(405692717) a6 diseño de pavimentos rígidos aastho

I. Diseo de Pavimentos Rgidos

Las capas que conforman el pavimento rgido son: subrasante, subbase, y losa o superficie de rodadura como se muestra en la Figura 3.1

Figura 3.1. Capas del pavimento rgido.

Los elementos y funciones de un pavimento rgido son:

Subrasante.- Es la capa de terreno de una carretera que soporta la estructura de pavimento y que se extiende hasta una profundidad que no afecte la carga de diseo que corresponde al trnsito previsto. Esta capa puede estar formada en corte o relleno y una vez compactada debe tener las secciones transversales y pendientes especificadas en los planos finales de diseo.

El espesor de pavimento depender en gran parte de la calidad de la subrasante, por lo que sta debe cumplir con los requisitos de resistencia, incompresibilidad e inmunidad a la expansin y contraccin por efectos de la humedad, por consiguiente, el diseo de un pavimento es esencialmente el ajuste de la carga de diseo por rueda a la capacidad de la subrasante. Se considera como la cimentacin del pavimento y una de sus funciones principales es la de soportar las cargas que transmite el pavimento y darle sustentacin, as como evitar que el terrapln contamine al pavimento y que sea absorbido por las terraceras.

Diseo y Conservacin de Pavimentos RgidosSubbase.- Es la capa de la estructura de pavimento destinada fundamentalmente a soportar, transmitir y distribuir con uniformidad las cargas aplicadas a la superficie de rodadura de pavimento, de tal manera que la capa de subrasante la pueda soportar absorbiendo las

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variaciones inherentes a dicho suelo que puedan afectar a la subbase. La subbase debe controlar los cambios de volumen y elasticidad que seran dainos para el pavimento.

Se utiliza adems como capa de drenaje y contralor de ascensin capilar de agua, protegiendo as a la estructura de pavimento, por lo que generalmente se usan materiales granulares. Al haber capilaridad en poca de heladas, se produce un hinchamiento del agua, causado por el congelamiento, lo que produce fallas en el pavimento, si ste no dispone de una subrasante o subbase adecuada.

Losa (superficie de rodadura).- Es la capa superior de la estructura de pavimento, construida con concreto hidrulico, por lo que debido a su rigidez y alto mdulo de elasticidad, basan su capacidad portante en la losa, ms que en la capacidad de la subrasante, dado que no usan capa de base.Diseo y Conservacin de Pavimentos Rgido

III.1 Procedimiento de diseo

Para el diseo del pavimento rgido se seguir el mtodo AASTHO que se presenta a continuacin:

La frmula general para el diseo de pavimentos rgidos est basada en los resultados obtenidos de la prueba AASHTO. La frmula es la

siguiente:

Desviacin normal estndar

Error estndarcombinado Espesor

Serviciabilidad

+ 7.35 ( + 1) 0.006 + 4.5 1.5 1 + 1.624 10 Mdulo de

( + 1). (18) =

Serviciabilidad final

ruptura Coeficiente de drenaje

(. 1.132) Trfico

+(4.22 0.32 ) 215.63 .

18.42 .( )

Mdulo detransferencia de carga

Mdulo deelasticidad

Mdulo dereaccin

Universidad Nacional Autnoma de Mxico Pgina | 16

El procedimiento de diseo normal es suponer un espesor de pavimento e iniciar a realizar tanteos, con el espesor supuesto calcular los ejes equivalentes y posteriormente evaluar todos los factores adicionales de diseo, si se cumple en equilibrio en la ecuacin el espesor supuesto es resultado del problema, de lo contrario de debe de seguir haciendo tanteos.

Las variables de diseo de un pavimento rgido son:

a) Espesor.

b) Serviciabilidad c) Trnsitod) Transferencia de carga

e) Propiedades del concreto

f) Resistencia a la subrasante g) Drenajeh) Confiabilidad

a) ESPESOR

El espesor del pavimento de concreto es la variable que se pretende determinar al realizar un diseo, el resultado del espesor se ve afectado por todas las dems variables que interviene en los clculos.

b) SERVICIABILIDAD

La serviciabilidad se define como la habilidad del pavimento de servir al tipo de trfico (autos y camiones) que circulan en la va, se mide en una escala del 0 al 5 en donde 0 (cero) significa una calificacin para pavimento intransitable y 5 (cinco) para un pavimento excelente. La serviciabilidad es una medida subjetiva de la calificacin del pavimento, sin embargo la tendencia es poder definirla con parmetros medibles.

