Diseño de pavimento.

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Imagen X. Fuente: método de la PCA.

Con los valores asumidos anteriormente, se ingresa a la tabla expuesta para obtener el K para sub-base por combinada, obteniendo un valor de K combinado = 49 MPa/m.

Éste método contempla dos factores para los cuales hay que realizar el diseño, los cuales representan las dos formas de falla del pavimento rígido: fatiga y erosión. Primeramente, se procederá a hacer el cálculo por erosión, luego por fatiga y al final se hará la comparación y análisis de resultados.

FATIGA:

Como el pavimento se diseñará sin bermas, entonces ingresamos a la siguiente tabla para escoger el esfuerzo equivalente que le generarán los distintos ejes a la estructura:

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Imagen X. Fuente: método de la PCA.

Debido a que el esfuerzo equivalente para un K combinado de 49 MPa/m no se encuentra explícitamente en la tabla, no queda más que recurrir a métodos numéricos para por medio de interpolación obtener el valor que se requiere.

Hecha la interpolación obtenemos que para un eje simple es el esfuerzo equivalente es 1,34 y para eje tándem es 1,22. Lo siguiente es ingresar al nomograma de repetición de carga admisible de fatiga con estos valores recién obtenidos divididos por el módulo de rotura del concreto.

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En razón a que la tipología de vehículos es tan variada y las cargas por eje no son las mismas de camión en camión, se promediaron éstas cargas por eje resultando en que para un simple se tomará de 70 kN, para tándem de 200kN y para trídem se separará en uno simple y tándem y se hará la corrección respectiva en el número de pasadas esperadas para ambos ejes a lo largo de su vida útil. Adicionalmente, se tomará un factor de seguridad para todas las cargas de 1,2.

Del cálculo que se hizo de valor esperado de vehículos pesados a lo largo de la vida útil del pavimento flexible, se extrae el resultado, el cual es igualmente válido utilizar aquí sólo que se debe desglosar en cuantos camiones pasan de cada uno para saber cuántos ejes soportará el pavimento. Para ilustrar esos resultados está la siguiente tabla:

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Tabla X. Fuente: realización propia.

Vemos en la tabla que el número de repeticiones esperadas para eje simple y tándem es, respectivamente, 2.998.138 y 1.632.319, a lo largo de la vida útil del pavimento rígido que también para este caso será de 20 años.

Con la información que se tiene en el momento ya es posible entrar en el nomograma para obtener el número de repeticiones admisible de los ejes. Las cargas de los ejes ya mayoradas por el factor de seguridad son, para eje simple 84 kN y tándem 240 kN.

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Imagen X. Fuente: método de la PCA.

Las líneas que se muestran anteriormente, representan cada uno de los ejes (roja: eje simple, azul; eje tándem) y las repeticiones admisibles durante el periodo de diseño.

Se puede apreciar que los ejes simples con las cargas que llevarán no le representan daño significativo al pavimento por fatiga al pavimento. Por el contrario las repeticiones del eje tándem ya son más limitadas (3.000.000), por lo que el daño al final del periodo de diseño será considerable.

Con el número de repeticiones admisibles y el número de repeticiones esperadas, se procede a calcular el daño relativo con la fórmula:

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Donde,

i: el eje en consideración.

ni: número de repeticiones esperadas del eje i

Ni: número de repeticiones admisibles el eje i.

Como el eje simple no le genera daño considerable, por fatiga al pavimento, sólo se calculará el daño relativo para eje tándem:

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Lo anterior nos indica que el pavimento por fatiga no fallará a lo largo de la vida útil.

EROSIÓN:

El procedimiento para calcular el daño del pavimento por erosión es análogo al de fatiga. Se saca, por medio de tablas los factores de erosión y junto con las cargas por eje, se obtiene del nomograma las repeticiones admisibles y se calcula el daño relativo posteriormente.

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Imagen X. Fuente: método de la PCA.

Para obtener los factores de erosión por eje, nuevamente se debe interpolar. Se realiza el procedimiento, como se realizó anteriormente y se obtiene para eje simple 2,59 y para tándem 2,75. Con estos valores ingresamos al nomograma para erosión de concreto SIN berma y extraemos el número de repeticiones admisibles antes de la falla.

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Imagen X. Fuente: método de la PCA.

Para la imagen presentada anteriormente, se repitió la misma convención tomada para el nomograma de fatiga, respecto a lo que representan las líneas y los colores (rojo: simple, azul: tándem).

Nuevamente, el eje simple no le genera daños considerables al pavimento, por lo que no será incluido dentro del daño relativo. Sólo se tomará en consideración el eje tándem.

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Del resultado anterior podemos apreciar que el por fatiga y por erosión tienen aproximadamente el mismo daño al final del periodo de diseño del pavimento. No obstante, en la realidad puede que no sea así porque tanto los flujos como las cargas pueden varias, y la percepción del diseñador que utilizó los nomogramas puede variar respecto a otro, teniendo así distintos daños relativos, no muy diferentes, pero sí distintos. Lo que sí podemos asegurar es que el pavimento tendrá un buen comportamiento durante los 20 años que se diseñó y que pasado este tiempo no habrá fallado.

Para el proyecto, el tipo de pavimento que se escogió fue FLEXIBLE, por sencillas razones. La primera razón es que el costo de construcción de pavimento flexible es menos en comparación con el rígido.