Pavimentos

DISEÑO DE PAVIMENTOS DE CONCRETO Y/O CAPAS CEMENTADAS BAJO
METODOLOGÍA RACIONAL
Grupo CECATA. Universidad Javeriana
Fredy Alberto Reyes Lizcano, PhD Profesor investigador en pavimentos
Director Especialización en Geotecnia Vial y Pavimentos
RESUMEN
La metodología racional basada en el cálculo de esfuerzos y deformaciones en las
interfaces de las capas del pavimento de concreto, o capastratadas con cementantes,
permiten el diseño óptimo y durable de pavimentos de concreto. El método hace uso de
la teoría de la elasticidad, integrando modelos matemáticos de Hogg, Westergaard y
Teorías de Placas. A nivel experimental se integra la medición de Módulos Elásticos y
Leyes de Fatiga para el concreto, morteros fluidos y otras capas tratadas con cemento o
cal.
La modelación se haadaptado para ser compatible con el programa DEPAV, y su uso
simple, hace ésta metodología muy sencilla comparada con métodos de cálculo de
pavimentos en concreto, como es el caso del PCA. Involucra conceptos de probabilidad
de falla, y la posibilidad de diseñar pavimentos con duración de vida superior a 60 años.
INTRODUCCIÓN
Antes de presentar los principios generales de concepción y las reglasprácticas de
diseño de estructuras, conviene hacer un análisis del funcionamiento de las calzadas en
concreto, insistiendo sobre sus aspectos específicos.
1. FUNCIONAMIENTO DE LAS CALZADAS EN CONCRETO
El análisis del funcionamiento de las calzadas reposa sobre tres dimensiones
principales de elementos:
•
•
•

El seguimiento experimental de secciones de calzadas y la observación a lolargo
del tiempo.
El estudio sobre el modelo matemático.
El estudio del comportamiento de los materiales en laboratorio.

Los modelos de la mecánica de calzadas que se utilizan para el dimensionamiento de
las calzadas en concreto son: el modelo de Westergaard y el modelo de Burmister.

1

1.1 El Modelo de Westergaard (1926)
Anterior al modelo de Hogg, sigue la lógica del modelo deBoussinesq, El modelo de
Westergaard conduce a una aproximación diferente. La complejidad relativa del modelo
de Hogg, proviene en efecto de la naturaleza misma del masivo de Boussinesq, que
soporta la calzada.
Partiendo del principio que la hipótesis de un masivo de Boussinesq para el soporte de
la calzada no es sino una hipótesis simplificada (el comportamiento del suelo es
infinitamente máscomplejo); Westergaard ha adoptado para el suelo otra hipótesis
significativa que facilita los cálculos.
La hipótesis de placa delgada para la calzada, del modelo de Westergaard lleva a cabo
la esquematización del suelo así:
Este se asimila a un sistema de resortes cuyo desplazamiento vertical en un punto (w),
es proporcional a la presión vertical (v) en ese punto, o sea v = Kw.
El modelo decálculo adoptado se esquematiza en la figura 1, éste modelo es todavía
muy utilizado. En efecto, las hipótesis simplificativas que comporta permiten tratar
problemas que otros modelos (Hogg y Burmister) no pueden resolver y, en particular,
los problemas de carga en el borde o esquina de la placa en concreto.

Fig. 1. Esquema del modelo de Westergaard.
En el modelo aparece una variable fundamentaldel comportamiento de los materiales
tratados con ligantes hidráulicos, el radio de rigidez de la placa:
l=4

(E1× > H )
(12 × (1 − υ ))× K
3

2
1

P es la carga aplicada y a es el radio de carga del esfuerzo de tracción en la base de la
calzada:
2

σT =

1
×C × 
a
H
P

2

Donde C, es una función creciente de l, que depende de la posición de la carga. Para
unacarga circular en el centro de una placa, por ejemplo, éste resultado se aproxima al
que da el modelo de Hogg:
σT =

P
H

2

(1 + v )  E1 H 3 
×
×F
×
2


 E2

a

3




En los dos casos, la influencia del espesor se representa por H3 y el soporte por E1/K ó
E1/E2, según el
Modelo: La influencia de una variación del modelo del suelo soporte o de la calzada es
bajo...