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DISEÑO DE PAVIMENTOS RÍGIDOS Ing. Diego H. Calo
Coordinador Departamento Técnico de Pavimentos
JORNADAS DE ACTUALIZACIÓN TÉCNICA
Dirección Nacional de Vialidad – Casa Central
19 y 20 de Noviembre de 2014
INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
ÍNDICE DE LA PRESENTACIÓN
• Suelos de subrasante.
• Consideraciones de bases y drenaje.
• Comportamiento de los pavimentos
frente a cargas.
• Dimensionamiento de espesores.
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Componentes Principales del Sistema
Junta Longitudinal
Junta Transversal
Subrasante
Subbase o base
Espesor
Pasadores
Calzada de Hormigón
Barras de Unión
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Objetivos del diseño
• Seleccionar espesores de diseño acordes con el tránsito previsto y las
condiciones de soporte.
• Provisión de un soporte razonablemente uniforme (control de cambios
volumétricos en subrasantes expansivas y de la acción de la helada en
zonas donde se prevé el congelamiento de la subrasante).
• Prevención del bombeo mediante bases adecuadas en caso de tránsito
pesado.
• Diseño adecuado de juntas.
• Evaluación de los materiales componentes del hormigón que aseguren los
requisitos de resistencia y durabilidad durante la vida proyectada.
• Especificar el empleo de materiales de sello adecuados y resistentes al
intemperismo.
• Especificar para su construcción el empleo de tecnologías acorde con la
lisura que se pretende.
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Suelos de Subrasante
Además de servir como soporte, la subrasante es parte integral de su
estructura, por lo cual, su calidad es un factor de suma importancia que
afecta sustancialmente el comportamiento y la durabilidad del pavimento.
RÍGIDO FLEXIBLE
El hormigón por su elevada rigidez distribuye las cargas en mayores superficie y
Transmite presiones bajas a la subrasante
Los pavimentos de
hormigón no requieren
subrasantes de elevada
resistencia, pero sí un
apoyo razonablemente
uniforme, sin cambios
bruscos en la capacidad
portante.
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Soporte Uniforme Estable y Permamente
Cualquier fundación de pavimentos rígidos deberá verificar el cumplimiento de
los siguientes requisitos:
• Uniformidad: No deberá existir cambios abruptos en las características de
los materiales (zonas débiles o de elevada rigidez)
• Control de subrasantes expansivas para asegurar un soporte uniforme
tanto en temporadas o estaciones húmedas como secas.
• Control de hinchamientos por congelamiento en zonas expuestas a esta
condición.
• Resistencia a la erosión en pavimentos sujetos a importantes volúmenes de
tránsito pesado.
CUALQUIER PAVIMENTO DE HORMIGÓN
EXPERIMENTARÁ PROBLEMAS CON SUBRASANTES Y
SUBBASES NO APROPIADAMENTE DISEÑADAS Y
CONSTRUIDAS
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¿Cuándo es necesario una base?
Existe riesgo de erosión por bombeo cuando
se presentan en forma simultánea las
siguientes condiciones:
– Repeticiones reiteradas de cargas pesadas (camiones) capaces de generar deflexiones importantes en juntas y bordes de la calzada de hormigón.
– Disponibilidad de agua en la interfase losa – subbase – banquina.
– Una subrasante compuesta por suelos finos o capaces de entrar en suspensión.
Cuando en un pavimento determinado se prevea la eventual coexistencia de estos
factores el EMPLEO DE UNA BASE NO EROSIONABLE ES DE
CARÁCTER OBLIGATORIO.
Material Fino
ó Erosionable
Tránsito
Pesado
Agua Disponible
E
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Otros beneficios
Además de sus función principal de
prevenir la erosión por bombeo, una
capa de base permite:
• Mejorar las condiciones de
homogeneidad del soporte.
• Conformar una plataforma de trabajo
adecuada, no susceptible a las
condiciones climáticas reinantes y
apta para la circulación de los
vehículos de obra.
Si se encuentra prevista la construcción de la calzada con equipos pavimentadores
de encofrados deslizantes, el ancho de la base debe contemplar la superficie de
tracción para las orugas del equipo de pavimentación, debiéndose prever un
sobreancho de aproximadamente 0,80 m a 1 m a cada lado de la calzada.
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Influencia de la Subbase en el espesor de
calzada
El espesor de calzada de hormigón de
diseño es relativamente poco sensible a
la rigidez de su apoyo por lo que no es
una decisión adecuada incrementar la
resistencia o el espesor de la subbase
con el fin de reducir el espesor de
calzada.
