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PAVIMENTOS CICLO I - 2015 UNIDAD 4 Esfuerzos en pavimentos rígidos. Esfuerzos en pavimentos flexible.
| Date post: | 19-Nov-2015 |
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PAVIMENTOS
CICLO I - 2015
UNIDAD 4
Esfuerzos en pavimentos rgidos.
Esfuerzos en pavimentos flexible.
ESFUERZOS EN PAVIMENTOS RGIDOS
Esfuerzos producidos por cambios de temperatura
Esfuerzos producidos por cambios de humedad
Esfuerzos producidos por las cargas del trnsito
Presencia de acero en el pavimento rgido
Mtodo de los elementos finitos
Cambios de temperatura
Alabeo por gradiente trmico
Contraccin durante el fraguado
Expansin y contraccin por cambios uniformes de
temperatura
Cambios de humedad
Cargas del trnsito
Otros (bombeo, cambios volumtricos del soporte)
FACTORES QUE CONTRIBUYEN AL DESARROLLO
DE ESFUERZOS EN PAVIMENTOS RGIDOS
ESFUERZOS PRODUCIDOS POR CAMBIOS DE
TEMPERATURA
Al cambiar la temperatura ambiente durante el da,
tambin cambia la temperatura del pavimento
Este ciclo trmico crea un gradiente trmico en la losa
El gradiente produce un alabeo en la losa
El peso propio de la losa y su contacto con la superficie
de apoyo restringen el movimiento, generndose esfuerzos
Dependiendo de la hora del da, estos esfuerzos se
pueden sumar o restar de los efectos producidos por las cargas del trnsito
FRMULAS DE BRADBURY
Borde de la losa
Interior de la losa
Esquina de la losa
FRMULAS DE BRADBURY
SIGNIFICADO DE LOS TRMINOS DE LAS FRMULAS
Notas
1.Debido a que Ci es inversamente proporcional al
mdulo de reaccin del soporte (k), los esfuerzos por
alabeo se incrementan cuando el soporte es muy rgido,
ya que ste no puede asumir el contorno del
pavimento.
2. Como Ci es directamente proporcional a la longitud
de la losa, el aumento de sta incrementa los esfuerzos
por alabeo trmico
CARTA DE BRADBURY PARA LA DETERMINACIN DE C, C1 Y C2
RADIO DE RIGIDEZ RELATIVA
(Westergaard)
Mide la rigidez de la losa de concreto respecto del suelo
de soporte
h = espesor de la losa
k = mdulo de reaccin del soporte
EJEMPLO DE CLCULO DE ESFUERZOS POR ALABEO
Calcular los diferentes esfuerzos de alabeo para las
siguientes condiciones:
EJEMPLO DE CLCULO DE ESFUERZOS POR ALABEO
Solucin
EJEMPLO DE CLCULO DE ESFUERZOS POR ALABEO
Clculo de los esfuerzos
CONSIDERACIONES SOBRE LOS ESFUERZOS POR
ALABEO EN EL DISEO ESTRUCTURAL DEL PAVIMENTO
El ejemplo muestra que los esfuerzos por alabeo pueden superar
a los producidos por las cargas del trnsito
Sin embargo, dichos esfuerzos no se consideran en el instante
de determinar el espesor del pavimento
La filosofa que gobierna el diseo es que las juntas y el acero
se emplean para aliviar o cuidar los esfuerzos por alabeo, y el
espesor se determina con base en las cargas del trnsito
La friccin entre la losa y la fundacin, debido a la
cada de temperatura durante el fraguado de concreto,
produce esfuerzos en el concreto y en la armadura que
Contenga
El diseo de la armadura de refuerzo de un pavimento
rgido se basa en la consideracin de los esfuerzos de friccin
EJERCICIO 1
Ejemplo
Determinar el esfuerzo mximo de contraccin en una losa
de pavimento rgido de 30 pies de longitud y peso unitario de
150 libras/pie3, si fa = 1.5
Solucin
Nota:
Los esfuerzos friccionales slo son importantes en losas de
gran longitud
Las aberturas de las juntas cambian a causa de los
cambios de temperatura, alterando las condiciones de
transferencia de carga
Las caractersticas de contraccin controlan la
