Trabajo Final Pavimentos Metodos Empiricos Mecanicista

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIAFACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL ESPECIALIZACIÓN EN VÍAS Y TRANSPORTE SEDE MANIZALES - CONVENIO ORINOQUIA DISEÑO Y ANALISIS D PAVIMENTOS DISEÑO DE PAVIMENTOS UTILIZANDO LOS SIGUIENTES METODOS 1. METODO SHELL PARA DISEÑO DE ESPESORES DE PAVIMENTO FLEXIBLE 2. METODO DE LA PORTLAND CEMENT ASSOCIATION (PCA) PARA DISEÑO DE ESPESORES DE PAVIMENTO RIGIDO 3. METODO RACIONAL PARA DISEÑO DE ESPESORES DE PAVIMENTO RIGIDO 4. METODO RACIONAL PARA DISEÑO DE ESPESORES DE PAVIMENTO FLEXIBLE 5. METODO AASHTO PARA DISEÑO DE ESPESORES DE PAVIMENTO RIGIDO ARAUCA, NOVIEMBRE DE 2014 DISEÑO DE PAVIMENTOS UTILIZANDO LOS SIGUIENTES METODOS 1. METODO SHELL PARA DISEÑO DE ESPESORES DE PAVIMENTO FLEXIBLE 2. METODO DE LA PORTLAND CEMENT ASSOCIATION (PCA) PARA DISEÑO DE ESPESORES DE PAVIMENTO RIGIDO 3. METODO RACIONAL PARA DISEÑO DE ESPESORES DE PAVIMENTO RIGIDO 4. METODO RACIONAL PARA DISEÑO DE ESPESORES DE PAVIMENTO FLEXIBLE 5. METODO AASHTO PARA DISEÑO DE ESPESORES DE PAVIMENTO RIGIDO TRABAJO DE APLICACIÓN PRESENTADO A: ING. WILMAR DARIO FERNANDEZ G POR: FELIPE SANABRIA MONSALVE LIZANDRO MANRIQUE AGUILAR UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL ESPECIALIZACIÓN EN VÍAS Y TRANSPORTE SEDE MANIZALES - CONVENIO ORINOQUIA 1. INTRODUCCIÓN El trabajo consiste en el diseño de pavimentos utilizando los métodos relacionados 1. método shell para diseño de espesores de pavimento flexible 2. método de la portland cement association (PCA) para diseño de espesores de pavimento rígido 3. método racional para diseño de espesores de pavimento rigido 4. método racional para diseño de espesores de pavimento flexible 5. método aashto para diseño de espesores de pavimento rigido Corresponde a los estudiantes responsables del diseño realizar un análisis de los datos suministrados por el docente y bajo estos parámetros presentar el diseño del pavimento utilizando las metodologías indicadas anteriormente; seleccionando la estructura que cumpla con los parámetros técnicos admisibles y que sea la más viable económicamente. Realizar el diseño de pavimentos flexibles y rígidos por diferentes métodos y generar discusión con base en los resultados y evaluar costos utilizando materiales propios de la región.2.2 ESPECÍFICOS 1.1 GENERAL Aplicar los conceptos y conocimientos adquiridos durante el curso de Análisis y Diseño de Pavimentos. OBJETIVOS 2. 2. 2. . Sacar conclusiones respecto de los distintos diseños con el fin de tener criterios claros para la aplicación de los métodos en la vida práctica. y realizar discusión entre los diferentes grupos tomando en cuenta que los costos del pavimento con materiales de la región. El procedimiento de diseño. de modo que las deformaciones . METODO SHELL PARA DISEÑO DE ESPESORES DE PAVIMENTO FLEXIBLE Es un método de tipo racional. supere cierto límite admisible. por último la capa superior del modelo representa todas las capas que se encuentran ligadas con asfalto El método de diseño consiste en elegir la combinación de espesores y características de los materiales (ε y µ) de las diversas capas del pavimento. Que la deformación vertical (εv) por compresión de la subrasante supere el límite admitido por ella. 2. El método considera que el pavimento puede fallar por uno de dos motivos: 1. El transito se expresa en términos de ejes simples equivalentes de 8.1. Que la deformación horizontal por tracción (εt) en la fibra inferior de las capas asfálticas. representa la subrasante. al flexionar ellas bajo la acción de las cargas. la capa inferior que es infinita en el sentido vertical. los materiales se encuentran caracterizados por su módulo de elasticidad de Young (E) y su relación