Informe Everfe

ANÁLISIS DE PAVIMENTOS RÍGIDOS POR EL MÉTODO DE ELEMENTOS
FINITOS (SOFTWARE EFERVE)
1. INTRODUCCIÓN
Diseño de pavimentos rígidos por el método Mecánico – Empírico.
En la mayoría de los países de Latinoamérica existe la clara necesidad por la

implementación de una guía de diseño de pavimentos que vaya de acuerdo a las
características de los materiales constituyentes de una estructura de pavimento, a
las condiciones climáticas que ofrece una zona tropical, de acuerdo a las cargas de
tránsito y al sistema de administración de pavimentos donde se incluye el
presupuesto y las políticas de mantenimiento, rehabilitación, reconstrucción y
priorización de inversiones, por lo que aunque en Estados Unidos se ha desarrollado
una guía bastante completa, no se puede aplicar así como se encuentra, dado que
ésta cumple con las condiciones descritas anteriormente para ese país, pero lo que
si es rescatable y aplicable es la metodología de diseño (mecanística-empírica), la
cual puede ser calibrada y posiblemente utilizada en cualquier parte del mundo.
Actualmente se tiene conocimiento de las limitantes de los procedimientos

contenidos en la Guía de diseño AASHTO edición 1993, los cuales son
completamente empíricos y muy limitados, especialmente a la hora de considerar el
tránsito de vehículos pesados. Los diseños de pavimentos, materiales y métodos
de construcción utilizados en la prueba de rodado AASHO eran representativos de
la época en la cual se efectuó, por lo que han perdido toda validez. Además es difícil
visualizar los efectos de las condiciones climáticas en otras latitudes en el
desempeño de los pavimentos, por el hecho de que la prueba de rodado AASHO
se efectuó en una localidad geográfica específica (Illinois, USA).
Fig. 1: Desempeño de los diseños en los pavimentos existentes
2. OBJETIVOS
 Aplicar el software de EVERFE, para el análisis del pavimento rígido
mediante el método de elementos finitos
 Redactar los resultados obtenidos del software EVERFE.
3. MARCO TEÓRICO
EverFE versión 2.23 es una herramienta de análisis de elementos finitos en 3D para

simular la respuesta de los sistemas de pavimento de hormigón articulado a las
cargas por eje y los efectos ambientales. EverFE combina una interfaz gráfica de
usuario altamente interactiva para el desarrollo de modelos y la visualización de
resultados escritos en Tcl / Tk / Tix / vTk con código de elementos finitos escrito en
C ++ orientado a objetos.
Así, con el transcurso de los años, las estructuras de pavimentos se han ido
diseñando en consonancia con los avances aportados por las investigaciones de
campo y laboratorio efectuadas en la ingeniería vial. Esto hace que cada vez se
requiera un mayor énfasis a las variables involucradas para el desarrollo de
pavimentos, tal que éstos resulten funcionales, seguros y económicos
Actualmente, para la realización de diseños de pavimentos, se utilizan metodologías
básicamente empíricas, en donde el diseño se propone a partir de propiedades
físicas de los materiales y algún índice de resistencia, de acuerdo a la Guía
AASHTO 1993 y en algunos casos incluyendo para el diseño el suplemento de 1998
de la guía AASHTO
4. DESARROLLO
Algunas características importantes de EverFE incluyen:
 La capacidad de modelar 1, 2 o 3 unidades de losa / hombro longitudinal y/o

transversalmente (hasta un total de 9 unidades de losa / hombro en una
configuración de 3x3). Las barras de unión se pueden especificar
explícitamente entre las unidades adyacentes de losa / hombro.
 Se pueden especificar hasta tres capas de base elásticas con una base unida
o no unida. La transferencia de corte de la base de la losa se puede capturar
mediante una rigidez horizontal distribuida de plástico elástico entre las losas
y la base.
 Una base líquida densa y sin tensión que soporta la tensión subyace en la
capa más inferior del modelo.
 El enclavamiento agregado lineal o no lineal se puede simular en las juntas
transversales.
 Las clavijas se pueden ubicar con precisión a través de las juntas
transversales y modelar la holgura de las clavijas. En lugar de modelar la
holgura de la espiga, se puede especificar un módulo de soporte de espiga
para modelar la interacción espiga / losa.
 La desalineación y la mala ubicación del pasador se pueden modelar.
 Se puede definir fácilmente una variedad de configuraciones de eje
diferentes con una cantidad mínima de entrada.
 Se pueden capturar gradientes térmicos lineales, bilineales y trilineales a
través del espesor de la losa.
 Las amplias capacidades de postprocesamiento de EverFE permiten la
visualización de tensiones, desplazamientos y fuerzas y momentos internos
de las espigas. Los valores críticos de respuesta en cualquier punto del
modelo se pueden recuperar fácilmente.
4.1. ALABEO
El alabeo es un fenómeno que se produce en las losas de hormigón, levantando los

