10. DISEÑO RACIONAL PAVIMENTOS

7/28/2019 10. DISEO RACIONAL PAVIMENTOS

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el diseo de un pavimento consiste en establecer una

estructura para una duracin determinada, bajo las

solicitaciones de transito y el medio ambiente, estas

producirn fatiga hasta llevarla a la falla. Para el

diseo se debe seguir un procedimiento que

contempla de forma explicita o implcita seis

elementos

Int roduccin


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1. Materiales

2. Espesores3. Construccin

4. Costos5. Mantenimiento

6. Vida de diseo o periodo de diseo

Int roduccin


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Mecnica: Ciencia del movimiento y

la accin de fuerzas en los cuerpos

Mecanstica: Aplicacin de Fsica

Elemental para determinar lasreacciones de las estructuras a lascargas

Int roduccin


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Se basa en los resultados deexperimentos o en la experiencia.

Requiere un buen nmero deobservaciones para determinar

relaciones

variables observaciones

Diseo Emprico


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No es necesario establecer una basecientfica firme de las relaciones, en lamedida en que se reconocen suslimitaciones.

Las ecuaciones de diseo se establecen porregresiones con base en los datosexperimentales

Diseo Emprico


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Se caracteriza por la ausencia de

prediccin explcita del dao

causado por fatiga y estn

basados en la experiencia.

Diseo Emprico


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La mayora de los mtodos

de diseo en el pasado hassido

EMPRICOSCuerpo de ingenieros e Instituto Del Asfalto

primera versin,AASHTO-93 y el INVIAS-98

Diseo Emprico


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Corresponden a un desarrollo posterior donde

se incluye el anlisis de la fatiga y un modelo

de dao pero con ajustes para considerar el

comportamiento real.

SEMIEMPRICOS Instituto del asfalto, AASHTO, y de SHELL

Diseo sem iempricos


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Mtodo Emprico -

RacionalCombina Elementos de:

DISEO EMPRICO

DISEO RACIONAL


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Mtodo Emprico - Rac ionalComponente Racional: Uso de modelos matemticos para

determinar reacciones (esfuerzos,deformaciones, deflexiones)

Medicin Directa de Parmetros deComportamiento


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Mtodo Emprico - Rac ionalComponente Emprico:

Leyes de Comportamiento

Relacin

Reacciones Comportamiento


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Mtodo Emprico - Rac ionalComponente Racional Adicional: Leyes de Comportamiento de Laboratorio

Componente Emprico Ajustado:

Ajuste de Leyes de Comportamiento deLaboratorio a Pavimentos Reales


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Mtodo Emprico - Rac ionalEjemplo:Clculo Racional de la Deflexin

Relacin Emprica entre Deflexin yVida del Pavimento


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Mtodo Emprico - Rac ionalVentajas:

Se acomoda a cargas variables

Mejor Utilizacin de MaterialesDisponibles

Mejora Prediccin de Confiabilidad


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Mtodo Emprico - Rac ionalVentajas

Mejor definicin del papel de laconstruccin

Propiedades de materiales ms

relacionadas con comportamientoreal.


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Mtodo Emprico - Rac ionalVentajasMejor definicin de propiedades de las

capas existentes

Incorporacin de efectos ambientales yde envejecimiento en los materiales.

Instituto del Asfalto, Shell y el

AASHTO 2002


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Puntos de Anlis is Bsicos

Superficie del Pavimento

Deflexin

Cara Inferior Concreto Asfltico

Deformacin Horizontal (traccin)

Cara Superior Subrasante

Deformacin Vertical (compresin)


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Puntos de Anlis is

BsicosCA

Gran

SR

e t,CA

e v,SR

p = Kg/cm2

h1, E1, m1

h2, E2, m2

E3, m3

D


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MTODO DE LOS

ELEMENTOSFINITOS


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Mtodo de anlisis numrico que permite

obtener soluciones aproximadas en una ampliavariedad de problemas de ingeniera

El mtodo se usa para dividir un mediocontinuo (por ejemplo el volumen de un

pavimento) en un gran nmero de pequeos

volmenes discretos con el fin de obtener una

solucin numrica aproximada para cadavolumen, en lugar de una solucin exacta para

todo el volumen

MTODO DE LOS ELEMENTOS FINITOS


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el medio pavimento-subrasante se divide en un

nmero de elementos de formas geomtricas

simples, denominados elementos finitos, con lascargas de las ruedas en la parte Superior

Se asignan nodo a cada elemento y se escoge

una funcin para interpolar la variacin de la

variable sobre el elemento discreto.

A partir de los elementos y de sus funciones deinterpolacin, se desarrolla una expresin

matricial (matriz elemental) para relacionar


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las fuerzas con los desplazamientos en las

esquinas de cada elemento.

Se resuelven las ecuaciones algebraicas

mediante un mtodo matricial adecuado a

travs de un programa de cmputo que

provee los desplazamientos en todos los

nodos y determinando, a partir de ellos, los

esfuerzos y deformaciones en loselementos, as como sus direcciones


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Las salidas son las mismas que las del

anlisis mediante un modelo elstico

multicapa: Esfuerzola intensidad de las

fuerzas internamente distribuidas

en diferentes puntos de laestructura del pavimento

Deformacinel desplazamiento

unitario a causa del esfuerzo

DeflexinCambio lineal en una

dimensin


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En el mercado existen diversos programas de

elementos finitos como el Abaqus, Plaxys y Ansys,

pero algunos que se especializan en pavimentos

son el SENOL (University of Nottingham),

FENLAP(University of Nottingham), ILLI-PAVE(University of Illinois),GT-PAVE (Georgia Institute

Of Technology) y el NOEL (Universit de Nantes),

y cdigos como el DIANA (Delft University of

technology) y el CESAR (Laboratoire Central des

Ponts et Chausses).


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Es comn obtener diferentes espesores al aplicar

distintos mtodos de diseo, empleando los

mismos datos de entrada.

Gran parte de estas diferencias se debe a la falta

de una descripcin precisa y cuantitativa de lo que

constituye la falla de un pavimento de calle o

carretera, as como a los niveles de confiabilidad

que consideran los diferentes mtodos

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