de Poisson ( ).la capa intermedio representa las capas granulares de base y subbase( o capas ligadas con materiales cementados). considera la estructura del pavimento (capa asfáltica. supone al pavimento como una estructura tricapa. horizontal por tracción (εt) y vertical por compresión . capas granulares y subrasante).2 Toneladas. (εv) permanezcan dentro de límites admisibles durante el periodo de diseño del pavimento . donde nos arroja el módulo d la mezcla asfáltica.18 6 4 9280 20 10 12.3 6 4 38200 20 1 3.3 6 4 2460 30 10 3.63 1.3 6 4 0.Dada la frecuencia de las aplicaciones la carga a diferentes temperaturas se realiza el análisis por el Programa BANS 2. ASFALTO MEZCLA ASFALTICA TEMPERATURA °C FRECUENCIA EN Hz MODULO DE RIGIDEZ DEL ASFALTO (Mpa) PENETRACION( mm) PORCENTAJE DE ASFALTO EN LA MEZCLA (%) 10 1 14.94 1.3 1.44 1.3 1.5 1.8 1.951 30 5 2.3 VACIOS CON AIRE EN LA MEZCLA (%) MODULO DE LA MEZCLA ASFALTICA (Mpa) MODULO DE RIGIDEZ DEL ASFALTO (Mpa) FRECUENCIA VS MODULO DEL ASFALTO PARA 10C.3 6 4 3660 1.4 1.9 6 4 13100 30 1 0.3 6 4 28700 10 10 37. 20°CY 30°C 40 35 30 25 10°C 20 20°C 15 30°C 10 5 0 0 2 4 6 Frecuencia 8 10 12 .94 6 4 3980 20 5 9.3 6 4 14700 10 5 28. MAAT = 28°C .net/clima/aruaca_santiago_perez/12-2013/800990.tutiempo. para nuestro caso se tomaron datos de la página www.0. 20°CY 30°C 50000 40000 30000 10°C 20000 10000 0 0 2 4 6 8 10 12 Frecuencia Parámetros que se deben tener en cuenta para el diseño 1. que en Colombia se obtienen en el Himat.htm para el departamento de Arauca y se procesaron con el programa SPDM 3. la cual se define a partir de las temperaturas medias mensuales del aire (MMAT). La temperatura: El método presenta un procedimiento para estimar una temperatura media anual ponderada del aire (w – MAAT) en la región del proyecto. dando como resultado una temperatura media anual ponderada del aire w.MODULO DE RIGIDEZ DEL ASFALTO (Mpa) FRECUENCIA VS MODULO DEL ASFALTO PARA 10C. 2.000 .000.Tránsito: Para el análisis de transito se darán un numero de ejes equivalentes de 9. La ecuación que permite determinar el módulo dinámico es: MR = 5 CBR (MPa) propuesto por Reyes MR = 10 CBR (MPa) Propuesto por la Shell Para nuestro caso utilizamos la primera.37 MPa Para determinar el módulo resiliente de la base y subbase. la Shell emplea la misma correlación utilizada para la subrasante. Las Propiedades de la Subrasante.27 MR = 5* CBR MR = 5 x 4. Para determinar el módulo de la subbase utilizamos un CBR del 40% y un 80% para la Base En nuestro caso se usará MR = 5* CBR MR = 5 x 40 = 200 Mpa . se acude a los ensayos tradicionales de resistencia (CBR) y con base en ellos se determina en forma indirecta el módulo dinámico. Subbase y Base: El método exige el conocimiento del módulo dinámico de elasticidad de la subrasante que es el conocido en nuestro medio como el módulo de resiliencia (MR).3.27 = 21.37 MPa MR = 21. con los datos obtenidos para un CBR sumergido tomamos para el diseño el siguiente CBR que consideramos representativo CBR = 4. Este módulo se puede hallar mediante ensayos de laboratorio de tipo triaxial y cuando no es posible efectuar los ensayos. 60 mts de sub base granular para el diseño. . Se toma en cuenta los datos de la mezcla donde sae obtiene un volumen de vacios de 4% y 6% Asfalto.Se toma un espesor de 0. 394 mts que para efectos constructivos es 0.De acuerdo a la temperatura de operación para el Departamento de Arauca la cual se tomó con un valor de 30°C obtenemos que el módulo de la mezcla es de 3660Mpas con el cual se obtuvo una carpeta asfáltica de 0.40 mts . . . 