DISEÑO DE ESPESORES PARA PAVIMENTOS DE ......Diseño de Pavimentos de Hormigón – Método PCA...

DISEÑO DE ESPESORES PARA

PAVIMENTOS DE HORMIGÓN EN

CARRETERAS Y CALLES

MÉTODO DE LA PORTLAND CEMENT ASSOCIATION

DOCUMENTO PREPARADO POR

INSTITUTO BOLIVIANO DEL CEMENTO Y EL HORMIGÓN

PARA EL MINISTERIO DE TRANSPORTES Y OBRAS PÚBLICAS DEL ECUADOR

Diseño de Pavimentos de Hormigón – Método PCA

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DISEÑO DE ESPESORES PARA

PAVIMENTOS DE HORMIGÓN EN

CARRETERAS Y CALLES

MÉTODO DE LA PORTLAND CEMENT ASSOCIATION

PROLOGO El presente documento es una traducción del libro “Thickness Design for Concrete Highway and Street Pavements” editado por la “Portland Cement Association de los Estados Unidos de Norte América, en 1984 y cuya reimpresión se realizó en 1995.

Como apoyo, se ha utilizado una traducción realizada por la Universidad Ricardo Palma de la República de Perú, cuyo autor fue el Ing. Erasmo Fernandez y que ha servido de base para la presente edición.

A pesar del tiempo transcurrido, el método aquí presentado ha tenido muy pocas variaciones y constituye una alternativa al Método AASHTO. El uso de este documento se basa en ábacos y tablas que se incluyen, pero ha sido automatizado primero con el programa “pcapav” que ha sido superado por “street pave” actualmente en uso y al cual se puede acceder mediante internet.

El Instituto Boliviano del Cemento y el Hormigón, conforme al Contrato de Asesoramiento Técnico en Pavimentos Rígidos y Mezclas con Ligantes Hidráulicos suscrito con el MTOP, ha preparado el presente manual como una alternativa para el método de diseño de pavimentos AASHTO-93 y además para incorporar conceptos como los de erosión y fatiga que son muy importantes para la comprensión del complejo comportamiento de los pavimentos.

Estamos seguros que esta publicación será de utilidad y servirá de manual de consulta para profesionales y estudiantes. Complementada con los manuales de diseño de pavimentos nuevos y sobrecarpetas de AASHTO y el software DIPAV- 2 facilitará en gran medida la optimización en el diseño de pavimentos en la república del Ecuador.


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INDICE

PROLOGO i

INDICE ii

CAPITULO 1 1

INTRODUCCION 1

Aplicaciones de los Procedimientos de Diseño 1

Programas de Cálculo Disponibles 2

Bases para el diseño 3

Versión Métrica 3

CAPITULO 2 4

FACTORES DE DISEÑO 4

Resistencia del Hormigón a la Flexión 4

Soporte de la Subrasante y Subbase 5

Periodo de Diseño 8

Tráfico 8

Proyección 8

Capacidad 10

ADTT (Average Daily Truck Traffic - Tráfico Diario Promedio de Camiones) 10

Distribución Direccional de Camiones 12

Distribución de Cargas por Eje 12

Factores de Seguridad de Carga 13

CAPITULO 3 15

PROCEDIMIENTO DE DISEÑO 15

(DATOS DE CARGA POR EJE DISPONIBLES) 15


iii

Análisis por fatiga 15

Análisis por Erosión 16

Problemas Ejemplo 16

Cálculos del espesor: 19

Diseño 2 27

CAPITULO 4 30

PROCEDIMIENTO DE DISEÑO SIMPLIFICADO 30

(DATOS DE CARGA POR EJE, NO DISPONIBLES) 30

Problemas Ejemplo 32

Diseño 3 32

Diseño 4 33

Comentarios Sobre el Procedimiento Simplificado 33

Módulo de Rotura 33

Periodo de Diseño 40

Juntas con Pasajuntas ó con Trabazón de Agregados 40

Tablas de Diseño Desarrolladas por el Usuario 40

APENDICE A 42

DESARROLLO DEL PROCEDIMIENTO DE DISEÑO 42

Análisis de Pavimentos de Hormigón 42

Pavimentos con Juntas 42

Pavimentos Continuamente Reforzados 43

Posición de las Cargas del Camión 44

Variación en la Resistencia del Hormigón 45

Incremento de Resistencia del Hormigón con la Edad. 45

Alabeo y Curvado del Hormigón 46


iv

Fatiga 46

Erosión 47

APENDICE B 49

DISEÑO DE PAVIMENTOS DE HORMIGÓN CON CAPA INFERIOR (SOLADO) DE HORMIGÓN POBRE 49

Subbase de Hormigón Pobre 49

Pavimento Monolítico 52

APENDICE C 54

ANALISIS DE CARGAS AXIALES TRIDEM 54

APÉNDICE D 58

ESTIMACIÓN DEL VOLUMEN DE TRÁFICO POR CAPACIDAD 58

Capacidad ADT en Carreteras de Multiples Carriles 58

Capacidad de Carreteras de dos Carriles 60


Capítulo 1 – Introducción 1

CAPITULO 1

INTRODUCCION La presente publicación se refiere al Método de la Portland Cement Association de los Estados Unidos, para determinar los espesores de losas que sean apropiados para soportar las cargas de tráfico en calles, caminos y carreteras de hormigón. El propósito de diseño es el mismo que para otras estructuras de ingeniería: obtener el espesor mínimo que resultará en el costo anual más bajo, para los costos de inversión inicial y de mantenimiento. Si el espesor es mayor de lo necesario, el pavimento prestará un buen servicio con bajos costos de mantenimiento, pero el costo de inversión inicial será alto. Si el espesor no es el adecuado, los costos prematuros y elevados de mantenimiento e interrupciones en el tráfico sobrepasarán los bajos costos iníciales. Una correcta ingeniería requiere que los diseños de espesores, balanceen apropiadamente el costo inicial y los costos de mantenimiento. Mientras que esta publicación se centra en el tópico del diseño de espesores, otros aspectos de diseño son igualmente importantes para asegurar el buen funcionamiento y la duración del pavimento de hormigón. Estos son:

• Provisión para un soporte razonablemente uniforme. (Ver la publicación de PCA: Subrasantes y Subbases para Pavimentos de Hormigón.)

• Prevención del “bombeo” o expulsión de lodo en el caso de subbases relativamente delgadas, ya sean tratadas o no tratadas con cemento, en caso que el tráfico esperado de camiones sea suficientemente grande como para causarlo. (La necesidad de las subbases y sus requerimientos, también se proporcionan en el folleto antes citado.)

• Uso de un diseño de juntas que garantice una adecuada transferencia de cargas y facilite el uso de sellos si son requeridos para hacerlas efectivas, prevenga daños de las mismas debido a filtraciones. (Ver la publicación de PCA: Diseño de Juntas para

Pavimentos de Hormigón de Carreteras y Calles.)

• Uso de un diseño de mezclas y agregados que proporcionen un hormigón de buena calidad, con la resistencia y durabilidad necesarias, bajo las condiciones actuales de exposición. (Ver Diseño y Control de Mezclas de Hormigón)

• Los criterios de diseño de espesores sugeridos están basados en la experiencia del comportamiento general de pavimentos. Si se dispone de experiencia del comportamiento específico regional o local en condiciones más favorables o adversas, los criterios de diseño pueden ser apropiadamente modificados. Estas condiciones particulares pueden ser de clima, suelos o drenaje e innovaciones futuras en los diseños. Aplicaciones de los Procedimientos de Diseño Los procedimientos de diseño dados en este texto se aplican a los siguientes tipos de pavimentos de hormigón: simple, simple con pasajuntas, con refuerzo discontinuo, y con refuerzo continuo. Los pavimentos de hormigón simple se construyen sin acero de refuerzo y sin barras pasajuntas en las juntas (dowels). La transferencia de cargas es obtenida por una trabazón (interlock) de agregados entre las caras agrietadas debajo de las juntas aserradas o formadas. Para que ésta transferencia sea efectiva, es necesario que se use un espaciamiento corto entre juntas. Los pavimentos de hormigón simple con pasajuntas se construyen sin acero de refuerzo; sin embargo, se instalan barras lisas de acero liso (denominadas pasajuntas) en cada junta de contracción como elementos de transferencia de cargas, empleándose espaciamientos relativamente cortos entre juntas para controlar el agrietamiento. Los pavimentos reforzados contienen además del acero de refuerzo, barras



pasajuntas para, la transferencia de cargas en las aberturas de contracción. Estos pavimentos son construidos con espaciamientos de juntas mayores que los usados en pavimentos reforzados. Usualmente se desarrollan una o más fisuras transversales entre las juntas de contracción, las cuales se mantienen cerradas por el acero de refuerzo, consiguiéndose proveer una buena transferencia de cargas. Los espaciamientos de juntas comúnmente usados y que trabajan bien, son de 15 pies para pavimentos de hormigón simple, no más de 20 pies para pavimentos con pasajuntas y no más de 40 pies para pavimentos reforzados. Espaciamientos mayores a los señalados han sido usados, pero a veces son causa de daños en las juntas y de la formación de fisuras intermedias entre ellas. Los pavimentos con refuerzo continuo se construyen sin juntas de contracción. Debido al refuerzo de acero continuo relativamente denso en la dirección longitudinal, ellos desarrollan fisuras transversales a intervalos cercanos. Se desarrolla Un alto grado de transferencia de cargas en las caras de esas fisuras, que se mantienen firmemente unidas por el acero de refuerzo. Los procedimientos de diseño que se proporcionan, cubren las condiciones que no han sido directamente tratadas por otros procedimientos. Estos incluyen el reconocimiento de:

1. El grado de transferencia de cargas en las juntas transversales proporcionado por los diferentes tipos de pavimentos descritos.

2. El efecto de utilizar una berma de hormigón adyacente al pavimento. Las bermas de hormigón reducen los esfuerzos flexores y las deflexiones causadas por las cargas.

3. El efecto de usar una subbase de hormigón pobre (econocreto), la cual reduce los esfuerzos y deflexiones del pavimento, dotando de un soporte considerable cuando los camiones pasan sobre las juntas y de resistencia a la erosión de la subbase causadas por las deflexiones repetidas del pavimento.

4. Dos criterios de diseño: (a) fatiga, para mantener los esfuerzos del pavimento debidos a la acción de cargas repetidas, dentro de límites seguros previniendo así el agrietamiento por fatiga; y (b) erosión, para limitar los efectos de las deflexiones del pavimento en el borde de las losas, juntas y esquinas controlando así la erosión de la fundación y de los materiales de las bermas. El criterio por erosión es necesario ya que algunas formas de daños del pavimento tales como bombeo, fallas, y daños de las bermas no son debidos a la fatiga.

5. Los ejes triples pueden ser considerados en el diseño. Mientras que las configuraciones convencionales para ejes simples y tandem, son aún las cargas predominantes en las carreteras, el uso de ejes triples (Tridem) van en aumento. Ellos se observan en algunas carreteras para camiones pesados y en carreteras especiales para transporte de carbón de piedra u otros minerales. Los ejes tridem pueden ser más dañinos por el criterio de erosión (deflexión) que por el criterio de fatiga. La selección de un espesor adecuado está condicionado a la elección de otras características de diseño - sistema de juntas, tipo de subbase si es necesaria, y tipo de berma. Con esas condiciones adicionales de diseño, los requerimientos de espesor de diseño alternativos, los cuales incluyen el costo, pueden ser comparados directamente. El Capítulo 2 describe como se determinan los factores necesarios para resolver un problema de diseño. El Capitulo 3 detalla el procedimiento de diseño completo usado, cuando los datos específicos de la distribución de carga por eje son conocidos u obtenidos. Si los datos detallados de las cargas por eje no están disponibles, el diseño puede ser realizado como se describe en el Capitulo 4, mediante la selección de una o varias categorías de datos representativos de pavimentos, variando desde calles residenciales hasta carreteras interestatales. Programas de Cálculo Disponibles Los problemas de diseño de espesores, pueden ser resueltos manualmente con las



tablas y cartas proporcionadas en esta publicación, o mediante el uso de software disponible en la Portland Cement Association, siendo el más actual el programa Street Pave accesible en línea. Para el método de diseño de AASHTO, el IBCH ha desarrollado el software DIPAV. Bases para el diseño Los métodos de diseño de espesores presentados, se basan en el conocimiento de la teoría de pavimentos, en su comportamiento, y en experiencias de investigación de las siguientes fuentes:

1. Estudios teóricos del comportamiento de las losas del pavimento realizados por Westergaard, Picket y Ray, y recientes análisis de cómputo desarrollados por elementos finitos, uno de los cuales es usado como la base para éste procedimiento de diseño.

2. Pruebas y modelos a escala natural tales como los Ensayos en Arlington y varios proyectos de investigación conducidos por la PCA y otras agencias sobre subbases, juntas y bermas de hormigón.

3. Pavimentos experimentales sujetos a pruebas de tráfico controlado, tales como los siguientes tramos Carreteros Experimentales (Road Test): Bates; Pittsburg; Maryland; AASHO y estudios de pavimentos de carreteras en servicio realizados por varios departamentos estatales de transporte.

4. El comportamiento de pavimentos construidos normalmente, sujetos a tráfico mixto normal. Todas estas fuentes de conocimiento son útiles. Sin embargo, el conocimiento obtenido del comportamiento de pavimentos construidos normalmente es la más importante. De acuerdo a ello, es esencial examinar la relación de los roles que el comportamiento y la teoría juegan en un procedimiento de diseño. Métodos teóricos sofisticados desarrollados en años recientes permiten que las respuestas del pavimento - esfuerzos, deflexiones, presiones-sean

modelados con más precisión. Estos análisis teóricos son una parte necesaria de un procedimiento de diseño mecanístico, porque ellos permiten la consideración de un rango completo de combinaciones de las variables de diseño. Un segundo aspecto importante del procedimiento de diseño es el criterio aplicado a los valores teóricos computados - valores limitantes permisibles de esfuerzos, deflexiónes o presiones. Definiendo así el criterio de que los resultados de diseño son reflejo de la experiencia del comportamiento del pavimento y que los datos de investigaciones son fundamentales en el desarrollo de un procedimiento de diseño. Las partes teóricas de los procedimientos de diseño proporcionados en esta publicación, se basan en un análisis comprensivo de los esfuerzos y deflexiones del hormigón, por un programa de cómputo de elementos finitos. El programa modela los factores convencionales de diseño, propiedades del hormigón, soporte de la fundación y cargas, más la transferencia de carga en las juntas mediante pasajuntas o trabazón de agregados y berma de hormigón, para ubicaciones de cargas axiales en el interior, borde, junta y esquina de la losa. Los criterios para los procedimientos de diseño están basados en el diseño del pavimento, su comportamiento, y las experiencias de investigaciones referidas anteriormente incluyendo las relaciones del comportamiento de los pavimentos en la Carretera Experimental AASHO y estudios de la falla de pavimentos. En el Apéndice A y la Referencia 30 se da más información sobre el desarrollo y bases del procedimiento de diseño. Versión Métrica La Publicación EB209P de la PCA, es la versión métrica del presente documento.


