Modelo de Un Pavimento Rígido Para Reposición Calle Bandera Generado en Software Sap 2000

MODELO DE UN PAVIMENTO RÍGIDO PARA REPOSICIÓN CALLE BANDERA GENERADO

EN SOFTWARE SAP 2000

Profesor: Alejandro Torres F.

Integrantes: Alejandro Ibarra

Marcelo Gómez

Juan Napoleoni

Fecha entrega: 28/07/2015

UNIVERSIDAD CENTRAL DE CHILE

FACULTAD DE INGENIERÍAESCUELA DE OBRAS CIVILES Y

CONSTRUCCIÓN

UNIVERSIDAD CENTRAL DE CHILEFACULTAD DE INGENIERÍA

ESCUELA DE OBRAS CIVILES Y CONSTRUCCIÓN

SANTIAGO-CHILE

ÍNDICE

1. INTRODUCCIÓN...............................................................................................3

2. OBJETIVOS.......................................................................................................3

3. DISEÑO DEL PAVIMENTO...............................................................................4

3.1. MODELO DEL PAVIMENTO..........................................................................4

3.2. EJES EQUIVALENTES..................................................................................5

4. DESARROLLO MODELO EN SAP 2000...........................................................5

5. CONCLUSIONES..............................................................................................5

6. PLANOS............................................................................................................5

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1. INTRODUCCIÓN

En la calle Bandera, entre las calles Compañía y Catedral de la comuna de

Santiago, como parte de las obras requeridas para la materialización de la Línea 3

del Metro de Santiago, se proyectó y se construyó un pique de construcción

denominado “Pique Sur Plaza de Armas”, para lo cual era necesaria la demolición

del pavimento asfaltico existente.

El presente documento está orientado en la modelación de dicho pavimento, pero

ahora como un pavimento distinto, que se compone por una capa superior de

asfalto, una capa intermedia de hormigón y una capa final inferior de relleno de

densidad controlada (RDC-2), utilizando el software computacional SAP 2000,

según los planos de diseños validados para la construcción.

2. OBJETIVOS

Conseguir un diseño de pavimentos real, en alguna institución u oficina de

proyectos del rubro.

Realizar un análisis de las tensiones que se generan en cada capa del

diseño estructural del pavimento utilizando SAP 2000.

Determinar cuáles son los parámetros de diseño más sensibles a la

variación de espesor de las capas y al aumento de las tensiones sobre el

pavimento

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3. DISEÑO DEL PAVIMENTO

3.1. MODELO DEL PAVIMENTO

Se modelará un tramo específico de la reposición de calzada de la calle Bandera,

este tramo se encuentra sobre un acueducto encontrado debido a la demolición

del pavimento existente y con el fin de protegerlo, se proyecta una losa de

hormigón de espesor 18 cm y para mantener las condiciones de superficie se

proyecta sobre la losa una capa asfáltica de espesor 8 cm, estas dos capas

mencionadas irán sobre un relleno de densidad controlada (RDC-2).

Ilustración 1: Especificación de capas estructurales de pavimento rígido.

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3.2. EJES EQUIVALENTES

De acuerdo a la clasificación de vías urbanas del MINVU, la calle Bandera

corresponde a una vía troncal, por lo tanto el volumen de transito que se le asigna

es menor a 10*106 EE por pista, para una vida útil de 20 años.

4. DESARROLLO MODELO EN SAP 2000 Definición de las capas de los materiales a modelar en el programa:

Tabla 1: Capa de Carpeta Asfáltica.

Carpeta AsfalticoEspesor* 8 [cm]Módulo de Elasticidad 25,61 [kgf/cm^2]Módulo de Corte** 9,85 [kgf/cm^2]Coeficiente de Expansión térmica** 1,1705 x 10^-5 [°C]Módulo de Poisson** 0,3Peso Específico 2,328 x 10^-6Variable de Temperatura* 20 [°C]

Metodología:

* Valores obtenidos en especificaciones técnicas del proyecto.

** Valores obtenidos por programa sap2000

Módulo de elasticidad obtenida en la tabla n°14 “Resultados obtenidos mediante FHWA WSDOT y AASHTO de la memoria “Comparación del módulo de elasticidad en mezclas asfálticas”, Autor: Francisco Javier Romero Araya.

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Tabla 2: Capa de hormigón.

HormigónEspesor* 18 [cm]Módulo de Elasticidad 293514 [kgf/cm^2]Módulo de Corte** 122297,5[kgf/cm^2]Coeficiente de Expansión térmica** 9,9 x 10^-6 [°C]Módulo de Poisson** 0,2Peso Específico 0,0024 [kgf/cm^3]fć* 390 [kgf/cm^2]Factor de Reducción 0,9

Metodología:



Módulo de Elasticidad = 4700 * (fć [MPA] ^ 0,5)*10 = 4700*(39^0,5)*10 = 293514 [kgf/cm^2]

Peso específico del hormigón = 0,0024 [kgf/cm^3]

Factor de reducción determinado por ACI año 2008.

Tabla 3: Capa de relleno de densidad Controlada.