La resistencia de la subrasante se valora mediante su módulo de reacción. La
incorporación de una subbase al pavimento incrementa significativamente el
módulo de reacción combinado subrasante/subbase.
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Tránsito
Escalonamiento Inicial Banq. Externa
Juntas Transversales
Junta
Longitud.
Banq. Externa
Incremento del
escalonamiento
Banq. Externa
3ER ETAPA
2DA ETAPA
1ER ETAPA
Eyección de Finos
Eyección de Finos
Fisuración
Transversal
Mecanismos de falla en Pavimentos de Hº Simple
Erosión por Bombeo y Escalonamiento
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Resistencia a la Erosión
Clase Potencial de Erosión Tipo de Material
A Extremadamente
Resistente a la erosión
Hormigón pobre con 7% - 8% de cemento ó concreto
asfáltico con 6% de asfalto.
B Resistente a la erosión Material granular tratado con 5% de cemento.
C
Resistente a la erosión
bajo ciertas
condiciones
Material granular elaborado en planta con 3,5% de
cemento o 3% de asfalto.
D Bastante erosionables
Material granular elaborado in situ con 2,5% de
cemento; suelos finos tratados con cemento in situ;
Materiales granulares limpios, bien graduados y de
buena calidad.
E Muy erosionables Materiales granulares contaminados no tratados;
Suelos finos no estabilizados.
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Bases granulares
Este tipo de bases suelen estar constituidas por una mezcla bien graduada
de diferentes tipos de suelos y agregados. El criterio principal para emplear
una base granular en un pavimento de hormigón es el de limitar el
contenido de finos para evitar:
• que la capa acumule agua y
• que estos sean erosionados por el fenómeno de bombeo.
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Requisitos generales
• Espesor mínimo: 10 cm.
• TM < 1/3 del espesor.
• P200 < 15%.
• Desgaste Los Angeles < 50%.
Recomendaciones:
• No emplear espesores
mayores de 15 cm.
• Deberá especificarse una
densidad mínima del 98% del
T-180.
Bases granulares 13
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Bases tratadas con cemento
Corresponde la mezcla de suelo (en el mas
amplio sentido de su definición) con cemento, la
cual es compactada por medios mecánicos.
Ej: suelo – cemento, suelo – arena- cemento,
grava - cemento, ripio- cemento, estabilizado
granular con cemento, etc.).
Ventajas:
• Aprovechamiento de los materiales locales.
• Incremento de la resistencia a la erosión.
• Evita la consolidación por cargas.
• Menores deflexiones.
• Mejor transferencia de carga.
• Incremento de la rigidez de apoyo.
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Características:
• Espesor mínimo: 10 cm.
• Tipo de suelo recomendado para tránsito
pesado: A1, A2-4, A2-5 y A3 (ACPA).
• Tipo de suelos aceptable para tránsito liviano
A4 y A5.
• Tamaño máximo: 75 mm.
• Durabilidad por congelamiento – deshielo y
humedecimiento – secado.
• Contenidos de Cemento: de 2% a 5%
(granulares) y de 6 a 10% (suelos finos).
• Romper la adherencia con emulsión asfáltica,
film de polietileno o dos capas de membrana en
base a parafina.
Bases tratadas con cemento
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Bases de hormigón pobre
• Este tipo de bases se han popularizado
en los últimos años, en especial para vías
donde existe tránsito pesado.
• Se diferencian de las anteriores en que
no requieren compactación mecánica, lo
que en ámbitos urbanos permite reducir
las molestias a los vecinos.
• Suelen ejecutarse de forma similar y con
el mismo equipamiento que se emplea
en los pavimentos de hormigón.
• A diferencia del pavimento, no requieren
la ejecución de juntas intermedias, y es
recomendable interponer un ruptor de
adherencia con la calzada.
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Bases de hormigón pobre
Requisitos:
• Espesor mínimo: 10 cm.
• Resistencia a compresión de 5 MPa a 8 MPa.
• Contenido de cemento de 120 a 200 kg/m3.
• Contenido de aire de 6 a 8%.
• Tamaño máximo hasta de 25 a 50 mm.
• Tolerancias: ± 6 mm en la regla de 3 m.
• Pueden ser densas o drenantes (Hº poroso).
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Bases tratadas con Asfalto
Requisitos:
• Espesor mínimo: 5 cm.
• Contenido de asfalto típico: 4% – 4,5%.
• TM: 19 mm.
• Tolerancias: ± 6 mm en la regla de 3 m.
• Pueden ser densas o drenantes (Aº poroso).
