8. DISEÑO PAVIMENTOS RIGIDOS

5/11/2018 8. DISEÑO PAVIMENTOS RIGIDOS - slidepdf.com

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CURSO DE ACTUALIZACIÓN EN PAVIMENTOS Ingeniero Luis Ricardo Vásquez Varela

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8. DISEÑO SIMPLIFICADO DE PAVIMENTOS RÍGIDOS. MÉTODO DE LAPORTLAND CEMENT ASSOCIATION

8.1. INTRODUCCIÓN

Este método se ha formulado para determinar el espesor apropiado de losas de concreto decemento Portland, las cuales soportarán las cargas del tránsito en calles, carreteras y autopistas.

El propósito de diseño es el mismo que para todas las obras de ingeniería, es decir, obtener lasolución apropiada y menos costosa considerando el ciclo de vida del proyecto. El criterio dediseño está basado en el comportamiento observado en los pavimentos y en el modelo deelementos finitos.

8.2. APLICACIÓN DEL PROCEDIMIENTO DE DISEÑO

Este procedimiento de diseño puede aplicarse a los siguientes tipos de pavimento rígido: simple,

simple con dovelas, reforzado y continuamente reforzado.a. Los pavimentos simples se construyen sin acero de refuerzo o dovelas (pasajuntas) en las

juntas. La transferencia de carga en las juntas se obtiene de la trabazón de los agregadosentre las caras de la fisura. Las juntas no deben estar muy espaciadas con el fin deproducir una eficiente transferencia de carga.

b. Los pavimentos simples con dovelas (pasajuntas) se construyen sin acero de refuerzo; noobstante, se instalan barras de acero liso en las juntas como dispositivos de transferenciade carga en cada contracción y es necesario un espaciamiento corto entre las mismas paracontrolar el agrietamiento.

c. Los pavimentos reforzados contienen acero de refuerzo y dovelas (pasajuntas) para latransmisión de carga en las juntas. Estos pavimentos se construyen con espaciamientosmayores que los no reforzados; entre las juntas se desarrollarán una o más grietastransversales que serán unidas por el acero de refuerzo proveyéndose una buenatransferencia de carga.

d. Los espaciamientos de uso común y buen comportamiento son de 15 pies (4.6 m) parapavimentos simples, no más de 20 pies (6.0 m) para pavimentos simples con dovelas, y nomás de 40 pies (12.0 m) para pavimentos reforzados. Se han utilizado mayoresespaciamientos con resultados negativos como el daño de las juntas y el desarrollo degrietas intermedias.

e. Los pavimentos continuamente reforzados se construyen sin juntas de contracción.Debido al refuerzo en acero, relativamente pesado y continuo, estos pavimentosdesarrollan grietas transversales en cortos intervalos. En estas grietas se presenta un altogrado de transferencia de carga debido a que están firmemente unidas por el acero derefuerzo.

El procedimiento de diseño PCA reconoce diferentes aspectos de los pavimentos rígidos:




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a. El grado de transferencia de carga en las juntas transversales, provisto por los diferentestipos de pavimento.

b. El efecto de construir una berma de concreto adyacente al pavimento; las bermas de

concreto reducen los esfuerzos de flexión y las deflexiones causadas por los vehículos.c. El efecto de usar subbase de concreto pobre (econocreto), la cual reduce los esfuerzos y

deflexiones del pavimento, provee un soporte considerable cuando los camiones pasansobre las juntas y suministra resistencia a la erosión en la subbase causada por lasdeflexiones repetidas (bombeo).

d. Dos criterios de diseño: (a) fatiga, para mantener los esfuerzos causados por la repeticiónde cargas en el pavimento dentro de un límite seguro y evitar el agrietamiento; y (b)erosión, para limitar los efectos de las deflexiones de los pavimentos en los bordes,esquinas y juntas de las losas y así controlar la erosión de los materiales de fundación y la

berma. Es necesario el criterio de erosión pues las patologías por bombeo,escalonamiento y daño de la berma no se relacionan con la fatiga.

e. Pueden considerarse ejes trídem en el diseño (en la metodología extensa que no seconsidera en este documento).

8.3. FACTORES DE DISEÑO

Una vez se hace la selección del tipo de pavimento de concreto (simple con o sin dovelas,reforzado con juntas y dovelas, o continuamente reforzado), del tipo de subbase (si es necesaria)y el tipo de berma (con o sin berma de concreto), el espesor de diseño está determinado porcuatro factores:

a. Resistencia a la tensión del concreto, módulo de rotura – MR.

b. Resistencia de la subrasante, o de la combinación subrasante y subbase, módulo dereacción de la subrasante – (k).

c. Los pesos, frecuencias y tipos de carga de los ejes de los camiones que circularán por elpavimento.

d. El periodo de diseño, el cual se toma de forma usual como 20 años, pero podría ser mayoro menor.

8.3.1. Resistencia a la flexión del concreto: La resistencia a la flexión del concreto entra enconsideración dentro del criterio de fatiga del diseño, el cual controla el agrietamiento debido a larepetición de cargas de los camiones.

La flexión del pavimento de concreto bajo la carga del tránsito produce esfuerzos de tensión ycompresión. La relación entre el esfuerzo y la resistencia a la compresión es muy pequeña parainfluir el diseño del espesor de la losa. Por otra parte, la relación entre el esfuerzo y la resistencia




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a la tensión suele ser muy superior, a menudo con valores superiores a 0.5. En consecuencia, laresistencia y el esfuerzo a la tensión se utilizan en el diseño de espesores del pavimento.

La resistencia a la tracción se determina mediante el ensayo de módulo de rotura en viguetas de 6pulgadas (15 cm) x 6 pulgadas (15 cm) de sección y 30 pulgadas (75 cm) de longitud.

Para cada proyecto debe diseñarse una mezcla de concreto que satisfaga los requerimiento deresistencia y durabilidad, y que a la vez sea la más económica.

El módulo de rotura puede encontrarse por carga en voladizo, carga central o carga en el terciocentral. El ensayo con carga en un tercio de la longitud indica la resistencia mínima en esasección de la vigueta, mientras que los otros ensayos informan la resistencia de un punto. Por loanterior, el ensayo en un tercio de la luz es el adecuado para propósitos de diseño de pavimentoen esta metodología.

Usualmente, los ensayos de módulo de rotura se hacen a los 7, 14, 28 y 90 días. Los ensayos a

los 7 y 14 días deben utilizarse para verificar el cumplimiento de especificaciones y permitir eltránsito inicial sobre los pavimentos.

Los ensayos de resistencia a los 28 días son los recomendados por esta metodología parapropósitos de diseño; los resultados a los 90 días son apropiados para el diseño de pavimentosrígidos en aeropuertos.

En las cartas de diseño del método se debe ingresar con el valor promedio del módulo de rotura alos 28 días, sin necesidad de considerar la variación inherente de la resistencia.

8.3.2. Soporte de la subrasante y la subbase: El soporte suministrado por la subrasante y lasubbase (cuando se construye) es el segundo factor del diseño del pavimento. Este soporte sedefine en términos del módulo de reacción de la subrasante (k) formulado por Westergaard. Elmódulo de reacción de la subrasante es igual a la carga en libras por pulgada cuadrada, sobre unárea circular de 30 pulgadas (75 cm) de diámetro, dividida entre la deflexión en pulgadas para esacarga. Los valores de k se expresan en libras por pulgada cuadrada por pulgada, o libras porpulgada cúbica (pci).

