metodo racional pvtos flexibles segunda y tercera parte universidad del norte lista 2015
DESCRIPTION
pavimentos flexiblesTRANSCRIPT
-
DISEO RACIONAL DE PVIMENTOS FLEXIBLES
P P
Q Q a a
S
-
SELECCIN
DE
MATERIALES
PROPONER MODELO
ESTRUCTURAL
CALCULO DE ESFUERZOS Y
DEFORMACIONES
COMPARACION DE SOLICITACIONES
CRITICAS
Mtodo Racional
TRANSITO
DISEO FINAL
CLIMA MODULO
RESILIENTE
SUBRASANTE
-
Diseo Racional Determinacin de variable trnsito
Determinacin de variable clima
Caracterizacin dinmica de materiales
Determinacin de modelo estructural
Clculo de esfuerzos y deformaciones
Determinacin de s y e admisibles
Comparacin de solicitaciones crticas Determinacin de la estructura diseada
-
Caracterizacin Dinmica de
Materiales
E, U
-
5 Modulo Resiliente de Suelos
-
EFECTO DE LAS CARGAS EN LOS
PAVIMENTOS
-
ANALISIS DE ESFUERZOS STE
Distribucin de
Esfzos de carga
Subrasante
AC
Base
s c = Esfzo de confinamiento
s s s d = Esfzo Desviador
= v - c
v = Esfzo Vertical = c + d s s s
s
s c
s c
s c
s c = v +
s d
-
CA
Base
Subrasante
s1 =s3+sd
s3 s3
s3
Estado de Esfuerzos en subrasante por accin de la carga
P= Carga
Distribucin
de esfuerzos
sd = s1 - s3
-
Mdulo Resiliente
Es una relacin que vincula las solicitaciones aplicadas y las
deformaciones recuperables al
suprimirse el estado de tensiones
impuesto.
Mr = sd er
-
Uso del Modulo Resiliente
Provee la relacin bsica entre tensiones y deformaciones de un material de construccin de pavimentos para su uso en el anlisis estructural multicapa.
Provee un medio de evaluar materiales para la construccin de pavimentos, bajo una variedad de condiciones ambientales y estados de tensiones, simulando las condiciones de trabajo bajo accin de las cargas.
-
Niveles para Determinar Modulo
Resiliente ASSHTO 2002
Nivel DESCRIPCION
1 Determinado con ensayo de laboratorio Usar K1,K2,K3,
2
Determinado por correlaciones con valores de CBR, R, propiedades de
plasticidad o gradacion
3 Valores por defecto de acuerdo a la clasificacin dl suelo
-
Descripcin general del ensayo Modulo Resiliente
Consiste en someter a una probeta cilndrica del material, confeccionada en condiciones representativas de aquellas que se esperan en el sitio, a una presin de confinamiento (s3) y a la accin de un tensor desviador axial pulsante de magnitud, duracin y frecuencias fijados (sd); y registrar la magnitud de la deformacin axial resiliente recuperable de la probeta (er).
-
CA
Base
Subrasante
s1 =s3+sd
s3 s3
s3
Estado de Esfuerzos en subrasante por accin de la carga
P= Carga
Distribucin
de esfuerzos
sd = s1 - s3
-
Esfuerzos en un Modelo Triaxial
s3 = sc
Ds = sd s1 = s3 + sd
sd = s1 - s3
sd = Esfuerzo Desviador o incremento de esfuerzo
vertical
-
Esquema Ensayo de Mdulo
resiliente
H
Dh Dhr
s3 s3
s1
s1
Dhp Ao
-
Equipo Triaxial Dinmico
-
Deformaciones
d Total
d Plstica
d Resiliente
sd
Deformacin
Mr = sd / er
-
Modulo Resiliente
-
MODULO RESILIENTE SRTE
NIVEL 1
NIVEL 2
NIVEL 3
-
Secuencia del Ensayo de Modulo
Resiliente Suelo Fino
-
Anlisis de resultadosAnlisis de resultados MduloMdulo resilienteresiliente
Suelo finoSuelo fino
Mr Mr
sd sd
Mr=A*(sd) -Bs3=0.6
s3=0
s3=0.4s3=0.2
-
Modulo Resiliente Suelo Fino
Mr = K3* (sd) K4
sd = s1 - s3
Los suelos finos de subrasante presentan
tendencia a
Ablandamiento por Esfuerzos.
