10.0 Diseño de pavimentos rígidos.pdf

63
Pavimentos UNH Ing. Johny Bendezu Acero 1 VII Capítulo: Diseño de Pavimentos Rígidos

Transcript of 10.0 Diseño de pavimentos rígidos.pdf

Page 1: 10.0 Diseño de pavimentos rígidos.pdf

Pavimentos UNH

Ing. Johny Bendezu Acero 1

VII Capítulo:

Diseño de Pavimentos Rígidos

Page 2: 10.0 Diseño de pavimentos rígidos.pdf

Pavimentos UNH

Ing. Johny Bendezu Acero 2

7.1

Consideraciones Generales

Page 3: 10.0 Diseño de pavimentos rígidos.pdf

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

Page 4: 10.0 Diseño de pavimentos rígidos.pdf

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)

Page 5: 10.0 Diseño de pavimentos rígidos.pdf

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

Page 6: 10.0 Diseño de pavimentos rígidos.pdf

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

Page 7: 10.0 Diseño de pavimentos rígidos.pdf

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 (*)

Page 8: 10.0 Diseño de pavimentos rígidos.pdf

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

Page 9: 10.0 Diseño de pavimentos rígidos.pdf

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

Page 10: 10.0 Diseño de pavimentos rígidos.pdf

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

Page 11: 10.0 Diseño de pavimentos rígidos.pdf

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

Page 12: 10.0 Diseño de pavimentos rígidos.pdf

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

Page 13: 10.0 Diseño de pavimentos rígidos.pdf

Pavimentos UNH

Ing. Johny Bendezu Acero 13

7.2

Método AASHTO 1993

Page 14: 10.0 Diseño de pavimentos rígidos.pdf

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

Page 15: 10.0 Diseño de pavimentos rígidos.pdf

Pavimentos UNH

Ing. Johny Bendezu Acero 15

Fórmula de diseño AASHTO

Page 16: 10.0 Diseño de pavimentos rígidos.pdf

Nomograma ASSHTO

Pavimentos UNH

Ing. Johny Bendezu Acero 16

Page 17: 10.0 Diseño de pavimentos rígidos.pdf

Pavimentos-Ing. Johny Bendezu

Acero UNH 17

Carga de eje equivalente (ESAL)

