Di s eñ o d e Pav i m en t o Ríg i d o
Ing. José Luis Ponce Filios Filio s Maestría en Ingeniería Vial Vial en con mención de Carreteras, Puentes y Túneles Túneles
CONTENIDO 1.
INTRODUCCIÓN
2.
TIPOS TIPOS DE PAVIMENT VIMENTOS OS DE DE CONC CONCRE RETO TO
3.
BARR BARRAS AS DE DE TRA TRASP SPAS ASO O DE CAR CARGA GAS SY MODULACIÓN DE LOSAS
4.
DISE DISEÑO ÑO EST ESTRU RUCT CTUR URAL AL DEL DEL CON CONCR CRET ETO O
5.
MET METOD ODOL OLOG OGÍA ÍA DE DISE DISEÑO ÑO AA AASH SHT TO 93 a. Propi Propieda edades des y caract caracterí erísti sticas cas de la subra subrasan sante te b. Características del tránsito c. Cara Caracte cterí ríst stic icas as del del conc concre reto to d. Trans ransfe fere renc ncia ia de de car carga ga e. Monog Monogram ramas as de dise diseño ño y Prog Program ramas as
6.
DISE DISEÑO ÑO DE JUNT JUNTAS DE CONC CONCRE RET TO
7.
TÓPI TÓPICO COS S DE CONS CONST TRUCC RUCCIÓ IÓN N
CONTENIDO 1.
INTRODUCCIÓN
2.
TIPOS TIPOS DE PAVIMENT VIMENTOS OS DE DE CONC CONCRE RETO TO
3.
BARR BARRAS AS DE DE TRA TRASP SPAS ASO O DE CAR CARGA GAS SY MODULACIÓN DE LOSAS
4.
DISE DISEÑO ÑO EST ESTRU RUCT CTUR URAL AL DEL DEL CON CONCR CRET ETO O
5.
MET METOD ODOL OLOG OGÍA ÍA DE DISE DISEÑO ÑO AA AASH SHT TO 93 a. Propi Propieda edades des y caract caracterí erísti sticas cas de la subra subrasan sante te b. Características del tránsito c. Cara Caracte cterí ríst stic icas as del del conc concre reto to d. Trans ransfe fere renc ncia ia de de car carga ga e. Monog Monogram ramas as de dise diseño ño y Prog Program ramas as
6.
DISE DISEÑO ÑO DE JUNT JUNTAS DE CONC CONCRE RET TO
7.
TÓPI TÓPICO COS S DE CONS CONST TRUCC RUCCIÓ IÓN N
INTRODUCCIÓN
Distribución de cargas en un pavimento rígido y flexible (ICPA, (ICPA, 2014)
INTRODUCCIÓN
Distribución de cargas en un pavimento rígido y flexible (AASHTO) (AASHTO)
TIPOS DE PAVIMENTOS DE CONCRETO ▪
▪
JPCP: Jointed Plain Concrete Pavement (Pavimento de Concreto Con Juntas Planas) CRCP: Concrete Reinforced Concrete Pavement (Pavimento de Concreto Reforzado Continuo)
PAVIMENTOS DE CONCRETO CRCP CRCP, concreto reforzado continuo. Es caracterizado por un elevado reforzamiento con acero y ausencia de juntas, excepto las juntas de construcción y juntas de aislamiento. Este refuerzo típicamente está en el orden de 0.4 a 0.8 % por volumen en la dirección longitudinal. El acero en dirección transversal es proveído en un bajo porcentaje como acero de temperatura. Tal pavimento puede esperarse que provea mas de 40 años de buen desempeño con mínimo mantenimiento (Rasmussen et al., 2011).
CRCP,
Pavimento de concreto continuamente reforzado (Delatte, 2014)
PAVIMENTOS DE CONCRETO CRCP
PAVIMENTOS DE CONCRETO CRCP
PAVIMENTOS DE CONCRETO JPCP
La contracción y expansión del pavimento son direccionadas hacia las juntas transversales. Son formadas por corte para crear un plano de debilidad. Los dowel bars proveen
una junta de transferencia de carga. Son barras son lisas, generalmente revestidas con epóxido, el cual son lubricadas en un lado para que permita abrir o cerrar la junta sin resistencia. JPCP, Concreto simple con juntas (Delatte, 2014)
PAVIMENTOS DE CONCRETO JPCP JPCP es el pavimento más comúnmente usado, debido a relativo bajo costo. La American Concrete Pavement Association (ACPA) en 1999 identificó 38 U. S. Estados construyendo con JPCP. En otras regiones donde la corrosión del acero es un problema, la ausencia de refuerzo de acero significa menores pérdidas.