Mr
sd
Mr= K3 *(sd) K4
-
Modulo Resiliente de Material AASHTO 2002
321 sss
) ) )3
222
313221
oct
ssssss
---
3K
2K
aa
a1RP
P
*PKM oct
1*
-
Modulo Resiliente de Material ASSHTO 2002
3K
2K
aa
a1RP
P
*PKM oct
1*
MR = Modulo Resiliente
Pa = Presin Atmosfrica para normalizar Esfzos
K1,K2,K3 =Constantes de regresin que son funcin
de las propiedades del material
= Primer Invariante de Tensiones
oct = Esfuerzo cortante Octaedral
-
Ensayo Modulo Resiliente Suelo Fino
SECUENCIA Esfzo Confi Esf
Desviador MODULO TETA Esf
Octaedral Log Log Log
DE s3 sd RESILIENTE (Mr/Patm) /Patm /Patm +1)
ENSAYO PSI PSI PSI PSI PSI
1 6 2.05 29084 20.05 0.9663793 3.2963368 0.134797 0.027651301
2 6 4.15 26745 22.15 1.9563288 3.25992527 0.1780564 0.05426195
3 6 6.05 25302 24.05 2.8519974 3.23583752 0.2137977 0.07700921
4 6 8.03 26555 26.03 3.7853783 3.25682897 0.2481568 0.099511008
5 6 10.04 24209 28.04 4.7329014 3.21665952 0.2804607 0.121220312
6 4 2.03 23896 14.03 0.9569512 3.21100787 -0.0202597 0.027389863
7 4 4.1 26454 16.10 1.9327585 3.25517401 0.0395085 0.053646948
8 4 5.98 24257 17.98 2.818999 3.21751975 0.0874724 0.076191954
9 4 8.01 24721 20.01 3.7759502 3.2257487 0.1339298 0.099289449
10 4 9.99 23634 21.99 4.7093312 3.2062199 0.1749079 0.120693235
11 2 2.02 19016 8.02 0.9522371 3.11180183 -0.263143 0.027259084
12 2 4.14 20268 10.14 1.9516147 3.13949356 -0.1612794 0.054139019
13 2 6.09 21155 12.09 2.8708535 3.15809569 -0.084891 0.077475524
14 2 8.18 20827 14.18 3.856089 3.15130938 -0.0156411 0.101169112
15 2 10.18 20442 16.18 4.798898 3.14320605 0.0416612 0.122692733
-
Ensayo Modulo Resiliente Suelo Fino
Resumen
Estadsticas de la regresin
Coeficiente de correlacin mltiple 0.94963635
Coeficiente de determinacin R^2 0.90180921
R^2 ajustado 0.88544407
Error tpico 0.01812447
Observaciones 15
ANLISIS DE VARIANZA
Grados de
libertad Suma de
cuadrados Promedio de los
cuadrados F Valor crtico de
F
Regresin 2 0.03620394 0.01810197 55.1055243 8.9624E-07
Residuos 12 0.00394196 0.0003285
Total 14 0.04014589
Coeficientes Error tpico Estadstico t Probabilidad Inferior 95% Superior 95% Inferior 95.0% Superior 95.0%
Intercepcin 3.25962575 0.01231473 264.693219 5.6895E-24 3.23279426 3.28645725 3.23279426 3.28645725
Variable X 1 0.37803224 0.03629112 10.4166607 2.3E-07 0.29896069 0.45710378 0.29896069 0.45710378
Variable X 2 -1.03768036 0.16322879 -6.3572139 3.6253E-05 -1.39332535 -0.68203537 -1.39332535 -0.68203537
-1.037
oct
0.378
1Pa
Pa
Pa*Mr
1.1818
-
MODULO RESILIENTE NIVEL 2
PARAMETRO MODELO ENSAYO
CBR Mr=2555(CBR)0.61 (PSI) AASHTO T 493
R - valor Mr=1155+555R (PSI) AASHTO T 190
Coeficiente ai
AASHTO 93 Mr=30000 (ai/0.14) (PSI) Guia AASHTO 2002
Gradacin y IP CBR=75/(1+0.728 x wIP) AASHTO T 27 y T 90
PDC CBR=292/PDC1.12 ASTM D 6951
-
MODULO RESILIENTE NIVEL 3
MATERIAL RANGO (Mr)
(PSI)
VALOR TIPICO Mr
(PSI)
A-1a 38.500 42.000 40.000
A-6 13.500 24.000 17.000
A-7-5 8.000 17.500 12.000
A-7-6 5.000 13.500 8.000
CH 5.000 13.500 8.000
MH 8.000 17.500 11.500
CL 13.500 24.000 17.000
SW 28.000 37.500 32.000
SP 24.000 33.000 28.000
GW 39.500 42.000 41.000
GM 33.000 42.000 38.500
-
MATERIALES NO
CONGLOMERADOS
-
MATERIALES NO CONGLOMERADOS
ENTRADAS NECESARIAS
RESPUESTA DE
LA
ESTRUCTURA
DATOS
ADICIONALES
DATOS NECESARIOS
PARA EL MODELO
CLIMA
Mdulo
Resiliente (Mr) Granulometra ndice de Plasticidad
Relacin de
Poisson () Gravedad Especfica
Peso Unitario Conductividad
Hidrulica Saturada
Coeficiente de
Presin Lateral
Contenido ptimo de
Humedad
-
Normas de SUBBASE GRANULAR
ENSAYO INV 2007
Desgaste 50 %
Solidez 12 %
Indice Plstico 6%
Equiv de Arena 25%
CBR 20,30,40 %
Grado Compact
-
Normas de BASE GRANULAR
ENSAYO INV 2007
Desgaste 40 %
