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EL PROBLEMA GEOTÉCNICO DE LOS PAVIMENTOS.

Por:

Luis Ricardo Vásquez Varela. Ingeniero Civil (UN, 1998).

Especialista en Vías y Transporte (UN, 2000).

Magíster en Ingeniería – Geotecnia (UN, 2008).

Universidad Nacional de Colombia Sede Manizales Facultad de Ingeniería y Arquitectura Departamento de Ingeniería Civil Pavimentos. Profesor: Luis Ricardo Vásquez Varela, M.Sc.

Luis Ricardo Vásquez Varela, M.Sc. 1

PROBLEMA GEOTÉCNICO.

Definiciones básicas.

Foto: Luis Ricardo Vásquez Varela.


Ingeniería geotécnica.

• La ingeniería geotécnica trata, como su nombre lo indica, de la aplicación de la tecnología de la ingeniería civil sobre algún aspecto del terreno

– (Holtz, Kovacs & Sheahan, An Introduction to Geotechnical Engineering, 2010).


Elementos de un problema geotécnico.

• Planteados por el Profesor Adolfo Alarcón Guzmán, Ph.D. en el curso de “Comportamiento del Suelo” (Universidad Nacional, 2004).

• Todo problema geotécnico puede definirse mediante cinco elementos. – Las cargas.

– El perfil y las propiedades.

– El método de análisis.

– El diseño.

– El seguimiento y la retroalimentación.


Las cargas.

• Definiciones de los Títulos A y B del Reglamento Colombiano de Construcción Sismo Resistente (NSR 10). – Cargas:

• Son fuerzas u otras solicitaciones que actúan sobre el sistema estructural y provienen de:

– El peso de todos los elementos permanentes en la construcción, los ocupantes y sus pertenencias.

– Los efectos ambientales.

– Los asentamientos diferenciales, y

– La restricción de cambios dimensionales.

• Las cargas permanentes son cargas que varían muy poco en el tiempo y cuyas variaciones son pequeñas en magnitud. Todas las otras cargas son cargas variables.


• Definiciones… (NSR 10). – Carga muerta:

• Es la carga vertical debida a los efectos gravitacionales de la masa, o peso, de todos los elementos permanentes ya sean estructurales o no estructurales.

– Carga viva:

• Es la carga debida al uso de la estructura, sin incluir la carga muerta, fuerza de viento o sismo.

• En estas fuerzas o solicitaciones hay componentes estáticos y dinámicos.

• En cada problema geotécnico es vital identificar las cargas para el análisis y diseño.


El perfil y las propiedades.

• Son las diferentes capas del terreno que están sometidas a la acción de las cargas.

• Estas capas se definen por su extensión espacial: – Área, espesor y persistencia de cada material (perfil).

– Es necesario generar modelos digitales del terreno (DTM).

– Se pueden incorporar características como planos de debilidad, niveles freáticos, líneas de flujo, entre otros.

• Para cada material deben conocerse: – Sus propiedades físicas: reales, como el peso unitario.

– Sus propiedades químicas: reales, como la acidez (pH).

– Sus propiedades mecánicas: virtuales, porque son función de un modelo teórico de comportamiento, como el módulo de Young (E).


http://photojournal.jpl.nasa.gov/jpegMod/PIA03367_modest.jpg




El método de análisis.

• Es el marco teórico con el cual se representa la realidad del sistema en una abstracción rigurosa y coherente.

• Las propiedades mecánicas del perfil dependen del modelo empleado.

• Algunos ejemplos de métodos de análisis son: – Mecánica del medio continuo.

• Mecánica de sólidos.

• Mecánica de fluidos.

– Mecánica del medio particulado.

• Determinista.

• Probabilista.


• En la mecánica de sólidos tenemos algunas de las aplicaciones más extensas en ingeniería civil: – Modelos de deformación:

• Elasticidad.

– Lineal.

– No lineal o incremental.

• Viscoelasticidad.

– Modelos elástico – plásticos:

• Cam-clay para arcillas.

• Modelo de Barcelona para suelos parcialmente saturados.

– Modelos de falla:

• Tresca, Mohr – Coulomb, Matsuoka-Nakai.


El diseño.

