Metodo PCA
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DISEÑO DE PAVIMENTOS RÍGIDOS PARA CALLES Y CARRETERAS
Transcript of Metodo PCA
DISEÑO DE PAVIMENTOS
RÍGIDOS PARA CALLES Y
CARRETERAS
CONTENIDO
Método de diseño PCA
Método de diseño PCA simplificado
Diseño de juntas
Los estudios teóricos del comportamiento de losas y
los desarrollos recientes de análisis de esfuerzos y
deformaciones en pavimentos rígidos
Pavimentos experimentales sometidos a tránsito
controlado, como los de Bates, Pittsburg, Maryland y
AASHO
El estudio del comportamiento bajo servicio de
pavimentos normalmente construidos, sometidos a
tránsito mixto, el cual ha constituido la mayor fuente de
conocimiento
DISEÑO DE PAVIMENTOS RÍGIDOS
PARA CALLES Y CARRETERAS
BASES DE LOS CRITERIOS ACTUALES PARA EL
DISEÑO DE PAVIMENTOS RÍGIDOS
MÉTODOS DE DISEÑO
MÉTODO DE DISEÑO
PCA
MÉTODO DE DISEÑO PCA
MÉTODO DE DISEÑO PCA
Generalidades
Publicado en 1966 y actualizado en 1984
Es aplicable a:
— Pavimentos de concreto simple con juntas
— Pavimentos de concreto reforzado con juntas
— Pavimentos con refuerzo continuo
MÉTODO DE DISEÑO PCA
Generalidades
Los esfuerzos y deflexiones críticas se han calculado
y combinado con criterios de diseño, para desarrollar
tablas y gráficas de diseño
Los criterios de diseño consideran:
—Análisis de fatiga
—Análisis de erosión
Reconoce que el pavimento puede fallar por fatiga
del concreto
Se basa en el cálculo de esfuerzos por cargas en el
borde de las losas, a medio camino entre juntas
transversales
MÉTODO DE DISEÑO PCA
ANÁLISIS DE FATIGA
Los esfuerzos debidos al alabeo no son
considerados en el diseño
La magnitud de los esfuerzos críticos se reduce si
las bermas se anclan al pavimento
El análisis de fatiga controla los diseños de
pavimentos delgados para bajo tránsito,
independientemente del tipo de transferencia de carga
en las juntas transversales
MÉTODO DE DISEÑO PCA
ANÁLISIS DE FATIGA
La resistencia a la fatiga se basa en la relación de
esfuerzos:
Se considera que la resistencia a fatiga no consumida por
una carga queda disponible para ser consumida por las
repeticiones de otras cargas (Ley de Miner)
MÉTODO DE DISEÑO PCA
ANÁLISIS DE FATIGA
concretodelroturadeMódulo
ejeporcargalaporproducidoEsfuerzo
MÉTODO DE DISEÑO PCA
ANÁLISIS DE FATIGA
Considera que el pavimento falla por bombeo, por
erosión del soporte y por escalonamiento de las juntas
La deflexión más crítica ocurre en la esquina de la
losa, cuando la carga está situada en la junta, en
cercanías de la esquina
MÉTODO DE DISEÑO PCA
ANÁLISIS DE EROSIÓN
La deflexión en la esquina de la losa se reduce si la
berma está anclada al pavimento o si la losa es lo
suficientemente ancha como para que las llantas
circulen lejos del borde de la losa
El análisis de erosión controla el diseño de los
pavimentos espesos para tránsito medio y pesado
cuando la transferencia de carga es por trabazón de
agregados y controla el diseño para tránsito pesado
cuando la transferencia es por varillas
MÉTODO DE DISEÑO PCA
ANÁLISIS DE EROSIÓN
FACTORES DE DISEÑO DEL PAVIMENTO
Factor Medida
Soporte Módulo de reacción (k) de la subrasante o del conjunto
subrasante - subbase, si esta última se coloca
Resistencia del concreto Resistencia de tracción por flexión con carga en los
tercios medios. Se utiliza una resistencia de diseño a 28
días de curado de la mezcla y se denomina módulo de
rotura.
Cargas del tránsito Se debe conocer el espectro de cargas por eje y
proyectarlo durante el periodo de diseño del pavimento.
Las cargas incluyen un factor de seguridad según la
intensidad del tránsito (1.0, 1.1, 1.2)
Otros factores Tipo de transferencia de carga en juntas transversales.
