7 b Diseno ME Pav Rigido H

1

MODULO 7

DISEÑO ESTRUCTURAL DE PAVIMENTOS RIGIDOS UTILIZANDO MEPDG

Mecanismos de Falla en PavimentosRígidos

2

Datos de Diseño para JPCP y CRCP

•Datos

•Modelo de Efectos Ambientales

•Modelo(s) de Respuesta de Pavimento

•Modelos de Falla

•Modelos de Caracterización del Material

•Predicciones de Desempeño

•Ingreso de Datos

Diseño MEPDG

–Tráfico–Clima–Módulos de los Materiales–Escalonamiento–Fisuramiento–Resumen de Fallas

Datos Estructurales

• Hay tres categorías principales para la entrada de datos estructurales.– Características de diseño para JPCP– Propiedades de superficie y drenaje– Capas

• Espesor de las capas• Propiedades del material usado en las capas

3

Ingreso de Datos: Medio Ambiente

• El EICM es usado para predecir la temperatura por hora en el Concreto de Cemento Portland (PCC) basado en la histórica climática.

• Las distribuciones probabilísticas para el gradiente térmico de día (positivo) o noche (negativo) son obtenidas para cada mes durante el año.

• Gradiente de humedad – Varia mensualmente tomando en cuenta la variación en humedad relativa.

Ingreso de Datos: Base

• Modulo resilente de la subrasante

• El EICM predice la humedad del subrasante y de la base sobre el tiempo y también estima el módulo de la base sin consolidar para cada mes en el año

• El modulo resilente del subrasante es convertido a un valor k que produce deflexiones equivalentes en la superficie para cada mes en el año.

Ingreso de Datos: Incremento de Resistencia en el JPCP

4.7

4.8

4.9

5

5.1

5.2

5.3

5.4

0 50 100 150 200 250 300 350

720

740

760

780

800

820

840

860

Mo

du

lo d

e E

last

icid

ad, E

Mo

du

lo d

e ru

pu

tura

, Mr

Modulo de Elasticidad, E

Modulo de Ruptura, Mr

Tiempo, meses

4

Variabilidad de Módulos con el Tiempo

Tiempo, años

Trafico

No

Uni

dade

s

Fuerza CCP

ModuloBase

ModuloSubrasante

CTB

Incremento Tiempo

2 8640

Procedimiento de Diseño para JPCP

• Paso 1: Dividir el periodo de diseño en incrementos de 30 días.

Los “Daños” al pavimento ocurren gradualmente a través del tiempo (hora por hora, día por día, temporada por temporada y año por año)

Componentes de Esfuerzos por Alabeo por Acción de Cargas de Tráfico y Medio-Ambiente

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

0 5 10 15 20 25 30 35

Relative Temperature, °F

Dep

th(1

.0=

su

rfa

ce

)

0 20% 40% 60% 80% 100%

Gradiente de Temperatura actual

Alabeo Gradiente de humedad

ShrinkageinBuiltActual TTTT

5

• Paso 2: Calcular la respuesta del pavimento al tráfico aplicado y las cargas ambientales para cada incremento de tiempo– ISLAB2000 Finite Element Program


• Paso 3: Calcular la respuesta del pavimento– La respuesta del pavimento se calcula para la

parte superior e inferior de las losas • El software utiliza modelos de inteligencia artificial

basados en ISLAB2000 para predecir la respuesta del pavimento


Procedimiento de Diseño MEPDG

MEPDG SoftwareIngresos

Resultados:

Predicción de rendimiento• Fisuramiento• Desnivel• IRI

•Trafico, Materiales y modelo Climático

•Modelo de respuesta estructural: Elemento Finito

–Redes neuronales

•Predicción de daños

•Confiabilidad

•Modelos de predicción para fatiga

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Diseño del JPCP

• Detalles de Junta– Espaciamiento de Junta– Tipo de sellador– Espaciamiento y diámetro de dowel

• Soporte en estribos– Tipo de berma y LTE– Losa ensanchada

• Propiedades de la base

– Tipo de base – Tipo de interface, con y sin contacto– Erosionabilidad

Nivel de Entrada

1 2 3

Diseño del CRCP

• Refuerzo– Diámetro de varilla– Espaciamiento– Porcentaje de acero

• Propiedades de la base– Tipo de base– Erosionabilidad – Coeficiente de fricción de la base/losa

• Espaciamiento entre fisuras (opcional)

Nivel de Entrada

1 2 3

Propiedades del Concreto

•Datos

•Modelo de Efectos Ambientales

•Modelo(s) de Respuesta del Pavimento

•Modelos de Fallas

•Modelos de Caracterización de Material

•Predicciones de Desempeño

• Ingreso de Datos del Material

7

Datos Generales

• Espesor de capa– Espesor de losa en la prueba de diseño

• Peso Especifico– Definición: peso por unidad de volumen– Calculado: ASTM C 138– Valor típico: 150 lb/ft3

Nivel de Entrada

1 2 3

Datos Generales

• Coeficiente de Poisson– Definición: Relación de la deformación

unitaria lateral y la correspondiente deformación unitaria longitudinal

– Calculado: ASTM C 469– Valor típico: 0.15 – 0.20

Nivel de Entrada

1 2 3

8

Propiedades Térmicas

• Coeficiente de dilatación– Definición: Cambio por unidad de longitud

del material por unidad de temperatura– Usado para predecir deformación en la losa– Calculado: AASHTO TP60– Valor típico: 5.5 x 10-6 /grados F

