Por qué comparar tecnologías de mezcla bajo el mismo tránsito
El diseño de pavimentos flexibles en Latinoamérica tiene que resolver dos cosas a la vez: estructuras durables frente al tránsito y a la sobrecarga que predomina en muchas carreteras, y la incorporación de tecnologías sustentables, como las mezclas con RAP (Reclaimed Asphalt Pavement) o con polvo de hule predigerido, que reducen el consumo de materiales vírgenes.
“La viabilidad de estas soluciones no solo depende de su composición, sino también de su comportamiento mecánico a lo largo del tiempo.”
Qué integra PavAnalyzer Beta
Alojada en un servidor y usada desde el navegador de cualquier dispositivo, incluido el teléfono, sin instalar nada. Reúne tres módulos:
Módulo A
Análisis del tránsito
Método de la UNAM (NOM-012-SCT-2-2017), AASHTO adaptado a la normativa mexicana y espectros de carga.
Módulo B
Análisis estructural multicapa
Burmister con hasta 7 capas; esfuerzos y deformaciones verticales, radiales y tangenciales.
Módulo C
Deterioro y vida útil
Instituto del Asfalto, Shell, TRRL, BRRC o un modelo propio (f1 a f5) con la hipótesis de Miner.
Dos rutas para caracterizar el tránsito
A
Ejes equivalentes
Método de la UNAM a partir de aforos tradicionales. Eje estándar de 8.2 t, radio de 15 cm y dos deformaciones críticas: tensión en la base de la carpeta (εt, fatiga) y compresión en la subrasante (εz, deformación permanente). El daño se acumula con Miner; la falla ocurre cuando llega a 1.
B
Espectros de carga
Pesos reales de estaciones de pesaje dinámico. Cada eje se evalúa con el Factor de Equivalencia de Carga; cargas estándar de 8.2 t (sencillo), 15 t (tándem) y 23 t (trídem). Cada configuración se modela por separado y Miner suma cuatro términos de daño.
Caso de estudio: convencional vs. polvo de hule predigerido
Dos pavimentos con la misma configuración de capas. Solo cambia la carpeta (módulo y ley de fatiga). Carga: eje de 8.2 t, 5.8 kg/cm² (568.78 kPa), radio de 15 cm.
| Capa | Espesor | E conv. (kPa) | E recic. (kPa) | ν |
|---|---|---|---|---|
| Carpeta asfáltica | 15 cm | 8,098,000 | 10,099,000 | 0.30 |
| Base | 30 cm | 385,000 | 385,000 | 0.35 |
| Subbase | 30 cm | 200,000 | 200,000 | 0.35 |
| Subrasante | ∞ | 70,000 | 70,000 | 0.40 |
| Tecnología | f1 | f2 | f3 | f4 | f5 |
|---|---|---|---|---|---|
| Convencional | 8.466×10−9 | 3.649 | 0.0 | 1.365×10−9 | 4.477 |
| Reciclada | 4.495×10−23 | 7.143 | 0.0 | 1.365×10−9 | 4.477 |
Coeficientes de fatiga (f1 a f3) y de deformación permanente (f4 y f5, Instituto del Asfalto).
Resultados
Vida a fatiga · Nf
+41 %Vida a deformación permanente · Nd
+26 %Con el mismo espesor y la misma carga, la mezcla reciclada soporta 1,554,152 ejes equivalentes adicionales a fatiga. Eso abre dos caminos de diseño:
La plataforma también grafica la vida a fatiga de ambas mezclas en función del espesor de la carpeta, para hacer análisis de sensibilidad y ubicar los rangos óptimos de diseño.
Validación frente a KENLAYER
Con la estructura convencional se compararon esfuerzos verticales y laterales, deformaciones verticales y horizontales, y desplazamientos verticales contra el software de referencia KENLAYER.
La única diferencia notable apareció en la superficie (z = 0), un punto sensible a la integración numérica. Al recalcular KENLAYER a z = 0.01 cm, los valores se acercan mucho a los de PavAnalyzer; en el resto de las profundidades las curvas prácticamente se superponen.
Preguntas frecuentes
¿Qué aportan los espectros de carga frente a los ejes equivalentes?
Los ejes equivalentes resumen todo el tránsito en un eje estándar de 8.2 t. Los espectros usan los pesos medidos por tipo de eje (sencillo, sencillo dual, tándem y trídem), de modo que la estimación del daño refleja la variabilidad real de las cargas y la sobrecarga.
¿Los resultados de PavAnalyzer coinciden con KENLAYER?
Sí. Las curvas de esfuerzos, deformaciones y desplazamientos prácticamente se superponen. La única diferencia notable fue en la superficie (z = 0), que desaparece al evaluar KENLAYER a z = 0.01 cm.
¿Cuánto mejoró la mezcla reciclada en el caso de estudio?
Su vida a fatiga fue de 5,307,969 ejes equivalentes frente a 3,753,817 de la convencional: 1,554,152 más. Eso permite conservar el espesor y ganar vida útil, o reducir la carpeta 0.6 cm con la misma vida.
¿Cuántas capas se pueden modelar?
Hasta siete en la plataforma web. El código resuelve estructuras de n capas, pero siete se consideran suficientes para la gran mayoría de los proyectos reales.
Referencias
- Burmister, D. M. (1944). The general theory of stresses and displacements in layered systems. Columbia University, New York.
- Universidad Nacional Autónoma de México (1981). Instructivo para diseño estructural de pavimentos flexibles para carreteras. Instituto de Ingeniería, UNAM.
- Huang, Y. H. (2004). Pavement Analysis and Design (2.ª ed.). EUA.
- AASHTO (1993). Guide for Design of Pavement Structures. Washington D.C.
- IMT (2021). Caracterización de espectros de carga en la red carretera mexicana. Querétaro, México.
- Asphalt Institute (2007). Thickness Design: Asphalt Pavements for Heavy Wheel Loads (2.ª ed.). Lexington, KY.