Pgina | 17Universidad Nacional Autnoma de Mxico

ndice de servicioCalificacin

5Excelente

4Muy bueno

3Bueno

2Regular

1Malo

0Intransitable

El ndice de serviciabilidad inicial (Po) es la condicin que tiene un pavimento inmediatamente despus de la construccin del mismo, para su eleccin es necesario considerar los mtodos de construccin, ya que de esto depende la calidad del pavimento.Usando buenas tcnicas de construccin, el pavimento de concreto puede tener una serviciabilidad Po = 4.7 4.8.En la Figura 3.2 se puede observar que mientras mejor se construya inicialmente un

pavimento, o bien, mientras mejor ndice de serviciabilidad inicial tenga mayor ser su vida til.

Figura 3.2. Comportamiento del pavimento de acuerdo al ndice de serviciabilidad inicial (Po).

El ndice de serviciabilidad final (Pt) tiene que ver con la calificacin que esperamos tenga el pavimento al final de su vida til, o bien, el valor ms bajo que pueda ser admitido, antes de que sea necesario efectuar una rehabilitacin, un refuerzo o la reconstruccin del pavimento.Los valores recomendados de serviciabilidad final Pt para el caso de Mxico se pueden

observar en la Tabla 3.1.

Tabla 3.1. Valores de serviciabilidad final (Pt) en funcin deltipo de camino.

Tipo de caminoServiciabilidad final (Pt)

Autopistas2.5

Carreteras2.0

Zonas industriales1.8

Pavimentos urbanos Principales1.8

Pavimentos urbanos secundarios1.5

La diferencia entre ambos ndices es: PSI= Po Pt, que se define como prdida de serviciabilidad.

c) TRNSITO

El trnsito es una de las variables ms significativas del diseo del pavimento y sin embargo es una de las que ms incertidumbre presenta al momento de estimarse. Es importante hacer notar que debemos contar con la informacin ms precisa posible del trfico para el diseo, ya que de no ser as podramos tener diseos inseguros o con un grado importante de sobre diseo, debido a esto, en este trabajo se tratar de manera sencilla esta parte.

La metodologa AASHTO considera la vida til de un pavimento relacionada al nmero de repeticiones de carga que podr soportar el pavimento antes de llegar a las condiciones de servicio final predeterminadas para el camino. El mtodo AASHTO utiliza en su formulacin el nmero de repeticiones esperadas de carga de Ejes Equivalentes, es decir, que antes de entrar a las frmulas de diseo, debemos transformar los Ejes de

Pesos Normales de los vehculos que circulan por el camino, en Ejes Sencillos

Equivalentes de 18 kips (8.2Ton) tambin conocidos como ESALs.

Lo conducente es realizar los clculos para el carril de diseo, seleccionado para estos fines por ser el que mejor representa las condiciones crticas de servicio de la calle o camino. Existen algunos factores que nos ayudan a determinar con precisin el trficoque circula en el carril de diseo, estos factores se muestran en la tabla siguiente:

Tabla 3.2. Porcentaje de ejes equivalentes

Nmero de carriles en unadireccinPorcentaje de ejes simples equivalentes de 82kNen el carril de diseo

1100

280 100

360 80

450 75

AASTHO disea los pavimentos por fatiga. La fatiga se entiende como el nmero de repeticiones ciclos de carga y descarga que actan sobre un elemento. En realidad al establecer una vida til de diseo, lo que estamos haciendo es tratar de estimar, en un periodo de tiempo, el nmero de repeticiones de carga a las que estar sometido el pavimento.La vida til mnima con la que se debe disear un pavimento rgido es de 20 aos, es

comn realizar diseos para 30, 40 ms de 50 aos. Otro factor que hay que tomar en cuenta es la tasa de crecimiento anual, que depende del desarrollo econmico social, de la capacidad de la va, tipo de vehculo que pueden ser ms de un tipo que de otro.Es conveniente prever este crecimiento del trfico, tomando en consideracin una tasa de crecimiento anual con la que se calcula un factor de crecimiento de trfico.

Es importante investigar adecuadamente la tasa de crecimiento apropiada para el caso en particular que se este considerando. A continuacin se presentan algunos valores tpicos de tasas de crecimiento, sin embargo estos pueden variar segn el caso.


