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DISEÑO DE PAVIMENTOS RÍGIDOS EJEMPLOS PRÁCTICOS

Ing. Diego Calo

Montevideo, Uruguay

16 y 17 de Junio de 2015

INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO

ÍNDICE DE LA PRESENTACIÓN 2


DATOS

• Proyecto: Duplicación de calzada existente.

• Subrasante: Suelo A-6 (CBR = 3%).

• Período de diseño = 25 años.

• Tránsito:

TMDA = 6500 veh/día.

Prop VP´s = 40%.

Tasa de Crecimiento = 2.5%.

• Resistencia del hormigón: s/PETG de la DNV.

• Empleo de Pasadores en Juntas Transversales.

• Banquina Pavimentada

Ejemplo (Método de la P.C.A.) 3


Distribución de cargas por eje

Simples Dobles Triples

Carga R/1000 Carga R/1000 Carga R/1000

16 0.048 30 0.000 39 0.002

15 0.475 28 0.002 36 0.032

14 3.316 26 0.042 33 0.370

13 16.380 24 0.603 30 2.440

12 57.809 22 5.106 27 9.216

11 147.862 20 25.674 24 20.340

10 279.825 18 77.554 21 27.389

9 402.564 16 143.969 18 24.386

8 453.542 14 171.278 15 15.685

7 410.246 12 138.729 12 7.343

6 301.449 10 80.226 9 2.301

5 178.910 8 32.809 6 0.496

Total 2377 Total 687 Total 110



SOLUCIÓN

SUBRASANTE

• CBR medio = 3,0%

• Correlación con módulo de reacción (k) = 2,7 kg/cm3



Kcombinado (subrasante / subbase) = 3.9 kg/cm3

Espesor de subbase 100 mm 150 mm 230 mm

Valor K de subrasante

1.4 1.7 2.1 2.4

2.8 3.6 3.9 4.4

5.5 6.1 6.4 7.5

Ejemplo (Método de la P.C.A.)

SUBBASE

• En estos casos resulta conveniente incorporar una capa de subbase que permitirá:

• Mejorar la condición de apoyo – uniformidad y homogeneidad.

• Incrementar el control de cambios volumétricos en subrasante.

• Conformar una plataforma de trabajo adecuada, menos susceptible a las condiciones climáticas y apta para la circulación de los vehículos de obra.

• Mediante Tablas se determina el módulo de reacción combinado Subrasante/subbase.

2.7 3.9

7

200 mm


Kcombinado (subrasante / subbase / base) = 13.8 kg/cm3



1.4 4.7 6.4 8.6

2.8 7.8 11.1 14.4

5.5 13.0 17.7 23.0


BASE

• Uso obligatorio por tránsito pesado (mayor de 100 a 200 VP/día).

• Se emplea una Base Granular Cementada de 15 cm de espesor.


3.9 13.8

8



RESISTENCIA DEL HORMIGÓN

Resistencia mínima efectiva = 315 kg/cm2 (R=90%)

Consideramos un C.V. = 10%

Entonces, aplicando la fórmula de la P.C.A. para agregados Triturados

2kg/cm 48 MPa 4,72MPa 34,80,8MR

1,282)0,10(1kg/cm2 315σbm

MPa 34,8 kg/cm2 355σbm

9


TRÁNSITO

• TMDA = 6500 veh/día

• Prop. Vehículos Pesados = 40%.

• Tasa de Crec.: 2.5%. TMDD = 8881 v/día (3550VP/d).

• Factor de seguridad de cargas: 1,2.

• Factor de Distribución por dirección (FDD) = 50%.

• Factor de Distribución por Trocha (FDT) = según el siguiente nomograma:



1

10

100

50 60 70 80 90 100

Camiones en carril derecho (%)

TM

DA

(u

na

dir

ec

ció

n),

en

mil

es

87%

4440

2 carriles en una dirección

3 carriles en una dirección




TRANSFERENCIA DE CARGA

Juntas Transversales:

• Debido al elevado volumen de vehículos pesados (Mayor de 80 a

120 VP/día) resulta obligatorio la colocación de pasadores.

• Se evaluará la incidencia de prescindir de los pasadores.

Bordes de Calzada:

• Banquina Externa Flexible (no existe transferencia de carga en los

bordes de calzada).

• Evaluar la factibilidad de incorporar Sobreancho o Banquina

Vinculada.

