ESTADO DEL ARTE DELDISEÑO DE PAVIMENTOS

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SENA: CONOCIMIENTO PARA TODOS LOS COLOMBIANOS

Desarrollo Histórico del diseñode pavimentos

1. Metodos previos a Ensayo deRoad Test

2. Métodos de diseño basados enensayos de Road Test

3.Métodos Mecanicistas4. Método AASHTO 2002

SENA: CONOCIMIENTO PARA TODOS LOS COLOMBIANOS

Métodos previos a Ensayo deRoad Test

1. Métodos basados en mecánica de suelosMétodo del índice de grupoMétodos edafológicos2. Métodos basados en la ResistenciaMétodos del CBR y Método del R de HveemMétodos con ensayos de carga/deformaciónMétodos basados en triaxiales

Metodos de diseño basados enensayos de Road Test.

1. ROAD TEST BATES 1922-19232. ROAD TEST MARILAND 19503. ROAD TEST WASHO (IDAHO)1953-19544. ROAD TEST AASHO (Illinois) 1958-1960

Bates Road Test (1920)

•1922-1923•División de

carreteras de Illinois• Longitud = 4 Kms• Secciones con dif.

Materiales(CA,CH,Lad)

• ROAD TEST MARYLAND 1950

• Pavimento rígido (hs 9”,7”,9”)• Juntas: Contr =12.2 ms Expan= 36.6 ms• Cargas: Simp. (80,100 KN), Tam.(142,200KN)

3. WASHO Road Test (IDAHO) 1953-1954

•Pistas= 2 Longitud = 580 m c/u•Secciones= 5 de 92 ms c/u•Transición= 30 m•Espesores totales de pavimento de 6” a 22”

Western Associationof State Highways

Officials• Cargas: Simp.

(80,100 KN),Tam.(142,178KN)

4. Ensayo Vial AASHTO

Metodos de diseño basados enensayos de Road Test.

4. ROAD TEST AASHO (Illinois) 1958-1960Asociación Americana de Carreteras de USASecciones=836 Flexib= 486 Rígidas=368Circuitos = 6 4 Grandes 2 PequeñosLong recta= 2073, 1341, 610 mCargas:Simp.(9 a 133KN), Tam. (107 a 214KN)

AASHO Road Test (ART) Basis of AASHTO Design Guide

Método AASHTOVariables de Diseño (Pav Flexible)

1. Tránsito (N) 2. Serviciabilidad (psi, P0, Pt) 3. Confiabilidad (R, Zr, S0) 4. Resistencia de la subrasante (Mr) 5. Propiedades de los Materiales (E, ai) 6. Drenaje (Cd) 7. Número Estructural (SN) 8. Efectos Ambientales

NCHRP 1-37A

Design GuideDesign Guide

2002 Guide Process2002 Guide Process

IntegratedClimaticModel

Axle Loadings

MaterialProperties

Analysis PavementStructure

DistressPrediction

An Itera tive Pro cess

Metodos Mecanicistas 1962.

1. Determinación de propiedades elásticas yviscoelásticas de materiales

2. Métodos de análisis de cálculo deesfuerzos y deformaciones

3. Establecimiento de criterios de falla(Fatiga, Ahuellamiento, fisuración térmica)

4. Métodos de diseño (Shell, Nottingham,LCPC, CRR, NITRR, INA, FHA, NCHRP,etc)

Caracterización Dinámica deMezclas Asfálticas

• MÓDULODINÁMICO

• RELACION DEPOISSON

• LEY DE FATIGA

Modulo Resiliente de Suelos

Asphalt Pavement StructuralAnalysis

Axle Load/Type

Circular Raduis of Contact

Tire Pressure

t ; t

AC LayerE1 u1

Base LayerE2 u2

h2

Subbase LayerE3 u3

h3

SubgradeE4 u4

h1

v ; v

Programas de CálculoPrograma

KENLAYERDEPAV, etc

DAMAEVERSTRES

ELSYM5WESLEA

CHEVRONALIZEBISAR

Ley de Fatiga

Log

N1

N2 N3

Log

Tº,F

NCHRP 1-37ADesign GuideDesign Guide

Mechanistic PrincipalsMechanistic Principals

t

c

Based on the assumption that pavementcan be modeled as a multi-layered elasticStructure or elastic slab system.

Modelización de la estructura

CALCULO DE y

COMPARACION DE ( Y ) vs ( y ) adm.