Tabla 3.3. Valores comunes de tasa de crecimiento.

CasoTasa de crecimiento

Crecimiento normal1% a 3%

Vas completamente saturadas0% a 1%

Con trfico inducido*4% a 5%

Alto crecimiento*mayor al 5%

*solamente durante 3 a 5 aos

El Factor de Crecimiento del Trfico considera los aos de vida til ms un nmero de aos adicionales debidos al crecimiento propio de la va.

( + ) =

Donde:

g = tasa de crecimiento n= aos de vida til

d) TRANSFERENCIA DE CARGA

Tambin se conoce como coeficiente de transmisin de carga (J) y es la capacidad que tiene una losa del pavimento de transmitir las fuerzas cortantes con sus losas adyacentes, con el objetivo de minimizar las deformaciones y los esfuerzos en la estructura del pavimento. Mientras mejor sea la transferencia de cargas, mejor ser el comportamiento de las losa del pavimento.

La efectividad de la transferencia de carga entre las losas adyacentes depende de varios factores:

Cantidad de trfico

Utilizacin de pasajuntas

Soporte lateral de las losas

La utilizacin de pasajuntas es la manera ms conveniente de lograr la efectividad en la transferencia de cargas, por lo que se recomienda su utilizacin cuando:

El trfico pesado sea mayor al 25% del trfico total.

El nmero de ejes equivalentes de diseo sea mayor de 5.0 millones de ESALs.

Esta transferencia de cargas se realiza a travs de los extremos de las losas (juntas o grietas) y su valor depende del tipo de pavimento, del tipo de borde u hombro y de la colocacin de los elementos de transmisin de carga.

En la siguiente tabla se muestran los valores del coeficiente de transmisin de carga en funcin de estos parmetros:

Tabla 3.5. Valores de coeficiente de transmisin de carga J.

Hombro

Elementos de transmisin de carga

Concreto hidrulico

Tipo de pavimentosino

No reforzado o armado con juntas2.5 - 3.23.6 - 4.2

Armado continuo2.3 - 2.9-

Fuente: Gua para el Diseo de estructuras de pavimento, AASHTO, 1993

El coeficiente de transmisin de carga considera el esfuerzo de transferencia a travs de la junta o grieta como se observa en las siguientes figuras.

Figura 3.3. Junta 0% efectiva. La carga la soporta una sola losa.

Figura 3.4. Junta 100% efectiva. La carga la soportan entre las dos losas.

Soporte lateral es el confinamiento que produce el soporte lateral y contribuye a reducir los esfuerzos mximos que se generan en el concreto por efecto de las cargas. Un pavimento de concreto puede considerarse lateralmente soportado cuando tenga algunas de las siguientes caractersticas en su seccin:

Carril ancho 4.0

Confinamiento con guarniciones o banqueta

Con acotamientos laterales

Figura 3.5. Pavimento lateralmente soportado.

Las pasajuntas son barras de acero redondo liso con un = 4,200/ , la cual nose debe adherir al concreto permitiendo el libre movimiento de las losas

longitudinalmente, pero si debe de transferir verticalmente parte de la carga aplicada en una losa adyacente. Se colocan perfectamente alineadas a la mitad del espesor de la losa.

e) PROPIEDADES DEL CONCRETO

Son dos las propiedades del concreto que influyen en el diseo y en su comportamiento a lo largo de su vida til.

Resistencia a la tensin por flexin o Mdulo de Ruptura (MR)

Mdulo de elasticidad del concreto (Ec)

Debido a que los pavimentos de concreto trabajan principalmente a flexin es recomendable que su especificacin de resistencia sea acorde con ello, por eso el diseo considera resistencia del concreto trabajando a flexin, que se conoce como resistencia a la flexin por tensin (Sc) o Mdulo de ruptura (MR) normalmente especificada a los28 das.

Existe una prueba normalizada por la ASTM C78 para la obtencin del mdulo de ruptura la cual consiste en aplicar carga a la viga de concreto en los tercios de su claro de apoyo (Figura 3.6). Se puede realizar otra prueba similar aplicndole carga el centro del claro; los resultados obtenidos son diferentes aproximadamente entre 15% a 20% mayores.

Figura 3.6 Prueba para la obtencin de mdulo de ruptura.

En la siguiente tabla se muestra el Mdulo de Ruptura (MR) recomendado.

