Taller PCA Vol. Altos 2017

DISEÑO DE PAVIMENTO RIGIDO METODO P.C.A.

2017 DISEÑO DE PAVIMENTOS RÍGIDOS METODO P.C.A.

Anderson Rodríguez Maldonado - 2014031135 Derly Rodríguez Bocanegra - 2014031131 Jairo Suarez Cordero - 2014031144 FUNDACIÓN UNIVERSITARIA INTERNACIONAL DEL TROPICO AMERICANO AMERICANO (Unitropico Unitropico)) 10--05 10 05--2017

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DISEÑO DE PAVIMENTO RIGIDO METODO P.C.A. DISEÑO DE PAVIMENTOS RIGIDOS METODO P.C.A.

PRESENTADO POR: ANDERSON RODRIGUEZ MALDONADO COD 2014031135 DERLY RODRIGUEZ BOCANEGRA COD 2014031131 JAIRO SUAREZ CORDERO COD 2014031144

FUNDACION UNIVERSITARIA INTERNACIONAL DEL TROPICO AMERICANO PAVIMENTOS Y LABORATORIO















DISEÑO DE PAVIMENTO RIGIDO METODO P.C.A. DISEÑO DE PAVIMENTOS RIGIDOS METODO P.C.A.

PRESENTADO POR: ANDERSON RODRIGUEZ MALDONADO COD 2014031135 DERLY RODRIGUEZ BOCANEGRA COD 2014031131 JAIRO SUAREZ CORDERO COD 2014031144

ING. HECTOR FABIO URREA CAMPOS

FUNDACION UNIVERSITARIA INTERNACIONAL DEL TROPICO AMERICANO AMER ICANO PAVIMENTOS Y LABORATORIO
















INTRODUCCIÓN .......................................................................................................................... 6 OBJETIVOS ................................................................................................................................... 6 TALLER METODO P.C.A. DE DISEÑO DE PAVIMETOS RIGIDOS ...................................... 7 MÉTODO P.C.A ............................................... ..................................................................................................... .............................................................................. ........................ 9 METODOLOGIA ....................................................................................................................... 9 ESPECIFICACIONES ..................................................... ......................................................................................................... ......................................................... ..... 12 DATOS FUNDAMENTALES ................................................................................................. 12 ESTIMACIÓN DEL TRANSITO ............................................................................................ 12 PROCESO DE CÁLCULO .................................................................................................. 13 DISTRIBUCION DE LOS EJES ...................................................... .............................................................................................. ........................................ 14 NIVEL DE TRANSITO ................................................... ....................................................................................................... ......................................................... ..... 15 FACTOR DE SEGURIDAD “FS” ADOPTADO .................................................................... 15 DISEÑO DEL PAVIMENTO RIGIDO USANDO EL METODO P.C.A ................................... ................................ ... 15 RESUMEN DE DISEÑO, USO DE TABLAS Y GRAFICAS ................................................ 17 PERIODO DE DISEÑO ........................................................................................................... 18 MODULO DE REACCION DE LA SUB-RASANTE MR ................................................ ..................................................... ..... 18 DETERMINACION DEL k COMBINADO ...................................................... ............................................................................ ...................... 19 ELECCION DEL MODULO DE ROTURA DEL CONCRETO ............................................ 19 DETERMINACION SI LAS PLACAS TIENEN BERMA O SARDINELES ADHERIDOS 19 DETERMINACION DEL ESPESOR DE LA LOSA (t en mm) .............................................. 20 A) DISEÑO DE PLACA DE 3.9 MPa CON DOVELAS Y SIN BERMAS ........................ 20 B) DISEÑO DE PLACA P LACA DE 4.1 MPa CON DOVELAS Y CON BERMAS ...................... 32 DISEÑO DE JUNTAS CON PASADORES ............................................................................ 43 A)

DISEÑO DE PLACA DE 3.9 MPa CON DOVELAS Y SIN BERMAS .................. 43

B) DISEÑO DE PLACA P LACA DE 4.1 MPa CON DOVELAS Y CON BERMAS ...................... 44 DISEÑO DE JUNTAS CON BARRAS DE ANCLAJE ANC LAJE O LONGITUDINAL ....................... 44 A)
















