Sobrecapas de pavimentos
Introducción •
Como las carreteras envejecen y se deterioran, necesitan un cierto tipo de tratamiento para proporcionar seguridad y comodidad a los usuarios.
•
El tratamiento más frecuente es colocar un recubrimiento en el pavimento existente.
Daños mas comunes
Piel de cocodrilo
Fisuras en arco
Severidad variado
Fisura transversal
Daños mas comunes
Fisura por reflexión de juntas
Rotura de losas
Corrimiento
Descascaramiento
Daños mas comunes
Corrugación
Hundimiento
Hinchamiento
Perdida de material
•
Dependiendo de los tipos de recubrimiento y de pavimento existente pueden existir, cuatro diseños posibles: - Recubrimientos de HMA sobre pavimentos del asfalto. - Recubrimientos de HMA sobre PCC - Recubrimiento de PCC sobre asfalto y - Recubrimientos de PCC en los pavimentos de PCC.
Los recubrimientos de HMA en el recubrimiento de los pavimentos asfálticos •
Son el tipo predominante de reafirmado en los pavimentos.
•
Si el pavimento existente se repara adecuadamente antes del recubrimiento, puede ser alcanzado generalmente un diseño satisfactorio debido a los tipos flexibles de materiales usados en el pavimento existente y el recubrimiento
Los recubrimientos de HMA en los pavimentos de PCC Son los más difíciles de analizar mecánicamente porque implica el calculo de dos diferentes tipos de materiales. • Un problema importante en el diseño de los recubrimientos de HMA en los pavimentos de PCC es la reflexión de las grietas • Es imprescindible que tal agrietamiento esté prevenido o controlado para proporcionar una superficie lisa, para mantener la integridad estructural del recubrimiento, y para prevenir la intrusión del agua en el sistema del pavimento. •
Varios métodos se pueden utilizar para reducir al mínimo la reflexión de grietas en recubrimientos de HMA en los pavimentos de PCC: Diseñe un recubrimiento más grueso de HMA. Grietas y asentamientos de la losa existente de PCC en secciones más pequeñas. • Utilice una capa de alivio de grietas con el sistema de alcantarillado. • Sellar y cerrar las juntas con un recubrimiento de HMA. • Utilice una capa intermedia de una membrana que absorba la tensión con un recubrimiento. 6. Incorporar una membrana tejida con una sobrecapa • •
Los recubrimientos de la PCC en HMA •
Este método puede ser utilizado si la separación vertical no plantea un problema.
•
Puede ser rentable si el pavimento de HMA colapsa totalmente y solo es utilizada como base.
Los recubrimientos de la PCC en los pavimentos de la PCC •
Tres tipos de recubrimiento de la PCC se pueden utilizar para los pavimentos de la PCC. - Consolidado - Consolidado parcialmente - No consolidado
REPAVIMENTA CIÓN En repavimentación asfáltica el geotextil permite crear una camada impermeable y elástica
Método de diseño con geotextil Pavco
MÉTODO DEL INSTITUTO DEL ASFALTO El recubrimiento del asfalto en pavimento de asfalto Dos métodos son evaluados: El método del espesor eficaz • El método de la desviación. •
n
he hi C i E i i 1
El método del Espesor Eficaz •
Método 1 El cuadro 13.2 da los factores C de la conversión para los pavimentos del asfalto de profundidad llena basados en el PSI de pavimento existente a la hora del recubrimiento. Las dos curvas en la figura reflejan la diferencia en funcionamiento después de la colocación del revestimiento n
he
h C E i
i
i
i 1
En el cual: hi, Ci, y Ei son el espesor, el factor de conversión, y el factor de equivalencia de la capa i, y n es el número total de capas.
Sirve para determinar el factor de conversión “C”
Método 2 El espesor efectivo es expresado por n
n
he hi C i i 1
he hi C i i 1
El método 2 se pueden también utilizar para los pavimentos de profundidad llena
El cálculo del espesor del recubrimiento El espesor requerido del recubrimiento es la diferencia entre los espesores requeridos de un pavimento nuevo de profundidad llena y el espesor eficaz del pavimento existente.
