Tarea Final Pavimentos

UNIVERSIDAD AUTONOMA DE CHIAPAS

FACULTAD DE INGENIERIA

PAVIMENTOS TAREAM.I. MANUEL ALEJANDRO BUSTAMANTE VEGA

NOMBRE DE LA ALUMNO:GORDILLO GONZALEZ TANIA CEILIN MENDEZ GOMEZ ALEJANDRA EDITH MUOS ESTEFANO LAYNER SILVANO MIRANDA JOSE MARIANO VARGAS GERARDO CARLOS EDUARDO

TUXTLA GUTIERREZ CHIAPAS A 20 DE FEBRERO DE 2012

MARCO TERICOEI diseo y evaluacin de pavimentos con propsitos de construccin y rehabilitacin requiere de una cuidadosa determinacin de factores tales como: propiedades de los materiales, tipo de trnsito y volumen, condiciones ambientales, etc. Sin duda, las propiedades de los materiales constituyen uno de los factores ms importantes en el diseo estructural del pavimento, as como en el comportamiento que presente durante su vida til. En el pasado, el diseo de pavimentos flexibles ha involucrado correlaciones empricas, las cuales fueron obtenidas con base en el comportamiento observado de los materiales en campo. De hecho, el estudio del problema de fatiga de los materiales utilizados en la construccin de la infraestructura carretera ha sido prcticamente marginado, lo que ha dado como resultado que el fundamento de las metodologas de anlisis y diseo actuales para pavimentos sea de carcter totalmente emprico. Efectivamente, bajo un gran nmero de aplicaciones de carga, los materiales tienden a fracturarse o bien a acumular deformacin, dependiendo de su rigidez inicial, lo que causa algunos de los deterioros ms significativos en la superficie de rodamiento de los pavimentos. Por otro lado, las extrapolaciones de los mtodos empricos a condiciones ms all de las cuales fueron desarrolladas, conduce a resultados inciertos. Otro punto importante es que las condiciones de trnsito cambian rpidamente, la tendencia es hacia vehculos ms pesados, altos volmenes de trnsito y nuevos tipos de configuraciones. Las tendencias anteriores conducirn al reemplazo de mtodos de diseo empricos por mtodos de diseo basados en aproximaciones mecanicistas. EI uso continuo de mtodos empricos requerir investigaciones estadsticas costosas a medida que aparezcan nuevas configuraciones en los vehculos y nuevos desarrollos en los materiales. Todo lo anterior lleva a la necesidad de profundizar en el conocimiento de los mecanismos de deformacin de los materiales utilizados en carreteras, con la finalidad de entenderlos y establecer entonces mtodos de diseo que incorporen tal conocimiento a diseos ms apegados al comportamiento real de las estructuras de pavimento.

1.1 Influencia del trnsito en la aplicacin de las cargas en pavimentosLa caracterizacin de las solicitaciones producidas por el trnsito sobre una infraestructura carretera es bastante compleja, debido no slo a la variabilidad de los distintos vehculos existentes, sino tambin a las interacciones vehculo-pavimento que producen fenmenos con solicitaciones adicionales a las propias cargas estticas del trnsito. Para dicha caracterizacin se pueden estudiar independientemente los siguientes aspectos: Magnitud de las cargas segn la composicin del trnsito. Forma geomtrica de cada solicitacin sobre el pavimento, rea de contacto y reparto de presiones sobre la misma.

1.2 Magnitud de las cargas segn la composicin del trnsito1.2.1 Composicin vehicular y tipos de ejes representativosEn la Figura 1-1 se muestra la configuracin de las ruedas para un semitrailer tpico, formada por un eje sencillo con ruedas simples, un eje sencillo con ruedas dual y un arreglo tndem con ruedas dual. La separacin de 7 y 4 metros mostrada en la Figura 1-1 no debe tener efecto en el diseo de pavimentos, ya que las ruedas estn muy separadas y la influencia en los esfuerzos y deformaciones debe ser considerada independientemente. A menos que sea utilizado un eje sencillo de carga equivalente, la consideracin de ejes mltiples no es materia fcil. El diseo puede facilitarse si los ejes tndem y trdem son tratados como un grupo y considerados como una repeticin. El diseo es demasiado conservador si cada eje es tratado de manera independiente y considerada como una repeticin, sin embargo, en metodologas actuales utilizadas en Mxico, como la utilizada por el Instituto de Ingeniera de la UNAM (1999), esta es la manera usual en que se realizan los diseos de pavimentos.