Solidez 12 %
Indice Plstico 3 %
Equivalte de Arena 30%
Partc Fracturadas 50%
I Aplana y Alarga 35%
CBR 80%
Grado Compactac
-
Modulo Resiliente Granular
-
Secuencia del Ensayo de Modulo
Resiliente Suelo Granular
-
Anlisis de resultados Mdulo Resiliente Suelo Granular
Mr Log Mr
sd Log
s3=20
s3=5
s3=1
5 s3=10
s3=
1
K1
K2
-
10
100
10 100
MO
DU
LO
RE
SIL
IEN
TE
(1
03 p
si
)
Invariante de tensiones psi
20 40 50 60 70 30
20
30
40
50
Mdulo Resiliente de suelo
granular
-
Modulo Resiliente de Material
Granular
321 sss
) 2K1R KM *Log Mr
Log
K1
K2
-
Valores Tpicos En Suelos Granulares
BASE
Condicin de
Humedad
K1 K2
Seca 6000 a 10000 0.5 a 0.7
Hmeda 4000 a 6000 0.5 a 0.7
Saturada 2000 a 4000 0.5 a 0.7
SUBBASE
Seca 6000 a 8000 0.4 a 0.6
Hmeda 4000 a 6000 0.4 a 0.6
Saturada 1500 a 4000 0.4 a 0.6
-
Modulo Resiliente de Material Granular AASHTO 2002
3K
2K
aa
a1RP
P
*PKM oct
1*
MR = Modulo Resiliente
Pa = Presin Atmosfrica para normalizar Esfzos
K1,K2,K3 =Constantes de regresin que son funcin de las
propiedades del material
= Invariante de Tensiones
oct = Esfuerzo cortante Octaedral
-
Modulo Resiliente Suelo Granular
MODULO RESILIENTE SUELO GRANULAR
SECUENCIA Esfzo Confi Esf
Desviador MODULO TETA Esf Octaedral Log Log Log
DE s3 sd RESILIENTE (Mr/Patm) /Patm /Patm +1)
ENSAYO PSI PSI PSI PSI PSI
1 3.02 3.13 22758 12.19 1.48 3.189816758 -0.08131363 0.041540276 2 3.01 6 22085 15.03 2.83 3.176780069 0.009641646 0.076425613 3 3.01 9.1 23318 18.13 4.29 3.200373963 0.091080469 0.111202625 4 5.01 5.24 28464 20.27 2.47 3.286978596 0.139536414 0.067457 5 5 10.2 30383 25.20 4.81 3.315313319 0.234083206 0.122902672 6 5 15.22 32507 30.22 7.17 3.344659557 0.312977125 0.172626296 7 10.02 10.27 44394 40.33 4.84 3.480006943 0.438310887 0.12363666 8 10.01 20.29 47361 50.32 9.56 3.508103529 0.534423298 0.217659341 9 10.01 30.42 47258 60.45 14.34 3.507158003 0.61407897 0.295681154
10 15.03 10.47 51209 55.56 4.94 3.54202896 0.577444902 0.12572696 11 15.03 15.48 52123 60.57 7.30 3.549712069 0.614940239 0.175052872 12 15.03 30.64 57798 75.73 14.44 3.594595476 0.711950622 0.297229358 13 20 15.76 61609 75.76 7.43 3.622326825 0.712122631 0.177651033 14 20 20.77 64428 80.77 9.79 3.641757315 0.739932748 0.221690458 15 20 40.21 70512 100.21 18.96 3.680945698 0.833593727 0.359734528
-
Modulo Resiliente Suelo Granular
-0.2980.665
1P
P
*P*1608Maa
aRoct
-
MODULO RESILIENTE NIVEL 2
PARAMETRO MODELO ENSAYO
CBR Mr=2555(CBR)0.61 (PSI) AASHTO T 493
R - valor Mr=1155+555R (PSI) AASHTO T 190
Coeficiente ai
AASHTO 93 Mr=30000 (ai/0.14) (PSI) Guia AASHTO 2002
Gradacin y IP CBR=75/(1+0.728 x wIP) AASHTO T 27 y T 90
PDC CBR=292/PDC1.12 ASTM D 6951
-
MODULO RESILIENTE NIVEL 3
MATERIAL RANGO (Mr)
(PSI)
VALOR TIPICO Mr
(PSI)
A-1a 38.500 42.000 40.000
A-6 13.500 24.000 17.000
A-7-5 8.000 17.500 12.000
A-7-6 5.000 13.500 8.000
CH 5.000 13.500 8.000
MH 8.000 17.500 11.500
CL 13.500 24.000 17.000
SW 28.000 37.500 32.000
SP 24.000 33.000 28.000
GW 39.500 42.000 41.000
GM 33.000 42.000 38.500
-
PROPIEDADES MECANICAS DE LOS MATERIALES
(Nivel 3)
CLASIFICACIN DEL
MATERIAL
RANGOS DE MR (PSI)
VALOR TPICO MR (PSI)
A-1-a 38,500 42,000 40,000
A-1-b 35,500 40,000 38,000
A-2-4 28,000 37,500 32,000
A-2-5 24,000 33,000 28,000
A-2-6 21,500 31,000 26,000
A-2-7 21,500 28,000 24,000
A-3 24,500 35,500 29,000
A-4 21,500 29,000 24,000
-
PROPIEDADES MECANICAS DE LOS MATERIALES
(Nivel 3)
CLASIFIC.
DEL
MATERIAL
RANGOS DE MR (PSI) VALOR TPICO
MR (PSI)
SW 28,000 37,500 32,000
SP 24,000 33,000 28,000
SW-SC 21,500 31,000 25,500
SW-SM 24,000 33,000 28,000
SP-SC 21,500 31,000 25,500
SP-SM 24,000 33,000 28,000
SC 21,500 28,000 24,000
SM 28,000 37,500 32,000
CLASIFIC.