Capítulo 2 – Factores de Diseño 4

CAPITULO 2 FACTORES DE DISEÑO Después de seleccionar el tipo de pavimento de hormigón (pavimento simple con ó sin pasajuntas, pavimento reforzado con juntas con pasajuntas, o pavimento continuamente reforzado), tipo de subbase si es necesaria, y tipo de berma (con ó sin berma de hormigón, sardinel y cuneta o sardinel integral); el espesor de diseño es determinado en base a los cuatro factores siguientes:

1. Resistencia del hormigón a la flexión (módulo de rotura MR).

2. Resistencia de la subrasante, ó subrasante y subbase combinadas (k).

3. Los pesos, frecuencias, y tipos de cargas axiales de camión que el pavimento soportará.

4. El periodo de diseño, que en éste y otros procedimientos usualmente es considerado como de 20 años, pudiendo ser más ó menos. Estos factores de diseño son discutidos con más detalle en las secciones siguientes. Otras consideraciones de diseño incorporadas al procedimiento son tratadas en el Apéndice A. Resistencia del Hormigón a la Flexión La resistencia del hormigón a la flexión es considerada en el procedimiento de diseño mediante el criterio de fatiga, que controla el agrietamiento del pavimento bajo las cargas repetitivas de camiones. El pandeo de un pavimento de hormigón bajo cargas axiales produce esfuerzos de compresión y flexión. Sin embargo, las relaciones de los esfuerzos y resistencias de compresión son demasiado pequeños para influenciar en el diseño del espesor de la losa. Las relaciones de los esfuerzos y resistencias de flexión son mucho más altos, excediendo a menudo valores de 0.5. Como resultado, los esfuerzos flexores y la resistencia a la flexión del hormigón son usados en el diseño de espesores. La resistencia a la flexión es determinada

mediante pruebas de módulo de rotura, realizadas usualmente sobre vigas de 6x6x30-pulg. Para proyectos específicos, la dosificación del hormigón debería ser diseñada para proporcionar adecuada durabilidad y resistencia flexora, al menor costo posible. Los procedimientos de diseño de mezclas son descritos en la publicación PCA “Diseño y Control de Mezclas de Concretó”. El módulo de rotura puede ser obtenido mediante cargas en cantiliver, en un punto central, o en los tercios. Una diferencia importante en estos métodos de prueba es, que la prueba de la carga en los tercios da la mínima resistencia en el tercio central de la viga ensayada, mientras que los otros dos métodos muestran la resistencia en un sólo punto. El valor determinado por el método más conservador de la carga en los tercios (ASTM C78), es usado para el diseño en éste procedimiento. Las pruebas de módulo de rotura son comúnmente realizadas a los 7, 14, 28, y 90 días. Los resultados de prueba a los 7 y 14 días son comparados con los requerimientos de las especificaciones para control de trabajo y para determinar cuándo los pavimentos pueden ser abiertos al tráfico. Los resultados del ensayo a los 28 días han sido comúnmente usados para el diseño de espesores de pavimentos de carreteras y calles, y son los recomendados para usar con este procedimiento; los resultados a los 90 días son usados para el diseño de pistas de aterrizaje. Estos valores son usados debido a que hay muy pocas repeticiones de esfuerzo durante los primeros 28 a 90 días de la vida del pavimento en comparación con los millones de repeticiones de esfuerzo que ocurrirán más tarde. El hormigón continúa adquiriendo mayor resistencia con la edad tal como muestra la



Fig. 1. La resistencia ganada es mostrado por la curva llena, que representa los valores MR promedio para varias series de ensayos de laboratorio, de vigas de prueba

curadas en el campo y secciones de hormigón tomadas de pavimentos en servicio.

Fig. 1. Relación entre la resistencia la flexión y la edad de diseño

En este procedimiento de diseño, los efectos de las variaciones de la resistencia del hormigón de un punto a otro del pavimento y las ganancias de resistencia del hormigón con la edad son incorporados en las cartas y tablas de diseño. El diseñador no aplicará directamente estos efectos sinó simplemente ingresará el valor de resistencia promedio a los 28 días. Soporte de la Subrasante y Subbase El soporte que proporciona la subrasante y la subbase, donde es usada; es el segundo

factor en el diseño de espesores. El soporte de la subrasante y subbase es definido en términos del módulo de reacción de la subrasante (k) de Westergaard. Es igual a la carga en libras por pulgada cuadrada sobre un área de carga (una placa de 30-pulg. de diámetro), dividido por la deflexión en pulgadas para esa carga. Los valores de k son expresados como libras por pulgada cuadrada, por pulgada (psi/pulg), es decir como libras por pulgada cúbica (pci). Los equipos y procedimientos para determinar los valores de k son proporcionados en las Referencias 31 y 32.

Tabla 1.

Valor k de la Subrasante pci

4 pulg. 6 pulg. 9 pulg. 12 pulg.50 65 75 85 110

100 130 140 160 190200 220 230 270 320300 320 330 370 430

Valor k de la Subbase, pci

Efecto de la Subbase no Tratada sobre los valores k



Puesto que la prueba de carga sobre placa, requiere tiempo y es costosa, el valor de k es estimado generalmente por correlación con otros ensayos simples, tal como la Razón de Soporte de California (California Bering Ratio-CBR) o las pruebas de valores-R. El resultado es válido porque no se requiere la determinación exacta del valor k; las variaciones normales para un valor estimado no afectarán apreciablemente los requerimientos de espesores del pavimento. Las relaciones de la Fig. 2 son satisfactorias para propósitos de diseño. La Carretera Experimental AASHO demuestra convincentemente que la reducción del soporte de la subrasante durante períodos de deshielo afecta poco o nada al espesor requerido del pavimento de hormigón. Esto es cierto porque los períodos breves en los que el valor de k es disminuido durante los deshielos de primavera, son compensados por los períodos largos donde la subrasante está helada y los valores de k son más altos que los asumidos para el diseño. Para evitar los largos y tediosos métodos necesarios para tener en cuenta los cambios estacionales del valor de k, se utiliza, como valor medio razonable el normal de verano - u otoño -.

No es económico usar subbases no tratadas con el sólo propósito de incrementar los valores de k. Donde sea usada una subbase, se producirá un incremento del valor k que puede ser usado en el diseño del espesor. Si la subbase es un material granular no tratado, el incremento aproximado del valor k puede ser tomado de la Tabla 1. Los valores mostrados en la Tabla 1 están basados en los análisis de Burmister para sistemas de dos capas mediante pruebas de carga sobre placas en losas a escala natural, realizados para determinar los valores k en subrasantes y subbases. Las subbases tratadas con cemento son ampliamente usadas en pavimentos de hormigón sujetos a tráfico pesado. Ellas son construidas de materiales granulares A-1, A-2-4, A-2-5 y A-3 de la Clasificación de Suelos AASHTO. El contenido de cemento de la subbase tratada con cemento está basado en las pruebas estándar de laboratorio ASTM de hielo-deshielo y humedecimiento- secado y en los criterios de pérdida de peso de la PCA.

Valor k de la Subrasante pci

4 pulg. 6 pulg. 9 pulg. 10 pulg.50 170 230 310 390

100 280 400 520 640200 470 640 830 -

Valor k de la Subbase, pci

Tabla 2. Valores k de Diseño para SubbasesTratadas con Cemento



Fig. 2 Relaciones aproximadas entre las clasificaciones de suelos y los valores de soporte.



Otros procedimientos que den una calidad equivalente de material pueden ser usados. Los valores k de diseño para subbases tratadas con cemento y que reúnen los criterios antes señalados están dados en la Tabla 2. En años recientes, se han incrementado el uso de subbases de hormigón pobre. El diseño de espesores de pavimentos de hormigón con estas subbases muy rígidas, representan un caso especial, que es cubierto en el Apéndice B. Periodo de Diseño El término periodo de diseño es usado en este texto en vez de vida del pavimento, porque éste útimo no está sujeto a una definición precisa. Algunos ingenieros y agencias de carreteras consideran que la vida de un pavimento de hormigón finaliza cuando se coloca la primera sobrecapa. La vida de los pavimentos de hormigón pueden variar desde menos de 20 años en algunos proyectos con tráfico mayor de lo originalmente estimado o que han tenido defectos de diseño, materiales o construcción defectuosa; a más de 40 años en otros proyectos donde no existan defectos. El término periodo de diseño es considerado algunas veces como sinónimo del término periodo de análisis de tráfico. Debido a que el tráfico puede no ser predicho con mucha precisión para un periodo largo, comúnmente se utiliza un período de diseño de 20 años en procedimientos de diseño de pavimentos. Sin embargo, existen a menudo casos donde el uso de períodos de diseño más cortos o más largos, pueden ser económicamente justificados, tal como en una carretera de transporte especial que será usada sólo por pocos años, o una construcción muy cara donde se desea un alto nivel de servicio por un periodo largo, con escaso o sin mantenimiento. Algunos ingenieros creen que el periodo de diseño para carreteras rurales y urbanas puede estar en un rango de 30 a 35 años. El periodo de diseño seleccionado afecta al espesor de diseño, ya que determina

cuántos años, y por lo tanto a cuántos camiones, debe servir el pavimento. La selección de un periodo de diseño para un proyecto específico está basado en criterios ingenieriles y en el análisis económico de los costos del pavimento y los servicios obtenidos en todo el periodo. Tráfico La cantidad y los pesos de las cargas axiales pesadas esperadas durante la vida de diseño son los factores principales en el diseño de espesores de pavimentos de hormigón. Estos se derivan de las estimaciones de:

- Tráfico promedio diario en ambas direcciones, de todos los vehículos (average daily traffic-ADT)

- Tráfico promedio diario de camiones en ambas direcciones (average daily truck traffic-ADTT)

- Cargas axiales de camiones Información sobre el ADT es obtenida de conteos especiales del tráfico o de mapas del volumen de tráfico del estado, del condado, o de ciudades. Este ADT es denominado como el ADT presente o corriente. y, el ADT de diseño es estimado por los métodos comúnmente usados discutidos aquí. Sin embargo, cualquier otro método que dé una estimación razonable del tráfico esperado durante la vida de diseño puede ser utilizado. Proyección Un método para obtener el dato del volumen de tráfico (ADT de diseño), requiere el uso de las tasas anuales del crecimiento de tráfico y factores de proyección del tráfico. La Tabla 3 muestra las relaciones entre las tasas anuales de crecimiento y los factores de proyección para períodos de diseño de 20 y 40 años. En un problema de diseño, el factor de proyección es multiplicado por el ADT presente para obtener el ADT de diseño que representa el valor promedio para el período de diseño. En algunos procedimientos, éste es llamado el



promedio anual del tráfico diario (average annual daily traffic - AADT). Los siguientes factores influyen en las tasas anuales de crecimiento y en las proyecciones del tráfico:

1. Tráfico atraído o desviado - es el incremento sobre el tráfico existente, debido al mejoramiento de un camino existente.

2. Crecimiento normal del tráfico - es el incremento debido al aumento del número y uso de vehículos motorizados.

3. Tráfico generado - es el incremento debido a la llegada de los vehículos motorizados, que no se hubiera realizado si no se hubieran construido los nuevos servicios.

4. Desarrollo del tráfico - es el incremento debido al cambio de uso del suelo por la construcción de los nuevos servicios.

La combinación de efectos origina tasas anuales de crecimiento entre el 2% y 6%. Aproximadamente. Estas tasas corresponden a factores de proyección de tráfico en 20 años son de 1.2 a 1.8 tal como muestra la Tabla 3. Las secciones de planeamiento de los

departamentos estatales de carreteras, son fuentes muy útiles del conocimiento acerca del crecimiento de tráfico y de los factores de proyección. Donde exista algún cuestionamiento acerca de la tasa de crecimiento, valores algo altos deben usarse con prudencia. Esto es lógico en rutas que unen ciudades y en proyectos urbanos donde una tasa alta de crecimiento urbano puede causar una tasa mayor que la esperada para el crecimiento del tráfico; a pesar de que el crecimiento del volumen de camiones puede ser menor que para los carros de pasajeros. Las tasas altas de crecimiento no son aplicables en carreteras rurales de doble vía y en calles residenciales donde la función principal es el uso de la tierra o sirven de límite de propiedad. Sus tasas de crecimiento pueden estar debajo del 2% por año (factores de proyección de 1.1 a 1.3). Algunos ingenieros sugieren que el uso de una tasa de crecimiento de interés simple puede ser apropiado, en vez de las tasas de interés compuesto, las que cuando son usadas con un período de diseño largo, pueden arrojar un tráfico futuro pesado no real.



Capacidad

El otro método de estimar el ADT de diseño, está basado en la capacidad - el número máximo de vehículos que puede usar el pavimento sin demora irracional. Este método de estimación del volumen de tráfico es descrito en el Apéndice D y debería ser verificado para proyectos específicos donde el volumen de tráfico proyectado es alto; pueden ser necesarios más carriles de tráfico si se desea un flujo de tráfico razonable. ADTT (Average Daily Truck Traffic - Tráfico Diario Promedio de Camiones) El tráfico diario promedio de camiones en ambas direcciones (ADTT) es necesario en el procedimiento de diseño. Puede ser expresado como un porcentaje del ADT ó como un valor actual. Los valores de ADTT incluyen solamente camiones con seis ruedas o más, y no incluye camiones panel

ni pickup ni otros vehículos de cuatro ruedas. Los datos de los mapas de volumen de tráfico estatales, de los condados, o de las ciudades pueden incluir, en adición al ADT, el porcentaje de camiones con el que puede ser calculado el ADTT. Para el diseño de proyectos mayores y en los Sistemas Interestatales Primarios, la sección de planeamiento e investigación de los departamentos estatales de transportes, generalmente llevan a cabo estudios específicos de tráfico. Estos datos son luego usados para determinar las relaciones porcentuales entre el ADTT y el ADT. Los porcentajes de ADTT y otros datos esenciales de tráfico, pueden también ser obtenidos de investigaciones conducidas por el departamento de carreteras en localizaciones específicas del sistema vial.

Tabla 3.

Tasa anual de crecimiento de tráfico

Factor de Proyección, 20 años

Factor de Proyección, 40 años

1 1.1 1.2 1 ½ 1.2 1.3

2 1.2 1.5 2 ½ 1.3 1.6

3 1.3 1.8 3 ½ 1.4 2.0

4 1.5 2.2 4 ½ 1.6 2.4

5 1.6 2.7 5 ½ 1.7 2.9

6 1.8 3.2

Nota:

Tasas Anuales de Crecimiento de Tráficoy factores de Proyección Correspondientes

Los factores representan a valores en los periodos medios de diseño queson muy usados en la práctica.

Otros métodos de calcular esos factores, estan basados en el valorpromedio anual.

Las diferencias (en el interés compuesto) entre esos dos métodos afectanpoco el diseño.



Estas localizaciones llamadas estaciones de medición de cargas, son seleccionadas cuidadosamente para proporcionar información confiable de la composición del tráfico, pesos de camiones y cargas axiales. Los resultados de las investigaciones son compilados en un juego de tablas donde puede ser determinado el porcentaje de ADTT para las clases de carreteras con que cuenta un estado. Estos trabajos hacen posible calcular el porcentaje ADTT para cada estación. Por ejemplo, una tabla de medida de cargas del departamento de carreteras (Tabla W-3) para los estados del Oeste Medio, produce el siguiente conteo de vehículos para una estación de medida de cargas en su Sistema Rural Interestatal: Total de vehículos- ADT 9492 Camiones: Total de unidades simples y combinaciones: 1645 Panels y pickups 353 Otras unidades simples 76 Por eso, para esta estación T = 1645 - (353 + 76) = 1216 ADTT = (1216/9492) x 100 = 13% Este porcentaje de ADTT debería ser apropiado para el diseño de un proyecto donde los factores que influencian el crecimiento y la composición del tráfico son similares a los de esta estación de medida de cargas. Otra fuente de información de los porcentajes ADTT, es el Reporte Nacional

de Características de Camiones (National Truck Characteristic Report). La Tabla 4, que es el resultado de este estudio, muestra el porcentaje de las unidades simples de cuatro ruedas y de camiones en los principales sistemas de carreteras en los Estados Unidos. La publicación en uso, que es actualizada periódicamente, muestra que los camiones de ejes dobles y cuatro ruedas están comprendidos entre el 40% y 65% del número total de camiones, con un promedio nacional del 49%. Es probable que los valores bajos en rutas urbanas sean debido a los mayores volúmenes de vehículos de pasajeros antes que los pocos camiones. Es importante tener presente que los porcentajes ADTT de la Tabla 4, son valores promedio calculados de muchos proyectos en todas las secciones del país. Por esta razón, estos porcentajes son sólo adecuados para diseños de proyectos específicos donde los porcentajes ADTT, son también casi el promedio. Para propósitos de diseño, se necesita el número de total de camiones en el periodo de diseño. Esto se obtiene mediante el producto del ADT de diseño por el porcentaje de ADTT, multiplicado por el número de días en el período de diseño (365 x cantidad de años). Para caminos de cuatro carriles o más, el ADTT es ajustado mediante el uso de la Fig. 3 (Derivado de la referencia 35).



Fig.3. Proporción de camiones en el carril derecho de una carretera dividida en carriles múltiples.

Distribución Direccional de Camiones En la mayoría de los problemas de diseño, se asume que los pesos y volúmenes de los camiones que viajan en cada dirección son casi iguales-distribución 50 y 50- y que el pavimento toma en cada dirección la mitad del ADTT total. Esto puede no ser cierto en casos especiales donde la mayoría de los camiones van totalmente

cargados en una dirección y retornan vacíos en la otra dirección. Si tal es el caso, debe hacerse un ajuste apropiado. Distribución de Cargas por Eje Los datos de la distribución de cargas por eje del tráfico de camiones son necesarios para computar el número de ejes simples

Tabla 4.

Unid. Simp. 2 ejes

4 ruedas

Camión (ADTT)

Total Unid. Simp.