Recomendaciones constructivas:
• Los lineamientos constructivos
corresponden a los empleados para la
ejecución de cualquier capa asfáltica.
• En verano mantener la cancha humedecida o
blanquearla (Riego de agua con cal.)
En ocasiones se emplean sobre bases
tratadas con cemento para reducir la
rigidez de apoyo e incrementar la
resistencia a la erosión. En estos casos
se denomina como interlayer asfáltico y
el espesor de dicha capa puede
reducirse hasta 2,5 cm.
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El agua en la estructura del Pavimento
Vías de Ingreso de Humedad
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Sistemas de Subdrenaje
¿Como combatir los problemas asociados a humedad en la estructura del
pavimento?
Evitar el ingreso del agua en la estructura del pavimento: Elevación adecuada de la
rasante respecto del terreno, adopción de pendientes transversales y longitudinales
apropiadas que permitan un drenaje superficial eficiente y sellado de las juntas y
fisuras con el objetivo de reducir la infiltración de agua a las capas inferiores.
Emplear materiales no sensibles a la humedad (elevada resistencia a la erosión).
Incorporar elementos de diseño que minimicen los daños por humedad:
Incorporación de pasadores en las juntas transversales, empleo de sobreanchos de
calzada, incorporación de banquina de hormigón vinculada, incorporación de una
capa granular entre la base tratada y la subrasante, etc.
Eliminar el agua libre mediante una estructura de subdrenaje: el propósito de la
incorporación de un sistema de este tipo es eliminar rápidamente el agua infiltrada
a la estructura del pavimento.
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Sistemas de Subdrenaje
¿Cuando se necesita un sistema de Subdrenaje?
• Los sistemas de drenaje son elementos de diseño que incrementan sensiblemente el
costo de construcción.
• A fin de que se encuentren plenamente justificados, debe probarse que generan una
mejora en el desempeño del pavimento.
• En USA se han efectuado una serie de proyectos de investigación para brindar una
respuesta a estas inquietudes (NCHRP 1-34 a 1-34D).
• Conclusiones a las que arribó este estudio:
- La rigidez de la base resultó ser más influyente que el drenaje en el comportamiento de los
pavimentos de hormigón.
- Se ha observado que existe una rigidez óptima (ni muy rígida, ni muy flexible).
- La presencia de agua en la estructura del pavimento ha resultado muy perjudicial en el
desempeño del pavimento en el pasado.
- Los diseños actuales son menos susceptibles a los daños por exceso de humedad (mayores
espesores, mejor calidad de materiales, uso extensivo de pasadores, etc.
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Sistemas de Subdrenaje ¿Cuando se necesita un sistema de Subdrenaje?
“El estado del arte actual es tal que no es posible establecer definiciones concluyentes
acerca de la efectividad de los sistemas de subdrenaje o la necesidad de drenaje
subsuperficial” (fuente: MEPDG Part 3. Design Analysis).
De cualquier manera, bajo determinadas condiciones, el empleo de un sistema de
subdrenaje puede encontrarse justificado, en especial en tránsito pesado, climas húmedos y
suelos de subrasante de baja permeabilidad.
Condición
climática
Más de 12 millones de
camiones en el carril de
diseño en 20 años
Entre 2,5 y 12 millones de
camiones en el carril de
diseño en 20 años
Menos de 2,5 millones de
camiones en el carril de
diseño en 20 años
k<3 3<k<30 k>30 k<3 3<k<30 k>30 k<3 3<k<30 k>30
Húmeda con
congelamiento R R F R R F F NR NR
Húmeda sin
congelamiento R R F R F F F NR NR
Seca con
congelamiento F F NR F F NR NR NR NR
Seca sin
congelamiento F NR NR NR NR NR NR NR NR
K: Permeabilidad de la subrasante en m/día; R: Recomendable; F: Factible; NR: No recomendado
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Comportamiento de los Pavimentos Rígidos Principales Mecanismos de falla
Fisuración por Fatiga Perdida de soporte por Erosión
Tránsito
Escalonamiento Inicial Banq. Externa
Juntas Transversales
Junta
Longitud.
Banq. Externa
Incremento del
escalonamiento
Banq. Externa
3ER ETAPA
2DA ETAPA
1ER ETAPA
Eyección de Finos
Eyección de Finos
Fisuración
Transversal
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Tensiones debidas a Cargas
Datos:
• Espesor: 25 cm.
• Largo: 4,50 m.
• Ancho: 3,65 m.
• ∆T: 0ºC.