• Definición de las dimensiones, especificaciones y costo de las estructuras y elementos que interactúan con el terreno, o definición de la morfología del terreno per se, para interactuar con las cargas de forma que se satisfaga la necesidad planteada con seguridad y confiabilidad.


El seguimiento y la retroalimentación.

• Los métodos de análisis son hipótesis que progresivamente se hacen más complejas a medida que se mejora el conocimiento sobre el comportamiento del terreno.

• Para depurar las hipótesis y mejorar los diseños se requiere confrontar los modelos con la realidad mediante análisis matemático.

• Los problemas geotécnicos y todos los problemas de la ingeniería se enfrentan con el método científico.


Una reflexión antes de continuar…

• Notice that engineers do not themselves build o repair things; they design them and supervise their construction by workers. There is a common popular misconception about the role of engineers. The general public often believes that engineers build things. They do not; engineers design things and workmen build them under the direction of engineers. Engineers are really applied scientists, and very skilled and inventive ones. – John Atkinson, The Mechanics of Soils and Foundations, 2007.


Ejercicio para desarrollar en clase.

• Proponga varios ejemplos de problemas geotécnicos y describa sus elementos de acuerdo con las anteriores definiciones.

Problema geotécnico

Cargas Perfil y propiedades

Método de análisis

Diseño Seguimiento y retroalimentación

1.

2.

3.

4.


LOS PAVIMENTOS COMO UN PROBLEMA GEOTÉCNICO.

Un pavimento es un problema geotécnico pues trata de la interacción del terreno natural con una estructura construida con materiales obtenidos del terreno.



Cargas sobre los pavimentos.

• Peso propio de los materiales. – Importante en los modelos de comportamiento elástico no-lineal.

– Materiales compactados con historias de esfuerzo anisótropas.

• Cargas debidas a los vehículos. – Heterogeneidad por tipo de vehículos y uso del pavimento:

• Buses y camiones en calles y carreteras. – La carga de los automóviles NO es significativa para el diseño de

pavimentos.

• Aviones en aeropuertos.

• Grúas y equipos especializados en puertos y zonas industriales.

– Dinámica de los vehículos. • Interacción entre diferentes tipos de ejes y llantas sobre el pavimento.

• Efecto de los sistemas de suspensión.


• Asentamientos diferenciales. – Pérdida de soporte en algunos tipos de pavimentos.

• Restricción de cambios dimensionales: – Cambios volumétricos asociados con el medio ambiente y su efecto en

los materiales (expansión / contracción).

• ¿Y los sismos?


http://www.yuprocks.com/earthquake_pictures/ca_earthquake_picture_032.jpg

California Earthquake Pictures - Imperial Valley October 15, 1979

Desplazamiento lateral en el sitio 13 de la carretera Heber (la ubicación se presenta en la Foto 1, Reporte profesional

1), la cual presenta desplazamientos, fisuras y volcanes de arena asociados. El pavimento de la carretera se asentó, agrietó y desplazó hacia el sur hasta 1.2 metros. Vista en dirección occidente. No obstante, este es un problema de estabilidad de la fundación y no de la estructura del pavimento.


http://www.yuprocks.com/earthquake_pictures/ca_earthquake_picture_032.jpg

http://www.indiantransports.com/images/fleet-multiple-trucks2.jpg http://port.sihanoukville-cambodia.com/mainpages/picsport.html


Estacionamiento de camiones sobre pavimento de adoquines. Para la manipulación de combustibles es conveniente tener superficies no cementadas con asfalto.

Grúa portuaria con múltiples ejes sobre pavimento asfáltico. Las ruedas sólo se emplean en la movilización de la grúa y durante su operación se apoya en cuatro placas de acero.

www.captionmachine.com/photos/183.jpg


http://www.airbus.com/aircraftfamilies/passengeraircraft/a380family/

Airbus A380 en la cabecera de una pista con pavimento asfáltico. El avión estático y con carga plena (despegue) constituye la solicitación de diseño de este tipo pavimentos.

Volqueta sobre una superficie sin estructura de pavimento. Sus grandes ruedas le permiten aplicar bajas presiones sobre el terreno natural o mejorado.

http://www.airbus.com/aircraftfamilies/passengeraircraft/a380family/

• Yang H. Huang (“Pavement Analysis and Design”, 2004) considera a las cargas debidas al tránsito vehicular como uno de los cuatro factores del diseño de pavimentos.

