CONSIDERACIONES DE EFECTOS CLIMÁTICOS EN EL DISEÑO

3.2.1 MODELO CLIMÁTICO REFORZADO (EICM)101

Los cambios en los perfiles de humedad y temperatura en las diferentes capas de la estructura del pavimento, a lo largo de su vida útil, son tenidos en cuenta en el diseño con la

100 _{AMERICAN ASSOCIATION OF STATE HIGHWAY AND TRANSPORTATION OFFICIAL}

(AASHTO) – NATIONAL COOPERATIVE HIGHWAY RESEARCH PROGRAM (NCHRP). Mechanistic – Empirical Pavement Design Guide 2002 – Project 1 – 37 A, Part 2 – Design Inputs, Chapter 3 –

Environmental Effects. Estados Unidos. 2002. pag 1.

ayuda de una poderosa herramienta: el programa Enhanced Integrated Climatic Model (EICM).

El programa EICM está compuesto internamente por 3 modelos: 1) Modelo Clima – Estructura – Materiales (CMS).

2) Modelo Terminación de Helada y comienzo de Deshielo (CRREL). 3) Modelo de Infiltración y Drenaje (ID).

En el año 1989, la Federal Highway Administration (FHWA) desarrolló la versión original de este programa llamado ICM, en la Universidad de Texas, el cual integraba los tres modelos mencionados anteriormente (CMS, CRREL e ID), con el fin de desarrollar una metodología para la predicción del clima. Posteriormente, en los años 1997 y 1999, la versión original fue mejorada sobre todo en lo que tenía que ver con la predicción de la humedad, y fue llamado EICM102.

El programa EICM también calcula los factores mensuales de ajuste del módulo de las capas granulares y de la subrasante. Además, calcula la presión de poros, el contenido de agua, la profundidad de hielo y deshielo, y el funcionamiento del drenaje.

Los principales desarrollos del EICM fueron:

 Reemplazar la ecuación de Soil Water Characteristic Curve (SWCC) de Gardner (1958), por la ecuación propuesta por Fredlund y Xing (1994)103. Siendo la Soil Water Characteristic Curve (SWCC), la variación en la capacidad de almacenar agua en los micro y los macro poros del suelo, con relación a la succión.

102 _{NATIONAL COOPERATIVE HIGHWAY RESEARCH PROGRAM (NCHRP). “Modifications to the}

EICM Version 2.1”, en Final Document. Project 1 – 37 A. Champaign, Illinois, Estados Unidos. 2000; y NATIONAL COOPERATIVE HIGHWAY RESEARCH PROGRAM (NCHRP). “Conclutions Relative to the Maximitation of the Agreement Between EICM Predicted Moisture Contents and TDR Measured Moisture Contents for Existing Pavements”, en Final Document. Project 1 – 37 A. Champaign, Illinois, Estados Unidos. 2000.

103 _{ZHOU, Jian; YU, Jian – Lin. “Influnces Affecting The Soil – Water Characteristic Curve”, en Journal of}

Zhejiang University SCIENCE. 2004; FREDLUND, Murray; WILSON, G. W.; FREDLUND, Delwyn. “Indirect Procedures to Determinate Unsaturated Soil Property Functions”, en 50th _{Canadian Geotechnical}

Conference Golden Jubilee Conference. Ottawa, Ontario, Canada. 1997; ESTOIMENOVA, E.; DATCHEVA, M.; SCHANZ, T. “Statistical Modeling of the Soil Water Characteristic Curve for Geotechnical Data”. Psi. (presentación Power Point).

Donde: Sat = Saturación del suelo (%). Succ = Succión del suelo(KPa). e = 2.71828

 Desarrollar mejores estimativos de la Soil Water Characteristic Curve (SWCC), conductividad eléctrica saturada y gravedad específica, con base en índices y propiedades del suelo (P200, IP y D60), cuando estas variables no se puedan estimar en el campo.

 Incorpora información de 800 estaciones climáticas de los Estados Unidos. Además, da la posibilidad de generar nuevas estaciones climáticas y realizar combinaciones de algunas de estas para generar una virtual.