DISEÑO DE PAVIMENTO RIGIDO METODO P.C.A. SEPARACION MAXIMA Y MINIMA ENTRE JUNTAS RELACION LARGO Y ANCHO ................................................................................................................................................... 46 A)


B) DISEÑO DE PLACA P LACA DE 4.1 MPa CON DOVELAS Y CON BERMAS ...................... 47 DETALLE DEL DISEÑO DE JUNTAS LONGITUDINALES Y TRANSVERSALES CON PASADORES ............................................................................................................................... 47 A) DISEÑO DE PLACA DE 3.9 MPa CON DOVELAS Y SIN BERMAS (VER ANEXOS) ............................................................................................................................. 47 B) DISEÑO DE PLACA DE 4.1 MPa CON DOVELAS Y CON BERMAS (VER ANEXOS) ............................................................................................................................................... 48 DIMENSIONES DE JUNTAS ..................................................................................................... 49 A) DISEÑO DE PLACA DE 3.9 MPa CON DOVELAS Y SIN BERMAS (VER ANEXOS) ............................................................................................................................. 49 B) DISEÑO DE PLACA DE 4.1 MPa CON DOVELAS Y CON BERMAS (VER ANEXOS) ............................................................................................................................. 49 DETALLE DEL SISTEMA DE CORTE Y SELLADO DE LAS JUNTAS DE CONTRACCION TRANSVERSAL CON PASAJUNTAS (TIPO (TIPO B) . ....................................................... ................................................................... ............ 50 A)


B)

DISEÑO DE PLACA DE 4.1 MPa CON DOVELAS Y CON BERMAS ................ 51

BERMA PARA EL PAVIMENTO RÍGIDO ........................................................................... 51 DETALLE DE CONSTRUCCIÓN DE LAS JUNTAS ............................................................... 52 A)


B)

DISEÑO DE PLACA DE 4.1 MPa CON DOVELAS Y CON BERMAS ................ 52

RECOMENDACIONES ...................................................... .......................................................................................................... ......................................................... ..... 53 CONCLUSIONES ........................................................................................................................ 55 BIBLIOGRAFÍA .......................................................................................................................... 56 ANEXOS ...................................................................................................................................... 57
















INTRODUCCIÓN El presente taller tiene como propósito diseñar la estructura de un pavimento rígido mediante el método de diseño P.C.A.; con el objetivo de determinar el espesor mínimo de una losa, que pueda soportar las cargas que se le impongan en determinado período de tiempo, garantizando que el pavimento preste un buen servicio con bajos costos de construcción y mantenimiento. Este método de diseño es usado cuando los datos específicos de carga por eje están disponibles.

OBJETIVOS Objetivo general Determinar un par de diseños de la estructura del pavimento rígido, para una calzada que se desea construir en una vía urbana u rbana tipo arteria, con ancho de la misma de 8.0 m entre sardineles, distancia longitudinal entre ejes de calles de 112 11 2 m con presencia de alcantarillado en el mismo a 43 m, bermas de 0.6 m según diseño e inicio de operaciones en el año 2018; para una placa de concreto de 3.9 MPa, con dovelas y sin bermas y una placa de concreto de 4.1 MPa con dovelas y con bermas, garantizando confiabilidad en la vida útil del pavimento y mejor viabilidad económica.

Objetivos específicos 

Determinar mediante el método P.C.A. los espesores indicados, que equilibren el buen funcionamiento de las placas de concreto.



Realizar las iteraciones necesarias para obtener el diseño óptimo de las placas de concreto; y así, poder reducir costos de mantenimiento y diseño.



Realizar el cálculo de diseño de la placa para un material tipo grava silícea, con dimensiones máximas y mínimas.