2 ejes 4 ruedas

Camión (ADTT)

Total

Interestatal 14 21 35 8 16 24Otra Federal

Primaria 16 13 29 17 9 26Federal

Secundaria 10 15 25 14 8 22

Tráfico promedio diario rural Tráfico promedio diario urbano

Sistema Vial

Porcentajes de Unidades Simples de Cuatro Ruedas y Camiones (ADTT) en Varios Sistemas de Carreteras



y tándem de diversos pesos esperados durante el periodo de diseño. Estos datos pueden ser determinados por una de tres maneras: (1) a partir de estudios especiales de tráfico para establecer los datos de medición de cargas para el proyecto especifico; (2) por recopilación de los datos de las estaciones de medición de cargas de los departamentos estatales de carreteras (Tabla W-4) o estudios de cargas en movimiento en rutas representativas de los pesos y tipos de camiones, que se espera sean similares al proyecto bajo diseño; (3) a partir de los métodos descritos en el Capítulo 4 basados en categorías de datos representativos para diferentes tipos de pavimentos, cuando los datos de distribución de cargas por eje no estén disponibles. El uso de los datos de cargas por eje está ilustrado en la Tabla 5, en el que los datos de la Tabla W-4 han sido agrupados en incremento de 2-kip y 4-kip para cargas por eje simple y por eje tandem respectivamente. Los datos ubicados bajo la denominación ‘Ejes por 1000 camiones” están dispuestos en una forma conveniente para calcular la distribución de cargas por eje; sin embargo, debe hacerse un ajuste. La columna 2 de la Tabla 5, proporciona los valores para todos los camiones, incluyendo los valores no deseados de panels, pickups, y otros vehículos de cuatro ruedas. Para superar esta dificultad, los valores tabulados se ajustan como se describe en las notas de la tabla 5. La columna 4 de la Tabla 5 da las repeticiones de varias cargas por ejes simple y tandem, esperadas durante un período de diseño de 20 años para el ejemplo de Diseño 1 tratado en el Capítulo 3. Factores de Seguridad de Carga En el procedimiento de diseño, las cargas por eje determinadas en la sección previa, son multiplicadas por un factor de

seguridad de carga (Load Safety Factor-LSF). Recomendándose los siguientes factores: • Para proyectos Interestatales y otros

de múltiples carriles donde el flujo de tráfico será ininterrumpido y donde habrán altos volúmenes de tráfico de camiones, LSF = 1.2.

• Para carreteras y calles arteriales donde el volumen de tráfico de camiones será moderado, LSF = 1.1.

• Para carreteras, calles residenciales, y otras que soportarán pequeños volúmenes de tráfico de camiones, LSF 1.0.

Además de los factores de seguridad de carga, se introduce un cierto grado de conservadorismo en el procedimiento de diseño, para compensar las sobrecargas no previstas de camiones sobrecargados y las variaciones normales en las propiedades de los materiales y espesores de capas en las construcciones. Por encima del nivel básico de conservadorismo (LSF = 1.0), los factores de seguridad de carga de 1.1 á 1.2, proporcionan una gran tolerancia a la posibilidad de cargas de camiones pesados y volúmenes no previstos, y un alto nivel de serviciabilidad, apropiado en caminos con pavimentos de tipos mayores. En casos especiales, puede ser justificado el uso de un LSF tan alto como 1.3 durante todo el período de diseño para mantener un nivel de serviciabilidad del pavimento mayor que el normal. Un ejemplo es una vía libre urbana muy activa sin rutas alternativas para el desvío del tráfico. Aquí, puede ser mejor sobredimensionar el pavimento, para evitar por un período largo la necesidad de un mantenimiento significativo del pavimento que podría interrumpir el flujo del tráfico.



Tabla 5.

(1) Carga por eje,

Kips

(2) Ejes por 1000

camiones

(3) Ejes por 1000

caminoes

(4) Ejes en el periodo

de diseño

28-30 0.28 0.58 6,31026-28 0.65 1.35 14,69024-26 1.33 2.77 30,14022-24 2.84 5.92 64,41020-22 4.72 9.83 106,90018-20 10.40 21.67 235,80016-18 13.56 28.24 307,20014-16 18.64 38.83 422,50012-14 25.89 53.94 586,90010-12 81.05 168.85 1873,000

48-52 0.94 1.96 21.32044-48 1.89 3.94 42.87040-44 5.51 11.48 124.90036-40 16.45 34.27 372.90032-36 39.08 81.42 885.80028-32 41.06 85.54 930.70024-28 73.07 152.23 1653.00020-24 43.45 90.52 984.90016-20 54.15 112.81 1227.00012-16 59.85 124.69 1356.000

Nota:

Columnas 1 y 2:

Columna 3:

Columna 4:Columna 4 = Columna 3 x (camiones en el periodo de diseño)/1000. Ver elproblema de ejemplo Diseño 1, en donde el total de camiones en el periodode diseño es 10880.000 (en una dirección).

Datos de Carga por Eje

Ejes Simples

Ejes Tandem

Las columnas 1 y 2 se derivan de la Tabla W-4. Esta tabla también muestraun total de 13,216 camiones, con 6,918 camiones de dos ejes cuatro ruedas(52%).

Valores ajustados de la columna 2 para camiones de dos ejes y cuatro ruedas; igual a columna 2/(1-0.52).


Capítulo 3 – Procedimiento de Diseño 15

CAPITULO 3 PROCEDIMIENTO DE DISEÑO (DATOS DE CARGA POR EJE DISPONIBLES)

Los métodos de este capítulo se usan cuando los datos detallados de distribución de cargas por eje, han sido determinados o estimados como se describe en el Capítulo 2. La Fig. 4 es una hoja de cálculo que muestra el formato para resolver los problemas de diseño. Se requiere como datos de entrada los siguientes factores discutidos en el capítulo 2.

• Tipo de junta y berma • Resistencia a la flexión del hormigón

a los 28 días • Valor k de la subrasante o de la

combinación subrasante – subbase • Factor de seguridad de carga (LSF) • Distribución de carga. Por eje

(Columna 1) • Número esperado de repeticiones

de carga por eje durante el periodo de diseño (Columna 3)

En la hoja de cálculo se muestran los análisis por fatiga (para controlar el agrietamiento por fatiga) y por erosión (para controlar la erosión de la fundación y bermas, el bombeo y las fallas). El análisis por fatiga controla usualmente el diseño de los pavimentos de tráfico ligero (calles residenciales y carreteras secundarias independientemente de si las juntas llevan pasajuntas o no) y de los pavimentos de tráfico mediano con juntas con pasajuntas. El análisis por erosión controla usualmente el diseño de, pavimentos de tráfico mediano -y pesado- con juntas sin pasajuntas (con trabazón de agregados) y pavimentos de tráfico pesado con juntas con pasajuntas. Para pavimentos que soportan una combinación normal de pesos por eje, las cargas por eje simple son usualmente más

severas en el análisis por fatiga, mientras que las cargas por eje tandem son más severas en el análisis por erosión. El procedimiento de diseño paso a paso es como sigue: Se establecen los datos de entrada de diseño mostrados en la parte superior de la Fig. 4 y las columnas 1 y 3. Las cargas axiales son multiplicados por el factor de seguridad de carga, para obtener la columna 2. Análisis por fatiga Los resultados del análisis por fatiga, así como las cartas y figuras, son los mismos para pavimentos con juntas con pasajuntas y sin pasajuntas, y también para pavimentos continuamente reforzados. Para pavimentos:

• Sin berma de hormigón, usar la Tabla 6a y la Fig. 5

• Con berma de hormigón, usar la Tabla 6b y la Fig. 5

Pasos del procedimiento:

1. Ingresar en los items 8 y 11 de la hoja de cálculo (Fig. 4) los factores del esfuerzo equivalente, obtenidos de la tabla apropiada que dependen de los espesores de prueba y del valor de k.

2. Dividir estos por el módulo de rotura del hormigón e ingresar como items 9 y 12.

3. Llenar en la Columna 4, las “Repeticiones Permisibles,” determinado de la Fig.5.

4. Calcular la Columna 5 mediante la división de la Columna 3 por la Columna 4, multiplicando por 100; totalizar luego al final.



Análisis por Erosión Sin berma de hormigón

- Juntas con pasajuntas o pavimentos continuamente reforzados - Usar la Tabla 7a y la Fig. 6a.

- Juntas con trabazón de agregados - Usar la Tabla 7b y la Fig. 6a.

Con berma de hormigón

- Juntas con pasajuntas o pavimentos continuamente reforzados - Usar la Tabla 8a y la Fig. 6b.

- Juntas con trabazón de agregados - Usar la Tabla 8b y la Fig. 6b.

Pasos del procedimiento:

1. Ingresar los factores de erosión obtenidos de la tabla apropiada, como items 10 y 13 de la hoja de cálculo (Fig. 7).

2. Llenar en la Columna 6, las “Repeticiones Permisibles,” determinadas de la Fig. 6a ó Fig. 6b.

3. Calcular la Columna 7 mediante la división de la Columna 3 por la Columna 6, multiplicando por 100, luego totalizar el daño por erosión al final.

En el uso de las cartas, no se requiere la interpolación precisa de las repeticiones permisibles. Si la intersección de las líneas ocurre fuera de la parte superior de la carta, las repeticiones permisibles de carga pueden ser consideradas ilimitadas. El espesor de prueba resultará en un diseño inadecuado si la fatiga total o el daño por erosión son mayores que el 100%. Se selecciona un mayor espesor de prueba para otra iteración. Se selecciona un menor espesor de prueba si el total es mucho más bajo que el 100%. Problemas Ejemplo Se dan dos problemas de ejemplo para ilustrar los pasos del procedimiento de diseño y los efectos de diseños alternativos. El Diseño 1 es para un proyecto Interestatal rural de cuatro carriles; mostrándose como

diseños 1A al 1E a las variaciones - uso de pasajuntas o trabazón de agregados en las juntas, uso de berma de hormigón, subbases granulares y tratadas con cemento. -El Diseño 2 es para una carretera secundaria de bajo tráfico, y las variaciones están mostradas como Diseños 2A y 2B. Diseño 1 Datos del tráfico y del proyecto

Interestatal de cuatro carriles Terreno plano de localización rural Periodo de diseño = 20 años ADT presente 12,900 Factor de proyección = 1.5 ADTT = 19% de ADT

Cálculos del tráfico: ADT de diseño = 12,900 x 1.5 =

19,350 (9,675 en una dirección) ADTT 19,350 x 0.19 = 3,680 (1,840

en una dirección)

Para un ADT de 9,675 en una dirección, la Fig. 3 muestra que la proporción de camiones en el carril derecho es 0.81. Por eso, para un período de diseño de 20 años, el número total de camiones en una dirección es: 1,840 x 0.81 x 365 x 20 = 10,880,000 camiones Los datos de carga por eje de la Tabla 5 son usados en este ejemplo de diseño y han sido ingresados en la Fig. 4 debajo de la máxima carga axial para cada grupo. Valores usados para Calcular el Espesor: Diseño 1A: Juntas con pasajuntas, subbase no tratada, sin berma de hormigón Subrasante de arcilla, k = 100 pci 4-pulg. de subbase no tratada k de la combinación = 130 pci (ver Tabla 1) LSF = 1.2 (ver el Titulo: Factores de Seguridad de Carga) MR del hormigón = 650 psi Diseño 1B: Juntas con pasajuntas, subbase tratada con cemento, sin berma de hormigón Lo mismo que para 1A excepto:



4-pulg. de subbase tratada con cemento k combinado = 280 pci (ver Tabla 2) Diseño 1C: Juntas con pasajuntas, subbase no tratada, berma de hormigón Lo mismo que para 1A excepto: Berma de hormigón Diseño 1D Trabazón de agregados en las juntas, subbase tratada con cemento, sin berma de hormigón

Lo mismo que para 1B excepto: Trabazón de agregados en las juntas Diseño 1E: Trabazón de agregados en las juntas, subbase tratada con cemento, berma de hormigón Lo mismo que para 1D excepto: Berma de hormigón



Cálculo del Espesor de Pavimento SI NOSI NO20 años

Repetic. Permisibles

% de fatiga Repetic.

Permisibles 1 2 3 4 5 6

8. Esfuezo equivalente …206…. 10. Factor de erosión …2.59….9. Factor de relación esfuerzo …0.317….

Ejes Simple30 36.0 6,310 27,000 23.3 1'500,00028 33.6 14,690 77,000 19.1 2'200,00026 31.2 30,140 230,000 13.1 3'500,00024 28.8 64,410 1'200,000 5.4 5'900,00022 26.4 106,900 ilimitado 0 11'000,00020 24.0 235,800 ilimitado 0 23'000,00018 21.6 307,200 ilimitado 0 64'000,00016 19.20 422,500 ilimitado 14 16.80 586,900 ilimitado 12 14.40 1'837,000 ilimitado

11. Esfuezo equivalente ….192… 13. Factor de erosión …2.79…12. Factor de relación de esfuerzo …0.295

Ejes Tandem52 62.4 21,320 1'100,000 1.9 920,00048 57.6 42,870 ilimitado 0 1'500,00044 52.8 124,900 ilimitado 0 2'500,00040 48.0 372,900 ilimitado 0 4'600,00036 43.2 885,800 9'500,00032 38.4 930,700 24'000,00028 33.6 1'656,000 92'000,00024 28.8 984,900 ilimitado 20 24.0 1'227,000 ilimitado 16 19.2 1'356,000

Fig. 4 Diseño 1A Total: 62.8 Total:

Espesor de prueba 2,5 pulg. k de subbase - subrasante 130 pci

Factor de Seguridad de Carga 1.2Módulo de rotura, MR 650 pci

Junta con dowels Berma de concretoPerido de diseño

Análisis por fatiga Carga por eje

Multip. por LSF 1.2

Repetic. Esperadas

Análisis por erosión

% de daño

2.9

7

0.40.70.91.11.01.00.5000

2.3

0

38.9

5.08.19.33.91.80



Cálculos del espesor: Se evalúa un espesor de prueba completando la hoja de cálculo mostrada en la Fig. 4 para el Diseño 1A, usando los datos de carga axial de la Tabla 5. Para el Diseño 1A, se usan la Tabla 6a y la Fig. 5 para el análisis por fatiga, y la Tabla 7a y la Fig. 6a para el análisis por erosión. Comentarios al Diseño 1 Para los diseños 1A al 1E, se usa una subbase de uno u otro tipo como una práctica recomendada, sobre suelos de subrasante de textura fina para pavimentos que soportarán un número apreciable de camiones pesados. En el Diseño 1A: (1)Los totales de fatiga y daño por erosión usados, de 63% y 39% respectivamente, muestran que el espesor de 9.5 pulg. es adecuado para las condiciones del diseño. (2)Este diseño tiene un 37% de capacidad de reserva disponible para cargas axiales pesadas adicionales a aquellas estimadas con propósitos de

diseño. (3)Los comentarios 1 y 2 aumentan la interrogante de sí el espesor de 9 pulg. puede ser adecuado para el Diseño 1A. Cálculos aparte indican que 9 pulg. no son adecuadas debido al consumo excesivo de fatiga (245%). (4) El Diseño 1A es controlado por el análisis por fatiga. Se muestra la hoja de cálculo de diseño de la Fig. 7 para el Diseño 1D, para ilustrar el efecto combinado de usar juntas con trabazón de agregados y subbase tratada con cemento. En este Diseño: (1)Los totales de fatiga y daño por erosión usados de 1% y 97% respectivamente, muestran que el espesor de 10-pulg. es adecuado. (2)Cálculos aparte muestran que 9.5-pulg. no es adecuado debido al excesivo daño por erosión (142%); y (3) El Diseño 1D está controlado por el análisis por erosión. Las hojas de cálculo para las otras variaciones del Diseño 1 no son mostradas aquí, pero los resultados son comparados como sigue:



Tabla 6a,

50 100 150 200 300 500 7004 825/679 726/585 671/542 634/516 584/486 523/457 484/443

4.5 699/586 616/500 571/460 540/435 498/406 448/378 417/3635 602/516 531/436 493/399 467/376 432/349 390/321 363/307

5.5 526/461 464/387 431/353 409/331 379/305 343/278 320/2646 465/416 411/348 382/316 362/296 336/271 304/246 285/232

6.5 417/380 367/317 341/286 324/267 300/244 273/220 256/2077 375/349 331/290 307/262 292/244 271/222 246/199 231/186

7.5 340/323 300/268 279/241 265/224 246/203 224/181 210/1698 311/300 274/249 255/223 242/208 225/188 205/167 192/155

8.5 285/281 252/232 234/208 222/193 206/174 188/154 177/1439 264/264 232/218 216/195 205/181 190/163 174/144 163/133

9.5 245/248 215/205 200/183 190/170 176/153 161/134 151/12410 228/235 200/193 186/173 177/160 164/144 150/126 141/117

10.5 213/222 187/183 174/164 165/151 153/136 140/119 132/11011 200/211 175/174 163/155 154/143 144/129 131/113 123/104

11.5 188/201 165/165 153/148 145/136 135/122 123/107 116/9812 177/192 155/158 144/141 137/130 127/116 116/102 109/93

12.5 168/183 147/151 136/135 129/124 120/111 109/97 103/8913 159/176 139/144 129/129 122/119 113/106 103/93 97/85

13.5 152/168 132/138 122/123 116/114 107/102 98/89 92/8114 144/162 125/133 116/118 110/109 102/98 93/85 88/78

k de la subrasante - subbase, pciEspesor de losa (pulg.)

