En los capítulos de este trabajo se establen algunos conceptos de orden general en referencia a la Reología, se muestran dos modelos (Zeevaert y Folque) que presentan la particularidad de caracterizar a los suelos parcialmente saturados (dentro de los cuales pueden ser clasificados los suelos que son sometidos a un proceso de compactación) y se hace una breve semblanza del análisis y diseño de los pavimentos. A continuación, se trabaja el aspecto teórico del modelo de Folque para condiciones de cargas estáticas. Lo siguiente será la calibración y validación del modelo para un suelo en particular (obtenido de la zona residencial de Jurica, Querétaro). Finalmente, serán analizadas las respuestas del suelo y del modelo bajo condiciones de carga cíclica; lo cual tendrá por objetivo el observar la respuesta del material tras simular las condiciones reales de solicitud a las que están expuestas las capas constitutivas de los pavimentos.

Comentaremos, en lo siguiente, algunos aspectos del trabajo con la finalidad de dar idea de algunas de las conclusiones que aparecen en el capítulo final; así como de algunas perspectivas sobre las discusiones que durante el desarrollo del estudio habrán de ser señaladas.

Es notorio que en el estado actual del conocimiento en materia de diseño y análisis de pavimentos, existe mucha incertidumbre en cuanto al conocimiento de las propiedades mecánicas reales de los materiales que se emplean para su construcción. Casi podría asegurarse que sigue siendo el empirismo el principal elemento en el diseño de las capas constitutivas de los pavimentos. Sin embargo, este desconocimiento de las propiedades mecánicas ha obligado a proponer parámetros como el módulo de resiliencia, con el objeto de salvar todos estas incertidumbres y lograr con ello diseños más racionales.

Una vez que el anterior panorama fue analizado, se detectó la carencia de procedimientos de diseño y análisis que emplearan herramientas tan importantes como la reología. De esta manera, se buscó en la literatura un modelo que propusiera una similitud con los suelos parcialmente saturados. El resultado de la búsqueda fue la detección de dos modelos: uno propuesto por Leonardo Zeevaert y otro por J. B. Folque. El segundo fue elegido, puesto que presenta un esquema completo de respuestas para diversos tipos de solicitud y establece una metodología bien definida para la obtención de los parámetros involucrados en el modelo.

Durante el proceso de calibración y validación se cuidaron aspectos como los efectos de pared, escala y esbeltez y la reproductibilidad de los especímenes. En esta fase del trabajo se concluyó que rangos de dispersión de ±1%, referidos al peso volumétrico seco y la humedad deseadas en los especímenes, eran los máximos tolerables para garantizar la comparación entre los resultados obtenidos de los ensayes de compresión simple. Por otra parte, también se definió la manera de evitar la pérdida de humedad durante el transcurso de los ensayes y mantener el rango de dispersión dentro del margen tolerable.

De los ensayes realizados a diversas velocidades de deformación, se observó que su influencia en la resistencia a la compresión simple era prácticamente despreciable (al menos para el rango de velocidades con el que se trabajó), no siendo así para la deformación a la cual se suscitaba la falla, la cual sí manifestó ser una función de la velocidad de deformación. Por su parte, de los ensayes de relajación y de fluencia se obtuvieron dos parámetros del modelo, a saber: los elementos G2 y uo. El hecho de que el suelo presentara un comportamiento no lineal fue detectado en los ensayes de fluencia. En efecto, tales pruebas mostraron una diferencia de magnitud en cuanto los tiempos en los que se debería haber logrado la transición de un comportamiento de tipo elástico retardado a uno viscoso; efecto producido muy probablemente por el hecho de que el parámetro h resultó ser una función de la velocidad de deformación. Sin embargo, la calibración completa del modelo de Folque fue realizada mediante un análisis paramétrico; a partir del cual fueron determinados los otros dos elementos del modelo: los parámetros G1 y h . Pese a las diferencias encontradas entre el comportamiento experimental del suelo y el comportamiento teórico del modelo, lo interesante es que efectivamente es posible reproducir el comportamiento básico del material (figuras de la 3.28 a la 3.33). Por otro lado, el realizar el análisis por separado de las dos unidades constitutivas del modelo de Folque (la unidad de Maxwell y la de St. Venant) permitió concluir que el suelo estudiado (arcilla CH, de origen lacustre) efectivamente presenta un comportamiento primordialmente de tipo viscoelástico. Otro factor que se juzga de importancia - y sobre todo para efectos de aplicación práctica del modelo - estriba en el hecho de que al comparar los resultados obtenidos en este trabajo con los realizados por J. B. Folque, casualmente se trabajaron dos materiales que manifiestan comportamientos distintos. Es decir, por un lado se tiene al material de Jurica, el cual presenta un comportamiento de tipo viscoelástico, mientras que el material que trabajó Folque presenta un comportamiento principalmente de tipo elastoplástico.