Los ensayos de placa de carga son costosos y poco frecuentes, por lo cual se han formuladocorrelaciones con ensayos más sencillos como el CBR. Una correlación de este tipo se presentaen la Figura 8.1

Es anti económico utilizar subbase con el único propósito de incrementar el valor de k. El uso dela subbase se ha definido para proyectos donde prevalezcan condiciones de bombeo potencial delos finos de la subrasante. Cuando se utilice la subbase deberá considerarse un valor de ksuperior dentro del diseño.

En el Cuadro 8.1 se presentan valores de k aproximados cuando se utiliza material de subbase nocementada. Estos valores se derivan de la teoría bicapa de Burmister y de extensos ensayos deplaca de carga sobre losas de prueba.




256

Figura 8.1. Relación entre el CBR y el módulo de reacción de la subrasante (k).

Cuadro 8.1.EFECTO DE SUBBASES NO CEMENTADAS EN LOS VALORES DE k

Valor k de la subbase (pci)Valor k de lasubrasante (pci) 4 pulgadas 6 pulgadas 9 pulgadas 12 pulgadas

50 65 75 85 110100 130 140 160 190200 220 230 270 320300 320 330 370 430

En el Cuadro 8.2 se presentan valores de diseño de k para subbases tratadas con cemento.

Cuadro 8.2.VALORES k DE DISEÑO PARA SUBBASES TRATADAS CON CEMENTO

Valor k de la subbase (pci)Valor k de lasubrasante (pci) 4 pulgadas 6 pulgadas 8 pulgadas 10 pulgadas

50 170 230 310 390100 280 400 520 640200 470 640 830 –

8.3.3. Periodo de diseño: El término periodo de diseño se considera más exacto que el de vidadel pavimento. Algunos consideran terminada la vida del pavimento cuando se construye elprimer refuerzo. “La vida de los pavimentos de concreto puede variar de 20 años, para aquelloscon falencias de diseño y construcción, hasta más de 40 años en aquellos que no presentandeficiencias” (PCA, 1984).

0

100

200

300

400

500

600

700

800

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80

CBR (%)

k

( p c i )




257

En los procedimientos de diseño, los conceptos de periodo de diseño y periodo de análisis deltránsito suelen ser lo mismo. Dado que existe incertidumbre en la determinación del tránsito alargo plazo, se ha adoptado un periodo de diseño de 20 años. Considerando que el periodo dediseño afecta la estimación del tránsito, se deduce que tiene influencia en el cálculo del espesordel pavimento.

8.3.4. Tránsito: Uno de los principales factores en el diseño del pavimento es el número y pesode los ejes de los camiones que se espera circulen durante el periodo de diseño. Estos se derivande estudios de:

a. TPD, tránsito promedio diario en ambas direcciones para todos los tipos de vehículo.

b. TPDC, tránsito promedio diario de camiones en ambas direcciones. Esta variable puedeexpresarse como un porcentaje del tránsito promedio diario o como una cantidad. Incluyelos camiones de seis ruedas o más, lo cual descarta las camionetas y otros vehículos decuatro llantas.

c. Peso de los ejes de los camiones (para la metodología extensa).

La obtención de esta información requiere el desarrollo de estudios especiales. No se haceninguna recomendación especial sobre las herramientas de proyección siempre y cuando puedaconsiderarse que las predicciones son apropiadas.

Para estimar el tránsito del proyecto debe tenerse en cuenta los componentes del mismo quepueden intervenir en el proyecto:

a. Tránsito atraído por la mejora de la vía.

b. Crecimiento normal del tránsito.

c. Tránsito generado en los viajes que son posibles gracias a la nueva infraestructura.

d. Tránsito desarrollado de acuerdo con el cambio de uso del suelo que genere el proyecto.

Por otra parte, debe establecerse la distribución direccional del tránsito y, en vías multicarril, elporcentaje de camiones sobre el carril de diseño.

En lo relativo a la distribución de los ejes y su peso, se requiere la realización de estudiosdetallados en estaciones de pesaje para los ejes sencillos, tándem y trídem. De acuerdo con ladisponibilidad o no de esta información puede utilizarse la metodología extensa o simplificadapara diseño.

Considerando las condiciones normales de obtención de información en el medio, se hará laexposición del método de diseño simplificado únicamente.




258

8.4. PROCEDIMIENTO DE DISEÑO SIMPLIFICADO PCA

Como se ha expuesto previamente, esta metodología se utiliza cuando no se dispone deinformación específica sobre el peso de los ejes. Se han preparado tablas de diseño que

representan cuatro diferentes categorías de carreteras y calles como se expone en el Cuadro 8.3.En los cuadros de diseño la resistencia de la subrasante – subbase se caracteriza por losdescriptores “Bajo”, “Medio”, “Alto” y “Muy Alto”. En la eventualidad de que no se dispongade información geotécnica puede utilizarse el Cuadro 8.4 para obtener un estimado del valor kpara diferentes suelos.

Cuadro 8.3.CATEGORÍAS DE EJE DE CARGA

TránsitoTPD Camiones (**)

Máxima carga enel eje, kips

CategoríaEje deCarga

DescripciónTPD % Diario Sencillos Tándem

1Calles residencialesCarreteras rurales secundarias(bajo a medio*)

200 – 800 1 - 3 Hasta 25 22 36

2

Calles colectorasCarreteras rurales secundarias(alto *)Arterias y carreteras principales(bajo*)

700 – 5,000 5 – 18 40 – 1,000 26 44

3

Arterias y carreteras principales(medio*)Autopistas urbanas y rurales(bajo a medio*)

3,000 – 12,0002 carriles

3,000 – 50,000+

4 carriles ó más

8 – 30 500 – 5,000+ 30 52

4

Arterias y carreteras principales(alto*)Autopistas urbanas y rurales(medio a alto*)

3,000 – 20,0002 carriles

3,000 – 150,000+8 – 30 1,500 – 8,000+ 34 60

(*) Los descriptotes bajo, medio o alto se refieren a los pesos relativos de los ejes para el tipo de calle o carretera; esdecir, “bajo” para una autopista es “alto en una vía secundaria.(**) Camiones. No incluye los de dos ejes y cuatro llantas.

Cuadro 8.4.TIPO DE SUELO Y VALOR k APROXIMADO

Tipo de suelo Soporte Rango de k (pci)Suelos finos con predominio de arcillas y limo Bajo 75 – 120Arenas y mezclas de arena y grava concontenidos moderados de arcilla y limo

Medio 130 – 170

Arenas y mezclas de arena y grava relativamentelibres de finos plásticos

Alto 180 – 220

Subbases tratadas con cemento Muy alto 250 – 400




259

En Cuadros posteriores se presenta el diseño para las diferentes categorías con un período dediseño de 20 años.

Los pasos del diseño son:

a. Estime el TPDC, tránsito promedio diario de camiones, en las dos direcciones y para 20años. Recuerde que no se incluyen camiones de dos ejes y cuatro llantas.

b. Seleccione la “categoría de eje de carga” de 1 a 4.

c. Encuentre el espesor de la losa en el cuadro apropiado.