Realizar el diseño de la placa con (detalle de espesores, diseño de juntas longitudinales


















TALLER METODO P.C.A. DE DISEÑO DE PAVIMETOS RIGIDOS



































MÉTODO P.C.A METODOLOGIA

•

•



Cálculo y proyección del tránsito por tipo de vehículo, con determinación del TPDC, Transito en año cero To, Transito en año inicial Tn, Transito Generado, Transito Tr ansito Atraído, Transito total de la via Ti, Transito carril, Transito acumulado TA y ejes acumulados totales en la via EALS estimados durante la vida útil de diseño de la vía en ambas direcciones. Distribución de los ejes y determinación de los pesos por eje, en el carril de diseño de la vía por medio de la figura a continuación:

Determinación del nivel de transito

















DISEÑO DE PAVIMENTO RIGIDO METODO P.C.A. 

Determinación del módulo de reacción de la sub-rasante con disposición del % CBR de diseño de la vía. Se calcula el valor de k mediante las siguientes ecuaciones según correspondan:

 = 2.55 + 52.9 ∗ log g  →    ≤ 10  = 46 + 9.09 ∗ ( log  . ) →   > 10 

Determinación del efecto de la Sub-rasante + Subbase granular o estabilizada sobre los valores de k.

















DISEÑO DE PAVIMENTO RIGIDO METODO P.C.A. 

Calculo de los pasadores, barras de anclaje y dimensionamiento de losas, usando las tablas 4.1, 4.2 y 4.3 para dimensionar los elementos de la loza




















ESPECIFICACIONES Utilizando el método P.C.A cuando se cuenta con información de las cargas por eje, diseñe la estructura de pavimento

DATOS FUNDAMENTALES   

El transito generado es del: 12 % El transito atraído es del: 2.7 % Diferencia al año de inicio: 2 años





Tasa de crecimiento anual del tránsito ®: 2.5 % Vida útil de la vía n= 20 años

ESTIMACIÓN DEL TRANSITO Resumen de conteos diarios del tránsito: transito ge nerado transito atraido

12% 2.70%

tasa de creci mie nto anual de transito r via util de la via

Composicion Composicion del transito en ambos sentidos

2.50%

dif ere ncia de l año de inicio 2 Años

20 Años

TOTAL

DIARIO




















PROCESO DE CÁLCULO 

TOTAL Vehículos: Para determinar este dato es necesario sumar cada tipo de vehículo comercial durante los 7 días de la semana.



TPDS Vehículos comerciales: Este dato se encuentra al dividir cada TOTAL de vehículos en los 7 días de la semana.



Factor camión: El factor camión es encontrado por medio de la siguiente expresión

•

•

Tránsito en el año cero (To): Este dato es hallado al multiplicar el TPDS Vehículos Comerciales por 365 días del año. Tránsito de diseño año inicial (Tn): Tn se determina por medio de la siguiente formula

  =   × ( 1 +  )




















•

•

TRANSITO CARRIL 50%: Este dato es obtenido multiplicando el TRANSITO TOTAL VÍA por el Factor de distribución del carril TRANSITO ACUMULADO EN LA VIA: en ejes equivalentes de 8.2 Ton en el carril de diseño a 20 años. Se obtiene por la siguiente formula:

(1 +  ) − 1 = ln( ln(1 + )

DISTRIBUCION DE LOS EJES Luego de realizar la estimación del tránsito (TA), se procede a distribuir el mismo por tipo de vehículo de acuerdo con la tabla propuesta para el diseño de la vía.




















NIVEL DE TRANSITO Para clasificar el nivel de transito se dispone del conteo diario de vehículos y estimación del tránsito, según estas condiciones se clasifica el mismo en la categoría NT2, puesto que el tránsito de diseño esta entre 0.5 x106 y 5.0 x106 ejes equivalente a 80 kN en el carril de diseño.

FACTOR DE SEGURIDAD “FS” ADOPTADO

Para determinar el factor de seguridad de carga se tiene en cuenta las condiciones de la vía, puesto que es una vía Urbana arteria y volumen moderado de vehículos pesados. De esta manera se obtiene el FS de carga el cual es 1.1.




