Las anteriores observaciones sitúan al modelo de Folque en una situación ventajosa para utilizarlo como modelo representativo de cada una de las capas que constituyen a los pavimentos.

Otro detalle importante que se detectó del análisis de los ensayes de relajación y de fluencia estriba en el hecho de que, puesto que los esfuerzos a los cuales son sometidas las capas de un pavimento son relativamente bajos y a que los tiempos que deben transcurrir para que se dé una redistribución de esfuerzos de la unidad de Maxwell a la de St. Venant  - en el modelo de Folque - son muy grandes, al aplicarlo en el análisis de deformaciones permanentes se empleará el caso para el cual el modelo trabaja para niveles de esfuerzo inferiores a uo. Por otro lado, debe recordarse el hecho de que al hablar de pavimentos, las deformaciones que se generan durante su vida útil son clasificadas como pequeñas; por lo que llegar a valores teóricos del 3.3% (como es el caso en el suelo de Jurica) es simplemente inadmisible.

El último punto que se abordó en este trabajo fue observar las respuestas experimentales del suelo en estudio y teóricas del modelo de Folque. En cuanto al material de Jurica, el análisis de su comportamiento generó conclusiones como el hecho de que un ensaye cíclico reproduce la respuesta de un ensaye de fluencia (conclusión que es aplicable indistintamente, tanto para el suelo estudiado como para el modelo). Por otro lado, se concluyó que el nivel de esfuerzo desviador tiene importancia fundamental en el valor de la deformación de tipo plástica (permanente) que se genera y que la frecuencia no manifiesta influencia alguna en el valor de tales deformaciones, pero que sí tiene que ver con el tiempo en el que se generan. Así mismo, en los ensayes realizados al suelo (de deformación permanente - bajo carga cíclica - y de módulo de resiliencia), pudo notarse el hecho de que el esfuerzo desviador determina la magnitud de las deformaciones permanentes y del módulo de resiliencia; mientras que el nivel de esfuerzo de confinamiento no tiene injerencia alguna en el valor final del módulo de resiliencia. Esto último permite que en el laboratorio sea más práctico determinar dicho módulo mediante un ensaye de compresión simple (cíclico).

Por su parte, el análisis del modelo bajo cargas repetidas permitió determinar que el elemento más importante para efectos de análisis de pavimentos es el parámetro G2; el cual resultó ser equivalente al módulo de deformación (toda vez que la deformaciones permanentes se han estabilizado), definido como la relación del esfuerzo aplicado a la deformación total (es decir, la deformación que se obtiene en un ensaye de fluencia - o de tipo cíclico - una vez que el proceso de deformación llega a un nivel de estabilización). Además, se propuso una expresión para el módulo de resiliencia en términos del módulo de deformación (G2) y del parámetro G1 del modelo de Folque; así como otra para calcular la deformación permanente en términos de los mencionados parámetros y del nivel de esfuerzo.

