Diseno Pavimentos Metodo Pca- Edit

DISEÑO DE ESPESORES ESPESORES PARA PAVIMENTOS DE HORMIGÓN EN CARRETERAS CARRETERAS Y CALLES CAL LES MÉTODO DE LA PORTLAND CEMENT ASSOCIATION

DOCUMENTO PREPARADO POR INSTITUTO BOLIVIANO DEL CEMENTO Y EL HORMIGÓN PARA EL MINISTERIO DE TRANSPORTES Y OBRAS PÚBLICAS DEL ECUADOR

Diseño de Pavimentos de Hormigón – Método PCA

DISEÑO DE ESPESORES PARA PAVIMENTOS DE HORMIGÓN EN CARRETERAS Y CALLES MÉTODO MÉTODO DE LA L A PORTLAND PORTL AND CEMENT ASSOCIATION

PROLOGO El presente documento es una traducción del libro “Thickness Design for Concrete Highway and Street Pavements” editado por la “Portland Cement Association de los Estados Unidos de Norte América, en 1984 y cuya reimpresión se realizó en 1995. Como apoyo, se ha utilizado una traducción realizada por la Universidad Ricardo Palma de la República de Perú, cuyo autor fue el Ing. Erasmo Fernandez y que ha servido servido de base para la presente edición. edición. A pesar del tiempo transcurrido, el método aquí presentado ha tenido muy pocas variaciones y constituye una alternativa al Método AASHTO. El uso de este documento se basa en ábacos y tablas que se incluyen, pero ha sido automatizado primero con el programa “pcapav “ pcapav”” que ha sido superado por pave” actualmente en uso y al cual se puede acceder mediante internet. “street pave” El Instituto Boliviano del Cemento y el Hormigón, conforme al Contrato de Asesoramiento Técnico en Pavimentos Rígidos y Mezclas con Ligantes Hidráulicos suscrito con el MTOP, ha preparado el presente manual como una alternativa para el método de diseño de pavimentos AASHTO-93 y además para incorporar conceptos como los de erosión y fatiga que son muy importantes para la comprensión del complejo comportamiento de los pavimentos. Estamos seguros que esta publicación será de utilidad y servirá de manual de consulta para profesionales y estudiantes. Complementada con los manuales de diseño de pavimentos nuevos y sobrecarpetas de AASHTO y el software DIPAV- 2 facilitará en gran medida la optimización en el diseño de pavimentos en la república del Ecuador.

i


INDICE PROLOGO

i

INDICE

ii

CAPITULO 1

1

INTRODUCCION

1

Aplicaciones de los Procedimientos de Diseño

1

Programas de Cálculo Disponibles

2

Bases para el diseño

3

Versión Métrica

3

CAPITULO 2

4

FACTORES DE DISEÑO

4

Resistencia del Hormigón a la Flexión

4

Soporte de la Subrasante y Subbase

5

Periodo de Diseño

8

Tráfico

8

Proyección

8

Capacidad

10

ADTT (Average Daily Truck Traffic - Tráfico Diario Promedio de Camiones)

10

Distribución Direccional de Camiones

12

Distribución de Cargas por Eje

12

Factores de Seguridad de Carga

13

CAPITULO 3

15

PROCEDIMIENTO DE DISEÑO

15

(DATOS DE CARGA POR EJE DISPONIBLES)

15 ii


Análisis por fatiga

15

Análisis por Erosión

16

Problemas Ejemplo

16

Cálculos del espesor:

19

Diseño 2

27

CAPITULO 4

30

PROCEDIMIENTO DE DISEÑO SIMPLIFICADO

30

(DATOS DE CARGA POR EJE, NO DISPONIBLES)

30

Problemas Ejemplo

32

Diseño 3

32

Diseño 4

33

Comentarios Sobre el Procedimiento Simplificado

33

Módulo de Rotura

33

Periodo de Diseño

40

Juntas con Pasajuntas ó con Trabazón de Agregados

40

Tablas de Diseño Desarrolladas por el Usuario

40

APENDICE A

42

DESARROLLO DEL PROCEDIMIENTO DE DISEÑO

42

Análisis de Pavimentos de Hormigón

42

Pavimentos con Juntas

42

Pavimentos Continuamente Reforzados

43

Posición de las Cargas del Camión

44

Variación en la Resistencia del Hormigón

45

Incremento de Resistencia del Hormigón con la Edad.

45

Alabeo y Curvado del Hormigón

46

iii


Fatiga

46

Erosión

47

APENDICE B

49

DISEÑO DE PAVIMENTOS DE HORMIGÓN CON CAPA INFERIOR (SOLADO) DE HORMIGÓN POBRE 49 Subbase de Hormigón Pobre

49

Pavimento Monolítico

52

APENDICE C

54

ANALISIS DE CARGAS AXIALES TRIDEM

54

APÉNDICE D

58

ESTIMACIÓN DEL VOLUMEN DE TRÁFICO POR CAPACIDAD

58

Capacidad ADT en Carreteras de Multiples Carriles

58

Capacidad de Carreteras de dos Carriles

60

iv


CAPITULO 1 INTRODUCCION Pavimentos de Hormigón de Carreteras y Calles.) La presente publicación se refiere al Método de la Portland Cement Association de los Uso de un diseño de mezclas y agregados Estados Unidos, para determinar los que proporcionen un hormigón de buena espesores de losas que sean apropiados calidad, con la resistencia y durabilidad para soportar las cargas de tráfico en calles, necesarias, bajo las condiciones actuales de caminos y carreteras de hormigón. exposición. (Ver Diseño y Control de Mezclas de Hormigón) El propósito de diseño es el mismo que para Los criterios de diseño de espesores otras estructuras de ingeniería: obtener el sugeridos están basados en la experiencia espesor mínimo que resultará en el costo del comportamiento general de pavimentos. anual más bajo, para los costos de inversión Si se dispone de experiencia del inicial y de mantenimiento. Si el espesor es comportamiento específico regional o local mayor de lo necesario, el pavimento en condiciones más favorables o adversas, prestará un buen servicio con bajos costos los criterios de diseño pueden ser de mantenimiento, pero el costo de inversión apropiadamente modificados. Estas inicial será alto. Si el espesor no es el condiciones particulares pueden ser de adecuado, los costos prematuros y elevados clima, suelos o drenaje e innovaciones de mantenimiento e interrupciones en el futuras en los diseños. tráfico sobrepasarán los bajos costos iníciales. Una correcta ingeniería requiere Aplicaciones de los Procedimientos de que los diseños de espesores, balanceen Diseño apropiadamente el costo inicial y los costos de mantenimiento. Los procedimientos de diseño dados en este texto se aplican a los siguientes tipos de Mientras que esta publicación se centra en pavimentos de hormigón: simple, simple con el tópico del diseño de espesores, otros pasajuntas, con refuerzo discontinuo, y con aspectos de diseño son igualmente refuerzo continuo. importantes para asegurar el buen funcionamiento y la duración del pavimento Los pavimentos de hormigón simple se de hormigón. Estos son: construyen sin acero de refuerzo y sin barras pasajuntas en las juntas (dowels). La Provisión para un soporte razonablemente transferencia de cargas es obtenida por una uniforme. (Ver la publicación de PCA: trabazón (interlock) de agregados entre las Subrasantes y Subbases para caras agrietadas debajo de las juntas Pavimentos de Hormigón.) aserradas o formadas. Para que ésta Prevención del “bombeo” o expulsión de transferencia sea efectiva, es necesario que lodo en el caso de subbases relativamente se use un espaciamiento corto entre juntas. delgadas, ya sean tratadas o no tratadas con cemento, en caso que el tráfico Los pavimentos de hormigón simple con pasajuntas se construyen sin acero de esperado de camiones sea suficientemente refuerzo; sin embargo, se instalan barras grande como para causarlo. (La necesidad lisas de acero liso (denominadas de las subbases y sus requerimientos, también se proporcionan en el folleto antes pasajuntas) en cada junta de contracción como elementos de transferencia de cargas, citado.) Uso de un diseño de juntas que garantice empleándose espaciamientos relativamente cortos entre juntas para controlar el una adecuada transferencia de cargas y agrietamiento. facilite el uso de sellos si son requeridos para hacerlas efectivas, prevenga daños de Los pavimentos reforzados contienen las mismas debido a filtraciones. (Ver la publicación de PCA: Diseño de Junt as para además del acero de refuerzo, barras •

•

•

•

•

Capítulo 1 – Introducción

1


pasajuntas para, la transferencia de cargas4. en las aberturas de contracción. Estos pavimentos son construidos con espaciamientos de juntas mayores que los usados en pavimentos reforzados. Usualmente se desarrollan una o más fisuras transversales entre las juntas de contracción, las cuales se mantienen cerradas por el acero de refuerzo, consiguiéndose proveer una buena transferencia de cargas.

Dos criterios de diseño: (a) fatiga, para mantener los esfuerzos del pavimento debidos a la acción de cargas repetidas, dentro de límites seguros previniendo así el agrietamiento por fatiga; y (b) erosión, para limitar los efectos de las deflexiones del pavimento en el borde de las losas, juntas y esquinas controlando así la erosión de la fundación y de los materiales de las bermas. El criterio por erosión es necesario ya que algunas formas de daños del pavimento tales como bombeo, fallas, y daños de las bermas no son debidos a la fatiga. Los espaciamientos de juntas comúnmente usados y que trabajan bien, son de 15 pies5. Los ejes triples pueden ser considerados en para pavimentos de hormigón simple, no el diseño. Mientras que las configuraciones más de 20 pies para pavimentos con convencionales para ejes simples y tandem, pasajuntas y no más de 40 pies para son aún las cargas predominantes en las pavimentos reforzados. Espaciamientos carreteras, el uso de ejes triples (Tridem) van en aumento. Ellos se observan en mayores a los señalados han sido usados, pero a veces son causa de daños en las algunas carreteras para camiones pesados y juntas y de la formación de fisuras en carreteras especiales para transporte de carbón de piedra u otros minerales. Los ejes intermedias entre ellas. tridem pueden ser más dañinos por el criterio de erosión (deflexión) que por el Los pavimentos con refuerzo continuo se construyen sin juntas de contracción. Debido criterio de fatiga. al refuerzo de acero continuo relativamente La selección de un espesor adecuado está denso en la dirección longitudinal, ellos desarrollan fisuras transversales a intervalos condicionado a la elección de otras características de diseño - sistema de cercanos. Se desarrolla Un alto grado de transferencia de cargas en las caras de esas juntas, tipo de subbase si es necesaria, y fisuras, que se mantienen firmemente unidas tipo de berma. Con esas condiciones adicionales de diseño, los requerimientos de por el acero de refuerzo. espesor de diseño alternativos, los cuales incluyen el costo, pueden ser comparados Los procedimientos de diseño que se directamente. proporcionan, cubren las condiciones que no han sido directamente tratadas por otros procedimientos. Estos incluyen el El Capítulo 2 describe como se determinan los factores necesarios para resolver un reconocimiento de: problema de diseño. El Capitulo 3 detalla el 1. El grado de transferencia de cargas en las procedimiento de diseño completo usado, juntas transversales proporcionado por los cuando los datos específicos de la distribución de carga por eje son conocidos diferentes tipos de pavimentos descritos. 2. El efecto de utilizar una berma de hormigón u obtenidos. Si los datos detallados de las adyacente al pavimento. Las bermas de cargas por eje no están disponibles, el diseño puede ser realizado como se hormigón reducen los esfuerzos flexores y describe en el Capitulo 4, mediante la las deflexiones causadas por las cargas. 3. El efecto de usar una subbase de hormigón selección de una o varias categorías de pobre (econocreto), la cual reduce los datos representativos de pavimentos, esfuerzos y deflexiones del pavimento, variando desde calles residenciales hasta dotando de un soporte considerable cuando carreteras interestatales. los camiones pasan sobre las juntas y de Programas de Cálculo Disponibl es resistencia a la erosión de la subbase causadas por las deflexiones repetidas del Los problemas de diseño de espesores, pavimento. pueden ser resueltos manualmente con las Capítulo 1 – Introducción

2


tablas y cartas proporcionadas en esta publicación, o mediante el uso de software disponible en la Portland Cement Association, siendo el más actual el programa Street Pave accesible en línea. Para el método de diseño de AASHTO, el IBCH ha desarrollado el software DIPAV.

Bases para el diseño Los métodos de diseño de espesores presentados, se basan en el conocimiento de la teoría de pavimentos, en su comportamiento, y en experiencias de investigación de las siguientes fuentes: 1. Estudios teóricos del comportamiento de las losas del pavimento realizados por Westergaard, Picket y Ray, y recientes análisis de cómputo desarrollados por elementos finitos, uno de los cuales es usado como la base para éste procedimiento de diseño. 2. Pruebas y modelos a escala natural tales como los Ensayos en Arlington y varios proyectos de investigación conducidos por la PCA y otras agencias sobre subbases, juntas y bermas de hormigón. 3. Pavimentos experimentales sujetos a pruebas de tráfico controlado, tales como los siguientes tramos Carreteros Experimentales (Road Test): Bates; Pittsburg; Maryland; AASHO y estudios de pavimentos de carreteras en servicio realizados por varios departamentos estatales de transporte. 4. El comportamiento de pavimentos construidos normalmente, sujetos a tráfico mixto normal. Todas estas fuentes de conocimiento son útiles. Sin embargo, el conocimiento obtenido del comportamiento de pavimentos construidos normalmente es la más importante. De acuerdo a ello, es esencial examinar la relación de los roles que el comportamiento y la teoría juegan en un procedimiento de diseño. Métodos teóricos sofisticados desarrollados en años recientes permiten que las respuestas del pavimento esfuerzos, deflexiones, presiones-sean

Capítulo 1 – Introducción

modelados con más precisión. Estos análisis teóricos son una parte necesaria de un procedimiento de diseño mecanístico, porque ellos permiten la consideración de un rango completo de combinaciones de las variables de diseño. Un segundo aspecto importante del procedimiento de diseño es el criterio aplicado a los valores teóricos computados valores limitantes permisibles de esfuerzos, deflexiónes o presiones. Definiendo así el criterio de que los resultados de diseño son reflejo de la experiencia del comportamiento del pavimento y que los datos de investigaciones son fundamentales en el desarrollo de un procedimiento de diseño. Las partes teóricas de los procedimientos de diseño proporcionados en esta publicación, se basan en un análisis comprensivo de los esfuerzos y deflexiones del hormigón, por un programa de cómputo de elementos finitos. El programa modela los factores convencionales de diseño, propiedades del hormigón, soporte de la fundación y cargas, más la transferencia de carga en las juntas mediante pasajuntas o trabazón de agregados y berma de hormigón, para ubicaciones de cargas axiales en el interior, borde, junta y esquina de la losa. Los criterios para los procedimientos de diseño están basados en el diseño del pavimento, su comportamiento, y las experiencias de investigaciones referidas anteriormente incluyendo las relaciones del comportamiento de los pavimentos en la Carretera Experimental AASHO y estudios de la falla de pavimentos. En el Apéndice A y la Referencia 30 se da más información sobre el desarrollo y bases del procedimiento de diseño.

Versión Métrica La Publicación EB209P de la PCA, es la versión métrica del presente documento.

3


CAPITULO 2 FACTORES DE DISEÑO Después de seleccionar el tipo de pavimento de hormigón (pavimento simple con ó sin pasajuntas, pavimento reforzado con juntas con pasajuntas, o pavimento continuamente reforzado), tipo de subbase si es necesaria, y tipo de berma (con ó sin berma de hormigón, sardinel y cuneta o sardinel integral); el espesor de diseño es determinado en base a los cuatro factores siguientes: 1. Resistencia del hormigón a la flexión (módulo de rotura MR). 2. Resistencia de la subrasante, ó subrasante y subbase combinadas (k). 3. Los pesos, frecuencias, y tipos de cargas axiales de camión que el pavimento soportará. 4. El periodo de diseño, que en éste y otros procedimientos usualmente es considerado como de 20 años, pudiendo ser más ó menos. Estos factores de diseño son discutidos con más detalle en las secciones siguientes. Otras consideraciones de diseño incorporadas al procedimiento son tratadas en el Apéndice A.