Page 18: 10.0 Diseño de pavimentos rígidos.pdf

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

Page 19: 10.0 Diseño de pavimentos rígidos.pdf

Pavimentos UNH

Ing. Johny Bendezu Acero 19

Tráfico de diseño

Page 20: 10.0 Diseño de pavimentos rígidos.pdf

Pavimentos UNH

Ing. Johny Bendezu Acero 20

Confiabilidad

Page 21: 10.0 Diseño de pavimentos rígidos.pdf

Pavimentos UNH

Ing. Johny Bendezu Acero 21

Relación entre espesor y confiabilidad

Page 22: 10.0 Diseño de pavimentos rígidos.pdf

Pavimentos UNH

Ing. Johny Bendezu Acero 22

Desviación estándar

Page 23: 10.0 Diseño de pavimentos rígidos.pdf

Pavimentos-UNH-Ing. Johny

Bendezu Acero 23

Pérdida de Serviciabilidad

Time

Servic

eab

ilit

y (

PS

I) p0

pt

p0 - pt

Basic Equations

Page 24: 10.0 Diseño de pavimentos rígidos.pdf

Pavimentos UNH

Ing. Johny Bendezu Acero 24

Pérdida de serviciabilidad

Page 25: 10.0 Diseño de pavimentos rígidos.pdf

Pavimentos UNH

Ing. Johny Bendezu Acero 25

Drenaje

Page 26: 10.0 Diseño de pavimentos rígidos.pdf

Pavimentos UNH

Ing. Johny Bendezu Acero 26

Drenaje

Page 27: 10.0 Diseño de pavimentos rígidos.pdf

Coeficiente de Transmisión de

Carga J

Pavimentos UNH

Ing. Johny Bendezu Acero 27

Page 28: 10.0 Diseño de pavimentos rígidos.pdf

Pavimentos UNH

Ing. Johny Bendezu Acero 28

Transferencia de carga

Page 29: 10.0 Diseño de pavimentos rígidos.pdf

Pavimentos UNH

Ing. Johny Bendezu Acero 29

Transferencia de carga

Page 30: 10.0 Diseño de pavimentos rígidos.pdf

Pavimentos UNH

Ing. Johny Bendezu Acero 30

Efecto del sistema de transferencia de

carga y la berma

Page 31: 10.0 Diseño de pavimentos rígidos.pdf

Pavimentos UNH

Ing. Johny Bendezu Acero 31

Sub-base

Page 32: 10.0 Diseño de pavimentos rígidos.pdf

Pavimentos UNH

Ing. Johny Bendezu Acero 32

Módulo de rotura

Page 33: 10.0 Diseño de pavimentos rígidos.pdf

Pavimentos UNH

Ing. Johny Bendezu Acero 33

Módulo de rotura

Page 34: 10.0 Diseño de pavimentos rígidos.pdf

Pavimentos UNH

Ing. Johny Bendezu Acero 34

Relación entre espesor y módulo de rotura

Page 35: 10.0 Diseño de pavimentos rígidos.pdf

Pavimentos UNH

Ing. Johny Bendezu Acero 35

Módulo de elasticidad

Page 36: 10.0 Diseño de pavimentos rígidos.pdf

Pavimentos UNH

Ing. Johny Bendezu Acero 36

Fórmula de diseño AASHTO

Page 37: 10.0 Diseño de pavimentos rígidos.pdf

Pavimentos UNH

Ing. Johny Bendezu Acero 37

Fórmula de

diseño

AASHTO

Page 38: 10.0 Diseño de pavimentos rígidos.pdf

Pavimentos UNH

Ing. Johny Bendezu Acero 38

7.3

Método PCA

Page 39: 10.0 Diseño de pavimentos rígidos.pdf

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

Page 40: 10.0 Diseño de pavimentos rígidos.pdf

Pavimentos UNH

Ing. Johny Bendezu Acero 40

Posiciones de carga críticas para

el diseño

Page 41: 10.0 Diseño de pavimentos rígidos.pdf

Pavimentos UNH

Ing. Johny Bendezu Acero 41

Modulo de reacción de la sub rasante

Page 42: 10.0 Diseño de pavimentos rígidos.pdf

Pavimentos UNH

Ing. Johny Bendezu Acero 42

Efecto de la sub-base en el valor de k

Page 43: 10.0 Diseño de pavimentos rígidos.pdf

Pavimentos UNH

Ing. Johny Bendezu Acero 43

Tráfico

Page 44: 10.0 Diseño de pavimentos rígidos.pdf

Pavimentos UNH

Ing. Johny Bendezu Acero 44

Tráfico

Page 45: 10.0 Diseño de pavimentos rígidos.pdf

Pavimentos UNH

Ing. Johny Bendezu Acero 45

Factor de seguridad de carga

Page 46: 10.0 Diseño de pavimentos rígidos.pdf

Pavimentos UNH

Ing. Johny Bendezu Acero 46

FATIGA

EROSIÓN

Modelos de comportamiento

Page 47: 10.0 Diseño de pavimentos rígidos.pdf

Pavimentos UNH

Ing. Johny Bendezu Acero 47

FATIGA

Repeticiones de cargas

Tensión vs. Resistencia

Número límite o admisible de repeticiones

de carga

Page 48: 10.0 Diseño de pavimentos rígidos.pdf

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

Page 49: 10.0 Diseño de pavimentos rígidos.pdf

Pavimentos UNH

Ing. Johny Bendezu Acero 49

Fatiga

Page 50: 10.0 Diseño de pavimentos rígidos.pdf

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

Page 51: 10.0 Diseño de pavimentos rígidos.pdf

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

Page 52: 10.0 Diseño de pavimentos rígidos.pdf

Pavimentos UNH

Ing. Johny Bendezu Acero 52

FATIGA

EROSIÓN

Modelos de comportamiento

Page 53: 10.0 Diseño de pavimentos rígidos.pdf

EROSION

Pavimentos UNH

Ing. Johny Bendezu Acero 53

Page 54: 10.0 Diseño de pavimentos rígidos.pdf

FACTORES DE SEGURIDAD DE

CARGA

Pavimentos UNH

Ing. Johny Bendezu Acero 54

Page 55: 10.0 Diseño de pavimentos rígidos.pdf

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

LC

UL

O -

PC

A/8

4

Page 56: 10.0 Diseño de pavimentos rígidos.pdf

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

LC

UL

O -

PC

A/8

4

Page 57: 10.0 Diseño de pavimentos rígidos.pdf

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

ND

EM

(kN

)

ME

RO

AD

MIS

IBL

E D

E R

EP

ET

ICIO

NE

S

Page 58: 10.0 Diseño de pavimentos rígidos.pdf

Pavimentos UNH

Ing. Johny Bendezu Acero 58

Factores de esfuerzo

Page 59: 10.0 Diseño de pavimentos rígidos.pdf

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

ND

EM

(kN

)

FA

CT

OR

DE

ER

OS

IÓN

ME

RO

DE

RE

PE

TIO

NE

S

AD

MIS

IBL

ES

Page 60: 10.0 Diseño de pavimentos rígidos.pdf

Pavimentos UNH

Ing. Johny Bendezu Acero 60

Factores de erosión

Page 61: 10.0 Diseño de pavimentos rígidos.pdf

Pavimentos UNH

Ing. Johny Bendezu Acero 61

Factores de erosión

Page 62: 10.0 Diseño de pavimentos rígidos.pdf

Pavimentos UNH

Ing. Johny Bendezu Acero 62

Hoja de

Cálculo

Page 63: 10.0 Diseño de pavimentos rígidos.pdf

Pavimentos UNH

Ing. Johny Bendezu Acero 63

Espesores típicos