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METODOS MECANICISTAS DE DISEÑO DE PAVIMENTOS

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Nancy Alfaro Madriz

on 13 August 2014

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METODOS MECANICISTAS DE DISEÑO DE PAVIMENTOS

Medido en términos de la regularidad de la superficie por medio del Índice de Regularidad Internacional, IRI, (ASTM E1926)




MODELOS DE REGULARIDAD SUPERFICIAL



Necesita del conocimiento del estado de esfuerzos y deformaciones en puntos clave.



RESPUESTAS ESTRUCTURALES


Inducidos:
Carga repetida que provoca el tránsito vehicular.
Alabeo de la losa de concreto por cambios de temperatura y humedad.



DESPRENDIMIENTO DE BLOQUE

Deterioros que usuales son:

Agrietamiento por fatiga.
Escalonamiento entre losas.
Desprendimientos de bloque
.

ANÁLISIS MECANICISTA DE PAVIMENTOS DE CONCRETO

Tienen su importancia, ya que las propiedades de los materiales dependen de los valores de temperatura y humedad presentes en la sección estructural del pavimento.



FACTORES CLIMATICOS

DISEÑO ESTRUCTURAL MECANICISTA

Este tipo de diseño tiene un enfoque científico, permitiendo el análisis completo del comportamiento mecánico de un pavimento ante la aplicación de cargas. Tomando en cuenta las acciones del clima y el tránsito vehicular, donde las características de los materiales deben conocerse.


DISEÑO ESTRUCTURAL MECANICISTA

Clima
Tráfico
Materiales


DIFICULTADES EN LATINOAMERICA

Combina aspectos tanto empíricos como mecanicistas.
Determinar la respuesta del pavimento en situaciones críticas de cargas y clima.
Usa modelos matemáticos.
Consideran leyes de fatiga de los materiales.
DISEÑO EMPIRICO – MECANICISTA


Método de los elementos finitos

RESPUESTAS ESTRUCTURALES

RESPUESTAS ESTRUCTURALES

Escalonamiento=C.δ^a (EROD)^b W^c

ESCALONAMIENTO ENTRE JUNTAS TRANSVERSALES

Factible de asociar a una falta de transferencia de carga entre dos losas consecutivas.



ESCALONAMIENTO ENTRE JUNTAS TRANSVERSALES


Modelo de deterioro


log⁡N-2.81SR^(-1.22)



Relación de esfuerzos


SR=σ/Mr

AGRIETAMIENTO POR FATIGA

Suelos y materiales granulares: Se requiere el valor del módulo de resiliencia, determinado según la norma AASHTO T274 por medio de un ensayo tri-axial donde la presión de confinamiento es constante, y el esfuerzo desviador se aplica cíclicamente.





La versatilidad de su software.
Excelente modelo climático.
Uso de espectros de carga vehicular.
Propiedades de materiales más fundamentales.

VENTAJAS MEPDG

El diseño se respalda en propiedades físicas de los materiales.
Basado en resultados de experimentos de campo.
Vincula variables de diseño e indicadores de comportamiento.

DISEÑO ESTRUCTURAL EMPIRICO

DISEÑO DE PAVIMENTO
S

Desde Arriba

Desde Abajo

AGRIETAMIENTO POR FATIGA

Define la solicitación directa de la estructura del pavimento; ya que por medio del paso repetido de los vehículos (fatiga) se deteriora el pavimento.
Su caracterización es fundamental, y a la vez muy compleja dada la gran distribución de tipos de vehículos (cargas).



TRANSITO VEHICULAR

Asfalto: Se requiere el valor del módulo dinámico, determinado según la norma ASTM D3497.





Concreto hidráulico y materiales estabilizados:
Se requiere el valor del módulo de elasticidad, determinado según la norma ASTM C469, y el valor de la resistencia a la tensión, determinado por ASTM C78 (flexión) o ASTM C496 (tensión indirecta), a fin de determinar el módulo de ruptura de esa clase de materiales.





CARACTERIZACION DE MATERIALES

Empíricamente
Relaciona el daño en el tiempo con deterioros típicos de modelos de regresión como:
Fisuras
Deformaciones
Agrietamiento
Escalonamiento


Mecanísticamente
Calcula respuesta del pavimento tensiones, deformaciones y deflexiones.
Acumula “daño” producido durante el período de diseño.

PROCEDIMIENTO MEPDG
Guía Empírico-Mecanicista de Diseño de Pavimentos

METODOS MECANICISTAS DE DISEÑO DE PAVIMENTOS

RESPUESTAS ESTRUCTURALES


Necesita del conocimiento del estado de esfuerzos y deformaciones en puntos clave.

RESPUESTAS ESTRUCTURALES


Inducidos:
Carga repetida que provoca el tránsito vehicular.
Alabeo de la losa de concreto por cambios de temperatura y humedad.

