10.0 Diseño de pavimentos rígidos.pdf
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Pavimentos UNH
Ing. Johny Bendezu Acero 1
VII Capítulo:
Diseño de Pavimentos Rígidos
Pavimentos UNH
Ing. Johny Bendezu Acero 2
7.1
Consideraciones Generales
Pavimentos UNH
Ing. Johny Bendezu Acero 3
HR
ÁREA GRANDE
DE DISTRIBUCIÓN
DE CARGA
PRESIÓN PEQUEÑA
EN LA FUNDACIÓN DEL
PAVIMENTO
HF
PRESIÓN GRANDE
EN LA FUNDACIÓN DEL
PAVIMENTO
ÁREA PEQUEÑA
DE DISTRIBUCIÓN
DE CARGA
CONCRETO ASFALTO
COMPARACIÓN DE LA DISTRIBUCIÓN DE CARGAS EN
PAVIMENTOS EQUIVALENTES
Pavimentos UNH
Ing. Johny Bendezu Acero 4
qt = 0,22 kgf/cm2
qc = 7,5 kgf/cm2
20 cm
30,4 cm
88,7 cm
CAPACIDAD DE ABSORCIÓN DE CARGA DE UNA PLACA DE
CONCRETO (carga en el interior, seg. PCA)
Pavimentos UNH
Ing. Johny Bendezu Acero 5
TIPOS DE PAVIMENTOS DE CONCRETO
Simple o monolítico
Simple con dovelas o barras de transferencia
Con refuerzo discontinuo distribuido sin función
estructural
Con refuerzo continuo sin función estructural
Con refuerzo estructural
Preesforzado
Pavimentos UNH
Ing. Johny Bendezu Acero 6
h
3 a
4 m
etr
os
4 a 6 metros 4 a 6 metros
PAVIMENTOS DE CONCRETO SIMPLE
Pavimentos UNH
Ing. Johny Bendezu Acero 7
h
3 a
4 m
etr
os
4 a 7 metros 4 a 7 metros
* Llamadas también dowels
PAVIMENTOS DE CONCRETO SIMPLE CON BARRAS DE
TRANSFERENCIA (*)
Pavimentos UNH
Ing. Johny Bendezu Acero 8
h5 cm . . .. .. . . . . . . . .
3 a
5 m
etr
os
Cada 30 metros Cada 30 metros
PAVIMENTO CON REFUERZO DISCONTINUO
DISTRIBUIDO SIN FUNCIÓN ESTRUCTURAL
Pavimentos UNH
Ing. Johny Bendezu Acero 9
h5 cm . . .. .. . . . . . . .. .
3 a
5 m
etr
os
“No tiene juntas”
PAVIMENTO CON REFUERZO CONTÍNUO SIN
FUNCIÓN ESTRUCTURAL
Pavimentos UNH
Ing. Johny Bendezu Acero 10
h
. . .. .. . . . . . . .. .
. . ... ... . . . . .. .
4 a 6 metros 4 a 6 metros
3 a
5 m
etr
os
PAVIMENTO DE CONCRETO CON
REFUERZO ESTRUCTURAL
Pavimentos UNH
Ing. Johny Bendezu Acero 11
APLICACIONES TÍPICAS
Vías de tránsito intenso y canalizado
Áreas Sujetas al derrame de combustibles
Áreas de tránsito pesado (puertos y
terminales)
Pisos industriales
Aeropuertos
Puentes túneles y viaductos
Pavimentos UNH
Ing. Johny Bendezu Acero 12
CONCRETO
La resistencia mecánica que se especifica para los pavimentos de concreto debe ser lade tracción por flexión (Mr)
Generalmente se adopta:
Mr 4,5 MPa
Pavimentos UNH
Ing. Johny Bendezu Acero 13
7.2
Método AASHTO 1993
Pavimentos UNH
Ing. Johny Bendezu Acero 14
Procedimiento de Diseño
Estimar el tráfico para el Periodo de diseño (W18)
Determinar la confiabilidad R y la desviación estándar total So
Establecer el módulo de reacción efectivo de la subrasante k
Determinar la pérdida de serviciabilidad de diseño
Obtener el espesor de la losa D (ábaco o fórmula)
Establecer los espesores que satisfagan SN
Pavimentos UNH
Ing. Johny Bendezu Acero 15
Fórmula de diseño AASHTO
Nomograma ASSHTO
Pavimentos UNH
Ing. Johny Bendezu Acero 16
Pavimentos-Ing. Johny Bendezu
Acero UNH 17
Carga de eje equivalente (ESAL)
Pavimentos-Ing. Johny Bendezu
Acero UNH 18
Factor de eje equivalente
Pavimentos Rígidos (AASHTO)
D=espesor de la losa
52.3
2
46.8
20.5
2
18
22
1
6.300.1
5.15.4
5.4log
log28.3log62.4118log62.4log