12


Análisis de Sensibilidad 15

12,0

14,0

16,0

18,0

20,0

22,0

24,0

26,0

28,0

10 100 1000 10000

Esp

eso

r d

e C

alza

da,

cm

Tránsito Pesado Medio Diario Anual (Diseño) - Esc. Log.

Criterio de Fatiga Criterio de Erosión



19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

20 MPa/m 60 MPa/m 100 MPa/m 140 MPa/m 180 MPa/m

Esp

eso

r d

e C

alza

da,

cm

Módulo de reacción combinado (subrasante/subbase)




17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

1,00 1,10 1,20 1,30

Esp

eso

r d

e C

alza

da,

cm

Factor de Seguridad de Cargas




17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

3,8 4,0 4,2 4,4 4,6 4,8 5,0 5,2 5,4 5,6

Esp

eso

r d

e C

alza

da,

cm

Resistencia a Flexión, MPa




12

14

16

18

20

22

24

26

28

30

32

1 10 100 1000 10000

Esp

eso

r d

e C

alza

da,

cm

Tránsito Pesado Medio Diario Anual (Esc. Log.)

Sin Pasadores y Sin Banquina de Hº

Con Pasadores y Sin Banquina de Hº

Sin Pasadores y Con Banquina de Hº

Con Pasadores y Con Banquina de Hº


Variantes según Condición de

Transferencia de Carga

20

VARIANTE A – BANQUINA FLEXIBLE

VARIANTE B – BANQUINA RÍGIDA / SOBREANCHO

JUNTAS TRANSVERSALES

• Con Pas → E: 24,6 cm.

• Sin Pas → E: 29,1 cm.


• Con Pas → E: 20,3 cm.

• Sin Pas → E: 24,9 cm.


Y si consideramos otro tipo de Base? 21

VARIANTE C - Base granular asfáltica + subbase granular

Ventajas:

• Permite alcanzar una rigidez intermedia, brindando un adecuado comportamiento (balance) frente a cargas de Tránsito y Medioambientales

• Elevada Resistencia a la Erosión (similar al Hormigón Pobre)

• Poca dependencia de la fase constructiva




1.4 1.7 2.1 2.4

2.8 3.6 3.9 4.4

5.5 6.1 6.4 7.5

Recálculo del Módulo de reacción combinado SUBBASE GRANULAR


3.9

22

4.9

BASE GRANULAR ASFÁLTICA

• Mediante Tablas puede determinarse también el módulo de reacción combinado.



1.4 2.3 3.1 4.3

2.8 4.2 5.4 7.2

5.5 7.7 9.5 12.2 4.9

50 mm

5.3

Kcombinado (subrasante / subbase / base) = 5.3 kg/cm3


Variante C – Base Asf + Subbase Gran. 23

VARIANTE C – BANQUINA FLEXIBLE

VARIANTE C – BANQUINA RÍGIDA / SOBREANCHO


• Con Pas → E: 25,6 cm.

• Sin Pas → E: 32,3 cm.


• Con Pas → E: 21,8 cm.

• Sin Pas → E: 27,1 cm.


DATOS

• Idem Anterior.

• Calidad de drenaje: Regular.

• Proporción de tiempo con niveles próximos a la saturación: 5% - 25%.

Ejemplo (Método AASHTO’93)

SOLUCIÓN

SERVICIABILIDAD

• Serviciabilidad Inicial (Po): 4.5.

• Serviciabilidad Final (Po): 2.5.

PROPIEDADES DEL HORMIGÓN • MR: 4.8 MPa; Rcompresión media: 35 MPa. • E: 6.750 · MR: 32 GPa.

24


Ejemplo (Método AASHTO’93) DRENAJE

• Calidad de drenaje: Regular.

• Próximo a la saturación: 25%. Cd: 1.0 (Por tabla).

TRÁNSITO

FP365)Feq(%VTMDAESALsn

1iiiTOTALES

años 34,16año

días365

1000VP

sEE'4330

Veh

VP0.4

día

veh6500ESALsTOTALES

FDTFDDESALsESALs TOTALESC.DISEÑO

sEE'106.110.870.5sEE'101.40ESALs 78C.DISEÑO

25

i

1

ni)(1FP


Ejemplo (Método AASHTO’93)

SUBRASANTE /SUBBASE

• Subbase: Estabilizado Granular c/ Cemento.