DEL
MATERIAL
RANGOS DE MR (PSI) VALOR TPICO
MR (PSI)
GW 39,500 42,000 41,000
GP 35,500 40,000 38,000
GW-GC 28,000 40,000 34,500
GW-GM 35,500 40,500 38,500
GP-GC 28,000 39,000 34,000
GP-GM 31,000 40,000 36,000
GC 24,000 37,500 31,000
GM 33,000 42,000 38,500
-
Mdulo Resiliente de Capas Granulares
SHELL Mr2= 0.206 * H2 0.45 * Mr3 H en mm Mr2 en Kg/cm2
BARKER: MR22= MR3* (1+ 7.18 log H22- 1.56 log(Mr3)*log H22)
MR21= MR22*(1+10.52 log H21-2.10 log(Mr22)*log H21)
H en pulgadas Mr en psi
-
ey
ex
ex ey m
Relacin de Poisson
MATERIAL m Base granular 0.40
Sub Base granular 0.45
Subrasante 0.45-0.50
-
MEZCLAS ASFALTICAS
-
MEZCLA ASFALTICA
-
Agregados de Mezcla Asfltica INV 2007
Tamiz MDC-1 MDC-2 MDC-3
1 100 -- --
80 95 100 --
67 85 80 95 --
3/8 60 77 70 88 100
# 4 43 59 49 65 65 87
# 10 29 45 29 45 43 61
# 40 14 25 14 25 16 29
# 80 8 17 8 17 9 19
#200 4 8 4 8 5 - 10
-
Caractersticas del Cemento Asfaltico
CARACTERISTICA Unidad APIAY Barrancabermeja
PENETRACION mm/10 60 - 70 80 -100
PTO ABLANDMTO C 45 - 55 42 - 53
PTO INFLAMACION C 232 232
DUCTILIDAD cm 100 100 SOLUBILIDAD % 99 99 DUCTILIDAD cm 100 100 Perdida Pentracio % 75 75
Indice Penetracion -1 a 1 -1 a 1
PERDIDA DE MASA % masa
-
Ensayo Ensayo MarshallMarshall
6.0 % C.A5.0 % C.A4.5 % C.A
6.5 % C.A 7.0 % C.A 7.5 % C.A 8.0 % C.A
5.5 % C.A
2.5
4.0
7.1 Diseo de la Mezcla Asfltica
-
%CA
%CA
%CA
%CA
%CA
%CA
Db
Est
abil
idad
F
lujo
%Vv
%VAM
Seleccin
de %C.A
ptimo 4
%Vfa
-
7.2 DATOS DE MATERIALES ASFALTICOS
MATERIAL
ENTRADAS NECESARIAS
RESPUESTA DE
LA
ESTRUCTURA
DATOS ADICIONALES
Materiales
asflticos
(Rodadura,
Bases, y
ligantes)
Mdulo
Dinmico (E)
Resistencia a
Traccin, Creep y
Coeficiente de
expansin trmico
Relacin de
Poisson ()
-
7.3 MODULO DINAMICO
Caractersticas de la mezcla
Cantidad del ligante
Rigidez del ligante
Granulometra de los agregados
Composicin volumtrica dela mezcla
Temperatura de la mezcla
Frecuencia de aplicacin de las cargas
Edad de la mezcla
-
Utilizacin del Mdulo
Dinmico
Anlisis y evaluacin de los
pavimentos flexibles mediante la
aplicacin de la teora elstica.
Evaluar el comportamiento de las
mezclas asflticas tanto en el
rgimen elstico y viscoelstico.
-
Caracterizacin de Mezclas Asflticas
Mdulo Dinmico 1. Ensayos dinmicos 2. Mtodo Witczak 3. Metodologa SHELL , Mtodo INA 4. Curvas maestras 5. Referencias
Relacin de Poisson 1. Ensayos dinmicos 2. Referencias (u=0.35)
Ley de Fatiga 1. Ensayos dinmicos 2. Referencias extranjeras
E,u
E,u
-
Preparacin de la Mezcla Asfltica
Practica Estandar Para Acondicionar La Mezcla Asfltica .
(AASHTO - R30)
Tiempo 2 Horas Temperatura 135 C
-
Probetas Para Ensayo
-
Temperaturas y Frecuencias Para
Determinar E Mezcla (NCHRP 128-A)
TEMPERA
TURA
(OF)
E y d (mezcla)
0.1
Hz
1
Hz
10
Hz
25
Hz
10 X X X X
40 X X X X
70 X X X X
100 X X X X
130 X X X X
-
TEMPERATURA
C / F
FRECUENCIA
Hz
TIEMPO
TOTAL DE
CARGA seg
FUERZA KgDEFORMACIN
mm
MDULO
Kg/cm2
MDULO
PSI
0.1 10 50 0.0007 179,034 2,557,629
0.5 2 100 0.00127 197,360 2,819,429
(- 12.2 C) 1 1 150 0.00186 202,135 2,887,643
10 F 5 0.2 200 0.00239 209,747 2,996,386
10 0.1 250 0.00266 235,571 3,365,300
25 0.04 300 0.00284 264,769 3,782,414
0.1 10 50 0.00143 87,639 1,251,986
0.5 2 100 0.00221 113,415 1,620,214
4.4 C 1 1 150 0.00297 126,590 1,808,429
40 F 5 0.2 200 0.00324 154,721 2,210,300
10 0.1 250 0.00386 162,337 2,319,100
25 0.04 300 0.00426 176,512 2,521,600
0.1 10 50 0.00565 22,181 316,871
0.5 2 100 0.00735 34,102 487,171
21.1 C 1 1 150 0.00944 39,827 568,957
70 F 5 0.2 200 0.00872 57,488 821,257
10 0.1 250 0.00959 65,341 933,443
25 0.04 300 0.00942 79,824 1,140,343
0.1 10 50 0.02802 4,473 63,900
0.5 2 100 0.03255 7,700 110,000
37.8 C 1 1 150 0.03756 10,010 143,000
100 F 5 0.2 200 0.02842 17,639 251,986
10 0.1 250 0.02721 23,029 328,986
25 0.04 300 0.02361 31,848 454,971
0.1 10 50 0.10984 1,141 16,300
0.5 2 100 0.15223 1,647 23,529
54.4 C 1 1 150 0.17726 2,121 30,300
130 F 5 0.2 200 0.13852 3,619 51,700
10 0.1 250 0.13281 4,718 67,400
25 0.04 300 0.1539 4,886 69,800
RESULTADOS
ENSAYO
DINAMICO
MODULO DINAMICO NIVEL 1
-
Curvas Isotrmicas
-
Mezcla Asfltica Nivel 1
10 cm
15 cm
-
LIGANTE ASFALTICO. NIVEL 1
NIVEL 1 y 2 Basado en Resultados de Ensayos
Reales del Ligante Asfltico
NIVEL 3 Adopta Valores por defecto para estimar la
viscosidad
-
Modulo Complejo (G) y Angulo de Fase
del Ligante ( d ). (AASHTO T315)
TEMPERA
TURA (OF)
G y d (Ligante)
1.59 Hz
(10 Rad/seg)
40 X
55 X
70 X
85 X
100 X
115 X
130 X
-
Presentacin De Informacin
Curva Maestra. Nivel 1
-
SHIFT FACTOR
-
Curva Maestra de Mdulo Dinmico
1.0E+04
1.0E+05
1.0E+06
1.0E+07
1.E-07 1.E-05 1.E-03 1.E-01 1.E+01 1.E+03 1.E+05
Reduced Time
Dyn
am
ic M
od
ulu
s, p
si
Sigmoidal Function:
)(log1
*)log(rte
E
d
12 F
40 F
70 F
100 F
130 F
-
Materiales Asflticos Modulo Dinmico
(Log(Tr)) e1
Log(E)
E = Mdulo Dinmico (PSI)
T = Tiempo de aplicacin de carga (s) a la temp de referencia
d , = Parametros de ajuste para un grupo de datos
d = Representa el Valor mnimo del Mdulo Dinmico
d+ = Representa el Valor maximo del Mdulo Dinmico
,, = Parmetros que describen la forma de la curva sigmoidal
Nivel 1: Ensayo de mdulo dinmico. Curva Maestra
-
CURVA MAESTRA AASHTO 2002
-
MODULO DINAMICO MEZCLA ASFALTICA
Witczak
))(.)(..(
.)(....
