Esfuerzos, deformaciones y deflexiones en pavimentos Flexibles

INTRODUCCION

Una de las necesidades del ser humano ha sido la posibilidad de transportarse, ya que permite llegar al lugar de deseo del mismo. Actualmente el viaje en auto es el más utilizado por su comodidad y facilidad además de su economía. Para ellos se hace necesario el diseño de carreteras o vías como parte de un sistema articulado de transporte; éste diseño depende de los materiales a usar, las características y su comportamiento frente a otros materiales o frente a las solicitaciones de las cargas del tránsito.

Además de los materiales se hace necesario analizar los esfuerzos que pueden ejercerse en las capas de diseño del pavimento producto de las cargas de tránsito, así como las deformaciones y las deflexiones, todo en pro de un diseño de pavimento con vida útil adecuada, para que cumpla con las especificaciones y se encuentre dentro de los límites admisibles.

Lo anterior como parte fundamental en el diseño de un pavimento, como calidad requerida alcanzable para un ingeniero, así como entrega oportuna hacia el solicitante. A continuación se muestra la verificación de valores admisibles en un pavimento flexible, buscando que cumplan los criterios aceptables.

OBJETIVOS

GENERAL

Determinar si la estructura de pavimento flexible propuesta, cumple con los criterios de control de fatiga y control de deformación o ahuellamiento y deflexión, en caso negativo determinar la mejor estructura.

ESPECÍFICOS

Determinar los valores admisibles de deformación, esfuerzo y deflexión por medio del programa CEDAP.

Encontrar el diseño más adecuado, que se encuentre dentro de los valores establecidos usando el programa Bisard 3.0

Realizar las iteraciones necesarias de diseño de pavimento flexible hasta que cumpla con los valores admisibles, como búsqueda decalidad.

Analizar cómo puede afectar el espesor de una capa de pavimento la resistencia o deformación de la misma.

DATOS

MODELO ESTRUCTURAL

1. Datos del Modelo Estructural

Radio de Carga, a = 0.108 m S = 3a, S = 0.324 m Presión de contacto: q = 5.60 Kg/cm²

Capa Asfáltica, h1 = 5 cmE1 = 26000 Kg/cm²µ1 = 0.35

Base granular, h2 = 15 cmE2 = 3000 Kg/cm²µ 2 = 0.40

Subbase granular, h3 = 25 cmE3 = 1500 Kg/cm²µ 3 = 0.40

Subrasante, E4 = 300 Kg/cmµ 4 = 0.50

2. Datos de Diseño

N = 0.7×10 6 Ejes equivalentes de 8.2 toneladas en el carril de diseño durante el período de diseño.

Vb = 10.6% Porcentaje del volumen de asfalto de la mezcla asfáltica.

NC = 95% Nivel de confianza.

K = 8.25 Coeficiente de Calage.

CÁLCULOS

Se inicia determinando los valores admisibles de esfuerzos, deformaciones y deflexiones por medio del programa CEDAP. A continuación datos de entrada y resultados:

Con base en lo anterior se obtiene que:

Valores admisibles:

-Deformación radial: 4,311E-4

-Deformación Vertical: 6,223E-1

Esfuerzo vertical

-D-K: 4,124E-01 Kg/cm² -CRR de Bélgica: 1,647E-01 Kg/cm²

Deformación Total: 0.9892 mm

DISEÑO INICIAL

De acuerdo al diseño de pavimentos se determina si las deformaciones, esfuerzos y deflexiones cumplen de acuerdo al valor de los admisibles:

BISAR

CAPA PARAMETRO

VALOR DE SERVICIO (BISAR)

VALORES ADMISIBLES

CUMPLE

1 Er 2.812E-04 <shell

SI4.311E-04

4

Ez 7.561E-04 >shell

NO6.223E-04

σ z (Kg/cm2)

2.619E-01<

D-kSI

4.124E-01

>CRR Bélgica

NO1.647E-01

Modelo estructura Δ Z (mm) 0.9702 <

huangSI

0.989

DEPAV

CAPA PARAMETRO


VALORES ADMISIBLES

CUMPLE

1 Er 2.810E-04 <shell

SI4.311E-04

4

Ez 7.560E-04 >shell

NO6.223E-04

σ z (Kg/cm2)

2.621E-01<

D-kSI

4.124E-01

>CRR Bélgica

NO1.647E-01


huangSI

0.989

INTENTO 1

Se decide aumentar a tanto a la base como a la subabase 5 cm.