• Huang se centra en las particularidades del tránsito sobre calles y carreteras indicando cuatro aspectos significativos para su definición: – El efecto de la configuración de los ejes sobre el pavimento.

– El número de aplicaciones de ejes durante la vida útil del pavimento.

– El efecto del área de contacto de las llantas sobre el pavimento.

– La velocidad de los vehículos.


• El efecto de la configuración de los ejes sobre el pavimento (1): – Definiciones:

• Eje simple: Ensamble de dos o cuatro

llantas unidas entre sí por una línea de rotación.

• Eje “tándem” (eje doble): Eje conformado

por dos líneas de rotación, dotado de una suspensión que permite la compensación de cargas.

• Eje “trídem” (eje triple): eje conformado

por tres líneas de rotación, dotado de una suspensión que permite la compensación de cargas.

– Fuente: Norma Técnica Colombiana NTC

4788. Tipología para Vehículos de Transporte de Carga Terrestre.


Eje simple con dos llantas

Eje simple con cuatro llantas

Eje tándem

Eje trídem

Elaboración propia.

• El efecto de la configuración de los ejes sobre el pavimento (2):

– El espaciamiento entre ejes (4 a 7 metros) no tiene efecto en el diseño pues se considera que cada eje causaría esfuerzos y deformaciones independientes entre sí.

– Los ejes tándem y trídem no son ni una sola repetición (inseguro) ni 2 ó 3 repeticiones independientes (conservador).

– Pavimentos flexibles: Sólo se consideran las ruedas de la huella exterior pues el ancho del eje (1.8 metros) es suficiente para que los efectos de cada llanta sean independientes entre sí.

– Pavimentos rígidos: Se consideran las ruedas a ambos lados del eje con efectos superpuestos.


Espaciamiento entre llantas de un camión con remolque típico (Adaptado de Huang, 2004).

7 metros 4 metros

1.2 m.

1.8 m. Tráiler

Eje tándem con dos llantas

Eje simple con dos llantas

Eje simple con una llanta

Cabezote

Eje de la vía

Borde de la vía

http://www.emercedesbenz.com/Images/Aug08/08_Mercedes_Benz_Econic_Semi_Trailer_Tanker/08_Mercedes_Benz

_Econic_Semi_Trailer_Tanker_2.jpg

http://www.emercedesbenz.com/Images/Aug08/08_Mercedes_Benz_Econic_Semi_Trailer_Tanker/08_Mercedes_Benz_Econic_Semi_Trailer_Tanker_2.jpg



• El número de aplicaciones de ejes durante la vida útil del pavimento: – Actualmente, es factible simular el daño que cada eje individual causaría

sobre un pavimento. – La información necesaria para este análisis es compleja:

• Proyecciones de tránsito confiables: – Series históricas y patrones temporales de distribución. – Formulación de modelos de crecimiento.

• Simulación del daño de cada eje considerando la aleatoriedad de: – El tipo y peso de los ejes. – La presión de contacto sobre el pavimento.

– Se han adoptado factores de conversión para reducir el tránsito a ejes equivalentes según un criterio específico de daño. • Por ejemplo, la referencia propuesta por la AASHTO es un eje simple de

18,000 libras. • Los factores de conversión son función del tipo, estructura y estado del

pavimento, así como de la carga y tipo de eje a transformar.


• El efecto del área de contacto de las llantas sobre el pavimento (1):

– En los métodos de análisis se simulan las cargas del tráfico como presiones uniformes aplicadas en la superficie (frontera) de la estructura.

– Variación de la presión de contacto con la presión de inflado:

• La presión de contacto es mayor que la presión de inflado en llantas con baja presión y paredes en compresión.

• La presión de contacto es menor que la presión de inflado en llantas con alta presión y paredes en tensión.

• Usualmente, la presión de contacto se toma igual a la presión de inflado.

– El área de contacto depende del método de análisis:

• Rectángulos para análisis de losas de pavimento rígido mediante el método de los elementos finitos.

• Círculos para análisis de pavimentos compuestos de capas elásticas, los cuales se pueden simplificar mediante simetría axial .