Ilustracin 1.-Configuracin de ruedas para un semitrailer tpico

El aumento de cargas por eje que se da en la actualidad hace que las investigaciones en este aspecto sean de gran relevancia, puesto que tienen una participacin directa en la vida til del pavimento. En Mxico, la Secretara de Comunicaciones y Transportes (SCT) inici en 1991 un estudio denominado formalmente Estudio Estadstico de Campo del Autotransporte Nacional, el cual tiene como objetivo generar informacin sobre las caractersticas de los vehculos de carga que circulan por las carreteras, los tipos de carga transportados por ellos, as como sus orgenes y destinos y algunas particularidades de las condiciones en que se realiza el transporte. Entre los objetivos principales de dicho estudio se encuentra la determinacin de la composicin vehicular en las carreteras, con el fin de conocer las caractersticas de los vehculos que transitan con mayor frecuencia en la red nacional. De esta manera pudo determinarse que las cinco configuraciones de vehculos de carga ms significativas son: camin de carga de 2 ejes C2, camin de carga de 3 ejes C3, tractocamin de 3 ejes con semiremolque de 2 ejes T3-S2, tractocamin de 3 ejes con semiremolque de 3 ejes T3-S3 y tractocamin de 3 ejes con semiremolque de 2 ejes y remolque de 4 ejes T3-S2-R4.

1.2.2 Nmero de repeticiones de cargaCon el uso de las computadoras, no es problema considerar el nmero de repeticiones de carga por cada eje y evaluar su deterioro. El mtodo que consiste en dividir los ejes en grupos ha sido utilizado frecuentemente para el diseo de pavimentos rgidos, sin embargo, su aplicacin no se ha extendido a pavimentos flexibles por la naturaleza emprica del diseo y la gran cantidad de tiempo de clculo que se requiere. Sin embargo, en lugar de analizar los esfuerzos y deformaciones debido a cada grupo de ejes de carga,

un procedimiento simplificado y ampliamente aceptado desarrolla factores equivalentes y convierte cada grupo de carga en un eje simple de carga equivalente.

1.3 Forma geomtrica de cada solicitacin sobre el pavimento, rea de contacto y reparto de presiones sobre la misma.La carga del vehculo al pavimento se transmite a travs de las ruedas. En los mtodos de diseo mecanicistas, es necesario conocer el rea de contacto de la llanta con el pavimento, asumiendo que la carga de contacto depende de la presin de contacto. El tamao del rea de contacto depende de la presin de contacto. Como se indica en la Figura 1-2, la presin de contacto es ms grande que la presin de la llanta para presiones bajas de la llanta, debido a que la pared de la misma est en compresin y la suma de las fuerzas verticales de la pared y presin de la llanta deben ser iguales a la fuerza debido a la presin de contacto; la presin de contacto es ms pequea que la presin de la llanta para presiones altas de las llantas, debido a que la pared de la llanta est en tensin. Sin embargo, en el diseo de pavimentos la presin de contacto generalmente se asume igual a la presin de la llanta. Debido a que los ejes de carga pesados tienen presiones altas y efectos ms destructivos en el pavimento, utilizar la presin de llanta como presin de contacto es estar por el lado de la seguridad.

(a) Baja presin de llanta

(b) Alta presin de llanta

Ilustracin 2.-Relacin entre la presin de contacto y la presin de llanata

Cuando se utiliza la teora multicapas en el diseo de pavimentos flexibles, se asume que cada llanta tiene un rea de contacto de forma circular. Para determinar el esfuerzo que ejerce la carga puntual circular nos apoyamos con la teora de Boussinesq.

1.3.1 Teora de BoussinesqEn ste modelo se examinan las tensiones inducidas en un Material semiinfinito, homogneo, istropo y elstico lineal segn la ley de Hooke. Esta representacin del terreno es sumamente simplificada, pero es La nica para la cual se tienen resueltos, de una manera general los problemas de Distribucin de tensiones, de ah su gran importancia. (Una masa semiinfinita es la que est limitada por una superficie horizontal y se Extiende al infinito verticalmente hacia abajo, y horizontalmente en todas las Direcciones). Boussinesq considera la aplicacin de una carga puntual Q ( P) Superficie y determina las tensiones y deformaciones a una profundidad z y a Horizontal r desde el punto de aplicacin de la carga.