Resistencia del Hormigón a la Flexión La resistencia del hormigón a la flexión es considerada en el procedimiento de diseño mediante el criterio de fatiga, que controla el agrietamiento del pavimento bajo las cargas repetitivas de camiones. El pandeo de un pavimento de hormigón bajo cargas axiales produce esfuerzos de compresión y flexión. Sin embargo, las relaciones de los esfuerzos y resistencias de compresión son demasiado pequeños para influenciar en el diseño del espesor de la losa. Las relaciones de los esfuerzos y resistencias de flexión son mucho más altos, excediendo a menudo valores de 0.5. Como resultado, los esfuerzos flexores y la resistencia a la flexión del hormigón son usados en el diseño de espesores. La resistencia a la flexión es determinada Capítulo 2 – Factores de Diseño

mediante pruebas de módulo de rotura, realizadas usualmente sobre vigas de 6x6x30-pulg. Para proyectos específicos, la dosificación del hormigón debería ser diseñada para proporcionar adecuada durabilidad y resistencia flexora, al menor costo posible. Los procedimientos de diseño de mezclas son descritos en la publicación PCA “Diseño y Control de Mezclas de Concretó” . El módulo de rotura puede ser obtenido mediante cargas en cantiliver, en un punto central, o en los tercios. Una diferencia importante en estos métodos de prueba es, que la prueba de la carga en los tercios da la mínima resistencia en el tercio central de la viga ensayada, mientras que los otros dos métodos muestran la resistencia en un sólo punto. El valor determinado por el método más conservador de la carga en los tercios (ASTM C78), es usado para el diseño en éste procedimiento. Las pruebas de módulo de rotura son comúnmente realizadas a los 7, 14, 28, y 90 días. Los resultados de prueba a los 7 y 14 días son comparados con los requerimientos de las especificaciones para control de trabajo y para determinar cuándo los pavimentos pueden ser abiertos al tráfico. Los resultados del ensayo a los 28 días han sido comúnmente usados para el diseño de espesores de pavimentos de carreteras y calles, y son los recomendados para usar con este procedimiento; los resultados a los 90 días son usados para el diseño de pistas de aterrizaje. Estos valores son usados debido a que hay muy pocas repeticiones de esfuerzo durante los primeros 28 a 90 días de la vida del pavimento en comparación con los millones de repeticiones de esfuerzo que ocurrirán más tarde. El hormigón continúa adquiriendo mayor resistencia con la edad tal como muestra la 4


Fig. 1. La resistencia ganada es mostrado por la curva llena, que representa los valores MR promedio para varias series de ensayos de laboratorio, de vigas de prueba

curadas en el campo y secciones de hormigón tomadas de pavimentos en servicio.

Fig. 1. Relación entre la resist encia la flexió n y la edad de diseño

En este procedimiento de diseño, los efectos de las variaciones de la resistencia del hormigón de un punto a otro del pavimento y las ganancias de resistencia del hormigón con la edad son incorporados en las cartas y tablas de diseño. El diseñador no aplicará directamente estos efectos sinó simplemente ingresará el valor de resistencia promedio a los 28 días.

Soporte de la Subrasante y Subbase El soporte que proporciona la subrasante y la subbase, donde es usada; es el segundo

factor en el diseño de espesores. El soporte de la subrasante y subbase es definido en términos del módulo de reacción de la subrasante (k) de Westergaard. Es igual a la carga en libras por pulgada cuadrada sobre un área de carga (una placa de 30-pulg. de diámetro), dividido por la deflexión en pulgadas para esa carga. Los valores de k son expresados como libras por pulgada cuadrada, por pulgada (psi/pulg), es decir como libras por pulgada cúbica (pci). Los equipos y procedimientos para determinar los valores de k son proporcionados en las Referencias 31 y 32.

Tabla 1. Efecto de la Subbase no Tratada sobre los valores k Valor k de la Subrasante pci

Valor k de la Subbase, pci 4 pulg.

6 pulg.

9 pulg.

12 pulg.

50

65

75

85

110

100 200

130 220

140 230

160 270

190 320

300

320

330

370

430

Capítulo 2 – Factores de Diseño

5


Tabla 2. Valores k de Diseño para Subbases Tratadas con Cemento Valor k de la Subrasante

Valor k de la Subbase, pci

pci 50

4 pulg. 170

6 pulg. 230

9 pulg. 310

10 pulg. 390

100

280

400

520

640

200

470

640

830

-

Puesto que la prueba de carga sobre placa, requiere tiempo y es costosa, el valor de k es estimado generalmente por correlación con otros ensayos simples, tal como la Razón de Soporte de California (California Bering Ratio-CBR) o las pruebas de valores-R. El resultado es válido porque no se requiere la determinación exacta del valor k; las variaciones normales para un valor estimado no afectarán apreciablemente los requerimientos de espesores del pavimento. Las relaciones de la Fig. 2 son satisfactorias para propósitos de diseño. La Carretera Experimental AASHO demuestra convincentemente que la reducción del soporte de la subrasante durante períodos de deshielo afecta poco o nada al espesor requerido del pavimento de hormigón. Esto es cierto porque los períodos breves en los que el valor de k es disminuido durante los deshielos de primavera, son compensados por los períodos largos donde la subrasante está helada y los valores de k son más altos que los asumidos para el diseño. Para evitar los largos y tediosos métodos necesarios para tener en cuenta los cambios estacionales del valor de k, se utiliza, como valor medio razonable el normal de verano - u otoño -.


No es económico usar subbases no tratadas con el sólo propósito de incrementar los valores de k. Donde sea usada una subbase, se producirá un incremento del valor k que puede ser usado en el diseño del espesor. Si la subbase es un material granular no tratado, el incremento aproximado del valor k puede ser tomado de la Tabla 1. Los valores mostrados en la Tabla 1 están basados en los análisis de Burmister para sistemas de dos capas mediante pruebas de carga sobre placas en losas a escala natural, realizados para determinar los valores k en subrasantes y subbases. Las subbases tratadas con cemento son ampliamente usadas en pavimentos de hormigón sujetos a tráfico pesado. Ellas son construidas de materiales granulares A-1, A-2-4, A-2-5 y A-3 de la Clasificación de Suelos AASHTO. El contenido de cemento de la subbase tratada con cemento está basado en las pruebas estándar de laboratorio ASTM de hielo-deshielo y humedecimiento- secado y en los criterios de pérdida de peso de la PCA.

6


Fig. 2 Relaciones aproximadas entre las clasificaciones de suelos y los valores de soporte.


7


Otros procedimientos que den una calidad equivalente de material pueden ser usados. Los valores k de diseño para subbases tratadas con cemento y que reúnen los criterios antes señalados están dados en la Tabla 2. En años recientes, se han incrementado el uso de subbases de hormigón pobre. El diseño de espesores de pavimentos de hormigón con estas subbases muy rígidas, representan un caso especial, que es cubierto en el Apéndice B.

Periodo de Diseño El término periodo de diseño es usado en este texto en vez de vida del pavimento, porque éste útimo no está sujeto a una definición precisa. Algunos ingenieros y agencias de carreteras consideran que la vida de un pavimento de hormigón finaliza cuando se coloca la primera sobrecapa. La vida de los pavimentos de hormigón pueden variar desde menos de 20 años en algunos proyectos con tráfico mayor de lo originalmente estimado o que han tenido defectos de diseño, materiales o construcción defectuosa; a más de 40 años en otros proyectos donde no existan defectos. El término periodo de diseño es considerado algunas veces como sinónimo del término periodo de análisis de tráfico. Debido a que el tráfico puede no ser predicho con mucha precisión para un periodo largo, comúnmente se utiliza un período de diseño de 20 años en procedimientos de diseño de pavimentos. Sin embargo, existen a menudo casos donde el uso de períodos de diseño más cortos o más largos, pueden ser económicamente justificados, tal como en una carretera de transporte especial que será usada sólo por pocos años, o una construcción muy cara donde se desea un alto nivel de servicio por un periodo largo, con escaso o sin mantenimiento. Algunos ingenieros creen que el periodo de diseño para carreteras rurales y urbanas puede estar en un rango de 30 a 35 años. El periodo de diseño seleccionado afecta al espesor de diseño, ya que determina Capítulo 2 – Factores de Diseño

cuántos años, y por lo tanto a cuántos camiones, debe servir el pavimento. La selección de un periodo de diseño para un proyecto específico está basado en criterios ingenieriles y en el análisis económico de los costos del pavimento y los servicios obtenidos en todo el periodo.

Tráfico La cantidad y los pesos de las cargas axiales pesadas esperadas durante la vida de diseño son los factores principales en el diseño de espesores de pavimentos de hormigón. Estos se derivan de las estimaciones de: -

-

-

Tráfico promedio diario en ambas direcciones, de todos los vehículos (average daily traffic-ADT) Tráfico promedio diario de camiones en ambas direcciones (average daily truck traffic-ADTT) Cargas axiales de camiones

Información sobre el ADT es obtenida de conteos especiales del tráfico o de mapas del volumen de tráfico del estado, del condado, o de ciudades. Este ADT es denominado como el ADT presente o corriente. y, el ADT de diseño es estimado por los métodos comúnmente usados discutidos aquí. Sin embargo, cualquier otro método que dé una estimación razonable del tráfico esperado durante la vida de diseño puede ser utilizado.

Proyección Un método para obtener el dato del volumen de tráfico (ADT de diseño), requiere el uso de las tasas anuales del crecimiento de tráfico y factores de proyección del tráfico. La Tabla 3 muestra las relaciones entre las tasas anuales de crecimiento y los factores de proyección para períodos de diseño de 20 y 40 años. En un problema de diseño, el factor de proyección es multiplicado por el ADT presente para obtener el ADT de diseño que representa el valor promedio para el período de diseño. En algunos procedimientos, éste es llamado el

8


promedio anual del tráfico diario (average annual daily traffic - AADT). Los siguientes factores influyen en las tasas anuales de crecimiento y en las proyecciones del tráfico: 1. Tráfico atraído o desviado - es el incremento sobre el tráfico existente, debido al mejoramiento de un camino existente. 2. Crecimiento normal del tráfico - es el incremento debido al aumento del número y uso de vehículos motorizados. 3. Tráfico generado - es el incremento debido a la llegada de los vehículos motorizados, que no se hubiera realizado si no se hubieran construido los nuevos servicios. 4. Desarrollo del tráfico - es el incremento debido al cambio de uso del suelo por la construcción de los nuevos servicios. La combinación de efectos origina tasas anuales de crecimiento entre el 2% y 6%. Aproximadamente. Estas tasas corresponden a factores de proyección de tráfico en 20 años son de 1.2 a 1.8 tal como muestra la Tabla 3.

departamentos estatales de carreteras, son fuentes muy útiles del conocimiento acerca del crecimiento de tráfico y de los factores de proyección. Donde exista algún cuestionamiento acerca de la tasa de crecimiento, valores algo altos deben usarse con prudencia. Esto es lógico en rutas que unen ciudades y en proyectos urbanos donde una tasa alta de crecimiento urbano puede causar una tasa mayor que la esperada para el crecimiento del tráfico; a pesar de que el crecimiento del volumen de camiones puede ser menor que para los carros de pasajeros. Las tasas altas de crecimiento no son aplicables en carreteras rurales de doble vía y en calles residenciales donde la función principal es el uso de la tierra o sirven de límite de propiedad. Sus tasas de crecimiento pueden estar debajo del 2% por año (factores de proyección de 1.1 a 1.3). Algunos ingenieros sugieren que el uso de una tasa de crecimiento de interés simple puede ser apropiado, en vez de las tasas de interés compuesto, las que cuando son usadas con un período de diseño largo, pueden arrojar un tráfico futuro pesado no real.

Las secciones de planeamiento de los


9


Tabla 3. Tasas Anuales de Crecimiento de Tráfico y factores de Proyección Correspondientes Tasa anual de crecimiento de tráfico 1 1½ 2 2½ 3 3½ 4 4½ 5 5½ 6

Factor de Proyección, 20 años 1.1 1.2 1.2 1.3 1.3 1.4 1.5 1.6 1.6 1.7 1.8

Factor de Proyección, 40 años 1.2 1.3 1.5 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.7 2.9 3.2

Nota: Los factores representan a valores en los periodos medios de diseño que son muy usados en la práctica. Otros métodos de calcular esos factores, estan basados en el valor promedio anual. Las diferencias (en el interés compuesto) entre esos dos métodos afectan poco el diseño.

Capacidad El otro método de estimar el ADT de diseño, está basado en la capacidad - el número máximo de vehículos que puede usar el pavimento sin demora irracional. Este método de estimación del volumen de tráfico es descrito en el Apéndice D y debería ser verificado para proyectos específicos donde el volumen de tráfico proyectado es alto; pueden ser necesarios más carriles de tráfico si se desea un flujo de tráfico razonable.

ADTT (Average Daily Truck Traffic Tráfico Diario Promedio de Camiones) El tráfico diario promedio de camiones en ambas direcciones (ADTT) es necesario en el procedimiento de diseño. Puede ser expresado como un porcentaje del ADT ó como un valor actual. Los valores de ADTT incluyen solamente camiones con seis ruedas o más, y no incluye camiones panel


ni pickup ni otros vehículos de cuatro ruedas. Los datos de los mapas de volumen de tráfico estatales, de los condados, o de las ciudades pueden incluir, en adición al ADT, el porcentaje de camiones con el que puede ser calculado el ADTT. Para el diseño de proyectos mayores y en los Sistemas Interestatales Primarios, la sección de planeamiento e investigación de los departamentos estatales de transportes, generalmente llevan a cabo estudios específicos de tráfico. Estos datos son luego usados para determinar las relaciones porcentuales entre el ADTT y el ADT. Los porcentajes de ADTT y otros datos esenciales de tráfico, pueden también ser obtenidos de investigaciones conducidas por el departamento de carreteras en localizaciones específicas del sistema vial. 10


Estas localizaciones llamadas estaciones de medición de cargas, son seleccionadas cuidadosamente para proporcionar información confiable de la composición del tráfico, pesos de camiones y cargas axiales. Los resultados de las investigaciones son compilados en un juego de tablas donde puede ser determinado el porcentaje de ADTT para las clases de carreteras con que cuenta un estado. Estos trabajos hacen posible calcular el porcentaje ADTT para cada estación. Por ejemplo, una tabla de medida de cargas del departamento de carreteras (Tabla W-3) para los estados del Oeste Medio, produce el siguiente conteo de vehículos para una estación de medida de cargas en su Sistema Rural Interestatal: Total de vehículos- ADT 9492 Camiones: Total de unidades simples y combinaciones: 1645 Panels y pickups 353 Otras unidades simples 76

de Características de Camiones (National Truck Characteristic Report). La Tabla 4, que es el resultado de este estudio, muestra el porcentaje de las unidades simples de cuatro ruedas y de camiones en los principales sistemas de carreteras en los Estados Unidos. La publicación en uso, que es actualizada periódicamente, muestra que los camiones de ejes dobles y cuatro ruedas están comprendidos entre el 40% y 65% del número total de camiones, con un promedio nacional del 49%. Es probable que los valores bajos en rutas urbanas sean debido a los mayores volúmenes de vehículos de pasajeros antes que los pocos camiones. Es importante tener presente que los porcentajes ADTT de la Tabla 4, son valores promedio calculados de muchos proyectos en todas las secciones del país. Por esta razón, estos porcentajes son sólo adecuados para diseños de proyectos específicos donde los porcentajes ADTT, son también casi el promedio.

Por eso, para esta estación T = 1645 - (353 + 76) = 1216 ADTT = (1216/9492) x 100 = 13% Este porcentaje de ADTT debería ser apropiado para el diseño de un proyecto donde los factores que influencian el crecimiento y la composición del tráfico son similares a los de esta estación de medida de cargas.

Para propósitos de diseño, se necesita el número de total de camiones en el periodo de diseño. Esto se obtiene mediante el producto del ADT de diseño por el porcentaje de ADTT, multiplicado por el número de días en el período de diseño (365 x cantidad de años). Para caminos de cuatro carriles o más, el ADTT es ajustado mediante el uso de la Fig. 3 (Derivado de la referencia 35).

Otra fuente de información de los porcentajes ADTT, es el Reporte Nacional


11


Fig.3. Proporción de camiones en el carril derecho de una carretera dividi da en carriles múltipl es.

