UCA 20-05-15

DISEÑO DE PAVIMENTOS RÍGIDOS Ing. Diego H. Calo

Buenos Aires, 20 de Mayo de 2015

Universidad Católica Argentina, Facultad de Ciencias Fisicomatemáticas e Ingeniería.

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ÍNDICE DE LA PRESENTACIÓN

INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO

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Componentes Principales del Sistema Espesor Junta Longitudinal Junta Transversal

Calzada de Hormigón Barras de Unión

Pasadores

Subrasante Subbase o base


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Tensiones en Pavimentos Rígidos

Datos: • Espesor: 25 cm. • Largo: 4,50 m. • Ancho: 3,65 m. • ∆T: 0ºC. • k: 150 MPa/m

• Eje simple 100 KN INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO

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K: 100 MPa/m

Datos: • Espesor: 25 cm.

• Largo: 4,50 m. • Ancho: 3,65 m. • ∆T: 0ºC. • Eje simple 100 kN

K: 50 MPa/m


K: 150 MPa/m

Influencia de la Rigidez de apoyo en las tensiones generadas Caso 1: Fundación Perfectamente Rígida

Esubbase = 

Esubbase =  Debido a la rigidez de la fundación, la carga no genera deflexiones ni tensiones en la losa.

Durante una carga medioambiental, la fundación no acompaña la deformación de la losa y se genera pérdida de apoyo.

Caso 2: Fundación Muy Flexible

Esubbase = 0 Debido a la falta de soporte la losa deflecta significativamente y se generan elevadas tensiones de flexión.

Esubbase = 0 Durante una carga medioambiental, la fundación acompaña la deformación de la losa manteniendo su soporte.


6

7


Datos: • Espesor: 25 cm. • Largo: 4,50 m.

• Ancho: 3,65 m. • ∆T: 10ºC. • E: 35 GPa. • CET: 1,10 10-5 1/ºC


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Erosión por Bombeo y Escalonamiento Descripción: Movimiento del agua (con material en suspensión) ubicada debajo de la losa o su eyección hacia la superficie como resultado de la presión generada por la acción de las cargas.

Causas (deben coexistir): • Material fino capaz de entrar en suspensión (arenas finas y limos). • Disponibilidad de agua en las capas inferiores del pavimento. • Deflexiones excesivas en bordes y esquinas. INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO

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Deformaciones en Pavimentos Rígidos Datos: • Espesor: 25 cm. • Largo: 4,50 m. • Ancho: 3,65 m. • ∆T: 0ºC. • k: 150 MPa/m • Eje simple 100 KN

Carga Interna - Dzmax: 0,144 mm (100%)

Carga en Junta - Dzmax: 0,389 mm (270%)

Carga en Borde - Dzmax: 0,26 mm (180%)

Carga en Esquina - Dzmax: 0,646 mm (450%)


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Erosión por Bombeo y Escalonamiento Carga

Losa posterior

Losa anterior Agua

Base / Subbase


11

Erosión por Bombeo y Escalonamiento

Carga

Losa anterior

Losa posterior Base / Subbase


12


Carga

Losa anterior



13


Carga

Losa anterior



14

Erosión por Bombeo y Escalonamiento Carga

Escalonamiento Losa posterior

Losa anterior

Base / Subrasante Acumulación de finos

Erosión de material


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Erosión por Bombeo y Escalonamiento 1ER ETAPA Junta Longitud.

Juntas Transversales

Tránsito

Banq. Externa

Escalonamiento Inicial

2DA ETAPA Incremento del escalonamiento

Banq. Externa

Eyección de Finos

3ER ETAPA Fisuración Transversal

Banq. Externa Eyección de Finos


¿Cuándo hay riesgo de erosión por bombeo? Existe riesgo de erosión por bombeo cuando se presentan en forma simultánea las siguientes condiciones: – Repeticiones reiteradas de cargas pesadas (camiones) capaces de generar deflexiones importantes en juntas y bordes de la calzada de hormigón. – Disponibilidad de agua en la interfase losa – subbase – banquina. – Una subrasante compuesta por suelos finos o capaces de entrar en suspensión.

Tránsito Pesado

E Agua Disponible

Material Fino ó Erosionable

Cuando en un pavimento determinado se prevea la eventual coexistencia de estos factores el EMPLEO DE UNA SUBBASE NO EROSIONABLE ES DE CARÁCTER OBLIGATORIO.


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TRANSFERENCIA DE CARGA Es la capacidad de una losa de transferir su carga a una losa vecina

D1 = X/2

D1 = x

D2 = X/2

D2 = 0

Mala Transferencia de Carga

• Trabazón entre agregados • Pasadores • Banquina de hormigón – Banquina Vinculada – Cordón Cuneta – Sobreancho de Carril

Buena Transferencia de Carga

Tienen un efecto similar

Con cordón integral, si el cordón se ejecuta en una segunda etapa, no hay contribución estructural


Transferencia de Carga en Juntas Transversales

Trabazón entre agregados por debajo del aserrado primario INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO

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Transferencia de Carga en Bordes de Calzada


19

20

Sobreancho de Calzada 1.80

0.70 Tensiones - Carga en Borde

• Espesor: 25 cm. • Largo: 4,50 m. • Ancho: 4,25 m.

Deformaciones - Carga en Esquina

0.60

1.40 0.50 1.20 0.40

1.00

0.80

0.30

0.60 0.20 0.40

• ∆T: 0ºC.

0.10

• CET: 1,10 10-5 1/ºC • k: 150 MPa/m. • Eje Simple: 100 KN

0.20

0.00

0.00 0

0.15

0.3

0.45

Distancia al Borde, m


0.6

0.75

Deformación Máxima, mm

Datos:

Tensiones Máximas (Fondo de Losa), MPa

1.60

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Influencia de la transferencia de Carga


En Esquina sin sob y sin pas - Dzmax: 0,506 mm (377%)


• Ancho: 4,25 m. • ∆T: 0ºC. • E: 35 Gpa. • k: 150 MPa/m.

• Eje Simple: 100 KN

En Esquina sin sob y con pas - Dzmax: 0,350 mm (260%)


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Influencia de la transferencia de Carga


En Esquina con sob y sin pas - Dzmax: 0,295 mm (220%)


• Ancho: 4,25 m. • ∆T: 0ºC. • E: 35 Gpa. • k: 150 MPa/m.

• Eje Simple: 100 KN

En Esquina con sob y con pas - Dzmax: 0,216 mm (160%)


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Métodos de Diseño Carga por eje

Materiales

Clima

Tránsito

Suelos


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Métodos de Diseño. Empíricos • Una aproximación empírica se basa en la performance evidenciada en experiencias y/o experimentos. • No es necesario establecer la base científica de esta relación. • No resulta prudente emplear ecuaciones o relaciones determinadas empíricamente para describir fenómenos que ocurren fuera del rango de la información original empleada para esta relación. • En el diseño de pavimentos es común el empleo de aproximaciones empíricas, desde las muy simples (empleo de soluciones conocidas) a las muy complejas (AASHTO´93).


