ESFUERZOS Y DEFORMACIONES EN EL PAVIMENTO

introduccin

Desde los aos 60, el mtodo emprico analtico ha ido ganando popularidad entre los ingenieros de pavimentos.

Este mtodo emplea propiedades fsicas fundamentales y un modelo terico para predecirlas respuestas del pavimento (esfuerzos, de formaciones y de flexiones) ante las cargas del trnsito.

Aunque las respuestas de los materiales difieran de las asunciones de la teora, el conocimiento de sta es indispensable para reconocer los factores fundamentales en los cuales se basan los diseos de pavimentos.

MODULO ELASTICO

El parmetro que se utiliza en la estimacin de deformaciones bajo cargas estticas es el modulo de elasticidad. El modulo elastico relaciones los esfuerzos aplicados y las deformaciones resultantes. El nivel de esfuerzos aplicado al suelo a travs de las estructura del pavimento es mnimo comparada con la deformacin en falla, por ello se asume que existe una relacin lineal entre los esfuerzos y deformaciones.

La teora de elasticidad permite utilizar ensayos de laboratorio y campo para la determinacin del modulo elstico.

RESUESTAS DE UN PAVIMENTOS FLEXIBLE ANTE LAS CARGAS DE TRANSITO

DISTRIBUCIN DE ESFUERZOS PARA BASE Y SUB BASE ESTABILIZADAS

ENSAYOS PARA LA OBTENCIN DEL MODULO ELASTICO

ENSAYOS PARA LA OBTENCION DEL MODULO ELASTICO

El ensayo de comprensin confinada utilizando el consolodimetro simula el comportamiento deformocional que tendr el suelo debajo de una cimentacin superficial. El esfuerzo de confinamiento lateral es variable durante la prueba, dada por la pared metlica del equipo que no permite la deformacin horizontal de la muestra. El ensayo permite obtener el modulo elstico en la condicin natural y humedecida. En suelos arenosos el humedecimiento bajo carga ocurre de manera inmediata y es posible medir el asentamiento adicional por este efecto

ENSAYOS PARA LA OBTENCIN DEL MODULO ELASTICO

El ensayo triaxial estudia el comportamiento deformocional del suelo bajo confinamiento y permite obtener mdulos elsticos para cualquier nivel de presin de confinamiento y deformacin. Los parmetros se utilizan cuando las presiones verticales transmitidas alcanzan profundidades importantes. El equipo no permite medir el efecto de humedecimiento. El ensayo de CBR y el ensayo de placa de carga permiten obtener los parmetros elsticos en la evaluacin de la sub rasante. Sin embrago, en nuestro medio no se utiliza en la practica no es recomendad de ensayar muestras inalteradas. La ventaja del ensayo CBR es la evaluacin de la influencia natural y el humedecimiento.

ENSAYOS PARA MODELAR EL EFECTO DE CARGAS EN EL PAVIMENTO

ENSAYOS PARA MODELAR EL EFECTO DE CARGAS EN EL PAVIMENTO

Cada ciclo de carga produce en el suelo una componente de deformacin plstica, no recuperable y una componente de deformacin elstica, recuperable. Con los ciclos siguientes de cargas los incrementos de deformacin plstica producidos tienden a desaparecer, en cambio las deformaciones elsticas tienden a ser constantes.

El modulo Resiliente, Mr relaciona el esfuerzo aplicado y la deformacin elstica en la condicin estable o residual cuando el suelo presente un comportamiento elstico. El modulo resiliente no representa el comportamiento total, desde el inicio del ciclo de cargas hasta el final

ENSAYOS PARA MODELAR EL EFECTO DE CARGAS EN EL PAVIMENTO

Sin embargo, el modulo resiliente relaciona las cargas mviles o rpidas y las deformaciones instantneas resultantes. El valor del Mr puede ser 10 veces el valor del modulo elstico.

Los suelos granulares que conforman las capas del pavimento; presentan una adecuada gradacin y compactacin. El comportamiento de estas capas granulares, bajo los ciclos de carga, no presentar deformaciones plsticas significativas. Se asume que durante el adecuado proceso constructutivo, las deformaciones plasticas se anularn. En este caso es apropiado modelar el comportamiento de las capas con el modulo Resiliente, Mr. al respecto la guia AASHTO 93 presenta valores establecidos en el laboratorio, basados en el CBR

TEORIA ELASTICA SEMI INFINITO

TEORIA ELASTICA SEMI INFINITO

b) La applicacin de una carga circular uniforme genera esfuerzos ( normales y tangenciales )

TEORIA ELASTICA SEMI INFINITO c) La aplicacin de la teora elstica, basado en la integracin numrica de la solucin de Boussinesq (1885). Considerando un medio homogneo, elstico, isotrpico y semi infinito, se tiene

APLICACIN DE LA SOLUCION BOUSSINESQ

Cuando una carga se aplica sobre un rea circular, los valores crticos de esfuerzo, deformacin y deflexin ocurren en el eje de simetra bajo el centro del rea circular. La carga aplicada a un pavimento por un neumtico es similar a una placa flexible con radio a y presin de contacto uniforme q

ESFUERZOS BAJO EL CENTRO DE LA PLACA

DEFORMACIONES BAJO EL CENTRO DE LA PLACA

DEFLEXIONES BAJO EL CENTRO DE LA PLACA

EJEMPLO DE APLICACION

Determinar la deflexin en la superficie (z=0) y el esfuerzo vertical a 0.30 metros bajo el centro de una carga circular, de acuerdo con la siguiente informacin: Magnitud de la carga=40,000N Radio de la placa=0.15m m=0.5 E=4*107N/m2

EJEMPLO DE APLICACIN

EJEMPLO 2 Grafico final

SISTEMA DE BICAPA

Los esfuerzos y de flexiones dependen de la relacin modular de las capas (E1/E2) y de la relacin de espesor (h1/a) El esfuerzo vertical decrece con el incremento de la relacin modular Para un determinada presin de contacto, el esfuerzo vertical aumenta con el radio de contacto y con la disminucin del espesor de la capa superior

SISTEMA DE BICAPA

Esfuerzos Verticales Los esfuerzo verticales en un sistema bicapa dependen de la relacion de modulos y la relacion h1/a. la figura muestra el efecto de la capa de pavimentos en la distribucin de esfuerzos verticales bajo el centro del area circular cargada

SISTEMA DE DOS CAPAS

FACTORES DE DEFLEXION SUPERFICIAL PARA SISTEMAS DE DOS CAPAS ( BUSMISTER)

FACTORES DE DEFLEXION IN LA INTERFAZ PARA SISTEMAS DE DOS CAPAS ( HUANG)

EJEMPLO DE APLICACIN

Calcular la deflexin superficial y en la interfaz de las dos capas, bajo el centro de una llanta de impronta circular, de acuerdo con los siguientes datos: Radio huella=0.15metros Presin de contacto=5.6*105N/m2 Espesor capa superior(h1)=0.30metros Mdulo capa superior(E1)=3*108N/m2 Mdulo capa inferior(E2)=6*107N/m2

RESULTADOS