Introducción
el diseño de un pavimento consiste en establecer una estructura para una duración determinada, bajo las solicitaciones de transito y el medio ambiente, estas producirán fatiga hasta llevarla a la falla. Para el diseño contempla elementos
se debe seguir un procedimiento que de forma explicita o implícita seis
Introducción 1. Materiales
2. Espesores 3. Construcción 4. Costos 5. Mantenimiento 6. Vida de diseño o periodo de diseño
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
Dis eñ o Em p íric o
Se basa en los resultados de experimentos o en la experiencia. Requiere un buen número de observaciones para determinar relaciones
variables
observaciones
Dis eñ o Em p íric o No es necesario establecer una base científica firme de las relaciones, en la medida en que se reconocen sus limitaciones. Las ecuaciones de diseño se establecen por regresiones con base en los datos experimentales
Dis eñ o Em p íric o Se caracteriza por la ausencia de
predicción explícita del daño causado por fatiga y están basados en la experiencia.
Dis eñ o Em p íric o
La mayoría de los métodos de diseño en el pasado has sido EMPÍRICOS Cuerpo de ingenieros e Instituto Del Asfalto primera versión,AASHTO-93 y el INVIAS-98
Dis eñ o s em iem p íric o s Corresponden a un desarrollo posterior donde se incluye el análisis de la fatiga y un modelo de daño pero con ajustes para considerar el comportamiento real.
SEMIEMPÍRICOS
Instituto del asfalto, AASHTO, y de SHELL
Mé to d o Em p íric o - Racional
Combina Elementos de:
DISEÑO EMPÍRICO DISEÑO RACIONAL
Mé to d o Em p íric o - Rac io n al Componente Racional:
Uso de modelos matemáticos para determinar reacciones (esfuerzos, deformaciones, deflexiones)
Medición
Directa de Parámetros de Comportamiento
Mé to d o Em p íric o - Rac io n al
Componente Empírico:
Leyes de Comportamiento
Relación Reacciones
Comportamiento
Mé to d o Em p íric o - Rac io n al
Componente Racional Adicional:
Leyes de Comportamiento de Laboratorio
Componente Empírico Ajustado:
Ajuste de Leyes de Comportamiento de Laboratorio a Pavimentos Reales
Mé to d o Em p íric o - Rac io n al Ejemplo: Cálculo
Racional de la Deflexión
Relación
Empírica entre Deflexión y Vida del Pavimento
Mé to d o Em p íric o - Rac io n al Ventajas: Se
acomoda a cargas variables
Mejor
Utilización de Materiales Disponibles
Mejora
Predicción de Confiabilidad
Mé to d o Em p íric o - Rac io n al Ventajas Mejor
definición del papel de la construcción
Propiedades
de materiales más relacionadas con comportamiento real.
Mé to d o Em p íric o - Rac io n al Ventajas Mejor
definición de propiedades de las capas existentes
Incorporación
de efectos ambientales y de envejecimiento en los materiales .
Instituto del Asfalto, Shell y el AASHTO 2002
Estru ctu ra d e Pavimento
Concreto Asfáltico Base Granular Subbase Granular Subrasante
Pu n to s d e A n áli s is B ás ic o s Superficie
del Pavimento Deflexión
Cara
Inferior Concreto Asfáltico Deformación Horizontal (tracción)
Cara
Superior Subrasante Deformación Vertical (compresión)
Pu n to s d e A n ális is B ás ic o s p = Kg/cm2
D CA
t ,
h
CA
h
Gran
v, SR
SR
MÉTODO DE LOS ELEMENTOS FINITOS
MÉTODO DE LOS ELEMENTOS FINITOS Método de análisis numérico que permite obtener soluciones aproximadas en una amplia variedad de problemas de ingeniería El método se usa para dividir un medio continuo (por ejemplo el volumen de un pavimento) en un gran número de pequeños volúmenes discretos con el fin de obtener una solución numérica aproximada para cada volumen, en lugar de una solución exacta para todo el volumen
el
medio pavimento-subrasante se divide en un número de elementos de formas geométricas simples, denominados elementos finitos, con las cargas de las ruedas en la parte Superior
Se
asignan “nodo” a cada elemento y se escoge una función para interpolar la variación de la variable sobre el elemento discreto.
A
partir de los elementos y de sus funciones de interpolación, se desarrolla una expresión matricial (matriz elemental) para relacionar
las fuerzas con los desplazamientos en las esquinas de cada elemento.
Se resuelven las ecuaciones algebraicas mediante un método matricial adecuado a través de un programa de cómputo que provee los desplazamientos en todos los nodos y determinando, a partir de ellos, los esfuerzos y deformaciones en los elementos, así como sus direcciones
Las salidas son las mismas que las del análisis mediante un modelo elástico multicapa: – la intensidad de las Esfuerzo fuerzas internamente distribuidas en diferentes puntos de la estructura del pavimento – el desplazamiento Deformación unitario a causa del esfuerzo Deflexión – Cambio lineal en una dimensión
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
FENLAP(University
of
of
Nottingham),
(University of Illinois),GT-PAVE
Nottingham), ILLI-PAVE
(Georgia Institute
Of Technology) y el NOEL (Université de Nantes), y códigos como el DIANA (Delft University
of
technology) y el CESAR (Laboratoire Central des Ponts et Chaussées).
Es común obtener diferentes espesores al aplicar distintos métodos de diseño, empleando los mismos datos de entrada.
Gran parte de estas diferencias se debe a la falta de una descripción precisa y cuantitativa de lo que constituye la falla de un pavimento de calle o carretera, así como a los niveles de confiabilidad que consideran los diferentes métodos