Tabla 4. Porcentajes de Unidades Simples de Cuatro Ruedas y Camiones (ADTT) en Varios Sistemas de Carreteras

Sistema Vial

Interestatal Otra Federal Primaria Federal Secundaria

Tráfico promedio diario rural Unid. Simp. Camión 2 ejes Total (ADTT) 4 ruedas

Tráfico promedio diario urbano Unid. Simp. Camión 2 ejes Total (ADTT) 4 ruedas

14

21

35

8

16

24

16

13

29

17

9

26

10

15

25

14

8

22

Distribu ción Direccional de Camiones En la mayoría de los problemas de diseño, se asume que los pesos y volúmenes de los camiones que viajan en cada dirección son casi iguales-distribución 50 y 50- y que el pavimento toma en cada dirección la mitad del ADTT total. Esto puede no ser cierto en casos especiales donde la mayoría de los camiones van totalmente Capítulo 2 – Factores de Diseño

cargados en una dirección y retornan vacíos en la otra dirección. Si tal es el caso, debe hacerse un ajuste apropiado.

Distribuc ión de Cargas por Eje Los datos de la distribución de cargas por eje del tráfico de camiones son necesarios para computar el número de ejes simples 12


y tándem de diversos pesos esperados durante el periodo de diseño. Estos datos pueden ser determinados por una de tres maneras: (1) a partir de estudios especiales de tráfico para establecer los datos de medición de cargas para el proyecto especifico; (2) por recopilación de los datos de las estaciones de medición de cargas de los departamentos estatales de carreteras (Tabla W-4) o estudios de cargas en movimiento en rutas representativas de los pesos y tipos de camiones, que se espera sean similares al proyecto bajo diseño; (3) a partir de los métodos descritos en el Capítulo 4 basados en categorías de datos representativos para diferentes tipos de pavimentos, cuando los datos de distribución de cargas por eje no estén disponibles. El uso de los datos de cargas por eje está ilustrado en la Tabla 5, en el que los datos de la Tabla W-4 han sido agrupados en incremento de 2-kip y 4-kip para cargas por eje simple y por eje tandem respectivamente. Los datos ubicados bajo la denominación ‘Ejes por 1000 camiones” están dispuestos en una forma conveniente para calcular la distribución de cargas por eje; sin embargo, debe hacerse un ajuste. La columna 2 de la Tabla 5, proporciona los valores para todos los camiones, incluyendo los valores no deseados de panels, pickups, y otros vehículos de cuatro ruedas. Para superar esta dificultad, los valores tabulados se ajustan como se describe en las notas de la tabla 5. La columna 4 de la Tabla 5 da las repeticiones de varias cargas por ejes simple y tandem, esperadas durante un período de diseño de 20 años para el ejemplo de Diseño 1 tratado en el Capítulo 3.

Factores de Seguridad de Carga En el procedimiento de diseño, las cargas por eje determinadas en la sección previa, son multiplicadas por un factor de


seguridad de carga (Load Safety FactorLSF). Recomendándose los siguientes factores: •

•

•

Para proyectos Interestatales y otros de múltiples carriles donde el flujo de tráfico será ininterrumpido y donde habrán altos volúmenes de tráfico de camiones, LSF = 1.2. Para carreteras y calles arteriales donde el volumen de tráfico de camiones será moderado, LSF = 1.1. Para carreteras, calles residenciales, y otras que soportarán pequeños volúmenes de tráfico de camiones, LSF 1.0.

Además de los factores de seguridad de carga, se introduce un cierto grado de conservadorismo en el procedimiento de diseño, para compensar las sobrecargas no previstas de camiones sobrecargados y las variaciones normales en las propiedades de los materiales y espesores de capas en las construcciones. Por encima del nivel básico de conservadorismo (LSF = 1.0), los factores de seguridad de carga de 1.1 á 1.2, proporcionan una gran tolerancia a la posibilidad de cargas de camiones pesados y volúmenes no previstos, y un alto nivel de serviciabilidad, apropiado en caminos con pavimentos de tipos mayores. En casos especiales, puede ser justificado el uso de un LSF tan alto como 1.3 durante todo el período de diseño para mantener un nivel de serviciabilidad del pavimento mayor que el normal. Un ejemplo es una vía libre urbana muy activa sin rutas alternativas para el desvío del tráfico. Aquí, puede ser mejor sobredimensionar el pavimento, para evitar por un período largo la necesidad de un mantenimiento significativo del pavimento que podría interrumpir el flujo del tráfico.

13


Tabla 5.

Datos de Carga por Eje (1) Carga por eje, Kips

(2) Ejes por 1000 camiones

(3) Ejes por 1000 caminoes

(4) Ejes en el periodo de diseño

Ejes Simples 28-30 26-28 24-26 22-24 20-22 18-20 16-18 14-16 12-14 10-12 48-52 44-48 40-44 36-40 32-36 28-32 24-28 20-24 16-20 12-16

0.28 0.65 1.33 2.84 4.72 10.40 13.56 18.64 25.89 81.05

0.58 1.35 2.77 5.92 9.83 21.67 28.24 38.83 53.94 168.85 Ejes Tandem 0.94 1.96 1.89 3.94 5.51 11.48 16.45 34.27 39.08 81.42 41.06 85.54 73.07 152.23 43.45 90.52 54.15 112.81 59.85 124.69

6,310 14,690 30,140 64,410 106,900 235,800 307,200 422,500 586,900 1873,000 21.320 42.870 124.900 372.900 885.800 930.700 1653.000 984.900 1227.000 1356.000

Nota: Columnas 1 y 2:

Las columnas 1 y 2 se derivan de la Tabla W-4. Esta tabla también muestra un total de 13,216 camiones, con 6,918 camiones de dos ejes cuatro ruedas (52%).

Columna 3:

Valores ajustados de la columna 2 para camiones de dos ejes y cuatro ruedas; igual a columna 2/(1-0.52).

Columna 4:

Columna 4 = Columna 3 x (camiones en el periodo de diseño)/1000. Ver el problema de ejemplo Diseño 1, en donde el total de camiones en el periodo de diseño es 10880.000 (en una dirección).


14


CAPITULO 3 PROCEDIMIENTO DE DISEÑO (DATOS DE CARGA POR EJE DISPONIBLES) Los métodos de este capítulo se usan cuando los datos detallados de distribución de cargas por eje, han sido determinados o estimados como se describe en el Capítulo 2. La Fig. 4 es una hoja de cálculo que muestra el formato para resolver los problemas de diseño. Se requiere como datos de entrada los siguientes factores discutidos en el capítulo 2. • •

•

• •

•

Tipo de junta y berma Resistencia a la flexión del hormigón a los 28 días Valor k de la subrasante o de la combinación subrasante – subbase Factor de seguridad de carga (LSF) Distribución de carga. Por eje (Columna 1) Número esperado de repeticiones de carga por eje durante el periodo de diseño (Columna 3)

En la hoja de cálculo se muestran los análisis por fatiga (para controlar el agrietamiento por fatiga) y por erosión (para controlar la erosión de la fundación y bermas, el bombeo y las fallas). El análisis por fatiga controla usualmente el diseño de los pavimentos de tráfico ligero (calles residenciales y carreteras secundarias independientemente de si las juntas llevan pasajuntas o no) y de los pavimentos de tráfico mediano con juntas con pasajuntas. El análisis por erosión controla usualmente el diseño de, pavimentos de tráfico mediano -y pesado- con juntas sin pasajuntas (con trabazón de agregados) y pavimentos de tráfico pesado con juntas con pasajuntas. Para pavimentos que soportan una combinación normal de pesos por eje, las cargas por eje simple son usualmente más Capítulo 3 – Procedimiento de Diseño

severas en el análisis por fatiga, mientras que las cargas por eje tandem son más severas en el análisis por erosión. El procedimiento de diseño paso a paso es como sigue: Se establecen los datos de entrada de diseño mostrados en la parte superior de la Fig. 4 y las columnas 1 y 3. Las cargas axiales son multiplicados por el factor de seguridad de carga, para obtener la columna 2.

Análisis por fatiga Los resultados del análisis por fatiga, así como las cartas y figuras, son los mismos para pavimentos con juntas con pasajuntas y sin pasajuntas, y también para pavimentos continuamente reforzados. Para pavimentos: •

•

Sin berma de hormigón, usar la Tabla 6a y la Fig. 5 Con berma de hormigón, usar la Tabla 6b y la Fig. 5

Pasos del procedimiento: 1. Ingresar en los items 8 y 11 de la hoja de cálculo (Fig. 4) los factores del esfuerzo equivalente, obtenidos de la tabla apropiada que dependen de los espesores de prueba y del valor de k. 2. Dividir estos por el módulo de rotura del hormigón e ingresar como items 9 y 12. 3. Llenar en la Columna 4, las “Repeticiones Permisibles,” determinado de la Fig.5. 4. Calcular la Columna 5 mediante la división de la Columna 3 por la Columna 4, multiplicando por 100; totalizar luego al final.

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Análisis por Erosión Sin berma de hormigón -

-

Juntas con pasajuntas o pavimentos continuamente reforzados - Usar la Tabla 7a y la Fig. 6a. Juntas con trabazón de agregados Usar la Tabla 7b y la Fig. 6a.

Con berma de hormigón -

-

Juntas con pasajuntas o pavimentos continuamente reforzados - Usar la Tabla 8a y la Fig. 6b. Juntas con trabazón de agregados Usar la Tabla 8b y la Fig. 6b.

Pasos del procedimiento: 1. Ingresar los factores de erosión obtenidos de la tabla apropiada, como items 10 y 13 de la hoja de cálculo (Fig. 7). 2. Llenar en la Columna 6, las “Repeticiones Permisibles,” determinadas de la Fig. 6a ó Fig. 6b. 3. Calcular la Columna 7 mediante la división de la Columna 3 por la Columna 6, multiplicando por 100, luego totalizar el daño por erosión al final. En el uso de las cartas, no se requiere la interpolación precisa de las repeticiones permisibles. Si la intersección de las líneas ocurre fuera de la parte superior de la carta, las repeticiones permisibles de carga pueden ser consideradas ilimitadas.

diseños 1A al 1E a las variaciones - uso de pasajuntas o trabazón de agregados en las juntas, uso de berma de hormigón, subbases granulares y tratadas con cemento. -El Diseño 2 es para una carretera secundaria de bajo tráfico, y las variaciones están mostradas como Diseños 2A y 2B. Diseño 1 Datos del tráfico y del proyecto Interestatal de cuatro carriles Terreno plano de localización rural Periodo de diseño = 20 años ADT presente 12,900 Factor de proyección = 1.5 ADTT = 19% de ADT Cálculos del tráfico: ADT de diseño = 12,900 x 1.5 = 19,350 (9,675 en una dirección) ADTT 19,350 x 0.19 = 3,680 (1,840 en una dirección) Para un ADT de 9,675 en una dirección, la Fig. 3 muestra que la proporción de camiones en el carril derecho es 0.81. Por eso, para un período de diseño de 20 años, el número total de camiones en una dirección es: 1,840 x 0.81 x 365 x 20 = 10,880,000 camiones Los datos de carga por eje de la Tabla 5 son usados en este ejemplo de diseño y han sido ingresados en la Fig. 4 debajo de la máxima carga axial para cada grupo. Valores usados para Calcular el Espesor:

El espesor de prueba resultará en un diseño inadecuado si la fatiga total o el daño por erosión son mayores que el 100%. Se selecciona un mayor espesor de prueba para otra iteración. Se selecciona un menor espesor de prueba si el total es mucho más bajo que el 100%.

Problemas Ejemplo Se dan dos problemas de ejemplo para ilustrar los pasos del procedimiento de diseño y los efectos de diseños alternativos. El Diseño 1 es para un proyecto Interestatal rural de cuatro carriles; mostrándose como Capítulo 3 – Procedimiento de Diseño

Diseño 1A: Juntas con pasajuntas, subbase no tratada, sin berma de hormigón Subrasante de arcilla, k = 100 pci 4-pulg. de subbase no tratada k de la combinación = 130 pci (ver Tabla 1) LSF = 1.2 (ver el Titulo: Factores de Seguridad de Carga) MR del hormigón = 650 psi Diseño 1B: Juntas con pasajuntas, subbase tratada con cemento, sin berma de hormigón Lo mismo que para 1A excepto: 16


4-pulg. de subbase tratada con cemento k combinado = 280 pci (ver Tabla 2)

Lo mismo que para 1B excepto: Trabazón de agregados en las juntas

Diseño 1C: Juntas con pasajuntas, subbase no tratada, berma de hormigón Lo mismo que para 1A excepto: Berma de hormigón

Diseño 1E: Trabazón de agregados en las juntas, subbase tratada con cemento, berma de hormigón Lo mismo que para 1D excepto: Berma de hormigón

Diseño 1D Trabazón de agregados en las juntas, subbase tratada con cemento, sin berma de hormigón

Capítulo 3 – Procedimiento de Diseño

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Cálculo del Espesor de Pavimento Espesor de prueba 2,5 pulg. k de subbase - subrasante 130 pci Módulo de rotura, MR 650 pci Factor de Seguridad de Carga 1.2

Carga por Multip. por eje LSF 1.2 1

2

Repetic. Esperadas 3

Junta con dowels Berma de concreto Perido de diseño

Análisis por fatiga Repetic. % de fatiga Permisibles 4 5

8. Esfuezo equivalente …206…. 9. Factor de relación esfuerzo …0.317….

SI SI 20

NO NO años

Análisis por erosión Repetic. % de daño Permisibles 6 7

10. Factor de erosión …2.59….

Ejes Simple 30 28 26 24 22 20 18 16 14 12

36.0 33.6 31.2 28.8 26.4 24.0 21.6 19.20 16.80 14.40

6,310 14,690 30,140 64,410 106,900 235,800 307,200 422,500 586,900 1'837,000

27,000 77,000 230,000 1'200,000 ilimitado ilimitado ilimitado

23.3 19.1 13.1 5.4 0 0 0

11. Esfuezo equivalente ….192… 12. Factor de relación de esfuerzo …0.295

1'500,000 2'200,000 3'500,000 5'900,000 11'000,000 23'000,000 64'000,000 ilimitado ilimitado ilimitado

0.4 0.7 0.9 1.1 1.0 1.0 0.5 0 0 0

13. Factor de erosión …2.79…

Ejes Tandem 52 48 44 40 36 32 28 24 20 16 Fig. 4

62.4 57.6 52.8 48.0 43.2 38.4 33.6 28.8 24.0 19.2

21,320 42,870 124,900 372,900 885,800 930,700 1'656,000 984,900 1'227,000 1'356,000

Diseño 1A


1'100,000 ilimitado ilimitado ilimitado

Total:

1.9 0 0 0

920,000 1'500,000 2'500,000 4'600,000 9'500,000 24'000,000 92'000,000 ilimitado ilimitado

2.3 2.9 5.0 8.1 9.3 3.9 1.8 0 0

62.8

Total:

38.9

18


Cálculos del espesor: Se evalúa un espesor de prueba completando la hoja de cálculo mostrada en la Fig. 4 para el Diseño 1A, usando los datos de carga axial de la Tabla 5. Para el Diseño 1A, se usan la Tabla 6a y la Fig. 5 para el análisis por fatiga, y la Tabla 7a y la Fig. 6a para el análisis por erosión. Comentarios al Diseño 1 Para los diseños 1A al 1E, se usa una subbase de uno u otro tipo como una práctica recomendada, sobre suelos de subrasante de textura fina para pavimentos que soportarán un número apreciable de camiones pesados. En el Diseño 1A: (1)Los totales de fatiga y daño por erosión usados, de 63% y 39% respectivamente, muestran que el espesor de 9.5 pulg. es adecuado para las condiciones del diseño. (2)Este diseño tiene un 37% de capacidad de reserva disponible para cargas axiales pesadas adicionales a aquellas estimadas con propósitos de


diseño. (3)Los comentarios 1 y 2 aumentan la interrogante de sí el espesor de 9 pulg. puede ser adecuado para el Diseño 1A. Cálculos aparte indican que 9 pulg. no son adecuadas debido al consumo excesivo de fatiga (245%). (4) El Diseño 1A es controlado por el análisis por fatiga. Se muestra la hoja de cálculo de diseño de la Fig. 7 para el Diseño 1D, para ilustrar el efecto combinado de usar juntas con trabazón de agregados y subbase tratada con cemento. En este Diseño: (1)Los totales de fatiga y daño por erosión usados de 1% y 97% respectivamente, muestran que el espesor de 10-pulg. es adecuado. (2)Cálculos aparte muestran que 9.5-pulg. no es adecuado debido al excesivo daño por erosión (142%); y (3) El Diseño 1D está controlado por el análisis por erosión. Las hojas de cálculo para las otras variaciones del Diseño 1 no son mostradas aquí, pero los resultados son comparados como sigue:

19


Tabla 6a, Esfuerzo Equivalente - sin Berma de Concreto (Eje Simple/Eje Tandem)

Espesor de losa (pulg.) 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.5 9 9.5 10 10.5 11 11.5 12 12.5 13 13.5 14

k de la subrasante - subbase, pci 50

100

825/679 699/586 602/516 526/461 465/416 417/380 375/349 340/323 311/300 285/281 264/264 245/248 228/235 213/222 200/211 188/201 177/192 168/183 159/176 152/168 144/162

726/585 616/500 531/436 464/387 411/348 367/317 331/290 300/268 274/249 252/232 232/218 215/205 200/193 187/183 175/174 165/165 155/158 147/151 139/144 132/138 125/133

150 671/542 571/460 493/399 431/353 382/316 341/286 307/262 279/241 255/223 234/208 216/195 200/183 186/173 174/164 163/155 153/148 144/141 136/135 129/129 122/123 116/118

200 634/516 540/435 467/376 409/331 362/296 324/267 292/244 265/224 242/208 222/193 205/181 190/170 177/160 165/151 154/143 145/136 137/130 129/124 122/119 116/114 110/109

300 584/486 498/406 432/349 379/305 336/271 300/244 271/222 246/203 225/188 206/174 190/163 176/153 164/144 153/136 144/129 135/122 127/116 120/111 113/106 107/102 102/98

500 523/457 448/378 390/321 343/278 304/246 273/220 246/199 224/181 205/167 188/154 174/144 161/134 150/126 140/119 131/113 123/107 116/102 109/97 103/93 98/89 93/85

700 484/443 417/363 363/307 320/264 285/232 256/207 231/186 210/169 192/155 177/143 163/133 151/124 141/117 132/110 123/104 116/98 109/93 103/89 97/85 92/81 88/78

Tabla 6b. Esfuerzo Equivalente - con Berma de Concreto (Eje Simple/Eje Tandem)

Espesor de losa (pulg.) 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.5 9 9,5 10 10.5 11 11.5 12 12.5 13 13.5 14

k de la subrasante - subbase, pci 50 640/534 547/461 475/404 418/360 372/325 334/295 302/270 275/250 252/232 232/216 215/202 200/190 186/179 174/170 164/161 154/153 145/146 137/139 130/133 124/127 118/122

100 559/468 479/400 417/349 368/309 327/277 294/251 266/230 243/211 222/196 205/182 190/171 176/160 164/151 154/143 144/135 136/128 128/122 121/117 115/112 109/107 104/103


150 517/439 444/372 387/323 342/285 304/255 274/230 248/210 226/193 207/179 191/166 177/155 164/146 153/137 144/130 135/123 127/117 120/111 113/106 107/101 102/97 97/83

200 489/422 421/356 367/308 324/271 289/241 260/218 236/198 215/182 197/168 182/156 169/146 157/137 146/129 137/121 129/115 121/109 114/104 108/99 102/95 97/91 93/87

300 452/403 390/338 341/290 302/254 270/225 243/203 220/184 201/168 185/155 170/144 158/134 147/126 137/118 128/111 120/105 113/100 107/95 101/91 96/86 91/83 87/79

500 409/388 355/322 311/274 276/238 247/210 223/188 203/170 185/155 170/142 157/131 146/122 136/114 127/107 119/101 112/95 105/90 99/86 94/82 89/78 85/74 81/71

700 383/384 333/316 294/267 261/231 234/203 212/180 192/162 176/148 162/135 150/125 139/116 129/108 121/101 113/95 106/90 100/85 95/81 90/77 85/73 81/70 77/67 20


Fig. 5 Análisis por fatiga número permisible de repeticiones de carga basado en el factor de relación de esfuerzo (con y sin berma de hormig ón) Capítulo 3 – Procedimiento de Diseño

21


Tabla 7a. Factor de Erosión - Juntas con Dowels, sin Berma de Concreto (Eje Simple/Eje Tandem)


k de la subrasante - subbase, pci 50 3.74/3.83 3.59/3.70 3.45/3.58 3.33/3.47 3.22/3.38 3.11/3.29 3.02/3.21 2.93/3.14 2.85/3.07 2.77/3.01 2.70/2.96 2.63/2.90 2.56/2.85 2.50/2.81 2.44/2.76 2.38/2.72 2.33/2.68 2.28/2.64 2.23/2.61 2.18/2.57 2.13/2.54

100

200

3.73/3.79 3.57/3.65 3.43/3.52 3.31/3.41 3.19/3.31 3.09/3.22 2.99/3.14 2.91/3.06 2.82/2.99 2.74/2.93 2.67/2.87 2.60/2.81 2.54/2.76 2.47/2.71 2.42/2.67 2.36/2.62 2.30/2.58 2.25/2.54 2.20/2.50 2.15/2.47 2.11/2.43

3.72/3.75 3.56/3.61 3.42/3.48 3.29/3.36 3.18/3.26 3.07/3.16 2.97/3.08 2.88/3.00 2.80/2.93 2.72/2.86 2.65/2.80 2.58/2.74 2.51/2.68 2.45/2.63 2.39/2.58 2.33/2.54 2.28/2.49 2.23/2.45 2.18/2.41 2.13/2.37 2.08/2.34

300 3.71/3.73 3.55/3.58 3.41/3.45 3.28/3.33 3.17/3.23 3.06/3.13 2.96/3.05 2.87/2.97 2.79/2.89 2.71/2.82 2.63/2.76 2.56/2.70 2.50/2.64 2.44/2.59 2.38/2.54 2.32/2.49 2.26/2.44 2.21/2.40 2.16/2.36 2.11/2.32 2.07/2.29

500 3.70/3.70 3.54/3.55 3.40/3.42 3.27/3.30 3.15/3.20 3.05/3.10 2.95/3.01 2.86/2.93 2.77/2.85 2.69/2.78 2.62/2.71 2.55/2.65 2.48/2.59 2.42/2.54 2.36/2.49 2.30/2.44 2.25/2.39 2.19/2.35 2.14/2.30 2.09/2.26 2.05/2.23

700 3.68/3.67 3.52/3.53 3.38/3.40 3.26/3.28 3.14/3.17 3.03/3.07 2.94/2.98 2.84/2.90 2.76/2.82 2.68/2.75 2.61/2.68 2.54/2.62 2.47/2.56 2.41/2.51 2.35/2.45 2.29/2.40 2.23/2.36 2.18/2.31 2.13/2.27 2.08/2.23 2.03/2.19

Tabla 7b. Factor de Erosión - Juntas con Trabazón de Agregado, sin Berma de C oncreto (Eje Simple/Eje Tandem)



100 3.91/3.95 3.76/3.82 3.63/3.72 3.51/3.62 3.40/3.53 3.30/3.46 3.21/3.39 3.13/3.32 3.05/3.26 2.98/3.21 2.91/3.16 2.85/3.11 2.79/3.06 2.74/3.02 2.69/2.98 2.64/2.94 2.60/2.90 2.55/2.87 2.51/2.83 2.47/2.80 2.44/2.77


200 3.88/3.89 3.73/3.75 3.60/3.64 3.48/3.53 3.37/3.44 3.26/3.36 3.17/3.29 3.09/3.22 3.01/3.16 2.93/3.10 2.86/3.05 2.80/3.00 2.74/2.95 2.68/2.91 2.63/2.86 2.58/2.82 2.53/2.78 2.48/2.75 2.44/2.71 2.40/2.68 2.36/2.65

300 3.86/3.86 3.71/3.72 3.58/3.60 3.46/3.49 3.35/3.40 3.25/3.31 3.15/3.24 3.07/3.17 2.99/3.10 2.91/3.04 2.84/2.99 2.77/2.94 2.71/2.89 2.65/2.84 2.60/2.80 2.55/2.76 2.50/2.72 2.45/2.68 2.40/2.65 2.36/2.61 2.32/2.58

500 3.82/3.83 3.68/3.68 3.55/3.55 3.43/3.44 3.32/3.34 3.22/3.25 3.13/3.17 3.04/3.10 2.96/3.03 2.88/2.97 2.81/2.92 2.75/2.86 2.68/2.81 2.62/2.76 2.57/2.72 2.51/2.68 2.46/2.64 2.41/2.60 2.36/2.56 2.32/2.53 2.28/2.50

700 3.77/3.80 3.64/3.65 3.52/3.52 3.41/3.40 3.30/3.30 3.20/3.21 3.11/3.13 3.02/3.06 2.94/2.99 2.87/2.93 2.79/2.87 2.73/2.81 2.66/276 2.60/2.72 2.54/2.67 2.49/2.63 2.44/2.59 2.39/2.55 2.34/2.51 2.30/2.48 2.25/2.44

22


Fig. 6a. Análisis po r erosión - núm ero permisible de repeticiones de carga basado en el factor d e erosión (sin berma de hormigón)


23


Cálculo del Espesor de Pavimento Espesor de prueba 10.0 pulg. k de subbase - subrasante 280 pci Módulo de rotura, MR 650 pci Factor de Seguridad de Carga 1.2


2




SI SI 20

NO NO años


8. Esfuezo equivalente …167…. 9. Factor de relación esfuerzo …0.257…. 10. Factor de erosión … 2.72 ….

Ejes Simple 30 28 26 24 22 20 18 16 14 12

36.0 33.6 31.2 28.8 26.4 24.0 21.6 19.20 16.8 14.4

6,310 14,690 30,140 64,410 106,900 235,800 307,200 422,500 586,900 1'837,000

1'100,000 ilimitado ilimitado ilimitado

0.6 0 0 0

630,000 920,000 1'500,000 2'300,000 4'000,000 7'500,00 17'000,000 50'000,000 ilimitado ilimitado

1.0 1.6 2.0 2.8 2.7 3.1 1.8 0.8 0 0

0 0 0

440,000 690,000 1'100,000 2'000,000 3'900,000 8'600,000 24'000,000 ilimitado ilimitado ilimitado

4.8 6.2 11.3 18.6 22.7 10.8 6.9 0 0 0

Total:

97.1

11. Esfuezo equivalente ….147 … 12. Factor de relación de esfuerzo …0.226 13. Factor de erosión …2.90 …

Ejes Tandem 52 48 44 40 36 32 28 24 20 16 Fig. 7

62.4 57.6 52.8 48.0 43.2 38.4 33.6 28.8 24.0 19.2

21,320 42,870 124,900 372,900 885,800 930,700 1'656,000 984,900 1'227,000 1'356,000

Diseño 1D


ilimitado ilimitado ilimitado

Total:

0.6

24


Tabla 8a. Factor de Erosión - Juntas con Dowels, con Berma de Concreto (Eje Simple/Eje Tandem)



100

200

3.24/3.20 3.09/3.08 2.97/2.98 2.85/2.89 2.75/2.82 2.65/2.75 2.56/2.68 2.48/2.62 2.41/256 2.34/2.51 2.27/2.46 2.21/2.41 2.15/2.36 2.09/2.32 2.04/2.28 1.99/2.24 1.94/2.20 1.89/2.16 1.85/2.13 1.81/2.09 1.76/2.06

3.21/3.13 3.06/3.00 2.93/2.89 2.81/2.79 2.70/2.71 2.61/2.63 2.52/2.56 2.44/2.50 2.36/2.44 2.29/2.39 2.22/2.34 2.16/2.29 2.10/2.25 2.04/2.20 1.99/2.16 1.93/2.12 1.88/2.09 1.84/2.05 1.79/2.01 1.75/1.98 1.71/1.95

300 3.19/3.10 3.04/2.96 2.90/2.84 2.79/2.74 2.68/2.65 2.58/2.57 2.49/2.50 2.41/2.44 2.33/2.38 2.26/2.32 2.19/2.27 2.13/2.22 2.07/2.18 2.01/2.14 1.95/2.09 1.90/2.05 1.85/2.02 1.81/1.98 1.76/1.95 1.72/1.91 1.67/1.88

500 3.15/3.09 3.01/2.93 2.87/2.79 2.76/2.68 2.65/2.58 2.55/2.50 2.46/2.42 2.38/2.36 2.30/2.30 2.22/2.24 2.16/2.19 2.09/2.14 2.03/2.09 1.97/2.05 1.92/2.01 1.87/1.97 1.82/1.93 1.77/1.89 1.72/1.86 1.68/1.83 1.64/1.80

700 3.12/3.08 2.98/2.91 2.85/2.77 2.73/2.65 2.62/2.54 2.52/2.45 2.43/2.38 2.35/2.31 2.27/2.24 2.20/2.18 2.13/2.13 2.07/2.08 2.01/2.03 1.95/1.99 1.89/1.95 1.84/1.91 1.79/1.87 1.74/1.84 1.70/1.80 1.65/1.77 1.61/1.74

Tabla 8b. Factor de Erosión - Juntas con Trabazón de Agregado, con Berma de C oncreto (Eje Simple/Eje Tandem)



100 3.42/3.39 3.28/3.28 3.16/3.18 3.05/3.10 2.95/3.02 2.86/2.96 2.77/2.90 2.70/2.84 2.63/2.79 2.56/2.74 2.50/2.70 2.44/2.65 2.39/2.61 2.33/2.58 2.28/2.54 2.24/2.51 2.19/2.48 2.15/2.45 2.11/2.42 2.08/2.39 2.04/2.36


200 3.38/3.32 3.24/3.19 3.12/3.09 3.01/3.00 2.90/2.92 2.81/2.85 2.73/2.78 2.65/2.72 2.57/2.67 2.51/2.62 2.44/2.57 2.38/2.53 2.33/2.49 2.27/2.45 2.22/2.41 2.17/2.38 2.13/2.34 2.09/2.31 2.04/2.28 2.00/2.25 1.97/2.23

300 3.36/3.29 3.22/3.16 3.10/3.05 2.99/2.95 2.88/2.87 2.79/2.79 2.70/2.72 2.62/2.66 2.55/2.61 2.48/2.55 2.42/2.51 2.36/2.46 2.30/2.42 2.24/2.38 2.19/2.34 2.14/2.31 2.10/2.27 2.05/2.24 2.01/2.21 1.97/2.18 1.93/2.15

500 3.32/3.26 3.19/3.12 3.07/3.00 2.96/2.90 2.86/2.81 2.76/2.73 2.68/2.66 2.60/2.59 2.52/2.53 2.45/2.48 2.39/2.43 2.33/2.38 2.27/2.34 2.21/2.30 2.16/2.26 2.11/2.22 2.06/2.19 2.02/2.15 1.98/2.12 1.93/2.09 1.89/2.06

700 3.28/3.24 3.15/3.09 3.04/2.97 2.93/2.86 2.83/2.77 2.74/2.68 2.65/2.61 2.57/2.54 2.50/2.48 2.43/2.43 2.36/2.38 2.30/2.33 2.24/2.28 2.19/2.24 2.14/2.20 2.09/2.16 2.04/2.13 1.99/2.10 1.95/2.06 1.91/2.03 1.87/2.00

25


Fig. 6b. Análisis por erosión - nu mero permisible de repeticiones de carga basado en el factor d e erosión (con berma de hormigón)


26


Diseño

Subbase

1A 1B 1C

4" granular 4" tratada con cemento 4" granular

1D

4" tratada con cemento

1E

4" tratada con cemento

Juntas

Berna de Concreto

Espesor requerido (pulg.)

no no si

9,5 8,5 8,5

no

10

si

8,5

con dowels con dowels con dowels Trabazón de agregados Trabazón de agregados

Para las condiciones del Diseño 1, el uso de una subbase tratada con cemento reduce el espesor necesario en 1-pulg. (Diseños 1A vs. 1B); y la berma de hormigón reduce el espesor necesario en 1.0 a 1.5-pulg. (Diseños 1A vs. con 1C, y 10 vs. 1E). El uso de trabazón de agregados en las juntas en vez de pasajuntas incrementa el espesor requerido en 1.5-pulg. (Diseño 1B vs. con 1D). Estos efectos pueden variar para diferentes problemas de diseño, dependiendo de las condiciones específicas.