Presencia de bermas de concreto ancladas al pavimento
MÉTODO DE DISEÑO PCA
CONSIDERACIONES DE DISEÑO
La resistencia de cada suelo se debe expresar entérminos del módulo de reacción (k)
No se requiere realizar correcciones de ―k‖ porefectos estacionales
Se permite la determinación de ―k‖ por correlacióncon el CBR
CBR (%) 3 4 5 8 10 20
k (pci) 100 120 140 175 200 250
MÉTODO DE DISEÑO PCA
Soporte del pavimento
La colocación de una subbase para prevenir el
bombeo (granular o estabilizada) y para brindar un
apoyo más uniforme a las losas, se traduce en un
incremento del módulo de reacción del soporte (k),
el cual se aprovecha en el diseño del espesor de las
losas
MÉTODO DE DISEÑO PCA
CONSIDERACIONES DE DISEÑO
Soporte del pavimento
MÉTODO DE DISEÑO PCA
CONSIDERACIONES DE DISEÑO
Soporte del pavimento
Los esfuerzos que sufre un pavimento rígido bajocarga son de compresión y tensión
Los esfuerzos de compresión son muy bajos respectode la resistencia a la compresión del concreto
Los esfuerzos de tensión pueden representar unafracción importante de resistencia a flexión, razón porla cual son éstos los que se consideran en el diseño delpavimento
MÉTODO DE DISEÑO PCA
CONSIDERACIONES DE DISEÑO
Resistencia del concreto
MÉTODO DE DISEÑO PCA
CONSIDERACIONES DE DISEÑO
Resistencia del concreto a flexión
El diseño hace uso del valor de fatiga del concretobajo flexión repetida
El criterio de fatiga se basa en la hipótesis de que laresistencia a fatiga no consumida por las repeticionesde una determinada carga queda disponible para lasrepeticiones de las demás
El consumo total de fatiga no deberá exceder de100%
La ecuación de fatiga está incorporada en lasgráficas de diseño
MÉTODO DE DISEÑO PCA
CONSIDERACIONES DE DISEÑO
Resistencia del concreto
El método exige el conocimiento del espectro decargas por eje, discriminado por tipo de eje (simple,tándem, triple)
El espectro actual debe proyectarse al futuro deacuerdo con la tasa de crecimiento anual de tránsito,para determinar el número esperado de aplicaciones decada grupo de carga por eje durante el periodo de diseñoque, generalmente, es 20 años
MÉTODO DE DISEÑO PCA
CONSIDERACIONES DE DISEÑO
Cargas del tránsito
Las magnitudes de las cargas por eje se debenafectar por un factor de seguridad:
—Vías con un flujo importante de tránsitopesado, FSC=1.2
—Vías con moderado volumen de tránsito devehículos pesados, FSC= 1.1
—Vías residenciales y otras con bajo volumende tránsito, FSC = 1.0
MÉTODO DE DISEÑO PCA
CONSIDERACIONES DE DISEÑO
Cargas del tránsito
I - Tipo de transferencia de carga en las juntastransversales
El método considera dos sistemas:
—Por varillas para la transferencia de carga (pasadores)
— Por trabazón de agregados
MÉTODO DE DISEÑO PCA
CONSIDERACIONES DE DISEÑO
Otros factores
I - Tipo de transferencia de carga en las juntastransversales
La inclusión de varillas para la transferencia decarga (pasadores) en la juntas trasversales decontracción mejora el comportamiento del pavimentoen relación con la posibilidad de falla porescalonamiento, en particular cuando los volúmenes detránsito son elevados
MÉTODO DE DISEÑO PCA
CONSIDERACIONES DE DISEÑO
Otros factores
I - Tipo de transferencia de carga en las juntastransversales
MÉTODO DE DISEÑO PCA
CONSIDERACIONES DE DISEÑO
Otros factores
VARILLAS DE TRANSFERENCIA
I - Tipo de transferencia de carga en las juntastransversales
MÉTODO DE DISEÑO PCA
CONSIDERACIONES DE DISEÑO
Otros factores
TRABAZÓN DE AGREGADOS
II - Uso de bermas de concreto
El empleo de bermas de concreto ancladas alpavimento produce alguna transferencia de carga queda lugar a reducciones en los esfuerzos de flexión y enlas deflexiones producidas por las cargas de losvehículos, las cuales se pueden traducir en unadisminución del espesor de diseño
MÉTODO DE DISEÑO PCA
CONSIDERACIONES DE DISEÑO
Otros factores
II - Uso de bermas de concreto
MÉTODO DE DISEÑO PCA
CONSIDERACIONES DE DISEÑO
Otros factores
TABLAS Y GRÁFICAS DE DISEÑO
MÉTODO DE DISEÑO PCA
TABLAS Y GRÁFICAS DE DISEÑO
MÉTODO DE DISEÑO PCA
TABLA PARA EL CÁLCULO DEL ESFUERZO EQUIVALENTE PARA
EJE SENCILLO EN UN PAVIMENTO SIN BERMAS DE CONCRETO (PARCIAL)
(EJE SIMPLE/EJE TÁNDEM)
50 100 150 200 300 500 700
4.0 825/679 726/585 671/542 634/516 584/486 523/457 484/443
4.5 699/586 616/500 571/460 540/435 498/406 448/378 417/363