3.2.2 INCORPORACIÓN DEL EICM EN LA GUÍA DE DISEÑO 2002104

La entrada de información al programa se hace con la ayuda de interfases provistas por el software de la Guía de Diseño 2002.

Para pavimentos flexibles, el programa:

 Guarda el Módulo Resiliente inicial de cada capa de la estructura del pavimento. Estos son hallados con base en la densidad máxima seca y la humedad óptima de compactación.

 Evalúa cambios de humedad en cada una de las capas, desde la inicial, hasta que llegue a la de equilibrio.

 Evalúa los cambios del Módulo Resiliente (Mr) de todas las capas, teniendo en cuenta la variación de humedad en cada una de ellas.

 Evalúa los efectos de congelamiento en el Módulo Resiliente (Mr) de cada una de las capas. En el caso particular de Colombia, se obviaría este cálculo.

 Evalúa los efectos de deshielo en el Módulo Resiliente (Mr) de cada una de las capas. En el caso particular de Colombia se obviaría este cálculo.

104 _{AMERICAN ASSOCIATION OF STATE HIGHWAY AND TRANSPORTATION OFFICIAL}

(AASHTO) – NATIONAL COOPERATIVE HIGHWAY RESEARCH PROGRAM (NCHRP). Mechanistic – Empirical Pavement Design Guide 2002 – Project 1 – 37 A. Estados Unidos.

54 . 0 * 19 . 1 5 . 6 1 * 40 . 23                           Succ e Log Sat

 Utiliza los cambios de Módulo Resiliente (Mr) de cada una de las capas, para determinar la respuesta estructural del pavimento.

 Evalúa la capa asfáltica con el cambio de temperatura en el tiempo. En el caso de pavimentos rígidos, añade los siguientes cálculos:

 Genera los perfiles de temperatura en las capas del pavimento (losa, base y subrasante).

 Convierte un perfil no lineal en un gradiente térmico lineal, el cual es usado en los modelos de esfuerzos por temperatura.

 Genera un archivo de las probables distribuciones de gradientes lineales de temperaturas que se pueden esperar mes a mes, en la sección transversal de la estructura del pavimento.

 Determina el índice de congelamiento y el número de ciclos de hielo y deshielo. En el caso particular de Colombia, se obviaría este cálculo.

 Proporciona valores promedios de humedad relativa para ser utilizados en el cálculo de deformaciones de la losa en un mes.

La principal salida del programa EICM es el factor de medio ambiente (Fenv), el cual variará con la posición en la estructura del pavimento y con el tiempo en el período de análisis. Este factor es el que va a afectar el Módulo Resiliente (Mr) de cada capa.

Adicionalmente, el programa da la temperatura en la mitad de la capa, el perfil de temperatura en la capa de concreto asfáltico o hidráulico, y el contenido promedio de humedad en cada capa.

3.2.3 SALIDAS DEL EICM

El programa EICM tiene dos niveles de salida: internos y externos. Los dos tipos de salidas son transparentes al diseñador, con la diferencia que las salidas internas no son llevadas a otros componentes del software, mientras que las salidas externas sí lo son. Sin embargo, el diseñador tiene el control total de las entradas que gobiernan estas salidas.

3.2.3.1 Salidas Internas

Estas salidas no van a ser utilizadas en el cálculo de la respuesta estructural del módulo o en la variación del módulo. Por ejemplo: el contenido de agua, temperatura en cada nodo o la saturación.

3.2.3.2 Salidas Externas:

Este tipo de salidas son utilizadas en el cálculo de la respuesta estructural del módulo o en la variación del módulo. Por ejemplo: los factores de congelamiento (Ff), de recuperación (Fr), de no congelamiento (Fu), de medio ambiente (Fenv), temperatura en la superficie y en la mitad de cada capa, o el contenido de humedad.

Este tipo de salida alimenta directamente la caracterización de materiales, respuesta estructural y predicción del comportamiento.

3.3. ENTRADAS DE MATERIALES Y CLIMA PARA LOS MODELOS DE