calculo adoquines

7/24/2019 calculo adoquines

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CONSIDERACIONES GENERALES Y RECOMENDACIONESSOBRE EL DISEÑO ESTRUCTURALDE PAVIMENTOS INTERTRABADOS

Por: Ing. Timoteo Gordillo (*)

I.- Definición de pavimento

Un pavimento es la superficie de rodamiento para los distintos tipos de vehículos, formada por el agrupamiento de capas de distintos materiales destinados a distribuir y transmitir las cargasaplicadas por el tránsito, a la fundación ó subrasante.

II.- Paquete estructural típico de un pavimento

En general un pavimento está compuesto por las siguientes capas:

1. Capa de rodadura: Recibe directamente las cargas de tránsito. Resiste esfuerzosrasantes o de corte (horizontales) y proporciona una superficie de rodamiento cómoday segura.

2. Base: Resiste y distribuye esfuerzos normales (verticales)

3. Subbase: Complementaria de la base (por economía) o correctiva de subrasante(como capa de transición)

4. Subrasante: Capa de fundación de la estructura del pavimento. Resiste esfuerzosnormales (verticales) sin grandes deformaciones

Esquema comparativo de los diferentes tipos de pavimentos.

III.- Parámetros para el diseño estructural de un pavimento en general

1. Propiedades de suelos, materiales y mezclas : Definen el comportamiento y espesoresde las capas. Determinación de sus características según los principios y criterios de laMecánica de Suelos (CBR, MR, etc).

2. Condiciones ambientales y drenajes2.1.Lluvia: incidencia sobre subrasantes; bases y subbases2.2.Nivel Freático: afectación de la subrasante



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2.3.Temperatura: incidencia sobre la capa de rodadura2.4.Heladas: afectación de la subrasante y la base

3. Tránsito3.1.Magnitud de cargas3.2.Presión de inflado de neumáticos3.3.Área de contacto de los neumáticos (impronta)

3.4.Frecuencia y número de repeticiones de las cargas3.5.Velocidades de aplicación de cargas

IV - Clasi f icación general de los Métodos de Diseño Estructural de pavimentos

a) Empíricos: Basados en parámetros que correlacionan propidades físicas de losmateriales :

• Valor Soporte de California (CBR) : Representa la resistencia al corte de un suelobajo condiciones de humedad y densidad controlada, mediante la determinación de laresistencia a la penetración por punzonado de un vástago, en una muestra de materialcompactado en un molde rígido. También se mide la expansión del suelo.

• Coeficiente de Balasto: Este módulo, se obtiene mediante un simple ensayo de cargasobre el terreno, que se realiza util izando una placa metálica rígida de seccióncuadrada de 30,5 cm de lado ó de sección circular con un diámetro de 30,5 cm, que semonta como se muestra en el esquema de la Fig. N° 1.

b) Mecanísticos: Basados en el análisis del comportamiento mecánico de losmateriales.



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Este método considera las siguientes hipótesis de cálculo :

• Comportamiento no lineal de los suelos y materiales granulares• Es posible definir "módulos elásticos": Módulo elástico tangencial y Módulo elástico

secante.

– Variables de diseño definidas en función del nivel de tensiones y

deformaciones. – Para niveles de deformación muy bajos, el módulo tangencial es muy similar almódulo secante.

– Cuanto menor es el nivel de deformación, mayor es el valor modular (rigidez)

V.- Pavimentos intertrabados de adoquines de hormigón (PIAH)

Esquema de un PIAH/Corte del Paquete

V.1. Mecanismo de funcionamiento de la capa de rodadura de adoquines

En la capa de rodadura, los adoquines no trabajan de manera independiente sinosolidariamente unos con otros. Este trabajo conjunto de las unidades depende delentrelazamiento vertical, horizontal y rotación horizontal que se genera entre ellas en relación alpatrón de colocación (aparejo o forma como están dispuestos los adoquines en el plano delpavimento), a su estabilidad dimensional y pequeñas tolerancias y la presencia de una juntaestrecha llena de material granular fino (arena fina).Todo esto conduce a que cuando un adoquín es sometido a una carga, parte de ésta setrasmite a través de la junta, a las unidades vecinas, y parte a la capa de arena subyacente,para lo cual es fundamental tener un espesor adecuado (mayor de 60 mm), el cual, al rotar laspiezas, les permite generar una palanca suficiente entre ellos, evitando el arrastrarse de unos aotros, impidiéndoles girar y salirse de su nicho.En las primeras investigaciones desarrolladas por la Cement & Concret Association del ReinoUnido (Allan Liley y John Knapton), a comienzos de la década de 1970, se determinó que larigidez de la capa de rodadura de adoquines de 80 mm de espesor conjuntamente con la capade arena de 40 mm de espesor, debidamente sellada y compactada, era equivalente a la deuna capa de 160 mm de concreto asfaltico. Esta relación inicial de 1.3 aproximadamente, se hadiscutido y verificado ampliamente en diversas investigaciones, ha llevado por razones deseguridad a que los calculistas, asuman un factor de 1 a 1.2 para dicha equivalencia.



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O sea, que una capa de adoquines de 80 mm asentados sobre 40 mm de arena puedeconsiderarse equivalente a entre 120 mm y 144 mm de concreto asfáltico.

Por la similitud del comportamiento de un PIAH frente a las deformaciones y deflexiones, alpavimento de adoquines de hormigón se lo considera como a un pavimento flexible. Su capade rodadura (CR) compuesta por los adoquines, más la cama de arena de asiento, tiene unacaracterística estructural única y uniforme, por lo que no se lo debe denominar “articulado”, ya

que ésta última implica discontinuidad entre sus elementos y un comportamiento diferencialentre las piezas.