5.0 602/516 531/436 493/399 467/376 432/349 390/321 363/307
5.5 526/461 464/387 431/353 409/331 379/305 343/278 320/264
6.0 465/416 411/348 382/316 362/296 336/271 304/246 285/232
6.5 417/380 367/317 341/286 324/267 300/244 273/220 256/207
k combinado (lb/pg3)Espesor
losas(pg)
MÉTODO DE DISEÑO PCA
GRÁFICA PARA ANÁLISIS DE FATIGA
MÉTODO DE DISEÑO PCA
TABLA PARA EL CÁLCULO DEL FACTOR DE EROSIÓN PARA EJE
SIMPLE EN UN PAVIMENTO CON SISTEMA DE TRANSFERENCIA POR
VARILLAS Y SIN BERMAS DE CONCRETO (PARCIAL)
(EJE SIMPLE/EJE TÁNDEM)
50 100 200 300 500 700
4.0 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 3.52/3.53
5.0 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 3.26/3.28
6.0 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 3.03/3.07
Espesor
losas(pg)
k combinado (lb/pg3)
MÉTODO DE DISEÑO PCA
GRÁFICA PARA ANÁLISIS DE EROSIÓN
MÉTODO DE DISEÑO PCA
MODELO DE HOJA DE CÁLCULOProyecto:
Espesor: cm Juntas con dovelas:
ksist.: MPa/m Bermas de concreto:
fctM,k: MPa Período de diseño (años):
Fsc:
ANÁLISIS DE FATIGA ANÁLISIS DE EROSIÓN
CARGAS CARGAS NÚMERO NÚMERO CONSUMO NÚMERO DAÑOS POR
POR EJE POR EJE REPETICIONES REPETICONES DE FATIGA REPETICIONES EROSIÓN
(kN) x Fsc ESPERADAS ADMISIBLES (%) ADMISIBLES (%)
1 2 3 4 5 6 7
EJES SENCILOS Esf. equivalente: Factor de erosión:
Factor de relación de esfuerzo:
EJES TÁNDEM Esf. equivalente: Factor de erosión:
Factor de relación de esfuerzo:
EJES TRÍDEM Esf. equivalente: Factor de erosión:
Factor de relación de esfuerzo:
TOTAL TOTAL
MÉTODO DE DISEÑO PCA
PROCEDIMIENTO DE DISEÑO
Inclusión de datos de entrada en la hoja de cálculo
Espesor de tanteo de losas de concreto
Módulo de reacción de la subrasante o del conjunto
subrasante - subbase
Módulo de rotura promedio del concreto
MÉTODO DE DISEÑO PCA
PROCEDIMIENTO DE DISEÑO
Inclusión de datos de entrada en la hoja de cálculo
Factor de seguridad de carga adoptado
Sistema de transferencia de carga en las juntas
transversales
Presencia o ausencia de bermas de concreto
Periodo de diseño del pavimento
MÉTODO DE DISEÑO PCA
PROCEDIMIENTO DE DISEÑO
Inclusión de datos de entrada en la hoja de cálculo
Esfuerzo equivalente para ejes simples, tomado de la
tabla que corresponda (pavimento con o sin berma) en
función del espesor de tanteo y del ―k‖ de diseño
Relación de esfuerzos para ejes simples = Esfuerzo
equivalente para ejes simples / Módulo de rotura del
concreto
Factor de erosión para ejes simples, tomado de la tabla
que corresponda, según los tipos de confinamiento y
transferencia de carga, en función del espesor de tanteo y
del ―k‖ de diseño
MÉTODO DE DISEÑO PCA
PROCEDIMIENTO DE DISEÑO
Inclusión de datos de entrada en la hoja de cálculo
Esfuerzo equivalente, relación de esfuerzos y factor de
erosión para ejes tándem con un procedimiento similar al
de los ejes simples
Inclusión del espectro de cargas elegido (columna 1)
Multiplicación de cada valor de carga x FSC (columna
2)
Inclusión de número de repeticiones esperadas de cada
carga por eje (columna 3)
MÉTODO DE DISEÑO PCA
PROCEDIMIENTO DE DISEÑO
Análisis de fatiga
Para cada una de las cargas por eje simple de la
columna 2 y la relación de esfuerzos para ejes simples,
se determina el número admisible de repeticiones de
carga en la gráfica de análisis de fatiga y se coloca en
la casilla correspondiente de la columna 4
Si el número de repeticiones admisible resulta
superior a 10,000,000, se escribirá ―ilimitado‖ en la
casilla correspondiente
MÉTODO DE DISEÑO PCA
PROCEDIMIENTO DE DISEÑO
Análisis de fatiga
Se procede de manera similar con las cargas por eje
tándem
Se calcula el consumo de fatiga de cada una de las
cargas por eje simple y tándem, dividiendo los valores
de la columna 3 por los valores de la columna 4. Se
coloca cada resultado en la columna 5, como porcentaje
La suma de todos los valores de la columna 5 será el
consumo total de fatiga, correspondiente al espesor de
tanteo escogido
MÉTODO DE DISEÑO PCA
PROCEDIMIENTO DE DISEÑO
Análisis de erosión
Para cada una de las cargas por eje simple de la
columna 2 y el factor de erosión para ejes simples, se
determina el número de repeticiones admisibles por
este concepto en la gráfica que corresponda (según si el
pavimento tiene o no bermas de concreto) y se coloca
en la casilla correspondiente de la columna 6
