DISEO ESTRUCTURAL

DISEO DE PAVIMENTOS

1. Procedimiento para el Diseo Estructural del Pavimento Rgido:1.1. Factor de Equivalencia del Trfico.- La vida de diseo para el pavimento de concreto proyectado es de 20 aos. Es importante hacer notar que los ejes equivalentes se calculan de manera diferente para un pavimento rgido que para un flexible. Cuando se multiplica el trfico por los diferentes factores de equivalencia se obtienen los ejes equivalentes.

1.2. Dimensiones de Pavimentos Rgidos[footnoteRef:1].- El mtodo de diseo de la American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO) es uno de los ms utilizados a nivel internacional para el diseo de pavimentos de concreto hidrulico. La ecuacin de la AASHTO est dada por: [1: Equivalencias: . ]

Dnde: W18: Nmero total de Ejes Equivalentes, para el perodo de diseo PSI: Diferencial de Serviciabilidad (Serviciabilidad inicial = pi, Serviciabilidad final = pf) ZR: Coeficiente estadstico asociado a la confiabilidad SO: Desviacin estndar combinada en la estimacin de los parmetros y del comportamiento del modelo K: Mdulo de reaccin de la subrasante Ec: Mdulo de elasticidad del concreto en psi. Sc: Resistencia a la flexo-traccin del concreto a 28 das Cd: Coeficiente de drenaje de la capa granular J: Coeficiente de transferencia de carga entre losas D: Espesor de la losa de pavimento en pulgadas

Estas variables que intervienen en el diseo de los pavimentos constituyen en realidad la base del diseo del pavimento, por lo que es importante conocer las consideraciones ms importantes que tienen que ver con cada una de ellas para as poder realizar diseos confiables y ptimos al mismo tiempo. El procedimiento de diseo normal es suponer un espesor de pavimento e iniciar y realizar tanteos. Con el espesor supuesto se calculan los ejes equivalentes y posteriormente se evalan todos los factores adicionales de diseo. Si se cumple el equilibrio en la ecuacin, el espesor supuesto es resultado es el resultado del problema.

En caso de no haber equilibrio en la ecuacin, se debern seguir haciendo tanteos para ir tomando como base el resultado del tanteo anterior. La convergencia del mtodo es muy rpida.

1.3. Niveles de Confiabilidad[footnoteRef:2]: [2: En la Norma AASHTO 20002, los valores de confiabilidad segn la tipologa de vas indica otros valores tanto para vas urbanas como rurales.]

Clasificacin de la vaUrbanaRural

Autopistas 85 - 99.980 - 99.9

Troncales80 9975 - 95

Locales80 9575 - 95

Ramales y Vas Agrcolas50 8050 - 80

1.4. Frmulas de Correlacin del Mdulo Resiliente con el CBR:FrmulaRangos CBR%

Mr = 1500 * CBR (psi)CBR< 7%AASHTO 1993, Heukelom and Klomp 1962

Mr = 3000 * CBR0.65(psi)7% 20%

Mr = 2555 * CBR0.64(psi)AASHTO 2002

1.5. Valores de ZR, en la Curva Normal para Diversos Valores de Confiabilidad:Confiabilidad(R)Valores de ZR

500.000

60-0.253

70-0.524

75-0.674

80-0.841

85-1.037

90[footnoteRef:3] [3: Valor de confiabilidad usado ser de 90, sin embargo esto vara segn la tipologa y la importancia del proyecto.]

-1.282

91-1.340

92-1.405

93-1.476

94-1.555

95-1.645

96-1.751

97-1.881

98-2.054

99-2.327

990.9 - 3.09

990.99 - 3.75

1.6. Desviacin Estndar del Sistema (so):Condicin de DiseoDesviacin Estndar

Variacin de la prediccin en el comportamiento del pavimento (sin error de trfico)0.25

Variacin total en la prediccin del comportamiento del pavimento y en la estimacin del trfico0.35 - 0.50

Para pavimento de concreto varia de 0.30-0.400.35[footnoteRef:4] [4: Valor recomendado para pavimentos de concreto 0.35 y para pavimentos de asfalto 0.45.]