• k: 150 MPa/m
• Eje simple 100 KN
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Tensiones debidas a Cargas
Datos:
• Espesor: 25 cm.
• Largo: 4,50 m.
• Ancho: 3,65 m.
• ∆T: 0ºC.
• Eje simple 100 kN K: 50 MPa/m
K: 100 MPa/m
K: 150 MPa/m
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Tensiones de alabeo
Datos:
• Espesor: 25 cm.
• Largo: 4,50 m.
• Ancho: 3,65 m.
• ∆T: 10ºC.
• E: 35 GPa.
• CET: 1,10 10-5 1/ºC
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Deformaciones debidas a cargas
Datos:
• Espesor: 25 cm.
• Largo: 4,50 m.
• Ancho: 3,65 m.
• ∆T: 0ºC.
• k: 150 MPa/m
• Eje simple 100 KN Carga Interna - Dzmax: 0,144 mm (100%) Carga en Borde - Dzmax: 0,26 mm (180%)
Carga en Junta - Dzmax: 0,389 mm (270%) Carga en Esquina - Dzmax: 0,646 mm (450%)
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Transferencia de Cargas
Juntas Transversales (Pasadores)
• Permiten reducir las deflexiones desarrolladas
en la esquina de las losas.
• Su inclusión o no depende principalmente del
volumen de vehículos pesados previsto.
Bordes de calzada (Banquina de H° o
Sobreancho - Cordon Cuneta)
• Permiten reducir las tensiones desarrolladas en
los bordes y las deflexiones generadas en los
bordes y esquina de losas.
• Desde el punto de vista estructural, la banquina
de hormigón, el sobreancho y los cordones –
cuneta, tienen un efecto similar.
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Transferencia de carga por trabazón
entre agregados
Interacción de corte entre partículas de agregados de las caras de la junta por debajo del aserrado primario.
Resulta aceptable para vías de bajo tránsito pesado
(80 a 120 VP/d)
El grado de transferencia de carga se encuentra
afectado por:
• Espesor de losa.
• Separación entre juntas (abertura de juntas)
•Empleo de agregados triturados.
• Agregados con TM > 25 mm.
• Subbases Rígidas.
• Condiciones de soporte en bordes.
Trabazón entre agregados por
debajo del aserrado primario
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Transferencia de carga - Pasadores
Características:
Tipo de acero Tipo I (AL-220)
Superficie Lisa, libre de óxido y con tratamiento que impida la
adherencia al hormigón.
Longitud 45 cm.
Diámetro 25 mm para E 20 cm
32 mm para 20 < E 25 cm
38 mm para E > 25 cm
Separación 30 cm. de centro a centro
15 cm. de centro a borde
Ubicación Paralelo al eje de calzada
Mitad del espesor de losa
Mitad a cada lado de la junta transversal
Deben emplearse en vías de Tránsito Pesado (donde no es suficiente
la transferencia de carga por trabazón).
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Sobreancho de Calzada
Datos:
• Espesor: 25 cm.
• Largo: 4,50 m.
• Ancho: 4,25 m.
• ∆T: 0ºC.
• CET: 1,10 10-5 1/ºC
• k: 150 MPa/m.
• Eje Simple: 100 KN
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Influencia de la transferencia de Carga
En Esquina sin sob y sin pas - Dzmax: 0,506 mm (377%)
En Esquina sin sob y con pas - Dzmax: 0,350 mm (260%)
En Esquina con sob y sin pas - Dzmax: 0,295 mm (220%)
En Esquina con sob y con pas - Dzmax: 0,216 mm (160%)
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PCA 84 Y ACPA STREETPAVE
• Procedimiento Empírico- Mecanicista basado en
respuestas de pavimentos matemáticamente
calculadas. Calibrado con Ensayos de campo y rutas
en servicio.
• Se basa en un análisis de las tensiones y deflexiones
generadas en las juntas, esquinas y bordes del
Pavimento.
• Considera a las losas con dimensiones Finitas y
ubicación variable de las cargas.
• Modelación de la transferencia de Carga en Juntas transversales y en juntas
Longitudinales (Central y Banquina).
• Limita las tensiones desarrolladas en el Pavimento (verificación por fatiga).
• Limita las deflexiones desarrolladas en bordes y esquinas (Criterio de
verificación por erosión).
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Criterio de verificación
• La Fatiga Total del pavimento corresponde a la sumatoria de la fatiga
consumida por cada grupo de cargas.
• El daño por erosión total corresponde a la sumatoria de la erosión
consumida por cada grupo de cargas.