• LOS: 0 Kc: 130 MPa/m

TRANSFERENCIA DE CARGA

• Con Pasadores y Sin Banquina de Hormigón J: 3.2

DESVÍO ESTÁNDAR GLOBAL y CONFIABILIDAD

• So: 0.39 (Consideramos variación del tránsito futuro).

• R: 80%.

26



10 E+06

30 E+06

50 E+06

70 E+06

90 E+06

110 E+06

23

25

27

29

31

33

35

37

3,8 4 4,2 4,4 4,6 4,8 5 5,2 5,4 5,6

Eje

s Eq

uiv

ale

nte

s, W

18

Esp

eso

r d

e c

alza

da,

cm

Módulo de Rotura, MPa

Espesor Ejes Equivalentes



10 E+06

30 E+06

50 E+06

70 E+06

90 E+06

110 E+06

23

25

27

29

31

33

35

37

20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

Eje

s Eq

uiv

ale

nte

s, W

18

Esp

eso

r d

e c

alza

da,

cm

Módulo de reacción combinado, MPa/m




10 E+06

30 E+06

50 E+06

70 E+06

90 E+06

110 E+06

23

25

27

29

31

33

35

37

26 28 30 32 34 36 38 40 42

Eje

s Eq

uiv

ale

nte

s, W

18

Esp

eso

r d

e c

alza

da,

cm

Módulo de Elasticidad, GPa




10 E+06

30 E+06

50 E+06

70 E+06

90 E+06

110 E+06

23

25

27

29

31

33

35

37

0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2 1,3

Eje

s Eq

uiv

ale

nte

s, W

18

Esp

eso

r d

e c

alza

da,

cm

Coeficiente de Drenaje




10 E+06

30 E+06

50 E+06

70 E+06

90 E+06

110 E+06

23

25

27

29

31

33

35

37

50 60 70 80 90 100

Eje

s Eq

uiv

ale

nte

s, W

18

Esp

eso

r d

e c

alza

da,

cm

Confiabilidad




000 E+00

40 E+06

80 E+06

120 E+06

160 E+06

200 E+06

240 E+06

280 E+06

320 E+06

24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36

Eje

s Eq

uiv

ale

nte

s d

e 8

,2 T

Espesor de calzada, cm

Con Pasadores y Sin Banquina de Hº

Con Pasadores y Con Banquina de Hº

Sin Pasadores y Con Banquina de Hº

Sin Pasadores y Sin Banquina de Hº


Variantes según Condición de

Transferencia de Carga

33

VARIANTE A – BANQUINA FLEXIBLE

VARIANTE B – BANQUINA RÍGIDA / SOBREANCHO


• Con Pas → E: 29,7 cm.

• Sin Pas → E: 34,8 cm.


• Con Pas → E: 27,0 cm.

• Sin Pas → E: 31,7 cm.


Variante C – Base Asf + Subbase Gran. 34

VARIANTE C – BANQUINA FLEXIBLE

VARIANTE C – BANQUINA RÍGIDA / SOBREANCHO


• Con Pas → E: 31,0 cm.

• Sin Pas → E: 36,1 cm.


• Con Pas → E: 28,3 cm.

• Sin Pas → E: 32,9 cm.


Que otra variante podríamos analizar? 35

VARIANTE D – Incorporación de una estructura de Subdrenaje

Objetivo:

• Eliminar el agua que pudiera infiltrarse dentro de la estructura del pavimento

• Mayor confiabilidad en la prevención del bombeo de finos desde las capas inferiores.

Calidad de drenaje Regular Excelente Coef. De drenaje 1,00 1,15


Variante D – Subdrenaje 36

VARIANTE D – BANQUINA FLEXIBLE Opción 1: con Dren Longitudinal SIN SOBREANCHO


• Con Pas → E: 27,5 cm.

• Sin Pas → E: 32,3 cm.

VARIANTE D – BANQUINA FLEXIBLE Opción 2: Extendida hasta el talud

CON SOBREANCHO


• Con Pas → E: 25,0 cm.

• Sin Pas → E: 29,4 cm.


37

Ejemplo (ACPA StreetPave12)


38



39



40



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ING. DIEGO H. CALO

COORDINADOR

DEPARTAMENTO TÉCNICO DE PAVIMENTOS

[email protected]

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