Método de la deflexión El pavimento deflectado se mide con la viga de Benkelman usando un método de prueba del rebote. La supervisión sobre la condición y los datos de deflexión se utilizan para establecer la sección del análisis. Por lo menos diez medidas de deflexión se deben hacer para cada sección del análisis o un mínimo de 20 medidas por la milla (13 medidas /Km.). Las temperaturas del pavimento se miden a la hora de la medición de la deflexión para poder ajustar una temperatura estándar de 70°F (21°C).
Representación de la Deflexión de Rebote Cuando el ensayo de deflexión en la sección analizada, las desviaciones son registradas en el pavimento y se utiliza para determinar una deflexión representativa del rebote (RRD)
_ rrd 2 s Fc rrd , es el rebote representa tivo , es el valor
de la deflexión
de deflexión
s, es la desviación standar F, factor de ajuste de la temperatu ra c, es el coeficient e de adaptación critico del periodo.
TIPOS DE FALLAS EN PAVIMENTOS EXISTENTES
Agrietamiento por Durabilidad
Levantamiento Localizado
ESPESOR DEL RECUBRIMIENTO El primer paso en el proceso de diseño es determinar el espesor de un nuevo pavimento de concreto para soportar el trafico que se espera. Basado en la condición del pavimento existente, el ábaco de diseño propio es seleccionado y el espesor del recubrimiento correspondiente a un espesor del nuevo pavimento es determinado. El uso del ábaco de diseño es ilustrado en la figura 13.10 para un pavimento existente de 7 pulg y un nuevo pavimento full – depth de 10 pulg. Una línea vertical es dibujada del espesor de 10 pulg hasta que se interseque con la línea base y luego trazar una línea horizontal hasta encontrar la línea vertical que parte del espesor de 7 pulg del pavimento existente. La intersección de estas dos líneas nos da el espesor de 9.5 pulg del recubrimiento El espesor mínimo de recubrimiento provisto por el ábaco de diseño es de 6 pulg. El uso de recubrimientos más delgados no es recomendado.
METODO DE LA ASOCIACION DE CEMENTO PORTLAND 1. EVALUACIÓN DEL PAVIMENTO EXISTENTE A. La supervisión sobre la condición del pavimento •
Se debe identificar el tipo, el grado, y la severidad de depresión del pavimento • Dividir en secciones de supervisión basadas en: diseño construcción, trafico y localización
B. Ensayos de la evaluación de la deflexión no destructiva • Basado en condiciones de sitio e información de la supervisión del pavimento. • Si se verifica la posibilidad o existencia de la falla se llevara a cabo una prueba de deflexión para determinar la severidad • Tomar medidas de deflexión en empalmes y grietas para determinar su adecuada transferencia.
C. Evaluación del material in situ. • Se identificar los materiales de la sub. rasante y sub. base y así determinar el MR, asi como el modulo de ruptura y elasticidad • Determinación de la "fuerza extensible o resistencia de tensión de la grieta a partir de la sgt. formula
El modulo de ruptura es entonces obtenido mediante
El modulo de elasticidad de Poisson puede estar dado por:
2.
