diseño racional simplificado con everstress
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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