Tabla 3.6. Mdulo de ruptura

Tipo de pavimento MR recomendado kg/cm2 psi

Autopistas48.0682.7

Carreteras48.0682.7

Zonas industriales45.0640.1

Urbanas principales45.0640.1

Urbanas secundarias42.0597.4

AASHTO permite utilizar la resistencia a la flexin promedio que se haya obtenido del resultado de ensayos a flexin de las mezclas diseadas para cumplir la resistencia especificada del proyecto. = + ( )

Desviacin normal estndar

Los valores tpicos utilizados para la desviacin estndar son:

Tabla 3.7. Valores tpicos de desviacin estndar.

Promedio

Concreto premezclado6% a 12%9.0%

Mezclado central5% a 10%7.5%

La desviacin normal estndar (Zr) define que, para un conjunto de variables (espesor de las capas, caractersticas de los materiales, condiciones de drenaje, etc.) que intervienen en un pavimento, el trnsito que puede soportar el mismo a lo largo de un periodo de diseo. A continuacin se muestra en la Tabla III.8 la desviacin normal estndar en funcin de la confiabilidad (R).

Tabla 3.8. Valores para Zr en funcin de la Confiabilidad R.

Confiabilidad R, %Desviacin normalestndar ,ZrConfiabilidad R, %Desviacin normalestndar ,Zr

50-0.00093-1.476

60-0.25394-1.555

70-0.52495-1.645

75-0.67496-1.881

80-0.84197-2.054

85-1.03798-2.054

90-1.28299-2.327

91--1.34099.9-3.090

92--1.40599.99-3.750

Fuente: Gua para el Diseo de estructuras de pavimento, AASHTO, 1993.

El mdulo de elasticidad del concreto (Ec) esta relacionado con su mdulo de ruptura y se determina mediante la norma ASTM C469. En su defecto correlacionarlo con otras caractersticas del material como puede ser su resistencia a la compresin (fc). Esto es: = /f) RESISTENCIA A LA SUBRASANTE

La resistencia a la subrasante se obtiene mediante el mdulo de reaccin del suelo (K)

por medio de la prueba de placa.

El mdulo de reaccin del suelo corresponde a la capacidad portante que tiene el terreno natural en donde se soportar el cuerpo del pavimento.El valor del mdulo de reaccin se puede obtener directamente del terreno mediante la prueba de placa ASTM D1195 Y D1196 (Figura 3.7). El resultado de la prueba indica la caracterstica de resistencia que implica la elasticidad del suelo. Esto es igual al coeficiente del esfuerzo aplicado por una placa entre las deformaciones correspondientes, producida por este esfuerzo. Dado que la prueba de placa es tardada y cara, el valor de k, es usualmente estimado por correlacin a una prueba simple, tal como la Relacin de Soporte de California (CBR). El resultado es vlido ya que no se requiere una determinacin exacta del valor de k; las variaciones normales de un valor

estimado no afectan apreciablemente los requerimientos del espesor del espesor del pavimento.Cuando se disea un pavimento es probable que tenga diferentes valores de K a lo largo

del tramo por disear, por lo que se recomienda utilizar el valor promedio de los mdulos K para el diseo.Si no se cuenta con informacin geotcnica del sitio, la Tabla 3.9 proporciona rdenes

de magnitud en los mdulos de reaccin de las capas de apoyo.

Figura 3.7. Esquema de la prueba de placa ASTM D1195 Y D1196

Tabla 3.9. Tipos de suelo de subrasante y valores aproximados de k.

TIPOS DE SUELO SOPORTE RANGO DE VALORES DE K (PCI)

Suelo de grano fino en el cual 75 120el tamao de las partculas Bajode limo y arcilla predominan

Arenas y mezclas de arena 130 170con gravas, con una cantidad Medioconsiderable de limo y arcilla

Arenas y mezclas de arena 180 220con grava, relativamente Altolibre de finos.

Subbase tratada con Muy alto 250 - 400cemento

Fuente: Salazar Rodrguez Aurelio. Gua para diseo y construccin de pavimentos rgidos

g) DRENAJE

En cualquier tipo de pavimento, el drenaje es un factor importante en el comportamiento de la estructura del pavimento a lo largo de su vida til y por lo tanto en el diseo del mismo. Se puede evaluar mediante el coeficiente de drenaje (Cd) el cual depende de:

Calidad del drenaje.