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Métodos de Diseño. Mecanicista • Es una aproximación puramente científica. • Se basa principalmente en el mecanismo de respuesta estructural del pavimento cuando es solicitado por cargas. • Requiere contar con información muy detallada de las propiedades fundamentales de los materiales, de las características geométricas de la estructura y de las solicitaciones impuestas por las cargas y el clima. • Requiere contar con una explicación científica de la interacción entre la estructura del pavimento y las solicitaciones a las que se encuentra sometido. • Ejemplos: No existe actualmente un método totalmente mecanicista.


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Métodos de Diseño. Empírico - Mecanicista • Este método combina aspectos tanto empíricos como mecanicistas. • Su componente mecanicista involucra determinar la respuesta del pavimento frente a las cargas a través de modelos matemáticos. • Su componente empírica permite relacionar estas respuestas con el comportamiento global del pavimento. • Cada tipo de falla que presentará el pavimento se encontrará asociada a un tipo de respuesta determinado. • Ejemplos: Portland Cement Association, AASHTO`98, MEPDG, ACPA StreetPave.


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Métodos de diseño. Catálogos • Se emplean para el diseño de pavimentos en algunos países europeos (Ej: España, Alemania, Bélgica, etc.) • Empleo de secciones de pavimento tabuladas en base a la categoría del camino, el nivel de tránsito pesado, suelos de subrasante, etc.

• Las secciones de pavimento de estos catálogos reflejan la experiencia a largo plazo evidenciada con sus materiales, clima y niveles de tránsito. • Estos diseños suelen validarse también con modelación mecanicista, ensayos de laboratorio y experiencias de campo. • Periódicamente estos catálogos son revisados y actualizados en función de las nuevas experiencias adquiridas o los últimos avances técnicos registrados en la materia. INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO

Métodos de Diseño. Catálogos Ejemplo: Alemania

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Categoría de Ruta Cantidad de Ejes Equivalentes de 10 T previstos (30 años)

Tipo de Base

1.1, 1.2 y 1.3 : Base Tratada con cemento. 2 : Base asfáltica. 3 : Base granular.


Métodos de Diseño. Catálogos Ejemplo: Alemania Cantidad de Ejes Equivalentes de 10 T previstos (30 años)

Espesor Total de Materiales no susceptibles al congelamiento. Espesor de calzada de hormigón (Pav. De Hº simple) Geotextil Espesor de Base Cementada Espesor de Subbase Anticongelante Mínimo Valor soporte en ensayo de plato de carga INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO

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Portland Cement Association 1984 • Procedimiento Empírico- Mecanicista basado en respuestas de pavimentos matemáticamente calculadas. Calibrado con Ensayos de campo y rutas en servicio. • Lanzado originalmente en 1966 y revisado en 1984. • Se basa en un análisis de las tensiones y deflexiones generadas en las juntas, esquinas y bordes del Pavimento. • Considera a las losas con dimensiones Finitas y ubicación variable de las cargas.

• Modelación de la transferencia de Carga en Juntas transversales y en juntas Longitudinales (Central y Banquina). • Limita las tensiones desarrolladas en el Pavimento (verificación por fatiga). • Limita las deflexiones desarrolladas en bordes y esquinas (Criterio de verificación por erosión). INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO

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Modelación del comportamiento

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De f l e c t i o n

El programa modela las tensiones y deflexiones generadas por cada carga a partir de:  Rigidez de Apoyo.  Transferencia de carga en Juntas Transversales.  Transferencia de carga en Juntas Longitudinales o Bordes.  Espesor de Calzada.


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Ubicación Crítica de Cargas Junta transversal

Junta transversal

Carril Eje Tándem

Carril

Eje Tándem

Banquina de Hormigón (si existe)

Banquina de Hormigón (si existe)

Posición crítica para las Deflexiones Depende de:

Posición crítica para las Tensiones Depende de:

•

Carga y Tipo de Eje

•

Carga y Tipo de Eje

•

Espesor de Calzada

•

Espesor de Calzada

•

Rigidez de apoyo

•

Rigidez de apoyo

•

Transferencia de carga en Juntas Transv.

•

Transferencia de carga en Juntas Transv.

•

Transferencia de carga en Borde Externo

•

Transferencia de carga en Borde Externo

•

Separación entre juntas.

•

Separación entre juntas.


ACPA StreetPave

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• Método de diseño de pavimentos de hormigón basado en el método de la Portland Cement Association (1984). • Se había desarrollado originalmente como un nuevo software bajo Windows que reemplazar el PCAPAV. • Se recomienda aplicarlo para el diseño de arterias con bajos volúmenes de tránsito pesado.

• Se consideró que algunos aspectos del método anterior llevaban a soluciones muy conservadoras, por lo cuál fue extensivamente revisado. • Se conservaron ambos criterios de verificación, aunque eliminando aquellos factores que se consideró que generaban un sobre-dimensionamiento. INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO

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Modelo de Fatiga (PCA)


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Modelo de Fatiga (ACPAStreetPave) Numero de aplicaciones admisibles, Log N

14

  SR  log S  log( Nf )    0 . 0112   10.24

12

10

PCA

0.217

S = 95% S = 90% S = 80% S = 70% S = 60%

8

S = 50% 6

4

2

0 0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

Relación de Tensiones


0.9

1

Factores Involucrados en el Diseño

36

• Valor soporte de los suelos de subrasante. • Tipos, espesores y Módulos de las distintas capas (kc). • Propiedades mecánicas del hormigón (MR, E). • Período de diseño. • Tránsito. Configuración de cargas por eje. Crecimiento, Distribución, etc. • Transferencia de cargas en juntas transversales (pasadores / trabazón entre agregados). • Transferencia de carga en bordes (Tipo de banquina / sobreanchos de calzada). • Factor de Seguridad de Cargas (PCA ‘84). • Confiabilidad (ACPA StreetPave).

• Porcentaje de Losas Fisuradas (ACPA StreetPave).

Siempre incorporar el valor medio o más probable


Valor Soporte de los Suelos de Subrasante • No se requiere una determinación precisa de la capacidad soporte de la subrasante (k, Mr). •

Determinación del Módulo de Reacción K de la subrasante: Costoso y demanda de Tiempo excesiva.

•

Usualmente se realizan otros ensayos de rutina (ej. CBR) para su correlación con el módulo de reacción.  El error involucrado no incide en el diseño INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO

37

38

Resistencia a la Erosión Clase

Potencial de Erosión

Tipo de Material

A

Extremadamente Resistente a la erosión

Hormigón pobre con 7% - 8% de cemento ó concreto asfáltico con 6% de asfalto.

B

Resistente a la erosión

Material granular tratado con 5% de cemento.

C

Resistente a la erosión bajo ciertas condiciones

Material granular elaborado en planta con 3,5% de cemento o 3% de asfalto.

D

Bastante erosionables

Material granular elaborado in situ con 2,5% de cemento; suelos finos tratados con cemento in situ; Materiales granulares limpios, bien graduados y de buena calidad.

E

Muy erosionables

Materiales granulares contaminados no tratados; Suelos finos no estabilizados.


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Bases granulares El criterio principal para emplear una subbase granular en un pavimento de hormigón es el de limitar el contenido de finos que pasan el Tamiz #200.