Esfuerzo Equivalente - sin Berma de Concreto (Eje Simple/Eje Tandem)

Tabla 6b.

50 100 150 200 300 500 7004 640/534 559/468 517/439 489/422 452/403 409/388 383/384

4.5 547/461 479/400 444/372 421/356 390/338 355/322 333/3165 475/404 417/349 387/323 367/308 341/290 311/274 294/267

5.5 418/360 368/309 342/285 324/271 302/254 276/238 261/2316 372/325 327/277 304/255 289/241 270/225 247/210 234/203

6.5 334/295 294/251 274/230 260/218 243/203 223/188 212/1807 302/270 266/230 248/210 236/198 220/184 203/170 192/162

7.5 275/250 243/211 226/193 215/182 201/168 185/155 176/1488 252/232 222/196 207/179 197/168 185/155 170/142 162/135

8.5 232/216 205/182 191/166 182/156 170/144 157/131 150/1259 215/202 190/171 177/155 169/146 158/134 146/122 139/116

9,5 200/190 176/160 164/146 157/137 147/126 136/114 129/10810 186/179 164/151 153/137 146/129 137/118 127/107 121/101

10.5 174/170 154/143 144/130 137/121 128/111 119/101 113/9511 164/161 144/135 135/123 129/115 120/105 112/95 106/90

11.5 154/153 136/128 127/117 121/109 113/100 105/90 100/8512 145/146 128/122 120/111 114/104 107/95 99/86 95/81

12.5 137/139 121/117 113/106 108/99 101/91 94/82 90/7713 130/133 115/112 107/101 102/95 96/86 89/78 85/73

13.5 124/127 109/107 102/97 97/91 91/83 85/74 81/7014 118/122 104/103 97/83 93/87 87/79 81/71 77/67

Espesor de losa (pulg.)

k de la subrasante - subbase, pci

Esfuerzo Equivalente - con Berma de Concreto (Eje Simple/Eje Tandem)



Fig. 5 Análisis por fatiga número permisible de repeticiones de carga basado en el factor de relación de esfuerzo (con y sin berma de hormigón)



Tabla 7a.

50 100 200 300 500 7004 3.74/3.83 3.73/3.79 3.72/3.75 3.71/3.73 3.70/3.70 3.68/3.67

4.5 3.59/3.70 3.57/3.65 3.56/3.61 3.55/3.58 3.54/3.55 3.52/3.535 3.45/3.58 3.43/3.52 3.42/3.48 3.41/3.45 3.40/3.42 3.38/3.40

5.5 3.33/3.47 3.31/3.41 3.29/3.36 3.28/3.33 3.27/3.30 3.26/3.286 3.22/3.38 3.19/3.31 3.18/3.26 3.17/3.23 3.15/3.20 3.14/3.17

6.5 3.11/3.29 3.09/3.22 3.07/3.16 3.06/3.13 3.05/3.10 3.03/3.077 3.02/3.21 2.99/3.14 2.97/3.08 2.96/3.05 2.95/3.01 2.94/2.98

7.5 2.93/3.14 2.91/3.06 2.88/3.00 2.87/2.97 2.86/2.93 2.84/2.908 2.85/3.07 2.82/2.99 2.80/2.93 2.79/2.89 2.77/2.85 2.76/2.82

8.5 2.77/3.01 2.74/2.93 2.72/2.86 2.71/2.82 2.69/2.78 2.68/2.759 2.70/2.96 2.67/2.87 2.65/2.80 2.63/2.76 2.62/2.71 2.61/2.68

9.5 2.63/2.90 2.60/2.81 2.58/2.74 2.56/2.70 2.55/2.65 2.54/2.6210 2.56/2.85 2.54/2.76 2.51/2.68 2.50/2.64 2.48/2.59 2.47/2.56

10.5 2.50/2.81 2.47/2.71 2.45/2.63 2.44/2.59 2.42/2.54 2.41/2.5111 2.44/2.76 2.42/2.67 2.39/2.58 2.38/2.54 2.36/2.49 2.35/2.45

11.5 2.38/2.72 2.36/2.62 2.33/2.54 2.32/2.49 2.30/2.44 2.29/2.4012 2.33/2.68 2.30/2.58 2.28/2.49 2.26/2.44 2.25/2.39 2.23/2.36

12.5 2.28/2.64 2.25/2.54 2.23/2.45 2.21/2.40 2.19/2.35 2.18/2.3113 2.23/2.61 2.20/2.50 2.18/2.41 2.16/2.36 2.14/2.30 2.13/2.27

13.5 2.18/2.57 2.15/2.47 2.13/2.37 2.11/2.32 2.09/2.26 2.08/2.2314 2.13/2.54 2.11/2.43 2.08/2.34 2.07/2.29 2.05/2.23 2.03/2.19

(Eje Simple/Eje Tandem)

Factor de Erosión - Juntas con Dowels,sin Berma de Concreto



Tabla 7b.

50 100 200 300 500 7004 3.94/4.03 3.91/3.95 3.88/3.89 3.86/3.86 3.82/3.83 3.77/3.80

4.5 3.79/3.91 3.76/3.82 3.73/3.75 3.71/3.72 3.68/3.68 3.64/3.655 3.66/3.81 3.63/3.72 3.60/3.64 3.58/3.60 3.55/3.55 3.52/3.52

5.5 3.54/3.72 3.51/3.62 3.48/3.53 3.46/3.49 3.43/3.44 3.41/3.406 3.44/3.64 3.40/3.53 3.37/3.44 3.35/3.40 3.32/3.34 3.30/3.30

6.5 3.34/3.56 3.30/3.46 3.26/3.36 3.25/3.31 3.22/3.25 3.20/3.217 3.26/3.49 3.21/3.39 3.17/3.29 3.15/3.24 3.13/3.17 3.11/3.13

7.5 3.18/3.43 3.13/3.32 3.09/3.22 3.07/3.17 3.04/3.10 3.02/3.068 3.11/3.37 3.05/3.26 3.01/3.16 2.99/3.10 2.96/3.03 2.94/2.99

8.5 3.04/3.32 2.98/3.21 2.93/3.10 2.91/3.04 2.88/2.97 2.87/2.939 2.98/3.27 2.91/3.16 2.86/3.05 2.84/2.99 2.81/2.92 2.79/2.87

9.5 2.92/3.22 2.85/3.11 2.80/3.00 2.77/2.94 2.75/2.86 2.73/2.8110 2.86/3.18 2.79/3.06 2.74/2.95 2.71/2.89 2.68/2.81 2.66/276

10.5 2.81/3.14 2.74/3.02 2.68/2.91 2.65/2.84 2.62/2.76 2.60/2.7211 2.77/3.10 2.69/2.98 2.63/2.86 2.60/2.80 2.57/2.72 2.54/2.67

11.5 2.72/3.06 2.64/2.94 2.58/2.82 2.55/2.76 2.51/2.68 2.49/2.6312 2.68/3.03 2.60/2.90 2.53/2.78 2.50/2.72 2.46/2.64 2.44/2.59

12.5 2.64/2.99 2.55/2.87 2.48/2.75 2.45/2.68 2.41/2.60 2.39/2.5513 2.60/2.96 2.51/2.83 2.44/2.71 2.40/2.65 2.36/2.56 2.34/2.51

13.5 2.56/2.93 2.47/2.80 2.40/2.68 2.36/2.61 2.32/2.53 2.30/2.4814 2.53/2.90 2.44/2.77 2.36/2.65 2.32/2.58 2.28/2.50 2.25/2.44




Factor de Erosión - Juntas con Trabazónde Agregado, sin Berma de Concreto



Fig. 6a. Análisis por erosión - número permisible de repeticiones de carga basado en el factor de erosión

(sin berma de hormigón)



Cálculo del Espesor de Pavimento SI NOSI NO20 años




8. Esfuezo equivalente …167….9. Factor de relación esfuerzo …0.257….

10. Factor de erosión … 2.72 ….

Ejes Simple30 36.0 6,310 1'100,000 0.6 630,00028 33.6 14,690 ilimitado 0 920,00026 31.2 30,140 ilimitado 0 1'500,00024 28.8 64,410 ilimitado 0 2'300,00022 26.4 106,900 4'000,00020 24.0 235,800 7'500,0018 21.6 307,200 17'000,00016 19.20 422,500 50'000,00014 16.8 586,900 ilimitado 12 14.4 1'837,000 ilimitado

11. Esfuezo equivalente ….147 …12. Factor de relación de esfuerzo …0.22613. Factor de erosión …2.90 …

Ejes Tandem52 62.4 21,320 ilimitado 0 440,00048 57.6 42,870 ilimitado 0 690,00044 52.8 124,900 ilimitado 0 1'100,00040 48.0 372,900 2'000,00036 43.2 885,800 3'900,00032 38.4 930,700 8'600,00028 33.6 1'656,000 24'000,00024 28.8 984,900 ilimitado 20 24.0 1'227,000 ilimitado 16 19.2 1'356,000 ilimitado

Fig. 7 Diseño 1D Total: 0.6 Total:

000

97.1

6.211.318.622.710.86.9

4.8

7

1.01.62.02.82.73.11.80.800


% de daño

Espesor de prueba 10.0 pulg. Junta con dowels k de subbase - subrasante 280 pci Berma de concretoMódulo de rotura, MR 650 pci Perido de diseño Factor de Seguridad de Carga 1.2

Carga por eje

Multip. por LSF 1.2

Repetic. Esperadas

Análisis por fatiga



Tabla 8a.

50 100 200 300 500 7004 3.28/3.30 3.24/3.20 3.21/3.13 3.19/3.10 3.15/3.09 3.12/3.08

4.5 3.13/3.19 3.09/3.08 3.06/3.00 3.04/2.96 3.01/2.93 2.98/2.915 3.01/3.09 2.97/2.98 2.93/2.89 2.90/2.84 2.87/2.79 2.85/2.77

5.5 2.90/3.01 2.85/2.89 2.81/2.79 2.79/2.74 2.76/2.68 2.73/2.656 2.79/2.93 2.75/2.82 2.70/2.71 2.68/2.65 2.65/2.58 2.62/2.54

6.5 2.70/2.86 2.65/2.75 2.61/2.63 2.58/2.57 2.55/2.50 2.52/2.457 2.61/2.79 2.56/2.68 2.52/2.56 2.49/2.50 2.46/2.42 2.43/2.38

7.5 2.53/2.73 2.48/2.62 2.44/2.50 2.41/2.44 2.38/2.36 2.35/2.318 2.46/2.68 2.41/256 2.36/2.44 2.33/2.38 2.30/2.30 2.27/2.24

8.5 2.39/2.62 2.34/2.51 2.29/2.39 2.26/2.32 2.22/2.24 2.20/2.189 2.32/2.57 2.27/2.46 2.22/2.34 2.19/2.27 2.16/2.19 2.13/2.13

9.5 2.26/2.52 2.21/2.41 2.16/2.29 2.13/2.22 2.09/2.14 2.07/2.0810 2.20/2.47 2.15/2.36 2.10/2.25 2.07/2.18 2.03/2.09 2.01/2.03

10.5 2.15/2.43 2.09/2.32 2.04/2.20 2.01/2.14 1.97/2.05 1.95/1.9911 2.10/2.39 2.04/2.28 1.99/2.16 1.95/2.09 1.92/2.01 1.89/1.95

11.5 2.05/2.35 1.99/2.24 1.93/2.12 1.90/2.05 1.87/1.97 1.84/1.9112 2.00/2.31 1.94/2.20 1.88/2.09 1.85/2.02 1.82/1.93 1.79/1.87

12.5 1.95/2.27 1.89/2.16 1.84/2.05 1.81/1.98 1.77/1.89 1.74/1.8413 1.91/2.23 1.85/2.13 1.79/2.01 1.76/1.95 1.72/1.86 1.70/1.80

13.5 1.86/2.20 1.81/2.09 1.75/1.98 1.72/1.91 1.68/1.83 1.65/1.7714 1.82/2.17 1.76/2.06 1.71/1.95 1.67/1.88 1.64/1.80 1.61/1.74

Factor de Erosión - Juntas con Dowels,con Berma de Concreto




Tabla 8b.

50 100 200 300 500 7004 3.46/3.49 3.42/3.39 3.38/3.32 3.36/3.29 3.32/3.26 3.28/3.24

4.5 3.32/3.39 3.28/3.28 3.24/3.19 3.22/3.16 3.19/3.12 3.15/3.095 3.20/3.30 3.16/3.18 3.12/3.09 3.10/3.05 3.07/3.00 3.04/2.97

5.5 3.10/3.22 3.05/3.10 3.01/3.00 2.99/2.95 2.96/2.90 2.93/2.866 3.00/3.15 2.95/3.02 2.90/2.92 2.88/2.87 2.86/2.81 2.83/2.77

6.5 2.91/3.08 2.86/2.96 2.81/2.85 2.79/2.79 2.76/2.73 2.74/2.687 2.83/3.02 2.77/2.90 2.73/2.78 2.70/2.72 2.68/2.66 2.65/2.61

7.5 2.76/2.97 2.70/2.84 2.65/2.72 2.62/2.66 2.60/2.59 2.57/2.548 2.69/2.92 2.63/2.79 2.57/2.67 2.55/2.61 2.52/2.53 2.50/2.48

8.5 2.63/2.88 2.56/2.74 2.51/2.62 2.48/2.55 2.45/2.48 2.43/2.439 2.57/2.83 2.50/2.70 2.44/2.57 2.42/2.51 2.39/2.43 2.36/2.38

9.5 2.51/2.79 2.44/2.65 2.38/2.53 2.36/2.46 2.33/2.38 2.30/2.3310 2.46/2.75 2.39/2.61 2.33/2.49 2.30/2.42 2.27/2.34 2.24/2.28

10.5 2.41/2.72 2.33/2.58 2.27/2.45 2.24/2.38 2.21/2.30 2.19/2.2411 2.36/2.68 2.28/2.54 2.22/2.41 2.19/2.34 2.16/2.26 2.14/2.20

11.5 2.32/2.65 2.24/2.51 2.17/2.38 2.14/2.31 2.11/2.22 2.09/2.1612 2.28/2.62 2.19/2.48 2.13/2.34 2.10/2.27 2.06/2.19 2.04/2.13

12.5 2.24/2.59 2.15/2.45 2.09/2.31 2.05/2.24 2.02/2.15 1.99/2.1013 2.20/2.56 2.11/2.42 2.04/2.28 2.01/2.21 1.98/2.12 1.95/2.06

13.5 2.16/2.53 2.08/2.39 2.00/2.25 1.97/2.18 1.93/2.09 1.91/2.0314 2.13/2.51 2.04/2.36 1.97/2.23 1.93/2.15 1.89/2.06 1.87/2.00

de Agregado, con Berma de Concreto(Eje Simple/Eje Tandem)



Factor de Erosión - Juntas con Trabazón



Fig. 6b. Análisis por erosión - numero permisible de repeticiones de carga basado en el factor de erosión

(con berma de hormigón)



Para las condiciones del Diseño 1, el uso de una subbase tratada con cemento reduce el espesor necesario en 1-pulg. (Diseños 1A vs. 1B); y la berma de hormigón reduce el espesor necesario en 1.0 a 1.5-pulg. (Diseños 1A vs. con 1C, y 10 vs. 1E). El uso de trabazón de agregados en las juntas en vez de pasajuntas incrementa el espesor requerido en 1.5-pulg. (Diseño 1B vs. con 1D). Estos efectos pueden variar para diferentes problemas de diseño, dependiendo de las condiciones específicas. Diseño 2 Datos del Tráfico y del Proyecto:

Carretera secundaria de 2 carriles Periodo de diseño = 40 años ADT presente = 600 Factor de proyección = 1.2 ADTT = 2.5% del ADT

Cálculos del Tráfico ADT de diseño = 600 x 1.2 = 720 ADTT = 720 x 0.025 = 18

Tráfico de camiones para cada ruta = 18/2 = 9

Para un periodo de diseño de 40 años: 9 x 365 x 40 = 131,400 camiones

Los datos de carga por eje son mostrados en la Tabla 15, Categoría 1, y el número esperado de repeticiones de la carga por eje son mostrados en la fig. 8. Valores usados para el Cálculo del Espesor: Diseño 2A: Juntas con trabazón de agregados, sin subbase, sin berma de hormigón Subrasante de arcilla, k = 100 pci LSF = 1.0 MR del hormigón = 650 psi Diseño 2B: Juntas con pasajuntas, sin subbase, sin berma de hormigón Lo mismo que para 2A excepto: Juntas con pasajuntas

1A 4" granular con dowels no 9,51B 4" tratada con cemento con dowels no 8,51C 4" granular con dowels si 8,5

1D 4" tratada con cemento Trabazón de agregados no 10

1E 4" tratada con cemento Trabazón de agregados si 8,5

Berna de Concreto

Espesor requerido (pulg.)