Diseño 2 Datos del Tráfico y del Proyecto: Carretera secundaria de 2 carriles Periodo de diseño = 40 años ADT presente = 600 Factor de proyección = 1.2 ADTT = 2.5% del ADT Cálculos del Tráfico ADT de diseño = 600 x 1.2 = 720 ADTT = 720 x 0.025 = 18 Tráfico de camiones para cada ruta = 18/2 = 9 Para un periodo de diseño de 40 años: 9 x 365 x 40 = 131,400 camiones Los datos de carga por eje son mostrados en la Tabla 15, Categoría 1, y el número esperado de repeticiones de la carga por eje son mostrados en la fig. 8. Valores usados para el Cálculo del Espesor: Diseño 2A: Juntas con trabazón de agregados, sin subbase, sin berma de hormigón Subrasante de arcilla, k = 100 pci LSF = 1.0 MR del hormigón = 650 psi Diseño 2B: Juntas con pasajuntas, sin subbase, sin berma de hormigón Lo mismo que para 2A excepto: Juntas con pasajuntas


27


Cálculos del espesor: Se evalúa un espesor razonable de 6-pulg. para el Diseño 2A completando la hoja de cálculo mostrada en la Fig. 8, de acuerdo al procedimiento de diseño descrito al inicio de este capítulo. La Tabla 6a y la Fig. 5 son usadas para el análisis por fatiga y la Tabla 7b y la Fig. 6a son usadas para el análisis por erosión. No se muestra aquí la hoja de cálculo para el Diseño 2B, pero el diseño fue desarrollado por comparación con el Diseño 2A. Comentarios del Diseño 2 Para el Diseño 2A: (1) Los totales de fatiga utilizada y de daño por erosión de 89% y 8%, respectivamente, muestran que el espesor de 6-pulg. es adecuado. (2) Cálculos aparte muestran que un pavimento de 5.5-pulg. podría no ser adecuado, debido al excesivo consumo de fatiga. (3) El diseño de espesores es controlado por el análisis de fatiga - el cual es usualmente el caso para caminos con tráfico ligero de camiones. Los cálculos para el Diseño 2B, los cuales son los mismos que para el Diseño 2A excepto que la juntas tienen pasajuntas, muestra valores de fatiga y erosión de 89% y 2%, respectivamente. Comentarios: (1) El requerimiento de espesor de 6-pulg. es el mismo que para el Diseño 2A. (2) Los valores del análisis por fatiga. Son exactamente los mismos que para el Diseño 2A, (3) A causa de los pasajuntas, el daño por erosión es reducido del 8% al 2%; sin embargo, esto es intrascendente ya que el análisis por fatiga controla el diseño. Para la situación del Diseño 2, se muestra que no son requeridas las juntas con pasajuntas. Esto se confirma con la experiencia del comportamiento de pavimentos con tráfico ligero de camiones como sucede en calles residenciales y carreteras secundarias y también por estudios que muestran los efectos del número de camiones en pavimentos con juntas con trabazón de agregados.


28


Cálculo del Espesor de Pavimento Espesor de prueba 6.0 pulg. k de subbase - subrasante 100 pci Módulo de rotura, MR 650 pci Factor de Seguridad de Carga 1.0


2




8. Esfuezo equivalente 411 9. Factor de relación esfuerzo 0.632

SI SI 40

NO NO años


10. Factor de erosión 3.40

Ejes Simple 22 20 18 16 14 12 10 8 6

22 20 18 16 14 12 10 8 6

130 550 2,080 5,000 7,370 16,290 26,930 63,500 96,180

340 2,000 13,000 80,000 800,000 ilimitado ilimitado ilimitado

38.2 27.5 16.0 6.2 0.9 0 0 0

11. Esfuezo equivalente 348 12. Factor de relación de esfuerzo 0.535

120,000 210,000 380,000 740,000 1'600,000 4'200,000 15'000,000 ilimitado ilimitado

0.1 0.3 0.5 0.7 0.5 0.4 0.2 0 0

13. Factor de erosión 3.53

Ejes Tandem 36 32 28 24 20 16 12 8

Fig. 8

36 32 28 24 20 16 12 8

550 9,140 9,000 5,150 7,500 9,860 18,300 11,250

Diseño 2A


190,000 2'500,000 ilimitado ilimitado ilimitado

Total:

0.3 0.3 0 0 0

160,000 310,000 660,000 1'700,000 5'400,000 26'000,000 ilimitado ilimitado

0.3 2.9 1.4 0.3 0.1 0 0 0

89.4

Total:

7.7

29


CAPITULO 4 PROCEDIMIENTO DE DISEÑO SIMPLIFICADO (DATOS DE CARGA POR EJE, NO DISPONIBLES) Los pasos de diseño descritos en el Capítulo 3, incluyen cálculos separados del consumo de fatiga y del daño por erosión, para cada uno de los diferentes incrementos de cargas por eje simple y tandem. Esto supone que el detalle de los datos de carga por eje tienen que haber sido obtenidos de estaciones representativas de pesado de camiones, estudios de pesos en movimiento, u otras fuentes. Este capítulo es para ser usado cuando los datos específicos de carga por eje no estén disponibles. Las tablas de diseño simplificado han sido generadas en base a distribuciones compuestas de cargas por eje, que representan diferentes categorías de carreteras y calles. Una amplia variedad de tipos de pavimentos construidos es cubierto por las cuatro categorías mostradas en la Tabla 9. El diseñador no usa directamente los datos de cargas por eje debido a que los diseños han sido pre-resueltos por los métodos descritos en el Capítulo 3. Por conveniencia de uso de diseño, los resultados son presentados en las Tablas 11, 12, 13, y 14, que corresponden a las cuatro categorías de tráfico. Factores de seguridad de carga apropiados de 1.0, 1.1, 1.2, y 1.3, respectivamente, han sido incorporados en las tablas de diseño para las Categorías de Carga por Eje 1, 2, 3, y 4. Las tablas muestran los datos para un período de diseño de 20 años. (Ver la sección “Período de Diseño”, más adelante). En estas tablas, la resistencia de la subrasante-subbase está caracterizada por las palabras Baja, Mediana, Alta, y Muy Alta. La Fig. 2 muestra las relaciones entre varios valores de soporte de la subrasante. En la eventualidad de que los datos de prueba no estén disponibles, la Tabla 10, lista valores aproximados de k para diferentes tipos de suelos. Si se va ha usar una subbase - ver Capítulo 2 bajo el tópico “Soporte de la Subrasante y Subbase” - el valor estimado de k es incrementado de acuerdo a la Tablas 1 ó 2. Los pasos de diseño son los siguientes: 1. Estimación del ADTT (tráfico diario promedio de camiones en dos direcciones, excluyendo camiones de ejes dobles y cuatro ruedas). 2. Selección de la Categoría de carga por eje 1, 2, 3 ó 4. 3. Encontrar el espesor requerido de la losa en la Tabla apropiada 11, 12, 13 ó 14. (Para el uso de estas tablas, ver lo tratado como “Comentarios al Procedimiento Simplificado”.)

Capítulo 4 – Procedimiento de Diseño Simplificado

30


Tabla 9. Categorias de Carga por Eje

Cat. Carga por Eje

1.

Cargas por Eje máximas, kips

Tráfico Descripción ADT Calles, residenciales. Carreteras rurales y secundarias (baja a mediana) Calles colectoras. Carreteras rurales y secundarias (alta). Calles arteriales y carreteras primarias (baja).

%

ADTT Por día

Ejes Simp.

Ejes Tand.

200-800

1-3

hasta 25

22

36

700-5000

5-18

40-1000

26

44

3.

Calles arteriales y carreteras primarias 3000-12000 (mediana). Vías 2 Carr. - expresa e 3000-50000 interestatales urbanos y 4 Carr. o más rurales (baja a mediana)

8-30

500-50000

30

52

4.

Calles arteriales, 3000-20000 carreteras primarias, 2 Carr. vías - expresa (alta). 3000-150000 Interestatales urbanos y 4 Carr. rurales (mediana a alta) o más

8-30

1500-8000

34

60

2.

Nota: Las descripciones alta, mediana o baja; se refieren al peso relativo de las cargas por eje para el tipo de calle o carretera. Así, "baja" para una interestatal rural representaría una carga mas pesada que "baja" para una carretera secundaria.

ADTT: Camiones, excluyendo los de dos ejes y cuatro ruedas


31


Tabla 10. Tipos de Suelo de Subrasante y Valores Aproximados de k

Tipo de Suelo

Soporte

Valores k, pci

Suelos de grano fino con prodominio de limos y

Bajo

75-120

Mediano

130-170

Alto

180-220

Muy alto

250-400

arcillas. Arenas y mezclas de arenagravas,

con

moderadas

cantidades de limos y arcillas Arenas y mezclas de arenagravas, relativamente libre de plásticos finos subbases

tratadas

cemento

con

Usando correctamente la Tabla 9, los valores de ADT y ADTT no se utilizan como el criterio fundamental para seleccionar la categoría de carga por eje - los datos son mostrados solamente para ilustración de los valores típicos. En lugar de ello, es más apropiado confiar en las descripciones verbales dadas o seleccionar una categoría basada en los valores esperados de las máximas cargas por eje. El valor del ADTT de diseño debería ser obtenido de un conteo de clasificación de camiones para el camino ó para otro con una composición similar de tráfico. Los valores admisibles del ADTT (dos direcciones) listados en las tablas incluyen solamente camiones de doble eje con seis ruedas y camiones simples o combinación de unidades con tres ejes ó más. Están excluidos los camiones panel y pickup y otros camiones de dos ejes y cuatro ruedas. Porque, el número permisible de camiones de todos los tipos será mayor que los valores ADTT tabulados en aproximadamente el doble para muchas carreteras y en el triple o más para calles y carreteras secundarias. Las Tablas 11 a 14 incluyen diseños para pavimentos con y sin bermas de hormigón o sardineles. Para zonas de parqueo, las vías adyacentes proveen soportes de borde similares a los de las bermas de hormigón de borde o sardinel, de tal forma que pueden ser usados los valores de la parte derecha de las Tablas 11 a 14.

Problemas Ejemplo Los dos problemas - ejemplos siguientes ilustran el uso del procedimiento simplificado de diseño.

Diseño 3 Calle arterial de dos vías ADT de diseño = 6,200 Total de camiones por día =1,440 ADTT = 630 Subrasante de arcilla Capítulo 4 – Procedimiento de Diseño Simplificado

32


Subbase no tratada de 4-pulg. Soporte de subrasante-subbase = bajo MR del hormigón = 650 psi Juntas con pasajuntas, sardinel y cuneta Puesto que se espera que las magnitudes de cargas por eje sean casi el promedio de las cargas soportadas por las calles arteriales, inusualmente no pesadas o ligeras, se selecciona la Categoría 3 de la Tabla 9. De acuerdo a ello, se usa la tabla 13a con propósitos de diseño. (La Tabla 13a es para juntas con pasajuntas, la Tabla 13b es para juntas con trabazón de agregados). Para un soporte de subrasante-subbase conservadoramente clasificado como bajo, la Tabla 13a, bajo la berma de hormigón o porción del sardinel, muestra un ADTT admisible de 1,600 para un espesor de losa de 8-pulg. y 320 para un espesor de losa de 7.5 - pulg. Esto indica que, para una resistencia del hormigón de 650 psi, el espesor de 8-pulg. Es adecuado para soportar el ADTT requerido de 630.

Diseño 4 Calle residencial de dos vías ADT= 410 Total de camiones por día = 21 ADTT = 8 Subrasante de arcilla (sin subbase), soporte de subrasante = bajo MR del hormigón 600 psi Juntas con trabazón de agregados (sin pasajuntas) Sardinel integral En este problema, la Tabla 11 que representa la Categoría 1, de cargas por eje, se selecciona para el diseño. En la tabla con la denominación de “Con Berma de Hormigón o sardinel”, se indican los siguientes ADTT permisibles: Espesor de losa, pulg.

ADTT

5.0 5.5

6 73

Por eso, se selecciona un espesor de losa de 5.5-pulg. para cumplir con el valor de 8 del ADTT de diseño.

Comentarios Sobre el Procedimiento Simpli ficado Módulo de Rotura El hormigón usado en pavimentos debe ser de alta calidad y tener adecuada durabilidad, de resistencia uniforme, y ser resistente a la flexión (módulo de ruptura). Con referencia a las Tablas 11 a 14, las partes superiores representan a hormigones preparados con agregados normales, que usualmente producen hormigones de buena calidad con resistencia flexora entre 600 a 650 psi. Así, las partes superiores de esas tablas son preferidas para el uso general en éste procedimiento de diseño simplificado. Las partes inferiores de las tablas, muestran un hormigón con módulos de r otura de 550 psi, que son preferidos para usar en diseños sólo de casos especiales. En algunas zonas del Capítulo 4 – Procedimiento de Diseño Simplificado

33


país (USA), los agregados son tales que hormigones de buena calidad y durabilidad producen resistencias sólo de valores cercanos a 550 psi. Tabla 11. ADTT permisible, Categoría 1 de Carga por Eje - Pavimentos con Trabazón de Agregados en las Juntas Sin Berna de Concreto o Sardinel Espesor de losa (pulg.)

Soporte de Subrasante - subbase Bajo

Mediano

Alto

Con Berna de Concreto o Sardinel Espesor de losa (pulg.)


4 4.5 I S 5 P 0 5 5.5 6 = 6 R M 6.5

0.1

5.5 I S 6 P 0 5 6.5 5 = 7 R M 7.5

0.2

0.9 25

4.5

2

8 130

0.1

0.8

3

5

30

3

15

45

5.5

320

40

160

430

0.1

0.4

0.5

3

9

4.5

8

36

98

76

300

760

330

330

5 5.5 I S 6 P 0 0 6.5 6 = 7 R M

Alto

Mediano

520

0.1

4 0.2

1

5

5

6

27

75

5.5

73

290

730

6

610

0.2

0.6

0.8

4

13

5.5

13

57

150

6

130

480

0.1

0.3

1

4.5

1

6

18

5

13

60

160

110

400

620

Nota: El análisis por fatiga controla el diseño. Un ADTT fraccional indica que el pavimento puede soportar ilimitados carros de pasajeros y camiones de los ejes - cuatro ruedas, pero solo unos pocos camiones por semana (ADTT de 0.3 x 7 días, indica dos camiones pesados por semana).


34


Tabla 12a. ADTT permisible, Categoría 2 de Carga por Eje - Pavimentos con Dowels en las Juntas Sin Berna de Concreto o Sardinel Espesor de losa (pulg.)

Con Berna de Concreto o Sardinel


Alto

Medio

Soporte de Subrasante - subbase

Espesor de losa (pulg.) Bajo

Muy Alto

5 5.5 6 I S P 0 5 6 = R M

5.5

9

42

120

450

970

3400

1

8

59

6

96

380 2600

9

43

120

490

6.5

710

7

80

320

840

3100

7

4200

7.5

490

1900

8

2500 11

5

8

24

110

5.5

1

8

23

98

750

6

19

84

220

810

6.5

160

620

1500

5200

7

1000

3600

3

17

7

15

70

190

7.5

110

440

1100

8

590

2300

8.5

2700

7

42

12

6.5 I S P 0 5 5 = R M

9

5

6.5

6.5

Ma

3

4

6 I S P 0 0 6 = R M

Alto

Medio

4

19

5.5

11

34

150

6

3

14

41

160

890

6.5

29

120

320

1100

7

210

770

1900

7.5

1100

4000

7.5

19

84

230

8

120

470

1200

8.5

560

2200

9

2400

- El análisis por fatiga controla El diseño.


35




Medio

Alto

Muy Alto

7.5

250

8 I S P 0 5 6 = R M

Con Berna de Concreto o Sardinel Espesor de losa (pulg.)


Medio

6.5

Alto

Muy Alto

83

320

130

350

1.300

7

52

220

550

1.900

1.600

6.200

7.5

320

1.200

2.900

9.800

1.600

5.700

13.800

8.5

160

640

9

700

2.700

9.5

2.700

10.800

10

9.900

7.000 11.500**

8 8.5

6.900 23.700**

6.5 8 I S P 0 0 6 = R M

8.5

120

440

270

680

2.300

370

1.300

3.200

10.800

8.5

1.600

5.800

14.100

9

6.600

73

310

140

380

1.500

7.5

6.200

8

9

160

640

1.700

9.5

630

2.500

6.500

10

2.300

9.300

10.5

7.700

67

7

7 8.5 I S P 0 5 5 = R M

9

82 130

480

270

670

2.300

330

1.200

2.900

9.700

11.700

70

300

7.5

120

340

1.300

8

67

9.5

120

520

1.300

5.100

8.5

10

460

1.900

4.900

19.100

9

1.400

4.900

10.5

1.600

6.500

17.400

9.5

5.100

18.600

11

4.900

Nota: ADTT excluye camiones de dos ejes - cuadro ruedas; el número total de camiones permisibles puede ser grande - ver el texto.