1.7. ndice de Serviciabilidad.- Se ha definido como su habilidad de servir al tipo de trfico que utiliza la facilidad vial. El ndice de Serviciabilidad Inicial () es funcin del diseo de pavimentos y del grado de calidad durante la construccin.

El valor establecido en el Experimento Vial de la AASHO para los pavimentos rgidos fue de 4.5. El ndice de Serviciabilidad Final (), es el valor ms bajo que puede ser tolerado por los usuarios de la va antes de que sea necesario el tomar acciones de rehabilitacin, reconstruccin o repavimentacin, y generalmente vara con la importancia o clasificacin funcional de la va cuyo pavimento se disea, y son normalmente los siguientes: Para vas con caractersticas de autopistas urbanas y troncales de mucho trfico.

Para vas con caractersticas de autopistas urbanas y troncales de intensidad de trfico normal, as como para autopistas Interurbanas.

Para vas locales, ramales, secundarias y agrcolas se toma un valor de,

1.8. Valores Recomendados de Coeficiente de Drenaje Cd, Para Pavimentos Rgidos:

1.9. Calidad del Drenaje:

1.10. Variables de Diseo Usadas:

1.11. Informacin Tcnica Utilizada.- Para vehculos livianos se utiliz una tasa de crecimiento de 2.0% y para los vehculos pesados una tasa de crecimiento de 2.5%.Tipo deVehculoNveh./daNveh./aoF.CESAL en el carrilde diseoFactor crecimientoESAL

Auto40146000.00011.4624.3035

Camioneta1554750.00010.5524.3013

Combi27300.00010.0724.302

C2310953.563898.2025.5499578

C3310952.532770.3525.5470768

C427302.31679.0025.5442889

Total170396

Donde el TPDA al ao 2012 es de 65 veh/da, donde , es el acumulativo de carga de 18 kip ESAL en dos direcciones.

A continuacin de ello se calcula el ESAL de diseo en funcin del factor direccional y del carril, donde:

Dnde:: Factor de carril de distribucin expresada como la relacin,querepresentala distribucindetrfico cuando doso ms carrilesestn disponibles enla direccin.

A menos que existan consideraciones especiales, se considera una distribucin del 50% del trnsito para cada direccin. En algunos casos puede variar de 0,3 a 0,7[footnoteRef:8] dependiendo de la direccin que acumula mayor porcentaje de vehculos cargados. [8: Para el proyecto se utilizar, un factor 0.7 para el factor carril, ya que el 70% de los vehculos van de direccin de Este-Oeste, es decir hacen una utilizacin de un carril con ms frecuencia. ]

Factor de distribucin direccional, expresado como la relacin que representa la distribucin de ESAL por direccin: este-oeste, norte-sur.

En una va de dos carriles, uno en cada direccin, el carril de diseo es uno de ellos, por lo tanto el factor de distribucin por carril es 100%. Para autopistas multicarriles el carril de diseo es el carril exterior y el factor de distribucin depende del nmero de carriles en cada direccin que tenga la autopista. En la tabla siguiente se muestran los valores utilizados por la AASHTO:

En resumen el trfico de diseo ser determinado por la siguiente tabla:Tipo deVehculoNveh./daNveh./aoF.CESAL en el carrilde diseoFactor crecimientoFactor DireccionalFactor CarrilESALDiseo