Diseño Subbase Juntas



Cálculos del espesor: Se evalúa un espesor razonable de 6-pulg. para el Diseño 2A completando la hoja de cálculo mostrada en la Fig. 8, de acuerdo al procedimiento de diseño descrito al inicio de este capítulo. La Tabla 6a y la Fig. 5 son usadas para el análisis por fatiga y la Tabla 7b y la Fig. 6a son usadas para el análisis por erosión. No se muestra aquí la hoja de cálculo para el Diseño 2B, pero el diseño fue desarrollado por comparación con el Diseño 2A. Comentarios del Diseño 2 Para el Diseño 2A: (1) Los totales de fatiga utilizada y de daño por erosión de 89% y 8%, respectivamente, muestran que el espesor de 6-pulg. es adecuado. (2) Cálculos aparte muestran que un pavimento de 5.5-pulg. podría no ser adecuado, debido al excesivo consumo de fatiga. (3) El diseño de espesores es controlado por el análisis de fatiga - el cual es usualmente el caso para caminos con tráfico ligero de camiones. Los cálculos para el Diseño 2B, los cuales son los mismos que para el Diseño 2A excepto que la juntas tienen pasajuntas, muestra valores de fatiga y erosión de 89% y 2%, respectivamente. Comentarios: (1) El requerimiento de espesor de 6-pulg. es el mismo que para el Diseño 2A. (2) Los valores del análisis por fatiga. Son exactamente los mismos que para el Diseño 2A, (3) A causa de los pasajuntas, el daño por erosión es reducido del 8% al 2%; sin embargo, esto es intrascendente ya que el análisis por fatiga controla el diseño. Para la situación del Diseño 2, se muestra que no son requeridas las juntas con pasajuntas. Esto se confirma con la experiencia del comportamiento de pavimentos con tráfico ligero de camiones como sucede en calles residenciales y carreteras secundarias y también por estudios que muestran los efectos del número de camiones en pavimentos con juntas con trabazón de agregados.



SI NOSI NO40 años




8. Esfuezo equivalente 411 10. Factor de erosión 3.40 9. Factor de relación esfuerzo 0.632

Ejes Simple22 22 130 340 38.2 120,00020 20 550 2,000 27.5 210,00018 18 2,080 13,000 16.0 380,00016 16 5,000 80,000 6.2 740,00014 14 7,370 800,000 0.9 1'600,00012 12 16,290 ilimitado 0 4'200,00010 10 26,930 ilimitado 0 15'000,0008 8 63,500 ilimitado 0 ilimitado 6 6 96,180 ilimitado

11. Esfuezo equivalente 348 13. Factor de erosión 3.53 12. Factor de relación de esfuerzo 0.535

Ejes Tandem36 36 550 190,000 0.3 160,00032 32 9,140 2'500,000 0.3 310,00028 28 9,000 ilimitado 0 660,00024 24 5,150 ilimitado 0 1'700,00020 20 7,500 ilimitado 0 5'400,00016 16 9,860 26'000,00012 12 18,300 ilimitado 8 8 11,250 ilimitado

Fig. 8 Diseño 2A Total: 89.4 Total:

0.3

7

0.10.30.5

0.50.40.20

0.7

0

7.7

2.91.40.30.100

Cálculo del Espesor de Pavimento

0


% de daño

Espesor de prueba 6.0 pulg. Junta con dowels k de subbase - subrasante 100 pci Berma de concretoMódulo de rotura, MR 650 pci Perido de diseño Factor de Seguridad de Carga 1.0

Carga por eje

Multip. por LSF 1.0

Repetic. Esperadas



Capítulo 4 – Procedimiento de Diseño Simplificado 30

CAPITULO 4 PROCEDIMIENTO DE DISEÑO SIMPLIFICADO (DATOS DE CARGA POR EJE, NO DISPONIBLES) Los pasos de diseño descritos en el Capítulo 3, incluyen cálculos separados del consumo de fatiga y del daño por erosión, para cada uno de los diferentes incrementos de cargas por eje simple y tandem. Esto supone que el detalle de los datos de carga por eje tienen que haber sido obtenidos de estaciones representativas de pesado de camiones, estudios de pesos en movimiento, u otras fuentes. Este capítulo es para ser usado cuando los datos específicos de carga por eje no estén disponibles. Las tablas de diseño simplificado han sido generadas en base a distribuciones compuestas de cargas por eje, que representan diferentes categorías de carreteras y calles. Una amplia variedad de tipos de pavimentos construidos es cubierto por las cuatro categorías mostradas en la Tabla 9. El diseñador no usa directamente los datos de cargas por eje debido a que los diseños han sido pre-resueltos por los métodos descritos en el Capítulo 3. Por conveniencia de uso de diseño, los resultados son presentados en las Tablas 11, 12, 13, y 14, que corresponden a las cuatro categorías de tráfico. Factores de seguridad de carga apropiados de 1.0, 1.1, 1.2, y 1.3, respectivamente, han sido incorporados en las tablas de diseño para las Categorías de Carga por Eje 1, 2, 3, y 4. Las tablas muestran los datos para un período de diseño de 20 años. (Ver la sección “Período de Diseño”, más adelante). En estas tablas, la resistencia de la subrasante-subbase está caracterizada por las palabras Baja, Mediana, Alta, y Muy Alta. La Fig. 2 muestra las relaciones entre varios valores de soporte de la subrasante. En la eventualidad de que los datos de prueba no estén disponibles, la Tabla 10, lista valores aproximados de k para diferentes tipos de suelos. Si se va ha usar una subbase - ver Capítulo 2 bajo el tópico “Soporte de la Subrasante y Subbase” - el valor estimado de k es incrementado de acuerdo a la Tablas 1 ó 2. Los pasos de diseño son los siguientes:

1. Estimación del ADTT (tráfico diario promedio de camiones en dos direcciones, excluyendo camiones de ejes dobles y cuatro ruedas).

2. Selección de la Categoría de carga por eje 1, 2, 3 ó 4. 3. Encontrar el espesor requerido de la losa en la Tabla apropiada 11, 12, 13 ó 14.

(Para el uso de estas tablas, ver lo tratado como “Comentarios al Procedimiento Simplificado”.)



Tabla 9.

% Por día

1.

Calles, residenciales. Carreteras rurales y secundarias (baja a mediana)

200-800 1-3 hasta 25 22 36

2.

Calles colectoras. Carreteras rurales y secundarias (alta). Calles arteriales y carreteras primarias (baja).

700-5000 5-18 40-1000 26 44

3.

Calles arteriales y carreteras primarias (mediana). Vías - expresa e interestatales urbanos y rurales (baja a mediana)

3000-12000 2 Carr.

3000-50000 4 Carr. o más

8-30 500-50000 30 52

4.

Calles arteriales, carreteras primarias, vías - expresa (alta). Interestatales urbanos y rurales (mediana a alta)

3000-20000 2 Carr.

3000-150000 4 Carr. o más

8-30 1500-8000 34 60

Nota:

ADTT:

Categorias de Carga por Eje

Cat. Carga

por Eje

Las descripciones alta, mediana o baja; se refieren al peso relativo de las cargas por eje para el tipode calle o carretera. Así, "baja" para una interestatal rural representaría una carga mas pesada que"baja" para una carretera secundaria.

Camiones, excluyendo los de dos ejes y cuatro ruedas

Descripción

ADTADTT

Ejes Simp. Ejes Tand.

Cargas por Eje máximas, kips

Tráfico



Usando correctamente la Tabla 9, los valores de ADT y ADTT no se utilizan como el criterio fundamental para seleccionar la categoría de carga por eje - los datos son mostrados solamente para ilustración de los valores típicos. En lugar de ello, es más apropiado confiar en las descripciones verbales dadas o seleccionar una categoría basada en los valores esperados de las máximas cargas por eje. El valor del ADTT de diseño debería ser obtenido de un conteo de clasificación de camiones para el camino ó para otro con una composición similar de tráfico. Los valores admisibles del ADTT (dos direcciones) listados en las tablas incluyen solamente camiones de doble eje con seis ruedas y camiones simples o combinación de unidades con tres ejes ó más. Están excluidos los camiones panel y pickup y otros camiones de dos ejes y cuatro ruedas. Porque, el número permisible de camiones de todos los tipos será mayor que los valores ADTT tabulados en aproximadamente el doble para muchas carreteras y en el triple o más para calles y carreteras secundarias. Las Tablas 11 a 14 incluyen diseños para pavimentos con y sin bermas de hormigón o sardineles. Para zonas de parqueo, las vías adyacentes proveen soportes de borde similares a los de las bermas de hormigón de borde o sardinel, de tal forma que pueden ser usados los valores de la parte derecha de las Tablas 11 a 14. Problemas Ejemplo Los dos problemas - ejemplos siguientes ilustran el uso del procedimiento simplificado de diseño. Diseño 3 Calle arterial de dos vías ADT de diseño = 6,200 Total de camiones por día =1,440 ADTT = 630 Subrasante de arcilla

Tabla 10.

Tipo de Suelo Soporte Valores k, pci

Suelos de grano fino conprodominio de limos yarcillas.

Bajo 75-120

Arenas y mezclas de arena-gravas, con moderadascantidades de limos y arcillas

Mediano 130-170

Arenas y mezclas de arena-gravas, relativamente librede plásticos finos

Alto 180-220

subbases tratadas concemento

Muy alto 250-400

Tipos de Suelo de Subrasante y Valores Aproximados de k



Subbase no tratada de 4-pulg. Soporte de subrasante-subbase = bajo MR del hormigón = 650 psi Juntas con pasajuntas, sardinel y cuneta Puesto que se espera que las magnitudes de cargas por eje sean casi el promedio de las cargas soportadas por las calles arteriales, inusualmente no pesadas o ligeras, se selecciona la Categoría 3 de la Tabla 9. De acuerdo a ello, se usa la tabla 13a con propósitos de diseño. (La Tabla 13a es para juntas con pasajuntas, la Tabla 13b es para juntas con trabazón de agregados). Para un soporte de subrasante-subbase conservadoramente clasificado como bajo, la Tabla 13a, bajo la berma de hormigón o porción del sardinel, muestra un ADTT admisible de 1,600 para un espesor de losa de 8-pulg. y 320 para un espesor de losa de 7.5 - pulg. Esto indica que, para una resistencia del hormigón de 650 psi, el espesor de 8-pulg. Es adecuado para soportar el ADTT requerido de 630. Diseño 4 Calle residencial de dos vías ADT= 410 Total de camiones por día = 21 ADTT = 8 Subrasante de arcilla (sin subbase), soporte de subrasante = bajo MR del hormigón 600 psi Juntas con trabazón de agregados (sin pasajuntas) Sardinel integral En este problema, la Tabla 11 que representa la Categoría 1, de cargas por eje, se selecciona para el diseño. En la tabla con la denominación de “Con Berma de Hormigón o sardinel”, se indican los siguientes ADTT permisibles:

Por eso, se selecciona un espesor de losa de 5.5-pulg. para cumplir con el valor de 8 del ADTT de diseño. Comentarios Sobre el Procedimiento Simplificado Módulo de Rotura El hormigón usado en pavimentos debe ser de alta calidad y tener adecuada durabilidad, de resistencia uniforme, y ser resistente a la flexión (módulo de ruptura). Con referencia a las Tablas 11 a 14, las partes superiores representan a hormigones preparados con agregados normales, que usualmente producen hormigones de buena calidad con resistencia flexora entre 600 a 650 psi. Así, las partes superiores de esas tablas son preferidas para el uso general en éste procedimiento de diseño simplificado. Las partes inferiores de las tablas, muestran un hormigón con módulos de rotura de 550 psi, que son preferidos para usar en diseños sólo de casos especiales. En algunas zonas del

5.0 65.5 73

Espesor de losa, pulg. ADTT



país (USA), los agregados son tales que hormigones de buena calidad y durabilidad producen resistencias sólo de valores cercanos a 550 psi.

Tabla 11.

Bajo Mediano Alto Bajo Mediano Alto

4 0.2 0.9

4.5 0.1 4.5 2 8 25

5 0.1 0.8 3 5 30 130 330

5.5 3 15 45 5.5 3206 40 160 430

6.5 3305 0.1 0.4 4 0.1

5.5 0.5 3 9 4.5 0.2 1 5

6 8 36 98 5 6 27 75

6.5 76 300 760 5.5 73 290 7307 520 6 610

5.5 0.1 0.3 1 4.5 0.2 0.6

6 1 6 18 5 0.8 4 13

6.5 13 60 160 5.5 13 57 1507 110 400 6 130 480

7.5 620

Nota:

MR

= 55

0 PS

I

Un ADTT fraccional indica que el pavimento puede soportar ilimitados carros de pasajeros ycamiones de los ejes - cuatro ruedas, pero solo unos pocos camiones por semana (ADTT de 0.3x 7 días, indica dos camiones pesados por semana).

El análisis por fatiga controla el diseño.

ADTT permisible, Categoría 1 de Carga por Eje - Pavimentos con Trabazón de Agregados en las Juntas



MR

= 60

0 PS

I

Sin Berna de Concreto o Sardinel

Soporte de Subrasante - subbase

Con Berna de Concreto o Sardinel

MR

= 65

0 PS

I




Tabla 12a.

Bajo Medio Alto Muy Alto Bajo Medio Alto Ma5 3 9 42

5.5 5 5.5 9 42 120 4506 4 12 59 6 96 380 970 3400

6.5 9 43 120 490 6.5 710 26007 80 320 840 3100 7 4200

7.5 490 19008 2500

6 11 5 1 86.5 8 24 110 5.5 1 8 23 987 15 70 190 750 6 19 84 220 810

7.5 110 440 1100 6.5 160 620 1500 52008 590 2300 7 1000 3600

8.5 2700

6.5 4 19 5.5 3 177 11 34 150 6 3 14 41 160

7.5 19 84 230 890 6.5 29 120 320 11008 120 470 1200 7 210 770 1900

8.5 560 2200 7.5 1100 40009 2400

-

MR

= 65

0 PS

IM

R =

600

PSI

MR

= 55

0 PS

I

El análisis por fatiga controla El diseño.

ADTT permisible, Categoría 2 de Cargapor Eje - Pavimentos con Dowels en las Juntas

Sin Berna de Concreto o Sardinel Con Berna de Concreto o Sardinel







Tabla 13a.

Bajo Medio Alto Muy Alto Bajo Medio Alto Muy Alto

7.5 250 6.5 83 3208 130 350 1.300 7 52 220 550 1.900

8.5 160 640 1.600 6.200 7.5 320 1.200 2.900 9.8009 700 2.700 7.000 11.500** 8 1.600 5.700 13.800

9.5 2.700 10.800 8.5 6.900 23.700**10 9.900

6.5 678 73 310 7 120 440

8.5 140 380 1.500 7.5 270 680 2.3009 160 640 1.700 6.200 8 370 1.300 3.200 10.800

9.5 630 2.500 6.500 8.5 1.600 5.800 14.10010 2.300 9.300 9 6.600

10.5 7.7007 82

8.5 70 300 7.5 130 4809 120 340 1.300 8 67 270 670 2.300

9.5 120 520 1.300 5.100 8.5 330 1.200 2.900 9.70010 460 1.900 4.900 19.100 9 1.400 4.900 11.700

10.5 1.600 6.500 17.400 9.5 5.100 18.60011 4.900

Nota: ADTT excluye camiones de dos ejes - cuadro ruedas; el número total de camiones permisibles puede ser grande - ver el texto.

** El análisis por erosión controla el diseño; los demás son controlados por el análisis de fatiga.

MR

= 65

0 PS

IM

R =

600

PSI

MR

= 55

0 PS

IADTT permisible, Categoría 3 de Carga por Eje - Pavimentos

con Dowels en las Juntas








Tabla 13b.