Si el material cuenta con excesivos contenidos de finos, la capa puede almacenar agua encontrándose disponible para la erosión por bombeo Requisitos generales • Espesor mínimo: 10 cm. • Tamaño máximo < 1/3 del espesor. • P200 < 15%. • Desgaste Los Angeles < 50%. Recomendaciones: • No emplear espesores mayores de 15 cm. • Deberá especificarse una densidad mínima del 98% del T-180. INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO

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Bases tratadas con cemento Características (ACPA): • Espesor mínimo: 10 cm.

• Tipo de suelo recomendado para tránsito pesado: A1, A2-4, A2-5 y A3 (ACPA). • Tamaño máximo: 75 mm. • Durabilidad por congelamiento – deshielo y humedecimiento – secado. • Contenidos de Cemento: de 2% a 5%. • Resistencia a compresión: de 2,1 a 5,5 MPa. • Resistencia a Flexión: de 0,7 MPa a 1,4 MPa. • Módulo de elasticidad: 600.000 a 1.000.000 psi (de 4100 a 6900 MPa). • Romper la adherencia con emulsión asfáltica, film de polietileno o dos capas de membrana en base a parafina. INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO

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Bases de Hormigón Pobre Requisitos: • Espesor mínimo: 10 cm. • Resistencia a compresión de 5 MPa a 8 MPa. • Contenido de cemento de 120 a 200 kg/m3. • Contenido de aire de 6 a 8%. • Tamaño máximo hasta de 25 a 50 mm. • Tolerancias: ± 6 mm en la regla de 3 m. • Pueden ser densas o drenantes (Hº poroso). Recomendaciones constructivas:

• En general no suele especificarse la ejecución de juntas en la subbase de hormigón pobre. • Una terminación lisa es conveniente (menor fricción). • Se recomienda romper la adherencia con la calzada mediante un film de polietileno.

Subbase de Hormigón Poroso


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Bases tratadas con Asfalto Requisitos: • Espesor mínimo: 5 cm.

• Contenido de asfalto típico: 4% – 4,5%. • TM: 19 mm. • Tolerancias: ± 6 mm en la regla de 3 m. • Pueden ser densas o drenantes (Aº poroso). Recomendaciones constructivas: • Los lineamientos constructivos corresponden a los empleados para la ejecución de cualquier capa asfáltica. • En verano mantener la cancha humedecida o blanquearla (Riego de agua con cal.)


Base y Subbase. Módulo Combinado kc

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• La incorporación de una base / subbase al pavimento incrementa significativamente el módulo de reacción combinado subrasante/subbase. • Si se contempla en el proyecto el tratamiento de la misma con agentes estabilizantes, se deberá incorporar a la capa de suelo tratado, como una capa de subbase separada. Ejemplo: Valores típicos de k combinado (subrasante /subbase) para capas no tratadas Espesor de la subbase con módulo entre 100 y 500 MPa

Valor k de la subrasante [MPa/m]

100 mm

150 mm

230 mm

305 mm

27,0

28,6 - 34,5

31,1 - 40,9

35,6 - 51,1

39,9 - 60,7

40,5

40,8 - 49,3

43,5 - 57,2

48,7 - 69,9

53,8 - 81,8

54,0

54,0 - 63,6

55,2 - 72,6

60,8 - 87,3

66,5 - 101,1

kc2 kc1

En el caso que se emplee más de una capa de subbase, se requerirá entonces que este procedimiento sea reiterado, desde la subrasante hacia el nivel de apoyo.


Propiedades Mecánicas del Hormigón •

Las condiciones de durabilidad son las que establecerán los parámetros mínimos de resistencia del hormigón a emplear.

Tipo de exposición

Relación a/c

Clase H°

Ambiente no agresivo / normal / cálido y húmedo

≤ 0,50

≥ H-30

Congelamiento y deshielo (sin sales descongelantes) **

≤ 0,45

≥ H-30

Congelamiento y deshielo (con sales descongelantes) **

≤ 0,40

≥ H-35

Exposición moderada a sulfatos solubles (0,10 a 0,20 % en masa)

≤ 0,50

≥ H-30

Exposición severa a sulfatos solubles (0,20 a 2,0 % en masa)

≤ 0,45

≥ H-35

• •

Debe especificarse la resistencia media a flexión. Para mayor simplicidad el control de calidad y recepción se efectúa mediante ensayos a compresión. MR

= K × σ

K = 0,7 Para agregados Redondeados C

K = 0,8 Para agregados Triturados


44

Período de Diseño

45

• Es la vida útil teórica del pavimento antes de que éste requiera una rehabilitación importante o reconstrucción. • Es un parámetro que debe definir el Comitente. • Esta no representa necesariamente la vida útil, la cuál podrá ser mayor a la supuesta en el diseño, o más corta debido a un incremento inesperado del tránsito. • Los períodos de diseño en pavimentos rígidos comúnmente oscilan entre 20 y 40 años. • Se ha observado recientemente en algunos países de la Unión Europea y en los Estados Unidos un cambio de esta tendencia, hacia pavimentos de “Prolongada Vida Útil” (“Long-life Concrete Pavements”). INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO

Tránsito. Configuración de Cargas por Eje

46

•

La información requerida incluye la cantidad de vehículos pesados y su composición.

•

Para el diseño estructural solamente se considerarán aquellos vehículos con una configuración mínima de 2 ejes y eje trasero con duales.

• El método requiere contar con la distribución de cargas por eje para cada tipo de Eje (Simples, Dobles y Triples). • En el procedimiento se incorpora un procedimiento “Simplificado” el cuál incorpora valores estadísticos de censos de carga en pavimentos de los Estados Unidos. (OJO
Tránsito. Configuración de Cargas por Eje


47

48

Transferencia de Carga Es la capacidad de una losa de transferir su carga a una losa vecina D1 = X/2

D1 = x

D2 = X/2

D2 = 0

Mala Transferencia de Carga

• Trabazón entre agregados • Pasadores • Rigidización de Bordes – Banquina Vinculada – Cordón Cuneta – Sobreancho de Carril

Buena Transferencia de Carga

Tienen un efecto similar

Con cordón integral, si el cordón se ejecuta en una segunda etapa, no hay contribución estructural


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Factor de Seguridad de Cargas (PCA´84) Se aplica con el fin de resguardar al pavimento de las imprevistas sobrecargas de vehículos pesados al mayorar las cargas de tránsito previstas.

Los valores recomendados por la PCA son:

•

Autopistas y rutas de alto volumen de tránsito pesado, donde sea requerido un flujo ininterrumpido del tránsito, FSC=1,2.

•

Rutas y arterias importantes con moderado volumen de tránsito pesado, FSC=1,1.

•

Rutas y otras vías de bajo volumen de tránsito pesado y calles residenciales, FSC=1,0. INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO

CONFIABILIDAD (ACPA StreetPave) •

Representa de alguna manera un factor de seguridad.

•

Corresponde a la probabilidad estadística que un pavimento alcance las condiciones previstas en el diseño al final de su vida útil.

•

También establece la porción del pavimento que se encontrará en condiciones de continuar sirviendo al tránsito al final del período de diseño.

•

El valor de confiabilidad a emplear en la verificación es una variable que debe ser determinada por el comitente de los trabajos, ya que la misma se encontrará asociada al costo de los mismos.