abertura de las juntas transversales del pavimento
El material que se coloque para sellar las juntas
deber ser capaz de soportar, sin despegarse, los
movimientos del concreto cuando ocurra la mxima
contraccin
VALORES DEL COEFICIENTE DE CONTRACCIN ()
Ejemplo
Calcular el movimiento de la junta transversal de una
losa de 4.00 m de longitud, colocada sobre una subbase
granular (C=0.8) , si T = 25 C y = 0.00025
Solucin
L = (0.80)(4)(1,000) (0.00001*25 + 0.00025)
L = 1.6 mm
SENSIBILIDAD DE LA ABERTURA DE LA JUNTA (L) A LAS
DIVERSAS VARIABLES
Sensibilidad al coeficiente de contraccin ()
Si ste fuese constante, la relacin es directa y lineal
ESFUERZOS PRODUCIDOS POR CAMBIOS DE HUMEDAD
ALABEO POR CAMBIOS DE HUMEDAD
El alabeo tambin se produce por cambios de humedad en la losa
Estos esfuerzos suelen ser opuestos a los producidos por cambios
cclicos de temperatura
En climas hmedos, la humedad de las losas es relativamente
constante
En climas secos, la superficie se encuentra ms seca que el fondo
ALABEO POR CAMBIOS DE HUMEDAD
ESFUERZOS PRODUCIDOS POR LAS CARGAS DEL TRNSITO
LOCALIZACIONES CRTICAS DE CARGA
Interior: Ocurre cuando la carga es aplicada en el interior
de la superficie de la losa, lejana a los bordes
Borde: Ocurre cuando la carga es aplicada en el borde de
la superficie de la losa, lejana a las esquinas
Esquina: Ocurre cuando el centro de la carga est en la
bisectriz del ngulo de la esquina
La presencia del trmino h2 en el denominador de las 3 frmulas, sugiere que el espesor de
la losa es crtico en la reduccin de esfuerzos por carga a niveles aceptables
FRMULAS DE WESTERGAARD
Ejemplo
Determinar los esfuerzos crticos por carga para los
siguientes datos
Solucin
Los resultados muestran que el sitio crtico es el borde longitudinal (junto a la
berma), lejos de las esquinas de la losa.
PRESENCIA DE ACERO EN EL PAVIMENTO RGIDO
ARMADURA DE REFUERZO EN PAVIMENTOS DE
CONCRETO REFORZADO CON JUNTAS
La cantidad necesaria de acero depende de tres factores:
Longitud de la losa: A medida que aumenta, se incrementa
el rea de contacto con el material de base, lo que
aumenta el esfuerzo total resistente, generando mayores
esfuerzos a medida que la losa se contrae
Esfuerzo de trabajo del acero: Usualmente se toma como 75
% del esfuerzo de fluencia
Factor de friccin: Representa la resistencia a la friccin
entre la parte inferior de la losa y la superior del soporte
ARMADURA DE REFUERZO EN PAVIMENTOS DE
CONCRETO REFORZADO CON JUNTAS
La cantidad requerida de refuerzo por unidad de ancho o
largo de la losa (As) ser:
ARMADURA DE REFUERZO EN PAVIMENTOS DE CONCRETO
REFORZADO CON JUNTAS
FACTORES DE FRICCIN
ARMADURA DE REFUERZO EN PAVIMENTOS DE CONCRETO
REFORZADO CON JUNTAS
Ejemplo
Determinar la armadura requerida por un pavimento
rgido de 8 pulgadas (0.67 pies) de espesor, 60 pies de
longitud y 24 pies de ancho con una junta longitudinal
en el centro
El acero tiene fs= 43,000 psi (6,192,000 lb/pie2)
ARMADURA DE REFUERZO EN PAVIMENTOS DE
CONCRETO REFORZADO CON JUNTAS
Solucin
Armadura longitudinal
La cantidad necesaria de acero en sentido longitudinal debe
satisfacer tres criterios
Espaciamiento entre grietas: para minimizar el
descascaramiento de grietas, la separacin mxima debe ser
menor de 2.5 m, en tanto que para minimizar el potencial de
punzonamiento, la mnima separacin debe ser 1.07 m
Ancho de grietas: para minimizar el descascaramiento y
la entrada de agua, no deber exceder de 1 mm
Esfuerzo de trabajo del acero: 75% del esfuerzo de Fluencia
GRACIAS
