Clase_19!20!21!22!23-24 PAV RIGIDOS[Resumen]

8/13/2019 Clase_19!20!21!22!23-24 PAV RIGIDOS[Resumen]

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PAVIMENTOS RGIDOS

Se refiere al diseo y construccin de unpavimento de concreto con cementoPortland.

Material y Dimensiones de los moldes.

Se usarn preferiblemente moldesmetlicos y tendrn una profundidad igual

al espesor de las losas de concreto.


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PAVIMENTOS RGIDOS

Retiro de los Moldes. Los moldespermanecern en su lugar por lo menoshasta doce (12) horas despus decolocado el concreto.

Se utilizar vibrador para lograr unacompactacin completa en toda el rea y

con especial cuidado, contra las caras delos moldes.


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PAVIMENTOS RGIDOS

Curado y Proteccin del Concreto.

Curado por Agua. El curado se harcubriendo toda la superficie con bolsashmedas, lonas u otro material de granabsorcin. El material se mantendrhmedo por el sistema de tuberas

perforadas, de regadoras mecnicas uotro mtodo apropiado.


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PAVIMENTOS RGIDOS

Proteccin del Pavimento-Acabado-

Apertura al Trnsito.

Ordinariamente no se permitir el trnsitopor el pavimento recin construido hastalos siete (7) das posteriores a lacolocacin del concreto y este perodo

podr aumentarse si los ensayos a laflexin indican que es prudente hacerlo.


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PAVIMENTOS RGIDOS

Las vigas para ensayo a la flexin serncuradas en el sitio. Su mdulo de roturadeber ser mnimo de 35 Kg/cm2.

Ejecucin de las Juntas: Las juntaslongitudinales y transversales sernconstruidas siguiendo una lnea rectaprecisa, con sus caras perpendiculares ala superficie del pavimento.


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PAVIMENTOS RGIDOS

Ejecucin de las Juntas


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PAVIMENTOS RGIDOS

Cuando se necesiten ranuras, estas serncuidadosamente conformadas conplantillas.


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PAVIMENTOS RGIDOS

Sellado de las Juntas.Antes de dar alservicio, se proceder a sellar todas las

juntas con material sellante. Podr usarse

asfalto slido de penetracin 60-70 o 80-100 mezclado con polvo de arena quepase de malla No. 100, aplicado en

caliente.


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Anlisis mecanicista de pavimentos deconcreto

Modelos de deterioro:

Los deterioros que usualmente seconsideran como esenciales, sin ser losnicos, son el agrietamiento por fatiga, elescalonamiento entre losas y losdesprendimientos de bloque.


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Tipos de agrietamiento por fatiga

considerados en pavimentos de

concreto. Ag rietamiento inic iando desde abajo


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Agrietamiento iniciando en superficie


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Otro tipo de deterioro:

Escalonamiento entre juntas

transversales: Es factible de asociar auna falta de transferencia de carga entredos losas consecutivas, ya sea porescasez o ausencia de pasajuntas, o bien

por una capacidad de apoyo deficiente delmaterial de base.


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Desde un punto de vista estructural, estetipo de deterioro se asocia a lasdeflexiones mximas que se pueden

observar en las esquinas de las losas.


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Sin pasajuntas. Con pasajuntas

Respuestas estructurales asociadas al escalonamiento entre losas


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Es usual explicar el escalonamiento apartir del fenmeno de bombeo, que sepresenta cuando el material de base es

erosionable, est saturado y la intensidaddel trnsito vehicular es muy alta.


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Para el caso de pavimentos de concretocontinuamente reforzados, un deterioroespecial es el denominado

desprendimiento de bloque, que se ilustraen la figura siguiente en conjunto con lospuntos crticos en donde se calculan los

esfuerzos, y deformaciones de tensin.


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Puntos crticos en el clculo de esfuerzos y

deformaciones de tensin para el deterioro denominado

desprendimiento de bloque.


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Existen, sin embargo, agrietamientos quese pueden generar por el alabeo de lalosa de concreto por cambios de

temperatura, o cambios de humedad , yque conviene tenerlos en cuenta.


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Modelos de regularidad superficial: Enesta metodologa, el aspecto ltimo acumplir es el nivel de funcionalidad del

pavimento, medido en trmino del, IRI,(ASTM E1926). Los deteriorosmencionados se traducen en afectacionesa los valores de IRI en la superficie del

pavimento.