Clasificación Funcional del Camino

Confiabilidad Recomendada Urbano

Rural

Autopistas

85 - 99

80 – 99

Arterias Principales

80 - 99

75 – 95

Calles Colectoras

80 - 95

75 – 95

Calles Residenciales y Rutas locales

50 - 80

50 – 80


50

PORCENTAJE DE LOSAS FISURADAS (ACPA StreetPave) Representa para el proyectista el valor admisible de losas fisuradas al final del período de diseño. Nivel Recomendado de Losas Fisuradas para cada Tipo de camino Tipo de Camino

Porcentaje recomendado de Losas Fisuradas al Final de su Vida Útil

(Por defecto)

15%

Autopistas, Rutas

5%

Arterias Menores

10%

Calles Colectoras

15%

Calles Residenciales

25%


51

PORCENTAJE DE LOSAS FISURADAS (ACPA StreetPave) Efecto combinado del Porcentaje de losas fisuradas con la confiabilidad. Confiabilidad

Losas Fisuradas

Losas fisuradas (valor probable)

Residencial Liviano

75 %

15 %

7,5 %

Residencial

80 %

15 %

6%

Colectoras

85 %

10 %

3%

Arteria Menor

90 %

10 %

2%

Arteria Principal

95 %

5%

0,5 %

Clasificación

Valor Probable  (100%  Confiabili dad)  Losas Fisuradas / 50% INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO

52

53

ACPA STREETPAVE 12 Hormigón Reforzado con Fibras Estructurales

• • • •

Impacto en el comportamiento mecánico del Hormigón Incremento de la tenacidad, Mejor control de fisuración, Incremento significativo de la resistencia a flexotracción, Mejor comportamiento a la fatiga

Son especialmente indicados para sobrellevar acciones dinámicas o prevenir situaciones donde se requiera el control de procesos de fisuración. INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO

VERIFICACIÓN DEL ESPESOR DEL PAVIMENTO PROYECTO:

EJEMPLO

ESPESOR:

25 cm

Transf. juntas

Pasadores

Kcombinado:

130 MPa/m

Trans. Bordes:

Sin Banquina Rígida

FSC:

1,2

P. De diseño:

30 años

EJES SIMPLES

Carga x FSC

Repeticiones Esperadas

(1)

(2) = (1) x FSC

16,0

Análisis de Fatiga

Análisis de Erosión

Repeticiones Admisibles

Consumo de Fatiga


Consumo de Erosión

(3)

(4)

(5) =(3) / (4)

(6)

(7) = (3) / (6)

19,2

608

550000

0,11

1000000

0,06

15,0

18,0

6031

2600000

0,23

1500000

0,40

14,0

16,8

42082

Ilimitado

0,00

2200000

1,91

13,0

15,6

207869

Ilimitado

0,00

3500000

5,94

12,0

14,4

733635

Ilimitado

0,00

5800000

12,65

11,0

13,2

1876473

Ilimitado

0,00

11000000

17,06

10,0

12,0

3551184

Ilimitado

0,00

24400000

14,55

9,0

10,8

5108831

Ilimitado

0,00

Ilimitado

0,00

8,0

9,6

5755777

Ilimitado

0,00

Ilimitado

0,00

7,0

8,4

5206314

Ilimitado

0,00

Ilimitado

0,00

6,0

7,2

3825604

Ilimitado

0,00

Ilimitado

0,00

5,0

6,0

2270497

Ilimitado

0,00

Ilimitado

0,00

Carga

SUMA PARCIAL:

0,34


52,58

EJES DOBLES Carga x FSC

Repeticiones Esperadas

(1)

(2) = (1) x FSC

30,0 28,0 26,0 24,0 22,0 20,0 18,0 16,0 14,0

36,0 33,6 31,2 28,8 26,4 24,0 21,6 19,2 16,8

Carga

Análisis de Fatiga Repeticiones Admisibles

Consumo de Fatiga


Consumo de Erosión

(3)

(4)

(5) =(3) / (4)

(6)

(7) = (3) / (6)

1 22 534 7655 64801 325817 984217 1827071 2173638

Ilimitado Ilimitado Ilimitado Ilimitado Ilimitado Ilimitado Ilimitado Ilimitado Ilimitado

0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

690000 1000000 1650000 2630000 4480000 8600000 20000000 Ilimitado Ilimitado

0,00 0,00 0,03 0,29 1,44 3,79 4,92 0,00 0,00

0,00

SUMA PARCIAL: 39,0 36,0 33,0 30,0 27,0 24,0 21,0 18,0

Análisis de Erosión

46,8 43,2 39,6 36,0 32,4 28,8 25,2 21,6

20 405 4700 30966 116958 258135 347582 309480

EJES TRIPLES Ilimitado Ilimitado Ilimitado Ilimitado Ilimitado Ilimitado Ilimitado Ilimitado

0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

10,48 860000 1400000 2400000 4200000 8600000 22000000 Ilimitado Ilimitado

0,00 0,03 0,20 0,74 1,36 1,16 0,00 0,00

SUMA PARCIAL:

0,00

3,48

TOTAL

0,34 %

66,54 %


CRITERIO DE VERIFICACIÓN

56

• La Fatiga Total del pavimento corresponde a la sumatoria de la fatiga consumida por cada grupo de cargas.

• El daño por erosión total corresponde a la sumatoria de la erosión consumida por cada grupo de cargas. • Para que constituya un diseño válido, la fatiga total y el daño por erosión debe ser inferior al 100%. • Usualmente el criterio de Fatiga controla el diseño de pavimentos de bajo tránsito pesado.

– En general los ejes simples causan un daño mayor por fatiga. • Usualmente el criterio de Erosión controla el diseño de pavimentos de elevado tránsito pesado.

– En general los ejes tándem causan un daño mayor por Erosión. INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO

57

LIMITACIONES • En el análisis por fatiga, no incorpora el efecto de las tensiones generadas por alabeo. – Considera que los efectos del alabeo diurno y nocturno se autocompensan. • No considera en forma directa la erosionabilidad de la Base. – Lo hace en forma indirecta, mediante el incremento de la rigidez del apoyo. • No tiene en consideración la incidencia del clima y del drenaje de la estructura. – El método sugiere incrementar o reducir el daño por erosión del 100% en función de la experiencia en la utilización del método en una región determinada. INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO

METODO AASHTO 1993 AASHO Road Test (1958-1960) • Tercer ensayo a gran escala en pavimentos. • Se evaluaron secciones de pavimento rígido y flexible. • Se evaluaron distintas configuraciones de carga, espesores de calzada y subbase. • Se estudiaron secciones de pavimentos de hormigón simple y reforzado. • Objetivo central: desarrollar relaciones entre cargas de tránsito pesado aplicadas, estructura del pavimento y pérdida de Serviciabilidad. INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO

58

59

Procedimiento AASHTO y sus modificaciones 1961-62 AASHO Interim Guide for the Design of Rigid and Flexible Pavements 1972

AASHTO Interim Guide for the Design of Pavement Structures 1972

1981

Revised Chapter III on Portland Cement Concrete Pavement Design

1986

Guide for the Design of Pavement Structures

1993

Revised Overlay Design Procedures

1998

Allowed for seasonal adjustments in k-value INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO

METODO AASHTO 1993 Factores involucrados en el diseño • • • • • • • • • • •

Serviciabilidad Inicial (po). Serviciabilidad final (pt). Período de diseño Tránsito en ejes equivalentes (W18) Factor de transferencia de carga (J) Módulo de rotura del Hormigón (MR) Módulo de elasticidad del Hormigón ( Ec) Módulo de reacción de la subrasante (k, LOS) Coeficiente de drenaje (Cd) Confiabilidad (R, ZR). Siempre incorporar Desvío Global (so). el valor medio o más probable INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO

60

Ecuación de Diseño de Pavimentos de Hormigón 1986-93 Perdida de Serviciabilidad Variable Z (Conf:R)

 D PSI     Log     4.5 - 1.5   Log(W18) Z R *s o + 7.35 *Log(D +1) - 0.06 +   1.624 * 10 7  1 + 8 . 46  Módulo de  D + 1  Rotura Desvío Estándar Global

Espesor

Coeficiente de drenaje

    0.75  S' c * C d * D  1.132  + 4.22 - 0.32pt  *Log    0.75 18.42   215.63* J *D 0.25   E c / k    Serviciabilidad Final

[

Transferencia de Carga

]

Módulo de elasticidad

Modulo de reacción


62

Serviciabilidad INDICE DE SERVICIABILIDAD PRESENTE (PSI) 5.0 Muy Bueno 4.0 Bueno 3.0 Regular 2.0 Pobre 1.0 Muy Pobre 0.0

Serviciabilidad

po

Δpsi

pt

Requiere Rehabilitación

Tránsito Acumulado Es la capacidad del pavimento de prestar servicio al tránsito que circula por el camino. INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO

Tránsito

63

Ejes Equivalentes • Representa al total de las cargas que se prevé que solicitarán al pavimento durante su vida en servicio expresadas en Ejes equivalentes de 18 Kips (8,2 T). • Las cargas de tránsito se convierten a ejes equivalentes mediante la aplicación de los factores de equivalencia de carga (factores de daño relativo).

Nº Total de Ejes Equivalentes de 8,2 T INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO

64

Ejemplo de Cálculo de Ejes Equivalentes Tipo de Vehículo

Ómnibus

Camiones sin acoplado

Camiones con acoplado

Semirremolque

Total

Proporción

Factor "c"

FEQ Rígido

EE c/1000 VP´s

0.07

0.462

23

0.07

0.693

26

0.07

0.924

0

0.6

3.96

495

0.38

3.762

282

0.6

7.92

396

0.39

6.435

1931

0.47

7.755

291

Config. de ejes

Cantidad

11

130

5.0%

12

98

3.8%

22

0

0.0%

11

325

12.5%

12

195

7.5%

11-11

130

5.0%

11-12

780

30.0%

12-11

98

3.8%

12-12

130

5.0%

0.32

6.336

317

111

130

5.0%

0.54

5.346

267

112

455

17.5%

0.45

5.94

1040

113

65

2.5%

0.41

6.765

169

122

0

0.0%

0.35

5.775

0

123

65

2.5%

0.4

7.92

198

2600

100.0%

8.8%

20.0%

43.8%

27.5%

100.0%


5434

65

Transferencia de Carga - Efecto de pasadores y Banquina de Hormigón • La transferencia de carga en las juntas y bordes de calzada se tiene en cuenta mediante el Factor de Transferencia de Carga, J. • Depende del tipo de pavimento, de las condiciones de soporte de bordes y de la transferencia de carga en juntas. Soporte de Borde

ESAL´s [Millones]

JPCP y JRCP (c-pas)

JPCP y JRCP (s-pas)

NO

SI

NO

SI

< 0,3

3,2

2,7

3,2

2,8

0,3 a 1

3,2

2,7

3,4

3,0

1a3

3,2

2,7

3,6

3,1

3 a 10

3,2

2,7

3,8

3,2

10 a 30

3,2

2,7

4,1

3,4

> 30

3,2

2,7

4,3

3,6

Fuente: WinPAS Manual - Simplified Design Guide.


Propiedades del Hormigón Existen dos propiedades que requiere el método: – Módulo de Rotura medio a 28 días. – Módulo de Elasticidad, Ec. Ec = 6750 MR en psi/Mpa (ACPA WinPas) Ec = 57,000 (f’c)0.5 en psi. (ACI 318)

h

d=L/3 L/3

L/3

L/3

Luz = L INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO

66

67

Propiedades de la Subrasante /Subbase Propiedades de la subrasante y Subbase asociadas al diseño son: • Módulo resiliente subrasante (Mr) • Tipo de Subbase (E) • Espesor de Subbase

Pérdida de Soporte

Módulo de reacción Combinado (kc) INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO

68

Propiedades de la Subrasante /Subbase Pérdida de soporte • La Pérdida de soporte tiene en cuenta la erosión de la subbase y subrasante. • Mediante este factor se reduce el valor k debido a la esperada por la erosión de la subrasante. • Una pérdida de soporte de 0 considera la condición del suelo en el ensayo AASHO. • Este valor se sitúa entre 0 y 3.


69

Coeficiente de Drenaje, Cd El agua atrapada en la estructura del pavimento es uno de los principales contribuyentes a la falla de los mismos. Conduce a:

1. Reducción del valor soporte de las bases granulares. 2. Reducción de la capacidad soporte de suelos de subrasante. 3. Bombeo de finos y generación de escalonamientos.

4. Hinchamientos diferenciales de suelos (suelos expansivos o susceptibles al congelamiento). 5. Reducción de la capacidad estructural.


70

Coeficiente de Drenaje, Cd Calidad de drenaje

Porcentaje del tiempo que la estructura del pavimento se encuentra expuesta a niveles de humedad próximos a la saturación < 1%

1% - 5%

5% – 25%

> 25%

Excelente

1,25 – 1,20

1,20 – 1,15

1,15 – 1,10

1,10

Buena

1,20 – 1,15

1,15 – 1,10

1,10 – 1,00

1,00

Regular

1,15 – 1,10

1,10 – 1,00

1,00 – 0,90

0,90

Pobre

1,10 – 1,00

1,00 – 0,90

0,90 – 0,80

0,8

Muy Pobre

1,00 – 0,90

0,90 – 0,80

0,80 – 0,70

0,7

Drenaje Excelente: El suelo drena al 50% de su saturación en 2 horas. Drenaje Bueno: El suelo drena al 50% de su saturación en 1 día. Drenaje Regular: El suelo drena al 50% de su saturación en 7 días. Drenaje pobre: El suelo drena al 50% de su saturación en 1 mes. Drenaje muy pobre: El suelo no drena INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO

SERVICEABILIDAD

Confiabilidad, R y So po

Curva de Desempeño Curva de diseño

pt

ZR * so Log ESALs INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO

71

72

Confiabilidad, R • Es la probabilidad estadística que un pavimento alcance la vida de diseño para lo cuál fue proyectado.