** El análisis por erosión controla el diseño; los demás son controlados por el análisis de fatiga.


36


Tabla 13b. ADTT permisible, Categoría 3 de Carga por Eje - Pavimentos con Trabazón de Agregados en las Juntas Sin Berna de Concreto o Sardinel Espesor de losa (pulg.)



Medio

Alto

Muy Alto

Espesor de losa (pulg.)


750

320**

640

890

1.400

8

610

1.100

1.500

2.500

950

1.800

2.700

4.700 8.700

250**

130**

350**

830

160**

640**

900

1.300

8.5

9

680

1.000

1.300

2.000

9

1.500

2.900

4.600

9.5

960

1.500

2.000

2.900

9.5

2.300

4.700

8.000

10

1.300

2.100

2.800

4.300

10

3.500

7.700

10.5

1.800

2.900

4.000

6.300

10.5

5.300

11

2.500

4.000

5.700

9.200

11

8.100

11.5

3.300

5.500

7.900

12

4.400

7.500

8.5

8

73** 310**

8.5 I S P 0 0 6 = R M

7.5

7

120**

440**

140**

380**

1.300

7.5

67**

270**

680**

1.400

370**

1.100

1.500

2.500

950

1.800

2.700

4.700 8.700

9

160**

640**

1.300

2.000

8

9.5

630**

1.500

2.000

2.900

8.5

10

1.300

2.100

2.800

4.300

9

1.500

2.900

4.600

10.5

1.800

2.900

4.000

6.300

9.5

2.300

4.700

8.000

11

2.500

4.000

5.700

9.200

10

3.500

7.700

11.5

3.300

5.500

7.900

10.5

5.300

12

4.400

7.500

11

8.100

8 8.5 I S P 0 5 5 = R M

70**

9

120**

9.5

120**

10

460** 1.900**

10.5

Muy Alto

510

60**

8 I S P 0 5 6 = R M

Alto

220**

7 7.5

Medio

56**

7

300**

7.5

340** 1.300**

520** 1.300**

8

2.900

8.5

2.800

4.300

9

82** 130**

480**

270**

670**

2.300**

330** 1.200**

2.700

4.700 8.700

67** 1.400**

2.900

4.600 8.000

1.600**

2.900

4.000

6.300

9.5

2.300

4.700

11

2.500

4.000

5.700

9.200

10

3.500

7.700

11.5

3.300

5.500

7.900

10.5

5.300

12

4.400

7.500

11

8.100


** El análisis por erosión controla el diseño; los demás son controlados por el análisis de erosión


37




Medio

Alto

8 I S P 0 5 6 = R M

1.300

7.5

1.500

5.600

8

580

9.5

570

2.300

10

2.000

5.900 14.700**

8.200 18.700** 25.900**

6.700 24.100** 31.800** 45.800** 21.600 39.600**

Medio

Alto

400 620

2.100

330

1.200

3.000

9.800

8.5

1.500

5.300

9

5.900

21.400

9.5

12.700 41.100** 44.900**

22.500 52.000** 45.200**

300

7.5

120

340

1.300

8

130

490

270

690

2.300

340

1.300

3.000

9.900 40.200

9.5

120

530

1.400

5.200

8.5

10

480

1.900

5.100

19.300

9

1.400

5.000

12.000

10.5

1.600

6.500

9.5

5.200

18.800

45.900

11

4.900

10

18.400

12

17.500 45.900**

21.400 53.800**

14.500 65.000** 44.000

9

260

9.5

130

480

250

620

2.100

280

1.000

2.500

8.200 30.700

8

280

1.100

8.5

390

1.100

4.000

9

320

1.400

3.600

13.800

9.5

1.100

3.900

9.300

11

1.000

4.300

11.600

46.600

10

3.800

13.600

32.900

11.5

3.000

13.100

37.200

10.5

12.400

46.200

12

8.200

40.000

11

40.400

10 10.5

Muy Alto

39.700**

9

11.5

I S P 0 5 5 = R M

Bajo

240

10

8.5 I S P 0 0 6 = R M

Soporte de Subrasante - subbase

7

340

140

11.5


120

9

11

Muy Alto

270

8.5

10.5



** El análisis por erosión controla el diseño; los demás son controlados por el análisis de fatiga.


38


Tabla 14b. ADTT permisible, Categoría 4 de Carga por Eje Pavimentos con Trabazón de Agregados en las Juntas Sin Berna de Concreto o Sardinel Espesor de losa (pulg.)


Medio

Alto

8 120**

340**

990



Medio

Alto

Muy Alto

100**

400**

240**

620**

910

330**

770

1.100

1.700

720

1.300

1.900

3.100

7 7.5

9

140**

580**

1.100

1.500

8

9.5

570**

1.200

1.600

2.300

8.5

10

1.100

1.700

2.200

3.400

9

1.100

2.100

3.200

5.700

10.5

1.500

2.300

3.200

4.900

9.5

1.700

3.400

5.500

10.200

11

2.000

3.300

4.500

7.200

10

2.600

5.500

11.5

2.700

4.500

6.300

10.400

12

3.600

6.100

8.800

14.900

11

5.900

13

6.300

11.100

16.800

12

12.800

14

10.800

8.5

300**

9 I S P 0 0 6 = R M

Muy Alto

270**

8.5 I S P 0 5 6 = R M


120**

340** 1.300**

9.200

17.900

13.600 24.200

7.5

130**

490**

690**

1.700

340** 1.300**

1.900

3.100

8

270**

9.5

120**

530** 1.400**

2.300

8.5

10

480**

1.700

2.200

3.400

9

1.100

2.100

3.200

5.700

10.5

1.500

2.300

3.200

4.900

9.5

1.700

3.400

5.500

10.200

11

2.000

3.300

4.500

7.200

10

2.600

5.500

9.200

17.900

11.5

2.700

4.500

6.300

10.400

12

3.600

6.100

8.800

14.900

11

5.900

13.600

24.200

13

6.300

11.100

16.800

12

12.800

14

10.800

9

260**

9.5

280** 1.100**

10 10.5 11

130**

480**

8.5

250**

620**

2.100**

3.400

9

280** 1.000** 2.500**

5.700

3.200

4.900

9.5

1.100**

3.400

5.500

10.200

10

2.600

5.500

9.200

17.900

11

5.900

13.600

24.200

12

12.800

390** 1.100** 320** 1.400**

8

1.000**

3.300

4.500

7.200

11.5

2.700

4.500

6.300

10.400

12

3.600

6.100

8.800

14.900

13

6.300

11.100

16.800

14

10.800


** El análisis por erosión controla el diseño; los demás son controlados por el análisis de erosión


39


Periodo de Diseño Las tablas dan los ADTT permisibles para períodos de diseño de 20 años. Para otros períodos, multiplicar el ADTT estimado por la relación apropiada para obtener un valor ajustado para su uso en las tablas.

carretera de transporte especial u otro tipo de pavimento especial; (3) un incremento en las cargas legales por eje, que deberían causar cambios en la distribución de las cargas por eje.

Por ejemplo, si se desea un periodo de diseño de 30 años en lugar de 20 años, el ADTT estimado se multiplica por 30/20. En general, el efecto del período de diseño en el espesor de la losa será mayor para pavimentos que están sometidos a grandes volúmenes de tráfico de camiones y donde se usan juntas con trabazón de agregados.

Las distribuciones de carga por eje para las Categorías 1 a 4 son mostradas en la Tabla 15. Siendo cada una de ellas, una composición de datos promedio de diversas tablas de medidas de carga estatales (W-4), representando pavimentos de la categoría apropiada. Así mismo, en la escala de las cargas por eje altas, cargas más pesadas que las listadas en las tablas (W-4), son estimadas basados en la extrapolación. Estos dos pasos son efectivos para obtener una distribución general más representativa y para depurar las irregularidades que se presentan en las tablas individuales W-4. Los pasos son considerados apropiados para su uso en el diseño de aquellas categorías particulares descritas al inicio de este capítulo.

Juntas con Pasajuntas ó con Trabazón de Agregados Las Tablas 12 a 14 están dividas en dos partes, a y b, para mostrar los datos de las juntas con pasajuntas y con trabazón de agregados, respectivamente. En la Tabla 11, los requerimientos de espesores son los mismos para ambos tipos de juntas; las juntas con pasajuntas no son necesarias para el bajo volumen de tráfico de camiones tabulados en la Categoría 1. Siempre que no se utilicen pasajuntas, el espaciamiento de juntas debe ser corto - ver la discusión al inicio del texto.

Tablas de Diseño Desarrolladas por el Usuario El propósito de esta sección es, describir como fueron preparadas las tablas de diseño simplificado, de tal manera que el ingeniero de diseño que lo desee pueda desarrollar un juego diferente de tablas de diseño, basadas en una categoría de carga axial diferente a las proporcionadas en este capítulo. Algunas de estas situaciones diferentes incluyen: (1) preparación de secciones estándar del espesor de un pavimento seleccionado, basado en un volumen de tráfico y otras condiciones de diseño; (2) distribuciones inusuales de cargas por eje, que pueden actuar en una ADTT permisible

= =

Como se indicó en el Capítulo 2, los datos son ajustados para excluir camiones de dos ejes y cuatro ruedas, entonces ellos son divididos en incrementos de 2,000 -y 4,000lib, de carga por eje. Para preparar las tablas de diseño, los problemas de diseño son resueltos con la distribución de cargas axiales dada por la computadora con el factor de seguridad de carga deseado para diferentes espesores y valores k de la subrasante-subbase. Los valores ADTT permisibles a ser registrados en las tablas de diseño, son fácilmente calculados como sigue: cuando una constante ADTT arbitraria es ingresado asumir que el ADTT de ingreso es 1,000 y que un consumo de fatiga de 45.6% es calculado en un problema de diseño particular, entonces:

100 x (ADTT de ingreso) -----------------------------------------% de fatiga o daño por erosión 100 (1000)/45.6 = 2193


40


Tabla 15. Distribuciones de Cargas por Eje Usada para Preparar las Tablas de Diseño 11 a 14

Carga por eje, Kips

4 6 8 10 12 14 16

Ejes por 1000 camiones Categoria Categoria 1 2 Ejes Simple 1693.31 732.28 483.10 233.60 204.96 142.70 124,00 116.76 56.11 47.76 38.02 23.88 15.81 16.61 4.23 6.63 0.96 2.6 1.6 0.07

Categoria 3

Categoria 4

182.02 47.73 31.82

57.07

25.15

68.27

16.33

41.82

7.85

9.69

5.21

4.16

1.78

3.52

28

0.85

1.78

30

0.45

0.63

18 20 22 24 26

32

0.54

34

0.19

4 8 12 16 20 24

Ejes Tandem 31.90 85.59 47.01 139.30 91.15 75.02 59.25 57.10 45,00 39.18 30.74 68.48 44.43 69.59 54.76 4.19 38.79 7.76 1.16

99.34 85.94 72.54

71.16

121.22

95.79

103.63

109.54

56.25

78.19

21.31

20.31

8.01

3.52

48

2.91

3.03

52

1.19

1.79

28 32 36 40 44

56

1.07

60

0.57

Nota: Excluyendo todos los camiones de dos - cuatro ruedas.


41


APENDICE A DESARROLLO DEL PROCEDIMIENTO DE DISEÑO El procedimiento de diseño de espesores presentado aquí, fue preparado para reconocer las prácticas corrientes en la construcción de pavimentos de hormigón y las experiencias del comportamiento de pavimentos de hormigón, que procedimientos de diseño anteriores no tomaron en cuenta. Estas incluyen: •

•

• •

Pavimentos con diferentes tipos de transferencia de carga en las juntas transversales o fisuras Subbases de hormigón pobre bajo pavimentos de hormigón Bermas de hormigón Modos de daños, debido principalmente a la erosión de las fundaciones del pavimento, que no están comprendidos en el criterio tradicional usado en procedimientos de diseño anteriores

pavimento y la berma de hormigón. Para juntas con barras: las propiedades de las barras pasajuntas, tales como el diámetro y el módulo de elasticidad se usan directamente. Para juntas con trabazón de agregados, juntas machiembradas, y fisuras en pavimentos continuamente reforzados, se usa un valor de rigidez de resorte para representar las características de la deflexión bajo cargas, en base a pruebas de campo y de laboratorio.

Pavimentos c on Junt as Después de analizar las diferentes posiciones de la carga por eje sobre la losa, se establecen las posiciones críticas mostradas en la Fig A1, con las siguientes conclusiones:

Un nuevo aspecto del procedimiento es el criterio de erosión, que es aplicado en adición al criterio de esfuerzo por fatiga. El criterio de erosión reconoce que los pavimentos pueden fallar por “bombeo’ excesivo, erosión de la cimentación y falla de las juntas. El criterio de esfuerzos reconoce que los pavimentos pueden agrietar por excesivas repeticiones de carga. Este apéndice explica las bases para esos criterios y el desarrollo del procedimiento de diseño. Las referencias 30 y 57 proporcionan mayores detalles acerca del asunto.

Análisis de Pavimentos de Hormigón El procedimiento de diseño está basado en un análisis razonable de los esfuerzos en el hormigón y de las deflexiones en las juntas, esquinas y bordes del pavimento; por un programa de cómputo de elementos finitos, considerando losas con dimensiones finitas, ubicación variable de la carga por eje y el modelado de la transferencia de carga en juntas transversales o fisuras y la transferencia de carga en la junta entre el Apéndice A – Desarrollo del Procedimiento de Diseño

1. Los esfuerzos más críticos en el pavimento ocurren cuando las ruedas del camión están ubicadas en/o cerca del borde del pavimento y a media distancia entre las juntas, como se muestra en la Fig. A1(a). Debido a que las juntas están a alguna distancia de esta posición, el espaciamiento entre juntas transversales y el tipo de transferencia de carga, tienen muy poco efecto en la magnitud del esfuerzo. Por lo tanto, en el procedimiento de diseño, el análisis basado en los esfuerzos de flexión y fatiga arrojan los mismos valores para diferentes espaciamientos de las juntas y diferentes tipos de mecanismo de transferencia de carga (pasajuntas o trabazón de agregados) en las juntas transversales. Cuando una berma de hormigón está unida a la vía principal del pavimento, la magnitud de los esfuerzos críticos son considerablemente reducidos. 2. Las deflexiones más críticas en el pavimento ocurren en la esquina de la losa cuando una carga axial está localizada en la junta, con las ruedas 42


en/o cerca de la esquina, Fig. A1(b). En esta situación el espaciamiento de la junta transversal no tiene efecto en la magnitud de las deflexiones de la esquina, pero el tipo de mecanismo de transferencia de carga tiene un efecto substancial. Esto significa que los resultados de diseño basados en el criterio de erosión (deflexiones) pueden estar substancialmente afectados por el tipo de transferencia de carga seleccionado, especialmente cuando se toma un gran número de camiones para el diseño. Una berma de hormigón reduce considerablemente las deflexiones en las esquinas.

Pavimentos Continuamente Reforzados

Un pavimento de hormigón continuamente reforzado (Continuously reinforced concrete pavement - CRCP) es uno sin juntas transversales que debido al considerable reforzamiento con acero continuo en la dirección longitudinal, desarrolla fisuras a intervalos cercanos. Estos espaciamientos de fisuras en un proyecto dado son variables, estando comprendidos generalmente entre 3 a 10 pies, con promedios de 4 a 5 pies. En el análisis de cómputo por elementos finitos, se asigna un alto grado de transferencia de carga a las fisuras del CRCP y el espaciamiento de las mismas es variado. Las posiciones críticas de carga fueron establecidas como las mismas consideradas para los pavimentos con juntas.

Fig. A1. Posiciones críticas de la carga por eje.