– Evolución del área de contacto en el método de diseño de pavimentos de concreto de la Pórtland Cement Association (PCA) entre 1966 y 1984 (ambas soluciones son elásticas lineales).


Dimensión del área de contacto de una llanta según la PCA entre 1966 y 1984 (Adaptado de Huang, 2004).

L

0.6 L

1966:

Cartas de influencia.

0.6 L

Área = 0.5227 L²

Área = [ Carga / Presión de inflado ]

1984:

Método de los elementos finitos.

0.8712 L


– En el análisis de pavimentos asfálticos usualmente se emplea la teoría de capas elásticas.

– La simetría alrededor de un eje permite emplear áreas de contacto circulares.

– El modelo más común corresponde a la mitad de un eje de 80 kN (estándar AASHTO).



Modelo Carga (P) Presión de contacto (q)

Valor de a

MOPT 4,104 Kg. (40.3 kN)

5.6 Kg. / cm² (549.2 kPa)

10.8 cm. (0.108 m.)

Asphalt Institute

9,000 lb. (40.0 kN)

70 psi (482.6 kPa)

4.52 plg. (0.115 m.)

SHELL 40 kN 577.4 kPa 105 mm. (0.105 m.)

French Guide

65 kN 662.0 kPa 0.125 m.

2a 2a

3a

Carga: P/2

Presión: q

Carga: P/2

Presión: q



• La velocidad de los vehículos: – La velocidad es relevante si se consideran propiedades viscoelásticas

en el método de análisis del pavimento. • El tiempo de duración de la carga será función de la velocidad.

• La respuesta esfuerzo – deformación de un material viscoelástico cambia con el tiempo de aplicación de la carga.

• Programas como VESYS y KENLAYER permiten estos análisis.

– Si sólo se consideran propiedades elásticas lineales, la velocidad debe tomarse en consideración para seleccionar un módulo de Young representativo para la tasa de carga ANTES de realizar el análisis elástico.

– Por lo general, a mayor velocidad vehicular, los materiales viscoelásticos desarrollarán mayores rigideces y se presentarán menores deformaciones en el pavimento.


http://www.airporttech.tc.faa.gov/naptf/

• En aeropuertos se han hecho avances en el estudio del efecto del tránsito sobre los pavimentos.

• National Airport Pavement Test Facility. – William J. Hughes Technical Center

(Atlantic City, NJ). – Evaluación acelerada de todo tipo

de pavimentos. – Pista instrumentada de 275 metros

de largo por 18 metros de ancho. – Vehículo de prueba capaz de

simular aviones hasta 5,783 kN. – Hasta 20 llantas configurables como

cualquier tren de aterrizaje (hasta 334 kN por llanta).

– Simulación de posición transversal variable.




Perfil y propiedades en los pavimentos.

• En los pavimentos podemos identificar tres componentes básicos en el perfil: – Fundación o subrasante.

• Cortes en terreno natural. • Terraplenes o pedraplenes. • Plataformas de conformación con material granular seleccionado. • Membranas de separación como geotextiles.

– Capas de materiales naturales seleccionados. • Afirmado, subbase y base granular. • Granulometría seleccionada: gravas, arenas y finos. • Calidad del agregado grueso: durabilidad, resistencia, angularidad. • Plasticidad controlada de la fracción fina.

– Capas de materiales cementados. • Cal: Estabilización de suelos con potencial expansivo. • Cemento Pórtland: Concreto hidráulico o bases granulares estabilizadas. • Asfalto: Mezclas asfálticas en frío y en caliente o riegos asfálticos.


http://onlinemanuals.txdot.gov/txdotmanuals/pdm/destructive_evaluation_of_pavement_structural_properties.htm

Adaptado de: http://www.tc.gc.ca/civilaviation/international/technical/images/cross_section_e.jpg

• Perfiles típicos de pavimentos flexibles y rígidos.


Eje del pavimento

Estructura de pavimento de concreto asfáltico (flexible)

Estructura de pavimento de concreto de cemento Pórtland (rígida)

Berma pavimentada

Área nivelada

Tubo de drenaje Subrasante

Capa de subbase

Capa de base

Capa superficial

Suelo in situ (natural)

Material granular seleccionado

Roca o grava triturada

Concreto

Asfalto

http://www.tc.gc.ca/civilaviation/international/technical/images/cross_section_e.jpg



Capa Descripción

Concreto asfáltico Capa de poco espesor. Rigidez controlada por la estructura.