• Para que constituya un diseño válido, la fatiga total y el daño por erosión
debe ser inferior al 100%.
• Usualmente el criterio de Fatiga controla el diseño de pavimentos de bajo
tránsito pesado.
– En general los ejes simples causan un daño mayor por fatiga.
• Usualmente el criterio de Erosión controla el diseño de pavimentos de
elevado tránsito pesado.
– En general los ejes tándem causan un daño mayor por Erosión.
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Modelo de Fatiga (ACPAStreetPave)
0
2
4
6
8
10
12
14
0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
Relación de Tensiones
Nu
mero
de a
pli
cacio
nes a
dm
isib
les,
Lo
g N
PCA
S = 95%
S = 90%
S = 80%
S = 70%
S = 60%
S = 50%
217.0
24.10
0112.0
log)log(
SSRNf
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Valor Soporte de los Suelos de Subrasante
• No se requiere una determinación precisa
de la capacidad soporte de la subrasante
(k, Mr).
• Determinación del Módulo de Reacción
K de la subrasante: Costoso y demanda
de Tiempo excesiva.
• Usualmente se realizan otros ensayos de
rutina (ej. CBR) para su correlación con
el módulo de reacción.
El error involucrado no incide en el diseño
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Base y Subbase. Módulo Combinado kc
• La incorporación de una base / subbase al pavimento incrementa significativamente el
módulo de reacción combinado subrasante/subbase.
• Si se contempla en el proyecto el tratamiento de la misma con agentes estabilizantes,
se deberá incorporar a la capa de suelo tratado, como una capa de subbase separada.
Ejemplo: Valores típicos de k combinado (subrasante /subbase) para capas no tratadas
Valor k de la
subrasante [MPa/m]
Espesor de la subbase con módulo entre 100 y 500 MPa
100 mm 150 mm 230 mm 305 mm
27,0 28,6 - 34,5 31,1 - 40,9 35,6 - 51,1 39,9 - 60,7
40,5 40,8 - 49,3 43,5 - 57,2 48,7 - 69,9 53,8 - 81,8
54,0 54,0 - 63,6 55,2 - 72,6 60,8 - 87,3 66,5 - 101,1
En el caso que se emplee más de
una capa de subbase, se requerirá
entonces que este procedimiento
sea reiterado, desde la subrasante
hacia el nivel de apoyo. kc1
kc2
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Propiedades Mecánicas del Hormigón
• Las condiciones de durabilidad son las que establecerán los parámetros mínimos de
resistencia del hormigón a emplear.
• Debe especificarse la resistencia media a flexión.
• Para mayor simplicidad el control de calidad y recepción se efectúa mediante
ensayos a compresión.
C σ (MPa) K MR (MPa) × =
K = 0,7 Para agregados Redondeados
K = 0,8 Para agregados Triturados
Tipo de exposición Relación a/c Clase H°
Ambiente no agresivo / normal / cálido y húmedo ≤ 0,50 ≥ H-30
Congelamiento y deshielo (sin sales descongelantes) ** ≤ 0,45 ≥ H-30
Congelamiento y deshielo (con sales descongelantes) ** ≤ 0,40 ≥ H-35
Exposición moderada a sulfatos solubles (0,10 a 0,20 % en masa) ≤ 0,50 ≥ H-30
Exposición severa a sulfatos solubles (0,20 a 2,0 % en masa) ≤ 0,45 ≥ H-35
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Período de Diseño
• Es la vida útil teórica del pavimento antes de que éste requiera una
rehabilitación importante o reconstrucción.
• Es un parámetro que debe definir el Comitente.
• Esta no representa necesariamente la vida útil, la cuál podrá ser mayor a la
supuesta en el diseño, o más corta debido a un incremento inesperado del
tránsito.
• Los períodos de diseño en pavimentos rígidos comúnmente oscilan entre 20 y
40 años.
• Se ha observado recientemente en algunos países de la Unión Europea y en
los Estados Unidos un cambio de esta tendencia, hacia pavimentos de
“Prolongada Vida Útil” (“Long-life Concrete Pavements”).
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Tránsito. Configuración de Cargas por Eje
• La información requerida incluye la cantidad de vehículos pesados y su
composición.
• Para el diseño estructural solamente se considerarán aquellos vehículos con una
configuración mínima de 2 ejes y eje trasero con duales.
• El método requiere contar con la distribución de cargas por eje para cada tipo de
Eje (Simples, Dobles y Triples).
• En el procedimiento se incorpora un procedimiento “Simplificado” el cuál
incorpora valores estadísticos de censos de carga en pavimentos de los Estados
Unidos. (OJO<!!!.. Pueden no ser representativos de las condiciones
locales).