DISEÑO DE RECUBRIMIENTO DE CAPA NO LIGADA
•
Basado en el programa de computadora de JSLAB para analizar los recubrimientos ligados y no ligados
•
El concepto básico es el de proveer de un recubrimiento al pavimento que es estructuralmente equivalente a un nuevo pavimento full depth puesto sobre la misma sub. base y la misma sub. rasante
CARTAS DE DISEÑO Las deformaciones en el borde obtenidos por JSLAB fueron usados para preparar los ábacos de diseño para determinar el espesor de recubrimientos no unidos. Las siguientes asunciones fueron hechas en el análisis: * Carga eje simple: 18 kip (80 kN) * Módulo de elasticidad para el recubrimiento: 5*10 6 psi (35Gpa) * Módulo de elasticidad para el pavimento existente: 3*106 psi (21Gpa) ó 4*106 psi (28 Gpa) * Longitud de la losa: 20 pies ( 6.1 m)
Las Cartas de Diseño se utilizan para pavimentos de concreto existentes con un E (módulo de elasticidad) de 3x10 6 a 4x10 6 PSI, habiendo tres casos:
Caso 1 : Este caso se presenta cuando hay roturas a lo largo del paño de pavimento y en las esquinas.
Caso 2 : Cuando el pavimento presenta un pequeño valor en el paño y esquina a la rotura. Transferencia de carga razonable alrededor de rajaduras y juntas; c on reparaciones localizadas para el esfuerzo correcto existente en la plancha.
Caso 3 : Pequeño valor de rotura en el paño; buena transferencia de carga alrededor de rajaduras y juntas.
3. DISEÑO DE RECUBRIMIENTO LIGADO • Es usado cuando el pavimento existente esta aun en buenas condiciones pero no tiene la capacidad estructural de llevar el tráfico futuro anticipado. •
Su concepto basico es similar al anterior, pero la ubicación del esfuerzo de borde es diferente.
El MÉTODO DE DISEÑO AASHTO la guía del diseño de 1986 AASHTO contiene el procedimiento más comprensivo para el diseño de recubrimientos. El procedimiento se basa : en el concepto de la vida restante del pavimento y se puede aplicar a cualquier tipo de recubrimiento. El uso de la prueba no destructiva se recomienda como parte de la rehabilitación del recubrimiento para evaluar los módulos in situ y la capacidad estructural del subsuelo y de varias capas.
LA ECUACIÓN BÁSICA
La capacidad estructural de un pavimento disminuye con el numero de repeticiones de un vehículo típico de 18 Kip Para un pavimento que ha sido recubrimiento la capacidad estructural del pavimento original. es una función de las cargas aplicadas antes de recubrimiento así como ésas aplicadas después de recubrimiento
LA ECUACIÓN BÁSICA (SCOL)n = (SCy)n - FRL(SCxeff )n SCOL = Capacidad estructural requerida del recubrimiento. SCy = Capacidad estructural total de requerida para apoyar las condiciones existentes del subsuelo o de la fundación del excedente del tráfico del recubrimiento. SCyeff = Capacidad estructural eficaz de del pavimento de la sobrecapa en el final del período del recubrimiento. F RL = factor de la vida restante de para el daño del pavimento existente así como el grado de daño al recubrimiento en el final del tráfico del recubrimiento. Es siempre menos que o igual a un valor de 1 n exponente en la ecuación básica que es un dependiente constante sobre el tipo de sistema del pavimento utilizó en el análisis. •
EFECTOS DEL TRAFICO
EL DESARROLLO DE LOS FACTORES DEL DISEÑO ANÁLISIS DE TRAFICO • El propósito del análisis de trafico es de determinar las repeticiones de un vehículo tipico de 18 Kip (80 KN) ESAL a lo largo de una longitud del pavimento datos que se obtuvieron desde el momento en que se apertura el pavimento hasta antes de colocar la sobrecapa •