Capa granular 01

Capa de origen aluvial, sin trituración y con tamaños superiores a 100 mm.

Capa granular 02

Capa de origen aluvial, sin trituración y con tamaños superiores a 100 mm. Evidencia migración de la fundación de grano fino.

Subrasante

Suelo de grano fino, derivado de la transformación de material piroclástico en entorno tropical andino.


• Huang (2004) identifica el medio ambiente como el segundo factor de diseño de pavimentos. Afecta las propiedades viscoelásticas o elásticas de los materiales.

• Efectos de la temperatura. – Pavimentos asfálticos:

• Afecta las propiedades viscoelásticas o elásticas de las mezclas asfálticas. • A baja temperatura el asfalto se rigidiza y se reduce la resistencia a la fatiga. • Las bajas temperaturas pueden agrietar una mezcla asfáltica.

– Pavimentos rígidos: • Los gradientes de temperatura en las losas causan alabeo y afectan su apoyo sobre el suelo. • Se incrementan los esfuerzos debidos a las cargas en las zonas sin apoyo. • Controla el tamaño de las losas y la abertura de las juntas.

– Materiales granulares: • Los ciclos de congelamiento (invierno – primavera) y descongelamiento debilitan estos

materiales. • Se genera rugosidad en la superficie del pavimento.

• Efectos de la precipitación. – Infiltración de agua a la estructura. – La posición del nivel freático debe estar al menos a 0.91 metros de la superficie.


• Huang (2004) considera los materiales como el tercer factor de diseño de pavimentos: – En el método de diseño empírico – mecanicista deberán especificarse las

propiedades de los materiales para calcular esfuerzos, deformaciones y desplazamientos (aplicación de la mecánica de sólidos).

– Las respuestas críticas de la estructura se emplearán para predecir el deterioro o la probabilidad de este mediante los criterios de falla definidos.

– Propiedades generales de los materiales para pavimentos rígidos y flexibles: • Para la elasticidad lineal se determinarán el módulo elástico (E) y relación de

Poisson (ν) de cada capa.

• Si hay efectos del tiempo de carga se empleará un módulo resiliente (módulo elástico bajo cargas repetidas) acorde con la velocidad vehicular.

• Si hay materiales no lineales elásticos se deberá establecer la relación constitutiva entre el módulo resiliente y el nivel de esfuerzo.


• Pavimentos flexibles: – Para las mezclas asfálticas en caliente que sean lineal viscoelásticas.

• Recíproco del módulo para varios tiempos de carga y ajuste del mismo para diferentes temperaturas.

– Propiedades de fatiga de la mezcla asfáltica en caliente.

– Parámetros de deformación permanente de todas las capas para la estimación de la profundidad de ahuellamiento.

– Si se consideran otros daños, como agrietamiento a baja temperatura, deberán especificarse las propiedades de los materiales, por ejemplo, la rigidez del asfalto durante el invierno.


http://www.asphaltinstitute.org/upload/ai_mag_graphics/Summer_06_Graphics/Dynamic_Modulus.jpg

http://www.cedex.es/images/carreteras/imagen4.jpg


Módulo dinámico de mezclas asfálticas en cámara triaxial con presión de confinamiento y temperatura variables.

Módulo resiliente de mezclas asfálticas bajo carga axial y temperatura variable.

http://pavementinteractive.org/index.php?title=Flexural_Fatigue


Ensayo de fatiga de una mezcla asfáltica por flexión cíclica. Dispositivo de carga en el tercio medio y resultados típicos.

REPETICIONES A LA FALLA VS. DEFORMACIÓN DE TENSIÓN

Repeticiones de carga a la falla (Nf)

De

form

ació

n d

e t

en

sió

n in

icia

l e

n e

l ele

me

nto

(x

10

6)

Los primeros estudios de fatiga se concentraban en esta parte de la curva y sólo insinuaban el comportamiento de fatiga para bajos niveles de deformación.

La pendiente se aplana generando un límite cercano al infinito para las cargas a la falla.

http://tti.tamu.edu/publications/researcher/v38n4/images/asphalt_pavement_analyzer.jpg


Ensayo de ahuellamiento de Hamburgo para mezcla asfáltica. Dispositivo de carga y resultados típicos.