Para espaciamientos mayores, los esfuerzos de borde de cargas entre fisuras son aproximadamente de la misma magnitud que para pavimentos con juntas. Para espaciamientos promedios y más cortos entre fisuras, los esfuerzos de borde son menores que para pavimentos con juntas, debido a que no hay suficiente longitud de

Apéndice A – Desarrollo del Procedimiento de Diseño

pavimento sin fisuras para desarrollar un momento flexor. Para espaciamientos mayores entre fisuras, las deflexiones son algo menores que para los pavimentos con pasajuntas en las juntas transversales. Para espaciamientos promedios a mayores entre fisuras, las 43


deflexiones de las esquinas son aproximadamente las mismas que para los pavimentos con juntas con pasajuntas. Para espaciamientos cortos de 3 ó 4 pies entre fisuras, las deflexiones en las esquinas son algo mayores que para los pavimentos con pasajuntas en las juntas, especialmente para cargas de ejes tandem. Considerando las variaciones naturales de los espaciamientos entre fisuras que se presentan, en una franja de pavimento, se comparan a continuación los pavimentos continuamente reforzados, con los pavimentos con juntas con pasajuntas. Los esfuerzos de borde algunas veces serán iguales y algunas veces menores, mientras que las deflexiones en las esquinas algunas veces serán menores, iguales y mayores en diferentes áreas del pavimento dependiendo del espaciamiento entre las fisuras. El promedio de las respuestas en estos pavimentos substancialmente no responden ni mejor ni peor que para los pavimentos con juntas con pasajuntas. Como resultado, en este procedimiento de diseño, se aplican las mismas respuestas del pavimento y los mismos criterios, para los pavimentos continuamente reforzados que para los pavimentos con juntas con pasajuntas. Esta recomendación es consistente con la experiencia del comportamiento de pavimentos. La mayoría de las agencias de diseño sugieren que el espesor de pavimentos continuamente reforzados deben ser aproximadamente el mismo que para los pavimentos con juntas con pasajuntas.

Posición de las Cargas del Camión Las cargas de las ruedas del camión colocadas en el borde exterior del pavimento, crean condiciones más severas que cualquier otra posición de carga. Cuando la posición del camión se mueve unas pocas pulgadas del borde hacia el interior, los efectos decrecen substancialmente. Solo una pequeña fracción del total de camiones circulan con sus ruedas exteriores en el borde. La mayoría de camiones son conducidos con sus ruedas exteriores Apéndice A – Desarrollo del Procedimiento de Diseño

ubicadas aproximadamente a 60 cm. del borde. Los reportes de los estudios realizados por Taragin en 1958, muestran que muy pocos camiones invaden el borde de los pavimentos con vías de 12 pies sin bermas. Estudios más recientes de Emery muestran más camiones en el borde. Otros estudios recientes muestran menos camiones en el borde que en los estudios de Emery. Para este procedimiento de diseño, se asume como la condición más severa, 6% de camiones en el bordes, en el lado de la seguridad y tomando en cuenta los recientes cambios de las Leyes en los Estados Unidos que permiten camiones más anchos. Al incrementar las distancias hacia el interior del borde del pavimento, la f recuencia de las aplicaciones de carga aumentan, mientras que la magnitud de los esfuerzos y deflexiones decrecen. Los datos sobre la distribución de ubicación de camiones y de distribución de esfuerzos y deflexiones debido a la ubicación de cargas en/y cerca del borde del pavimento, son hallados con dificultad para usarlos directamente en un procedimiento de diseño. Por ello, se analizaron las distribuciones y se prepararon técnicas más fáciles con propósitos de diseño. Para el análisis de esfuerzos por fatiga, éstos fueron calculados incrementando en fracciones de pulgadas hacia el interior del borde de la losa, para diferentes distribuciones de ubicación del camión; esto proporciona los factores de esfuerzos de borde equivalentes mostrado, en la Fig. A2. (Este factor, cuando es multiplicado por el esfuerzo de carga de borde, proporciona el mismo grado de consumo de fatiga que debería resultar de una distribución de ubicación dada). La condición más severa, 6% de camiones que invaden, ha sido incorporada en las tablas de diseño. Para el análisis por erosión, el cual implica deflexión en la esquina de la losa, se asume nuevamente el caso más severo (6% de camiones en el borde). Donde no hay berma de hormigón, las cargas en las esquinas (6% de camiones) son críticas; y donde si hay berma de hormigón, el gran número de cargas hacia el interior de la esquina del 44


pavimento (94% de camiones) son críticas. Estos factores son incluidos en las cartas de diseño de la siguiente manera:

N = Número permisible de repeticiones para el grupo de ejes i

Porcentaje de daño por erosión = 100 ∑ n (C/N (C/N)

C = 0.06 para pavimentos sin berma, y 0.94 para pavimentos con berma

Donde: n = Número esperado de repeticiones de carga por eje para el grupo de ejes i

Para reducir los pasos en un cálculo diseño, los efectos de (0/ N incorporados en las Figs. 6a y 6b Capítulo 3 y en las Tablas 11 a 14 Capítulo 4.

de son del del

Fig. A2. Factor Factor equivalente del esfuerzo esfuerzo en el b orde en funci ón del porcentaje de camiones en el borde

Variación Variación en la Resist Resistencia encia del Hormigón El reconocimiento de las variaciones en la resistencia del hormigón, es considerado una adición realista al procedimiento de diseño. Los rangos de variación esperados del módulo de rotura del hormigón, tienen un efecto mucho mayor que las usuales variaciones de las propiedades de otros materiales, tales como la resistencia de la subrasante y subbase, y los espesores de las capas. La variación de la resistencia del hormigón, es considerada reduciendo el módulo de rotura mediante un coeficiente de variación. Con propósitos de diseño, se asume un coeficiente de variación de 15% y es incorporado en las cartas y tablas de diseño. El valor de 15% representa un control de calidad regular a bueno y combinado con Apéndice A – Desarrollo del Procedimiento de Diseño

otros efectos tratados en otros puntos de este apéndice, se consideran consideran como realistas que proporcionan resultados de diseño razonables.

Incremento de Resistencia del Hormigón con la Edad. La resistencia del hormigón a la flexión a los 28 días (módulo de rotura) es usada como la resistencia de diseño. Este procedimiento de diseño, sin embargo, incorpora el efecto de la ganancia de resistencia del hormigón después de los 28 días. Esta modificación, se basa en un análisis del incremento de la resistencia y las repeticiones mensuales de carga para períodos de diseño de 20 y 40 años. El efecto es incluido en las cartas y tablas de diseño, de tal manera que el 45


usuario simplemente ingresará el valor de la resistencia de diseño a los 28 días.

Alabeo Al abeo y Curv Cu rvado ado del Hormi Hor mi gón gó n En adición a las cargas del tráfico, las losas de hormigón están también sometidas a alabeo y curvado. El alabeo es la deformación cóncava hacia arriba de la losa debido a variaciones de su contenido de humedad con la profundidad. El efecto del alabeo es doble: Pérdida de soporte a lo largo de los bordes de la losa y restricción de los esfuerzos a la compresión en el fondo de la losa. Debido a que el alabeo es un fenómeno de largo plazo, su efecto resultante está influenciado grandemente por el arrastre (creep). El curvado se refiere al comportamiento de la losa debido a las variaciones de temperatura. Durante el día, cuando la cara superior está más caliente que la parte inferior, se desarrollan desarrollan esfuerzos restringidos de tensión en el fondo de la losa. Durante la noche, la distribución de temperatura es a la inversa y los esfuerzos de tensión restringidos se desarrollan en la superficie de la losa. La distribución de temperatura normalmente no es lineal y cambia constantemente. También los máximos diferenciales diferenciales de temperatura durante el día y la noche, se presentan por muy cortos tiempos. Usualmente el efecto combinado de los esfuerzos de alabeo y de curvado son substraídos de los esfuerzos de carga, debido a que el contenido de humedad y temperatura en la parte inferior de la loza, exceden mayormente a los de parte superior. La compleja situación de condiciones diferenciales en las caras superior e inferior de la losa, más la incertidumbre de la posición del esfuerzo nulo, dificultan calcular o medir los esfuerzos restringidos con algún grado de confianza o verificación. A la f echa, la información disponible sobre las magnitudes actuales de esfuerzos de restricción no garantizan la incorporación de esos factores en este procedimiento de diseño.


Como en el caso de la pérdida de soporte, éste es considerado indirectamente en el criterio de erosionabilidad, el que es derivado del comportamiento actual de campo incorporando por tal motivo las pérdidas normales de las condiciones de soporte. El incremento de esfuerzos calculado debido a la pérdida del soporte varía entre el 5% y el 15%. Este incremento teórico es contrarrestado en la realidad, porque una parte de la carga es disipada al tratar de poner los bordes de la losa nuevamente en contacto con el soporte. Así, el incremento del esfuerzo de carga debido a un tipo de alabeo que se produce por pérdida del Soporte, no es incorporado en este procedimiento de diseño.

Fatiga El criterio de fatiga por flexión usado por este procedimiento de diseño, es mostrado en la Fig. A3. Es similar al usado en los métodos anteriores de la PCA, está basado conservadoramente en estudios de investigaciones de la fatiga, excepto que es aplicado a esfuerzos de carga de borde que son de magnitudes mayores. Se ha realizado una modificación del rango de repeticiones de carga elevadas, para eliminar la discontinuidad de la curva en la figura anterior, que algunas veces causa efectos no realistas. El número permisible de repeticiones para una carga axial dada se determina en base a la relación de esfuerzos (esfuerzo de flexión dividido entre el módulo de rotura a los 28 días). La curva de fatiga es incluida en las cartas de diseño para su uso por el diseñador. El uso del criterio por fatiga se origina en la hipótesis de Miner, que dice que la resistencia a la fatiga no consumida por las repeticiones de una carga, está disponible para las repeticiones de otras cargas. En un problema de diseño, la fatiga total consumida no debería exceder al 100%.

46


Combinado con el efecto de la reducción del módulo de rotura de diseño mediante un coeficiente de variación, el criterio de fatiga es considerado como conservador para propósitos de diseño de espesores.

Erosión Los procedimientos de diseño mecanístico previos para pavimentos de hormigón, están basados en el principio de la limitación de los esfuerzos flexores en una losa a ciertos valores seguros. Esto se hace para evitar las fisuras de fatiga por flexión debido a las repeticiones de carga. Es evidente que hay un modo importante de daño adicional al agrietamiento por fatiga que necesita ser tomado en cuenta en el procedimiento de diseño. Este es la erosión de los materiales ubicados debajo y al lado de la losa. Muchas repeticiones de carga por eje pesado en las esquinas y bordes de la losa causan bombeo; erosión de los materiales de subrasante, subbase, y berma de hormigón; vacíos debajo y al lado de la losa; y la falla de las juntas del pavimento, especialmente en pavimentos con juntas sin pasajuntas. Aquellos daños particulares particulares del pavimento se considera que están más comúnmente relacionados relacionados con las deflexiones que con los esfuerzos de flexión. Las correlaciones de las deflexiones calculadas por el análisis de elementos finitos”, con los datos obtenidos del comportamiento de la Carretera Experimental AASHO, no fueron completamente satisfactorios para los propósitos de diseño. (El principal modo de falla de los pavimentos de hormigón en dicha carretera, fue por bombeo o erosión de la subbase granular ubicada debajo de las losas). Se halló razonable que para predecir el comportamiento de la Carretera Experimental AASHO, se deberían haber aplicado diferentes valores del criterio de la deflexión para diferentes espesores de losa y en menor extensión, para diferentes módulos de la fundación (valores k ).


Una correlación más útil fue obtenida, multiplicando los valores calculados de las deflexiones en las esquinas (w) por los valores de las presiones calculadas (p) en la interfase losa-fundación. La fuerza, o cantidad de trabajo, con la que una carga por eje deflecta la losa, es el parámetro usado por el criterio de erosión -para un área unitaria, el producto de la presión y la deflexión dividido por una medida de la longitud de la deflexión base (1 - radio de la rigidez relativa, en pulgadas). El concepto es que un pavimento delgado con una deflexión base más corta recibe una carga de punzonamiento punzonamiento más veloz que una losa más gruesa. Esto es, a iguales pw e igual velocidad del camión, la losa más delgada está sujeta a una velocidad del trabajo ó fuerza más rápida (en pulgada-libra por segundo). Se obtuvo una buena correlación entre el comportamiento de la carretera experimental y este parámetro. El desarrollo del criterio de erosión estuvo también generalmente relacionado a los estudios del fallamiento de las juntas. Estos estudios incluyeron pavimentos en Wisconsin, Minnesota, Dakota del Norte, Georgia, y California, e incluían un rango de variables no tomados en cuenta en la Carretera Experimental AASHO , tales como un gran número de camiones, pavimentos sin pasajuntas y un amplio rango de años de servicio del pavimento y subbases estabilizadas. Los estudios realizados por Brokaw de pavimentos sin pasajuntas, sugieren que el clima o el drenaje es un factor importante en el comportamiento del pavimento. Estos aspectos de diseño no han sido incluidos en el procedimiento de diseño, pero merecen estudios posteriores. Investigaciones sobre los efectos del clima en el diseño y comportamiento de los pavimentos de hormigón también son reportados por Darter. El criterio de erosión se sugiere que sea usado como una guía. Puede ser modificado de acuerdo a la experiencia local debido a que el clima, drenaje, otros factores, e innovaciones de diseño pueden tener influencia. De acuerdo a ello, el 100% del criterio de daño por erosión, que es un 47


número índice correlacionado con experiencias del comportamiento en general, puede ser incrementado o disminuido en

base a datos de comportamiento específico recolectados en el futuro, para condiciones más favorables o más desfavorables.

Fig. A3. Relacion es de fatiga


48


APENDICE B DISEÑO DE PAVIMENTOS DE HORMIGÓN CON CAPA INFERIOR (SOLADO) DE HORMIGÓN POBRE A continuación se trata el procedimiento de diseño para pavimentos de hormigón compuesto, con una capa inferior de hormigón pobre; que puede ser como una subbase construida separadamente o como una capa inferior construida monolíticamente. Las consideraciones de diseño y las prácticas constructivas para estos pavimentos son tratadas en las referencias 50 al 52. El hormigón pobre es más fuerte que una subbase de materiales convencionales y es considerado como no erosionable. El reconocimiento de sus propiedades estructurales superiores puede ser aprovechado para reducir los espesores de diseño. El análisis de pavimentos de hormigón compuesto constituye un caso especial, donde la teoría convencional de la doble capa (losa simple sobre una base), no es estrictamente aplicable. El procedimiento de diseño indica un espesor para un pavimento de hormigón de dos capas, equivalente a un espesor dado de hormigón normal. Este último es determinado por los procedimientos descritos en los Capítulos 3 y 4. La equivalencia está basada en que los espesores para un pavimento de hormigón de dos capaz, tendrá el mismo margen de

seguridad para la fatiga y la erosión como para un pavimento de hormigón normal de una sola capa. En las cartas de diseño, Fig. B1 y Fíg. B2, los espesores de capa requeridos dependen de las resistencias a la flexión de los dos hormigones, determinadas según ASTM C78. Debido a que la calidad del hormigón pobre es con frecuencia especificada sobre la base de la resistencia a la cornpresión, la Fig. B3 puede ser usada para convertirla en una resistencia flexora estimada (módulo de rotura) para su uso en cálculos de diseño preliminares.

Subbase de Hormigón Pobre El mayor uso del hormigón pobre en pavimentación, ha sido como una subbase bajo un pavimento de hormigón convencional. Esto es, mediante una construcción no monolítica donde la capa superficial de hormigón es colocada sobre una base de hormigón pobre endurecido. Usualmente la subbase de hormigón pobre es construida por lo menos 60 cm. más ancha a ambos lados del pavimento, para soportar las orugas de la pavimentadora deslizante. Este ancho extra es beneficioso estructuralmente ante la aplicación de las cargas de rueda en los bordes del pavimento.

Apéndice B – Diseño de Pavimentos de Hormigón con Capa Inferior de Hormigón Pobre

49


Fig. B1. Carta de diseño para pavimento de hormi gón com puesto (subbase de hormigón pobre)


50


Fig. B2. Carta de diseño para pavimento de hormi gón comp uesto (monolítico c on la capa inferior de hormigón po bre)


51


Fig. B3. Relación entre el módul o de rotur a y la resistenci a a la comp resión (de la Referencia 50)

La práctica normal ha sido seleccionar un espesor superficial de casi el doble que el espesor de la subbase; por ejemplo, 9 pulg. de hormigón sobre una subbase de 4 ó 5 pulg. La Fig. B1 muestra los grupos de requerimientos de espesores del hormigón superficial y subbase de hormigón pobre, equivalentes a un espesor de hormigón normal sin subbase de hormigón pobre. Se da un ejemplo para ilustrar el procedimiento de diseño. De las pruebas de laboratorio, se han seleccionado diseño de mezclas de hormigón que dan módulos de rotura de 650 y 250 psi, para el hormigón superficial y para la subbase de hormigón pobre respectivamente. Se asume que un espesor de 10 pulg. ha sido determinado para un pavimento sin subbase de hormigón pobre, en la sección cuarta del Capítulo 3 ó 4. Como se muestra en la línea discontinua de la Fig. B1, los diseños equivalentes al pavimento de 10 pulg. son (1) 7.7 pulg. de hormigón sobre 5 pulg. de una subbase de hormigón pobre; y (2) 8.1 pulg. de hormigón sobre 4 pulg. de una subbase de hormigón pobre.