LD
LLpG
GGLLL
W
W
xx
tt
t
x
tx
t
tx
Pavimentos UNH
Ing. Johny Bendezu Acero 19
Tráfico de diseño
Pavimentos UNH
Ing. Johny Bendezu Acero 20
Confiabilidad
Pavimentos UNH
Ing. Johny Bendezu Acero 21
Relación entre espesor y confiabilidad
Pavimentos UNH
Ing. Johny Bendezu Acero 22
Desviación estándar
Pavimentos-UNH-Ing. Johny
Bendezu Acero 23
Pérdida de Serviciabilidad
Time
Servic
eab
ilit
y (
PS
I) p0
pt
p0 - pt
Basic Equations
Pavimentos UNH
Ing. Johny Bendezu Acero 24
Pérdida de serviciabilidad
Pavimentos UNH
Ing. Johny Bendezu Acero 25
Drenaje
Pavimentos UNH
Ing. Johny Bendezu Acero 26
Drenaje
Coeficiente de Transmisión de
Carga J
Pavimentos UNH
Ing. Johny Bendezu Acero 27
Pavimentos UNH
Ing. Johny Bendezu Acero 28
Transferencia de carga
Pavimentos UNH
Ing. Johny Bendezu Acero 29
Transferencia de carga
Pavimentos UNH
Ing. Johny Bendezu Acero 30
Efecto del sistema de transferencia de
carga y la berma
Pavimentos UNH
Ing. Johny Bendezu Acero 31
Sub-base
Pavimentos UNH
Ing. Johny Bendezu Acero 32
Módulo de rotura
Pavimentos UNH
Ing. Johny Bendezu Acero 33
Módulo de rotura
Pavimentos UNH
Ing. Johny Bendezu Acero 34
Relación entre espesor y módulo de rotura
Pavimentos UNH
Ing. Johny Bendezu Acero 35
Módulo de elasticidad
Pavimentos UNH
Ing. Johny Bendezu Acero 36
Fórmula de diseño AASHTO
Pavimentos UNH
Ing. Johny Bendezu Acero 37
Fórmula de
diseño
AASHTO
Pavimentos UNH
Ing. Johny Bendezu Acero 38
7.3
Método PCA
Pavimentos UNH
Ing. Johny Bendezu Acero 39
Procedimiento de Diseño
Establecer tipo de junta y berma
Determinar el modulo de rotura del concreto a 28 días
Determinar el modulo de reacción k (equivalente) de la subrasante
Establecer el factor de seguridad de carga (LSF)
Determinar la distribución de ejes de carga
Calcular el número esperado de repeticiones de ejes de diseño
Pavimentos UNH
Ing. Johny Bendezu Acero 40
Posiciones de carga críticas para
el diseño
Pavimentos UNH
Ing. Johny Bendezu Acero 41
Modulo de reacción de la sub rasante
Pavimentos UNH
Ing. Johny Bendezu Acero 42
Efecto de la sub-base en el valor de k
Pavimentos UNH
Ing. Johny Bendezu Acero 43
Tráfico
Pavimentos UNH
Ing. Johny Bendezu Acero 44
Tráfico
Pavimentos UNH
Ing. Johny Bendezu Acero 45
Factor de seguridad de carga
Pavimentos UNH
Ing. Johny Bendezu Acero 46
FATIGA
EROSIÓN
Modelos de comportamiento
Pavimentos UNH
Ing. Johny Bendezu Acero 47
FATIGA
Repeticiones de cargas
Tensión vs. Resistencia
Número límite o admisible de repeticiones
de carga
Pavimentos UNH
Ing. Johny Bendezu Acero 48
Relación de esfuerzos
(*)
N°admisible de
repeticiones de carga
Relación de esfuerzos
(*)
N°admisible de
repeticiones de carga
0,50
0,51
ilimitado
400.000
0,68
0,69
3.500
2.500
0,52
0,53
300.000
240.000
0,70
0,71
2.000
1.500
0,54
0,55
180.000
130.000
0,72
0,73
1.100
850
0,56
0,57
100.000
75.000
0,74
0,75
650
490
0,58
0,59
57.000
42.000
0,76
0,77
360
270
0,60
0,61
32.000
24.000
0,78
0,79
210
160
0,62
0,63
18.000
14.000
0,80
0,81
120
90
0,64
0,65
11.000
8.000
0,82
0,83
70
50
0,66
0,67
6.000
4.500
0,84
0,85
40
30(*) Igual a la tensión de tracción por flexión dividida por la resistencia característica a tracción del concreto.