7 220** 510 7507.5 60** 250** 7.5 320** 640 890 1.4008 130** 350** 830 8 610 1.100 1.500 2.500

8.5 160** 640** 900 1.300 8.5 950 1.800 2.700 4.7009 680 1.000 1.300 2.000 9 1.500 2.900 4.600 8.700

9.5 960 1.500 2.000 2.900 9.5 2.300 4.700 8.00010 1.300 2.100 2.800 4.300 10 3.500 7.700

10.5 1.800 2.900 4.000 6.300 10.5 5.30011 2.500 4.000 5.700 9.200 11 8.100

11.5 3.300 5.500 7.90012 4.400 7.5008 73** 310** 7 120** 440**

8.5 140** 380** 1.300 7.5 67** 270** 680** 1.4009 160** 640** 1.300 2.000 8 370** 1.100 1.500 2.500

9.5 630** 1.500 2.000 2.900 8.5 950 1.800 2.700 4.70010 1.300 2.100 2.800 4.300 9 1.500 2.900 4.600 8.700

10.5 1.800 2.900 4.000 6.300 9.5 2.300 4.700 8.00011 2.500 4.000 5.700 9.200 10 3.500 7.700

11.5 3.300 5.500 7.900 10.5 5.30012 4.400 7.500 11 8.1008 56** 7 82**

8.5 70** 300** 7.5 130** 480**9 120** 340** 1.300** 8 67** 270** 670** 2.300**

9.5 120** 520** 1.300** 2.900 8.5 330** 1.200** 2.700 4.70010 460** 1.900** 2.800 4.300 9 1.400** 2.900 4.600 8.700

10.5 1.600** 2.900 4.000 6.300 9.5 2.300 4.700 8.00011 2.500 4.000 5.700 9.200 10 3.500 7.700

11.5 3.300 5.500 7.900 10.5 5.30012 4.400 7.500 11 8.100

Nota:

MR

= 65

0 PS

IM

R =

600

PSI

MR

= 55

0 PS

I

ADTT excluye camiones de dos ejes - cuadro ruedas; el número total de camiones permisibles puede ser grande - ver el texto.

** El análisis por erosión controla el diseño; los demás son controlados por el análisis de erosión

ADTT permisible, Categoría 3 de Carga por Eje - Pavimentos con Trabazón de Agregados en las Juntas








Tabla 14a.


8 270 7 4008.5 120 340 1.300 7.5 240 620 2.1009 140 580 1.500 5.600 8 330 1.200 3.000 9.800

9.5 570 2.300 5.900 14.700** 8.5 1.500 5.300 12.700 41.100**

10 2.000 8.200 18.700** 25.900** 9 5.900 21.400 44.900**

10.5 6.700 24.100** 31.800** 45.800** 9.5 22.500 52.000**

11 21.600 39.600** 10 45.200**

11.5 39.700**

8.5 300 7.5 130 4909 120 340 1.300 8 270 690 2.300

9.5 120 530 1.400 5.200 8.5 340 1.300 3.000 9.90010 480 1.900 5.100 19.300 9 1.400 5.000 12.000 40.200

10.5 1.600 6.500 17.500 45.900** 9.5 5.200 18.800 45.90011 4.900 21.400 53.800** 10 18.400

11.5 14.500 65.000**

12 44.0009 260 8 130 480

9.5 280 1.100 8.5 250 620 2.10010 390 1.100 4.000 9 280 1.000 2.500 8.200

10.5 320 1.400 3.600 13.800 9.5 1.100 3.900 9.300 30.70011 1.000 4.300 11.600 46.600 10 3.800 13.600 32.900

11.5 3.000 13.100 37.200 10.5 12.400 46.20012 8.200 40.000 11 40.400

Nota:

MR

= 65

0 PS

IM

R =

600

PSI

MR

= 55

0 PS

I


** El análisis por erosión controla el diseño; los demás son controlados por el análisis de fatiga.

ADTT permisible, Categoría 4 de Cargapor Eje - Pavimentos con Dowels en las Juntas








Tabla 14b.


8 270** 7 100** 400**8.5 120** 340** 990 7.5 240** 620** 9109 140** 580** 1.100 1.500 8 330** 770 1.100 1.700

9.5 570** 1.200 1.600 2.300 8.5 720 1.300 1.900 3.10010 1.100 1.700 2.200 3.400 9 1.100 2.100 3.200 5.700

10.5 1.500 2.300 3.200 4.900 9.5 1.700 3.400 5.500 10.20011 2.000 3.300 4.500 7.200 10 2.600 5.500 9.200 17.900

11.5 2.700 4.500 6.300 10.40012 3.600 6.100 8.800 14.900 11 5.900 13.600 24.200

13 6.300 11.100 16.800 12 12.80014 10.800

8.5 300** 7.5 130** 490**9 120** 340** 1.300** 8 270** 690** 1.700

9.5 120** 530** 1.400** 2.300 8.5 340** 1.300** 1.900 3.10010 480** 1.700 2.200 3.400 9 1.100 2.100 3.200 5.700

10.5 1.500 2.300 3.200 4.900 9.5 1.700 3.400 5.500 10.20011 2.000 3.300 4.500 7.200 10 2.600 5.500 9.200 17.900

11.5 2.700 4.500 6.300 10.40012 3.600 6.100 8.800 14.900 11 5.900 13.600 24.20013 6.300 11.100 16.800 12 12.80014 10.8009 260** 8 130** 480**

9.5 280** 1.100** 8.5 250** 620** 2.100**10 390** 1.100** 3.400 9 280** 1.000** 2.500** 5.700

10.5 320** 1.400** 3.200 4.900 9.5 1.100** 3.400 5.500 10.20011 1.000** 3.300 4.500 7.200 10 2.600 5.500 9.200 17.900

11.5 2.700 4.500 6.300 10.40012 3.600 6.100 8.800 14.900 11 5.900 13.600 24.20013 6.300 11.100 16.800 12 12.80014 10.800

Nota:

MR

= 65

0 PS

IM

R =

600

PSI


** El análisis por erosión controla el diseño; los demás son controlados por el análisis de erosión

ADTT permisible, Categoría 4 de Carga por EjePavimentos con Trabazón de Agregados en las Juntas








Periodo de Diseño

Las tablas dan los ADTT permisibles para períodos de diseño de 20 años. Para otros períodos, multiplicar el ADTT estimado por la relación apropiada para obtener un valor ajustado para su uso en las tablas. Por ejemplo, si se desea un periodo de diseño de 30 años en lugar de 20 años, el ADTT estimado se multiplica por 30/20. En general, el efecto del período de diseño en el espesor de la losa será mayor para pavimentos que están sometidos a grandes volúmenes de tráfico de camiones y donde se usan juntas con trabazón de agregados. Juntas con Pasajuntas ó con Trabazón de Agregados Las Tablas 12 a 14 están dividas en dos partes, a y b, para mostrar los datos de las juntas con pasajuntas y con trabazón de agregados, respectivamente. En la Tabla 11, los requerimientos de espesores son los mismos para ambos tipos de juntas; las juntas con pasajuntas no son necesarias para el bajo volumen de tráfico de camiones tabulados en la Categoría 1. Siempre que no se utilicen pasajuntas, el espaciamiento de juntas debe ser corto - ver la discusión al inicio del texto. Tablas de Diseño Desarrolladas por el Usuario El propósito de esta sección es, describir como fueron preparadas las tablas de diseño simplificado, de tal manera que el ingeniero de diseño que lo desee pueda desarrollar un juego diferente de tablas de diseño, basadas en una categoría de carga axial diferente a las proporcionadas en este capítulo. Algunas de estas situaciones diferentes incluyen: (1) preparación de secciones estándar del espesor de un pavimento seleccionado, basado en un volumen de tráfico y otras condiciones de diseño; (2) distribuciones inusuales de cargas por eje, que pueden actuar en una

carretera de transporte especial u otro tipo de pavimento especial; (3) un incremento en las cargas legales por eje, que deberían causar cambios en la distribución de las cargas por eje. Las distribuciones de carga por eje para las Categorías 1 a 4 son mostradas en la Tabla 15. Siendo cada una de ellas, una composición de datos promedio de diversas tablas de medidas de carga estatales (W-4), representando pavimentos de la categoría apropiada. Así mismo, en la escala de las cargas por eje altas, cargas más pesadas que las listadas en las tablas (W-4), son estimadas basados en la extrapolación. Estos dos pasos son efectivos para obtener una distribución general más representativa y para depurar las irregularidades que se presentan en las tablas individuales W-4. Los pasos son considerados apropiados para su uso en el diseño de aquellas categorías particulares descritas al inicio de este capítulo. Como se indicó en el Capítulo 2, los datos son ajustados para excluir camiones de dos ejes y cuatro ruedas, entonces ellos son divididos en incrementos de 2,000 -y 4,000- lib, de carga por eje. Para preparar las tablas de diseño, los problemas de diseño son resueltos con la distribución de cargas axiales dada por la computadora con el factor de seguridad de carga deseado para diferentes espesores y valores k de la subrasante-subbase. Los valores ADTT permisibles a ser registrados en las tablas de diseño, son fácilmente calculados como sigue: cuando una constante ADTT arbitraria es ingresado asumir que el ADTT de ingreso es 1,000 y que un consumo de fatiga de 45.6% es calculado en un problema de diseño particular, entonces:

100 x (ADTT de ingreso) ADTT permisible = ------------------------------------------

% de fatiga o daño por erosión = 100 (1000)/45.6 = 2193



Tabla 15.

Categoria 1

Categoria 2

Categoria 3

Categoria 4

4 1693.316 732.288 483.10 233.60

10 204.96 142.7012 124,00 116.76 182.0214 56.11 47.76 47.7316 38.02 23.88 31.82 57.0718 15.81 16.61 25.15 68.2720 4.23 6.63 16.33 41.8222 0.96 2.6 7.85 9.6924 1.6 5.21 4.1626 0.07 1.78 3.5228 0.85 1.7830 0.45 0.6332 0.5434 0.19

4 31.908 85.59 47.01

12 139.30 91.1516 75.02 59.25 99.3420 57.10 45,00 85.9424 39.18 30.74 72.54 71.1628 68.48 44.43 121.22 95.7932 69.59 54.76 103.63 109.5436 4.19 38.79 56.25 78.1940 7.76 21.31 20.3144 1.16 8.01 3.5248 2.91 3.0352 1.19 1.7956 1.0760 0.57

Nota: Excluyendo todos los camiones de dos - cuatro ruedas.

Ejes Tandem

Ejes por 1000 camiones

Distribuciones de Cargas por Eje Usada para Preparar las Tablas de Diseño 11 a 14

Carga por eje, Kips

Ejes Simple


Apéndice A – Desarrollo del Procedimiento de Diseño 42

APENDICE A DESARROLLO DEL PROCEDIMIENTO DE DISEÑO

El procedimiento de diseño de espesores presentado aquí, fue preparado para reconocer las prácticas corrientes en la construcción de pavimentos de hormigón y las experiencias del comportamiento de pavimentos de hormigón, que procedimientos de diseño anteriores no tomaron en cuenta. Estas incluyen:

• Pavimentos con diferentes tipos de transferencia de carga en las juntas transversales o fisuras

• Subbases de hormigón pobre bajo pavimentos de hormigón

• Bermas de hormigón • Modos de daños, debido

principalmente a la erosión de las fundaciones del pavimento, que no están comprendidos en el criterio tradicional usado en procedimientos de diseño anteriores

Un nuevo aspecto del procedimiento es el criterio de erosión, que es aplicado en adición al criterio de esfuerzo por fatiga. El criterio de erosión reconoce que los pavimentos pueden fallar por “bombeo’ excesivo, erosión de la cimentación y falla de las juntas. El criterio de esfuerzos reconoce que los pavimentos pueden agrietar por excesivas repeticiones de carga. Este apéndice explica las bases para esos criterios y el desarrollo del procedimiento de diseño. Las referencias 30 y 57 proporcionan mayores detalles acerca del asunto. Análisis de Pavimentos de Hormigón El procedimiento de diseño está basado en un análisis razonable de los esfuerzos en el hormigón y de las deflexiones en las juntas, esquinas y bordes del pavimento; por un programa de cómputo de elementos finitos, considerando losas con dimensiones finitas, ubicación variable de la carga por eje y el modelado de la transferencia de carga en juntas transversales o fisuras y la transferencia de carga en la junta entre el

pavimento y la berma de hormigón. Para juntas con barras: las propiedades de las barras pasajuntas, tales como el diámetro y el módulo de elasticidad se usan directamente. Para juntas con trabazón de agregados, juntas machiembradas, y fisuras en pavimentos continuamente reforzados, se usa un valor de rigidez de resorte para representar las características de la deflexión bajo cargas, en base a pruebas de campo y de laboratorio. Pavimentos con Juntas Después de analizar las diferentes posiciones de la carga por eje sobre la losa, se establecen las posiciones críticas mostradas en la Fig A1, con las siguientes conclusiones:

1. Los esfuerzos más críticos en el pavimento ocurren cuando las ruedas del camión están ubicadas en/o cerca del borde del pavimento y a media distancia entre las juntas, como se muestra en la Fig. A1(a). Debido a que las juntas están a alguna distancia de esta posición, el espaciamiento entre juntas transversales y el tipo de transferencia de carga, tienen muy poco efecto en la magnitud del esfuerzo. Por lo tanto, en el procedimiento de diseño, el análisis basado en los esfuerzos de flexión y fatiga arrojan los mismos valores para diferentes espaciamientos de las juntas y diferentes tipos de mecanismo de transferencia de carga (pasajuntas o trabazón de agregados) en las juntas transversales. Cuando una berma de hormigón está unida a la vía principal del pavimento, la magnitud de los esfuerzos críticos son considerablemente reducidos.

2. Las deflexiones más críticas en el pavimento ocurren en la esquina de la losa cuando una carga axial está localizada en la junta, con las ruedas



en/o cerca de la esquina, Fig. A1(b). En esta situación el espaciamiento de la junta transversal no tiene efecto en la magnitud de las deflexiones de la esquina, pero el tipo de mecanismo de transferencia de carga tiene un efecto substancial. Esto significa que los resultados de diseño basados en el criterio de erosión (deflexiones) pueden estar substancialmente afectados por el tipo de transferencia de carga seleccionado, especialmente cuando se toma un gran número de camiones para el diseño. Una berma de hormigón reduce considerablemente las deflexiones en las esquinas.

Pavimentos Continuamente Reforzados

Un pavimento de hormigón continuamente reforzado (Continuously reinforced concrete pavement - CRCP) es uno sin juntas transversales que debido al considerable reforzamiento con acero continuo en la dirección longitudinal, desarrolla fisuras a intervalos cercanos. Estos espaciamientos de fisuras en un proyecto dado son variables, estando comprendidos generalmente entre 3 a 10 pies, con promedios de 4 a 5 pies. En el análisis de cómputo por elementos finitos, se asigna un alto grado de transferencia de carga a las fisuras del CRCP y el espaciamiento de las mismas es variado. Las posiciones críticas de carga fueron establecidas como las mismas consideradas para los pavimentos con juntas.

Fig. A1. Posiciones críticas de la carga por eje.