...)(..)(
393532log0f31335log0603313034
2
38384
abeff
beffa4
2
200200
e1
005470p0p0000170003958p00021p08719773
VV
V8022080058097V0002841p0p00176700.02932p 7500633ELog
---
--
----
NIVEL 2 y 3.
E = Mdulo Dinmico (PSI)
= Viscosidad del ligante (106 Poises)
f = Frecuencia de carga (Hz)
Va = Contenido de aire (%)
Vbeff = Contenido efectivo de ligante (%)
p34 = % retenido en p38 = % retenido en 3/8 p4 = % retenido en # 4
p200 = % pasa en # 200
-
Tiempo y Frecuencia (F) de Tiempo y Frecuencia (F) de
aplicaciaplicacin de cargasn de cargas
t =Tiempo de aplicacin de carga en sgs.
H = espesor de la capa en cms
V = Velocidad del vehculo en KPH.
Log t = 0.005 h 0.2 0.94 Log V
F = 1 / (2** t)
-
CURVAS
MAESTRAS
METODO
SHELL
Tipo de Mezcla
Temperatura Mezcla
Frecuencia 10 Hz
M
O
D
U
L
O
D
E
L
A
M
E
Z
C
L
A
Temperatura mezcla
109
1010
1011
107
N/m2
50 10 70 30 0
-
Tiempo y Frecuencia (F) de Tiempo y Frecuencia (F) de
aplicaciaplicacin de cargasn de cargas
t =Tiempo de aplicacin de carga en sgs.
H = espesor de la capa en cms
V = Velocidad del vehculo en KPH.
Log t = 0.005 h 0.2 0.94 Log V
F = 1 / (2** t)
-
Programa BANDS
-
ey
ex
ex ey m
Relacin de Poisson
-
Relacin de Poisson
MATERIAL m Concreto asfltico 0.35
Base o subbse granular 0.40
Base granular con cemento 0.35
Suelo cal /cemento 0.35
Concreto simple 0.12
Subrasante 0.45-0.50
-
Modelo Estructural
10 cm
15 cm
30 cm
E1=18000
E2 = 1490
E3 = 780
E4 = 300
u1= 0.35
u2= 0.40
u3= 0.45
u4= 0.50
P P =2050 Kg
Q Q=5.6 a a=10.8
3a
Base
Subbase
Carpeta
-
MODELO ESTRUCTURAL
sr1
P
ez3
P
Concreto
Asfltico
a
E1,U1
a
E3,U3
E2,U2
Capas
Granulares
Subrasante
H1
H2 sz2
sz1
sr2
er1
sr2
Q Q
-
Clculo de Esf. y Deformaciones
10 cm
15 cm
30 cm
E1=18000
E2 = 1490
E3 = 780
E4 = 300
u1= 0.35
u2= 0.40
u3= 0.45
u4= 0.50
P P =2050 Kg
Q Q=5.6 a a=10.8
3a
5.58E-04
9.55E- 04
s=0.32
-
Modelo Multicapa
sr1
P
ez4
P
Concreto
Asfltico
a
E1,U1
a
E3,U3
E2,U2
Base
Granular
Subbase
H1
H2 sz2
sz1
sr2
er1
sr3
Q Q
Subrasante E4,U4
H3 sz3
-
DEFORMACIONES
sz sy
sx
)
)
) xzyy
zyxx
yxzz
uE
uE
uE
ssse
ssse
ssse
-
-
-
1
1
1(X,Y)
Z
-
Programas de Clculo Multicapa
Programa
BISAR
ALIZE
CHEVRON
WESLEA
ELSYM5
EVERSTRES
DAMA
KENLAYER
JULEA
DEPAV, etc
-
Datos de entrada de un programa
Multicapa
Solicitaciones
Caractersticas de las cargas por llanta
Estructura del Pavimento
Puntos de Anlisis de Esfuerzos y Deformaciones
-
1.Datos de Entrada de Solicitaciones
Tipo de Eje
Nmero de Llantas
Tipo de Semieje
Sistema Simple
Sistema Dual
-
2. Datos de Entrada de Caractersticas
de las cargas por llanta
Magnitud de las
cargas por llanta
Presin de contacto
Radio de Carga
Coordenadas
longitudinal y transversal
de la ubicacin
superficial de las
diferentes llantas
X Y
P
P
Q
P
a Q
-
P
Rodadura
Base
Subrasante
Datos de Entrada de Presin y
Area de Contacto de las Llantas
Q P
Q
R
Presin Q= Carga P / Area
Area = R2
-
VEHICULO C3-S3
SIMPLE 1
TANDEM 1
TRIDEM 1
-
XSRS Y
X
TANDEM 1,20
0,60 Y
X
X
TRIDEM 1,20
1,20
0,60 Y
LOCALIZACIN DE LAS LLANTAS
LOCALIZACIN DE LOS PUNTOS DE ANALISIS DE ESFUERZOS Y DEFORMACINES
3R
3R
-
EJE TRIDEM
Coordenadas de Cargas
Carga P Q a x y
1
P
Q
a
0 0
2 0 3a
3 125 0
4 125 3a
5 250 0
6 250 3a
-
3. Datos de Entrada de Estructura
del Pavimento
Numero de Capas Espesor de cada capa Caractersticas
Mecnicas de cada capa
* Mdulos de Elasticidad
* Relacin de Poisson
Condiciones de Adherencia entre capas
CA
E1,U1
E3,U3
E2,U2
C G
Srte
H1
H2
-
4. Datos de Entrada de Puntos de
anlisis de Esfuerzos y deformaciones
Coordenadas tridimensionales de