RELACIÓN DE ESFUERZOS Y NÚMERO ADMISIBLES DE
REPETICIONES DE CARGA - CURVA DE FATIGA
Pavimentos UNH
Ing. Johny Bendezu Acero 49
Fatiga
Pavimentos UNH
Ing. Johny Bendezu Acero 50
S < 0,45 NÚMERO ILIMITADO
DE REPETICIONES
S > 0,45 NÚMERO LIMITADO
DE REPETICIONES
CURVA DE FATIGA DEL CONCRETO
Pavimentos UNH
Ing. Johny Bendezu Acero 51
12 11
1 4 1 1
2
2
2 2
2 2 2 4
0
P
h
x y ye
y
cos cos sen
d
Eq.41, “New Formulas for
Stresses on Concrete
Pavements”, ASCE, Proc., Jan.
1947, V.73
FÓRMULA DE WESTERGARD: TENSIÓN POR TRACCIÓN EN LA
PARTE INFERIOR
Pavimentos UNH
Ing. Johny Bendezu Acero 52
FATIGA
EROSIÓN
Modelos de comportamiento
EROSION
Pavimentos UNH
Ing. Johny Bendezu Acero 53
FACTORES DE SEGURIDAD DE
CARGA
Pavimentos UNH
Ing. Johny Bendezu Acero 54
Pavimentos UNH
Ing. Johny Bendezu Acero 55
Proyeto:
Espesor: cm Juntas con dovelas:
ksist.: MPa/m Bermas de concreto:
fctM,k: MPa Período de diseño (años):
Fsc:
ANÁLISIS DE FATIGA ANÁLISIS DE EROSIÓN
CARGA CARGA NÚMERO NÚMERO CONSUMO NÚMERO DANOS POR
POR EJE POR EJE REPETICIONES REPETICIONES DE FATIGA ADMISSÍVEL DE EROSÃO
(kN) x Fsc ESPERADAS ADMISIBLES (%) SOLICITAÇÕES (%)
1 2 3 4 5 6 7
EJES SENCILLOS Esf. Equivalente: Factor de erosión
Factor de relación de esfuerzos:
EJES TÁNDEM Esf. Equivalente: Factor de erosión
Factor de relación de esfuerzos:
EJES TRÍDEM Esf. Equivalente: Factor de erosión
Factor de relación de esfuerzos:
TOTAL TOTAL
HO
JA
DE
CÁ
LC
UL
O -
PC
A/8
4
Pavimentos UNH
Ing. Johny Bendezu Acero 56
Proyecto:
Espesor: cm Juntas con dovelas
ksist.: MPa/m Bermas de concreto:
fctM,k: MPa Período de diseño (años):
Fsc:
ANÁLISIS DE FATIGA
CARGA CARGA NÚMERO NÚMERO CONSUMO
POR EJE POR EJE REPETICIONES REPETICIONES DE FATIGA
(kN) x Fsc ESPERDAS ADMISIBLES (%)
1 2 3 4 5
EJES SIMPLES Esf. equivalente:
Factor de fatiga:
EJES TÁNDEM Esf. equivalente:
Factor de fatiga:
EJES TRÍDEM Esf. equivalente:
Factor de fatiga:
TOTAL
HO
JA
DE
CÁ
LC
UL
O -
PC
A/8
4
Pavimentos UNH
Ing. Johny Bendezu Acero 57
200.000
AN
ÁL
ISIS
DE
FA
TIG
A
CA
RG
A E
JE
SIM
PL
E (
kN
)
CA
RG
A E
JE
TÁ
ND
EM
(kN
)
NÚ
ME
RO
AD
MIS
IBL
E D
E R
EP
ET
ICIO
NE
S
Pavimentos UNH
Ing. Johny Bendezu Acero 58
Factores de esfuerzo
Pavimentos UNH
Ing. Johny Bendezu Acero 59
2.000.000
AN
ÁL
ISIS
DE
ER
OS
IÓN
CA
RG
A E
JE
SE
NC
ILL
O (
kN
)
CA
RG
A E
JE
TÁ
ND
EM
(kN
)
FA
CT
OR
DE
ER
OS
IÓN
NÚ
ME
RO
DE
RE
PE
TIO
NE
S
AD
MIS
IBL
ES
Pavimentos UNH
Ing. Johny Bendezu Acero 60
Factores de erosión
Pavimentos UNH
Ing. Johny Bendezu Acero 61
Factores de erosión
Pavimentos UNH
Ing. Johny Bendezu Acero 62
Hoja de
Cálculo
Pavimentos UNH
Ing. Johny Bendezu Acero 63
Espesores típicos