JPCP, Concreto simple con juntas (Delatte, 2014)
BARRAS DE TRANSFERENCIA DE CARGA
Efectividad de transferencia de carga por barras lisas en juntas (Adocem, 2014)
BARRAS DE TRANSFERENCIA DE CARGA
Son barras lisas (no corrugadas) en el centro del espesor de la losa, en el sentido longitudinal de la dirección del tráfico (juntas transversales), espaciadas a 300 mm centro a centro, ver tabla: Tabla: Diámetro y longitud de las barras de transferencia de carga (Adocem, 2014)
BARRAS DE TRANSFERENCIA DE CARGA Tabla: Diámetro y longitud de las barras de transferencia de carga (ACPA)
El espesor de pavimento depende del tráfico y la metodología de diseño
ACPA: American Concrete Pavement Association
BARRAS DE UNION (TIEBARS) En las juntas longitudinales entre carriles de tráfico, se amarran con barras corrugadas de Ø12.5 mm (Ø 1/2 pulg.), espaciadas 600 mm centro a centro, longitud 750 mm aprox. (Adocem, 2014).
JPCP, Concreto simple con juntas (Delatte, 2014)
MODULACION DE LOSAS
Fuente: “Concrete Pavement Technology”,American
Concrete Pavement Association (ACPA)
MODULACION DE LOSAS La relación entre largo y ancho de un tablero de losas no deberá estar fuera de estos límites: 0.71 < y/x < 1.4
Una carretera de dos carriles de 7.2 m Ancho carril y= 3.6 Longitud x= 4.5
y / x = 3.6 / 4.5 = 0.80 …(ok)
7.20 m.
y x 4.5 m
DISEÑO ESTRUCTURAL DEL CONCRETO Losa de concreto: 1. Aporte estructural (casi el 100%) 2. Todas las funciones del rodado SubBase: 1. Puede o no requerirse estructuralmente 2. Se justifica utilizar un espesor mínimo debido a: a) Reduce o elimina las irregularidades de subrasante b) Reduce el hinchamiento por congelamiento de la subrasante c) Mejora el drenaje d) Mejora el soporte k de la plataforma, y e) Sirve como plataforma de trabajo
CARTILLAS DE DISEÑO (Ejemplo)
Fuente: SERVIU Metropolitano, Chile
DIAGRAMA CAUSA – EFECTO DE DISEÑO
ESPESOR LOSA CONCRETO
METODOLOGIA DE DISEÑO AASHTO
logW 18
log PSI 0.75 ` ( 1 . 132 ) S c D c d Z R S o 7.35 log( D 1) 0.06 4.5 1.5 7 (4.22 0.32 t ) log 18 . 42 1.625 10 0.75 215 . 63 ( J D 1 ( E c / k ) 0.25 ( D 1)8.46
PROPIEDADES DE LA SUBRASANTE Módulo de reacción de la subrasante k, se determina a través de ensayos de carga sobre el terreno o por correlación con valores soportes establecidos mediante otros ensayos (ej, CBR).
Fuente: American Concrete Pavement Association (ACPA)
PROPIEDADES DE LA SUBRASANTE Base cementada. El principal beneficio radica en su incremento significativo de su resistencia a la erosión, rigidez de la fundación y en que proveen un soporte uniforme y resistente.
Módulo de reacción k por incorporación de una base (ACPA EB204P, 2007)
PROPIEDADES DE LA SUBRASANTE CBR
La capacidad de soporte de la subrasante k. Se determina mediante el ensayo de plato de carga…,
También se estima por correlación (ICPA, 2014)
Módulo de reacción de la subrasante (Mpa/m)
Módulo de reacción de la subrasante (kg/cm 3)
CBR
Correlación del CBR vs k de la subrasante para distintos tipos de suelos (ICPA, 2014)
PROPIEDADES DE LA SUBRASANTE
PROPIEDADES DE LA SUBRASANTE
k combinado subrasante – base (ICPA, 2014)
CARACTERISTICAS DEL TRANSITO (W 18) log W 18
log PSI 0.75 ` ( 1 . 132 ) S c D c d Z R S o 7.35 log( D 1) 0.06 4.5 1.5 7 (4.22 0.32 t ) log 18 . 42 1.625 10 0.75 215 . 63 ( J D 1 ( E c / k ) 0.25 ( D 1)8.46
El método para determinar el tráfico de diseño corresponde a la determinación del número de ejes equivalentes a 18,000 lb que pasarán por el carril de diseño para el período de diseño. Este período suele ser de 20 a 30 años para este tipo de vías.