Para espaciamientos mayores, los esfuerzos de borde de cargas entre fisuras son aproximadamente de la misma magnitud que para pavimentos con juntas. Para espaciamientos promedios y más cortos entre fisuras, los esfuerzos de borde son menores que para pavimentos con juntas, debido a que no hay suficiente longitud de

pavimento sin fisuras para desarrollar un momento flexor. Para espaciamientos mayores entre fisuras, las deflexiones son algo menores que para los pavimentos con pasajuntas en las juntas transversales. Para espaciamientos promedios a mayores entre fisuras, las



deflexiones de las esquinas son aproximadamente las mismas que para los pavimentos con juntas con pasajuntas. Para espaciamientos cortos de 3 ó 4 pies entre fisuras, las deflexiones en las esquinas son algo mayores que para los pavimentos con pasajuntas en las juntas, especialmente para cargas de ejes tandem. Considerando las variaciones naturales de los espaciamientos entre fisuras que se presentan, en una franja de pavimento, se comparan a continuación los pavimentos continuamente reforzados, con los pavimentos con juntas con pasajuntas. Los esfuerzos de borde algunas veces serán iguales y algunas veces menores, mientras que las deflexiones en las esquinas algunas veces serán menores, iguales y mayores en diferentes áreas del pavimento dependiendo del espaciamiento entre las fisuras. El promedio de las respuestas en estos pavimentos substancialmente no responden ni mejor ni peor que para los pavimentos con juntas con pasajuntas. Como resultado, en este procedimiento de diseño, se aplican las mismas respuestas del pavimento y los mismos criterios, para los pavimentos continuamente reforzados que para los pavimentos con juntas con pasajuntas. Esta recomendación es consistente con la experiencia del comportamiento de pavimentos. La mayoría de las agencias de diseño sugieren que el espesor de pavimentos continuamente reforzados deben ser aproximadamente el mismo que para los pavimentos con juntas con pasajuntas. Posición de las Cargas del Camión Las cargas de las ruedas del camión colocadas en el borde exterior del pavimento, crean condiciones más severas que cualquier otra posición de carga. Cuando la posición del camión se mueve unas pocas pulgadas del borde hacia el interior, los efectos decrecen substancialmente. Solo una pequeña fracción del total de camiones circulan con sus ruedas exteriores en el borde. La mayoría de camiones son conducidos con sus ruedas exteriores

ubicadas aproximadamente a 60 cm. del borde. Los reportes de los estudios realizados por Taragin en 1958, muestran que muy pocos camiones invaden el borde de los pavimentos con vías de 12 pies sin bermas. Estudios más recientes de Emery muestran más camiones en el borde. Otros estudios recientes muestran menos camiones en el borde que en los estudios de Emery. Para este procedimiento de diseño, se asume como la condición más severa, 6% de camiones en el bordes, en el lado de la seguridad y tomando en cuenta los recientes cambios de las Leyes en los Estados Unidos que permiten camiones más anchos. Al incrementar las distancias hacia el interior del borde del pavimento, la frecuencia de las aplicaciones de carga aumentan, mientras que la magnitud de los esfuerzos y deflexiones decrecen. Los datos sobre la distribución de ubicación de camiones y de distribución de esfuerzos y deflexiones debido a la ubicación de cargas en/y cerca del borde del pavimento, son hallados con dificultad para usarlos directamente en un procedimiento de diseño. Por ello, se analizaron las distribuciones y se prepararon técnicas más fáciles con propósitos de diseño. Para el análisis de esfuerzos por fatiga, éstos fueron calculados incrementando en fracciones de pulgadas hacia el interior del borde de la losa, para diferentes distribuciones de ubicación del camión; esto proporciona los factores de esfuerzos de borde equivalentes mostrado, en la Fig. A2. (Este factor, cuando es multiplicado por el esfuerzo de carga de borde, proporciona el mismo grado de consumo de fatiga que debería resultar de una distribución de ubicación dada). La condición más severa, 6% de camiones que invaden, ha sido incorporada en las tablas de diseño. Para el análisis por erosión, el cual implica deflexión en la esquina de la losa, se asume nuevamente el caso más severo (6% de camiones en el borde). Donde no hay berma de hormigón, las cargas en las esquinas (6% de camiones) son críticas; y donde si hay berma de hormigón, el gran número de cargas hacia el interior de la esquina del



pavimento (94% de camiones) son críticas. Estos factores son incluidos en las cartas de diseño de la siguiente manera: Porcentaje de daño por erosión = 100∑ n (C/N) Donde: n = Número esperado de repeticiones de carga por eje para el grupo de ejes i

N = Número permisible de repeticiones para el grupo de ejes i C = 0.06 para pavimentos sin berma, y 0.94 para pavimentos con berma Para reducir los pasos en un cálculo de diseño, los efectos de (0/ N son incorporados en las Figs. 6a y 6b del Capítulo 3 y en las Tablas 11 a 14 del Capítulo 4.

Fig. A2. Factor equivalente del esfuerzo en el borde en función del porcentaje de camiones en el borde Variación en la Resistencia del Hormigón

El reconocimiento de las variaciones en la resistencia del hormigón, es considerado una adición realista al procedimiento de diseño. Los rangos de variación esperados del módulo de rotura del hormigón, tienen un efecto mucho mayor que las usuales variaciones de las propiedades de otros materiales, tales como la resistencia de la subrasante y subbase, y los espesores de las capas. La variación de la resistencia del hormigón, es considerada reduciendo el módulo de rotura mediante un coeficiente de variación. Con propósitos de diseño, se asume un coeficiente de variación de 15% y es incorporado en las cartas y tablas de diseño. El valor de 15% representa un control de calidad regular a bueno y combinado con

otros efectos tratados en otros puntos de este apéndice, se consideran como realistas que proporcionan resultados de diseño razonables. Incremento de Resistencia del Hormigón con la Edad. La resistencia del hormigón a la flexión a los 28 días (módulo de rotura) es usada como la resistencia de diseño. Este procedimiento de diseño, sin embargo, incorpora el efecto de la ganancia de resistencia del hormigón después de los 28 días. Esta modificación, se basa en un análisis del incremento de la resistencia y las repeticiones mensuales de carga para períodos de diseño de 20 y 40 años. El efecto es incluido en las cartas y tablas de diseño, de tal manera que el



usuario simplemente ingresará el valor de la resistencia de diseño a los 28 días. Alabeo y Curvado del Hormigón En adición a las cargas del tráfico, las losas de hormigón están también sometidas a alabeo y curvado. El alabeo es la deformación cóncava hacia arriba de la losa debido a variaciones de su contenido de humedad con la profundidad. El efecto del alabeo es doble: Pérdida de soporte a lo largo de los bordes de la losa y restricción de los esfuerzos a la compresión en el fondo de la losa. Debido a que el alabeo es un fenómeno de largo plazo, su efecto resultante está influenciado grandemente por el arrastre (creep). El curvado se refiere al comportamiento de la losa debido a las variaciones de temperatura. Durante el día, cuando la cara superior está más caliente que la parte inferior, se desarrollan esfuerzos restringidos de tensión en el fondo de la losa. Durante la noche, la distribución de temperatura es a la inversa y los esfuerzos de tensión restringidos se desarrollan en la superficie de la losa. La distribución de temperatura normalmente no es lineal y cambia constantemente. También los máximos diferenciales de temperatura durante el día y la noche, se presentan por muy cortos tiempos. Usualmente el efecto combinado de los esfuerzos de alabeo y de curvado son substraídos de los esfuerzos de carga, debido a que el contenido de humedad y temperatura en la parte inferior de la loza, exceden mayormente a los de parte superior. La compleja situación de condiciones diferenciales en las caras superior e inferior de la losa, más la incertidumbre de la posición del esfuerzo nulo, dificultan calcular o medir los esfuerzos restringidos con algún grado de confianza o verificación. A la fecha, la información disponible sobre las magnitudes actuales de esfuerzos de restricción no garantizan la incorporación de esos factores en este procedimiento de diseño.

Como en el caso de la pérdida de soporte, éste es considerado indirectamente en el criterio de erosionabilidad, el que es derivado del comportamiento actual de campo incorporando por tal motivo las pérdidas normales de las condiciones de soporte. El incremento de esfuerzos calculado debido a la pérdida del soporte varía entre el 5% y el 15%. Este incremento teórico es contrarrestado en la realidad, porque una parte de la carga es disipada al tratar de poner los bordes de la losa nuevamente en contacto con el soporte. Así, el incremento del esfuerzo de carga debido a un tipo de alabeo que se produce por pérdida del Soporte, no es incorporado en este procedimiento de diseño. Fatiga El criterio de fatiga por flexión usado por este procedimiento de diseño, es mostrado en la Fig. A3. Es similar al usado en los métodos anteriores de la PCA, está basado conservadoramente en estudios de investigaciones de la fatiga, excepto que es aplicado a esfuerzos de carga de borde que son de magnitudes mayores. Se ha realizado una modificación del rango de repeticiones de carga elevadas, para eliminar la discontinuidad de la curva en la figura anterior, que algunas veces causa efectos no realistas. El número permisible de repeticiones para una carga axial dada se determina en base a la relación de esfuerzos (esfuerzo de flexión dividido entre el módulo de rotura a los 28 días). La curva de fatiga es incluida en las cartas de diseño para su uso por el diseñador. El uso del criterio por fatiga se origina en la hipótesis de Miner, que dice que la resistencia a la fatiga no consumida por las repeticiones de una carga, está disponible para las repeticiones de otras cargas. En un problema de diseño, la fatiga total consumida no debería exceder al 100%.



Combinado con el efecto de la reducción del módulo de rotura de diseño mediante un coeficiente de variación, el criterio de fatiga es considerado como conservador para propósitos de diseño de espesores. Erosión Los procedimientos de diseño mecanístico previos para pavimentos de hormigón, están basados en el principio de la limitación de los esfuerzos flexores en una losa a ciertos valores seguros. Esto se hace para evitar las fisuras de fatiga por flexión debido a las repeticiones de carga. Es evidente que hay un modo importante de daño adicional al agrietamiento por fatiga que necesita ser tomado en cuenta en el procedimiento de diseño. Este es la erosión de los materiales ubicados debajo y al lado de la losa. Muchas repeticiones de carga por eje pesado en las esquinas y bordes de la losa causan bombeo; erosión de los materiales de subrasante, subbase, y berma de hormigón; vacíos debajo y al lado de la losa; y la falla de las juntas del pavimento, especialmente en pavimentos con juntas sin pasajuntas. Aquellos daños particulares del pavimento se considera que están más comúnmente relacionados con las deflexiones que con los esfuerzos de flexión. Las correlaciones de las deflexiones calculadas por el análisis de elementos finitos”, con los datos obtenidos del comportamiento de la Carretera Experimental AASHO, no fueron completamente satisfactorios para los propósitos de diseño. (El principal modo de falla de los pavimentos de hormigón en dicha carretera, fue por bombeo o erosión de la subbase granular ubicada debajo de las losas). Se halló razonable que para predecir el comportamiento de la Carretera Experimental AASHO, se deberían haber aplicado diferentes valores del criterio de la deflexión para diferentes espesores de losa y en menor extensión, para diferentes módulos de la fundación (valores k).

Una correlación más útil fue obtenida, multiplicando los valores calculados de las deflexiones en las esquinas (w) por los valores de las presiones calculadas (p) en la interfase losa-fundación. La fuerza, o cantidad de trabajo, con la que una carga por eje deflecta la losa, es el parámetro usado por el criterio de erosión -para un área unitaria, el producto de la presión y la deflexión dividido por una medida de la longitud de la deflexión base (1 - radio de la rigidez relativa, en pulgadas). El concepto es que un pavimento delgado con una deflexión base más corta recibe una carga de punzonamiento más veloz que una losa más gruesa. Esto es, a iguales pw e igual velocidad del camión, la losa más delgada está sujeta a una velocidad del trabajo ó fuerza más rápida (en pulgada-libra por segundo). Se obtuvo una buena correlación entre el comportamiento de la carretera experimental y este parámetro. El desarrollo del criterio de erosión estuvo también generalmente relacionado a los estudios del fallamiento de las juntas. Estos estudios incluyeron pavimentos en Wisconsin, Minnesota, Dakota del Norte, Georgia, y California, e incluían un rango de variables no tomados en cuenta en la Carretera Experimental AASHO , tales como un gran número de camiones, pavimentos sin pasajuntas y un amplio rango de años de servicio del pavimento y subbases estabilizadas. Los estudios realizados por Brokaw de pavimentos sin pasajuntas, sugieren que el clima o el drenaje es un factor importante en el comportamiento del pavimento. Estos aspectos de diseño no han sido incluidos en el procedimiento de diseño, pero merecen estudios posteriores. Investigaciones sobre los efectos del clima en el diseño y comportamiento de los pavimentos de hormigón también son reportados por Darter. El criterio de erosión se sugiere que sea usado como una guía. Puede ser modificado de acuerdo a la experiencia local debido a que el clima, drenaje, otros factores, e innovaciones de diseño pueden tener influencia. De acuerdo a ello, el 100% del criterio de daño por erosión, que es un



número índice correlacionado con experiencias del comportamiento en general, puede ser incrementado o disminuido en

base a datos de comportamiento específico recolectados en el futuro, para condiciones más favorables o más desfavorables.

Fig. A3. Relaciones de fatiga


Apéndice B – Diseño de Pavimentos de Hormigón con Capa Inferior de Hormigón Pobre 49

APENDICE B DISEÑO DE PAVIMENTOS DE HORMIGÓN CON CAPA INFERIOR (SOLADO) DE HORMIGÓN POBRE

A continuación se trata el procedimiento de diseño para pavimentos de hormigón compuesto, con una capa inferior de hormigón pobre; que puede ser como una subbase construida separadamente o como una capa inferior construida monolíticamente. Las consideraciones de diseño y las prácticas constructivas para estos pavimentos son tratadas en las referencias 50 al 52. El hormigón pobre es más fuerte que una subbase de materiales convencionales y es considerado como no erosionable. El reconocimiento de sus propiedades estructurales superiores puede ser aprovechado para reducir los espesores de diseño. El análisis de pavimentos de hormigón compuesto constituye un caso especial, donde la teoría convencional de la doble capa (losa simple sobre una base), no es estrictamente aplicable. El procedimiento de diseño indica un espesor para un pavimento de hormigón de dos capas, equivalente a un espesor dado de hormigón normal. Este último es determinado por los procedimientos descritos en los Capítulos 3 y 4. La equivalencia está basada en que los espesores para un pavimento de hormigón de dos capaz, tendrá el mismo margen de

seguridad para la fatiga y la erosión como para un pavimento de hormigón normal de una sola capa. En las cartas de diseño, Fig. B1 y Fíg. B2, los espesores de capa requeridos dependen de las resistencias a la flexión de los dos hormigones, determinadas según ASTM C78. Debido a que la calidad del hormigón pobre es con frecuencia especificada sobre la base de la resistencia a la cornpresión, la Fig. B3 puede ser usada para convertirla en una resistencia flexora estimada (módulo de rotura) para su uso en cálculos de diseño preliminares. Subbase de Hormigón Pobre El mayor uso del hormigón pobre en pavimentación, ha sido como una subbase bajo un pavimento de hormigón convencional. Esto es, mediante una construcción no monolítica donde la capa superficial de hormigón es colocada sobre una base de hormigón pobre endurecido. Usualmente la subbase de hormigón pobre es construida por lo menos 60 cm. más ancha a ambos lados del pavimento, para soportar las orugas de la pavimentadora deslizante. Este ancho extra es beneficioso estructuralmente ante la aplicación de las cargas de rueda en los bordes del pavimento.



Fig. B1. Carta de diseño para pavimento de hormigón compuesto (subbase de hormigón pobre)



Fig. B2. Carta de diseño para pavimento de hormigón compuesto (monolítico con la capa inferior de

hormigón pobre)



Fig. B3. Relación entre el módulo de rotura y la resistencia a la compresión (de la Referencia 50) La práctica normal ha sido seleccionar un espesor superficial de casi el doble que el espesor de la subbase; por ejemplo, 9 pulg. de hormigón sobre una subbase de 4 ó 5 pulg. La Fig. B1 muestra los grupos de requerimientos de espesores del hormigón superficial y subbase de hormigón pobre, equivalentes a un espesor de hormigón normal sin subbase de hormigón pobre. Se da un ejemplo para ilustrar el procedimiento de diseño. De las pruebas de laboratorio, se han seleccionado diseño de mezclas de hormigón que dan módulos de rotura de 650 y 250 psi, para el hormigón superficial y para la subbase de hormigón pobre respectivamente. Se asume que un espesor de 10 pulg. ha sido determinado para un pavimento sin subbase de hormigón pobre, en la sección cuarta del Capítulo 3 ó 4. Como se muestra en la línea discontinua de la Fig. B1, los diseños equivalentes al pavimento de 10 pulg. son (1) 7.7 pulg. de hormigón sobre 5 pulg. de una subbase de hormigón pobre; y (2) 8.1 pulg. de hormigón sobre 4 pulg. de una subbase de hormigón pobre. Pavimento Monolítico En algunos lugares, se construye una capa de hormigón superficial relativamente delgado, monolíticamente con el hormigón pobre de la capa inferior. Se pueden usar agregados locales o reciclados para el hormigón pobre, resultando económicos los agregados de alta calidad. A diferencia de las subbases de hormigón pobre discutida en la sección previa, la capa inferior es construida con el mismo ancho que la capa superior, y las juntas son aserradas a una profundidad suficiente para inducir el agrietamiento en todo el espesor a través de las dos capas.



La Fig. B2 constituye la carta de diseño para pavimentos construidos monolíticamente. Para ilustrar su uso, se asume que las resistencias de diseño de los dos hormigones son 50 y 350 psi y que los procedimientos de diseño del Capítulo 3 ó 4 señalan un requerimiento de espesor de 10 pulg. para un hormigón normal en toda la profundidad. Como se muestra en la línea discontinua del ejemplo en la Fig. B2, los diseños monolíticos equivalentes al pavimento de 10 pulg. son: (1) 4 pulg. de hormigón superficial sobre 8.3 pulg. de hormigón pobre; ó (2) 3 pulg. de hormigón superficial sobre 9.3 pulg. de hormigón pobre.