Para repeticiones mayores de 100,000,000, se
escribe ―ilimitado‖
MÉTODO DE DISEÑO PCA
PROCEDIMIENTO DE DISEÑO
Análisis de erosión
Se procede de manera similar con las cargas por eje
tándem
Se calcula el daño relativo por erosión, relacionando,
en porcentaje, los valores de las columnas 3 y 6
Se colocan los valores calculados en la columna 7
La suma de todos los valores de la columna 7 es el
daño total por erosión correspondiente al espesor de
tanteo escogido
MÉTODO DE DISEÑO PCA
PROCEDIMIENTO DE DISEÑO
Análisis de resultados
El espesor de losas escogido para el tanteo se
considera inadecuado si el consumo total de fatiga o
el daño total por erosión superan 100%
En este caso, se realiza otro tanteo con un espesor
de losas mayor
Si los totales son mucho menores que 100%, se
debe realizar otro tanteo con un espesor menor
MÉTODO DE DISEÑO PCA
PROCEDIMIENTO DE DISEÑO
Análisis de resultados
Para disminuir el número de tanteos, el efecto del
espesor sobre los daños por fatiga y erosión se ajusta a
una proyección geométrica
Por ejemplo, si el consumo de fatiga para un espesor
de 20 cm resultó 178% y para uno de 24 cm fue 33%,
el consumo de fatiga para 22 cm será
%7733*178
MÉTODO DE DISEÑO PCA
PROCEDIMIENTO DE DISEÑO
PROCEDIMIENTO DE DISEÑO
HOJA DE CÁLCULO CON TANTEO DE DISEÑO
MÉTODO DE DISEÑO PCA
OTRAS POSIBILIDADES DEL MÉTODO DE LA PCA
El método contempla la posibilidad de incluir capas
de subbase de concreto pobre e incluye gráficas de
diseño para ello
Se tiene en cuenta la presencia de ejes triples, los
cuales se procesan en una hoja de cálculo extra
Se considera que cada eje triple equivale a 3 ejes
simples, cada uno de ellos con una carga igual a la
tercera parte del eje triple y se emplean las tablas y
escalas gráficas correspondientes a los ejes simples para
los cálculos de fatiga y erosión
MÉTODO DE DISEÑO PCA
DISEÑO MEDIANTE PROGRAMAS DE CÓMPUTO
Existen programas de cómputo que realizan los tanteos
con gran rapidez, a partir de los parámetros básicos de
diseño (ejemplo: programa BS-PCA)
MÉTODO DE DISEÑO PCA
PROGRAMA BS-PCA
MÉTODO DE DISEÑO PCA
PANTALLA CON INFORMACIÓN SOBRE TRÁNSITO
MÉTODO DE DISEÑO PCA
PANTALLA CON DATOS DE ENTRADA Y RESULTADOS
PROGRAMA BS-PCA
MÉTODOS DE DISEÑO
MÉTODO DE DISEÑO
PCA SIMPLIFICADO
Generalidades
Este método se aplica cuando no se dispone de datos
sobre el espectro de cargas
La PCA ha generado unas tablas de diseño basadas
en volúmenes de tránsito mixto que representan
diferentes categorías de calles y carreteras de los
Estados Unidos de América
Su aplicación en otros medios debe ser cuidadosa,
debido a las diferencias en las costumbres del tránsito,
en particular las cargas máximas por eje
MÉTODO SIMPLIFICADO DE DISEÑO PCA
Generalidades
El tránsito y el soporte se caracterizan de manera
diferente al método general de la PCA
El módulo de rotura del concreto y las condiciones
de transferencia de carga y confinamiento lateral se
analizan de la misma manera
Los factores de seguridad de carga están
incorporados en las tablas de diseño, las cuales han
sido elaboradas para un periodo de diseño de 20 años
MÉTODO SIMPLIFICADO DE DISEÑO PCA
CLASIFICACIÓN DEL TRÁNSITO
TPD
(ADT)
* TPD VC
(ADTT)
Ejes simples Ejes tándem
Calles residenciales
Carreteras secundarias de
tránsito bajo y medio
Calles colectoras
Carreteras secundarias de
mayor tránsito
Vias arterias de bajo tránsito
Vías arterias y carreteras
primarias de tránsito medio
3000-12000
(2 carriles)
Vias expresas de tránsito bajo y
medio
3000-50000
(4 carriles)
3000-20000
(2 carriles)
3000-150000
(4 carriles o
más)
Descripción de la vía
Tránsito Máximas cargas por eje, kips (t)
1
3
2
Categoría
Vias arterias primarias y
expresas de alto tránsito
25 ó -
500-5000+
1500-8000+
40 -1000
200-800
700-5000
CATEGORIAS DE CARGA POR EJE
34 (16) 60 (27)
26 (12) 44 (20)
22 (10) 36 (16)
30 (14) 52 (24)
4
* Se excluye todo vehículo de 2 ejes y 4 llantas
MÉTODO SIMPLIFICADO DE DISEÑO PCA
Consideraciones sobre TPD (ADT) y TPDvc (ADTT)
TPD (ADT) es el tránsito promedio diario en ambas
direcciones, el cual incluye todos los vehículos
TPDvc (ADTT) es el tránsito promedio diario en
ambas direcciones, de vehículos comerciales (vehículos
con 6 o más llantas)
MÉTODO SIMPLIFICADO DE DISEÑO PCA
CLASIFICACIÓN DEL TRÁNSITO
Consideraciones sobre TPD (ADT) y TPDvc (ADTT)