Viene determinado por el tiempo que tarda el agua infiltrada en ser evacuada de la estructura del pavimento

Exposicin a la saturacin.

Porcentaje de tiempo durante el ao en que un pavimento esta expuesto a niveles de humedad que se aproximan a la saturacin. Este valor depende de la precipitacin media anual y de las condiciones del drenaje. Para el caso se definen varias condicionesdel drenaje:

Tabla 3.10. Calidad del drenaje.

Calidad de drenaje Tiempo en que tarde el agua en ser evacuada

Excelente El suelo libera el 50% de agua en 2 horas

Bueno El suelo libera el 50% de agua en 1 da

Mediano El suelo libera el 50% de agua libre en 7 das

Malo El suelo libera el 50% de agua libre en 1 mes

Muy malo El agua no evacua


Combinando todas las variables que interviene para llegar a determinar el coeficiente de drenaje Cd, se llega a los valores de la siguiente Tabla:

Tabla 3.11. Valores para el Coeficiente de drenaje Cd

Calidad del drenajePorcentaje del tiempo en que la estructura del pavimento esta expuesta a niveles de humedad prximos a la saturacin

Menos del 1%1% - 5%5% - 25%ms del 25%

Excelente1.25 - 1.201.20 - 1.151.15 - 1.101.10

Bueno1.20 - 1.151.15 - 1.101.10 -1.001.00

Mediano1.15 - 1.101.10 - 1.001.00 - 0.900.90

Mala1.10 - 1.001.00 - 0.900.90 - 0.800.80

Muy malo1.00 - 0.900.90 - 0.800.80 - 0.700.70


Es importante evitar que exista presencia de agua, dado que en caso de presentarse afectar en gran medida a la respuesta estructural del pavimento. El agua atrapada puede producir efectos nocivos como:

Reduccin de la resistencia de materiales granulares.

Reduccin de la resistencia de la subrasante.

Expulsin de finos.

Levantamientos diferenciales de suelos expansivos.

Expansin por congelamiento del suelo.

h) CONFIABILIDAD

Los factores estadsticos que influyen en el comportamiento de los pavimentos son:

Confiabilidad R

Desviacin estndar

La confiabilidad esta definida como la probabilidad de que el sistema de pavimento se comporte de manera satisfactoria durante su vida til en condiciones adecuadas para su operacin. Otra manera de interpretar este concepto sera aqulla que la probabilidad de que los problemas de deformacin y resistencia estn por debajo de los permisibles durante la vida de diseo del pavimento.


En la Tabla 3.12 se observa la confiabilidad recomendada en funcin del tipo de camino:

Tabla 3.12. Valores recomendados del nivel deconfianza atendiendo al tipo de camino.

Clasificacin del caminoUrbanoRural

Autopistas85% - 99.9%80% - 99.9%

Arterias principales80% - 99%75% - 99%

Colectoras80% - 95%75% - 95%

Locales50% - 80%50% - 80%

La confiabilidad recomendado para Mxico se muestra a continuacin:

Tabla 3.13. Valores de Confiabilidad para eltipo de pavimento en Mxico.

Tipo de pavimentoConfiabilidad R

Autopistas95%

Carreteras80%

Rurales70%

Zonas industriales65%

Urbanas principales60%

Urbanas secundarias50%

La confiabilidad puede relacionarse con un Factor de Seguridad y va asociada con la desviacin estndar (So) tambin llamado error estndar. Este ltimo representa el nmero de ejes que puede soportar el pavimento hasta que su ndice de serviciabilidad descienda por debajo de un determinado ndice de servicio final (Pt)La desviacin estndar (So) relacionada con la confiabilidad (R) se muestra a continuacin:

Tabla 3.14. Desviacin estndar y confiabilidad.

Desviacin estndar (So)Confiabilidad (R)

50%60%70%80%90%95%

0.301.001.191.441.792.423.12

0.351.001.231.531.972.813.76

0.391.001.261.602.133.164.38

0.401.001.261.622.173.264.55

Para una mejor claridad se presenta enseguida un ejemplo para el clculo del espesor de la losa utilizando el mtodo AASTHO.