CARACTERISTICAS DEL TRANSITO
COEFICIENTE DE DRENAJE Cd Si el material después de ser saturado con agua cumple con uno de los requisitos del Cuadro N° 14.1-8, se puede considerar como un drenaje excelente, bueno, regular, pobre o muy pobre.
CARACTERÍSTICAS DEL CONCRETO Tabla: Correlación S’c vs f’c f’c en PSI (kg/cm2)
S’c en PSI (Kg/cm2) [MPa/m]
Ec en PSI
3000 (210)
490 (34) [3.4]
3’100,000
4000 (280)
570 (40) [4.0]
3’600,000
5000 (350)
640 (45) [4.5]
4’000,000
6000 (420)
720 (51) [5.1]
4,400,000 2
f’c en PSI (lb/in )
Kg/cm2 = 0.1 MPa
Módulo de elasticidad, Ec Resistencia a la flexotracción (Módulo de rotura), S’c Resistencia a la compresión, f’c
CARACTERÍSTICAS DEL CONCRETO Sistema Internacional
Tabla: S’c requerido por tipo de carretera
1 Kg/cm2 = 0.1 MPa
TRANSFERENCIA DE CARGA J Dependen del tipo de pavimento de concreto a construir, la existencia o no de berma lateral y su tipo, la existencia o no de dispositivos de transmisión de cargas. A menor valor de J, menor espesor de losa de concreto.
(JPCP / JRCP)
(CRCP)
El coeficiente de transmisión de carga J es 3.2, considerando las condiciones de la prueba AASHO.
PARÁMETROS DE DISEÑO
CONFIABILIDAD “R” y FACTORES DE
SEGURIDAD RECOMENDADOS
logW 18
log PSI 0.75 ` ( 1 . 132 ) S c D 4 . 5 1 . 5 c d Z R S o 7.35 log( D 1) 0.06 (4.22 0.32 t ) log 18 . 42 1.625 107 0.75 215 . 63 J ( D 1 0 . 25 ( E c / k ) ( D 1)8.46
Ec
J Cd k
NOMOGRAMA DE DISEÑO Unidades Americanas (1 de 2)
S’c
Espesor de diseño de losa D (pulg)
ΔPSI
W18
NOMOGRAMA DE DISEÑO Unidades Americanas (2 de 2)
So
R
PROGRAMA Unidades Americanas
Solución
D = 10”
NOMOGRAMA DE DISEÑO Unidades SI
PROGRAMA Unidades SI
Aplicación en Excel para cálculo del espesor de la losa (AASHTO_PUC Chile)
DISEÑO DE JUNTAS DE CONCRETO
Las juntas tienen por fin mantener las tensiones que soporta el pavimento de concreto, dentro de los límites admisibles, previniendo la formación de fisuras y grietas irregulares.
Figura 2: Curling action in a concrete pavement slab
DISEÑO DE JUNTAS DE CONCRETO
DISEÑO DE JUNTAS DE CONCRETO Se pueden considerar tres tipos de juntas: de contracción, de expansión o aislamiento, de construcción. •
•
•
DISEÑO DE JUNTAS DE CONCRETO
DISEÑO DE JUNTAS DE CONCRETO
DISEÑO DE JUNTAS DE CONCRETO
TIPOS DE JUNTAS DE CONCRETO
Fuente: “ Concrete Pavement Technology” American Concrete
Pavement Association (ACPA)
PAVIMENTACIÓN
Construcción de la carretera de concreto rígido, Chivilcoy, Bs As, Argentina (ICPA, 2013)
PAVIMENTACIÓN - CONSTRUCCIÓN
Videos: https://vimeo.com/38864177 https://vimeo.com/38566583