GRAF
MATERIALES Y ESTUDIOS DEL MEDIO AMBIENTE, •
La principal prioridad en el material es el que concierne al modulo de elasticidad o modulo resilente de las capas del pavimento y de la subrasante. Los efectos del medio ambiente como la temperatura y humedad, sobre el modulo resilente debe ser también cuidadosamente considerados
ANÁLISIS DE CAPACIDAD ESTRUCTURL EFECTIVA
PAVIMENTOS FLEXIBLES . • PRIMER METODO.- Es usado para recalcular el modulo resilente de cada capa existente, el modulo resilente es luego relacionado al coeficiente de capa. Cuando el espesor, el coeficiente de capa y el coeficiente de drenaje de cada capa son conocidos se puede determinar el numero estructural •
NUMERO ESTRUCTURAL Y COEFICIENTE DE CAPA DE UN PAVIMENTO FLEXIBLE •
SN = a1*D1 + a2*D2*m2 + a3*D3*m3
Para bases no tratadas • a = 0.249*log(E) • Para sub base granulares • .a = 0.227*log(E) •
ANÁLISIS DE CAPACIDAD ESTRUCTURL EFECTIVA •
SEGUNDO MEODO Es usado para determinar el numero estructural SNxef directamente , basado en la estimación del modulo de la subrasante in- situ, y el espesor total del pavimento sobre la sub rasante y la deformación máxima en el centro de la placa cargada
ANÁLISIS DE CAPACIDAD ESTRUCTURL EFECTIVA
PAVIMENTO RIGIDO. • Solo el primer método DNT, el cual da el modulo resilente de cada capa es aplicable • la predicción del modulo EPCC el cual refleja las rajaduras y perdida de soporte puede ser usada para determinar el DXxef como se muestra en la figura 13.16. •
PROPUESTA DEL FACTOR VISUAL CONDICIONANTE •
EJEMPLO: Si una loza de 12 in de altura inicial esta evaluada con un C V = 0.55 el valor de Er será de 0.46 y EPCC = 0.46*5*106 PSI = 2.3E6PSI de la figura 13.16 DXFF = 9.2in .
Cv
FACTOR VISUAL CONDICIONANTE
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ANÁLISIS DE LA CAPACUIDAD ESTRUCTURAL FUTURA DE LA SOBRECAPA El principal objetivo de este paso es determinar la capacidad estructural de un nuevo pavimento requerido para soportar repeticiones de carga Y durante el periodo de diseño de la sobrecapa
PERIODO DE VIDA DE LAS SOBRECAPAS. Puede ser determinada por la ecuación 13.24. R LX = Nfy – y • Nfy • • CALCULO DEL FACTOR DEL PERIODO DE VIDA • Habiéndose obtenido las estimaciones para R LX y R LY el factor de periodo de vida puede ser determinado de la figura 13.22. FRL = Cyx Cx*Cy R LYX = R LX + R LY – 1 •
•
• • • • •
EJEMPLO. Dado R LX = 0.6, R LY = 0.4, calcular el factor de periodo de vida frl por la ecuación y chequear los resultados por la ecuación 13.22 R LYX = 0.4 + 0.6 – 1 = 0 Cx = 0.7 e-(0 + 0.85)2 = 0.66 FRL = 0.66 / (0.914*0.823) = 0.85 El cual es igual al valor obtenido de la figura 13.22
VERIFICACION
Metodología De Diseño De Sobrecapas En esta sección, se resumen los procedimientos de de diseño para varios tipos de Sobrecapas en cualquier pavimento existente
Sobrecapas flexibles en Pavimentos Flexibles La ecuación básica para determinar el SNOL requerido para las sobrecapas flexibles en los pavimentos flexibles se muestra en la tabla 13.7.
Sobrecapas flexibles en Pavimentos Flexibles El espesor requerido de hOL de sobrecapa de asfalto puede determinarse por
h OL
SN ol aol
SN y F rl SN xe ff
(13.27)
aol
en donde aOL es el coeficiente de la capa estructural del material de la sobrecapa.