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Forma tpica de evolucin del IRI en un pavimento.


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Se considera que el IRI aumenta apartir de IRIo, y se va incrementando

debido los deterioros superficiales Dj;reducciones por actividades demantenimiento Mj y tambin a una seriede factores relacionados con el sitio FS,

como pueden ser la presencia dedepsitos de suelos expansivos, osusceptibles a las heladas;


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Casos particulares.

En donde FS es la variable relacionada conlos factores de sitio que se puede relacionar

con la edad de pavimento, algn Indice deCongelamiento IC y el porcentaje de arcilla, opartculas de suelo menores a 0.075 mm.


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Diseo mecanicista de pavimentos dehormign mtodo AASHTO.

El acero de refuerzo en los pavimentos deconcreto prcticamente no incrementa sucapacidad portante, debido a que el

pavimento se apoya en toda la superficiede la sub-base y por lo tanto no existenlas deformaciones que haran que el acerode refuerzo trabajara para dar una

contribucin significativa.


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No es recomendable la utilizacin de acero de refuerzo enpavimentos de concreto hidrulicos.

D t i i d l d l


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Determinacin del espesor delpavimento.


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Diseo mecanicista de pavimentosde hormign mtodo AASHTO.

Las variables que intervienen en el diseode los pavimentos constituyen la base deldiseo del pavimento por lo que es

importante conocer las consideracionesms importantes que tienen que ver concada una de ellas para as poder realizar

diseos confiables y ptimos al mismotiempo.


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Diseo mecanicista de pavimentos dehormign mtodo AASHTO

Variables de diseo de Pavimentos Rgidos: - Espesor - Serviciabilidad

- Trfico - Transferencia de Carga - Propiedades del Concreto - Resistencia de la Subrasante - Drenaje - Confiabilidad


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Espesor: Es la variable que se pretendedeterminar, el resultado del espesor se veafectado por todas las dems variables que

intervienen en los clculos.Es importante especificar lo que se disea,ya que a partir de espesores regulares una

pequea variacin en el espesor puedesignificar una variacin importante en la vidatil.


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Serviciabilidad:

El procedimiento de Diseo AASHTOpredice el porcentaje de prdida deserviciabilidad (PSI) para varios nivelesde trfico y cargas de ejes. Entre mayorsea elPSI, mayor ser la capacidad de

carga del pavimento antes de fallar.


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Serviciabilidad.


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La serviciabilidad se define como lahabilidad del pavimento de servir al tipo detrfico (autos, buses y camiones) que

circulan en la va, se mide en una escaladel 0 al 5 en donde 0 (cero) significa unacalificacin para pavimento intransitable y

5 (cinco) para un pavimento excelente.


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La serviciabilidad es una medida subjetivade la calificacin del pavimento, sinembargo la tendencia es poder definirla

con parmetros medibles como los son: elndice de perfil, ndice de rugosidadinternacional, coeficiente de friccin,

distancias de frenado, visibilidad, etc.


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Serviciabilidad Inicial (Po).Es la condicinque tiene un pavimento inmediatamentedespus de la construccin del mismo. Losvalores recomendados por AASHTO para

este parmetro son: - Para pavimento de Concreto = 4.5 - Para pavimento de Asfalto = 4.2 Usando buenas tcnicas de construccin, el

pavimento de concreto puede tener unaserviciabilidad Po = 4.7 4.8


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Mientras mejor se construya inicialmenteun pavimento, o bien, mientras mejorndice de serviciabilidad inicial tenga

mayor ser su vida til, esto es debido aque las curvas de deterioro se comportande manera paralela o con el mismogradiente para unas condiciones

determinadas, como se muestra acontinuacin:


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Mejor ndice de serviciabilidad inicial mayor ser su vida til.


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Serviciabilidad Final (Pt). - Tiene que vercon la calificacin que esperamos tenga elpavimento al final de su vida til.

Los valores recomendados de ServiciabilidadFinal Pt son:

- Para Autopistas 2.5 - Para Carreteras 2.0

- Para Zonas Industriales 1.8 - Pavimentos Urbanos Principales 1.8 - Pavimentos Urbanos Secundarios 1.5


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Trfico: Es una de las variables mssignificativas del diseo de pavimentos ysin embargo es una de las que ms

incertidumbre presenta al momento deestimarse.Se debe contar con lainformacin ms precisa posible del trficopara el diseo, si no podramos tener

diseos inseguros o con un gradoimportante de sobre diseo.