En el uso correcto del Cuadro 8.3 los valores de TPD y TPDC no son el criterio fundamental paraseleccionar la categoría de eje de carga. Lo apropiado es ajustarse a las descripciones dadas oseleccionar la categoría de acuerdo con los máximos valores de las cargas de los ejes.




260

Cuadro 8.5.TPDC* ADMISIBLE, CATEGORÍA 1 DE EJE DE CARGA.

Pavimentos con juntas con trabazón de agregados (No se requieren pasajuntas).Sin berma o sardinel en concreto.

Soporte subrasante – subbaseMR (psi) Espesor de la losa (pulgadas) Bajo Medio Alto4.5 0.15.05.5

0.13

0.815

345650

6.06.5

40330

160 430

5.05.5 0.5

0.13

0.49

6.06.5

876

36300

98760

600

7.0 520

5.5 0.1 0.3 16.06.5

113

660

18160550

7.07.5

110620

400

Bermas o sardinel en concreto.

Soporte subrasante-subbaseMR (psi)

Espesor de la losa(pulgadas) Bajo Medio Alto

4.04.5 2

0.28

0.925

6505.05.5

30320

130 330

4.04.5 0.2 1

0.15

5.05.5

673

27290

75730

600

6.0 6104.5 0.2 0.65.05.5

0.813

457

13150

550

6.0 130 480NOTA:

• Análisis de fatiga controla el diseño.• Una fracción de TPDC indica que el pavimento puede soportar un numero ilimitado de automóviles y

camiones de dos ejes y cuatro ruedas, pero solamente unos pocos camiones pesados por semana (TPDC de0.3 x 7 indica dos camiones pesados por semana).

* El TPDC excluye camiones de dos ejes y cuatro llantas, por lo que el número de camiones admisibles será mayor.




261

Cuadro 8.6.1.TPDC* ADMISIBLE, CATEGORÍA 2 DE EJE DE CARGA.

Pavimentos con pasajuntas.Sin berma o sardinel en concreto.

Soporte subrasante-subbase.MR (psi) Espesor de la losa(pulgadas) Bajo Medio Alto Muy alto5.5 56.06.5 9

443

12120

59490

7.07.5

80490

3201900

840 3100650

8.0 25006.06.5 8 24

11110

7.07.5

15110

70440

1901100

750600

8.08.5 5902700 2300

6.5 4 197.07.5 19

1184

34230

150890

8.08.5

120560

4702200

1200550

9.0 2400 Berma o sardinel en concreto.

Soporte subrasante-subbase.MR (psi)

Espesor de la losa(pulgadas) Bajo Medio Alto Muy alto

5.0

5.5 9

3

42

9

120

42

4506.06.5

96710

3802600

970 3400650

7.0 42005.05.5 1 8

123

898

6.06.5

19160

84620

2201500

8105200

600

7.0 1000 36005.5 3 176.06.5

329

14120

41320

1601100550

7.07.5

2101100

7704000

1900

NOTA:• Análisis de fatiga controla el diseño.

* TPDC excluye camiones de dos ejes, cuatro ruedas así que el numero de camiones admisibles podrá ser mayor.




262


Pavimentos con juntas con trabazón de agregados.Sin berma o sardinel en concreto.



5.5 56.06.5 9

443

12120

59490

7.07.5

80490

3201200 **

8401500 **

1200 **650

8.0 1300 ** 1900 **6.06.5 8 24

11110

7.07.5

15110

70440

1901100

7502100 **

600

8.0

8.5

590

1900 **

1900 **

6.5 4 197.07.5 19

1184

34230

150890

8.08.5

120560

4702200

1200550




5.05.5 9

342

9120

42450

6.06.5

96650 **

3801000 **

700 **1400 **

970 **2100 **

650

7.0 1100 ** 1900 **5.05.5 1 8

123

898

6.06.5

19160

84620

2201400 **

8102100 **

600

7.0 1000 1900 **5.5 3 176.06.5

329

14120

41320

1601100550

7.07.5

2101100

770 1900

* TPDC excluye camiones de dos ejes, cuatro ruedas así que el numero de camiones admisibles podrá ser mayor.** La erosión controla el diseño, de lo contrario lo controla la fatiga.




263





7.5 2508.08.5 160

130640

3501600

13006200

9.09.5

7002700

270010800

7000 11500 **650

10.0 99008.08.5 140

73380

3101500

9.09.5

160630

6402500

17006500

6200600

10.0

10.5

2300

7700

9300

8.5 70 3009.09.5 120

120520

3401300

13005100

10.010.5

4601600

19006500

490017400

19100550




6.5 83 3207.0

7.5

52

320

220

1200

550

2900

1900

98006508.08.5

16006900

570023700 **

13800

6.5 677.07.5 270

120680

4402300

8.08.5

3701600

13005800

320014100

10800600

9.0 66007.07.5 130

82480

8.08.5

67330

2701200

6702900

23009700550

9.09.5

14005100

490018600

11700

* TPDC excluye camiones de dos ejes, cuatro ruedas así que el numero de camiones admisibles podrá ser mayor.** La erosión controla el diseño, de lo contrario lo controla la fatiga.




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Soporte subrasante-subbase.MR (psi) Espesor de la losa(pulgadas) Bajo Medio Alto Muy alto7.5 60 ** 250 **8.08.5 160 **

130 **640 **

350 **900

8301300

9.09.5

680960

10001500

13002000

20002900

10.010.5

13001800

21002900

28004000

43002900

11.011.5

25003300

40005500

57007900

9200

650

12.0 4400 7500

8.08.5 140 ** 73 **380 ** 310 **13009.09.5

160 **630 **

640 **1500

13002000

20002900

10.010.5

13001800

21002900

28004000

43006300

11.011.5

25003300

40005500

57007900

9200

600

12.0 4400 75008.08.5 70 **

56 **300 **

9.0

9.5 120 **

120 **

520 **

340 **

1300 **

1300 **

290010.010.5

460 **1600 **

1900 **2900 **

28004000

43006300

11.011.5

25003300

40005500

57007900

9200

550

12.0 4400 7500* TPDC excluye camiones de dos ejes, cuatro ruedas así que el numero de camiones admisibles podrá ser mayor.** La erosión controla el diseño, de lo contrario lo controla la fatiga.




265

Cuadro 8.7.2. (Cont.)TPDC* ADMISIBLE, CATEGORÍA 3 DE EJE DE CARGA.

Pavimentos con juntas con trabazón de agregados. Berma o sardinel en concreto.

Soporte subrasante-subbase.MR (psi) Espesor de la losa(pulgadas) Bajo Medio Alto Muy alto7.07.5 320 **

220 **640

510890

7501400

8.08.5

610950

11001800

15002700

25004700

9.09.5

15002300

29004700

46008000

8700

10.010.5

35005300

7700

650

11.0 81007.0

7.5 67 ** 270 **

120 **

680 **

440 **

14008.08.5

370 **950

11001800

15002700

25004700

9.09.5

15002300

29004700

46008000

8700

10.010.5

35005300

7700

600

11.0 81007.07.5 130 **

82 **480 **

8.08.5

67 **330 **

270 **1200 **

670 **2700

2300 **4700

9.09.5

1400 **2300

29004700

46008000

8700

10.010.5

35005300

7700

550

11.0 8100* TPDC excluye camiones de dos ejes, cuatro ruedas así que el numero de camiones admisibles podrá ser mayor.** La erosión controla el diseño, de lo contrario lo controla la fatiga.