DATOS ESENCIALES PARA EL DISEÑO 

Resistencia de la sub-rasante: El método exige conocer el módulo de reacción K. Con base en el CBR se puede determinar en términos de d e MPa/m.



Resistencia de las capas granulares: cuando se tienen CBR mayores a 10 se puede omitir las capas granulares e instalar de forma directa la loza de concreto.



Características de la mezcla de concreto  

PLACA DE CONCRETO DE 3.9 MPa Con dovelas y sin bermas PLACA DE CONCRETO DE 4.1 MPa con dovelas y con bermas



Características de la vía: Vía urbana arteria de 8.0 m de ancho (entre sardineles), con volumen moderado de vehículos pesados, Bermas de 0.6 m (cuando se usen), presencia de un pozo de alcantarillado en el eje de la vía a 43 m.



Inicio de operaciones: en el año 2018






















RESUMEN DE DISEÑO, USO DE TABLAS Y GRAFICAS

Este método consta de elegir un espesor al tanteo, el cual se supone de acuerdo al resumen del tránsito, luego se procede a encontrar k sub-rasante y el k combinado, se interpolan y dicho valor será el k combinado que se utilizara para el diseño de la capa de sub-base granular. Luego se debe verificar el módulo de rotura y el factor de seguridad de carga, que se establece de acuerdo con las recomendaciones especificadas para la vía. También se debe tener en cuenta la característica de la vía de pavimento rígido; si será construida con juntas con pasador y con berma de concreto, ya que esto hace incrementar el espesor de las placas cuando no están construidas con juntas con pasador y con berma. De esta






















Análisis de erosión: Hay 4 tablas para determinar el factor de erosión para ejes simples y tándem, combinado los sistemas de transferencia de carga (por trabazón y varillas) y el confinamiento lateral (Con y sin bermas de concreto)  Hay 2 gráficas para análisis de erosión, que permiten calcular las repeticiones admisibles a partir de la magnitud de la carga por eje y del 






















DETERMINACION DEL k COMBINADO Para determinar el efecto del valor de k sobre la Sub-base granular, se propone espesores al tanteo, tomando como referencia la tabla que se muestra a continuación. Para determinar dichos valores, se realizan iteraciones, teniendo en cuenta que el valor de k de la Sub-rasante es de 45.55 MPa/m. Se propone el uso de sub-base granular de 15 cm, teniendo en cuenta las recomendaciones de la PCA para suelos finos no plásticos (S3) con comportamiento de la subrasante bueno, para uniformizar e incrementar el valor de k, puesto que según el tipo de material es un A-4, de calidad regular, con condiciones poco desfavorable para su uso en obras civiles.






















DETERMINACION DEL ESPESOR DE LA LOSA (t en mm) A) DISEÑO DE PLACA DE 3.9 MPa CON DOVELAS Y SIN BERMAS Se elige inicialmente un espesor al tanteo el cual es 25 cm, el cual se supone de acuerdo al resumen del tránsito, este debe cumplir con el soporte de las repeticiones esperadas en la vida útil de la vía para la cual se realiza el diseño.

ANALISIS POR FATIGA Se determina las repeticiones admisibles que soporta la estructura diseñada, con los espesores tanteados; teniendo en cuenta que el diseño se realiza CON DOVELAS Y SIN BERMAS, se implementan las siguientes tablas para establecer el esfuerzo equivalente para k = 53.72 MPa/m,












































DISEÑO DE PAVIMENTO RIGIDO METODO P.C.A. Teniendo el esfuerzo equivalente, se divide este en el modulo de rotura, obteniendo asi el factor de relación de esfuerzos, el cual se implementa en la siguiente grafica, para obtener las repeticiones admisibles y verificar el cumplimiento del espesor supuesto.





























































































ANALISIS POR EROSION Para determinar el factor de erosión ero sión en un pavimento SIN BERMAS de concreto, con creto, se implementa la siguiente tablas, en ellas se muestra la iteración realizada para obtener el factor de erosión

































































































































































































































































































































































































Taller PCA Vol. Altos 2017

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