EJEMPLO USANDO EL MTODO AASTHO

El desarrollo del problema se realizar a partir de los siguientes datos:

() =

Para poder entrar al nomograma se tendr que convertir a PCI (/)

10 2.2046 1

1

6.1024 10

= 360.65

= 360.65 = 300/ = 21000/

) = 21000(300 /

= 3.6 10

/3.6 10 2.2046 1

O bien:

1

0.155

= 51.20 10

= 5 10

= 3.6 10(14.223) = 5 10 = 650 = 2.5Pavimento de concreto en masa con pasadores en las juntas y acotamientos de

concreto. = 1.20Corresponde a un drenaje de calidad buena y un 1% de porcentaje de tiempo en

el que la estructura esta expuesta a niveles prximos a la saturacin. = 0.30 = 4.5 = 2.5

= 4.5 2.5 = 2.0

El nmero total de ejes equivalentes se obtiene a partir del resultado del aforo del

trnsito.

Tabla 3.15. Aforo del trnsito

TIPO DEVEHCULOSPORCENTAJEVPD

A5020500

A12510250

B104100

C262460

C341640

T2 S231230

T3 S22820

El volumen de trnsito real (TDPA) se convierte en trnsito equivalente de ejes sencillos de 8.2ton, mediante la aplicacin de los coeficientes de dao por trnsito por vehculos tpicos. Se considerar trnsito en ambas direcciones.

DETERMINACIN DEL TRNSITO EQUIVALENTE

Para transformar el trnsito mezclado al correspondiente trnsito equivalente a ejes sencillos de 8.2ton, referido al carril de diseo y considerando que los vehculos transitan en ambas direcciones se explica a continuacin:

El coeficiente de distribucin es del 30%.

Tabla 3.16. Clculo de nmero de ejes equivalentes.

12345

TIPO DE VEHCULOSTDPA DOS DIRECCIONESNMERO DE VEHCULOSCARRIL DE DISEOCOEFICIENTE DE DAONM. DE EJES EQUIVALENTES

A2050061500.004628.29

A11025030750.341045.5

B410012302.02460

C224607380.88649.44

C316404920.88432.96

T2 - S212303694.01476

T3 - S28202465.01230

TOTALES (To) =7322.19

De la Tabla 3.16, el nmero de vehculos del carril de diseo (columna 3) se obtiene multiplicando el TDPA (columna 2) por el coeficiente de distribucin de 30% el cual fue seleccionado en funcin del nmero de carriles (8 en este caso).El coeficiente de distribucin se obtiene segn la siguiente tabla y de acuerdo al nmero de carriles que se est diseando.

Tabla 3.17. Coeficiente de distribucin.

NMERO DE CARRILES ENAMBAS DIRECCIONESCOEFICIENTE DE DISTRIBUCIN PARA ELCARRIL DEL PROYECTO

250%

440 50%

6 o ms30 40%

Recomendaciones dadas por el Instituto de Ingeniera

Regresando a la Tabla 3.16, el nmero de ejes equivalentes (columna 5) para cada rengln se determina multiplicando el nmero de vehculos del carril de diseo (columna 3) por el coeficiente de dao (columna 4) que se obtiene a partir de la tabla3.18. La suma de estos resultados parciales se tiene al final de la columna 5. Cada una de estas sumas representa el trnsito equivalente en ejes simples de 8.2ton, referido a un canal de diseo y a un da medio del ao.

Tabla 3.18. Coeficiente de dao por trnsito para vehculos tpicos.

CLCULO DEL TRNSITO EQUIVALENTE ACUMULADO

El trnsito acumulado de ejes equivalentes de 8.2ton durante un periodo de n aos de servicio se calcula mediante el empleo de la siguiente ecuacin: = Donde:

In = trnsito acumulado durante n aos de servicio y tasa de crecimiento r, en ejes equivalentes de 8.2ton.To = trnsito medio diario en el primer ao de servicio para el carril de diseo, en ejes equivalentes de 8.2ton.

C= coeficiente de acumulacin de trnsito para n aos de servicio y una tasa de crecimiento anual r, que se puede obtener mediante la ecuacin siguiente: 1C = 365 (1 + r) r

Considerando un periodo de diseo para 15 aos y una tasa de crecimiento anual de 4%

se determina el coeficiente de acumulacin de trnsito:(1 + 0.04) 1C = 365

0.04

C = 7308.61

Por lo tanto:

= 7308.61 7322.19 = . Es decir; que el nmero total de ejes equivalentes de 18kips (8.2ton) es de53 515 027.31.

En la siguiente tabla se concentran los datos calculados de las diferentes variables para

poder entrar al nomograma y obtener el espesor de la losa.