los sitios de la estructura donde se
determinan las magnitudes de
esfuerzos, deformaciones y desplazamientos
er1 CA
E1,U1
E3,U3
E2,U2
C G
Srte ez3
H1
H2
Y
Z
X
-
XSRS Y
X
TANDEM 1,20
0,60 Y
X
X
TRIDEM 1,20
1,20
0,60 Y
LOCALIZACIN DE LAS LLANTAS
LOCALIZACIN DE LOS PUNTOS DE ANALISIS DE ESFUERZOS Y DEFORMACINES
3R
3R
-
EJE TRIDEM
A B
E
C
F
D
-
EJE TRIDEM
Coordenadas de Evaluacion
Punto x y Z1 Zi Zn
A 0 0 H1 Hi Hn
B 0 1.5a H1 Hi Hn
C 62.5 0 H1 Hi Hn
D 62.5 1.5a H1 Hi Hn
E 125 0 H1 Hi Hn
F 125 1.5a H1 Hi Hn
-
Datos de Salida de un programa
Multicapa
Magnitudes de Esfuerzos verticales, Longitudinales y Horizontales
Magnitudes de Deformaciones unitarias verticales, Longitudinales y Horizontales
Desplazamientos verticales, Longitudinales y Horizontales
Esfuerzo y Deformaciones principales
-
Esfuerzos y Deformaciones Crticos
CA
BA
BG
E1
E2
E4
E5
u1= 0.35
u2= 0.35
u4= 0.40
u5= 0.50
P P = Kg
Q Q= Kg/cm2 a a=
3a
et
sv
u3= 0.20 E3 BSC
SRTE
st
st
et
ez
-
Esfuerzos y deformaciones Requeridas
para el Diseo Estructural
CAPA
EFECTO REQUERIDO
Capa
Asfltica
Deformacin maxima por traccin en su
parte inferior ( Fatiga)
Base Asfltica
Deformacin maxima por traccin en su
parte inferior ( Fatiga)
Esfuerzo y deformacin vertical en su
parte superior ( Ahuellamiento)
-
Esfuerzos y deformaciones Requeridas
para el Diseo Estructural
CAPA EFECTO REQUERIDO
Base
Cementada
Esfuerzo maxima por traccin en su
parte inferior ( Fatiga)
Capas
Granulares
Esfuerzo y deformacin vertical en su
parte superior ( Ahuellamiento)
Esfuerzo maximo por traccin en su
parte inferior ( Descompactacin)
-
Esfuerzos y Deformaciones Requeridas
para el Diseo Estructural
CAPA EFECTO REQUERIDO
Subrasante
Deformacin vertical en su parte
superior ( Ahuellamiento)
Esfuerzo vertical en su parte superior
(Ahuellamiento)
-
PROGRAMA DEPAV
-
Programa DEPAV
-
PROGRAMA EVERSTRESS
CONFIGURACION DE CARGAS
PUNTOS DE ANALISIS
-
Programa Weslea
-
Datos de salida de Modelo Multicapa
sr1
P
ez4
P
Concreto
Asfltico
a
E1,U1
a
E3,U3
E2,U2
Base
Granular
Subbase
H1
H2 sz2
sz1
sr2
er1
sr3
Q Q
Subrasante E4,U4
H3 sz3
-
Esfuerzos y Deformaciones Crticos
CA
BA
BG
E1
E2
E4
E5
u1= 0.35
u2= 0.35
u4= 0.40
u5= 0.50
P P = Kg
Q Q= Kg/cm2 a a=
3a
et
sv
u3= 0.20 E3 BSC
SRTE
st
st
et
ez
-
Diseo Racional
CALCULO DE s y e
COMPARACION DE (s Y e) vs (s y e) adm.
E1
E2
E3
h1
h2
h3
N N
s e
-
Ley de Fatiga
Log
e,s3
N1
e,s1
e,s2
N2 N3
Log
T,F
-
NCHRP 1-37A
Design GuideDesign Guide
Basic Fatigue EquationBasic Fatigue Equation
32
111
kk
t
fE
KN
e
Nf = number of repetitions to fatigue cracking
et = tensile strain at the critical location
E = stiffness of the material
K1, k
2, k
3 = laboratory calibration parameters
32 )()(1kk
t EK-- e
-
Ensayo de Ley de Fatiga a Nivel de Laboratorio
-
LCPC - Francia
Ensayo Acelerado de Pavimentos
-
PISTA ESPAOLA
-
NCAT (Alabama, USA) Centro Nacional para la Tecnologa del Asfalto
46 secciones, 2.7 km largo total 4 camiones, permanente, 76 km/h
-
Ensayo Acelerado
Ensayos de laboratorio
Anlisis en computador
Tiempo
Co
nfiabili
da
d d
e los r
esultados
Evaluacin
de largo plazo
Costo
s
Estudios de Pavimentos
-
Ley de Fatiga
Log
e,s3
N1
e,s1
e,s2
N2 N3
Log
-
Control de Fisuracin
(Fatiga de Capa Asfltica)
-
Modelos de agrietamto de Capa Asfltica
-
Ley de Fatiga Instituto del Asfalto
)32 K
K
t
1E
1*
1*C*K*0.00432Nf
M10C
18.4K1 0.854K3 3.291K2
-
0.6875
VbVa
Vb4.84M
E = psi Vb = % volumen de asfalto (11)
K = factor de calage (18.4) Va = % volumen de aire (5)
-
CONTROL DE AGRIETAMIENTO.