• Resultará una mejor práctica analizar distintas hipótesis de carga posibles,
considerando la distribución por configuración de ejes de aquellos vehículos que
solicitan al pavimento y previendo para los mismos distintas hipótesis de carga.
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Transferencia de Carga
Con cordón integral,
si el cordón se ejecuta en una
segunda etapa, no hay
contribución estructural
D2 = 0
D1 = x
Mala Transferencia de Carga
• Trabazón entre agregados
• Pasadores
• Rigidización de Bordes
– Banquina Vinculada
– Cordón Cuneta
– Sobreancho de Carril
Es la capacidad de una losa de transferir su carga a una losa vecina
D1 = X/2 D2 = X/2
Buena Transferencia de Carga
Tienen un
efecto similar
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Factor de Seguridad de Cargas (PCA´84)
Se aplica con el fin de resguardar al pavimento de las imprevistas sobrecargas
de vehículos pesados al mayorar las cargas de tránsito previstas.
Los valores recomendados por la PCA son:
• Autopistas y rutas de alto volumen de tránsito pesado, donde sea
requerido un flujo ininterrumpido del tránsito, FSC=1,2.
• Rutas y arterias importantes con moderado volumen de tránsito pesado,
FSC=1,1.
• Rutas y otras vías de bajo volumen de tránsito pesado y calles
residenciales, FSC=1,0.
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Confiabilidad (ACPA Streetpave)
• Es simplemente un factor de seguridad.
• Representa la probabilidad estadística que un pavimento alcance las condiciones
previstas en el diseño al final de su vida útil.
• También establece la porción del pavimento que se encontrará en condiciones de
continuar sirviendo al tránsito al final del período de diseño.
• El valor de confiabilidad a emplear en la verificación es una variable que debe ser
determinada por el comitente de los trabajos, ya que la misma se encontrará asociada
al costo de los mismos.
Clasificación Funcional del Camino Confiabilidad Recomendada
Urbano Rural
Autopistas 85 - 99 80 – 99
Arterias Principales 80 - 99 75 – 95
Calles Colectoras 80 - 95 75 – 95
Calles Residenciales y Rutas locales 50 - 80 50 – 80
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Porcentaje de losas fisuradas
(ACPA StreetPave)
Nivel Recomendado de Losas Fisuradas para cada Tipo de
camino
Tipo de Camino Porcentaje recomendado de Losas Fisuradas al Final de su Vida Útil
(Por defecto) 15%
Autopistas, Rutas 5%
Arterias Menores 10%
Calles Colectoras 15%
Calles Residenciales 25%
Representa para el proyectista el valor admisible de losas fisuradas al final del
período de diseño.
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Efecto combinado del Porcentaje de losas fisuradas con la confiabilidad.
50% /Fisuradas Losasdad)Confiabili(100%Probable Valor
Clasificación Confiabilidad Losas Fisuradas Losas fisuradas
(valor probable)
Residencial Liviano 75 % 15 % 7,5 %
Residencial 80 % 15 % 6 %
Colectoras 85 % 10 % 3 %
Arteria Menor 90 % 10 % 2 %
Arteria Principal 95 % 5% 0,5 %
Porcentaje de losas fisuradas
(ACPA StreetPave)
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VERIFICACIÓN DEL ESPESOR DEL PAVIMENTO
PROYECTO: EJEMPLO
ESPESOR: 25 cm Transf. juntas Pasadores
Kcombinado: 130 MPa/m Trans. Bordes: Sin Banquina Rígida
FSC: 1,2 P. De diseño: 30 años
EJES SIMPLES
Carga
Carga x FSC Repeticiones
Esperadas
Análisis de Fatiga Análisis de Erosión
Repeticiones
Admisibles
Consumo de
Fatiga
Repeticiones
Admisibles
Consumo de
Erosión
(1) (2) = (1) x FSC (3) (4) (5) =(3) / (4) (6) (7) = (3) / (6)
16,0 19,2 608 550000 0,11 1000000 0,06
15,0 18,0 6031 2600000 0,23 1500000 0,40
14,0 16,8 42082 Ilimitado 0,00 2200000 1,91