bordes de las mismas y que provoca problemas como:
 Cambio de nivel entre losas, lo que genera un efecto escalón al paso de

vehículos, especialmente notable en los de rueda pequeña y dura
 Roturas de las losas al aplicar cargas en los bordes, que están literalmente
volados sobre la base del pavimento
 Empeoramiento de la planimetría. Las normativas en este punto exigen medir
en las primeras horas o primeros días después de la ejecución, sin embargo,
un alabeo pronunciado posterior puede hacer que la actividad para la que se
ejecutó ese piso se vea limitada o imposibilitada.
Existen dos tipos de efectos en el alabeo de las losas:
 Permanentes: generan retracción o dilatación que no puede ser recuperada

 Transitorios: generan retracción o dilatación que se recupera al retirarse la
causa de dicho cambio volumétrico
4.2. ALABEO POR GRADIENTE TÉRMICO
Diferencias de temperatura entre la superficie y el fondo en las losas de pavimento

de concreto hidráulico provocan que estas tiendan a sufrir una deformación. Durante
el día, cuando la temperatura en la parte superior de la losa es mayor que en la
inferior, la parte superior tiende a expandirse mientras la inferior tiende a contraerse,
generando en la losa una concavidad hacia abajo; por el contrario, en las noches,
cuando la temperatura en la parte inferior es mayor, esta se expande y la parte
superior se contrae, provocando una concavidad hacia arriba. Esto es conocido
como alabeo por temperatura.Este alabeo pude producir esfuerzos en los bordes y
en las esquinas, dejando a la losa sin apoyo, induciendo a que se presenten fallas
a temprana edad, las cuales, si no se tienen las medidas adecuadas para
controlarlas, pueden provocar reparaciones costosas e incluso la reconstrucción de
la losa.
4.3. ESFUERZOS PRODUCIDOS POR CAMBIOS DE TEMPERATURA Y
HUMEDAD EN EL CONCRETO
Debido a que el concreto, como muchos materiales de construcción, no es

dimensionalmente estable cuando se somete a cambios de humedad y temperatura,
produce que en las losas de pavimento de concreto hidráulico se presente una
contracción diferencial. La carbonatación se suma a la contracción de superficie,
pero puede reducirse mediante el uso de revestimientos superficiales, selladores y
endurecedores. Si las técnicas de acabado utilizadas causan que la pasta de
cemento y el agregado fino se concentren en la superficie, la contracción diferencial
puede agravarse. Por lo que el resultado es una desviación conocida como
curvatura de la losa, alabeo o curling.
4.4. DATOS DE ENTRADA PARA EL EJERCICIO
Diseñar el pavimento rígido con los siguientes datos y verificar las tensiones
con el software EVERFE
Serviciabilidad Inicial (Po) 4,5

Serviciabilidad Final (Pt) 2,5
Módulo de Rotura del Hormigón (S'c)(MPa) 4,5
Módulo de Elasticidad del Hormigón (E)(MPa) 26000
Coeficiente de Drenaje (Cd) 1
Coeficiente de Transferencia de Cargas (J) 3,2
CAPA BASE DE SUELO CEMENTO DE 15 cm DE

ESPESOR
k SUBRASANTE (kPa/mm) 55
Módulo Efectivo de Reacción de la Subrasante
171
(k)(kPa/mm)
Confiabilidad (R)(%) 90
Desviación Estándar (So) 0,35
Número de Ejes Equivalentes ESALs 26.000.000
Espesor de Losa obtenido con el método de diseño
27 cm
AASHTO 93
BARRAS PASAJUNTAS
Diámetro (mm) 25
Longitud (cm) 39
Separación (cm) 30
BARRAS DE AMARRE
Diámetro (mm) 12
Longitud (cm) 80
Separación (cm) 60
GEOMETRÍA DE LAS LOSAS

Ancho (m) 1,75
Longitud (m) 2,40
PROPIEDADES DE LOS MATERIALES
Hormigón
Módulo elástico losa (E): 26000 Mpa
Coeficiente de Poisson (m): 0,18

Coef. Dilatación térmica
1,10E-05 Por ºC
(a):
Densidad del hº (g): 2400 Kg/m3
Acero
Módulo elástico barras (E): 200000 Mpa