NOMBRE DE LA VARIABLEVARIABLE(UNIDADES)VALOR DE LAVARIABLE

Mdulo de reaccin del sueloK = PCI360.36

Mdulo de elasticidad del concretoEc = PSI5 X 106

Mdulo de rupturaMR = PSI650

Coeficiente de transferencia de cargaJ = Adim.2.5

Coeficiente de drenajeCd = Adim.1.20

Prdida de serviciabilidadPSI = Adim.2.0

ConfiabilidadR = %90

Desviacin estndarSO= Adim.0.30

Carga equivalenteESALs = kip 10653 515 027.31

Debajo de cada escala del nomograma se indica el dato de cada variable.Diseo y Conservacin de Pavimentos Rgidos

= .

K = 360.36PCIEc =

= .

=

Universidad Nacional Autnoma de Mxico Pgina | 38

= 2.0

= 53 515 027.31

= 0.30

= 90%

El espesor del pavimento obtenido es de 10 pulgadas (25cm).


III.2 Definicin, funcin y tipo de juntas

Debido a los cambios volumtricos que por su naturaleza experimenta el concreto y a los sistemas constructivos de los pavimentos rgidos, se hace necesaria la construccin de juntas y/o uniones entre paos o losas de un pavimento.

La funcin de las juntas consiste en:

Mantener las tensiones que se desarrollan en la estructura de un pavimento dentro de los valores admisibles del concreto o disipar tensiones debidas a agrietamientos inducidos debajo de las mismas juntas. Controla el agrietamiento transversal y longitudinal.

Divide al pavimento en secciones adecuadas por efecto de las cargas de trnsito.

Permite la transferencia de cargas entre losas.

Los tipos de juntas ms comunes en los pavimentos rgidos caen dentro de dos clasificaciones: transversales y longitudinales que a su vez se clasifican como de contraccin, construccin y de expansin.

Las juntas se pueden clasificar segn el siguiente cuadro.


Las juntas se clasifican

Ubicacin respecto al eje del pavimento

Funcin

Transversales

Longitudinales

Contraccin Construccin Expansin

Las juntas longitudinales se utilizan para tender franjas nuevas de la losa sobre tendidos ya existentes, mientras que las juntas transversales se utilizan para controlar el agrietamiento tranversal .

En la siguiente tabla se muestran los tipos ms comunes de juntas y sus funciones principales.Diseo y Conservacin de Pavimentos Rgidos

Tabla 3.19. Tipos de juntas y sus funciones

TIPO DE JUNTA FUNCIN

Juntas transversales Son las que se construyen ortogonalmente al eje del trazo del pavimento. Su espaciamiento es para ev itarde contraccin agrietamiento provocado por los esfuerzos debidos a cambios de temperatura, humedad y secado.

Juntas transversales Son las ejecutadas al final de cada da de labores o aqullas realizadas por necesidades de proyecto en instalacionesde construccin o estructuras existentes. Ejemplo: cambios de pendiente como los accesos de puentes. Normalmente se planean con oportunidad desde la etapa de planeacin. Ver Figura 3.8.

Juntas transversales Son aqullas que permiten el movimiento horizontal o los desplazamientos del pavimento respecto a las estructurasde existentes como puentes, alcantarillas, en el cruce o unin de dos calles. Estas se colocan para cont rolar lasexpansin/aislantes dilataciones del concreto.

Juntas Son aqullas que dividen a los carriles en la direccin longitudinal, o las ejecutadas en donde se construyen dos o longitudinales de ms anchos de carriles al mismo tiempo. Influyen en el buen comportamiento de los pavimentos rgidos . Es muy contraccin importante el refuerzo ya que reduce el espesor de la losa y aumenta la vida til del pavimento, as como el espaciamiento de las juntas. El refuerzo es mediante pasajuntas de acero lisas y engrasadas para que no se adhieranal concreto y estn protegidas contra la corrosin y as mismo puedan transmitir contante a losas vecinas.

Juntas Son aqullas juntas existentes entre dos carriles construidos en diferentes etapas.longitudinales deconstruccin Como su nombre lo dice, se utilizan para controlar las grietas longitudinales de contraccin, as mismo paradeterminar el ancho del carril. Pueden realizarse al colocar las franjas longitudinales del pavimento. Llevan barras desujecin, colocadas a la mitad del espesor para evitar deslizamientos laterales de las losas. Ver Figura 3.9.


