Esfuerzos y deformaciones en la estructura del pavimento flexible​

Esfuerzos y deformaciones en la estructura del pavimento flexible​

PAVIMENTOS

Pavimento Flexible

Capas de pavimento flexible​ Beltrán y Romo (2014):

• ​Constituido por capas que permiten transmitir las cargas de tránsito hasta el terreno natural sin que este se deforme. ​
• Usualmente esta conformado por sub rasante, sub base granular, base granular y carpeta asfáltica (carpeta bituminosa).​
• La consideración de las capas señaladas dependen del tránsito, tipo de suelo, etc.​

​ Características​ ​

• Construcción inicial más económica.​
• Período de vida entre 10 a 20 años.​
• Mantenimiento constante para cumplir con su vida útil.

Figura 01: Capas de pavimento flexible​

Evolución del diseño de pavimento​

Metodologías de Diseño de Pavimentos​

Mecanísticos

Mecanístico – Empírico ​

Empírico​

• En el futuro.​
• Cálculo de respuestas del pavimento, esfuerzos y deformaciones debido a cargas de tráfico, condiciones medio-ambientales y acumulación de daños a través del tiempo.​
• Modelos empíricos de desempeño del pavimento.​

• Práctica actual.​

• Estadístico, basado en ensayos experimentales.​

• Estado de la práctica.​
• Cálculo de respuestas del pavimento, esfuerzos, deformaciones​.
• Modelos de desempeño del pavimento basados en principios mecanísticos.​​

Info

La mayoría de los métodos de diseño de pavimentos no consideran la contribución de cada capa en la resistencia a la fatiga, asentamientos permanentes y el de agrietamiento por temperatura, más aún, cuando cada capa del pavimento tiene una función propia. (Minaya y Ordoñez, 2006)

Modulo elástico​

Parámetro que se utiliza en la estimación de deformaciones bajo cargas estáticas.​

Relaciona los esfuerzos aplicados y las deformaciones resultantes. El nivel de esfuerzos aplicado al suelo a través de la estructura del pavimento es mínimo comparado con la deformación en falla, por ello se asume que existe una relación lineal entre los esfuerzos y las deformaciones. La teoría de la elasticidad permite utilizar ensayos de laboratorio y campo para la determinación del módulo elástico.

Figura 02: Ensayos para la obtención del Módulo elástico​

El ensayo C.B.R. y el ensayo de placa de carga permiten obtener los parámetros elásticos en la evaluación de la sub-rasante. Sin embargo, en nuestro medio no se utiliza la práctica ingenieril recomendada por Valle Rodas (1967) de ensayar muestras inalteradas. La ventaja del ensayo C.B.R. es la evaluación de la influencia de la densidad natural y el humedecimiento.

• Cada ciclo de carga produce en el suelo una componente de deformación plástica, no recuperable y una componente de deformación elástica, recuperable. ​

• Con los ciclos siguientes de cargas los incrementos de deformación plástica producidos tienden a desaparecer, en cambio las deformaciones elásticas tienden a ser constantes.

Figura 03: Ensayos para modelar el efecto de las cargas en el pavimento

Sub - rasante​

La sub-rasante es “el nivel superior de la plataforma de una carretera, donde se coloca la estructura del pavimento” (EG-2000, MTC). Sin embargo, el concepto de capacidad de soporte a nivel de sub-rasante o simplemente capacidad de soporte de la sub-rasante implica la evaluación estructural y por consiguiente la determinación de la respuesta mecánica del subsuelo hasta la “profundidad donde pueden generarse deformaciones.

Nota: Actualmente la tendencia en los EE.UU. y países europeos es considerar períodos de diseño de 40-50 años mediante estructuras denominadas “pavimentos perpetuos”, que no requieren mantenimiento durante los primeros 20 años.

Esfuerzos y deformaciones en la estructura del pavimento flexible

• La estructura del pavimento tiene por finalidad proporcionar al camino un adecuado elemento de soporte a la acción de las cargas provenientes de la circulación de vehículos de tal manera que al terreno de Fundación se transmita una presión vertical y un esfuerzo de cortes aceptables.​

• Los espesores de un pavimento asfáltico deben satisfacer la exigencia del esfuerzo vertical de compresión en la superficie de la sub rasante y el esfuerzo de tensión horizontal sobre el lado de la capa inferior del asfalto.

(De Oca, I. y Palacios, J., 2013)​

Figura 04: Cargas distribuidas en el pavimento flexible

Transmisión de Cargas en el suelo

Figura 05: Distribución de esfuerzos verticales y horizontales

Distribución de esfuerzos verticales bajo la línea de carga de rueda.​ ​ Distribución de esfuerzos horizontales bajo la línea de carga de rueda.