• De alguna forma también establece la porción del pavimento que se encontrará en condiciones de servir al tránsito presente al final de su edad de diseño. Clasificación Funcional

Nivel de Confiabilidad Recomendado Urbano

Rural

85 – 99,9

80 – 99,9

Arterias Principales

80 – 99

75 – 99

Colectoras

80 – 95

75 – 95

Locales

50 – 80

50 – 80

Autopistas


73

Desvío Standard, So • Es el error estadístico presente en las ecuaciones de diseño debido a la variabilidad en los materiales, construcción, etc. • Representa la dispersión entre el desempeño predicho y el desempeño real.

• AASHTO recomienda emplear los siguientes valores, para pavimento rígidos nuevos:  So = 0,39 (cuando se considera la variación del tránsito previsto).  So = 0,34 (cuando NO se considera la variación del tránsito previsto). INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO

74

Limitaciones • No resulta prudente emplear ecuaciones o relaciones determinadas empíricamente para describir fenómenos que ocurren fuera del rango de la información original empleada para esta relación. • Si bien el ensayo AASHO constituye el ensayo más importante efectuado en materia de pavimentos, constituye una base empírica limitada si se compara con la diversidad de diseños actuales. (Ej.: 1 zona climática, 2 años en servicio, limitadas repeticiones de carga, 1 sola subrasante, limitadas secciones de estudio, 1 solo conjunto de materiales, etc.)

• Existen una gran cantidad de factores que tienen una fuerte incidencia en el diseño y no son tenidos en cuenta.


75

ÍNDICE DE LA PRESENTACIÓN


76

Ejemplo (Método de la P.C.A.) DATOS • Proyecto: Duplicación de calzada existente. • Subrasante: Suelo A-6 (CBR = 3%). • Período de diseño = 25 años. • Tránsito:   

TMDA = 6500 veh/día. Prop VP´s = 40%. Tasa de Crecimiento = 2.5%.

• Resistencia del hormigón: s/PETG de la DNV. • Empleo de Pasadores en Juntas Transversales. • Banquina Pavimentada INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO

78

Ejemplo (Método de la P.C.A.) Distribución de cargas por eje Simples

Dobles

Triples

Carga

R/1000

Carga

R/1000

Carga

R/1000

16

0.048

30

0.000

39

0.002

15

0.475

28

0.002

36

0.032

14

3.316

26

0.042

33

0.370

13

16.380

24

0.603

30

2.440

12

57.809

22

5.106

27

9.216

11

147.862

20

25.674

24

20.340

10

279.825

18

77.554

21

27.389

9

402.564

16

143.969

18

24.386

8

453.542

14

171.278

15

15.685

7

410.246

12

138.729

12

7.343

6

301.449

10

80.226

9

2.301

5

178.910

8

32.809

6

0.496

Total

2377

Total

687

Total

110


Ejemplo (Método de la P.C.A.) SOLUCIÓN SUBRASANTE • CBR medio = 3,0%

• Correlación con módulo de reacción (k) = 2,7 kg/cm3 INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO

79

80

Ejemplo (Método de la P.C.A.) SUBBASE • En estos casos resulta conveniente incorporar una capa de subbase que permitirá: • Mejorar la condición de apoyo – uniformidad y homogeneidad.

• Incrementar el control de cambios volumétricos en subrasante. • Conformar una plataforma de trabajo adecuada, menos susceptible a las condiciones climáticas y apta para la circulación de los vehículos de obra. • Mediante Tablas se determina el módulo de reacción combinado Subrasante/subbase. Espesor de subbase  Valor K de subrasante  1.4 2.8 5.5

2.7

100 mm

150 mm

1.7

2.1

3.6

3.9

6.1

6.4

200 230 mm mm 3.9

Kcombinado (subrasante / subbase) = 3.9 kg/cm3 INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO

2.4 4.4 7.5

81

Ejemplo (Método de la P.C.A.) BASE • Uso obligatorio por tránsito pesado (mayor de 100 a 200 VP/día). • Se emplea una Base Granular Cementada de 15 cm de espesor. • Mediante Tablas se determina el módulo de reacción combinado Subrasante/subbase. Espesor de subbase  100 mm

150 mm

200 mm

1.4

4.7

6.4

8.6

2.8

7.8

11.1

14.4

13.0

17.7

Valor K de subrasante 

5.5

3.9

13.8

Kcombinado (subrasante / subbase / base) = 13.8 kg/cm3 INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO

23.0

Ejemplo (Método de la P.C.A.) RESISTENCIA DEL HORMIGÓN Resistencia mínima efectiva = 315 kg/cm2 (R=90%) Consideramos un C.V. = 10%

σbm  315 kg/cm2  (1 + 0,10  1,282)

σbm  355 kg/cm2  34,8 MPa Entonces, aplicando la fórmula de la P.C.A. para agregados Triturados

MR  0,8  34,8 MPa  4,72 MPa  48 kg/cm2


82

Ejemplo (Método de la P.C.A.) TRÁNSITO

• TMDA = 6500 veh/día • Prop. Vehículos Pesados = 40%. • Tasa de Crec.: 2.5%.  TMDD = 8881 v/día (3550VP/d). • Factor de seguridad de cargas: 1,2. • Factor de Distribución por dirección (FDD) = 50%.

• Factor de Distribución por Trocha (FDT) = según el siguiente nomograma:


83

84

Ejemplo (Método de la P.C.A.) 100

TMDA (una dirección), en miles

3 carriles en una dirección 2 carriles en una dirección

10

4440

1 50

60

70 80 Camiones en carril derecho (%)

87% 90


100

Ejemplo (Método de la P.C.A.) TRANSFERENCIA DE CARGA

Juntas Transversales: • Debido al elevado volumen de vehículos pesados (Mayor de 80 a 120 VP/día) resulta obligatorio la colocación de pasadores.

• Se evaluará la incidencia de prescindir de los pasadores. Bordes de Calzada: • Banquina Externa Flexible (no existe transferencia de carga en los bordes de calzada). • Evaluar la factibilidad de incorporar Sobreancho o Banquina Vinculada. INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO

85

Ejemplo (Método de la P.C.A.)


86

Ejemplo (Método de la P.C.A.)


87

Análisis de Sensibilidad

88

28.0 26.0

Espesor de Calzada, cm

24.0 22.0 20.0 18.0 16.0 Criterio de Fatiga

14.0

Criterio de Erosión

12.0 10

100

1000

Tránsito Pesado Medio Diario Anual (Diseño) - Esc. Log.


10000

89

Análisis de Sensibilidad 28


27 26 25 24 23 22 21 20 19 20 MPa/m

Criterio de Fatiga

60 MPa/m


100 MPa/m

140 MPa/m

Módulo de reacción combinado (subrasante/subbase)


180 MPa/m

90



26

25 24 23 22 21

20 19 Criterio de Fatiga

18


17 1.00

1.10 Factor de Seguridad de Cargas

1.20


1.30

91



26 25 24

23 22 21 20 19 Criterio de Fatiga

18


17 3.8

4.0

4.2

4.4

4.6

4.8

5.0

5.2

Resistencia a Flexión, MPa


5.4

5.6

Análisis de Sensibilidad

92

32 Sin Pasadores y Sin Banquina de Hº


30

Con Pasadores y Sin Banquina de Hº

28

Sin Pasadores y Con Banquina de Hº 26

Con Pasadores y Con Banquina de Hº

24 22 20 18 16 14 12 1

10

100

1000

Tránsito Pesado Medio Diario Anual (Esc. Log.)