Otro comentario que se realizó a la luz de los resultados de esta última fase del trabajo, giró en torno a la manera en que el procedimiento sugerido por la AASHTO determina el módulo de resiliencia. Al parecer, la propuesta de dicho organismo fue de tipo arbitrario y no está justificada por un estudio serio de deformaciones diferidas en el tiempo, como lo amerita. En efecto, respecto a este último punto, es importante que en lo sucesivo se conjuguen dos aspectos importantes en el diseño de los pavimentos: por una parte la evolución de las deformaciones permanentes en las capas constitutivas de los pavimentos y, por otra, la evolución del módulo de resiliencia. Se cree que, al igual que en el cálculo de asentamientos y por los resultados que se obtuvieron en este trabajo, existe una relación estrecha que liga invariablemente la deformación con el módulo de resiliencia y con el módulo de deformación; por lo que un análisis más racional y serio en cuanto a pavimentos se refiere, exige un estudio de los tres factores por igual.

Todo el trabajo anterior permite establecer un marco teórico para el análisis y diseño de pavimentos, en donde se ha retomado a la Reología como punta de lanza para tal objeto. Salta a la vista entonces, que el modelo que fue utilizado para este estudio es capaz de reproducir y predecir el comportamiento del suelo con el que se trabajó en condiciones estáticas. Más aún, el modelo puede reproducir el comportamiento bajo cargas cíclicas. Por tales razones, puede concluirse que la hipótesis fundamental de este trabajo ha quedado comprobada, toda vez que fue posible representar el comportamiento del suelo de Jurica mediante un modelo reológico.

Sin embargo, es importante que las limitaciones de este estudio sean señaladas. La principal de ellas viene como consecuencia del grado de compactación y la humedad para los cuales fueron obtenidos los parámetros del modelo, aunque en su oportunidad fue justificado tal punto. Otra limitante del presente estudio estriba en el hecho de que el análisis teórico que se realizó para condiciones de carga cíclica no contempla el comportamiento no lineal del parámetro h. Es posible - sin llegar a la afirmación - de que considerando tal situación, el modelo pueda presentar una mayor aproximación entre los tiempos teóricos y experimentales en los que ocurren las deformaciones elásticas retardadas.

Aunque únicamente se obtuvieron los parámetros del modelo de Folque para un material y una condición de peso volumétrico seco y humedad, el procedimiento y la metodología seguida en este estudio pueden ser empleadas para futuros estudios encaminados a calibrar y validar el modelo para otros materiales y otras condiciones. Un estudio que indudablemente valdría la pena realizar y que ampliaría la aplicación del modelo de Folque, sería el de averiguar la variación de sus parámetros con el contenido de agua o bien del grado de saturación del suelo. Esto se plantea de manera alterna para evitar hacerlos función de la succión, parámetro que requiere de equipos sofisticados y ensayes muy delicados para su confiable obtención y que además lo sitúan en desventaja clara desde el punto de vista práctico; y en la inteligencia de que dicho parámetro guarda una relación tanto con el contenido de agua como con el grado de saturación.

Con todo lo anterior, el presente trabajo tiene un matiz original en el sentido de que la Reología no ha sido empleada dentro del estudio de los pavimentos, con excepción de su aplicación al estudio de la carpeta asfáltica. Por otra parte, el modelo no emplea a la succión como factor para poder determinar el estado de esfuerzos y deformaciones del material; situación que se considera una ventaja desde el punto de vista práctico, como ya fue comentado en párrafos anteriores.

Para concluir, se advierte en el modelo de Folque un potencial que valdría la pena explorar con más detalle, y del cual la aplicación al cálculo de deformaciones permanentes en capas de pavimentos puede ser sólo una pequeña fracción.

Síntesis de la Publicación Técnica N° 110, "Aplicación de un modelo reológico al cálculo de deformaciones permanentes en suelos finos compactados", elaborada por Daniel Camacho Barrón y  Paul Garnica Anguas, investigadores del Instituto Mexicano del Transporte.