Auto40146000.00011.4624.300.7124.83

Camioneta1554750.00010.5524.300.719.31

Combi27300.00010.0724.300.711.24

C2310953.563898.2025.540.7169704.73

C3310952.532770.3525.540.7149537.35

C427302.31679.0025.540.7130022.64

Total65237258349.63119277

1.12. Diseo de Pavimentos[footnoteRef:9]: [9: Mdulo de reaccin de la sub rasante: Un factor de relativa importancia en el diseo de espesores de un pavimento de hormign es la calidad del suelo que conforma la subrasante. Esta, usualmente se refiere al mdulo de reaccin de la subrasante K, que representa la presin de una placa circular rgida de 76 cm. de dimetro dividida por la deformacin que dicha presin genera. Su unidad de medida es el Kg/cm2/cm ( Kg/cm3 ). Debido a que el ensayo correspondiente (Norma AASHTO T 222-78) es lento y caro de realizar, habitualmente se calcula correlacionndolo con otro tipo de ensayos ms rpidos de ejecutar, tales como la clasificacin de suelos o el ensayo CBR. Para fines prcticos se proponen las siguientes categoras de subrasante: Para una categora de subrasante buena, con CBR 6-25%, los valores de K (4-8) kg/cm3. Y si las caractersticas es deficiente de la subrasante, con CBR (2-6%) el valor de K(2-4) kg/cm3.]

Se utiliz el programa desarrollado por el Prof. Luis Ricardo Vsquez Valera.El espesor del pavimento de diseo para las caractersticas indicadas anteriormente es de D=6.08, que para el diseo se emplear D=6.5.

1.13. Diseo Mediante bacos:

Partiendo con

FIGURE 12 .1 9Chart for modifying modulus of subgrade reaction due to rigid foundation near surface (1 ft = 0 .305 m , 1 psi = 6 .9 kPa, 1 pci = 271 .3 kN/m 3 ) . (From the AASHTO Guide for Design of Pavement Structures . Copyright 1986 . American Association of State Highway and Transportation Officials, Washington , DC. Used by permission . )Con una profundidad donde existe un estrato rgido es de 2 ft 0.60 m y un se obtiene un

Con , y considerando una prdida de soporte se obtiene un .

Con el se sube una vertical hasta el y luego trazar una horizontal que corte al Mdulo de rotura hasta llegar al eje pivote, cortamos posteriormente el eje de transferencia de carga hasta el pivote para pasar por el coeficiente de drenaje hasta llegar a un eje que cambia.

Se obtiene un espesor de pavimento de D=6.2, difiriendo al obtenido anteriormente en 0.12. Por lo que el espesor de diseo de pavimento de diseo ser de D=20 cm.

Dicho espesor ser capaz de resistir una cantidad de Ejes Equivalentes de 6.35*, ello es comprensible ya que en los ltimos aos en Regiones y provincias del Per el transporte urbano vehicular se ha incrementado apresuradamente, saturando las vas, reduciendo con ello la capacidad vial y seguridad vial.

1.14. Base y Sub Base:En pavimentos de concreto se puede prescindir de la capa de Base, ya que la funcin de sta capa es soportar y distribuir esfuerzos a las capas subyacentes adecuadamente, sin embargo el estudio de suelos recomienda su utilizacin por lo que se utilizar como elemento del paquete estructural del pavimento.

En cuanto a la sub base, que cumple la funcin de transmitir esfuerzos a la capa de sub rasante. Transicin entre base y sub base con la finalidad de reducir efectos de cambios volumtricos y rebotes elsticos si existiese y tambin esta capa permite reducir esfuerzos[footnoteRef:10]. [10: Definiciones indicadas por el Dr. Ing Arnaldo Carrillo Gil]

Se puede concluir que el diseo de pavimentos por la metodologa AASHTO, utiliza como datos las caractersticas y propiedades de la sub rasante, sub base, sin uso de propiedades y caractersticas de la base, lo cual se puede prescindir de la base, sin embargo por las caractersticas de suelo se emplear la capa de base colocada con un contenido ptimo de humedad y compactacin adecuada. Por tanto la base ser de 0.15 cm y la sub base de 20 cm.

1.15. Sub Rasante:Se deber realizar un mejoramiento de sub rasante, por las condiciones inadecuadas del material existente, ya que es un relleno orgnico (turba), el cual se deber eliminar, esto se detalla en el estudio de suelos, en funcin del perfil estratigrfico se puede indicar ello, es importante indicar que es necesario la mejora de la sub rasante por varias razones el tipo de material existente, as mismo existe altas precipitaciones que es necesario controlarlas.