Pavimento Monolític o En algunos lugares, se construye una capa de hormigón superficial relativamente delgado, monolíticamente con el hormigón pobre de la capa inferior. Se pueden usar agregados locales o reciclados para el hormigón pobre, resultando económicos los agregados de alta calidad. A diferencia de las subbases de hormigón pobre discutida en la sección previa, la capa inferior es construida con el mismo ancho que la capa superior, y las juntas son aserradas a una profundidad suficiente para inducir el agrietamiento en todo el espesor a través de las dos capas.


52


La Fig. B2 constituye la carta de diseño para pavimentos construidos monolíticamente. Para ilustrar su uso, se asume que las resistencias de diseño de los dos hormigones son 50 y 350 psi y que los procedimientos de diseño del Capítulo 3 ó 4 señalan un requerimiento de espesor de 10 pulg. para un hormigón normal en toda la profundidad. Como se muestra en la línea discontinua del ejemplo en la Fig. B2, los diseños monolíticos equivalentes al pavimento de 10 pulg. son: (1) 4 pulg. de hormigón superficial sobre 8.3 pulg. de hormigón pobre; ó (2) 3 pulg. de hormigón superficial sobre 9.3 pulg. de hormigón pobre.


53


APENDICE C ANALISIS DE CARGAS AXIALES TRIDEM Las cargas Tridem pueden ser incluidas con las cargas de ejes simple y tandem en los análisis de diseño, para el uso de los datos proporcionados en este apéndice. Se siguen los mismos pasos de diseño y formatos dados en el capítulo 3, excepto que se usan las Tablas C1 a C3. De estas tablas para tridemes, se ingresan en una hoja extra de cálculo los factores de esfuerzo equivalente y de erosión. Entonces, se usan la Fig. 5 y Fig. 6a ó 6b para determinar los números permisibles de repeticiones de carga. Los totales de fatiga y daño por erosión para tridems son añadidos a los de ejes simples y tandems. Una ampliación del problema de ejemplo Diseño 1A del Capítulo 3, es utilizada para ilustrar el procedimiento para cargas tridem. Se asume que, en adición a las cargas por ejes simple y tandem, una sección de la carretera se destina para una flota especial de camiones de transporte de carbón de piedra, equipados con tridems en un número aproximado de 100 por día de trabajo para un período estimado de 10 años así: 100 camiones x 250 días x 10 años = 250.000 camiones en total Los camiones normalmente son cargados en toda su capacidad en una dirección con 54,000 lb. de carga tridem más 7,000 lb. de carga en el eje director (eje simple). (En los análisis, se verá que los ejes simples no son bastante pesados para afectar los resultados de diseño). La Fig. C1 representa una parte de la hoja extra de cálculos, necesaria para evaluar los efectos de aquellos tridems. Conociendo que el Diseño 1A (9.5 pulg. de pavimento, con un k combinado 130 pci) es un pavimento con juntas con pasajuntas sin berma de hormigón, las Tablas C1 y C2 son usadas para determinar los factores de esfuerzo equivalente y erosión, items 11 y 13 de la hoja de cálculo. En este ejemplo, se usa la Fig. 5 para determinar el número permisible de repeticiones de carga para el análisis por fatiga y la Fig. 6a para el análisis por erosión. Las 54,000 lb. de carga tridem son multiplicadas por el factor de seguridad de carga del Diseño 1A de 1.2, obteniendo una carga por eje de diseño de 64,000 lb. Antes de usar las cartas del número permisible de repeticiones de carga, se divide entre 3 la carga tridem (64,000/3 = 21,600 lb) de tal forma que pueda usarse la escala de cargas para ejes simples. Como se ve en los resultados de la Fig. C1, los tridems causan solamente el 9.3 % de daño por erosión y 0% por fatiga. Esos resultados añadidos a los efectos de los ejes simple y tandem de la Fig. 4, no son suficientes para incrementar el espesor de diseño.

Apéndice C – Análisis de Cargas Axiales Tridem

54


Cálculo del Espesor de Pavimento Proyecto: Suplemento al Diseño 1A, Ejes Tridem Espesor de prueba 95 pulg. Junta con dowels k de subbase - subrasante 130 pci Berma de concreto Módulo de rotura, MR 650 pci Perido de diseño Factor de Seguridad de Carga 1,2


2



SI SI 20

NO NO años


8. Esfuezo equivalente … 148 …. 9. Factor de relación esfuerzo …0.228 …. 10. Factor de erosión … 2,95 ….

Ejes Simple Tridem 54,000

21,600

54,000 x 1,2/3 250,000

ilimitado

0

2'700,000

9.3

11. Esfuezo equivalente …. 348 … 12. Factor de relación de esfuerzo …0.535 13. Factor de erosión … 3,53 …

Ejes Tandem

Fig. C1

Análisis de Tridems

Total:


0

Total:

9.3

55


Tabla C1. Esfuerzo Equivalente - Tridems (Sin Berna de Concreto / Con Berna de Concreto)

k de la subrasante - subbase, pci


50 510/431 439/365 387/317 347/279 315/249 289/225 267/204 247/187 230/172 215/159 200/147 187/137 174/127 163/119 153/111 142/104 133/97 123/91 114/85 105/80 97/75

100

150

200

300

500

700

456/392 380/328 328/281 290/246 261/218 238/196 219/178 203/162 189/149 177/138 166/128 157/120 148/112 140/105 132/99 125/93 119/88 113/83 107/79 101/75 96/71

437/377 359/313 305/266 266/231 237/204 214/183 196/165 181/151 168/138 158/128 148/119 140/111 132/104 125/97 119/92 113/86 108/82 103/78 98/74 93/70 89/67

428/369 349/305 293/258 253/223 223/196 201/175 183/158 168/143 156/131 145/121 136/112 129/105 122/98 115/92 110/87 104/82 100/78 95/74 91/70 87/67 83/63

419/362 339/297 282/250 240/214 209/187 186/166 167/149 153/135 141/123 131/113 122/105 115/98 108/91 103/86 98/81 93/76 89/72 85/68 81/65 78/62 75/59

414/360 331/292 272/244 230/208 198/180 173/159 154/142 139/127 126/116 116/106 108/98 101/91 95/84 89/79 85/74 80/70 77/66 73/63 70/60 67/57 65/54

412/359 328/291 269/242 226/206 193/178 168/156 148/138 132/124 120/112 109/102 101/94 93/87 87/81 82/76 78/71 74/67 70/63 67/60 64/57 61/54 59/51

Tabla C2. Factor de Erosión - Tridems - Juntas con Dowels (Sin Berna de Concreto / Con Berna de Concreto)


k de la subrasante - subbase. pci 50 3.89/3.33 3.78/3.24 3.68/3.16 3.59/3.09 3.51/3.03 3.44/2.97 3.37/2.92 3.31/2.87 3.26/2.83 3.20/2.79 3.15/2.75 3.11/2.71 3.06/2.67 3.02/2.64 2.98/2.60 2.94/2.57 2.91/2.54 2.87/2.51 2.84/2.48 2.81/2.46 2.78/2.43

100 3.82/3.20 3.69/3.10 3.58/3.01 3.49/2.94 3.40/2.87 3.33/2.82 3.26/2.76 3.20/2.72 3.14/2.67 3.09/2.63 3.04/2.59 2.99/2.55 2.94/2.51 2.90/2.48 2.86/2.45 2.82/2.42 2.79/2.39 2.75/2.36 2.72/2.33 2.68/2.30 2.65/2.28

200 3.75/3.13 3.62/2.99 3.50/2.89 3.40/2.80 3.31/2.73 3.23/2.67 3.16/2.61 3.09/2.56 3.03/2.51 2.97/2.47 2.92/2.43 2.87/2.39 2.83/2.35 2.78/2.32 2.74/2.29 2.70/2.26 2.67/2.23 2.63/2.20 2.60/2.17 2.56/2.14 2.53/2.12


300 3.70/3.10 3.57/2.95 3.46/2.83 3.36/2.74 3.26/2.66 3.18/2.59 3.10/2.53 3.03/2.47 2.97/2.42 2.91/2.38 2.86/2.34 2.81/2.30 2.76/2.26 2.72/2.23 2.68/2.20 2.64/2.16 2.60/2.13 2.56/2.11 2.53/2.08 2.49/2.05 2.46/2.03

500 3.61/3.05 3.50/2.91 3.40/2.79 3.30/2.67 3.21/2.58 3.12/2.50 3.04/2.43 2.97/2.37 2.90/2.32 2.84/2.27 2.78/2.23 2.73/2.18 2.68/2.15 2.64/2.11 2.59/2.08 2.55/2.05 2.51/2.02 2.48/1.99 2.44/1.96 2.41/1.93 2.38/1.91

700 3.53/3.00 3.44/2.87 3.34/2.75 3.25/2.64 3.16/2.54 3.08/2.45 3.00/2.37 2.93/2.31 2.86/2.25 2.79/2.20 2.73/2.15 2.68/2.11 2.63/2.07 2.58/2.04 2.54/2.00 2.50/1.97 2.46/1.94 2.42/1.91 2.39/1.88 2.35/1.86 2.32/1.83

56


Tabla C3. Factor de Erosión - Tridems - Trabazón de Agregados en las Juntas (Sin Berna de Concreto / Con Berna de Concreto)


k de la subrasante - subbase. pci 50 4.06/3.50 3.95/3.40 3.85/3.32 3.76/3.26 3.68/3.20 3.61/3.14 3.54/3.09 3.48/3.05 3.42/3.01 3.37/2.97 3.32/2.94 3.27/2.91 3.22/2.88 3.18/2.85 3.14/2.83 3.10/2.80 3.07/2.78 3.03/2.76 3.00/2.74 2.97/2.72 2.94/2.70

100 3.97/3.38 3.85/3.28 3.75/3.19 3.66/3.11 3.58/3.05 3.50/2.99 3.43/2.94 3.37/2.89 3.31/2.84 3.25/2.80 3.20/2.77 3.15/2.73 3.11/2.70 3.06/2.67 3.02/2.65 2.98/2.62 2.95/2.59 2.91/2.57 2.88/2.55 2.84/2.53 2.81/2.51

200 3.88/3.30 3.76/3.18 3.66/3.08 3.56/3.00 3.48/2.92 3.40/2.86 3.33/2.80 3.26/2.75 3.20/2.70 3.15/2.65 3.09/2.61 3.04/2.58 3.00/2.54 2.95/2.51 2.91/2.48 2.87/2.45 2.83/2.43 2.79/2.40 2.76/2.38 2.73/2.35 2.69/2.33


300 3.82/3.25 3.70/3.13 3.60/3.03 3.51/2.94 3.42/2.86 3.34/2.79 3.27/2.73 3.20/2.67 3.14/2.62 3.09/2.58 3.03/2.53 2.98/2.49 2.93/2.46 2.89/2.42 2.84/2.39 2.80/2.36 2.76/2.33 2.73/2.31 2.69/2.28 2.66/2.26 2.63/2.24

500 3.74/3.21 3.63/3.08 3.52/2.97 3.43/2.87 3.35/2.79 3.27/2.72 3.20/2.65 3.13/2.59 3.07/2.54 3.01/2.49 2.95/2.44 2.90/2.40 2.85/2.36 2.81/2.32 2.77/2.29 2.72/2.26 2.68/2.23 2.65/2.20 2.61/2.17 2.58/2.15 2.54/2.12

700 3.67/3.16 3.56/3.04 3.46/2.93 3.37/2.83 3.29/2.74 3.21/2.67 3.14/2.60 3.08/2.54 3.01/2.48 2.96/2.43 2.90/2.38 2.85/2.34 2.80/2.29 2.76/2.26 2.71/2.22 2.67/2.19 2.63/2.16 2.59/2.13 2.56/2.10 2.25/2.07 2.49/2.05

57


APÉNDICE D ESTIMACIÓN DEL VOLUMEN DE TRÁFICO POR CAPACIDAD (Nota: Al momento de la preparación de esta publicación, la información sobre capacidad de carreteras se encontraba bajo revisión y análisis con métodos computacionales, por lo que los resultados pueden ser sustancialmente modificados. Se esperan nuevas publicaciones de la AASHTO y del “Manual de la Capacidad de Carreteras” de la FHWA para los años 1984 y 1985; cuando se dispongan de ellos, se deben reemplazar los métodos presentados en éste apéndice.) En el Capitulo 2, el volumen de tráfico (ADT) es estimado por un método basado en la proyección de una tasa de crecimiento del tráfico. Cuando éste volumen de tráfico proyectado es relativamente alto para un proyecto especifico, este método debe ser verificado por el Método de la Capacidad descrito aquí. La capacidad práctica de servicio de un pavimento está definida como el máximo número de vehículos por un carril y por hora que pueden pasar en un punto determinado, bajo condiciones de carretera y de tráfico prevalecientes, sin demoras irracionales o de restricción de la libertad para maniobrar. Estas condiciones prevalecientes incluyen la composición del tráfico, velocidad de los vehículos, clima, alineamiento, perfil, número y ancho de los carriles y área. El término capacidad práctica es comúnmente usado en referencia a carreteras existentes, y el término capacidad de diseño es usado con propósitos de diseño. Donde el flujo del tráfico es ininterrumpido -o algo así- la capacidad práctica y la capacidad de diseño son numéricamente iguales y tienen esencialmente el mismo significado. En este texto, el término capacidad de diseño es usado de acuerdo a lo descrito por la AASHTO. Las capacidades de diseño para varias clases de carreteras de múltiples carriles son resumidas en la Tabla D1.

Capacidad ADT en Carreteras de Multiples Carriles Para el diseño de espesores es necesario convertir los automóviles de pasajeros por hora de la Tabla D1, a tráfico promedio diario en ambas direcciones (ADT). Para carreteras con múltiples carriles con flujo ininterrumpido, se usa la siguiente fórmula: 100 P ADT= --------------------------------------100 + T ph ( i - 1)

x

5000N ---------------KD

Apéndice D – Estimación del Volumen de Tráfico por Capacidad

58


Tabla D1. Capacidades de Diseño para Carreteras de Carrilles Múltiples Capacidad de diseño, carros de pasajeros por hora, por carril de 12 pies

Tipo de Carretera

Vías libres urbanas con control en todos los accesos (30 a 35 mph)

1500

Vías libres suburbanas con control en todos los accesos o parcial (35 a 40 mph)

1200

Vías libres rurales con control total o parcial accesos

1000

Vías rurales principales con moderados cruces de tráfico e interferencias al lado de la carretera Vías rurales principales con considerables cruces de tráfico e interferencias al lado de la carretera

700 - 900 500 - 700

Nota: - Los carros de pasajeros incluyen también panels, pickups, y otros vehículos comerciales de cuatro ruedas que funcionan como carros de pasajeros en terminos de capacidad de tráfico. Los valores han sido tomados de las referencias 53 y 54. - mph (millas po hora) Tabla D2. Capacidades de Diseño para Vías de Dos Carriles con Flujo ininterrumpido

Terreno

Nivelado

Aplanado

Alineamiento,

Capacidad de diseño, en ambas direcciones, en vph

porcentaje de la longitud total del

donde: L = ancho del carril en pies T ph = camiones, x, en horas punta

proyecto con distancias de

L = 12

L = 11

L = 10

visibilidad menores

T ph

T ph

T ph

que 1500 pies

0

0

900

780

20 40

860

10

20

0

10

690

770

670

750

660

740

800

700

620

0

900

640

40

800

60 80

20

0

10

20

600

690

600

530

640

570

660

580

510

690

600

530

620

540

480

500

770

550

430

690

500

390

570

450

690

490

380

620

440

340

720

510

400

620

440

340

550

400

310

620

440

350

530

380

300

480

340

270

Nota: - Fuentes: Referencia 53, Tabla II-10, página 88. - Los valores tabulados se aplican cuando el espacio literal no esta restringido. Cuando el espacio es menos a 6 pies, se aplica los factores de l a referencia 53, Tabla II-11, página 89. - Camiones, no incluye a los vehículos de cuatro ruedas.

Apéndice D – Estimación del Volumen de Tráfico por Capacidad

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Diseno Pavimentos Metodo Pca- Edit

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