ejemplo; Fisuras, ahuellamiento, agrietamiento, etc. Parte de este
proceso de diseño se lo puede representar en el siguiente esquema:

2. Fig. 1Procedimiento de diseño de pavimento Mecanicista-Empírico
Para el diseño de Pavimento Mecanicista-Empírico hay que tener en cuenta los principales
aspectos como lo son:
- Ingreso de datos (Exactitud, ensayo de laboratorios, ensayos en situ, etc.
- Definición de tránsito (Volumen, Distribución de carga por eje, velocidad, etc.)
- Factores climáticos (Temperatura, humedad, latitud, longitud, etc.)
- Estructura de Pavimento (Modelos elásticos multicapa, vida de diseño
- Materiales (Concreto asfaltico, materiales base y subbase
- Fallas Consideradas ( Fisuración por fatiga, Ahuellamiento Fisuración longitudinal,
Fisuración térmica, etc.)
- Confiabilidad ( variabilidad y aleatoriedad del diseño)
- Modelos de deterioro (Pavimentos flexibles “Piel de cocodrilo o Fisuración,
Ahuellamiento, Fisuración térmica, lisura”, Pavimentos Rígidos “ Fisuras
transversales en pavimentos de hormigón simple con juntas, losas fisuradas,
escalonamiento ”
- Servialidad
A continuación algunas fallas consideradas dentro del análisis para el diseño
Fig. 2Fisuración por fatiga o piel de cocodrilo y Ahuellamiento

3. Fig. 3 Fisuración longitudinal, Fisuración Térmica, Escalonamiento, Punzonados
Criterio de falla por fatiga.- Dependen de la deformación horizontal de tensión en la
fibra inferior de las capas asfálticas su ecuación viene descrita por:
Criterio de falla por Ahuellamiento.- Se puede generar en cualquier capa del
pavimento, y su causa es principalmente por el sobreesfuerzo de la subrasante
Criterio de falla por Deflexión.-
CONCLUSIONES
- Se concluye que dentro de lo que es diseño de pavimentos nuestro país todavía
acoge la practica actual es decir que nos encontramos en el diseño empírico y que
necesitamos de manera inmediata acogernos a lo que es el diseño Mecanicista-
Empírico que es lo que nuestro vecinos como lo son, Colombia, Argentina Perú etc.
Ya viene implementando este nivel que para ellos es actual en el desarrollo
alcanzado en la práctica profesional en un momento determinado.

4. IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA SUPERPAVE EN EL DISEÑO DE MEZCLAS
ASFÁLTICAS
INTRODUCCIÓN
De acuerdo a la insuficiencia mostrada en el diseño y construcción, los políticos
americanos no entendían cómo obras diseñadas para un determinado número de años
necesitaban mantenimientos costosos después de pocos años de construidos. Es Por ello,
que en el año 1987, el Congreso Americano destina un presupuesto para crear un
organismo técnico cuya finalidad del mismo es la de evaluary proponer nuevos métodos
de diseño. Esta inversión sobrepasaba los 150 millones de dólares y cuya metodología
implementada es la metodologíaSUPERPAVE “Superior PerformingAsphaltPavement”de
diseño de mezclas asfálticas, cuyo propósito es de mejorar el desempeño y duración de las
carreteras volviéndolas más seguras tanto para automovilistas como para lostrabajadores
de las mismas.
SISTEMA SUPERPAVE
El diseño de mezclas SUPERPAVE debe considerar 4 etapas las mismas que son:
- Selección de materiales.
- Diseño de la estructura granular.
- Contenido de ligante.
- Evaluación de la sensibilidad al humedecimiento.
Selección de materiales
Selección de Agregados.- Los agregados deben cumplir: 4 ensayos
obligatoriosson: Angularidad del agregado grueso,ASTM D 5821; Angularidad del
agregado Fino, AASHTO T 304-96; PartículasChatas y Alargadas, ASTM D 4791; y
Equivalente de Arena, AASHTO T 176. Y ensayos denominados propiedades de
fuente, especificados por la normativa local es decir pueden ser Abrasión ASTMC
131, Ensayo de Durabilidad AASHTO T 104 y Partículas Friables y Terronesde
Arcilla AASHTO T 112.
Ensayos de Ligante.- La temperatura de ensayo del ligante se cambia de acuerdo
al grado que es seleccionado en base a condicionesclimáticas y el proceso de
producción. Las propiedades son evaluadas con los ensayos de
ligantesSUPERPAVEy son directamente relacionadas con el comportamientoen el
campo. El ligante es ensayado para 3 condiciones: durante la
preparación:transporte, almacenado y manipulado; conEnvejecimiento“corto”
luego de la producción y con Envejecimiento “largo”durante su vida de servicio. Se
considerael rango completo de temperaturas que experimentaráel pavimentoen el
lugardelproyecto, sobre todo las temperaturas extremas en servicio. Los
ensayosdel ligante se han desarrollado con la finalidad de controlar los 3 tipos de
fallas típicas que sufren las carpetas asfálticas: deformación permanente,
agrietamiento por fatiga y agrietamiento térmico.