266



Soporte subrasante-subbase.MR (psi) Espesor de la losa(pulgadas) Bajo Medio Alto Muy alto8.08.5 120 340

2701300

9.09.5

140570

5802300

15005900

560014700 **

10.010.5

20006700

820024100 **

18700 **31800 **

25900 **45800 **

650

11.011.5

2160039700 **

39600 **

8.5 3009.0

9.5 120

120

530

340

1400

1300

520010.010.5

4801600

19006500

510017500

1930045900 **

11.011.5

490014500

2140065000 **

53800 **

600

12.0 440009.09.5 280

2601100

10.010.5 320

3901400

11003600

400013800

11.011.5

10003000

430013100

1160037200

46600550

12.0 8200 40000* TPDC excluye camiones de dos ejes, cuatro ruedas así que el numero de camiones admisibles podrá ser mayor.** La erosión controla el diseño, de lo contrario lo controla la fatiga.




267


Pavimentos con pasajuntas. Berma o sardinel en concreto.



7.07.5 240 620

4002100

8.08.5

3301500

12005300

300012700

980041100 **

9.09.5

590022500

2140052000 **

44900 **650

10.0 45200 **7.5 130 4908.08.5 340

2701300

6903000

23009900

9.0

9.5

1400

5200

5000

18800

12000

45900

40200600

10.0 184008.08.5 250

130620

4802100

9.09.5

2801100

10003900

25009300

820030700

10.010.5

380012400

1360046200

32900550





268





8.08.5 120 ** 340 **

270 **990

9.09.5

140 **570 **

580 **1200

11001600

15002300

10.010.5

11001500

17002300

22003200

34004900

11.011.5

20002700

33004500

45006300

720010400

12.0 3600 6100 8800 1490013.0 6300 11100 16800

650

14.0 10800

8.5 300 **9.09.5 120 **

120 **530 **

340 **1400 **

1300 **2300

10.010.5

480 **1500

17002300

22003200

34004900

11.011.5

20002700

33004500

45006300

720010400

12.0 3600 6100 8800 1490013.0 6300 11100 16800

600

14.0 108009.09.5 280 **

260 **100 **

10.010.5 320 **

390 **1400 **

1100 **3200

34004900

11.011.5

1000 **2700

33004500

45006300

720010400

12.0 3600 6100 8800 1490013.0 6300 11100 16800

550





269


Pavimentos con juntas con trabazón de agregados. Berma o sardinel en concreto.

Soporte subrasante-subbase.MR (psi) Espesor de la losa(pulgadas) Bajo Medio Alto Muy alto7.07.5 240 **

100 **620 **

400 **910

8.08.5

330 **720

7701300

11001900

17003100

9.09.5

11001700

21003400

32005500

570010200

10.0 2600 5500 9200 1790011.0 5900 13600 24200

650

12.0 128007.5 130 ** 490 **

8.08.5 340 ** 270 **1300 ** 690 **1900 170031009.09.5

11001700

21003400

32005500

570010200

10.0 2600 5500 9200 1790011.0 5900 13600 24200

600

12.0 128008.08.5 250 **

130 **620 **

480 **2100 **

9.09.5

280 **1100 **

1000 **3400 **

2500 **5500 **

5700 **10200 **

10.0 2600 5500 9200 17900

11.0 5900 13600 24200

550





270

8.5. EJEMPLO DE APLICACIÓN

8.5.1. Considere una arteria urbana de dos carriles. El TPD de diseño en el año 20 del proyectoes de 6,200 vehículos diarios en ambos sentidos. Se estima que 1,440 constituyen el total de

camiones diarios, y de ellos 630 corresponden a camiones de seis o más ruedas; por lo tanto elTPDC es de 630.

La subrasante está formada por suelos arcillosos. Se construirá una subbase de 4 pulgadas (10cm). El soporte de la subrasante – subbase se considera “Bajo”.

El concreto tiene un módulo de rotura de 650 psi (4.48 MPa). Se construirán las losas convarillas pasajuntas (dovelas), berma y sardinel.

Para aplicar este método se espera que el tránsito sobre esta vía sea el típico, sin tendencia haciaun tránsito pesado o liviano.

El proyecto corresponde a una “Categoría de Eje de Carga 3” con varillas pasajuntas, por lo cualse selecciona el Cuadro 8.7.1.

Para un soporte “Bajo” de la subrasante – subbase se tienen los siguientes valores admisibles deTPDC.

7.5 pulgadas 320 TPDC.8.0 pulgadas 1600 TPDC.

Esto indica que, con un concreto de 650 psi de módulo de rotura, el espesor de 8.0 pulgadas es

adecuado para soportar el TPDC del año del proyecto (20) de 630 vehículos comerciales de seis omás ruedas en los dos sentidos de circulación.

El diseño definitivo es:

Losa de concreto 8.0 plg. 20.0 cmSubbase granular. 4.0 plg. 10.0 cm

8.5.2. Calle en zona residencial. El TPD en el horizonte de diseño es de 410. Se estima un totalde 21 camiones diarios, de los cuales 8 constituyen el TPDC.

La subrasante está formada por suelos arcillosos. No se construirá subbase y el soporte de lasubrasante se califica como “Bajo”.

El concreto tiene un módulo de rotura de 600 psi (4.14 MPa). Se construirán las losas contransferencia de carga por trabazón de agregados (sin pasajuntas) y con sardinel de concreto.

Así, el proyecto corresponde a una “Categoría de Eje de Carga 1” con trabazón de agregados, porlo cual se selecciona el Cuado 5.1 para el diseño.




271

Para un soporte “Bajo” de la subrasante se tiene:

5.0 pulgadas 6 TPDC.5.5 pulgadas 73 TPDC.

De tal forma se escoge un espesor de losa de 5.5 pulgadas para el diseño.

Losa de concreto 5.5 plg. 14.0 cm

8.6. COMENTARIOS AL MÉTODO DE DISEÑO SIMPLIFICADO

8.6.1. Modulo de rotura: El concreto que se utilice en la pavimentación debe ser de alta calidady tener una durabilidad y resistencia a la flexión apropiadas. Los valores de módulo de rotura de600 y 650 psi pueden obtenerse con agregados de buena calidad. De acuerdo con la PCA, el usode concretos de módulo de rotura 550 psi sólo debería considerarse en casos especiales.

8.6.2. Período de diseño: Los Cuadros del método simplificado corresponden a un período dediseño de 20 años. Para otros periodos de diseño debe multiplicarse el TPDC por una proporciónadecuada para obtener un valor ajustado en las tablas.

Por ejemplo, si se considera un período de diseño de 30 años, debe multiplicarse el TPDC dediseño por 30/20. Este cambio afecta principalmente a los pavimentos que soportan altosvolumenes de tránsito y no tienen varillas pasajuntas.

8.6.3. Aplicabilidad del método: El método simplificado abarca proyectos multicarril con altosvolúmenes de tránsito. Es evidente que una inversión de dicho nivel no debería diseñarse con

una óptica tan general como la presentada debido a los costos en que puede incurrirse en caso deun sobrediseño.

