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