La rigidez de la CR no es fija sino que evoluciona y se incrementa con el tiempo (ciclo dedilatación y contracción de las unidades y del sistema completo) y con el paso de los vehículos(hasta 10.000 ejes estándar aproximadamente), alcanza su valor máximo o llega al estado de“entrabamiento” total.

VI.- Métodos de Diseño y Cálculo de PIAH

A continuación se indica un resumen de los métodos disponibles para el cálculo de unpavimento intertrabado, que pueden ser divididos en cuatro categorías:

1. Método del espesor equivalente2. Diseño por tablas ó “catálogos”3. Métodos basados en resultados de investigaciones y ensayos4. Métodos mecanísticos

1. Método del espesor equivalente

En este caso se asume que el pavimento puede ser calculado con los mismos métodosestablecidos para los pavimentos flexibles (asfálticos) y que el conjunto conformado por los adoquines y su capa de arena de asiento, sustituyen una parte equivalente delpaquete estructural obtenido. Entonces, no habiendo impedimento, el diseño setransforma en un problema simple, utilizando el mismo método recomendado para losflexibles.Sin embargo, no es estrictamente correcto que un pavimento intertrabado se deforma

igual y responde de la misma manera a las deflexiones que un pavimento asfáltico, por lo que este concepto es criticado por los especialistas, dado que no tiene en cuenta niexplota la capacidad de un intertrabado en desarrollar en forma progresiva una mayor rigidez y trabazón entre las piezas, tolerando además importantes deflexionestransitorias y distribuyendo mejor la carga, reduciendo por lo tanto las tensiones por debajo de la cama de asiento.

2. Diseño por tablas ó “catálogos”

Aquí los adoquines y el espesor de la base son seleccionados en base a la experienciaen la construcción de una vía sobre una subrasante similar al la del proyecto enconsideración. Dado que hay una vasta experiencia en Europa, esta simpleaproximación puede conducir a resultados satisfactorios. Este método es convenientede ser aplicado solo en calles y no para pavimentos sometidos a cargas elevadas

(depósitos industriales, plataformas en aeropuertos, playa de contenedores en puertos,etc.).Existen en el mundo varios “catálogos” pero en todos los casos, la vía es clasificada entérminos del volumen del tránsito (como acumulación de los ejes equivalentes ESAL´s),tipo de tráfico (residencial o industrial) y condiciones climáticas. Una vez obtenida laclasificación de la calle, se utiliza la tabla o catálogo para determinar el diseño delpavimento. Esta metodología de diseño es poco flexible (solo se tiene en cuenta unCBR entre 10 y 15 para caracterizar la resistencia de la subrasante) y conducirá a undiseño no optimizado.



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3. Métodos basados en resultados de investigaciones y ensayos

En este caso se trata de realizar ensayos sobre un prototipo de pavimento intertrabado,con el objetivo de obtener rangos de equivalencia o sustitución de materiales,pudiéndose mencionar como el más preciso y actualizado el desarrollado por elprofesor Brian Shackel en la Universidad de Nueva Gales del Sur en Australia. Estemétodo fue publicado inicialmente en 1978 y se refiere a pavimentos de adoquines

sometidos a cargas de autopistas o vías primarias, incorporando bases granulares nomejoradas. Este demostró que es posible utilizar información (data) recopilada duranteensayos de tránsito mayorado o acelerado en el tiempo, en prototipos a escala naturalpara desarrollar un modelo estático para una resistencia dada de la subrasante,espesores de los adoquines y de la base para un determinado comportamiento, talcomo la aparición de ahuellamientos. Estos modelos han sido extendidos para cubrir un rango completo de las condiciones de la subrasante utilizando un análisismecanístico. Este método ha sido exitosamente utilizado para una variedad de climasdesde finales de los 70´s, pero han sido reemplazados por procedimientosmecanísticos.

4. Métodos mecanísticos

El primer método mecanístico consideraba al pavimento como un material homogéneo, isotrópico y flexibleque se apoyaba sobre una subrasante flexilbe y cuya resistencia era definida en términos de su CBR. El

segundo método mecanístico fue publicado en Gran Bretaña en 1979. Este se basaba en un análisiselástico sobre tres capas del pavimento y asumía que se podía aplicar el mismo criterio de relacionar latensión en la subrasante de un intertrabado con la de un pavimento asfáltico para una misma vida útil.Por lo general este análisis es afectado por ya sea, por el cálculo de las tensiones de tracción en lasubbase mejorada y determinado su vida útil por fatiga, o calculando las tensiones verticales decompresión actuando sobre una subbase granular y utilizando a éstas para predecir el ahuellamiento quese desarrollará bajo la acción del tráfico.Inicialmente, las aplicaciones más efectivas de los métodos mecanísticos fueron para calcular pavimentosintertrabados diseñados con subbases mejoradas de suelo cemento, incluyendo inclusive al hormigónpobre, pero posteriormente se incluyeron las subbases granulares no tratadas con cemento. Este métodoes actualmente aplicado mediante el uso de programas de computación específicos, tales como lospropuestos por el SEPT (Small Element Pavement Technologists).

Nota importante: Un pavimento Intertrabado sometido a cargas de tránsito, debe ser

diseñado por un profesional idóneo con alcance de título, aplicando algunos de losmétodos recomendados más arriba.

(*) Direct or Técn ico d e la AABH

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