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La metodologa AASHTO considera lavida til de un pavimento relacionada conel nmero de repeticiones de carga que

podr soportar el pavimento antes dellegar a las condiciones de servicio finalpredeterminadas para el camino.


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El mtodo AASHTO utiliza en suformulacin el nmero de repeticionesesperadas de carga de Ejes Equivalentes,

es decir, que antes de entrar a lasfrmulas de diseo, debemos transformarlos Ejes de Pesos Normales de losvehculos, en Ejes Sencillos Equivalentes

de 18000lb (8.2 Ton) tambin conocidoscomo ESALs.

Di i i d i d


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Lo conducente es realizar los clculospara el carril de diseo, seleccionado paraestos fines por ser el que mejor

representa las condiciones crticas deservicio de la calle o camino. Existenalgunos factores que ayudan a determinar

con precisin el trfico que circular por elcarril de diseo.

Di i i t d i t d


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Los pavimentos de concreto el AASHTO losdisea por fatiga. La fatiga es el nmero derepeticiones ciclos de carga y descarga

que actan sobre un elemento. Al estableceruna vida til de diseo, lo que se esthaciendo es tratar de estimar, en un perodode tiempo, el nmero de repeticiones decarga a las que estar sometido elpavimento.

Di i i t d i t d


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La vida til mnima con la que se debedisear un pavimento rgido es de 20 aos,es comn realizar diseos para 30, 40, 50 ms aos. Se deber contemplar el

crecimiento del trfico durante su vida til,que depende en gran medida del desarrolloeconmico - social de la zona en cuestin.Del mejoramiento de las caractersticas del

pavimento se puede generar trfico atrado eigualmente se debe considerar la capacidadde trfico de la va.

Di i i t d i t d


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Tvu = Tpa x FCT

Tvu = Trfico en la vida til

Tpa = Trfico durante el primer ao

FCT = Factor de crecimiento del trfico,que depende de la Tasa de Crecimiento

Anual y de la Vida Util.

Di i i t d i t d


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Tasa de Crecimiento Anual: Depende demuchos factores, tales como el desarrolloeconmico - social, la capacidad de la va,

etc. Es normal que el trfico vehicularvaya aumentando con el paso del tiempo,hasta que llega a un punto tal desaturacin en el que el trfico se mantiene

prcticamente sin crecer.


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Di i i t d i t d


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A medida que un camino se vacongestionando de trfico su crecimientose va haciendo mas lento, este efecto

debemos considerarlo pudiendo estimaruna Tasa de Crecimiento Equivalente,para considerar las variaciones en el

crecimiento durante la vida til.


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Di i i t d i t d


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Di i i t d i t d


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Factor de Crecimiento del Trfico.Considera los aos de vida til ms unnmero de aos adicionales debidos al

crecimiento propio de la va.

Di i i t d i t d


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El AASHTO recomienda algunos valores, sin embargo nonecesariamente deben utilizarse.

Diseo mecanicista de pavimentos de


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Factor de Equivalencia del Trfico.Lasfrmulas que permiten convertir el nmerode ejes de pesos normales a ejes

equivalentes dependen del espesor delpavimento, de la carga del eje, del tipo deeje y de la serviciabilidad final quepretendemos para el pavimento. A

continuacin se muestran dichas frmulas:



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Wtx = # Aplicaciones de carga definida al final del tiempo t,Wt18= # Aplicaciones de carga equivalente al final del tiempo t



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Otro factor importante a considerar es lasobrecarga (no deben existir), se debeconocer con la mayor certeza posible los

pesos de los ejes de los vehculos queestarn circulando sobre el pavimento quese esta diseando, ya que lassobrecargas generan un dao muy

importante al pavimento y su crecimientoes de orden exponencial.



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Transferencia de Cargas: Es la capacidadque tiene una losa del pavimento detransmitir fuerzas cortantes con sus losas

adyacentes, con el objeto de minimizar lasdeformaciones y los esfuerzos en laestructura del pavimento, mientras mejor seala transferencia de cargas mejor ser elcomportamiento de las losas del pavimento.


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Una manera de transferir la carga de unalosa a otra es mediante la trabazn deagregados que se genera en la grieta

debajo del corte de la junta, sin embargoesta forma de transferir carga solamentese recomienda para vas con trfico ligero.