DESPRENDIMIENTO DE BLOQUE

Factible de asociar a una falta de transferencia de carga entre dos losas consecutivas.

ESCALONAMIENTO ENTRE JUNTAS TRANSVERSALES

Tienen su importancia, ya que las propiedades de los materiales dependen de los valores de temperatura y humedad presentes en la sección estructural del pavimento.

FACTORES CLIMATICOS

Suelos y materiales granulares: Se requiere el valor del módulo de resiliencia, determinado según la norma AASHTO T274 por medio de un ensayo tri-axial donde la presión de confinamiento es constante, y el esfuerzo desviador se aplica cíclicamente.


DISEÑO ESTRUCTURAL MECANICISTA

Este tipo de diseño tiene un enfoque científico, permitiendo el análisis completo del comportamiento mecánico de un pavimento ante la aplicación de cargas. Ante las acciones del clima y el tránsito vehicular, donde las características de los materiales deben conocerse.



DISEÑO ESTRUCTURAL MECANICISTA

Combina aspectos tanto empíricos como mecanicistas.
Determinar la respuesta del pavimento en situaciones críticas de cargas y clima.
Usa modelos matemáticos.
Consideran leyes de fatiga de los materiales.

DISEÑO EMPIRICO – MECANICISTA


DISEÑO DE PAVIMENTOS

Medido en términos de la regularidad de la superficie por medio del Índice de Regularidad Internacional, IRI, (ASTM E1926)



MODELOS DE REGULARIDAD SUPERFICIAL


Método de los elementos finitos

RESPUESTAS ESTRUCTURALES

Deterioros que usuales son:

Agrietamiento por fatiga.
Escalonamiento entre losas.
Desprendimientos de bloque.

ANALISIS MECANICISTA DE PAVIMENTOS DE CONCRETO

Asfalto: Se requiere el valor del módulo dinámico, determinado según la norma ASTM D3497.

Concreto hidráulico y materiales estabilizados: Se requiere el valor del módulo de elasticidad, determinado según la norma ASTM C469, y el valor de la resistencia a la tensión, determinado por ASTM C78 (flexión) o ASTM C496 (tensión indirecta), a fin de determinar el módulo de ruptura de esa clase de materiales.
Para el concreto, también se requiere el valor del coeficiente de expansión térmica.


CARACTERIZACION DE MATERIALES

Define la solicitación directa de la estructura del pavimento; ya que por medio del paso repetido de los vehículos (fatiga) se deteriora el pavimento.
Su caracterización es fundamental, y a la vez muy compleja dada la gran distribución de tipos de vehículos (cargas).

TRANSITO VEHICULAR

Clima
Tráfico
Materiales


DIFICULTADES EN LATINOAMERICA


La versatilidad de su software.
Excelente modelo climático.
Uso de espectros de carga vehicular.
Propiedades de materiales más fundamentales.



VENTAJAS MEPDG

Escalonamiento=C.δ^a (EROD)^b W^c

ESCALONAMIENTO ENTRE JUNTAS TRANSVERSALES


Modelo de deterioro


log⁡N-2.81 〖SR〗^(-1.22)



Relación de esfuerzos


SR=σ/Mr

AGRIETAMIENTO POR FATIGA

Desde Arriba

Desde Abajo

AGRIETAMIENTO POR FATIGA

El diseño se respalda en propiedades físicas de los materiales.
Basado en resultados de experimentos de campo.
Vincula variables de diseño e indicadores de comportamiento.


DISEÑO ESTRUCTURAL EMPIRICO

Empíricamente
Relaciona el daño en el tiempo con deterioros típicos de modelos de regresión como:
Fisuras, Deformaciones
Agrietamiento, Escalonamiento



Mecanísticamente
Calcula respuesta del pavimento tensiones, deformaciones y deflexiones.
Acumula “daño” producido durante el período de diseño.


PROCEDIMIENTO MEPDG
Guía Empírico-Mecanicista de Diseño de Pavimentos

METODOS MECANICISTAS DE DISEÑO DE PAVIMENTOS

Medido en términos de la regularidad de la superficie por medio del Índice de Regularidad Internacional, IRI, (ASTM E1926)



MODELOS DE REGULARIDAD SUPERFICIAL


Inducidos:
Carga repetida que provoca el tránsito vehicular.
Alabeo de la losa de concreto por cambios de temperatura y humedad.

DESPRENDIMIENTO DE BLOQUE

Factible de asociar a una falta de transferencia de carga entre dos losas consecutivas.

ESCALONAMIENTO ENTRE JUNTAS TRANSVERSALES

Tienen su importancia, ya que las propiedades de los materiales dependen de los valores de temperatura y humedad presentes en la sección estructural del pavimento.