Sobrecapas Flexibles En Pavimentos Rígidos Tabla 13.10 ecuaciones de sobrecapas para sobrecapas flexibles en pavimentos rígidos Condicion de la sobrecapa
Estructura normal de sobrecapa
Especificación del método a usar método 1 NDT método 2 NDT factor de condicion visual estmacion nominal del tamaño de roptura
Ecuación de SNol
SNol = SNy – Frl(0.8Dxeff +SNxeff-rp) SNol = SNy – Frl.Dxeff SNol = SNy – Frl(a2r .Do +SNxeff-rp) SNol = SNy – 0.7(0.4Do +SNxeff-rp)
post ruptura NDT Ruptura y asiento de sobrecapas
(a) método 1 NDT (b) método 2 NDT
SNol = SNy – 0.7(a bs.Do +SNxeff-rp) SNol = SNy – 0.7SNxeff
Sobrecapas De Estructura Normal Pueden usarse tres metodos diferentes para determinar el espesor requerido de sobrecapa del asfalto: •
1. Método 1 NDT.- El módulo elasticidad de cada capa es determinado por NDT que usa la técnica cálculo por regresión
figura 13.16 determinacion delDxeff
Sobrecapas De Estructura Normal
El espesor de la sobrecapa requerido es determinado por :
hol
SN ol aol
SN y F RL (0.8 D xe ff SN xe ff rp ) (13.28) aol
Sobrecapas De Estructura Normal
•
Método 2 NDT. El valor de SNxeff es determinado directamente basado en el módulo del subbase, el espesor total de todas las capas sobre el súbase , y la máxima deflexion
h OL
SN ol aol
SN y F rl SN xeff aol
Sobrecapas De Estructura Normal •
3 Factor De La Condición Visual. Si es físicamente imposible de utilizar NDT, el factor de la condición visual que Cv definió en la tabla 13.8 o 13.9 pueden usarse para determinar el coeficiente de capa estructural como mostrado en Figura 13.23
fig. 13.23 calculo del Coefisiente de ruptura de la Losa de PCC En función del factor de condicion visual
Ruptura y Asentamiento de sobrecapas •
Hay también tres metodos para el calculo de Ruptura y asiento de sobrecapas • 1. la ruptura de Espaciamiento nominal – Este método
asume que un tamaño de fragmento nominal de la losa mide aproximadamente 30 in . (0.76 m) y será
– Se asume que el número estructural eficaz de la capa de PCC
rota es 0.4Do – El espesor de la sobrecapa requerido se obtiene por
hol
SN ol aol
SN y 0.7(0.4 D0 SN xeff rp ) aol
(13.30)
2. Método 1 NDT. Post ruptura En algunos casos, puede ser conveniente dirigir NDT después del de la ruptura. • El espesor de la sobrecapa •
requerido se obtiene por :
fig. 13.23 calculo del Coefisiente de ruptura de la Losa de PCC En función del modulo elastico in situ
hol
SN ol aol
SN y 0.7(abs D0 SN xeff rp ) aol
Metodo 2 NDT Postruptura •
el espesor de la sobrecapa es requerido este se obtiene por : hol
SN ol aol
SN y 0.7SN xeff aol
Sobrecapas Rígida En Pavimentos Rígidos Para las sobrecapas rígidas en los pavimentos rígidos, tres tipos de sobrecapa pueden ser considerados: • Totalmente continua unida o conectada, • parcialmente continua unida o conectada, • no continua , no unida o no conectada. •
Sobrecapas Rígida En Pavimentos Rígidos La sobrecapa totalmente continua unida sólo puede usarse cuando el factor de la condición estructural es mayor y que pueden repararse 0.75 • el PCC requerido que recubren el espesor encima de un pavimento seran calculados por : •
Continua unida o conectada (13.33) • parcialmente Continua unida o conectada Frl(Dxeff) (13.34) • no Continua , no unida o conectada (13.35) •
Dol = Dy – Fr Dol1.4 = Dy 1.4 Dol2 = Dy2 – Frl (Dxeff)
Las Sobrecapas Rígidas En Los Pavimentos Flexibles El diseño de sobrecapas rígidas en los pavimentos flexibles es que el pavimento flexible existente puede verse como la fundación compuesta. Y como un apoyo para un nuevo pavimento rígido • El método es simplemente determinar un módulo compuesto de reacción del subcapa k, para los nuevos pavimentos de PCC •