Figura 3.8 Junta transversal de construccin.


Figura 3.9. Junta longitudinal de contraccin.

Un pavimento podr disearse con o sin juntas, ello estar en funcin del tipo de estructura deseada, el tipo de trnsito y de las condiciones ambientales. En general se recomienda el empleo de pasajuntas para trnsitos intensos y pesados.

El factor J representa la cantidad de tranferencia de carga que se espera a lo largo de la junta para un periodo de diseo particular del pavimento dicho concepto que se explic con ms detalle en el tema III.1 Diseo de Pavimentos.

Diseo y Conservacin de PavimentosLas juntas son muy importantes en la duracin de la estructura, siendo una de las pautas para calificar la bondad de un pavimento. En consecuencia la conservacin y oportuna reparacin de las fallas en las juntas son decisivas para la vida de servicio de un pavimento.

IIII.3 Diseo de pasajuntas

Las pasajuntas son barras de acero liso y redondo colocadas transversalmente a las juntas para transferir las cargas del trfico sin restringir los movimientos horizontales de las juntas. Adems mantienen a las losas alineadas horizontal y verticalmente.

Las pasajuntas reducen las deflexiones y los esfuerzos en las losas de concreto, as como el potencial de diferencias de elevacin en las juntas, bombeo (expulsin de finos a travs de las juntas) y rupturas en las esquinas. Por lo que toda esta reduccin de deflexiones y esfuerzos en las losas al transmitir efectivamente la carga a lo largo de las juntas se traduce en un incremento en la vida de servicio del pavimento.

Existen formas tericas para estimar dimetros y longitudes de pasajuntas, sin embargo, es comn emplear criterios prcticos para su diseo. La Tabla 3.20 muestraalgunos valores recomendados a manera de gua.

Tabla 3.20. Dimetros y longitudes de las pasajuntas de acuerdo al espesor de la losa.

Espesor de lalosa(cm)Dimetro depasajuntas(pulgadas)Longitud depasajunta (cm)

12.55/830

153/436

187/836

20136

231 1/840

251 1/446

281 3/846

311 1/251

Sin embargo es recomendable emplear pasajuntas de dimetros de 1 para espesores de losa mayores de 25cm y de 1 para espesores iguales o menores a 25 cm.

Las pasajuntas se colocan para transmitir las cargas de una losa a otra. Dependiendo de las deflexiones que experimenten dos losas ligadas por pasajuntas, al ser solicitadas por el trnsito, se tendr mayor o menor eficiencia. (ver Figura 3.3 y Figura 3.4 del tema III. Diseo de Pavimentos)

En la Figura 3.3 no se transmite carga de una losa hacia la otra, mientras que en la Figura 3.4 la accin de la pasajunta permite que la carga del vehculo, tanto cuando entra como cuando sale, la distribuya entre las dos losas. Es as que la transferencia de carga puede definirse como la capacidad que tiene dos secciones de losa para transmitir parte de la carga aplicada de una seccin otra. Se mide, por lo que se ledenomina Factor de Eficiencia

2(. ) = (. ) + (. )

. 1

(. ) (. ) son las deflexiones de la losa del lado cargado ydescargado, respectivamente.

La efectividad de las juntas puede evaluarse en campo, ya sea en trminos de desplazamientos o en trminos de esfuerzos.

=

. 2

Donde: = . = sin . = .

El tamao y espaciamiento de las pasajuntas viene regido por el esfuerzo permisible de la pasajunta ante cortante, as como la misma resistencia, pero ahora del concreto.

El esfuerzo portante permisible vendr entonces definido en la forma:

4 = . 33

Donde:

= ,

= . = La mxima deflexin sera.

=

[2 + ]4

. 4

Donde: = . = . = . = . = . = .

Si se sabe que:

= (164) =

4

. 5

Donde: =

8000 41520

= .La ecuacin del esfuerzo queda en trminos de la deflexin.

= =

(2 + )4

. 6

Esta ecuacin se deber comprobar con el valor que proporciona la Ec. 3, o sea, el permisible. Si el esfuerzo debido a Pt es mayor que el calculado por esta ltima ecuacin, entonces se deber reducir el espaciamiento entre las pasajuntas, o incrementar el dimetro de sta.

(405692717) a6 diseño de pavimentos rígidos aastho

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