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La utilizacin de pasajuntas es la maneramas conveniente de lograr la efectividaden la transferencia de cargas, se

recomiendan evaluar dos criterios paradeterminar la conveniencia de utilizarpasajuntas.



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Utilizar pasajuntas cuando: a) El trfico pesado sea mayor al 25% del

trfico total.

b) El nmero de Ejes Equivalentes dediseo sea mayor de 5.0 millones deEsal's.



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El Coeficiente de Transferencia de Carga considera elesfuerzo de transferencia a travs de la junta o grieta.



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Soporte Lateral . - El confinamiento queproduce el soporte lateral contribuye areducir los esfuerzos mximos que se

generan en el concreto por efecto de lascargas. Un pavimento de concreto puedeconsiderarse lateralmente soportado

cuando tenga algunas de las siguientescaractersticas en su seccin:



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Pavimento de concreto lateralmente soportado.



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Pasajuntas: Barra de acero redondo liso fy= 4,200 kg/cm2 la cual no se debe deadherir al concreto permitiendo el libre

movimiento de losas longitudinalmente,pero si debe de transferir verticalmenteparte de la carga aplicada en una losa a la

adyacente.



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Se colocan perfectamente alineadas a lamitad del espesor de la losa.

El dimetro, longitud y separacin de las

pasajuntas esta en funcin de el espesorde las losas principalmente.



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Algunas recomendaciones prcticas para la seleccin de laBarra



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Propiedades del Concreto: Son dos laspropiedades del concreto que influyen enel diseo y en su comportamiento a lo

largo de su vida til: - Resistencia a la tensin por flexin (Sc) Mdulo de Ruptura (MR)

- Mdulo de Elasticidad del Concreto (Ec)



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Mdulo de Ruptura (MR) .Los pavimentosde concreto trabajan principalmente aflexin, se recomienda que su

especificacin de resistencia seatrabajando a flexin, que se conoce comoresistencia a la flexin por tensin (S'c) o

Mdulo de Ruptura (MR) normalmenteespecificada a los 28das.



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El mdulo de ruptura se mide medianteensayos de vigas de concreto aplicndolescargas en los tercios de su claro de apoyo.Esta prueba esta normalizada por la ASTMC78. Existe una prueba similar con laaplicacin de la carga al centro del claro quegenera resultados diferentes de resistencia ala flexin (aprox. 15% a 20% mayores) peroque no son los que considera AASHTO parael diseo.



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Medida del modulo de rotura ASTM C78



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Los valores recomendados para el Mdulode Ruptura varan desde los 41 kg/cm2(583 psi) hasta los 50 kg/cm2 (711 psi) a

28 das dependiendo del uso que vayan atener. En seguida se muestran valoresrecomendados, sin embargo el diseador

deber elegir de acuerdo a un buencriterio.



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Mdulos de roturas.



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Mdulo de Ruptura Promedio: LaAASHTO permite utilizar la resistencia a laflexin promedio, que se haya obtenido

del resultado de ensayos a flexin de lasmezclas diseadas para cumplir laresistencia especificada del proyecto quedependen de las condiciones de control y

calidad que tenga el fabricante delconcreto.



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En todos los casos se recomienda quesea Concreto PremezcladoProfesionalmente.

Modulo de rotura promedio.(zr=d.n.e)



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Mdulo de Elasticidad. - Esta ntimamenterelacionado con su Mdulo de Ruptura yse determina mediante la norma ASTM

C469. Existen varios criterios con los quese puede estimar el Mdulo de Elasticidada partir del Mdulo de Ruptura.


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Resistencia de la Subrasante: Estaconsiderada dentro del mtodo por mediodel Mdulo de Reaccin del Suelo K que

se puede obtener directamente mediantela prueba de placa. El mdulo de reaccinde suelo corresponde a la capacidadportante que tiene el terreno natural en

donde se soportar el cuerpo delpavimento.



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El valor del mdulo de reaccin (K) sepuede obtener directamente del terrenomediante la prueba de placa ASTM D1195

y D1196. El valor de K representa elsoporte (terreno natural y terrapln si lohay) y se puede incrementar al tomar la

contribucin de la sub-base.



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se o eca c sta de pa e tos dehormign mtodo AASHTO.

Cuando se disea un pavimento esprobable que se tengan diferentes valoresde K a lo largo del tramo por disear, el

mtodo AASHTO recomienda utilizar elvalor promedio de los mdulos K para eldiseo estructural.