13,0 15,6 207869 Ilimitado 0,00 3500000 5,94
12,0 14,4 733635 Ilimitado 0,00 5800000 12,65
11,0 13,2 1876473 Ilimitado 0,00 11000000 17,06
10,0 12,0 3551184 Ilimitado 0,00 24400000 14,55
9,0 10,8 5108831 Ilimitado 0,00 Ilimitado 0,00
8,0 9,6 5755777 Ilimitado 0,00 Ilimitado 0,00
7,0 8,4 5206314 Ilimitado 0,00 Ilimitado 0,00
6,0 7,2 3825604 Ilimitado 0,00 Ilimitado 0,00
5,0 6,0 2270497 Ilimitado 0,00 Ilimitado 0,00
SUMA PARCIAL: 0,34 52,58
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EJES DOBLES
Carga
Carga x FSC Repeticiones
Esperadas
Análisis de Fatiga Análisis de Erosión
Repeticiones
Admisibles
Consumo de
Fatiga
Repeticiones
Admisibles
Consumo de
Erosión
(1) (2) = (1) x FSC (3) (4) (5) =(3) / (4) (6) (7) = (3) / (6)
30,0 36,0 1 Ilimitado 0,00 690000 0,00
28,0 33,6 22 Ilimitado 0,00 1000000 0,00
26,0 31,2 534 Ilimitado 0,00 1650000 0,03
24,0 28,8 7655 Ilimitado 0,00 2630000 0,29
22,0 26,4 64801 Ilimitado 0,00 4480000 1,44
20,0 24,0 325817 Ilimitado 0,00 8600000 3,79
18,0 21,6 984217 Ilimitado 0,00 20000000 4,92
16,0 19,2 1827071 Ilimitado 0,00 Ilimitado 0,00
14,0 16,8 2173638 Ilimitado 0,00 Ilimitado 0,00
SUMA PARCIAL: 0,00 10,48
EJES TRIPLES
39,0 46,8 20 Ilimitado 0,00 860000 0,00
36,0 43,2 405 Ilimitado 0,00 1400000 0,03
33,0 39,6 4700 Ilimitado 0,00 2400000 0,20
30,0 36,0 30966 Ilimitado 0,00 4200000 0,74
27,0 32,4 116958 Ilimitado 0,00 8600000 1,36
24,0 28,8 258135 Ilimitado 0,00 22000000 1,16
21,0 25,2 347582 Ilimitado 0,00 Ilimitado 0,00
18,0 21,6 309480 Ilimitado 0,00 Ilimitado 0,00
SUMA PARCIAL: 0,00 3,48
TOTAL 0,34 % 66,54 %
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Metodo AASHTO 1993
AASHO Road Test (1958-1960)
• Tercer ensayo a gran escala en pavimentos.
• Se evaluaron secciones de pavimento rígido y flexible.
• Se evaluaron distintas configuraciones de carga, espesores de calzada y subbase.
• Se estudiaron secciones de pavimentos de hormigón simple y reforzado.
• Objetivo central: desarrollar relaciones entre cargas de tránsito pesado aplicadas, estructura del pavimento y pérdida de Serviciabilidad.
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Procedimiento AASHTO y sus
modificaciones
1961-62 AASHO Interim Guide for the Design of Rigid and Flexible Pavements
1972 AASHTO Interim Guide for the Design of Pavement Structures - 1972
1981 Revised Chapter III on Portland Cement Concrete Pavement Design
1986 Guide for the Design of Pavement Structures
1993 Revised Overlay Design Procedures
1998 Allowed for seasonal adjustments in k-value
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• Serviciabilidad Inicial (po).
• Serviciabilidad final (pt).
• Período de diseño
• Tránsito en ejes equivalentes (W18)
• Factor de transferencia de carga (J)
• Módulo de rotura del Hormigón (MR)
• Módulo de elasticidad del Hormigón ( Ec)
• Módulo de reacción de la subrasante (k, LOS)
• Coeficiente de drenaje (Cd)
• Confiabilidad (R, ZR).
• Desvío Global (so).
Método AASHTO 1993
Factores involucrados en el diseño
Siempre incorporar
el valor medio o más
probable
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Serviciabilidad
Es la capacidad del pavimento de prestar servicio al tránsito que circula por el camino.
Muy Bueno
Bueno
Regular
Pobre
Muy Pobre
5.0
4.0
3.0
2.0
1.0
0.0
INDICE DE SERVICIABILIDAD
PRESENTE (PSI)
Serv
icia
bilid
ad
Tránsito Acumulado
po
Requiere Rehabilitación pt
Δpsi
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Tránsito
Ejes Equivalentes
• Representa al total de las cargas que se prevé que solicitarán al pavimento
durante su vida en servicio expresadas en Ejes equivalentes de 18 Kips (8,2 T).