Los valores de TPD y TPDvc que se usan para el
diseño deben ser valores promedio durante el periodo de
diseño, por lo que los valores iniciales deben ser
afectados por factores de proyección que dependen de la
tasa anual de crecimiento del tránsito
MÉTODO SIMPLIFICADO DE DISEÑO PCA
CLASIFICACIÓN DEL TRÁNSITO
CLASIFICACIÓN DEL SOPORTE
Tipo de
soporte
Tipo de suelo Rango típico de k
(pci)
Bajo Suelo de grano fino donde predominan
partículas de limo y arcilla
75-120
Medio Arenas y mezclas de grava y arena
con cantidades moderadas de
partículas finas
130-170
Alto Arenas y mezclas de gravas y arenas
relativamente libres de finos plásticos
180-220
Muy alto Subrasantes protegidas con
subbases tratadas con cemento
250-400
MÉTODO SIMPLIFICADO DE DISEÑO PCA
PASOS PARA EL DISEÑO
Se elige una categoría de tránsito
Lo correcto es basarse en la descripción del tipo de
vía y las cargas máximas esperables por eje, más que
en los valores de TPD y TPDvc, los cuales han sido
incluidos para ilustrar valores típicos
Se determina el tipo de soporte
MÉTODO SIMPLIFICADO DE DISEÑO PCA
PASOS PARA EL DISEÑO
Se establecen las características de transferencia de
carga y confinamiento lateral del pavimento
Se escoge la tabla de diseño apropiada para los
parámetros citados
Se halla el espesor de losas de concreto requerido,
según el módulo de rotura de diseño de la mezcla
MÉTODO SIMPLIFICADO DE DISEÑO PCA
EJEMPLO DE DISEÑO
MÉTODO SIMPLIFICADO DE DISEÑO PCA
Datos del problema
Vía arteria de dos carriles
TPD de diseño = 6,200 vehículos
TPDvc de diseño = 630 vehículos comerciales
No se espera la acción de cargas inusualmente altas o bajas
Suelo de subrasante arcilloso (k = 80 lb/pg3)
Subbase granular de 4 pulgadas de espesor
Módulo de rotura del concreto = 650 lb/pg2
Transferencia de cagas por varillas
Pavimento confinado por berma de concreto
MÉTODO SIMPLIFICADO DE DISEÑO PCA
EJEMPLO DE DISEÑO
Solución del problema
Considerando el tipo de vía y el hecho de que no
habrá cargas excepcionales, se escoge la Categoría 3
de tránsito
Para la combinación de subrasante y subbase
granular, en encuentra un ―k‖ combinado de 120 pci,
al cual corresponde un Soporte Bajo
Se escoge la tabla de diseño adecuada a los datos
del problema (categoría de tránsito, tipo de
transferencia de carga y existencia de confinamiento)
EJEMPLO DE TABLA DE DISEÑO DEL PAVIMENTO
Bajo Medio Alto Muy alto
6.5 83 320
7.0 52 220 550 1900
7.5 320 1200 2900 9800
8.0 1600 5700 13300
8.5 6900 23700
PAVIMENTO CON BERMAS DE CONCRETO
650
Módulo rotura
concreto (lb/pg2)
Espesor
losas (pg)
SOPORTE SUBRASANTE - SUBBASE
MÉTODO SIMPLIFICADO DE DISEÑO PCA
MÉTODO SIMPLIFICADO DE DISEÑO PCA
EJEMPLO DE DISEÑO
Solución del problema (cont.)
Para un módulo de rotura de 650 psi, la tabla
muestra que
—7.5 pulgadas de losas soportan un TPDvc hasta
de 320 vehículos comerciales
—8.0 pulgadas de losas soportan un TPDvc hasta
de 1600 vehículos comerciales
Como el TPDvc del problema es 630, se concluye
que el espesor de losas requerido es 8.0 pulgadas
CAPACIDAD DE SOPORTE
SENSIBILIDAD DE LOS FACTORES DE DISEÑO
Si se duplica el módulo de reacción de diseño, se
logra una disminución media de 2 cm en el espesor de
losas si el soporte es bajo o medio
La disminución es del orden de 1 cm para soportes
de mejor calidad
SENSIBILIDAD DE LOS FACTORES DE DISEÑO
RESISTENCIA DE DISEÑO DEL CONCRETO
Tránsito Junta Resistencia del concreto
Sin pasadores
No tiene influencia. El control lo ejerce la
erosión
Con pasadores
En promedio, un aumento de 3 kg/cm2 reduce
1 cm el espesor
Liviano a
medio
Con y sin pasadores En promedio, un aumento de 3 kg/cm2
disminuye 1 cm el espesor
Medio a
muy
pesado
BERMA PAVIMENTADA EN CONCRETO
Su consideración permite disminuir, en promedio, 3 cm
el espesor del pavimento
COLOCACIÓN DE PASADORES EN JUNTAS TRANSVERSALES
Tránsito Resistencia del concreto Efecto de los pasadores
Alta Permite reducir el espesor en 5 cm
Media y baja Permite reducir el espesor en 2 cm
Alta Permite reducir el espesor de 2 a 3 cm
Media y baja No influye
Liviano a medio Alta a baja No influye
Liviano Alta a baja No influye
Pesado y muy
pesado
Medio
SENSIBILIDAD DE LOS FACTORES DE DISEÑO
ELEMENTOS AUXILIARES
DISEÑO DE JUNTAS EN
PAVIMENTOS RÍGIDOS
FUNCIONES DE LAS JUNTAS DE LOS PAVIMENTOS RÍGIDOS
Controlar el agrietamiento transversal y longitudinal
