Diseño Racional de Pavimentos

Introducción

Mecánica: Ciencia del movimiento y la acción de fuerzas en los cuerpos

Mecanística: Aplicación de Física Elemental para determinar las reacciones de las estructuras a las cargas

Diseño Empírico

Se basa en los resultados de experimentos o en la experiencia.

Requiere un buen número de observaciones para determinar relaciones

variables observaciones

Diseño Empírico 2

No se necesita generalmente establecer firmemente las bases científicas siempre y cuando se reconozcan las limitaciones

Las ecuaciones de diseño se establecen por regresiones con base en los datos experimentales

Diseño Empírico 3

En ocasiones es más expedito confiar en la experiencia que tratar de cuantificar la causa / efecto exactos de un fenómeno

Diseño Empírico 4

La mayoría de los métodos de diseño en el pasado has sido

EMPÍRICOS

Ejemplo

AASHTO

AASHTO

Método Racional - Puro

Análisis Mecanístico

Parámetros de Comportamiento en Laboratorio

Leyes de Comportamiento

de Laboratorio

Método Empírico - Racional

Combina Elementos de:

DISEÑO EMPÍRICO

DISEÑO RACIONAL

Método Empírico - Racional

Componente Racional:

Uso de modelos matemáticos para determinar reacciones (esfuerzos, deformaciones, deflexiones)

Medición Directa de Parámetros de Comportamiento

Método Empírico - Racional

Componente Empírico:

Leyes de Comportamiento

Relación

Reacciones Comportamiento

Método Empírico - Racional

Componente Racional Adicional:

Leyes de Comportamiento de Laboratorio

Método Empírico - Racional

Componente Empírico Ajustado:

Ajuste de Leyes de Comportamiento de Laboratorio

a Pavimentos Reales

Método Empírico - Racional

Ejemplo:

Cálculo Racional de la Deflexión

Relación Empírica entre Deflexión y Vida del Pavimento

Método Empírico - Racional

Ventajas: Se acomoda a cargas variables

Mejor Utilización de Materiales Disponibles

Mejora Predicción de Confiabilidad

Método Empírico - Racional

Ventajas (cont): Mejor definición del papel de la

construcción

Propiedades de materiales más relacionadas con comportamiento real.

Método Empírico - Racional

Ventajas (cont): Mejor definición de propiedades

de las capas existentes

Incorporación de efectos ambientales y de envejecimiento en los materiales.

Modelos Matemáticos

Elásticos Lineales No Lineales

Visco-elásticos

Dinámicos

Aspecto Básico

Cómo la estructura del pavimento distribuye las cargas de los vehículos

Propiedades fundamentales de los materiales para determinar esa distribución, además de los espesores de capas

Elasticidad

Parámetros:

Propiedades de los Materiales

Módulo de Elasticidad (dinámico)

Relación de Poisson

Espesores de Capas

Elasticidad

Parámetros (cont):

Condiciones de Carga

Magnitud GeometríaNúmero de Cargas

Modelo Elástico 1

CA

Gran

SR

p

h

h

Modelo Elástico 2

10.5 cm 10.5 cm

31.5 cm

EJE ESTÁNDAR DE 80 KN (8.2 t)

p = 5.92 Kg/cm2

Presión de Contacto (1)

Presiones de Contacto: Baja Presión de Inflado

Presión de Inflado

Presión de Contacto

Coraza de la llanta en compresión

Presión de Contacto (2)

Presiones de Contacto: Alta Presión de Inflado

Presión de Inflado

Presión de Contacto

Coraza de la llanta en tensión

Presión de Contacto (4)

Los ejes más pesados, que son los que más daño hacen al pavimento, tienen en general altas presiones de inflado.

En el diseño de pavimentos por métodos racionales, generalmente se toma la presión de contacto igual a la presión de inflado, lo cual está del lado de la seguridad.

Puntos de Análisis Básicos

Superficie del Pavimento Deflexión

Cara Inferior Concreto Asfáltico Deformación Horizontal (tracción)

Cara Superior Subrasante Deformación Vertical (compresión)

Estructura de Pavimento

Concreto Asfáltico

Base Granular

Subbase Granular

Subrasante

Puntos de Análisis Básicos

CA

Gran

SR

t,CA

v,S

R

p = 5.92 Kg/cm2

h

h

D

Boussinesq - Una Capa 1

Boussinesq - Una Capa 2

Boussinesq - Una Capa 3

Boussinesq - Una Capa 4

Burminster - Dos Capas 1

Burminster - Dos Capas 2

Burminster - Dos Capas 3

Burminster - Dos Capas 3

Sistemas Multicapa 1

Propiedades de los Materiales

Sistemas Multicapa 2

Espesores de las Capas

Sistemas Multicapa 3

Condiciones de Carga

No = 1

9000 lbs

(40 kN)

80 psi

(552 kPa)

Sistemas MulticapaAnálisis 1

Deflexión, mmA = 1.219 (0.048 in)B = 0.686 (0.027 in)C = 0.457 (0.018 in)

Sistemas Multicapa 2

Sistemas MulticapaAnálisis 3

t, E-06

A = 469B = 276C = 145

Sistemas Multicapa Análisis 4

v, E-06

A = -2,239B = - 755C = - 371

Evaluación Criterios de Falla

Fatiga del Concreto Asfáltico

Fatiga de la Subrasante

Deflexión (menos usado)

Fatiga del Concreto Asfáltico

Agrietamiento tipo

Piel de Cocodrilo

Piel de Cocodrilo (1)

Piel de Cocodrilo (2)

Piel de Cocodrilo (3)

Fatiga de la Subrasante

Deformaciones tipo

Ahuellamiento

Ahuellamiento (1)

Ahuellamiento (2)

Ahuellamiento (3)

Deflexión

No se asocia con ningún tipo de

deterioro específico

Fatiga del Concreto Asfáltico

Agrietamiento tipo

Piel de Cocodrilo

Fatiga del Concreto Asfáltico 2

Ecuación IA (Finn et al)– Agrietamiento PC = 10%

Fatiga del Concreto Asfáltico 3

Fatiga del Concreto Asfáltico 4

t, E-06

A = 469 Nf = 0.07 E6B = 276 Nf = 0.39 E6 C = 145 Nf = 3.36 E6

Fatiga del Concreto Asfáltico 2

Ecuación IA (Finn et al)– Agrietamiento PC = 10%

Fatiga de la Subrasante

Deformaciones tipo

Ahuellamiento

Fatiga de la Subrasante 2

Ahuellamiento = 13 mm (0.5 in)

Fatiga de la Subrasante 3

Fatiga de la Subrasante 4

v, E-06

A = -2,239 Nf = 0.001 E6 B = - 755 Nf = 0.13 E6C = - 371 Nf = 3.24 E6

Combinación Resultados

C. Asfálticosubrasante

A Nf = 0.07 E6 Nf = 0.001E6

B Nf = 0.39 E6 Nf = 0.13 E6

C Nf = 3.36 E6 Nf = 3.24 E6

Análisis de Sensibilidad A

Deflectometría

En diseño, se puede comporbar el funcionamiento

del modelo estructural del pavimento con

Deflectometría (al menos teóricamente)

VIGA BENKELMAN

FWD

FWD

FWD

Carrusel de Fatiga