• Las cargas de tránsito se convierten a ejes equivalentes mediante la aplicación
de los factores de equivalencia de carga (factores de daño relativo).
Nº Total de Ejes Equivalentes de 8,2 T
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Transferencia de Carga - Efecto de
pasadores y Banquina de Hormigón
• La transferencia de carga en las juntas y bordes de calzada se tiene en cuenta
mediante el Factor de Transferencia de Carga, J.
• Depende del tipo de pavimento, de las condiciones de soporte de bordes y
de la transferencia de carga en juntas.
ESAL´s [Millones]
Soporte de Borde
JPCP y JRCP (c-pas) JPCP y JRCP (s-pas)
NO SI NO SI
< 0,3 3,2 2,7 3,2 2,8
0,3 a 1 3,2 2,7 3,4 3,0
1 a 3 3,2 2,7 3,6 3,1
3 a 10 3,2 2,7 3,8 3,2
10 a 30 3,2 2,7 4,1 3,4
> 30 3,2 2,7 4,3 3,6
Fuente: WinPAS Manual - Simplified Design Guide.
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Existen dos propiedades que requiere el método:
– Módulo de Rotura medio a 28 días.
– Módulo de Elasticidad, Ec.
Ec = 6750 MR en psi/Mpa (ACPA WinPas)
Ec = 57,000 (f’c)0.5 en psi. (ACI 318)
Propiedades del Hormigón
h
L/3
Luz = L
L/3 L/3
d=L/3
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Propiedades de la Subrasante /Subbase
• Módulo resiliente subrasante (Mr)
• Tipo de Subbase (E)
• Espesor de Subbase Pérdida de
Soporte
Módulo de reacción Combinado (kc)
Propiedades de la subrasante y Subbase
asociadas al diseño son:
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Propiedades de la Subrasante /Subbase
Pérdida de soporte
• La Pérdida de soporte tiene en cuenta la
erosión de la subbase y subrasante.
• Mediante este factor se reduce el valor k
debido a la esperada por la erosión de la
subrasante.
• Una pérdida de soporte de 0 considera la
condición del suelo en el ensayo AASHO.
• Este valor se sitúa entre 0 y 3.
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Coeficiente de Drenaje, Cd
Calidad de
drenaje
Porcentaje del tiempo que la estructura del pavimento
se encuentra expuesta a niveles de humedad próximos a
la saturación
< 1% 1% - 5% 5% – 25% > 25%
Excelente 1,25 – 1,20 1,20 – 1,15 1,15 – 1,10 1,10
Buena 1,20 – 1,15 1,15 – 1,10 1,10 – 1,00 1,00
Regular 1,15 – 1,10 1,10 – 1,00 1,00 – 0,90 0,90
Pobre 1,10 – 1,00 1,00 – 0,90 0,90 – 0,80 0,8
Muy Pobre 1,00 – 0,90 0,90 – 0,80 0,80 – 0,70 0,7
Drenaje Excelente: El suelo drena al 50% de su saturación en 2 horas.
Drenaje Bueno: El suelo drena al 50% de su saturación en 1 día.
Drenaje Regular: El suelo drena al 50% de su saturación en 7 días.
Drenaje pobre: El suelo drena al 50% de su saturación en 1 mes.
Drenaje muy pobre: El suelo no drena
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Confiabilidad, R y So
Log ESALs
SERV
ICEA
BIL
IDA
D
pt
po
Curva de diseño
Curva de
Desempeño
ZR * so
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Confiabilidad, R
• Es la probabilidad estadística que un pavimento alcance la vida de diseño para
lo cuál fue proyectado.
• De alguna forma también establece la porción del pavimento que se
encontrará en condiciones de servir al tránsito presente al final de su edad de
diseño.
Clasificación
Funcional
Nivel de Confiabilidad Recomendado
Urbano Rural
Autopistas 85 – 99,9 80 – 99,9
Arterias Principales 80 – 99 75 – 99
Colectoras 80 – 95 75 – 95
Locales 50 – 80 50 – 80
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Desvío Standard, So
• Es el error estadístico presente en las ecuaciones de diseño
debido a la variabilidad en los materiales, construcción, etc.
• Representa la dispersión entre el desempeño predicho y el
desempeño real.
• AASHTO recomienda emplear los siguientes valores, para
pavimento rígidos nuevos:
So = 0,39 (cuando se considera la variación del tránsito
previsto).
So = 0,34 (cuando NO se considera la variación del
tránsito previsto).
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ING. DIEGO H. CALO
COORDINADOR
DEPARTAMENTO TÉCNICO DE PAVIMENTOS
Gracias
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