FACTORES CLIMATICOS

Suelos y materiales granulares: Se requiere el valor del módulo de resiliencia, determinado según la norma AASHTO T274 por medio de un ensayo tri-axial donde la presión de confinamiento es constante, y el esfuerzo desviador se aplica cíclicamente.


DISEÑO ESTRUCTURAL MECANICISTA

Este tipo de diseño tiene un enfoque científico, permitiendo el análisis completo del comportamiento mecánico de un pavimento ante la aplicación de cargas. Ante las acciones del clima y el tránsito vehicular, donde las características de los materiales deben conocerse.



DISEÑO ESTRUCTURAL MECANICISTA

Clima
Tráfico
Materiales


DIFICULTADES EN LATINOAMERICA

DISEÑO DE PAVIMENTOS

Método de los elementos finitos

RESPUESTAS ESTRUCTURALES

RESPUESTAS ESTRUCTURALES


Necesita del conocimiento del estado de esfuerzos y deformaciones en puntos clave.

RESPUESTAS ESTRUCTURALES


Deterioros que usuales son:

Agrietamiento por fatiga.
Escalonamiento entre losas.
Desprendimientos de bloque.

ANALISIS MECANICISTA DE PAVIMENTOS DE CONCRETO

Define la solicitación directa de la estructura del pavimento; ya que por medio del paso repetido de los vehículos (fatiga) se deteriora el pavimento.
Su caracterización es fundamental, y a la vez muy compleja dada la gran distribución de tipos de vehículos (cargas).

TRANSITO VEHICULAR

Combina aspectos tanto empíricos como mecanicistas.
Determinar la respuesta del pavimento en situaciones críticas de cargas y clima.
Usa modelos matemáticos.
Consideran leyes de fatiga de los materiales.

DISEÑO EMPIRICO – MECANICISTA


Escalonamiento=C.δ^a (EROD)^b W^c

ESCALONAMIENTO ENTRE JUNTAS TRANSVERSALES


Modelo de deterioro


log⁡N-2.81 〖SR〗^(-1.22)



Relación de esfuerzos


SR=σ/Mr

AGRIETAMIENTO POR FATIGA

Desde Arriba

Desde Abajo

AGRIETAMIENTO POR FATIGA


La versatilidad de su software.
Excelente modelo climático.
Uso de espectros de carga vehicular.
Propiedades de materiales más fundamentales.



VENTAJAS MEPDG

Asfalto: Se requiere el valor del módulo dinámico, determinado según la norma ASTM D3497.

Concreto hidráulico y materiales estabilizados: Se requiere el valor del módulo de elasticidad, determinado según la norma ASTM C469, y el valor de la resistencia a la tensión, determinado por ASTM C78 (flexión) o ASTM C496 (tensión indirecta), a fin de determinar el módulo de ruptura de esa clase de materiales.
Para el concreto, también se requiere el valor del coeficiente de expansión térmica.


CARACTERIZACION DE MATERIALES

Empíricamente
Relaciona el daño en el tiempo con deterioros típicos de modelos de regresión como:
Fisuras, Deformaciones
Agrietamiento, Escalonamiento



Mecanísticamente
Calcula respuesta del pavimento tensiones, deformaciones y deflexiones.
Acumula “daño” producido durante el período de diseño.


PROCEDIMIENTO MEPDG
Guía Empírico-Mecanicista de Diseño de Pavimentos

El diseño se respalda en propiedades físicas de los materiales.
Basado en resultados de experimentos de campo.
Vincula variables de diseño e indicadores de comportamiento.


DISEÑO ESTRUCTURAL EMPIRICO

Muchas gracias..
Analisis Mecanicista de Pavimento Asfálticos.
Modelos de Deterioro

En los pavimentos asfálticos, los principales deterioros se asocian a fenómenos de agrietamiento y deformación permanente.
El agrietamiento puede tener a su vez distintos orígenes, el más considerado es el generado por la aplicación de cargas repetidas
Las propiedades de fatiga de la mezcla asfáltica se determinan a partir de ensayos de flexión, o de tensión indirecta en mezclas asfálticas.
También es cierto que ante una baja extrema de la temperatura, se pueden generar esfuerzos de tensión que conducen a un agrietamiento sin necesidad de tener ciclos térmicos.
También están presentes en los pavimentos asfálticos los deterioros inducidos por las deformaciones permanentes
Las deformaciones permanentes se originan por la compresión y consolidación del material ante la acción de los esfuerzos normales y cortantes, transmitidos por el flujo vehicular.
Respuestas estructurales
El cálculo se realiza a través de la teoría de Burmister para medios elásticos estratificados, en donde el material se caracteriza por su módulo de elasticidad y por la relación de Poisson
Al igual que en el caso de los pavimentos de concreto, todos los deterioros presentes se van a reflejar en la medida de la regularidad superficial, medida a través del Índice de Regularidad Internacional (IRI).
Modelos de regularidad superficial
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