[ ( )

]

AUTOBUS B2

Ilustracin 3.- Rabn

PESO DEL VEHICULO: 11000 kg PESO DE LA CARGA: 5000 kg CARGA MXIMA: 5960 kg PESO BRUTO VEHICULAR (PBV): 16960 kg Huella de la llanta

24 cm

19 cm Clculo de la superficie de contacto

Ilustracin 4.-Medicin de la huella de la llanta

Frmula para calcular el rea de una elipse

Se trata de dos ruedas entonces:

Clculo del radio del circulo equivalente al rea de las elipses

Se buscar un crculo cuya rea sea igual al rea de las elipses, por lo tanto:

para efectos de clculo se determina el radio del crculo r = 6cm

Clculo del Factor de Dao

Como se trata de un auto tipo C rgido el peso bruto vehicular se distribuir en los dos ejes.

(

)

(

)

Calculo de la carga puntual que ejerce la llanta sobre la superficie del pavimento

Calculo del esfuerzo vertical bajo el centro del rea circular de 8 cm de radio a las profundidades de 15, 30, 45, 60, 75, 90, 105, 120, 135, 150, 170.

[ ( )

]

Z (cm) 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 170

kg/ cm2 6.2644 1.7932 0.8187 0.4649 0.2989 0.2080 0.1531 0.1173 0.0927 0.0751 0.05850 0 -20 -40 -60 Profundidad -80 -100 -120 -140 -160 -180 Esfuerzo Series1 1 2 3 4 5 6 7

AUTOBUS B3

Ilustracin 5.- Autobs B3


34 cm







para efectos de clculo se determina el radio del crculo r = 8 cm



(

)

(

)



[ ( )

]

Z (cm) -15 -30 -45 -60 -75 -90 -105 -120 -135 -150 -170

kg/ cm2 10.5096 3.2871 1.5309 0.8757 0.5649 0.3939 0.2902 0.2225 0.1760 0.1427 0.1112

Z (cm)0 -20 -40 -60 -80 -100 -120 -140 -160 -180 Z (cm) 0 2 4 6 8 10 12

VEHCULOS TIPO C (C2, C3)

C2 , Rabn

Ilustracin 7.- Rabn


34 cm







para efectos de clculo se determina el radio del crculo r = 8 cm



(

)

(

)



[ ( )

]

Z (cm) 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 170

kg/ cm2 6.15 1.92 0.89 0.51 0.33 0.23 0.17 0.13 0.10 0.08 0.06

Grfica de Boussinesq, C2, Rabn PBV = 15.8 ton0 0 -20 -40 -60 1 2 3 4 5 6 7

Z (cm)

-80 -100 -120 -140 -160 -180

C3, Torton.

Ilustracin 9.- Torton

PESO DEL VEHICULO: 9536 kg PESO DE LA CARGA: 16000 kg CAPACIDAD DE CARGA: 20000 kg CARGA PERMITIDA SCT: 15000 kg PESO BRUTO VEHICULAR (PBV): 25536 kg Huella de la llanta

24 cm


Ilustracin 10.-Medicin del Torton





para efectos de clculo se determina el radio del crculo r = 6.78 cm



(

)

(

)



[ ( )

]

Z (cm) 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 170

kg/ cm2 7.16 2.12 0.97 0.55 0.35 0.25 0.18 0.14 0.11 0.09 0.07

Grfica de Boussinesq, C3, Torton, PBV= 25.536 ton0 0 -20 -40 -60 Z (cm) -80 -100 -120 -140 -160 -180 1 2 3 4 5 6

(kg/cm 2) 7 8

T3-S2PESO DEL VEHICULO: 16 000 kg PESO DE LA CARGA: 30 000kg PESO BRUTO VEHICULAR: 46 000 kg Huella de la llanta

21 cm

22.5 cm Clculo de la superficie de contacto


= 68.32 x 2 =136.64 cm2 Clculo del radio del circulo equivalente al rea de la elipse

Se buscar un crculo cuya rea sea igual al rea de la elipse, por lo tanto:

para efectos de clculo se determina el radio del crculo

r=6.59cm


Como se trata de un tracto camin el peso bruto vehicular se distribuir en los cinco ejes.