10000

Variantes según Condición de Transferencia de Carga VARIANTE A – BANQUINA FLEXIBLE JUNTAS TRANSVERSALES •

Con Pas → E: 24,6 cm.

•

Sin Pas → E: 29,1 cm.

VARIANTE B – BANQUINA RÍGIDA / SOBREANCHO JUNTAS TRANSVERSALES •


•



93

Y si consideramos otro tipo de Base? VARIANTE C - Base granular asfáltica + subbase granular Ventajas: • Permite alcanzar una rigidez intermedia, brindando un adecuado comportamiento (balance) frente a cargas de Tránsito y Medioambientales • Elevada Resistencia a la Erosión (similar al Hormigón Pobre) • Poca dependencia de la fase constructiva


94

95

Recálculo del Módulo de reacción combinado SUBBASE GRANULAR • Mediante Tablas se determina el módulo de reacción combinado Subrasante/subbase. Espesor de subbase  Valor K de subrasante  1.4 2.8 5.5

3.9

100 mm

150 mm

230 mm

1.7

2.1

2.4

3.6

3.9

6.1

6.4

4.9

4.4 7.5

BASE GRANULAR ASFÁLTICA • Mediante Tablas puede determinarse también el módulo de reacción combinado. Espesor de subbase 

Valor K de subrasante 

50 100 mm mm

1.4

4.9

2.8

5.5

5.3

150 mm

230 mm

2.3

3.1

4.3

4.2

5.4

7.2

7.7

9.5

12.2

Kcombinado (subrasante / subbase / base) = 5.3 kg/cm3 INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO

96

Variante C – Base Asf + Subbase Gran. VARIANTE C – BANQUINA FLEXIBLE JUNTAS TRANSVERSALES •


•


VARIANTE C – BANQUINA RÍGIDA / SOBREANCHO JUNTAS TRANSVERSALES •


•



Ejemplo (Método AASHTO’93) DATOS • Idem Anterior. • Calidad de drenaje: Regular. • Proporción de tiempo con niveles próximos a la saturación: 5% - 25%. SOLUCIÓN SERVICIABILIDAD • Serviciabilidad Inicial (Po): 4.5. • Serviciabilidad Final (Po): 2.5. PROPIEDADES DEL HORMIGÓN • MR: 4.8 MPa; Rcompresión media: 35 MPa. • E: 6.750 · MR: 32 GPa. INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO

97

Ejemplo (Método AASHTO’93)

98

DRENAJE • Calidad de drenaje: Regular. • Próximo a la saturación: 25%.  Cd: 1.0 (Por tabla). TRÁNSITO

ESALs TOTALES

n   TMDA   (%V i Feqi )  365  FP  i1 

ESALs TOTALES  6500

(1 + i)n  1 FP  i

veh  VP EE' s  días  0.4  4330  365  34,16 años  día  Veh 1000VP  año

ESALsC.DISEÑO  ESALs TOTALES  FDD  FDT  ESALs C.DISEÑO  1.40  108 EE' s  0.5  0.87  6.11  107 EE' s INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO

Ejemplo (Método AASHTO’93) SUBRASANTE /SUBBASE • Subbase: Estabilizado Granular c/ Cemento.

• LOS: 0  Kc: 130 MPa/m TRANSFERENCIA DE CARGA

• Con Pasadores y Sin Banquina de Hormigón J: 3.2 DESVÍO ESTÁNDAR GLOBAL y CONFIABILIDAD • So: 0.39 (Consideramos variación del tránsito futuro). • R: 80%.


99

100


110 E+06

90 E+06

33 31

70 E+06

29 50 E+06 27 30 E+06

25 Espesor

Ejes Equivalentes

23

10 E+06 3.8

4

4.2

4.4

4.6

4.8

5

5.2

5.4

Módulo de Rotura, MPa


5.6

Ejes Equivalentes, W18

Espesor de calzada, cm

35

101

Análisis de Sensibilidad 37 110 E+06

90 E+06

33 31

70 E+06

29 50 E+06 27 30 E+06 25

Espesor

Ejes Equivalentes

23

10 E+06 20

40

60

80

100

120

140

160

180

Módulo de reacción combinado, MPa/m


200



35

102


110 E+06

90 E+06

33 31

70 E+06

29 50 E+06 27 30 E+06

25 Espesor

Ejes Equivalentes

23

10 E+06 26

28

30

32

34

36

38

40

Módulo de Elasticidad, GPa


42



35

103


90 E+06

33 31

70 E+06

29 50 E+06 27

30 E+06 25 Espesor

Ejes Equivalentes

23

10 E+06 0.6

0.7

0.8

0.9

1

1.1

1.2

Coeficiente de Drenaje


1.3



35

104


90 E+06

33 31

70 E+06

29 50 E+06 27

30 E+06 25 Espesor

Ejes Equivalentes

23

10 E+06 50

60

70

80

90

Confiabilidad


100



35

105

Análisis de Sensibilidad Con Pasadores y Sin Banquina de Hº

Ejes Equivalentes de 8,2 T

320 E+06

Con Pasadores y Con Banquina de Hº

280 E+06

Sin Pasadores y Con Banquina de Hº 240 E+06

Sin Pasadores y Sin Banquina de Hº 200 E+06

160 E+06 120 E+06 80 E+06 40 E+06 000 E+00 24

25

26

27

28 29 30 31 Espesor de calzada, cm

32

33

34


35

36

Variantes según Condición de Transferencia de Carga VARIANTE A – BANQUINA FLEXIBLE JUNTAS TRANSVERSALES •


•


VARIANTE B – BANQUINA RÍGIDA / SOBREANCHO JUNTAS TRANSVERSALES •


•



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107

Variante C – Base Asf + Subbase Gran. VARIANTE C – BANQUINA FLEXIBLE JUNTAS TRANSVERSALES •


•


VARIANTE C – BANQUINA RÍGIDA / SOBREANCHO JUNTAS TRANSVERSALES •


•



108

Que otra variante podríamos analizar? VARIANTE D – Incorporación de una estructura de Subdrenaje Objetivo: • Eliminar el agua que pudiera infiltrarse dentro de la estructura del pavimento • Mayor confiabilidad en la prevención del bombeo de finos desde las capas inferiores.

Calidad de drenaje Coef. De drenaje

Regular 1,00

Excelente 1,15


Variante D – Subdrenaje VARIANTE D – BANQUINA FLEXIBLE Opción 1: con Dren Longitudinal

SIN SOBREANCHO JUNTAS TRANSVERSALES

VARIANTE D – BANQUINA FLEXIBLE Opción 2: Extendida hasta el talud

•


•


CON SOBREANCHO

JUNTAS TRANSVERSALES •


•



109

Ejemplo (ACPA StreetPave12)


110



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DISPOSICIÓN DE JUNTAS El objetivo es “copiar” el patrón de fisuración que naturalmente desarrolla el pavimento en servicio mediante un adecuado diseño y ejecución de juntas transversales y longitudinales, e incorporar en las mismas mecanismos apropiados para la transferencia de cargas. Un adecuado diseño de las juntas permitirá:

 Prevenir la formación de fisuras transversales y longitudinales.  Proveer transferencia de carga adecuada.  Prevenir la infiltración de agua y de materiales incompresibles a la estructura del pavimento.