Apéndice C – Análisis de Cargas Axiales Tridem 54

APENDICE C ANALISIS DE CARGAS AXIALES TRIDEM Las cargas Tridem pueden ser incluidas con las cargas de ejes simple y tandem en los análisis de diseño, para el uso de los datos proporcionados en este apéndice. Se siguen los mismos pasos de diseño y formatos dados en el capítulo 3, excepto que se usan las Tablas C1 a C3. De estas tablas para tridemes, se ingresan en una hoja extra de cálculo los factores de esfuerzo equivalente y de erosión. Entonces, se usan la Fig. 5 y Fig. 6a ó 6b para determinar los números permisibles de repeticiones de carga. Los totales de fatiga y daño por erosión para tridems son añadidos a los de ejes simples y tandems. Una ampliación del problema de ejemplo Diseño 1A del Capítulo 3, es utilizada para ilustrar el procedimiento para cargas tridem. Se asume que, en adición a las cargas por ejes simple y tandem, una sección de la carretera se destina para una flota especial de camiones de transporte de carbón de piedra, equipados con tridems en un número aproximado de 100 por día de trabajo para un período estimado de 10 años así: 100 camiones x 250 días x 10 años = 250.000 camiones en total Los camiones normalmente son cargados en toda su capacidad en una dirección con 54,000 lb. de carga tridem más 7,000 lb. de carga en el eje director (eje simple). (En los análisis, se verá que los ejes simples no son bastante pesados para afectar los resultados de diseño). La Fig. C1 representa una parte de la hoja extra de cálculos, necesaria para evaluar los efectos de aquellos tridems. Conociendo que el Diseño 1A (9.5 pulg. de pavimento, con un k combinado 130 pci) es un pavimento con juntas con pasajuntas sin berma de hormigón, las Tablas C1 y C2 son usadas para determinar los factores de esfuerzo equivalente y erosión, items 11 y 13 de la hoja de cálculo. En este ejemplo, se usa la Fig. 5 para determinar el número permisible de repeticiones de carga para el análisis por fatiga y la Fig. 6a para el análisis por erosión. Las 54,000 lb. de carga tridem son multiplicadas por el factor de seguridad de carga del Diseño 1A de 1.2, obteniendo una carga por eje de diseño de 64,000 lb. Antes de usar las cartas del número permisible de repeticiones de carga, se divide entre 3 la carga tridem (64,000/3 = 21,600 lb) de tal forma que pueda usarse la escala de cargas para ejes simples. Como se ve en los resultados de la Fig. C1, los tridems causan solamente el 9.3 % de daño por erosión y 0% por fatiga. Esos resultados añadidos a los efectos de los ejes simple y tandem de la Fig. 4, no son suficientes para incrementar el espesor de diseño.



Proyecto: Suplemento al Diseño 1A, Ejes TridemSI NOSI NO20 años




8. Esfuezo equivalente … 148 ….9. Factor de relación esfuerzo …0.228 ….

10. Factor de erosión … 2,95 ….

Ejes Simple Tridem 54,000 x 1,2/354,000 21,600 250,000 ilimitado 0 2'700,000

11. Esfuezo equivalente …. 348 …12. Factor de relación de esfuerzo …0.53513. Factor de erosión … 3,53 …

Ejes Tandem

Fig. C1 Análisis de Tridems Total: 0 Total:


% de daño

Cálculo del Espesor de Pavimento

Espesor de prueba 95 pulg. Junta con dowels k de subbase - subrasante 130 pci Berma de concretoMódulo de rotura, MR 650 pci Perido de diseño Factor de Seguridad de Carga 1,2

Carga por eje

Multip. por LSF 1.2

Repetic. Esperadas


7

9.3

9.3



Tabla C1.

50 100 150 200 300 500 7004 510/431 456/392 437/377 428/369 419/362 414/360 412/359

4.5 439/365 380/328 359/313 349/305 339/297 331/292 328/2915 387/317 328/281 305/266 293/258 282/250 272/244 269/242

5.5 347/279 290/246 266/231 253/223 240/214 230/208 226/2066 315/249 261/218 237/204 223/196 209/187 198/180 193/178

6.5 289/225 238/196 214/183 201/175 186/166 173/159 168/1567 267/204 219/178 196/165 183/158 167/149 154/142 148/138

7.5 247/187 203/162 181/151 168/143 153/135 139/127 132/1248 230/172 189/149 168/138 156/131 141/123 126/116 120/112

8.5 215/159 177/138 158/128 145/121 131/113 116/106 109/1029 200/147 166/128 148/119 136/112 122/105 108/98 101/94

9.5 187/137 157/120 140/111 129/105 115/98 101/91 93/8710 174/127 148/112 132/104 122/98 108/91 95/84 87/81

10.5 163/119 140/105 125/97 115/92 103/86 89/79 82/7611 153/111 132/99 119/92 110/87 98/81 85/74 78/71

11.5 142/104 125/93 113/86 104/82 93/76 80/70 74/6712 133/97 119/88 108/82 100/78 89/72 77/66 70/63

12.5 123/91 113/83 103/78 95/74 85/68 73/63 67/6013 114/85 107/79 98/74 91/70 81/65 70/60 64/57

13.5 105/80 101/75 93/70 87/67 78/62 67/57 61/5414 97/75 96/71 89/67 83/63 75/59 65/54 59/51

Esfuerzo Equivalente - Tridems(Sin Berna de Concreto / Con Berna de Concreto)



Tabla C2.

50 100 200 300 500 7004 3.89/3.33 3.82/3.20 3.75/3.13 3.70/3.10 3.61/3.05 3.53/3.00

4.5 3.78/3.24 3.69/3.10 3.62/2.99 3.57/2.95 3.50/2.91 3.44/2.875 3.68/3.16 3.58/3.01 3.50/2.89 3.46/2.83 3.40/2.79 3.34/2.75

5.5 3.59/3.09 3.49/2.94 3.40/2.80 3.36/2.74 3.30/2.67 3.25/2.646 3.51/3.03 3.40/2.87 3.31/2.73 3.26/2.66 3.21/2.58 3.16/2.54

6.5 3.44/2.97 3.33/2.82 3.23/2.67 3.18/2.59 3.12/2.50 3.08/2.457 3.37/2.92 3.26/2.76 3.16/2.61 3.10/2.53 3.04/2.43 3.00/2.37

7.5 3.31/2.87 3.20/2.72 3.09/2.56 3.03/2.47 2.97/2.37 2.93/2.318 3.26/2.83 3.14/2.67 3.03/2.51 2.97/2.42 2.90/2.32 2.86/2.25

8.5 3.20/2.79 3.09/2.63 2.97/2.47 2.91/2.38 2.84/2.27 2.79/2.209 3.15/2.75 3.04/2.59 2.92/2.43 2.86/2.34 2.78/2.23 2.73/2.15

9.5 3.11/2.71 2.99/2.55 2.87/2.39 2.81/2.30 2.73/2.18 2.68/2.1110 3.06/2.67 2.94/2.51 2.83/2.35 2.76/2.26 2.68/2.15 2.63/2.07

10.5 3.02/2.64 2.90/2.48 2.78/2.32 2.72/2.23 2.64/2.11 2.58/2.0411 2.98/2.60 2.86/2.45 2.74/2.29 2.68/2.20 2.59/2.08 2.54/2.00

11.5 2.94/2.57 2.82/2.42 2.70/2.26 2.64/2.16 2.55/2.05 2.50/1.9712 2.91/2.54 2.79/2.39 2.67/2.23 2.60/2.13 2.51/2.02 2.46/1.94

12.5 2.87/2.51 2.75/2.36 2.63/2.20 2.56/2.11 2.48/1.99 2.42/1.9113 2.84/2.48 2.72/2.33 2.60/2.17 2.53/2.08 2.44/1.96 2.39/1.88

13.5 2.81/2.46 2.68/2.30 2.56/2.14 2.49/2.05 2.41/1.93 2.35/1.8614 2.78/2.43 2.65/2.28 2.53/2.12 2.46/2.03 2.38/1.91 2.32/1.83

Factor de Erosión - Tridems - Juntas con Dowels(Sin Berna de Concreto / Con Berna de Concreto)


k de la subrasante - subbase. pci



Tabla C3.

50 100 200 300 500 7004 4.06/3.50 3.97/3.38 3.88/3.30 3.82/3.25 3.74/3.21 3.67/3.16

4.5 3.95/3.40 3.85/3.28 3.76/3.18 3.70/3.13 3.63/3.08 3.56/3.045 3.85/3.32 3.75/3.19 3.66/3.08 3.60/3.03 3.52/2.97 3.46/2.93

5.5 3.76/3.26 3.66/3.11 3.56/3.00 3.51/2.94 3.43/2.87 3.37/2.836 3.68/3.20 3.58/3.05 3.48/2.92 3.42/2.86 3.35/2.79 3.29/2.74

6.5 3.61/3.14 3.50/2.99 3.40/2.86 3.34/2.79 3.27/2.72 3.21/2.677 3.54/3.09 3.43/2.94 3.33/2.80 3.27/2.73 3.20/2.65 3.14/2.60

7.5 3.48/3.05 3.37/2.89 3.26/2.75 3.20/2.67 3.13/2.59 3.08/2.548 3.42/3.01 3.31/2.84 3.20/2.70 3.14/2.62 3.07/2.54 3.01/2.48

8.5 3.37/2.97 3.25/2.80 3.15/2.65 3.09/2.58 3.01/2.49 2.96/2.439 3.32/2.94 3.20/2.77 3.09/2.61 3.03/2.53 2.95/2.44 2.90/2.38

9.5 3.27/2.91 3.15/2.73 3.04/2.58 2.98/2.49 2.90/2.40 2.85/2.3410 3.22/2.88 3.11/2.70 3.00/2.54 2.93/2.46 2.85/2.36 2.80/2.29

10.5 3.18/2.85 3.06/2.67 2.95/2.51 2.89/2.42 2.81/2.32 2.76/2.2611 3.14/2.83 3.02/2.65 2.91/2.48 2.84/2.39 2.77/2.29 2.71/2.22

11.5 3.10/2.80 2.98/2.62 2.87/2.45 2.80/2.36 2.72/2.26 2.67/2.1912 3.07/2.78 2.95/2.59 2.83/2.43 2.76/2.33 2.68/2.23 2.63/2.16

12.5 3.03/2.76 2.91/2.57 2.79/2.40 2.73/2.31 2.65/2.20 2.59/2.1313 3.00/2.74 2.88/2.55 2.76/2.38 2.69/2.28 2.61/2.17 2.56/2.10

13.5 2.97/2.72 2.84/2.53 2.73/2.35 2.66/2.26 2.58/2.15 2.25/2.0714 2.94/2.70 2.81/2.51 2.69/2.33 2.63/2.24 2.54/2.12 2.49/2.05


k de la subrasante - subbase. pci

Factor de Erosión - Tridems - Trabazón de Agregados en las Juntas(Sin Berna de Concreto / Con Berna de Concreto)


Apéndice D – Estimación del Volumen de Tráfico por Capacidad 58

APÉNDICE D ESTIMACIÓN DEL VOLUMEN DE TRÁFICO POR CAPACIDAD (Nota: Al momento de la preparación de esta publicación, la información sobre capacidad de carreteras se encontraba bajo revisión y análisis con métodos computacionales, por lo que los resultados pueden ser sustancialmente modificados. Se esperan nuevas publicaciones de la AASHTO y del “Manual de la Capacidad de Carreteras” de la FHWA para los años 1984 y 1985; cuando se dispongan de ellos, se deben reemplazar los métodos presentados en éste apéndice.) En el Capitulo 2, el volumen de tráfico (ADT) es estimado por un método basado en la proyección de una tasa de crecimiento del tráfico. Cuando éste volumen de tráfico proyectado es relativamente alto para un proyecto especifico, este método debe ser verificado por el Método de la Capacidad descrito aquí. La capacidad práctica de servicio de un pavimento está definida como el máximo número de vehículos por un carril y por hora que pueden pasar en un punto determinado, bajo condiciones de carretera y de tráfico prevalecientes, sin demoras irracionales o de restricción de la libertad para maniobrar. Estas condiciones prevalecientes incluyen la composición del tráfico, velocidad de los vehículos, clima, alineamiento, perfil, número y ancho de los carriles y área. El término capacidad práctica es comúnmente usado en referencia a carreteras existentes, y el término capacidad de diseño es usado con propósitos de diseño. Donde el flujo del tráfico es ininterrumpido -o algo así- la capacidad práctica y la capacidad de diseño son numéricamente iguales y tienen esencialmente el mismo significado. En este texto, el término capacidad de diseño es usado de acuerdo a lo descrito por la AASHTO. Las capacidades de diseño para varias clases de carreteras de múltiples carriles son resumidas en la Tabla D1. Capacidad ADT en Carreteras de Multiples Carriles Para el diseño de espesores es necesario convertir los automóviles de pasajeros por hora de la Tabla D1, a tráfico promedio diario en ambas direcciones (ADT). Para carreteras con múltiples carriles con flujo ininterrumpido, se usa la siguiente fórmula: 100 P 5000N ADT= --------------------------------------- x ----------------

100 + T ph ( i - 1) KD



Tabla D1.

Capacidades de Diseño para Carreteras de Carrilles Múltiples

Capacidad de diseño, carros de pasajeros por

hora, por carril de 12 pies

1500

1200

1000

700 - 900

500 - 700

Nota:

Vías rurales principales con considerables cruces de tráfico e interferencias al lado dela carretera

Tipo de Carretera

Vías libres urbanas con control en todos los accesos (30 a 35 mph)

Vías libres suburbanas con control en todos los accesos o parcial (35 a 40 mph)

Vías libres rurales con control total o parcial accesos

Vías rurales principales con moderados cruces de tráfico e interferencias al lado de lacarretera

- Los carros de pasajeros incluyen también panels, pickups, y otros vehículos comerciales de cuatro ruedas quefuncionan como carros de pasajeros en terminos de capacidad de tráfico. Los valores han sido tomados de lasreferencias 53 y 54.

- mph (millas po hora)

Tabla D2.

Capacidades de Diseño para Vías de Dos Carriles con Flujo ininterrumpido

L = 12 L = 11 L = 10

T ph

0 10 20T ph

0 10 20T ph

0 10 200 900 780 690 770 670 600 690 600 530

20 860 750 660 740 640 570 660 580 51040 800 700 620 690 600 530 620 540 4800 900 640 500 770 550 430 690 500 390

40 800 570 450 690 490 380 620 440 34060 720 510 400 620 440 340 550 400 31080 620 440 350 530 380 300 480 340 270

Nota:

Capacidad de diseño, en ambas direcciones, en vphdonde: L = ancho del carril en pies T ph = camiones, x, en horas punta

Alineamiento, porcentaje de la longitud total del

proyecto con distancias de

visibilidad menores que 1500 pies

- Camiones, no incluye a los vehículos de cuatro ruedas.

Nivelado

Aplanado

- Los valores tabulados se aplican cuando el espacio literal no esta restringido. Cuando el espacio es menos a 6pies, se aplica los factores de la referencia 53, Tabla II-11, página 89.

- Fuentes: Referencia 53, Tabla II-10, página 88.

Terreno



Donde: P = automóviles de pasajeros por carril por hora (de la Tabla 1) N = Número total de carriles en ambas direcciones Tph = porcentaje de camiones, durante las horas punta (en esta publicación se limita a 2/3 del ADTT) j = Número de automóviles de pasajeros equivalente a un camión (= 4 en un terreno aplanado, =2 en un terreno natural nivelado) K = Volumen en la hora de diseño, DHV (Design hour volume), expresado como un porcentaje del ADT (15% para vías libres rurales, 12% para vías libres urbanas; en este texto. D = Porcentaje de tráfico, en la dirección del tráfico más pesado durante las horas punta - entre 50% a 75% (=67% para vías libres rurales, =60% para vías libres urbanas; en este texto) El análisis detallado de esta fórmula puede ser encontrado en las Referencias 53, 54 y 55. Como se presenta aquí, el símbolo para un término, T, de la fórmula Tph difiere del símbolo para este término en las referencias. En este texto: T = Camiones - incluyendo solamente las unidades simples con más de cuatro ruedas y todas sus combinaciones (no incluye panels, pickups, y otras unidades simples con cuatro ruedas. ADTT = Tráfico promedio diario de camiones en ambas direcciones - puede ser expresado como un porcentaje del ADT ó como un valor actual. Capacidad de Carreteras de dos Carriles Los factores más importantes en la capacidad de diseño para carreteras de dos carriles son: (1) el porcentaje de la longitud total del proyecto donde la distancia de visibilidad es menor de 1500 pies y (2) los anchos de carril menores de 12 pies. La capacidad de diseño en vehículos por hora (vph) para un flujo ininterrumpido en carreteras de dos carriles, se muestra en la Tabla D2. Constituye una buena práctica, usar tanto los factores de proyección del tráfico como las capacidades de diseño, para el diseño del espesor en un proyecto especifico. Por ejemplo, si una ruta existente de dos carriles está llevando un ADT de 4,000 y el factor de proyección es 2.7, el ADT proyectado debería ser de 10,800. Esto representa más que los 4,000 vehículos por día (vpd) y mayor que la capacidad de diseño de virtualmente todas las carreteras de dos carriles. Por otro lado, un ADT de 10,800 está por debajo de la capacidad de diseño para la mayoría de carreteras de cuatro carriles. La capacidad de diseño no debe ser usada donde se tenga un ADT mayor que el mostrado por la proyección del tráfico.

DISEÑO DE ESPESORES PARA PAVIMENTOS DE ......Diseño de Pavimentos de Hormigón – Método PCA...

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