PROFUNDIDAD DE LA HUELLA VS. NÚMERO DE PASADAS DE LA LLANTA

Número de pasadas de la llanta

Pro

fun

did

ad d

e la

hu

ella

(m

m.)

La pendiente es el inverso del flujo plástico.

Pendiente inversa de desprendimiento.

Aún luego de la compactación, la muestra continúa consolidándose durante las primeras pasadas de la rueda.

ΔV > 0

CONSOLIDACIÓN

PUNTO DE DESPRENDIMIENTO

La muestra presenta desprendimientos que contribuyen a la tasa de ahuellamiento.

http://pavementinteractive.org/index.php?title=Image:Hamburg_results.jpg

• Pavimentos rígidos: – Para pavimentos rígidos sobre fundación líquida se requiere el módulo

de reacción de la subrasante.

– Para considerar el alabeo térmico de las losas se requiere el coeficiente de expansión térmica del concreto.

– La forma de falla más común del concreto hidráulico es la fatiga, por lo tanto se requiere su módulo de rotura y las propiedades de fatiga del material.

– Si se presentan otras fallas, como el escalonamiento por carga excesiva sobre las dovelas en las juntas, será necesario definir el diámetro y espaciamiento de las barras pasajunta.




http://hujalconcretos.com/pavimento.php

Losa de pavimento de concreto de cemento Pórtland. La fundación se puede caracterizar como un líquido (Winkler) o un sólido elástico (Boussinesq). Las barras en las juntas transmiten la carga entre losas adyacentes.

Determinación de la resistencia a la flexión del concreto usando una viga simple con carga en los tercios de la luz.


Ensayo de placa.

http://hujalconcretos.com/pavimento.php

• Huang (2004) define el criterio de falla como el cuarto y último factor de diseño de pavimentos.

• Método empírico – mecanicista. – Pavimentos flexibles:

• Agrietamiento por fatiga. – Deformación unitaria horizontal de tensión en la fibra inferior de la mezcla

asfáltica.

• Ahuellamiento. – Desplazamiento vertical permanente en la trayectoria de las llantas.

– Aproximaciones:

» Control de la deformación unitaria vertical de compresión en la subrasante.

» Cálculo de la deformación permanente de cada capa del pavimento.

• Agrietamiento térmico. – Agrietamiento a baja temperatura (baja temperatura).

– Agrietamiento por fatiga térmica (ciclo diario).






Agrietamiento por fatiga.

Ahuellamiento.

Agrietamiento térmico.

• Método empírico – mecanicista. – Pavimentos rígidos:

• Agrietamiento por fatiga.

– Usualmente por esfuerzo en el borde en la parte media de la losa.

– Relación entre el esfuerzo de tensión y el módulo de rotura: σt / MR.

• Bombeo o erosión.

– Deflexión en la esquina (PCA) basado en resultados del AASHO Road Test.

– Falta mejorar los modelos (tipo de subbase y subrasante, precipitación y drenaje).

• Otros criterios.

– Escalonamiento, descascaramiento, deterioro de juntas. Modelos empíricos.

• Método AASHTO. – Concepto de la degradación del Present Serviciability Index (PSI).



Agrietamiento por fatiga de una losa de concreto de cemento Pórtland.



Escalonamiento de juntas transversales.

Bombeo. http://training.ce.washington.edu/pgi/Modules/09_pavement_evaluation/Images/rigid_distr

ess/pumping1.jpg

http://training.ce.washington.edu/pgi/Modules/09_pavement_evaluation/Images/rigid_distress/pumping1.jpg

http://training.ce.washington.edu/pgi/Modules/09_pavement_evaluation/Images/rigid_distress/pumping1.jpg

Métodos de análisis para pavimentos.

• Los métodos de análisis han evolucionado de forma dramática de lo empírico a lo mecanicista gracias al uso del computador y los avances en caracterización de materiales.

• Método de análisis empírico: – Una ecuación de regresión: “lo que ha sido bueno, bueno será”. – Criterio principal: Se dispone un espesor total para proteger la fundación de

esfuerzos excesivos. – Método del CBR.