8.7. DISEÑO DE PAVIMENTOS DE CONCRETO CONSIDERANDO LA PRESENCIADE UNA CAPA DE CONCRETO POBRE

Se presenta el procedimiento de diseño de espesores para pavimentos compuestos, los cualesincorporan una capa inferior de concreto pobre, bien como una subbase construida de formaindependiente o como una capa inferior en construcción monolítica.

El concreto pobre es más resistente que los materiales de base no convencionales y se considera

no erosionable. Al reconocer sus propiedades estructurales superiores es posible reducir elespesor de diseño de la losa de concreto normal. En el análisis de pavimentos compuestos nopuede aplicarse de forma exacta la teoría bicapa (losa sobre suelo de fundación).

En este procedimiento de diseño se calculan los espesores de un pavimento de concreto bicapaequivalente a un espesor de concreto normal. Este último se determina mediante unprocedimiento como el simplificado, expuesto anteriormente. La equivalencia consiste en




272

disponer un sistema con la misma resistencia a la fatiga y la erosión que el pavimento de concretonormal.

En las cartas de diseño (Figuras 8.2 y 8.3) el espesor requerido de las capas depende de laresistencia a la flexión de los dos materiales de concreto. Dado que la resistencia de los

concretos pobres se expresa con frecuencia en función de la resistencia a la compresión, se puedeestimar una resistencia a la flexión (modulo de rotura) para el diseño preliminar con la Figura 8.4.

Generalmente, la resistencia a la flexión del concreto pobre que se usa como subbase se tomaentre 150 y 200 psi (resistencia a la compresión de 750 a 1200 psi). Estos bajos valores deresistencia se utilizan para minimizar la reflexión de grietas de la subbase sin juntas hacia lasuperficie de rodadura (la práctica usual es dejar la subbase sin juntas). Si, por el contrario, sehacen juntas en la subbase, la resistencia del concreto pobre no tendrá que limitarse al rangoinferior.

8.7.1. Subbase de concreto pobre: El principal uso en pavimentación del concreto pobre es como

subbase bajo un pavimento de concreto convencional. En este tipo de construcción no monolíticala capa de rodadura de concreto normal se construye sobre la superficie de la subbase de concretopobre ya endurecido. Usualmente, la subbase de concreto pobre se construye 2 pies (0.60 m) másancha que el pavimento a cada lado de la vía para soportar la máquina pavimentadora. Por otraparte, este sobreancho es estructuralmente beneficioso para las cargas aplicadas en el borde.

La práctica normal es seleccionar un espesor de rodadura de aproximadamente el doble delespesor de la subbase. Por ejemplo, se construyen 9 pulgadas (22.9 cm) de concreto sobre unasubbase de 4 ó 5 pulgadas (10 – 12.5 cm).

La Figura 8.2 ilustra los requerimientos de espesor de rodadura y subbase equivalentes a unespesor de concreto sin subbase de concreto pobre.

El procedimiento de diseño se ilustra con un ejemplo:

Mediante ensayos de laboratorio se encuentra que las mezclas de concreto tienen módulos derotura de 650 psi y 200 psi para la rodadura en concreto y la subbase de concreto pobre,respectivamente.

Se asume que el diseño de un pavimento de concreto normal arroja un espesor de 10 pulgadas porel método simplificado expuesto.

Como se muestra en la Figura 8.2, los diseños equivalentes a las 10 pulgadas de pavimento son:

a. 8.1 pulgadas (20.6 cm) de concreto sobre 4 pulgadas (10 cm) de concreto pobre comosubbase.

b. 7.7 pulgadas (19.6 cm) de concreto sobre 5 pulgadas (12.5 cm) de concreto pobre comosubbase.




273

Figura 8.2. Carta de diseño para pavimentos de concreto compuestos(subbase de concreto pobre).

8.7.2. Pavimento monolítico: En algunas áreas, se construye una rodadura de concretorelativamente delgada de forma monolítica con una capa inferior de concreto pobre. Para elconcreto pobre se pueden utilizar agregados locales o reciclados, lo cual permite ahorrar dinero ypreservar agregados de alta calidad para otras obras.

A diferencia de la subbase de concreto pobre, la capa de concreto pobre se coloca con el mismoancho que la rodadura y las juntas se cortan con suficiente profundidad para inducir la fisuraciónen el espesor pleno de las dos capas.

La Figura 8.3 es la carta de diseño para pavimentos monolíticos. Para ilustrar su uso, se asumeque las resistencia de dos concretos son 650 y 350 psi y que en un diseño realizado para unpavimento de concreto normal se obtuvo un espesor de 10 pulgadas.




274

Figura 8.3. Carta de diseño para pavimentos de concreto compuestos(monolítico con capa inferior de concreto pobre).

En la Figura 8.3 se obtienen dos alternativas equivalentes al pavimento de 10 pulgadas de

concreto normal:a. 3 pulgadas (7.6 cm) de rodadura y 9.3 (23.6 cm) pulgadas de subbase de concreto pobre.

b. 4 pulgadas (10 cm) de rodadura y 8.3 (21.1 cm) pulgadas de subbase de concreto pobre.




275

Figura 8.4. Modulo de rotura vs. Resistencia a la compresión.

8.8. JUNTAS EN LOS PAVIMENTOS DE CONCRETO

El pavimento de concreto ideal no debería tener juntas, sino ser una cinta continua que resista lascargas impuestas por el tráfico, ofrezca una superficie de rodadura impecable y protejaeficazmente a la subrasante de la acción del agua.

Sin embargo, una combinación de factores relativos a los materiales y el sistema constructivoconlleva la existencia de juntas que constituyen los sitios más débiles del pavimento. Asimismo,los elementos necesarios para garantizar la transmisión de carga a través de la junta, y aquellos

que deben impedir la entrada del agua en la misma, encarecen las estructuras y demandan undiseño apropiado con miras a un comportamiento adecuado del pavimento.

8.8.1. Fenómenos que determinan la necesidad de las juntas.

a. Retracción del concreto. El concreto endurecido ocupa menos espacio que la mezclafluida. Asimismo, la retracción lineal es mayor en elementos con una relación volumen –área tan pequeña como aquella de las losas del pavimento. La gravedad de este fenómenoradica en la resistencia que se presenta por la fricción con el terreno, sumada al efecto delas pendientes del trazado, la cual produce esfuerzos de tensión que causan fisuras una vezse supere la resistencia del concreto. Este fenómeno genera la necesidad de construir las

“juntas de contracción” en sentido transversal.

b. Dilatación térmica. Este fenómeno produce esfuerzos de compresión en presencia deelementos que confinen la losa de pavimento. Su efecto puede ser perjudicial en lospuntos donde el pavimento interactúa con otros elementos como postes, puentes, cámarasde inspección y tapas de alcantarillas, en los cuales se construyen “juntas de expansión”.