5. Fig. 4(a) Deformaciones Permanentes debido al tiempo de servicio, tráfico pesado y altas temperaturas; (b)
Agrietamiento por Baja Temperatura y (c) Agrietamiento por Fatiga debido a las deformaciones elásticas,
tráfico tiempo de servicio
Determinación de la Gradación del Ligante. - SUPERPAVE clasifica el ligante en
función de las temperaturas extremasde calor y frío del pavimento,considerando
un registro de temperaturasde 20 años
Diseño estructural Granular
Este se evalúa con el Compactador Giratorio SUPERPAVE, SCG instrumento que
compacta las muestras de manerasimilar a la que se obtendrá bajo tráfico. La
compactacióntiende a orientarlas partículasde agregado de manera similar a las
observadasen campo.
Fig. 5 Compactación de un molde en el compactador Giratorio SUPERPAVE
Sensibilidad al humedecimiento.- Se evalúa a través de ensayos de resistencia en muestras
sometidas a la influencia de la saturación por 24 horas a una temperatura de 60C. La pérdida
deresistenciadeberá ser no menor al 80%
Método SMA “Stone MasticAsphalt”
Este método SMA se basa en una estructura granular donde predomina el contacto pie-
dra-piedra el mismo que le provee de alta resistencia cortante, baja de
formaciónpermanente y considera un mayor porcentajede ligante con mayor
durabilidad.La granulometría del SMAes incompleta(”gap-gradedaggregate”).

6. Fig. 6 Imagen SMA y SUPERPAVE
Estas imágenes muestran la diferencia entre el Superpavey el SMA. El SMAtieneun
estructura granular muy porosa y requiere mayor contenido de asfalto ylanecesaria
incorporación de fibras paraevitarla segregación con el ligantedurantela mezcla.El costo
del SMA es entre 20 a 25% mayores que las mezclas asfálticas convencionales; sin
embargo, el comportamientodel SMAbajo tráfico pesado y climasfríos es calificado en los
EE.UU. como excelente. Ademástiene un bajocostode mantenimiento y una duración que
alcanza los 30 años de servicio.La National Center forAsphaltTechnology, EE.UU. evaluó el
comportamientode 85 proyectos de SMA. Más del 90% de los proyectos presentaban
asentamientospermanentes menores de 4 mm.y 25% no presentaban
asentamientossignificativos. Las mezclas de SMApresentabanmayor resistencia al
agrietamientocomparadoscon las mezclas convencionales probablemente
almayorcontenido de ligante. No había evidencia de erosión de las aguas pluvialessobre la
superficie de la mezcla asfáltica en los proyectos.Experiencias en Georgia indican que el
SMA tiene entre 30 y 40% menos asentamientospermanentes que las mezclas
convencionales y de 3 a 5 veces mayorresistencia al agrietamientopor fatiga. La evaluación
de la sensibilidad al escurrimientodurante el proceso de mezclado es muyimportanteen el
SMA.Elensayo simula las condiciones durante la producción, almacenaje, el transportey la
colocación. El escurrimiento es la determinación de la porción de lamezcla(finos y ligante)
que se separay fluye escurriéndose de la mezcla.
CONCLUSIONES
- El SUPERPAVE arroja un diseño optimizado tomando en cuenta
condicionantesambientales locales para la selección del agregado, en ese aspecto
deja libertada las agencias descentralizadas los requisitos mínimos de la calidad
delagregado.
- El SUPERPAVEconsidera aspectos geológicos del asfalto como laresistenciaa la
tracción, los esfuerzos inducidos por la contracción térmica, lasensibilidada la
temperatura y el humedecimiento y como el componente débildela mezcla.
Bibliografía
Gomez, Garnica P. Delgado H. 2004.Aspectos del diseño volumetrico de mezclas asfaltica.
Mexico : Instituto Mexicano del Transporte, 2004.
Minaya, Ordoñez A y.Conseptos mecanísticos en la Ingeniería de Mezclas asfalticas
"CONGRESO NACIONAL DE ASFALTO". Lima : s.n.