7 b diseno me pav rigido h
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Diseno ME Pav Rigido HTRANSCRIPT
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MODULO 7
DISEÑO ESTRUCTURAL DE PAVIMENTOS RIGIDOS UTILIZANDO MEPDG
Mecanismos de Falla en PavimentosRígidos
2
Datos de Diseño para JPCP y CRCP
•Datos
•Modelo de Efectos Ambientales
•Modelo(s) de Respuesta de Pavimento
•Modelos de Falla
•Modelos de Caracterización del Material
•Predicciones de Desempeño
•Ingreso de Datos
Diseño MEPDG
–Tráfico–Clima–Módulos de los Materiales–Escalonamiento–Fisuramiento–Resumen de Fallas
Datos Estructurales
• Hay tres categorías principales para la entrada de datos estructurales.– Características de diseño para JPCP– Propiedades de superficie y drenaje– Capas
• Espesor de las capas• Propiedades del material usado en las capas
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Ingreso de Datos: Medio Ambiente
• El EICM es usado para predecir la temperatura por hora en el Concreto de Cemento Portland (PCC) basado en la histórica climática.
• Las distribuciones probabilísticas para el gradiente térmico de día (positivo) o noche (negativo) son obtenidas para cada mes durante el año.
• Gradiente de humedad – Varia mensualmente tomando en cuenta la variación en humedad relativa.
Ingreso de Datos: Base
• Modulo resilente de la subrasante
• El EICM predice la humedad del subrasante y de la base sobre el tiempo y también estima el módulo de la base sin consolidar para cada mes en el año
• El modulo resilente del subrasante es convertido a un valor k que produce deflexiones equivalentes en la superficie para cada mes en el año.
Ingreso de Datos: Incremento de Resistencia en el JPCP
4.7
4.8
4.9
5
5.1
5.2
5.3
5.4
0 50 100 150 200 250 300 350
720
740
760
780
800
820
840
860
Mo
du
lo d
e E
last
icid
ad, E
Mo
du
lo d
e ru
pu
tura
, Mr
Modulo de Elasticidad, E
Modulo de Ruptura, Mr
Tiempo, meses
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Variabilidad de Módulos con el Tiempo
Tiempo, años
Trafico
No
Uni
dade
s
Fuerza CCP
ModuloBase
ModuloSubrasante
CTB
Incremento Tiempo
2 8640
Procedimiento de Diseño para JPCP
• Paso 1: Dividir el periodo de diseño en incrementos de 30 días.
Los “Daños” al pavimento ocurren gradualmente a través del tiempo (hora por hora, día por día, temporada por temporada y año por año)
Componentes de Esfuerzos por Alabeo por Acción de Cargas de Tráfico y Medio-Ambiente
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
0 5 10 15 20 25 30 35
Relative Temperature, °F
Dep
th(1
.0=
su
rfa
ce
)
0 20% 40% 60% 80% 100%
Gradiente de Temperatura actual
Alabeo Gradiente de humedad
ShrinkageinBuiltActual TTTT
5
• Paso 2: Calcular la respuesta del pavimento al tráfico aplicado y las cargas ambientales para cada incremento de tiempo– ISLAB2000 Finite Element Program
Procedimiento de Diseño para JPCP
• Paso 3: Calcular la respuesta del pavimento– La respuesta del pavimento se calcula para la
parte superior e inferior de las losas • El software utiliza modelos de inteligencia artificial
basados en ISLAB2000 para predecir la respuesta del pavimento
Procedimiento de Diseño para JPCP
Procedimiento de Diseño MEPDG
MEPDG SoftwareIngresos
Resultados:
Predicción de rendimiento• Fisuramiento• Desnivel• IRI
•Trafico, Materiales y modelo Climático
•Modelo de respuesta estructural: Elemento Finito
–Redes neuronales
•Predicción de daños
•Confiabilidad
•Modelos de predicción para fatiga
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Diseño del JPCP
• Detalles de Junta– Espaciamiento de Junta– Tipo de sellador– Espaciamiento y diámetro de dowel
• Soporte en estribos– Tipo de berma y LTE– Losa ensanchada
• Propiedades de la base
– Tipo de base – Tipo de interface, con y sin contacto– Erosionabilidad
Nivel de Entrada
1 2 3
Diseño del CRCP
• Refuerzo– Diámetro de varilla– Espaciamiento– Porcentaje de acero
• Propiedades de la base– Tipo de base– Erosionabilidad – Coeficiente de fricción de la base/losa
• Espaciamiento entre fisuras (opcional)
Nivel de Entrada
1 2 3
Propiedades del Concreto
•Datos
•Modelo de Efectos Ambientales
•Modelo(s) de Respuesta del Pavimento
•Modelos de Fallas
•Modelos de Caracterización de Material
•Predicciones de Desempeño
• Ingreso de Datos del Material
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Datos Generales
• Espesor de capa– Espesor de losa en la prueba de diseño
• Peso Especifico– Definición: peso por unidad de volumen– Calculado: ASTM C 138– Valor típico: 150 lb/ft3
Nivel de Entrada
1 2 3
Datos Generales
• Coeficiente de Poisson– Definición: Relación de la deformación
unitaria lateral y la correspondiente deformación unitaria longitudinal
– Calculado: ASTM C 469– Valor típico: 0.15 – 0.20
Nivel de Entrada
1 2 3
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Propiedades Térmicas