Nivel de Entrada

1 2 3

Propiedades Térmicas• Conducción de calor

– Definición: Una medida del flujo uniforme de calor a través de una unidad de espesor, cuando dos lados de una unidad de área son sujetos a una diferencia de unidad de temperatura

– Usado para predecir un perfil de temperatura en la losa

– Calculado: ASTM E 1952

– Valor típico: 1.25 BTU /hr-ft deg F

Nivel de Entrada

1 2 3

Propiedades Térmicas

• Capacidad calorífica– Definición: Calor requerido para aumentar la

temperatura de una unidad de masa del material por una unidad de temperatura

– Usada para predecir el perfil de temperatura en la losa

– Calculado: ASTM D 2766 – Valor típico: 0.28 BTU /lb-ft

Nivel de Entrada

1 2 3

9

Propiedades de la Mezcla• Datos para la mezcla de Concreto

– Tipo de cementoTipo I o Tipo II o Tipo III (seleccionar de la lista)

– Contenido del cementoDefinición: peso del cemento por yarda cubica de

hormigón– Relación agua-cemento

Definición: Relación de agua a cemento por peso– Tipo de agregado

Composición mineral del agregado

Nivel de Entrada

1 2 3

Propiedades de la Mezcla

• Datos de la mezcla de concreto– Usado para predecir la temperatura de

colocación del concreto– Datos de entrada

• Datos específicos del proyecto• Valor típico definido por la agencia

Nivel de Entrada

1 2 3


• Contracción del Concreto – Para predecir el fisuramiento

relacionado con contracción del concreto

– Calculado• Del ASTM C 157 que mide

contracción a cierta edad y a cierto nivel de humedad relativa

Nivel de Entrada

1 2 3

10

Propiedades de la Mezcla• Datos de contracción del concreto

– Contracción final • Definición: Contracción predicha a una

humedad relativa del 40%• El usuario ingresa o el programa calcula

– Contracción reversible • Definición: Porcentaje de la contracción final

que es reversible• Valor típico: 50%

Nivel de Entrada

1 2 3


- Tiempo para desarrollar 50% de la contracción final • Valor típico: 35 días

– Método de curado

Nivel de Entrada

1 2 3

Resistencia del Concreto

Nivel de Entrada

Esfuerzo de Compresión

Modulo de Elasticidad

Modulo de Ruptura

Tracción

1

2

3

11


• Esfuerzo de compresión, f’cSTM C 39

Valor típico: Definido por la agencia o 6000 psi

Nivel de Entrada

1 2 3

Resistencia del Concreto• Modulo de Elasticidad: E

– Definición: Relación entre el esfuerzo y deformación unitaria cuando el material es elástico

– Características de deformación del material

– Prueba: ASTM C 469–Valor típico: 4,000,000 psi

Nivel de Entrada

1 2 3

• Modulo de ruptura, Mr

–Definición: Falla por flexión en el concreto

–Prueba: ASTM C 78–Valor típico: especifico de la

agencia o 650 psi

Nivel de Entrada

1 2 3


12

• Resistencia a la tensión, ft–Mas bajo que el MR de la prueba del

módulo de ruptura–Prueba: ASTM C 496–Valor típico: de 0.6 a 0.7 * Mr

Nivel de Entrada

1 2 3


•0

•0.4

•0.8

•1.2

•1.6

•0 •5 •10 •15 •20•Edad, años

•Rel

ac

ión

de

Es

fuer

zo

•Incremento de Esfuerzo – Ratio el Valor a Largo Plazo y los 28 Días

Nivel de Entrada

1 2 3

Propiedad Valor Típico

f’c 1.44E 1.2Mr 1.2ft 1.2

•Modelo de Incremento de Esfuerzo

Factores que Producen Fallas

• Tipo de cargas, ejes, posición lateral, numero• Gradiente de Temperatura • Espesor de la losa, E, resistencia, coeficiente de

expansión Térmica• Espesor de la base, E, erosionabilidad• Modulo del subrasante y P200• Espacio de las juntas, ancho de la losa, y diámetro del

pasa-juntas (dowel)• Junta transversal LTE, junta longitudinal LTE

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Verificar Desempeño: EscalonamientoPredicted faulting

0.00

0.02

0.04

0.06

0.08

0.10

0.12

0.14

0.16

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26

Pavement age, years

Faulting

Faulting at specified reliability

Faulting Limit

Verificar Desempeño: Fisuras

Predicted cracking

0102030405060708090

100

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26

Pavement age, years

Percent slabs cracked

Cracked at specified reliability

Limit percent slabs cracked

Fisuramiento Predecido

Verificar Desempeño: IRI

Predicted IRI

0265278

104130156182208234260

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26Pavement age, years

IRI

IRI at specified reliability

IRI Limit

IRI Predecido

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Evaluar el Desempeño de la Estructura de Pavimento Propuesta

El diseño propuesto satisface los criterios de aceptación ?–Criterio para fisuras–Criterio para el IRI

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