276

c. Discontinuidad en la construcción. Múltiples factores, programados o no, pueden influiren la interrupción de las labores de construcción de las losas del pavimento, por lo cualdeben disponerse “juntas de construcción” en sentido longitudinal o transversal. Loscasos programados corresponden al fin de una jornada de trabajo, por ejemplo, y serecomienda hacer coincidir estas situaciones con juntas de contracción o expansión.

d. Alabeo. El pavimento en servicio está sometido a los cambios en la temperatura y lahumedad. Durante el día la cara superior del pavimento se encuentra a una temperaturamayor que la inferior, lo cual produce una tendencia a la combadura con concavidad haciaabajo; sin embargo, el peso propio de la losa y las cargas del tránsito se oponen a estefenómeno generando esfuerzos de tensión en la parte inferior de la losa. Asimismo, elcontenido variable de agua en la losa produce un efecto similar al del gradiente térmico ysu acción conjugada es prácticamente imposible de estudiar desde el punto de vistateórico. Este fenómeno es responsable de la formación de grietas transversales ylongitudinales por lo cual se deben construir “juntas de contracción transversales” y“juntas longitudinales”. En la Figura 8.5 se ilustra el fenómeno de alabeo.

Figura 8.5. Efecto del alabeo diurno y nocturno sobre un pavimento de concreto.

8.8.2. Elementos de la junta. La duración de un pavimento de concreto está asociada con lacalidad de las juntas ya que en estos elementos se generan las principales patologías como elbombeo y las grietas de esquina y borde. Las condiciones que debe cumplir una junta son:

a. Localización adecuada para controlar eficazmente los fenómenos descritos anteriormente(8.8.1).

b. Transmisión adecuada de las cargas a la losa adyacente.

Carga detráfico +pesopropio

Ts = temperatura de la cara superior de la losaTi = temperatura de la cara inferior de la losa

Ts > Ti

Ts

Ti

Grieta

Carga de

tráfico +pesopropio

Ts = temperatura de la cara superior de la losaTi = temperatura de la cara inferior de la losa

Ts < Ti

Ts

Ti

Grieta




277

c. Protección adecuada de la subrasante frente al agua, es decir, ser impermeable.

8.8.3. Mecanismos de transmisión de carga.

a. Trabazón de los agregados. Se obtiene con un corte sobre el concreto que deberáprolongarse en el material cementante sin afectar a los agregados, los cualesproporcionan la resistencia al corte necesaria para transmitir las cargas.

Este mecanismo sólo funciona cuando el ancho de la junta es menor que 9 mm, pero serecomienda un máximo de 5 mm.

El la Figura 8.6 se ilustra este sistema de transmisión de carga.

Figura 8.6. Transmisión de carga por trabazón de agregados.b. Pasadores. En condiciones de tráfico pesado o clima severo debe complementarse la

eficiencia de la trabazón de agregados mediante barras de acero liso (pasadores odovelas) que conectan entre sí los lados de las juntas. Este mecanismo transmite corte ymomento flector permitiendo el libre movimiento horizontal de la losa, por esto al menosuna mitad del pasador debe engrasarse para que no se adhiera al concreto.

En la Figura 8.7 se ilustra este mecanismo de transmisión de carga.

c. Junta machi – hembrada. La junta machi – hembrada es un mecanismo que transmite

fuerzas de corte, pero no momento flector. Está indicada especialmente para las juntaslongitudinales necesarias para atender los efectos de construcción y alabeo. Su uso esescaso en las juntas transversales por su costo y dificultad de construcción.

En la Figura 8.8 se ilustra este mecanismo de transmisión de carga.

Trabazón de agregados

p

h

h/6 <= p < = h/4

Ranura (ancho mín = 3 mm, normal: 6 a 8 mm)

Material sellante

Fisura inducida




278

Figura 8.7. Transmisión de carga con varilla pasajunta (dovela).

Figura 8.8. Transmisión de carga en junta machi - hembrada.

8.8.4. Sellado de las juntas. La ranura entre juntas debe sellarse para impedir la entrada del aguaa la subrasante y de cuerpos extraños que puedan obstaculizar su funcionamiento. El materialsellante debe cumplir los siguientes requisitos.

a. Ser impermeable.

b. Deformarse sin rotura de acuerdo con el movimiento de la junta.

c. Recuperar su forma original después de ciclos de deformación.

d. Permanecer en contacto con las caras de la junta.

Junta con pasadores

p

h

h/6 <= p < = h/4


Material sellante

Fisura inducida

h/2

Pasador de acero liso, engrasado

Junta machi - hembrada

h

2.5cm

mín.

Ranura (ancho: 6 a 8 mm)

Material sellante

Losa construidaprimero

0.3h

1.5

cm

1.5

cm

2.5 cm




279

e. No fluir con la gravedad.

f. No reblandecerse excesivamente a mayores temperaturas de servicio.

g. No endurecerse ni tornarse quebradizo a bajas temperaturas de servicio.h. No perder sus cualidades con la edad ni con la acción del medio (clima, tráfico).

i. No permitir la intrusión de materiales extraños dentro de la junta.

j. En casos especiales, resistir el ataque químico.

8.8.5. Tipos de junta.

a. Junta longitudinal. Su principal función es controlar el agrietamiento por alabeo. En la

Figura 8.9 se ilustran las alternativas existentes.

Figura 8.9. Juntas Longitudinales.

• Si el pavimento se construye a todo lo ancho en una sola operación, debe marcarse la junta longitudinal con una ranura que separe los carriles y permita un adecuado sellode la junta. La transmisión de carga se hace por trabazón de agregados y seacostumbra la colocación de barras de anclaje que mantengan unidas las caras de las juntas.

Ancho vaciado

carril carril

junta longitudinal de alabeo

A A

p

h

h/6 <= p < = h/4


Material sellante

Sección A-A

h/2

barra de anclaje

Ancho vaciado

carril carril

junta longitudinal de alabeo y construcción

B B

h

2.5cm

Ranura (ancho: 6 a 8 mm)

Material sellante


h/2

Sección B-Bbarra de anclaje




280

Estas barras de anclaje no se diseñan para transmitir cargas verticales o momentoflector y por eso son de diámetro pequeño. Puede utilizarse acero liso pero serecomienda el corrugado. Lo esencial es garantizar una excelente adherencia entre elacero y el concreto.

Cuando existe confinamiento lateral del pavimento, como en calles y parqueaderos,no es necesario colocar barras de anclaje ya que dicho confinamiento es suficientepara mantener cerrada la junta y garantizar la trabazón de los agregados.

• Si el pavimento se construye carril por carril, la junta longitudinal también constituye junta de construcción del tipo machi – hembrada y con barras de anclaje cuando noexiste confinamiento lateral.

Las barras de anclaje, del tipo que sean, se diseñan para resistir la fuerza de traccióngenerada por la fricción entre el pavimento y la subrasante. La sección transversal deacero por unidad de longitud de la junta se calcula mediante la Ecuación 8.1.

fs

w f b As

××= Ecuación 8.1.

Donde:As: Área del acero por unidad de longitud de la junta en cm² / m.b: Distancia entre la junta en consideración y el borde libre del pavimento en m.

Corresponde usualmente al ancho del carril.f: Coeficiente de fricción entre la losa y el suelo. Se toma generalmente 1.5.w: Peso de la losa por unidad de área en Kg./m².

fs: Esfuerzo de trabajo del acero en Kg./cm². Normalmente se toma como 0.67 fy,siendo fy el esfuerzo de cedencia del acero.

Asimismo, la longitud de las barras de anclaje debe ser tal que el esfuerzo deadherencia a cada lado de la junta iguale el esfuerzo de trabajo del acero. Agregando7.5 cm para compensar defectos de colocación de la varilla, la longitud total de lamisma puede calcularse mediante la Ecuación 8.2.

5.72

+

×

××=

pa

fs A L Ecuación 8.2.

