Determinación de las deformaciones permanentes a corto plazo de un pavimento considerando la no-linealidad

Abstract

The road network of Mexico presents a significant deterioration. An important stage of the road infrastructure is the design of the pavements. Current pavement design methods have considerable variation between predictions of failure and the reality. The current design methods are based on the calculation of permanent deformations and fatigue cracking of the pavement, based on input values that have to do with the structure, materials, climate and traffic. However, the calculation of the deterioration is based on empirical models based on the experience of the designer, which produces poor accuaracy in the calculation. The mechanistic methods perform analysis with totally scientific basis, where the variables involved in pavement performance are involved from parameters obtained from laboratory tests. In this work, a permanent deformation calculation model is presented, which considers the non-linearity, the variation of the resilient modulus with respect to the state of stresses and the suction, as well as the evolution of the permanent deformation from data of tests of laboratory. The method involves an axisymmetric analysis of a pavement structure using the finite element method, in which the differential elasticity equations with variation of the resilient modulus, water flow equations in soils and the equation of permanent deformations are solved.

La red carretera de México presenta un importante deterioro. Una etapa importante de la infraestructura carretera es el diseño de los pavimentos. Los métodos actuales de diseño de pavimentos tienen una variación considerable entre las predicciones de deterioro y la realidad. Los métodos actuales de diseño se basan en el cálculo de deformaciones permanentes y agrietamiento por fatiga del pavimento, a partir de valores de entrada que tienen que ver con la estructura, los materiales, el clima y el tránsito vehicular. Sin embargo, el cálculo del deterioro se basa en modelos empíricos con base en la experiencia del diseñador, lo que produce poca certeza en el cálculo. Los métodos mecanicistas buscan realizar análisis con base puramente científica, donde se involucren las variables que intervienen en el desempeño del pavimento a partir de parámetros obtenidos de pruebas de laboratorio. En este trabajo se presenta un modelo de cálculo de deformaciones permanentes, el cual considere la no-linealidad, la variación del módulo resiliente respecto al estado de esfuerzos y a la succión, así como la evolución de la deformación permanente a partir de datos de ensayos de laboratorio. El método involucra un análisis axisimétrico de una estructura de pavimento mediante el método de elementos finitos, en el cual se solucionan las ecuaciones diferenciales de elasticidad con variación del módulo resiliente, ecuaciones de flujo de agua en suelos y la ecuación de deformaciones permanentes.