La composicin volumtrica de la mezcla incide en el agrietamiento
Los mayores niveles de agrietamiento generalmente ocurren en capas de C.A de 3 a 5 pulg.
Capas delgadas y rgidas de C.A son altamente susceptibles al agrietamiento por fatiga.
Capas Gruesas de C.A de alta rigidez funcionan bien
El agrietamiento esta influenciado por la relacin modular Ei / Ei+1
Las capas inferiores se afectan por la humedad y por consigte afectan los mdulos de las capas, por lo tanto un buen drenaje es beneficioso para controlar el agrietamiento.
-
CONTROL DE
AHUELLAMIENTO
GRAVEDAD BAJA GRAVEDAD MEDIA
GRAVEDAD ALTA
-
Control del Ahuellamiento
Instituto del Asfalto
ez = 2.1 * 10 -2 * N - 0.25 NC = 85%
ez = 1.8 * 10 -2 * N - 0.25 NC = 95%
S
H
E
L
L
Nz = (1.365 *10 - 9)*(ez) 4.477
-
Modelos de Falla en Subrasante
-
CONTROL DE AHUELLAMIENTO
Todos los factores que tiendan a incrementar la rigidez y capacidad de toda la estructura de pavimento, que est sobre la subrasante, reducir el ahuellamiento de la subrasante.
Mejorar el modulo de la subrasante permite controlar el ahuellamiento de la subrasante.
Proteger la subrasante de los efectos de la humedad ya que sta puede cambiar la resistencia
-
Esfuerzos y Deformaciones Crticos
CA
BA
BG
E1
E2
E4
E5
u1= 0.35
u2= 0.35
u4= 0.40
u5= 0.50
P P =2050 Kg
Q Q=5.6 Kg/cm2 a a=10.8
3a
er
sv
u3= 0.20 E3 BSC
SRTE
sH
sH
er
ez
-
Diseo Racional
CALCULO DE s y e
COMPARACION DE
(s Y e)calc Vs (s y e) adm.
E1
E2
E3
h1
h2
h3
N N
s e
CALCULO % DE
CONSUMOS.
-
EJ E
C A R GA
TON
N UM ER O
R EP ETIC ION .D EF OR M A C ION
N UM ER O
R EP ETIC ION .
A D M IS IB LES
TR A C C ION
C A R P ETA
C ON S UM O
D E F A TIGA
%
D EF OR M A C ION
N UM ER O
R EP ETIC ION .
A D M IS IB LES
C OM P R ES ION
S UB R A S A N TE
C ON S UM O
A HUELLA M .
%
5.328 50% 1.00E+06 1.255E-04 2,099,912,665 0.048 2.076E-04 77,844,701 1.28
5.460 90% 1.50E+06 1.258E-04 2,074,993,098 0.072 2.126E-04 70,775,902 2.12
17.421 50% 1.00E+06 1.292E-04 1,815,964,246 0.055 3.254E-04 12,896,394 7.75
17.994 90% 1.50E+06 1.298E-04 1,774,379,044 0.085 3.349E-04 11,494,177 13.05
17.994 50% 1.00E+06 1.298E-04 1,774,379,044 0.056 3.349E-04 11,494,177 8.70
18.712 90% 1.50E+06 1.306E-04 1,720,695,319 0.087 3.467E-04 10,007,443 14.99
15.558 50% 1.00E+06 1.268E-04 1,994,452,025 0.050 2.941E-04 19,326,730 5.17
16.177 90% 1.50E+06 1.277E-04 1,925,153,555 0.078 3.046E-04 16,796,503 8.93
18.305 50% 1.00E+06 1.303E-04 1,740,595,208 0.057 3.400E-04 10,819,889 9.24
19.022 90% 1.50E+06 1.308E-04 1,707,580,325 0.088 3.518E-04 9,439,634 15.89
0.676 87.13
TANDEM 4
TOTALES
S.R.S.