BISAR

CAPA PARAMETRO


VALORES ADMISIBLES

CUMPLE

1 Er 2.707E-04 <shell

SI4.311E-04

4

Ez 5.567E-04 <shell

SI6.223E-04

σ z (Kg/cm2)

1.892E-01<

D-kSI

4.124E-01

>CRR belgica

NO1.647E-01


huangSI

0.989

DEPAV

CAPA PARAMETRO

VALOR DE SERVICIO (DEPAV)

VALORES ADMISIBLES

CUMPLE

1 Er 2.700E-04 <shell

SI4.311E-04

4

Ez 5.560E-04 <shell

SI6.223E-04

σ z (Kg/cm2)

1.896E-01<

D-kSI

4.124E-01

>CRR belgica

NO1.647E-01


huangSI

0.989

Se observa que el diseño no cumple con los valores admisibles. Por ende se proponen nuevas dimensiones

INTENTO 2

Se decide aumentar 15 cm a la subbase

CAPA PARAMETRO


VALORES ADMISIBLES

CUMPLE

1 Er 2.809E-04 <shell

SI4.311E-04

4

Ez 5.075E-04 <shell

SI6.223E-04

σ z (Kg/cm2)

1.727E-01<

D-kSI

4.124E-01

>CRR belgica

NO1.647E-01


huangSI

0.989

DEPAV

CAPA PARAMETRO

VALOR DE SERVICIO (DEPAV)

VALORES ADMISIBLES

CUMPLE

1 Er 2.810E-04 <shell

SI4.311E-04

4

Ez 5.070E-04 <shell

SI6.223E-04

σ z (Kg/cm2)

1.723E-01<

D-kSI

4.124E-01

>CRR belgica

NO1.647E-01


huangSI

0.989

Se observa que el diseño no cumple con los valores admisibles. Por ende se proponen nuevas dimensiones.

INTENTO 3

Se decide aumentar 15 cm a la subbase y 5 cm a la base.

BISAR

CAPA PARAMETRO


VALORES ADMISIBLES

CUMPLE

1 Er 2.719E-04 <shell

SI4.311E-04

4 Ez 4.357E-04 <shell

SI6.223E-04

σ z (Kg/cm2)

1.472E-01<

D-kSI

4.124E-01

<CRR Bélgica

SI1.647E-01


huangSI

0.989

DEPAV

CAPA PARAMETR VALOR DE SERVICIO VALORES CUMPL

O (BISAR) ADMISIBLES E

1 Er 2.720E-04 <shell

SI4.311E-04

4

Ez 4.350E-04 <shell

SI6.223E-04

σ z (Kg/cm2)

1.468E-01<

D-kSI

4.124E-01

<CRR belgica

SI1.647E-01


huangSI

0.989

Se observa que el diseño si cumple con la totalidad de los valores admisibles. Por ende se escoge para

ANÁLISIS

El diseño de un pavimento es uno de los procesos que implica calidad en los materiales, en los diseños estructurales así como una supervisión en las deflexiones, esfuerzos y deformaciones. Uno de los métodos que permite identificar algunas de las características anteriormente mencionadas es el computacional. Para el diseño desarrollado se usaron como proceso de cálculo los programas Depav, y Bisard, en dónde cada uno, aportó los valores de deformaciones, y esfuerzos y deflexiones.

Al comparar los valores del diseño inicialmente propuesto con los admisibles, se observa que la deformación vertical y esfuerzo vertical es excedido, para lo cual se requiere un nuevo diseño que pueda soportar estos parámetros.

Se procede a recalcular el diseño de pavimento con nuevas dimensiones con el fin de que éste nueva propuesta de diseño cumpla con los criterios de fatiga y ahuellamiento; después de 2 intentos se obtiene que el diseño final que cumple plenamente los requisitos implica que sea aumentada en 15 cm la Sub-base granular y en 5 cm la base granular, que aunque aparente el diseño podría parecer sobredimensionado, los cálculos, respaldan éstos valores.

Los cálculos elaborados por DEPAV y BISAR no difieren en gran medida para lo cual ambos son aceptados y podrían ejecutarse los cálculos de ambos como respaldo de uno con el otro.

Podría solucionarse la situación de las grandes dimensiones, eligiendo materiales con un módulo de elasticidad más grande, con ello contribuyendo a la mejora de la resistencia del diseño del pavimento.

CONCLUSIONES

Se determinaron los valores admisibles de deformación, esfuerzo y deflexión por medio del programa CEDAP, como límite para el diseño de un pavimento flexible.

Se encontró que el diseño más adecuado para que soporte los criterios de fatiga, deformación y ahuellamiento, requiere un aumento en la sub-base y base granular de 15cm y 5 cm respectivamente.

No se decide aumentar equitativamente la base granular respecto a la sub-base granular por cuestiones de costo las cuales benefician directamente al dueño de la obra.

Es necesario verificar independientemente del diseño que sea, los criterios de deformación, esfuerzo y deflexión puesto que es un indicador de la calidad del pavimento flexible que se diseña, así como de la vida útil esperada.

Esfuerzos, deformaciones y deflexiones en pavimentos Flexibles

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