 Permitir el movimiento de las losas contra estructuras fijas e intersecciones INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO

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DESARROLLO NATURAL DE FISURAS 1. Fisuración inicial (transversal) 2. Fisuración intermedia (transversal). 3. Fisuración longitudinal.

2 1 2 1

2 3


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TIPOS DE JUNTAS 

JUNTAS TRANSVERSALES

 Contracción: Controlan la formación de fisuras  Construcción: Juntas de fin de jornada o por imposibilidad de continuar con el hormigonado.  Aislación / Dilatación: permite movimientos relativos con estructuras fijas u otros pavimentos.



JUNTAS LONGITUDINALES  Contracción: o articulación: Controlan la formación de fisuras

 Construcción o ensamblada: Pavimentación por fajas. INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO

123

TIPOS DE JUNTAS Junta Transversal de Contracción con Pasadores y sin Pasadores

(FUERA DE ESCALA)

A1

A2

Junta Transversal de Construcción y de dilatación

B

E

Junta Longitudinal de Contracción o de articulación con y sin Barras de Unión.

C1

C2

Junta Longitudinal de Construcción o ensamblada con y sin Barras de Unión.

D1

D2

Junta de aislación sin Sobre-espesor y con Sobre-espesor.

F1

Estruc Fija

F2


Estruc Fija

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SEPARACIÓN ENTRE JUNTAS Separaciones Recomendadas • Sep. Máxima recomendada: 6,0 m. • Bases Cementadas: 21 x E • Bases Granulares: 24 x E

Otras Consideraciones • Relación largo/ancho < 1,5 (Recomendado ≤ 1,25). • Otros factores que influyen: Coef. Dilatación Térmica del Hº, Rigidez de la base, Condiciones Climáticas, etc.

DEBE PRIMAR LA EXPERIENCIA LOCAL INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO

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Es FUNDAMENTAL observar el comportamiento de pavimentos similares construidos en la zona. INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO

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Para incorporar las LECCIONES APRENDIDAS a los nuevos diseños


TRANSFERENCIA DE CARGA POR TRABAZÓN ENTRE AGREGADOS Interacción de corte entre partículas de agregados de las caras de la junta por debajo del aserrado primario. Resulta aceptable para vías de bajo tránsito pesado (80 a 120 VP/d)

El grado de transferencia de carga se encuentra afectado por:

Trabazón entre agregados por debajo del aserrado primario

• Espesor de losa. • Separación entre juntas (abertura de juntas)

•Empleo de agregados triturados. • Agregados con TM > 25 mm. • Subbases Rígidas. • Condiciones de soporte en bordes. INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO

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TRANSFERENCIA DE CARGA - PASADORES Deben emplearse en vías de Tránsito Pesado (donde no es suficiente la transferencia de carga por trabazón). Características: Tipo de acero

Tipo I (AL-220)

Superficie

Lisa, libre de óxido y con tratamiento que impida la adherencia al hormigón.

Longitud

45 cm.

Diámetro

25 mm para E  20 cm 32 mm para 20 < E  25 cm 38 mm para E > 25 cm

Separación

30 cm. de centro a centro 15 cm. de centro a borde

Ubicación

Paralelo al eje de calzada Mitad del espesor de losa Mitad a cada lado de la junta transversal INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO

TRANSFERENCIA DE CARGA - PASADORES


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TRANSVERSALES DE CONSTRUCCIÓN  Se efectúan al final de la jornada de trabajo o en interrupciones programadas (puentes, estructuras fijas, intersecciones) o por imposibilidad de continuar con el hormigonado.  La transferencia de carga se efectúa a través del pasador.  Principales fuentes de rugosidad. Minimizar su empleo. Intensificar los controles con la regla de 3 m.

Espesor de losa "E"

1/2 E

Pasador


Longitudinales de contracción o de articulación     

Se construyen para controlar la fisuración longitudinal. Se ejecutan (por aserrado) cuando se pavimentan 2 o más trochas simultáneamente. La transferencia de carga se efectúa por trabazón entre agregados. Se recomienda ubicarlas junto a las líneas demarcatorias de división de carriles (evitar las zonas de huellas). No colocar barras de unión a menos de 40 cm. de las juntas transversales. Barra de Unión nervurada

E/3

E/2

E


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SECCIONES TÍPICAS (FUERA DE ESCALA)

2 Carriles PLANTA

3 Carriles

PLANTA

PLANTA

L

1/3 Ancho Hasta 8,0 m

L

L

1/3 Ancho

De 8,0 a 12,0 m

De 10 a 12,5 m

SECCIÓN

Cordón Integral

Cordón Cuneta

Cordón Integral

Cordón Cuneta

Cordón Integral

Cordón Cuneta

Nota: El ancho de losa nunca debe superar la máxima separación entre juntas transversales recomendada


LONGITUDINALES DE CONTRACCIÓN O DE 134 ARTICULACIÓN

3 losas vinculadas

4 losas Alt1: Vinculación de juntas extremas Alt2: Vinculación total (duplicar la cuantía en la junta central)

NUNCA VINCULAR 5 LOSAS O MÁS INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO

LONGITUDINALES DE CONTRACCIÓN O DE 135 ARTICULACIÓN


LONGITUDINALES DE CONSTRUCCIÓN O ENSAMBLADA  Se ejecutan cuando la calzada es construida por fajas.  En caso de posibles ampliaciones, dejar los bordes con machimbre.  No ejecutar el aserrado primario.  Prestar especial atención a las condiciones de terminación de los bordes.

Barra de Unión corrugada E/2 E

Machihembrado semicircular o trapezoidal INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO

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JUNTAS DE DILATACIÓN 

Aíslan el pavimento de otra estructura, tal como otra zona pavimentada o una estructura fija.



Ayudan a disminuir tensiones de compresión que se desarrollan en intersecciones en T y asimétricas.



Su ancho debe ser de 12 a 25 mm, ya que mayores dimensiones pueden causar movimientos excesivos en las juntas cercanas.



La transferencia de carga se efectúa a través del pasador, sino debe realizarse sobre espesor de hormigón.



En pavimentos sin pasadores las 3 o 4 juntas próximas a la de dilatación deben ejecutarse con pasadores. INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO

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JUNTAS DE DILATACIÓN Pasador D= 25, 32 o 38 mm

Material de Sellado Cápsula (30 mm de carrera libre con relleno)

1/2 E

Espesor de losa "E"

Material de Relleno 20 mm


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JUNTAS DE AISLACIÓN En intersecciones asimétricas o en T y contra algunas estructuras fijas no deben colocarse pasadores, de modo de permitir movimientos horizontales diferenciales. Material de Sellado

E

1,2 E

Estructura Fija

6 a 10 E 20 mm

Material de Relleno INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO

GRACIAS ING. DIEGO H. CALO Instituto del Cemento Portland Argentino [email protected] www.icpa.org.ar


UCA 20-05-15

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