TANDEM 1
TANDEM 2
TANDEM 3
-
Estructura Diseada
10 cm
15 cm
30 cm
E1=18000
E2 = 1490
E3 = 780
E4 = 300
u1= 0.35
u2= 0.40
u3= 0.45
u4= 0.50
P P =2050 Kg
Q Q=5.6 a a=10.8
3a
Base
Subbase
Carpeta
-
Entradas
Estructura Materiales Clima Trnsito
Se requiere la media y la desviacion estndar
Seleccin del diseo inicial
Respuestas Estructurales (s, e, d)
Prediccin del desempeo
Fallas Regularidad
Verificacin del desempeo
Criterios de falla
Confiabilidad
del Diseo
Requisitos
de Diseo
Satisfecho? No
Si
Diseo Final
Dis
eo
in
icia
l re
vis
ado
-
Seleccin de espesores de Mezcla Asfltica
erR
ezR 5 7.5 12.5 10
5 7.5 12.5 10
Admisible
Admisible
1 2 3
-
METODO SHELL Nottingham
Origen Londres Gran Bretaa
Modelo multicapa Elstico Elstico
Causas
De Falla
Fatiga (C Tratds) X X
Ahuellamiento X X
Efecto ambtal Temptura Temptura
Cto Asfltico X X
Base est Asfalt X Macadam
Base est cemnto X ------
Granular X X
Diseo Abacos X X
Programa BISAR X
Mate
riale
s
-
METODO LCPC CRR
Origen Francia Blgica
Modelo multicapa Elstico Elstico
Causas
De Falla
Fatiga (C .Tratds) X X
Ahuellamiento X X
Efecto ambtal Temptura Temptura
Cto Asfltico X X
Base est Asfalt X X
Base est cemnto X ------
Granular X X
Diseo Abacos Catlogo X
Programa ALIZE X
Mate
riale
s
-
METODO NITRS NCHRP
Origen Sur Africa USA
Modelo Multicapa Elstico Elstico y Ele Finitos
Causas
De Falla
Fatiga (Caps Tratds) X X
Ahuellamiento X X
s corte en granular X -------
Efecto ambtal Temptura Temptura
Cto Asfltico X X
Base est Asfalt Gran Discont X
Base est cemnto X ------
Granular X X
Diseo Programa X ILLI-PAVE. ELSYM
Mate
riale
s
-
METODO FHA INA
Origen USA USA
Modelo Multicapa Elstico y Viscoelstico
Elstico
Causas
De Falla
Fatiga(Caps Tratds) X X
Ahuellamiento X X
Serviciabilidad X -------
Efecto ambiental Temptura Tem C y D
Cto Asfltico X X
Base est Asfalt X Con Emulsin
Base est cemnto X ------
Granular X X
Diseo Abacos X
Programa VESYS DAMA
Mate
riale
s
-
NCHRP 1-37A
Design GuideDesign Guide
2002 Guide Process2002 Guide Process
Integrated
Climatic
Model
Axle Loadings
Material
Properties
AnalysisPavement
Structure
Distress
Prediction
An Iterative
Process
-
CARGA
REPRESENT
(Tn)
CARGA POR
LLANTA (Tn)
REPETICIONES
ESPERADAS
RADIO DE
CARGA
(Cm)
SEPARACIN
ENTRE
LLANTAS
DEFORMACION
A TRACCIN
(Micrones)
DEFORMACIN
A COMPRESIN
(Micrones)
REPETICIONES
ADMISIBLES
FATIGA
REPETICIONES
ADMISIBLES
AHUELLAMIENTO
CONSUMO
FATIGA
%
CONSUMO
AHUELL.
%
14 16 15.17 1.26 62,877 8.48 25.43 150.67 183.18 16,375,718 73,489,891 0.38 0.09
16 18 17.14 1.43 20,959 9.01 27.03 150.66 204.31 16,379,296 45,078,142 0.13 0.05
18 20 19.73 1.64 41,918 9.67 29.00 149.26 229.25 16,890,351 26,917,066 0.25 0.16
20 22 21.37 1.78 41,918 10.06 30.18 147.87 245.57 17,418,518 19,784,168 0.24 0.21
22 24 24.00 2.00 125,755 10.66 31.99 144.99 270.35 18,583,307 12,864,659 0.68 0.98
24 26 24.59 2.05 83,837 10.79 32.38 144.24 275.84 18,903,204 11,757,370 0.44 0.71
26 28 27.19 2.27 167,673 11.35 34.05 140.74 299.65 20,494,832 8,115,785 0.82 2.07
28 30 30.00 2.50 62,877 11.92 35.76 136.71 323.67 22,551,103 5,746,508 0.28 1.09
30 32 30.34 2.53 20,959 11.99 35.96 136.18 326.79 22,841,233 5,504,925 0.09 0.38
3.31 5.73
CARGA
REPRESENT
(Tn)
CARGA POR
LLANTA (Tn)
REPETICIONES
ESPERADAS
RADIO DE
CARGA
(Cm)
SEPARACIN
ENTRE
LLANTAS
DEFORMACION
A TRACCIN
(Micrones)
DEFORMACIN
A COMPRESIN
(Micrones)
REPETICIONES
ADMISIBLES
FATIGA
REPETICIONES
ADMISIBLES
AHUELLAMIENTO
CONSUMO
FATIGA
%
CONSUMO
AHUELL.
%
12 14 12.04 1.51 62,877 9.25 27.75 148.29 216.77 17,256,685 34,583,133 0.36 0.18
14 16 15.90 1.99 41,918 10.63 31.89 142.48 272.89 19,682,597 12,337,185 0.21 0.34
16 18 18.00 2.25 62,877 11.31 33.93 138.08 301.58 21,823,084 7,885,832 0.29 0.80
18 20 19.82 2.48 20,959 11.87 35.60 133.8 326.18 24,205,800 5,551,166 0.09 0.38
20 22 21.41 2.68 188,632 12.33 37.00 129.89 346.98 26,687,558 4,209,104 0.71 4.48
22 24 23.23 2.90 167,673 12.85 38.54 125.43 369.1 29,939,699 3,191,749 0.56 5.25
24 26 25.38 3.17 20,959 13.43 40.29 119.89 395.63 34,738,558 2,339,208 0.06 0.90
26 28 26.89 3.36 62,877 13.82 41.47 115.96 413.81 38,765,751 1,912,999 0.16 3.29
2.44 15.61
CARGA
REPRESENT
(Tn)
CARGA POR
LLANTA (Tn)
REPETICIONES
ESPERADAS
RADIO DE
CARGA
(Cm)
SEPARACIN
ENTRE
LLANTAS
DEFORMACION
A TRACCIN
(Micrones)
DEFORMACIN
A COMPRESIN
(Micrones)
REPETICIONES
ADMISIBLES
FATIGA
REPETICIONES
ADMISIBLES
AHUELLAMIENTO
CONSUMO
FATIGA %
CONSUMO
AHUELL.
%
3 4 4.00 2.00 125,755 10.66 31.99 143.15 164.97 19,381,044 117,438,523 0.65 0.11
4 5 4.74 2.37 461,101 11.61 34.82 138.89 194.40 21,407,026 56,316,998 2.15 0.825 6 5.46 2.73 41,918 12.46 37.37 133.73 222.72 24,247,523 30,634,771 0.17 0.14
2.98 1.06
CAMION C3S3 (INA)
EJE TRIDEM
RANGO
EJE TANDEM
RANGO
EJE SIMPLE RUEDA SIMPLE
RANGO