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phormign mtodo AASHTO.

Esquema de la prueba de placa.



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Estimaciones y Correlaciones de K: Conbase a un gran nmero de muestras yestudios se han podido desarrollar

algunos valores estimativos del mdulo dereaccin del suelo en funcin a diferentespropiedades.



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Correlacin 1 con SUCS .


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Aspectos a cuidar para evitar que el agua penetreen la estructura de soporte: - Mantener perfectamente selladas las juntas del

pavimento. - Sellar las juntas entre pavimento y acotamiento o

cuneta. - Colocar barreras rompedoras de capilaridad (en

donde se requiera) - Utilizar cunetas, bordillos, lavaderos, cunetas,

subdrenajes, etc. - Construir o aprovechar los drenajes pluviales en

las ciudades.



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Tener agua atrapada en la estructura del Pavimentoproduce efectos nocivos en el mismo, como son:

- Reduccin de la resistencia de materiales

granulares no ligados. - Reduccin de la resistencia de la subrasante. - Expulsin de finos - Levantamientos diferenciales de suelos

expansivos - Expansin por congelamiento del suelo


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hormign mtodo AASHTO.

Otra manera de entender la confiabilidad,por ejemplo es: si se considera unaconfiabilidad "R" del 80% estaramos

permitiendo que el 20% de las losas delpavimento alcancen al final de su vida tiluna serviciabilidad igual a la

serviciabilidad final seleccionada en eldiseo.



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Tambin se puede entender laconfiabilidad como un Factor deSeguridad y ante esa situacin se debe

reflexionar en los valores de confiabilidada utilizar en el pas, con el mejor de loscriterios, al hacer un diseo de un

pavimento.



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Confiabilidad Recomendada paraMxico



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Como se menciona anteriormente laconfiabilidad puede relacionarse con unFactor de Seguridad, a continuacin se

presentan los factores de seguridadaproximados a los que corresponde laconfiabilidad. Estos factores de seguridad

van asociados con la Desviacin Estndar"So".



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Factores de seguridad asociados con laDesviacin Estndar "So".



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Ejemplo: Disear el espesor de un pavimento de concreto para una vialidad

urbana de doble sentido y con 2 carriles por sentido. Los datos ylos principales parmetros de diseo se detallan a continuacin:

Servicibilidad:

Serviciabilidad Inicial: = 4.5

Serviciabilidad Final = 1.8 Trfico:

TPDA = 4,302 vehculos

Factor de sentido = 0.5

Factor de carril = 0.80

Perodo de diseo: = 20 aos

Crecimiento Anual: = 3.0 % Composicin del trfico:



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Composicin del trfico:



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Transferencia de Carga: Se emplean pasajuntas y se supone soporte lateral de las losas debido a guarniciones y banquetas a los costados de la vialidad. Por lo tanto el coeficiente de transferencia de

carga es igual a 2.7.

Propiedades del Concreto: Emplear un concreto con modulo de ruptura de 45 kg/cm 2 (640 psi)

Subrasante: Se determin mediante pruebas de placa realizadas sobre la base un mdulo de reaccin del suelo (k) igual a 300 psi

Condiciones de Drenaje: Se suponen condiciones normales de drenaje en la vialidad, por lo que se emplea un coeficiente de drenaje igual a 1.0

Confiabilidad: Por tratarse de una vialidad urbana de cierta importancia se considera usar un valor de confiabilidad del 60%



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EJES EQUIVALENTES Y ESPESOR. Sabemos que es necesario transformar los ejes de pesos normales delos vehculos que circularn sobre el camino, en ejes sencilloequivalentes de 18 kips (8.2 ton) para poder resolver la ecuacin dediseo de espesores.

Para convertir a ejes equivalentes los ejes de pesos normales de losvehculos considerados se debe obtener en primera instancia elnmero de repeticiones en toda la vida til de cada tipo de vehculoque va a circular sobre el pavimento (sencillo, tandem tridem) ydentro de cada tipo de eje, tambin se desgloza por peso del eje.

Con el Factor de equivalencia de carga calculado para cada tipo y pesode ejes se convierten el nmero de repeticiones esperadas de cadatipo de eje, en la vida til del proyecto, en el nmero de repeticiones

esperadas de ejes equivalente ( ESALs). El nmero de repeticiones esparadas durante la vida til y susrespectivos ESALs en este ejemplo de diseo se presentan acontinuacin:


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