generado por la contracción restringida del concreto y
por los efectos combinados del alabeo y las cargas del
tránsito
Permitir los movimientos de las losas
Asegurar una adecuada transferencia de carga
Proveer espacio para el material de sello
DISEÑO DE JUNTAS
FISURACIÓN INICIAL DEL CONCRETO
La contracción generada durante las primeras horas
de vida del pavimento, a causa de la reducción de
volumen y temperatura del concreto, genera fricción
entre el pavimento y el soporte
Esta fricción produce esfuerzos de tracción que
causan un patrón de fisuramiento transversal a
intervalos del orden de 10 a 45 metros
DISEÑO DE JUNTAS
Debido a la acción de gradientes térmicos, los
segmentos en los cuales se ha dividido el pavimento
tienden a alabearse, generándose esfuerzos de flexión
proporcionales a la longitud de los segmentos, los
cuales exceden el módulo de rotura, dando lugar a la
aparición de fisuras intermedias
El proceso se sigue repitiendo hasta que las
dimensiones de los segmentos sean tales, que la
magnitud del esfuerzo generado por el gradiente
térmico resulte inferior al módulo de rotura del concreto
DISEÑO DE JUNTAS
FISURACIÓN INICIAL DEL CONCRETO
FISURACIÓN INICIAL DE UN PAVIMENTO RÍGIDO TÍPICO SIN JUNTAS
DISEÑO DE JUNTAS
PROPÓSITO DEL PROYECTO DE JUNTAS
Determinar las dimensiones de las losas que
conduzcan a la forma más económica de controlar la
fisuración transversal y longitudinal debida a cambios
volumétricos del concreto y al alabeo restringido
DISEÑO DE JUNTAS
TIPOS DE JUNTAS EN PAVIMENTOS RÍGIDOS
DISEÑO DE JUNTAS
TIPOS DE JUNTAS EN PAVIMENTOS RÍGIDOS
DISEÑO DE JUNTAS
TIPOS DE JUNTAS EN PAVIMENTOS RÍGIDOS
DISEÑO DE JUNTAS
DISEÑO DE JUNTAS
TIPOS DE JUNTAS EN PAVIMENTOS RÍGIDOS
DIMENSIONES MÍNIMAS DE LOS PASADORES DE CARGA
PCA (1975)
mm pg
160-180 22,2 7/8 350 300
190-200 25,4 1 350 300
210-230 28,6 1 1/8 400 300
240-250 31,8 1 1/4 450 300
260-280 34,9 1 3/8 450 300
290-300 38,1 1 1/2 500 300
diámetro del pasador *Espesor del
pavimento (mm)
longitud
(mm)
separación entre
centros (mm)
DISEÑO DE JUNTAS
Existe una regla según la cual el diámetro de la varilla
no puede ser menor de 1/8 del espesor de la losa (PCA,
1975)
La PCA (1991) recomienda diámetros de 1 y ¼‖ para
espesores de losa menores de 250 mm y 1 y ½‖‖ para
espesores iguales o mayores a 250 mm
Existen recomendaciones según las cuales las losas de
menos de 170 mm no requieren pasadores, debido a que
corresponden a vías de tránsito liviano
DISEÑO DE JUNTAS
DIMENSIONES MÍNIMAS DE LOS PASADORES DE CARGA
RECOMENDACIONES SOBRE VARILLAS DE ANCLAJE GRADO 60 EN
LAS JUNTAS LONGITUDINALES DE PAVIMENTOS RÍGIDOS
Carril 3.05 m Carril 3.35 m Carril 3.65 m Carril 3.05 m Carril 3.35 m Carril 3.65 m
150 1,20 1,20 1,20 1,20 1,20 1,20
175 1,20 1,20 1,20 1,20 1,20 1,20
200 1,20 1,20 1,20 1,20 1,20 1,20
225 1,20 1,20 1,20 1,20 1,20 1,20
250 1,20 1,15 1,10 1,20 1,20 1,20
850 1000
Espesor
losa
(mm)
varillas de 1/2" varillas de 5/8"
Separación entre centros (m)Long
(mm)
Long (mm) Separación entre centros (m)
No se deben colocar varillas de anclaje a menos de 38 cm de la junta transversal
DISEÑO DE JUNTAS
SEPARACIÓN ENTRE JUNTAS
Los registros locales de comportamiento constituyen la
mejor guía para establecer la separación entre juntas que
controlen efectivamente los agrietamientos transversal y
longitudinal
La juntas longitudinales de pavimentos rígidos de calles y
carreteras suelen cumplir la doble función de dividir el
pavimento en carriles y de controlar las fisuras longitudinales
La separación entre juntas transversales de contracción, que
determina la longitud de las losas, debe garantizar que la
abertura de la junta no sea excesiva si la transferencia de carga
es por trabazón de agregados
DISEÑO DE JUNTAS
RECOMENDACIONES SOBRE LONGITUDES MÁXIMAS DE
LOSAS EN PAVIMENTOS DE CONCRETO SIMPLE
DISEÑO DE JUNTAS
EJEMPLO DE APLICACIÓN DEL CRITERIO FHWA
LONGITUDES DE LOSA RESULTANTES PARA UN RANGO NORMAL DE
ESPESORES DE LOSAS Y MÓDULOS DE RELACIÓN DE SOPORTE DE
MANERA QUE L/l = 5
l (pg) L (pie) l (pg) L (pie) l (pg) L (pie)
9 42.0 17.5 35.3 14.7 25.0 10.4
13 55.3 23.0 46.5 19.4 32.9 13.7
k=100 pci k=200 pci k=800pciEspesor de losa (pg)
De acuerdo con la tabla, si los soportes son rígidos
(subbases estabilizadas) la longitud de las losas debe ser
menor