• Coeficiente de dilatación– Definición: Cambio por unidad de longitud
del material por unidad de temperatura– Usado para predecir deformación en la losa– Calculado: AASHTO TP60– Valor típico: 5.5 x 10-6 /grados F
Nivel de Entrada
1 2 3
Propiedades Térmicas• Conducción de calor
– Definición: Una medida del flujo uniforme de calor a través de una unidad de espesor, cuando dos lados de una unidad de área son sujetos a una diferencia de unidad de temperatura
– Usado para predecir un perfil de temperatura en la losa
– Calculado: ASTM E 1952
– Valor típico: 1.25 BTU /hr-ft deg F
Nivel de Entrada
1 2 3
Propiedades Térmicas
• Capacidad calorífica– Definición: Calor requerido para aumentar la
temperatura de una unidad de masa del material por una unidad de temperatura
– Usada para predecir el perfil de temperatura en la losa
– Calculado: ASTM D 2766 – Valor típico: 0.28 BTU /lb-ft
Nivel de Entrada
1 2 3
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Propiedades de la Mezcla• Datos para la mezcla de Concreto
– Tipo de cementoTipo I o Tipo II o Tipo III (seleccionar de la lista)
– Contenido del cementoDefinición: peso del cemento por yarda cubica de
hormigón– Relación agua-cemento
Definición: Relación de agua a cemento por peso– Tipo de agregado
Composición mineral del agregado
Nivel de Entrada
1 2 3
Propiedades de la Mezcla
• Datos de la mezcla de concreto– Usado para predecir la temperatura de
colocación del concreto– Datos de entrada
• Datos específicos del proyecto• Valor típico definido por la agencia
Nivel de Entrada
1 2 3
Propiedades de la Mezcla
• Contracción del Concreto – Para predecir el fisuramiento
relacionado con contracción del concreto
– Calculado• Del ASTM C 157 que mide
contracción a cierta edad y a cierto nivel de humedad relativa
Nivel de Entrada
1 2 3
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Propiedades de la Mezcla• Datos de contracción del concreto
– Contracción final • Definición: Contracción predicha a una
humedad relativa del 40%• El usuario ingresa o el programa calcula
– Contracción reversible • Definición: Porcentaje de la contracción final
que es reversible• Valor típico: 50%
Nivel de Entrada
1 2 3
Propiedades de la Mezcla
- Tiempo para desarrollar 50% de la contracción final • Valor típico: 35 días
– Método de curado
Nivel de Entrada
1 2 3
Resistencia del Concreto
Nivel de Entrada
Esfuerzo de Compresión
Modulo de Elasticidad
Modulo de Ruptura
Tracción
1
2
3
11
Resistencia del Concreto
• Esfuerzo de compresión, f’cSTM C 39
Valor típico: Definido por la agencia o 6000 psi
Nivel de Entrada
1 2 3
Resistencia del Concreto• Modulo de Elasticidad: E
– Definición: Relación entre el esfuerzo y deformación unitaria cuando el material es elástico
– Características de deformación del material
– Prueba: ASTM C 469–Valor típico: 4,000,000 psi
Nivel de Entrada
1 2 3
• Modulo de ruptura, Mr
–Definición: Falla por flexión en el concreto
–Prueba: ASTM C 78–Valor típico: especifico de la
agencia o 650 psi
Nivel de Entrada
1 2 3
Resistencia del Concreto
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• Resistencia a la tensión, ft–Mas bajo que el MR de la prueba del
módulo de ruptura–Prueba: ASTM C 496–Valor típico: de 0.6 a 0.7 * Mr
Nivel de Entrada
1 2 3
Resistencia del Concreto
•0
•0.4
•0.8
•1.2
•1.6
•0 •5 •10 •15 •20•Edad, años
•Rel
ac
ión
de
Es
fuer
zo
•Incremento de Esfuerzo – Ratio el Valor a Largo Plazo y los 28 Días
Nivel de Entrada
1 2 3
Propiedad Valor Típico
f’c 1.44E 1.2Mr 1.2ft 1.2
•Modelo de Incremento de Esfuerzo
Factores que Producen Fallas
• Tipo de cargas, ejes, posición lateral, numero• Gradiente de Temperatura • Espesor de la losa, E, resistencia, coeficiente de
expansión Térmica• Espesor de la base, E, erosionabilidad• Modulo del subrasante y P200• Espacio de las juntas, ancho de la losa, y diámetro del
pasa-juntas (dowel)• Junta transversal LTE, junta longitudinal LTE
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Verificar Desempeño: EscalonamientoPredicted faulting
0.00
0.02
0.04
0.06
0.08
0.10
0.12
0.14
0.16
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26
Pavement age, years
Faulting
Faulting at specified reliability
Faulting Limit
Verificar Desempeño: Fisuras
Predicted cracking
0102030405060708090
100
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26
Pavement age, years
Percent slabs cracked
Cracked at specified reliability
Limit percent slabs cracked
Fisuramiento Predecido
Verificar Desempeño: IRI
Predicted IRI
0265278
104130156182208234260
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26Pavement age, years
IRI
IRI at specified reliability
IRI Limit
IRI Predecido
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Evaluar el Desempeño de la Estructura de Pavimento Propuesta
El diseño propuesto satisface los criterios de aceptación ?–Criterio para fisuras–Criterio para el IRI