• Método de análisis mecanicista simplificado. – Emplea un modelo mecánico implícito por la dificultad de los cálculos. – Se resume en un ábaco y reglas definidas de diseño. – Puede considerar un criterio de diseño multivariado. – Método AASHTO.

• Método de análisis empírico – mecanicista. – Propone un modelo mecánico del pavimento como la elasticidad lineal. – Simula el comportamiento de las estructuras a partir de funciones de transferencia

calibradas en campo.


• Esfuerzo y deformación vertical en un sistema de dos capas elásticas lineales.


http://training.ce.washington.edu/wsdot/Modules/06_structural_design/06-4_body.htm#fem

http://training.ce.washington.edu/wsdot/Modules/06_structural_design/06-4_body.htm



Diseño para pavimentos.

• Asignar espesores y calidades.

• Definir especificaciones de construcción.

• Calcular el presupuesto y realizar la evaluación económica de varias alternativas.

• En la fase de diseño se puede considerar el análisis por confiabilidad: – Es necesario considerando la variabilidad del tránsito, el control de

calidad de materiales y la capacidad de pronosticar el daño, entre otros. • El método AASHTO incluye confiabilidad por la variabilidad en las

predicciones del tránsito y de la condición del pavimento.

• El programa ROADENT emplea el método de Montecarlo para simular un número muy grande de estructuras de acuerdo con los promedios y desviaciones estándar de los módulos y espesores de cada capa.



http://www.transit.govt.nz/projects/manukauextension/gallery/photos/full/200902-grader-566.jpg

http://training.ce.washington.edu/WSDOT/Modules/07_construction/Images/main_pictures_rigid/placement1.jpg


http://training.ce.washington.edu/WSDOT/Modules/07_construction/Images/main_pictures_flexible/mobile_reference.jpg

http://training.ce.washington.edu/WSDOT/Modules/07_construction/Images/main_pictures_flexible/2_rollers003.jpg

Seguimiento y retroalimentación en pavimentos.

• Consiste en poner a prueba las hipótesis y modelos de diseño de acuerdo con el comportamiento real de los pavimentos a lo largo de su vida útil. – Medición de respuestas estructurales.

– Evaluación de la condición superficial.

– Evaluación de los materiales empleados.

– Diseño de refuerzos.

– Programación de inversiones.


www.sintef.no/upload/IMG_2886.JPG

http://civil.rtaf.mi.th/technical/network/images/stories/falling%20weight%20deflectometer2.jpg


Equipo de georradar y medida del perfil mediante rayos láser. Equipo de medida de deflexiones del pavimento por impacto.

• Los sistemas de gestión de pavimentos constituyen la mejor herramienta para el seguimiento y la retroalimentación aplicada a los pavimentos.

• Proceso de gestión de pavimentos (Pavement Management System - PMS). – Planeación. – Diseño. – Construcción. – Mantenimiento. – Evaluación. – Rehabilitación.

• Selección de estrategias óptimas. • Existen dos niveles de análisis.

– Red. • Programa general de nuevas construcciones. • Mantenimiento, rehabilitación.

– Proyecto. • Alternativas de diseño, construcción, mantenimiento o rehabilitación en un proyecto.



ENTRADAS Materiales Medio ambiente Cargas de tránsito

Tiempo (edad)

MODELOS DE ESTRUCTURAS DE PAVIMENTO INCLUYENDO FACTORES DE INGENIERÍA

COMPORTAMIENTO

DAÑO

DESEMPEÑO

CICLO DE VIDA (¿Satisface las restricciones?)

RESTRICCIONES DE DISEÑO

NO CONFIABILIDAD

SI

Proceso de gestión de pavimentos (Adaptado de Huang, 2004).


COSTOS DEL CICLO DE VIDA COSTOS DIRECTOS INDIRECTOS

EVALUACIÓN ECONÓMICA

OPTIMIZACIÓN (Enumere por el mínimo costo para el

nivel especificado de confiabilidad)

SELECCIÓN DEL DISEÑO FINAL

CONSTRUIR

MONITOREAR EL DESEMPEÑO

BANCO DE DATOS

RETROALIMENTACIÓN

PRESUPUESTO

SISTEMA DE INFORMACIÓN DEL SGP

Proceso de gestión de pavimentos (Adaptado de Huang, 2004).

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