1.16. Juntas[footnoteRef:11]: [11: Fuente: http://www.pavement.com/Concrete_Pavement/Technical/Fundamentals/index.asp]

Hay tres tipos bsicos comunes utilizados en pavimentos de hormign:la contraccin,la construcciny el aislamiento.Los requisitos especficos de diseo para cada tipo dependern de la orientacin de la articulacin a la direccin de la calzada (transversal o longitudinal).Otro factor importante es la transferencia de carga.A excepcin de algunas juntas de aislamiento, todas las juntas proporcionan un medio para conectar losas mecnicas.La conexin ayuda a extender una carga aplicada sobre una losa sobre las losas a lo largo de su permetro (s).Esto disminuye la tensin en el hormign y aumenta la longevidad de la articulacin y la losa (s).La eficiencia de la conexin mecnica se expresa comola carga de transferenciaeficiencia.

1.16.1. Las juntas de Contraccin.Las juntas de contraccin son necesarias para controlar craqueo natural de las tensiones causadas por la retraccin del hormign, la contraccin trmica, y la humedad o gradientes trmicos dentro del hormign.Juntas de contraccin transversales Normalmente se cortan en ngulo recto a la lnea central del pavimento y bordes.Sin embargo, algunos organismos sesgar articulaciones de contraccin transversales para disminuir la carga dinmica a travs de las juntas mediante la eliminacin de la travesa simultnea de cada rueda en el eje de un vehculo.Las juntas de contraccin son generalmente aserrado en el concreto, pero podra ser formado o labrado en proyectos ms pequeos. Para el proyecto se utilizar el Tipo A-1.

1.16.2. Las juntas de Construccin.Las juntas de construccin de hormign que unen est pavimentada en diferentes momentos.Las juntas transversales de construccin son necesarias en el extremo de un segmento de pavimento, o en una interrupcin de colocacin para una calzada, camino transversal o puente.Las juntas longitudinales de construccin unirse a los carriles que estn pavimentados en diferentes momentos, o unirse a travs de los carriles de bordillos y cunetas o carriles auxiliares.Los detalles a continuacin muestran los diferentes tipos de juntas de construccin y sus dimensiones. Para el proyecto se utilizar el Tipo C-1.

1.16.3. Las juntas de Aislamiento.Juntas de aislamiento separar el pavimento a partir de objetos o estructuras, y permitir el movimiento independiente de la acera, objeto o estructura sin ningn tipo de conexin que pudiera causar dao. Juntas de aislamiento se utilizan cuando el pavimento se apoya en ciertos pozos, instalaciones de drenaje, aceras y edificios, y la interseccin con otros pavimentos o puentes.Los detalles a continuacin muestran los diferentes tipos de juntas de aislamiento y sus dimensiones.

1.17. RecomendacionesEs necesario obtener una carpeta impermeable y una base seca, para el xito de la pavimentacin del proyecto.

Importante indicar que en la etapa de ejecucin se deber verificar los estudios de suelos para lo cual existe un presupuesto destinado con la finalidad de determinar la adecuada carpeta de pavimento; as m ismo se indica que el consultor es el Responsable de proponer dicho diseo de pavimentos muy conservador como la utilizacin de base y mejoramiento de sub rasante ya que debido a la experiencia se indica de la existencia de pavimentos en la zona donde se ha producido importantes agrietamientos producto de fallas o asentamientos en las capas base del pavimento.

En el estudio de suelos de recomienda un espesor de pavimento determinado sin embargo es necesario optimizar y mejorar el diseo es por tal razn se detalle del anlisis en el presente estudio.

Construccin de Pistas y Veredas en el Jr. Santa Ana Cuadras 02 a la 10 y Jirones Transversales de la Ciudad de Chachapoyas, Provincia de Chachapoyas Amazonas; Meta V.- Jr. Unin C-03