(

)

(

)


Calculo del esfuerzo vertical bajo el centro del rea circular de 6.59 cm de radio a las profundidades de 15, 30, 45, 60, 75, 90,115.

[ ( )

]

Z (cm) -15 -30 -45 -60 -75 -90 -105 -120

kg/ cm2 78.4891 23.0413 10.5776 6.0190 3.8730 2.6975 1.9853 1.5217

Z (cm)0 0 -20 -40 -60 Z (cm) -80 -100 -120 -140 20 40 60 80 100

VEHCULO TIPO T3 S2 R4 (TRACTO CAMIN DOBLEMENTE ARTICULADO, CARGADO DE GASOLINA)

Ilustracin 11.- Tracto camin doblemente articulado, cargado de gasolina.

Datos obtenidos en campo:

T3:Peso del vehculo= 8 ton.

S2 :Peso del vehculo= 5.9 ton. Cap. Carga= 31,500 Lts = (31.5 m3) (750 kg/m3)*= 23,625 kg = 23.625 ton. *Es el peso especfico de la gasolina.

R4:Peso del vehculo= 5.8 ton. Cap. Carga= 31,500 Lts = (31.5 m3) (750 kg/m3)*= 23,625 kg = 23.625 ton. *Es el peso especfico de la gasolina.

Datos del tracto camin completo.Peso del vehculo: 19.7 toneladas Peso de la carga: 47.25 toneladas Peso bruto vehicular: 66.95 toneladas

Huella de la llanta

T3

20.7 cm

S2

22.2 cm

R4

22 cm

21.2 cm A1

22.1 cm A2

22 cm A3

Clculo de la superficie de contacto

Frmula para calcular el rea de una elipse:

Clculo del radio del circulo equivalente al rea de la elipse

Se buscar un crculo cuya rea sea igual al rea de la elipse, por lo tanto:

Para efectos de clculo se determina el radio del crculo r=4.58 cm





Como se trata de un tractor camin doblemente articulado, el peso bruto vehicular se distribuir en los nueve ejes.T3

(

)

(

)

*8.2 toneladas: es el eje equivalente por norma.

Calculo de la carga puntual que ejerce la llanta sobre la superficie del pavimento:

S2

(

)

(

)

**

*8.2 toneladas: es el eje equivalente por norma. ** El semirremolque al ser mayor a 1 daara considerablemente el pavimento.


R4

(

)

(

)

*8.2 toneladas: es el eje equivalente por norma.


Calculo del esfuerzo vertical bajo el centro del rea circular de 4.58 cm de radio a las profundidades de 15, 30, 45, 60, 75, 90,110.

T3

EJE DELANTERO:

[ ( )

]

0 0 -1 -2 -3 -4 -5 -6 kg/ cm2 20 40 60 80 100 120 140

kg/ cm2

Ilustracin 12.- Grfica de esfuerzo profundidad bajo el centro de un rea circular T3 (eje delantero).

EJE TRASERO:

Z (cm)0 0 -1 -2 -3 -4 -5 -6 kg/ cm2 20 40 60 80 100 120 140

kg/ cm2

Ilustracin 3.- Grfica de esfuerzo profundidad bajo el centro de un rea circular T3 (eje trasero). S2

0 0 -1 -2 -3 -4 -5 -6 kg/ cm2 20 40 60 80 100 120 140

kg/ cm2

Ilustracin 4.- Grfica de esfuerzo profundidad bajo el centro de un rea circular S2. R4

0 0 -1 -2 -3 -4 -5 -6 kg/ cm2 20 40 60 80 100 120 140

kg/ cm2

Ilustracin 5.- Grfica de esfuerzo profundidad bajo el centro de un rea circular R4. FOTOS TOMADAS EN CAMPO:

Ilustracin 8.- Medicin de uno de los ejes del remolque.

Ilustracin 9.- Medicin de la superficie de rodamiento de una de las llantas del remolque.

CONCLUSION

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