— Del orden de 12 pies para losas de 9 pulgadas de
espesor, y del orden de 15 pies para losas de 13
pulgadas
DISEÑO DE JUNTAS
COMPARACIÓN DE LONGITUDES MÁXIMAS DE LOSAS
SEGÚN DIVERSOS CRITERIOS
(espesor = 9 pulgadas)
Criterio
FAA
PCA
Fordyce
L= 2x9 = 18 pies (5.5 m)
L=25*9/12 = 18.75 pies (5.7 m)
depende del tipo de agregado grueso
FHWA
Longitud máxima
k= 100 pci; L = 17.5 pies (5.3 m)
k= 200 pci; L = 14.7 pies (4.5 m)
k= 800 pci; L = 10.4 pies (3.2 m)
DISEÑO DE JUNTAS
Las juntas tienen por finalidad ayudar a la
construcción y minimizar los agrietamientos aleatorios
del pavimento
Se debe tener en cuenta que el concreto tiende siempre
a tomar la forma cuadrada
Las losas largas y estrechas tienden a agrietarse más
que las losas aproximadamente cuadradas
La relación largo/ancho no debería exceder de 1.4
RECOMENDACIONES GENERALES PARA LA DISPOSICIÓN
DE JUNTAS EN PAVIMENTOS DE CONCRETO SIMPLE
DISEÑO DE JUNTAS
Las losas delgadas se tienden a agrietar a menores
intervalos que las losas espesas
Los lados de las losas en las zonas de giro no deben
tener menos de 45 cm
Se deben hacer ajustes menores en la distribución de
juntas donde haya sumideros o pozos de inspección y
las losas donde ellos queden incluidos suelen armarse
en la parte superior
DISEÑO DE JUNTAS
RECOMENDACIONES GENERALES PARA LA DISPOSICIÓN
DE JUNTAS EN PAVIMENTOS DE CONCRETO SIMPLE
EJEMPLO DE DISTRIBUCIÓN DE JUNTAS EN
PAVIMENTOS DE CONCRETO SIMPLE
DISEÑO DE JUNTAS
reforzadas
EJEMPLO DE DISTRIBUCIÓN DE JUNTAS EN
PAVIMENTOS DE CONCRETO SIMPLE
DISEÑO DE JUNTAS
reforzadas
EJEMPLO DE DISTRIBUCIÓN DE JUNTAS EN
PAVIMENTOS DE CONCRETO SIMPLE
DISEÑO DE JUNTAS
EJEMPLOS DE DISPOSICIÓN DE JUNTAS AISLADORAS
EN PAVIMENTOS DE CONCRETO SIMPLE
DISEÑO DE JUNTAS
DISEÑO DE JUNTAS
REFUERZO DE LOSAS DE FORMA IRREGULAR O CON
ESTRUCTURAS FIJAS EN SU INTERIOR
ESQUEMA DE TRANSICIÓN ENTRE PAVIMENTOS
ASFÁLTICO Y RÍGIDO
DISEÑO DE JUNTAS
DISEÑO DEL SELLO DE LAS JUNTAS
Las juntas deben ser selladas para minimizar la
infiltración de agua superficial y de materiales
incompresibles dentro de ellas
Las características requeridas de un sellador son
diferentes para los distintos tipos de juntas. Un
sellador para una junta longitudinal no requiere ser tan
elástico como para una junta transversal
DISEÑO DE JUNTAS
DISEÑO DEL SELLO DE LAS JUNTAS
Las dimensiones de las cajas de las juntas son un
factor importante en la selección y comportamiento de
los selladores
Las dimensiones de las cajas se establecen para
ayudar a los materiales selladores a soportar los
movimientos de apertura y cierre de las juntas
Las estimaciones de los movimientos de las juntas
transversales se hacen con la ecuación:
DISEÑO DE JUNTAS
DL = CL ( a Dt + d)
DISEÑO DEL SELLO DE LAS JUNTAS
El ancho de la caja para alojar el sello debe ser como
mínimo de 6 mm y como máximo de 10 mm
El ancho de corte con la sierra y la profundidad de
inserción del cordón de respaldo determinan la forma
del sellador
El factor de forma (relación profundidad/ancho) es
crítico para el éxito a largo plazo de los selladores
líquidos
DISEÑO DE JUNTAS
Cajas para selladores líquidos
DISEÑO DEL SELLO DE LAS JUNTAS
DISEÑO DE JUNTAS
Cajas para selladores líquidos
Los movimientos de expansión y contracción de las
losas inducen deformaciones en el material de sello y
tensiones en sus áreas de adherencia con la caja
Un factor de forma menor de 1.0 produce tensiones
más bajas en el sellador, lo que minimiza la pérdida de
adherencia con las paredes de la junta
DISEÑO DEL SELLO DE LAS JUNTAS
Cajas para selladores líquidos
DISEÑO DE JUNTAS
DISEÑO DEL SELLO DE LAS JUNTAS
Cajas para selladores líquidos
Los selladores líquidos de vertido en caliente
soportan hasta un 20% de alargamiento con respecto a
su ancho original, mientras las siliconas y otros
materiales de bajo módulo soportan hasta el 100%
En consecuencia, el sellador se debe escoger de
acuerdo con su alargamiento máximo esperado a causa
de la retracción del concreto
DISEÑO DE JUNTAS
DL = CL ( a Dt + d)
DL = 0.8*4*1000 ( 10-5*25 + 0.00045) = 2.24 mm
DISEÑO DE JUNTAS
DISEÑO DEL SELLO DE LAS JUNTAS
Cajas para selladores líquidos
Ejemplo
Si se tienen los siguientes datos:
C = 0.8; L = 4 metros; α = 10-5; ΔT = 25ºC y
δ = 0.00045:
Y se emplea la ecuación:
Se obtiene la siguiente abertura máxima de la junta:
De acuerdo con recomendaciones de ACPA, el ancho
mínimo de la caja para alojar el sello debe ser de 6 mm
Como según el ejemplo, la abertura de la junta será de
2.24 mm, después de la contracción del concreto el
reservorio tendrá un ancho de 6.0+2.24 = 8.24 mm, lo
que hace que el material de sello deba tener un
porcentaje de alargamiento mayor de 2.24/6.0 = 0.37 (37
%), con el fin de soportar, sin desprenderse, el
movimiento de la junta en sentido horizontal
DISEÑO DE JUNTAS
DISEÑO DEL SELLO DE LAS JUNTAS
Cajas para selladores líquidos
DISEÑO DE JUNTAS
Cajas para selladores líquidos
DISEÑO DEL SELLO DE LAS JUNTAS
DISEÑO DE JUNTAS
Cajas para selladores preformados
DISEÑO DEL SELLO DE LAS JUNTAS
Los selladores preformados se colocan para permanecer
en compresión dentro de la junta durante su vida útil, aun
cuando la junta esté abierta a su máxima anchura
Ello es necesario para mantener la presión de contacto
requerida entre la junta y el sellador, de manera que éste
se conserve en su lugar
Si la junta se abre hasta un ancho mayor que el del
sellador, éste fallará, por cuanto caerá dentro de la junta o
será expulsado por el tránsito
DISEÑO DE JUNTAS
Cajas para selladores preformados
DISEÑO DEL SELLO DE LAS JUNTAS
Es muy importante elegir el tamaño correcto de
sellador y que éste mantenga sus propiedades elásticas
El sellador debe permanecer en compresión,
transmitiendo esfuerzos a las caras de la junta a través
de sus nervaduras
Si la junta se hace muy estrecha y los esfuerzos de
compresión sobre el sellador son muy altos, éste pierde
su elasticidad y el sello falla cayendo al fondo de la
junta o siendo expulsado de ésta
DISEÑO DE JUNTAS
Cajas para selladores preformados
DISEÑO DEL SELLO DE LAS JUNTAS
DISEÑO DE JUNTAS
Procedimiento para elegir el tamaño del sellador
preformado
DISEÑO DEL SELLO DE LAS JUNTAS
El primer paso consiste en calcular la abertura que
puede tener la junta: DL = CL ( a Dt + d)
Determinadas las aberturas máxima y mínima de la
junta, se establece el rango de trabajo del sellador, de
manera que éste se encuentre comprimido por lo menos
20%, pero no más de 60 %
Estimado el rango de trabajo, se determina el ancho
que requiere el sellador
DISEÑO DE JUNTAS
Ejemplo de cálculo del tamaño del sellador preformado
DISEÑO DEL SELLO DE LAS JUNTAS
Datos:
–Temperatura en el instante de colocar el sellador = 28 ºC
–Temperatura máxima del pavimento = 45 ºC
–Temperatura mínima del pavimento = 0 ºC
–Longitud de losa = 4.50 metros
–Coeficiente de dilatación térmica del concreto (α) = 10-5/º C
–Coeficiente de contracción por secado (δ) = 0.00045
–Factor de ajuste por fricción = 0.8
DISEÑO DE JUNTAS
Ejemplo de cálculo del tamaño del sellador preformado
DISEÑO DEL SELLO DE LAS JUNTAS
Determinación de la mayor abertura de la junta (frío):
DL = 0.8*4.5*1000 [ 10-5* (28 - 0) + 0.00045] = 2.63 mm
DL = 0.8*4.5*1000 [ 10-5* (45 - 28) + 0.00045] = 2.23 mm
Determinación de la menor abertura de la junta (calor):
Si el ancho de corte de la junta es 10 mm, las aberturas
máxima y mínima de la caja serán:
D máx. = 10 + 2.63 = 12.63 mm
D mín. = 10 - 2.23 = 7.77 mm
DISEÑO DE JUNTAS
Ejemplo de cálculo del tamaño del sellador preformado
DISEÑO DEL SELLO DE LAS JUNTAS
Determinación del rango de trabajo del sellador
preformado
–Si el sello debe permanecer comprimido no menos de
20% cuando la junta está abierta, ni más de 60% cuando
está cerrada, su rango de trabajo se determina así:
Ancho máximo del sello = Ancho mínimo de junta*5.0
Ancho mínimo del sello = Ancho máximo de junta*1.2
DISEÑO DE JUNTAS
Ejemplo de cálculo del tamaño del sellador preformado
DISEÑO DEL SELLO DE LAS JUNTAS
Determinación del rango de trabajo del sellador
preformado
Ancho máximo del sello = 7.77*5.0 = 38.9 mm
Ancho mínimo del sello = 12.63*1.2 = 15.2 mm
DISEÑO DE JUNTAS
Ejemplo de cálculo del tamaño del sellador preformado
DISEÑO DEL SELLO DE LAS JUNTAS
Determinación del ancho del sellador preformado
–Un criterio es tomar el promedio de estos dos extremos
(27 mm), aunque una regla general es tomar el doble del
ancho de corte en el momento de sellado, si cumple los
criterios del cálculo. De acuerdo con esta regla, el ancho
sería 10*2 = 20 mm (3/4‖) y su rango de trabajo:
Máximo = 20 – 0.2*20 = 16 mm (20% de compresión)
Mínimo = 20 – 0.6*20 = 8 mm (60% de compresión)