Donde:L: Longitud total de la barra de anclaje en cm.A: Área transversal de una barra de anclaje en cm².fs: Esfuerzo de trabajo del acero en Kg./cm². Normalmente se toma como 0.67 fy,

siendo fy el esfuerzo de cedencia del acero.




281

a: Esfuerzo de trabajo por adherencia. Para acero corrugado se permite usar el 10%del valor de la resistencia del concreto; sin embargo, no debe exceder 24.5Kg./cm².

p: Perímetro de la varilla en cm.

En el Cuadro 8.9 se resumen las características de las barras de anclaje corrugadas deuso común.

Cuadro 8.9.CARACTERÍSTICAS DE BARRAS DE ANCLAJE CORRUGADAS

Barras de 3 / 8” (9.5 mm) Barras de ½” (12.7 mm) Barras de 5 / 8” (15.9 mm)Separación entre

barras (cm)Separación entre

barras (cm)Separación entre

barras (cm)

E s p e s o r d e l a

l o s a ( c m )

L

o n g i t u d ( c m )

Carrilde

3.05

m.

Carrilde

3.35

m.

Carrilde

3.65

m. L


Carrilde

3.05

m.

Carrilde

3.35

m.

Carrilde

3.65

m. L


Carrilde

3.05

m.

Carrilde

3.35

m.

Carrilde

3.65

m.Acero: fy = 2800 Kg./cm² (40 ksi)

15.0 80 75 65 120 120 120 120 120 12017.5 70 60 55 120 110 100 120 120 12020.0 60 55 50 105 100 90 120 120 12022.5 55 50 45 95 85 80 120 120 12025.0

45

45 45 40

60

85 80 70

70

120 120 110

Acero: fy = 4200 Kg./cm² (60 ksi)

15.0 120 110 110 120 120 120 120 120 12017.5 105 95 85 120 120 120 120 120 12020.0 90 80 75 120 120 120 120 120 120

22.5 80 75 65 120 120 120 120 120 12025.0

65

70 65 60

85

120 115 110

100

120 120 120NOTAS:Cuando se empleen barras de acero liso, las longitudes dadas en la tabla se multiplican por 1.5.Los valores de la tabla se han calculado con un valor “a” de 24.5 Kg./cm².

b. Juntas transversales. Las juntas transversales pueden ser de contracción, expansión,alabeo o construcción. Normalmente las de contracción funcionan como juntas de alabeoy expansión, mientras que las de construcción se programan para que coincidan conalguna de las anteriores.

•

Juntas de contracción. Son también juntas de alabeo. Controlan las grietastransversales asociadas a la retracción del concreto y el alabeo del pavimento. Laseparación normal entre juntas varía de 4.5 a 7 m.

Se recuerdan algunos criterios presentados al comienzo de este documento sobre elespaciamiento de las juntas:

15 pies (4.6 m) para pavimentos simples.




282

Hasta 20 pies (6.0 m) para pavimentos simples con dovelas.No más de 40 pies (12.0 m) para pavimentos reforzados.

En la figura 8.10 se ilustra la junta de contracción típica.

Figura 8.10. Junta transversal de contracción.

• Juntas de expansión. En la actualidad, se construyen de forma exclusiva paraintersecciones del pavimento con estructuras fijas o con otros pavimentos. Las juntasde expansión están asociadas a varios problemas de comportamiento y ademásrequieren un proceso constructivo complejo.

Las juntas transversales de expansión se diseñan de acuerdo con la Figura 8.11.

Figura 8.11. Juntas de expansión.

p

h

h/6 <= p < = h/4

6 a 8 mm

Material sellante h/2

pasador(acero liso, engrasado)

2.5c

m

h

cápsula de expansión* abertura junta + 6 mm

2 a 2.5 cm

Material sellante

h/2


5 cm

*

Junta de expansión tipo 1


1.5 a 2.0 cm

Material sellante

h


5 a 6 mm

Material sellante

h


2.0 cm

Material sellante

hEstructura vialexistente

1.25

h

1.5 m




283

Las juntas transversales de expansión (tipo 1) siempre requieren el uso de dovelas.En lo posible, deben hacerse coincidir con una junta de contracción (es decir, noalterar la longitud de las losas) y estar separadas de la estructura en consideración poruna losa de pavimento. Cuando no es posible implementar los mecanismos detransferencia de carga (cruces con otros pavimentos) se construye el tipo 4 con un

aumento de espesor para absorber los esfuerzos de borde.En la Figura 8.12 se presentan algunos casos especiales para disponer de las juntas deexpansión alrededor de elementos de la infraestructura vial.

Figura 8.12. Disposición de juntas de expansión especiales.

• Juntas de construcción. Las juntas longitudinales de construcción se presentancuando el ancho del equipo sólo permite construir el pavimento carril por carril y yahan sido explicadas.

Las juntas transversales de construcción se proyectan para que coincidan con las decontracción. La transferencia de carga se lleva a cabo por medio de pasadores deacero liso, ya que no existe trabazón de los agregados entre las caras de concreto

Juntatransversal

Junta longitudinal

Junta deexpansióntipo 3

3 0 c m

Junta de expansión alrededor de las tapas de cámarasde inspección que coinciden con la junta longitudinal delpavimento

Juntatransversal

Junta longitudinal

Junta deexpansióntipo 3

3 0 c m

Junta de expansión alrededor de las tapas de cámaras deinspección que no coinciden con la junta longitudinal delpavimento

Junta de expansión alrededor de sumideros

andén

cordón

sumidero

Junta transversal

Junta deexpansión tipo 3

30 cm

Para que la junta transversal coincida con la tapa de la cámara de

inspección o con un sumidero puede modificarse la longitud de

una o más losas hasta 1.50 m.




284

vaciados en distintas épocas. En la Figura 8.13 se ilustra una junta transversal deconstrucción programada.

En caso de enfrentarse a una junta de construcción no programada deben tenerse encuenta las siguiente recomendaciones:

- La longitud de la losa no será menor de 3 m. En caso de que no se disponga desuficiente concreto, la junta de construcción se trasladará hacia la junta transversalanterior. La ejecución de una junta de construcción no programada no modifica laposición de las demás juntas transversales proyectadas.

- La junta tendrá todo el ancho del vaciado.

- La transmisión de cargas de la junta longitudinal se dispone normalmente pormedio de la junta machi – hembrada provista de barras de anclaje (cuando se haceel vaciado por carriles).

- Es posible omitir la junta machi – hembrada longitudinal si se colocan barras deanclaje como si fueran pasadores (inmersión). Obviamente estas barras de anclajeno deben engrasarse pues no sólo transmiten la carga a la losa vecina sino quemantienen la junta cerrada.

Figura 8.13. Junta transversal de construcción programada.

En el Cuadro 8.10 se presentan las características de los pasadores que debenincorporarse en las juntas transversales, en las condiciones planteadas en esta sección.