Relleno de Densidad Controlada [RDC 2]Espesor* 25 [cm]Módulo de Elasticidad 25742 [kgf/cm^2]Módulo de Corte** 10725 [kgf/cm^2]Coeficiente de Expansión térmica** 9,9 x 10^-6 [°C]Módulo de Poisson** 0,2Peso Específico 0,0024 [kgf/cm^3]fć* 3 [kgf/cm^2]



Módulo de elasticidad = 4700 * (fć [MPA] ^ 0,5)*10 = 4700*(0,3^0,5)*10 = 25742 [kgf/cm^2]

Peso específico del hormigón = 0,0024 [kgf/cm^3]

Sobre cargas:

Tal como se ilustra en las especificaciones técnicas del proyecto, el valor de EE (eje equivalente) para la calle banderas es de 10 x 10^6, cuyo valor corresponde a un eje estándar determinado por un flujo vehicular vial troncal. Este valor

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multiplicado por el valor estándar de 8170 kgf, entrega el valor de las solicitaciones de carga que estará sometida la calle banderas.

La distribución se realizó en una huella de neumático de 70 cm, el cual equivale a la suma de los anchos de 2 neumáticos de cada lado del eje equivalente, este valor es aproximado al obtenido de la “Guía de diseño estructural de pavimentos para caminos de bajo volumen de tránsito”, ya que para realizar la modelación en sap2000 la huella de neumático no se puede dividir en neumáticos separados, por lo cual se tuvieron que realizar estas modificaciones para la simplificación del modelo.

8170 [kgf] * 10 x 10^6 = 8,17 x 10^10 [kgf] → carga total del eje estándar.

8,17 x 10^10 [kgf]/ 2 = 4,085 x 10^10 [kgf] → carga total en cada par de ruedas del eje estándar.

4,085 x 10^10 [kgf]/ 70 [cm] = 583571428,57 [kgf/cm] → carga total distribuida en el ancho de la suma del par de neumáticos.

Ilustración 2: Eje Equivalente Estándar.

Paso a paso de la modelación realizada en sap2000.

El desarrollo para el modelo sap2000 del pavimento rígido, comienza:

El dimensionamiento de los espacios, longitudes y transversales sobre una grilla considerando la mayor cantidad de puntos en el espacio.

La definición de los materiales, como por ejemplo; peso específico, módulo de elasticidad, módulo de corte, coeficiente de expansión térmica, módulo de poisson.

Propiedades de la sección de las áreas; relleno de densidad compactada (izquierda y derecha), losa de hormigón (izquierda y derecha), carpeta asfáltica (izquierda y derecha).

o Acueducto: tipo de sección placa gruesa, espesor de 25 cm.7



o Relleno de densidad compactada (izquierda y derecha): tipo de sección placa gruesa, espesor de la membrana.

o Losa de hormigón (izquierda y derecha): tipo de sección como placa gruesa, espesor de la membrana.

o Carpeta asfáltica (izquierda y derecha): placa delgada, espesor de la membrana, dilatación por acción de temperatura externa.

Definición de las cargas e interpretación con la el factor de carga apropiado según ACI 2008.

Crear modelo de elementos finitos con la división de áreas sobre todas las losas y por sobre todas las capas a estudiar.

o Numero de divisiones eje 1-2 : 6o Numero de divisiones eje A-B: 4

Insertar resortes sobre las capas y puntos en el espacio de nuestro modelo de elemento finito (springs)

o Carpeta de asfalto: k = 25,61o Losa de hormigón: k = 293514o Relleno de densidad controlada: k = 25742

Se asignó la sobre carga en las áreas locales de las sublosas para que el programa sap2000 mostrara con mejor detalles las transmisión de tensiones sobre las capas.

A continuación se mostraran los diagramas de transmisión de tensiones por esfuerzos en cargas axiales:

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Figura 1: Diagrama de transmisión de tensiones máximas axiales

Figura 2: Diagrama de transmisión de tensiones horizontales

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Figura 3: reacciones de los apoyos

5. CONCLUSIONES El Proyecto de reposición de pavimento pique sur plaza de armas, línea 3, metro

de Santiago, planeaba ser un pavimento flexible en su totalidad, el cual se

desarrollaría en la calle Bandera, entre las calles Compañía y Catedral. Al

momento de la demolición del pavimento existente, se encontró en una sección un

acueducto, el cual con el fin de proteger, es que en esta sección se implementó

un pavimento rígido, debido a que este tipo de pavimento puede soportar una

mayor cantidad de carga sin deformarse. La losa de hormigón es de un espesor

considerable (18 cm) la cual se apoya en un relleno de densidad controlada

(hormigón de baja calidad, espesor 25 cm) los cuales absorben la mayor cantidad

de las cargas (5,012E12) y sus deformaciones (5,89E-12) son casi despreciables.

El análisis de sensibilidad realizado, determina que el espesor de estas losas es

primordial para asegurar la menor cantidad de deformaciones y que además el

acueducto no reciba cargas que puedan afectarlo estructuralmente.

La carpeta asfáltica, es la que tiene la mayor cantidad de deformaciones, pero

estas no se transmiten al acueducto. Por el contrario, si los espesores de las

capas inferiores disminuyen, las cargas y deformaciones podrían afectar al

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acueducto que se encuentra debajo del paquete estructural, no cumpliendo su

objetivo final.

6. PLANOS

7. BIBLIOGRAFIA

Manual de Carretera, Volumen 3, sección 3.602.3. Memoria “Comparación del módulo de elasticidad en mezclas asfálticas”,

Autor: Francisco Javier Romero Araya.

ACI año 2008.

Guía de diseño estructural de pavimentos para caminos de bajo volumen de tránsito. Autores Guillermo Thenoux Z., Felipe Halles A., Álvaro González V. y Ernesto Barrera G., Juan Carlos Miranda A. Año 2002.

Diseño estructural de Pavimentos. ServiuMetropolitano.

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