Capa Suelo Cemento
Módulo elástico losa (E): 6000 Mpa

Densidad del hº (g): 2000 Kg/m3
Suelo
Módulo de la subrasante
0,055 Mpa/mm
(K):
Interfase Losa/Base: No Adherida
Rigidez inicial de la unión 4,2 MPa/mm
Desp. Por Desliz. inicial: 0,025 mm
CARGAS: BUS ARTICULADO
Tipo de eje: EJE SIMPLE
Carga por eje (CL): 12 Ton
L 280 Mm
W 170 Mm
A 1400 Mm
B 500 Mm
CARGAS: TRACTOCAMIÓN
EJE EJE
Tipo de eje: Tipo de eje:
DIREC.SIMPLE TANDEM
Carga por eje (CL): 7 Ton Carga por eje (CL): 18 Ton
L 280 Mm L 280 mm
W 170 Mm W 170 mm
A 2050 Mm A 1820 mm
B ---- Mm B 300 mm
S ---- Mm S 1370 mm
Gradiente térmico: DT1 -20 ºC
RESULTADOS (BUS CAMION) EVERFE:
 TENSIONES MAXIMAS PRINCIPALES

 DESPLAZAMIENTOS
 ESFUERZOS MÍNIMOS Y MÁXIMOS

 DIAGRAMA AXIAL
 DIAGRAMA CORTANTE EJE Y
 DIAGRAMA CORTANTE EJE Z

 MOMENTO EJE Y
 MOMENTO EJE Z
RESULTADOS (TRACTO CAMION) EVERFE:
 TENSIONES MAXIMAS PRINCIPALES

 DESPLAZAMIENTOS
 ESFUERZOS MÍNIMOS Y MÁXIMOS

 DIAGRAMA AXIAL
 DIAGRAMA CORTANTE EJE Y

 DIAGRAMA CORTANTE EJE Z
 MOMENTO EJE Y
 MOMENTO EJE Z
5. CONCLUSIÓN
Se aplicó el Programa EVERFE con total éxito, la introducción de los valores

requeridos por el programa es bastante didáctico ya que el mismo programa te
brinda la ayuda de la guía de diseño AASTHO 93, con el cual facilita al momento de
poner los valores que pide el programa.
Los resultados obtenidos por el programa EVERFE indica que el momento máximo
que se da en la losa de hormigón es en el cuadrante que se indica en la siguiente
figura para ambos casos (bus camión y tracto camión):
También podemos observar que el alabeo que se da en la losa de hormigón es
significativamente esto se debe al gradiente térmico y a muchos factores más que
afectan el comportamiento del pavimento
6. BIBLIOGRAFÍA
 Guía de Diseño AASTHO – 93

 SOFTWARE EVERFE (Clase impartida por el Ing. Álvaro Uría)

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FINITOS (SOFTWARE EFERVE)

Diseño de pavimentos rígidos por el método Mecánico – Empírico.

En la mayoría de los países de Latinoamérica existe la clara necesidad por la

Actualmente se tiene conocimiento de las limitantes de los procedimientos

EverFE versión 2.23 es una herramienta de análisis de elementos finitos en 3D para

Algunas características importantes de EverFE incluyen:

 La capacidad de modelar 1, 2 o 3 unidades de losa / hombro longitudinal y/o

El alabeo es un fenómeno que se produce en las losas de hormigón, levantando los

 Cambio de nivel entre losas, lo que genera un efecto escalón al paso de

Existen dos tipos de efectos en el alabeo de las losas:

 Permanentes: generan retracción o dilatación que no puede ser recuperada

4.2. ALABEO POR GRADIENTE TÉRMICO

Diferencias de temperatura entre la superficie y el fondo en las losas de pavimento

Debido a que el concreto, como muchos materiales de construcción, no es

Serviciabilidad Inicial (Po) 4,5

CAPA BASE DE SUELO CEMENTO DE 15 cm DE

GEOMETRÍA DE LAS LOSAS

PROPIEDADES DE LOS MATERIALES

Coeficiente de Poisson (m): 0,18

Módulo elástico barras (E): 200000 Mpa

Coeficiente de Poisson (m): 0,3

Módulo elástico losa (E): 6000 Mpa

Coeficiente de Poisson (m): 0,2

Rigidez inicial de la unión 4,2 MPa/mm

Desp. Por Desliz. inicial: 0,025 mm

CARGAS: BUS ARTICULADO

Tipo de eje: EJE SIMPLE

Carga por eje (CL): 12 Ton

RESULTADOS (BUS CAMION) EVERFE:

 TENSIONES MAXIMAS PRINCIPALES

 ESFUERZOS MÍNIMOS Y MÁXIMOS

 DIAGRAMA CORTANTE EJE Y

 DIAGRAMA CORTANTE EJE Z

 TENSIONES MAXIMAS PRINCIPALES

 ESFUERZOS MÍNIMOS Y MÁXIMOS

 DIAGRAMA CORTANTE EJE Y

Se aplicó el Programa EVERFE con total éxito, la introducción de los valores

 Guía de Diseño AASTHO – 93

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