2.5cm

h

6 a 8 mm

Material sellante h/2






285

Cuadro 8.10.REQUISITOS MÍNIMOS PARA PASADORES DE ACERO EN JUNTAS DE

PAVIMENTODiámetro del pasadorEspesor del

pavimento (cm) (cm) (plg)Longitud total

(cm)Separación entre

centros (cm)10 1.27 ½ 25 30

11 – 13 1.59 5 / 8 30 3014 – 15 1.91 ¾ 35 3016 – 18 2.22 7 / 8 35 3019 – 20 2.54 1 35 3021 – 23 2.86 1 1 / 8 40 3024 – 25 3.18 1 ¼ 45 3026 – 28 3.49 1 3 / 8 45 3029 – 30 3.81 1 ½ 50 30

8.8.6. Ejemplo de disposición de juntas. La Figura 8.14 presenta un fragmento del ejemplo de

disposición típica de juntas de pavimento rígido, preparado por la PCA y citado en múltiplestextos.

Figura 8.14. Ejemplo de distribución de juntas.

Junta longitudinal

Junta de expansión


Junta de expansión

Junta transversal

Junta de expansión





286

8.9. BIBLIOGRAFÍA CAPÍTULO 8

• MADRID Carlos A. FERNÁNDEZ, Otoniel. Pavimentos de Concreto. Manual de Diseño.I.C.P.C. Medellín. 1975.

• PORTLAND CEMENT ASSOCIATION. Robert G. Packard. Thickness Design for

Concrete Highway and Street Pavements. Portland Cement Association. USA. 1984.




287

ANEXO A. MÉTODO DE DISEÑO DEL ROAD RESEARCH LABORATORY

“Design Recommendations for Unreinforced Concrete Pavements. RRL Report LR 192”.

A.1. DESCRIPCIÓN GENERALEste método presenta valores típicos de espesor de subbase y losa para diversos tipos desubrasante y tráfico, obtenidos con base en experiencias de los Estados Unidos e Inglaterra sobreel comportamiento satisfactorio de pavimentos de concreto simple.

A.2. SUBRASANTE

El terreno de la subrasante se clasifica en tres categorías de acuerdo con el Cuadro A.1.

Cuadro A.1.

CLASIFICACIÓN DE LA SUBRASANTE. MÉTODO DEL RRLTipo Descripción

Susceptible Suelos orgánico y arcillas (hasta 4.5 m de profundidad)Normal Suelos diferentes a los de los otros tipos

EstableSuelos de gravas arenosas bien compactadas y bien gradadas;bases de carreteras antiguas.

Se recomienda mantener el nivel freático por lo menos 60 cm por debajo del nivel de lasubrasante.

A.3. TRÁFICO

Se utiliza el tráfico comercial (vehículos de más de 1.4 toneladas de peso descargados) estimadodurante un período de 20 años de vida útil. El tráfico se contabiliza en el número de vehículospor día en dos direcciones, o en ambos carriles si la vía es de dos carriles por dirección.

Para estimar el tráfico se proponen dos sistemas, tal como aparece a continuación:

A.3.1. Tráfico calculado con base en un conteo. Se adelanta un censo de vehículos comerciales,con conteos durante 24 horas a través de siete días (o conteos durante 16 horas más un 6% dondeno es posible el conteo nocturno). Se asume una tasa de crecimiento anual basada en conteosanteriores y se calcula el número de vehículos comerciales para diseño mediante la siguiente

fórmula: 20)1( +

+= x

r P A Ecuación A.1.

Donde:A: Número de vehículos comerciales por día para el diseño.P: Número de vehículos comerciales por día obtenido del conteo.r: Tasa de crecimiento del tránsito.x: Años transcurridos entre el censo y la construcción del pavimento.




288

El diseño suministra un adecuado margen de seguridad para las eventuales cargas de ejes pesadosque normalmente utilizarán la vía.

Se observa que el conteo necesario para este método es simple y no discrimina los vehículos por

su peso ni por las características de sus ejes.A.3.2. Tráfico estimado según el tipo de vía. Cuando se carece de la información necesaria parautilizar el sistema anterior puede emplearse el Cuadro A.2.

Cuadro A.2.CLASIFICACIÓN DEL TRÁFICO. MÉTODO RRL.

Tipo de víaTráfico (vehículos comerciales por día,

20 años después de construido el

pavimento)Calles en áreas comerciales, con másde 100 vehículos públicos por día.

450 – 1,500

Arterias que soportan rutas regularesde buses, con 50 – 100 vehículospúblicos por día.

150 – 450

Calles con menos de 50 vehículos deservicio público por día.

45 – 150

Calles residenciales, secundarias, sintráfico vehicular de servicio público.

Hasta 45

A.4. SUBBASE

Cuando se necesite subbase, esta debe construirse con suelos granulares, no plásticos y biengradados, o con suelos estabilizados con cemento.

A.5. CALIDAD DEL CONCRETO

El concreto utilizado para la construcción de las losas de pavimento tendrá una resistencianominal a la compresión no menor que 280 Kg./cm² a los 28 días.

A.6. ESPESORESEl espesor de las capas de subbase y de la losa de concreto se determina de acuerdo con elCuadro A.3 en función de la subrasante disponible y del tráfico previsto.




289

Cuadro A.3.ESPESORES DE PAVIMENTOS DE CONCRETO. MÉTODO DEL RRL.

Tráfico (Vehículos comerciales por día, 20 años después de laconstrucción del pavimento)

Tipo de subrasante 3,000 ómás (1)

1,500 – 3,000 150 – 1,500 45 - 15015 ó

menos (2)Susceptible (3)Espesor de losa (cm)Espesor de subbase (cm)

2815

25.515

2315

207.5

187.5

NormalEspesor de losa (cm)Espesor de subbase (cm)

25.57.5

237.5

207.5

187.5

157.5

EstableEspesor de losa (cm)Espesor de subbase (cm) (4)

230

200

180

150

130

(1) Si el número de vehículos comerciales por día excede de 6,000 debe incrementarse en 2.5 cm el espesor de lalosa.(2) Cuando el tráfico durante la construcción es más pesado que el de diseño debe incrementarse en 2.5 cm el

espesor de la losa.(3) O subrasante “normal” con nivel freático a menos de 60 cm de la superficie.(4) No se requiere subbase cuando la capa de subrasante calificada como “estable” tiene al menos 60 cm de espesor.

A.7. EJEMPLOS DE DISEÑO

A.7.1. Pavimento en área comercial, con un tráfico diario de 358 vehículos comerciales, deacuerdo con un conteo ejecutado dos años antes de la ejecución del proyecto.

Crecimiento anual del tráfico = 6%.Subrasante: Limo arenoso, compacto. Nivel freático a 1.50 m de profundidad.

Proyecto:

Tráfico de diseño = 358 (1+0.06)22 = 1,290 vehículos comerciales / día.

El tipo de subrasante es “Normal”.

Del Cuadro A.3, para 1,290 vehículos comerciales diarios y subrasante “Normal” se tiene:

Losa 20 cmSubbase 7.5 cm

A.7.2. Calle residencial sin conteos de tráfico. Se construirá antes que las obras de vivienda.

Subrasante: Arcilla plástica.




290

Proyecto:

Como no se tienen datos de tráfico, mediante el Cuadro A.2 se consideran 45 vehículoscomerciales diarios.

La subrasante es “Susceptible”.Con estos datos, en el Cuadro A.3 se tiene:

Losa 18 cmSubbase 7.5 cm

Considerando el incremento de espesor de losa (+ 2.5 cm) debido al tráfico pesado durante laconstrucción se tiene:

Losa 20.5 cm

Subbase 7.5 cm

8. DISEÑO PAVIMENTOS RIGIDOS

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