E1E2E3

h1h2h3

N N

PISTA ESPAÑOLA

NCAT (Alabama, USA)Centro Nacional para la Tecnología del Asfalto

46 secciones, 2.7 km largo total4 camiones, permanente, 76 km/h

25 o 36cm PCC

10cm base asfalto

15cm subbase granular

Construcción

LVDTs al borde de la losa, frente a las grietas

Intrumentación

Ensayo Acelerado

Ensayos de laboratorio

Análisis en computador

Tiempo

Con

fiabi

lidad

delo

sre

sulta

dos

Evaluaciónde largo plazo

Cos

tos

Estudios de Pavimentos

METODO RACIONAL

CALCULO DE y

COMPARACION DE ( Y ) vs ( y ) adm.

E1E2E3

h1h2h3

N N

MODULORESILIENTE

SUBRASANTE

SELECCIÓNDE

MATERIALES

PROPONER MODELOESTRUCTURAL

CALCULO DE ESFUERZOS YDEFORMACIONES

COMPARACION DE SOLICITACIONESCRITICAS

Metodo Racional

TRANSITO

DISEÑO FINAL

Deformación Admisible z

• INA N = 1.365*10 -9 (ez) 4.477

• Shell N = 6.15*10 -7 (ez) 4.0 nc=50 %

• Shell N = 1.94*10 -7 (ez) 4.0 nc=85 %

• Shell N = 1.05*10 -7 (ez) 4.0 nc=95 %

• TRL N = 6.18*10 -8 (ez) 3.95 nc=85 %

• CRR N = 3.05*10 -9 (ez) 4.35

NCHRP 1-37A

Design GuideDesign Guide

2002 Guide Process2002 Guide Process

IntegratedClimaticModel

Axle Loadings

MaterialProperties

Analysis PavementStructure

DistressPrediction

An Itera tive Pro cess

Objetivo Método AASHTO 2002

Desarrollo de una una guía para eldiseño y rehabilitación de lasestructuras de pavimento

• Basado en principios mecánico -empíricos

• Acompañado por el softwarecomputacional necesario

Productos del Proyecto

• Texto de la Guía 2002• Software de Apoyo• Marketing and implementation

materials• Reportes tecnicos

Mechanistic - EmpiricalDesign

• Calcula esfuerzos, deformaciones, ydeflexiones debidas al transito y alclima

• Relaciona el numero de repeticionescon los deterioros tales comofisuramiento, ahuellamiento

• Calibrado con observaciones decomportamiento

EntradasEstructura Materiales Clima Tránsito

Se requiere la media y la desviacion estándar

Selección del diseño inicial

Respuestas Estructurales (, , )

Predicción del desempeñoFallas Regularidad

Verificación del desempeñoCriterios de falla

Confiabilidad

del Diseño

Requisitosde Diseño

¿Satisfecho? No

Si

Diseño Final

Dis

eño

inic

ialr

evis

ado

Pavement types considered in the newGuide.

• New flexible pavements• New semi-rigid pavements• New rigid pavements (JPCP,CRCP)• Rehabilitation, HMAC over flexible• Rehabilitation, HMAC over fractured PCC• Rehabilitation, HMAC over rigid• Restoration of existing rigid pavements• Rehabilitation, PCC over existing rigid• Rehabilitation, PCC over existing flexible

Procesos de Diseño

Predicción del desempeño

DAMAGE

Distress

Time/Traffic

OR

Distress/Smoothness forAsphalt Pavements

• Initial & Future IRI• Transverse Cracking• Fatigue Cracking• Rutting

New Designs/Overlays

Distress/Smoothness forConcrete Pavements

• Initial & Future IRI• Transverse (fatigue)

Cracking• Joint Faulting• Punchouts (CRCP)

New Designs/Overlays

Escalonamiento de Juntas

Comportamiento de Pavimento Rígidos

Agrietamiento Transversal

Desprendimientos de bloques Rugosidad

NCHRP 1-37A

Design GuideDesign Guide

2002 Guide Process2002 Guide Process

IntegratedClimaticModel

Axle Loadings

MaterialProperties

Analysis PavementStructure

DistressPrediction

An Itera tive Pro cess

AASHTO 2002Principal Investigator

John P. HallinJohn P. Hallin

Flexible PavementMatthew W. WitczakMatthew W. Witczak

CO-PIKenneth McGheeKenneth McGhee

Rigid PavementMichael I. DarterMichael I. Darter