2. METODO DE ASSOCIATION LA (PCA) PORTLAND PARA CEMENT DISEÑO DE ESPESORES DE PAVIMENTO RIGIDO El propósito de este método es hallar los espesores mínimos de pavimento que se traduzcan en os menores costos anuales. Por ello el criterio debe ser la elección de espesores de diseño que equilibren adecuadamente los costos iniciales y los de mantenimiento . frecuencias y magnitudes de las cargas esperadas El periodo de diseño .Factores de Diseño Resistencia a la flexión del Concreto (Modulo de rotura. MR) Resistencia de la subrasante o del conjunto subrasante subbase (k) Los tipos. . CBR 4.727 TPD 9000000 CBR<10 Debido al CBR < 10 asumimos K K PARA SUB BASE COMBIANADA 40 CBR<10 225mm 300mm 57 66 .37 34.274 K E(MPa) 21. . METOD UNIVERSIDAD DEL CAUCA FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL O PCA Software : BS-PCA ANALISIS DE SENSIBILIDAD **** **** EJES TANDEM **** Carga Repeticiones Esperadas (kN) (kN) EJES TRI Carga (kN) DEM **** Repeticiones Esperadas (kN) .000.2 9.METODO PCA UNIVERSIDAD DEL CAUCA FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL Software : BS-PCA ANALISIS DE SENSIBILIDAD TRANSITO Carga (kN) **** EJES SIMPLES Repeticiones Esperadas (kN) 80.DISENO PAVIMENTOS RIGIDOS .000 DISEÑO PAVIMENTOS RIGIDOS . por lo cual se debe garantizar un módulo mayor de 52 Mpa/m para tener una losa de concreto de 180 mm de espesor y 42 Mpa de módulo de rotura.23 76.94 54.4 180 4.83 77.72 16.2 180 4.9 71.17 73.09 99.2 180 4.86 14.05 71.4 190 4.56 53.2 180 4.37 61.85 75.63 38.38 55.K_Subrasante (Mpa/m) 40 40 41 41 42 43 44 52 53 54 55 _Rotura Espesor Modulo Fac (mm) (Mpa) Rep 180 4.42 48.4 180 4.72 Consumo Erosión 79.71 84.23 De acuerdo al análisis de sensibilidad por el programa BS-PSA nos arroja los resultados mostrados en la tabla anterior donde nos muestra una serie de interacciones las cuales nos muestra el K de la subrasante o del sitio donde va a ser instalada la placa. Teniendo en cuenta lo anterior para el proceso constructivo se tomara un espesor de 225mm de sub base el cual nos garantiza una K o módulo de 57 Mpa/m .2 180 4.01 57.4 190 4.2 180 4.4 180 4.4 20.2 tor May eticion 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Consumo Fatiga 95.39 15.97 60. 27 COEF AGRESIVIDAD 0.8 TABLA B16 rc 2400 Kg/m3 DE .3. METODO RACIONAL PARA DISEÑO ESPESORES DE PAVIMENTO RIGIDO DATOS DE ENTRADA NE 9000000000 CBR 4. adm 0.5 PARA H MENORES A 10 CM γ 0.09882951 SN Sh cm 1 3 Kc U 1.06666667 400 b C δ Kd 1 2.35 Εt.85 0.adm Ks Riesgo u E6 10 C-25 Hz B 1.35 0.CARACTERISTICAS DE MATERIALES BITUMINOSOS MATERIAL E Mpa BCA Base granular 28000 Subrasante 21.80% -1.68027211 Kr Εt.35 .35 0.06666667 0.02 Tabla B20 1.67390834 1.911 Tabla B18 0.3453624 0.25 0. Εt.3453624 0.adm Ks Riesgo u b C δ Kd Kr Εt.06666667 0.adm 1 2.80% 0 B18 -0.68027211 1 1.6305326 De la sub base Determinación de los espesores .02 B20 1. . 21 B.27 Tabla B16 Fredy 0.24 53.4375 333. METODO RACIONAL PARA DISEÑO DE ESPESORES DE PAVIMENTO FLEXIBLE DATOS DE ENTRADA NE CBR COEFICIENTE DE AGRESIVIDAD 9000000 4.375 133.22 B.35 21.825 0.4.35 MPA 28.91 2% B.8 Reyes DATOS SUBRASANTE POISSON MODULOS (5CBR) MODULO 8.5 CBR 0.59375 .1528212 MPA TOMADO TABLAS LIBRO DISEÑO RACIONAL DE PAVIMENTOS CAPA DE SUPERFICIAL CAPA CONCRETO BITUMINOSO PATAFORMA DE SOPORTE PF2 K RIESG0 E1 E2 E3 12 CM 120 MPA 0. 25 0.15 M 0.35 E6 30 C 1.2 0.00E-05 ESPESOR H<.1M H>0.35 9.055 B SN KC -0.1<H>O.01 0.15 0.2 0.025 0.1 -0.3 .025 0.016 0.00E-04 2700 6300 0.TABLA B5 TABLA B2 CARACTERISTICAS DE MATERIALES BITUMINOSOS MATERIAL BBSG GRAVA ASFALTICA GB2 SH BB SH GB2 T 30C 1300 T20C 3600 POSSON 0.01 0.3 1.25 1.12 0. 24344E-05 3.2 0.296816442 0.755210128 8.2 C 0.02 B20 δ 0.BASE BITUMINOSA Εt.10649E-05 GRAVA BITUMINOSA Εt.adm 7.43E-04 SUBRASANTE .054 B18 b -0.691158211 Εt.02 B20 0.adm Ks 0.91 -2.91 u -2.054 B18 -0.adm Ks u b C δ Kr Εt.adm εZ 0.390512484 Kr 0. . METODO AASHTO PARA DISEÑO DE ESPESORES DE PAVIMENTO RIGIDO .5. . Con subrasante de soporte H= 20 cm D= 7.516 Pulgadas D= 20 cm .