diseño estructural de pavimentos rigido

5/24/2018 Diseo Estructural de Pavimentos Rigido

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UNIVERSIDAD CAPITAN GENERAL

GERARDO BARRIOS

FACULTAD DE INGENIERIA

Y ARQUITECTURA

CATEDRA:

PAVIMENTOS

DOCENTE:

ING. RIGOBERTO LOPEZ

TEMA:

DISEO DE ESPESOR DE PAVIMENTO RIGIDO

METODO AASHTO 93, P.C.A. Y AASHTO 2002

PRESENTADO POR:

CLAUDIA VANESSA AMAYA CRESPO

WALTER ERNESTO SANCHEZYESENIA PATRICIA IGLESIAS ALVARENGA

ILIANA PRICILA LOPEZ ARGUETA

FABIOLA CRISTINA CANO QUEZADA

JOSUE AMILCAR SANCHEZ GONZALEZ

IRIS LISBETH HERNANDEZ

JUAN PABLO ROBLEZ

ROGER ALFREDO MANZANO POLIO

SALVADOR ELIAS FUENTES ALVARADO

CARLOS GUSTAVO SALAZAR CHAVES

JORGE ALEJANDRO YANES SANCHEZ

RODOLFO DAGOBERTO QUINTANILLA

HERSON ALEXANDER ORDOEZ

SAN MIGUEL, 22 DE ABRIL DE 2014


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INTRODUCCION

Es de tener en cuenta que llamaremos pavimento al conjunto de capas de materiales

seleccionados que reciben en forma directa las cargas de trnsito, es decir, de los vehculos que

las transmiten a los estratos capas inferiores en la forma proporcional, obteniendo una

superficie de rodamiento formada por una capa o franja.

Para el diseo de pavimentos rgidos es necesario a travs de la campaa geotcnica de

terminar el valor de CBR de diseo de las capas que soportaran la estructura de pavimento

rgido, as como, los diferente datos que nos ayudan a calcular el espesor de la losa de concreto

hidrulico.

Muchos de los datos que se involucran para la determinacin del espesor de la losa de concreto

hidrulico son explicados y presentan las tablas y nomogramas correspondientes.


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OBJETIVO GENERAL

Que el estudiante calcule el espesor de una carpeta de rodamiento de concreto hidrulico con

base granular y con base cementante, utilizando los mtodos de diseo AASHTO 1993, PCA y

AASHTO 2012.


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VEHCULO TPDA 2005 TPDA 2010 TPDA 2011

AUTOMOVIL 8693 10475 10873

PICK UP 3520 4242 4403MICROBUS MED. 510 615 638

BUS 129 155 161

C-2 656 790 826

T3-S2 4 5 5

DISEO ESTRUCTURAL DE PAVIMENTOS RIGIDO: METODO DE DISE`NO AASHTO 93

Descripcin del Proyecto: La va analizada es el Boulevard Sur, la cual es un camino urbano

principal con 2 carriles de 3.50 m, por sentido y cunetas laterales.

Tipo de Pavimento: JPCP con Dovelas: consistir en losas de pavimento de concreto hidrulico(Pavimento Rgido), para el cual se deber de considerar las alternativas de Base granular y Base

Cementada.

Caracterstica de los Materiales:

Mdulo de Ruptura (MR): 4.5 Mpa Mdulo de Elasticidad (Ec): 30,000 Mpa Mdulo de Resiliencia Base (Mr): Granular 160 Mpa

Cementada: 8,300 Mpa

Calculo de Esals por Carril de Transito

Trfico y Clculo de Esals: se elige un periodo de diseo de 25 aos, segn la tabla 7-1

Transito: Utilizar como tasa de crecimiento el valor de 3.8% para vehculos livianos y 4.5% para

vehculos pesados. Considere los siguientes volmenes de trfico, para el ao 2,011 en el

anlisis.


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Calculo del Poblacin por Tipo de Vehculos para el ao 2011: se utiliza la estimacin de la

poblacin para vehculos futura, utilizando el Mtodo de Crecimiento Geomtrico; si el

aumento de la poblacin de vehculos es proporcional al tamao de esta entonces diremos que

es un crecimiento geomtrico, en donde utilizaremos la frmula:

La frmula nos da el valor de vehculos livianos y pesados que habr en el ao 2011.

Tasa de Crecimiento Anual: el clculo del valor de la tasa de crecimiento anual para los

diferentes tipos de vehculos (livianos y pesados), se tiene la siguiente expresin:

Para vehculos livianos:

Para vehculos pesados:

Espesor Estimado del Pavimento: para calcular los Esals que se aplicaran a una estructura de

Pavimento Rgido es necesario asumir en primera instancia, el espesor de la losa que se necesita

para las cargas que se van a imponer.

Se consider de 10 pulgadas dado que es una carretera multicarril con un nivel considerable de

trfico.

Trnsito de Diseo: este se calculara multiplicando la poblacin del 2011 por la tasa de

crecimiento anual por 365 das. Y se calculara para los vehculos livianos y pesados.

Factor de Esals: depende de cada peso y configuracin o tipo de camin (ejes simples, tandem

o tridem ) y los valores asumidos de ndice de serviciabilidad final y el espesor de losa para

pavimentos rgidos, (ver hoja de diseo de espesores de pavimento, Mtodo AASHTO 93).


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Factor de Distribucin por Direccin: es el valor del total del flujo vehicular censado, en la

mayora de los casos este valor es de 0.5; ya que la mitad de los vehculos va en una direccin y

la otra mitad en la otra direccin.

Factor de Distribucin por Carril: se define el carril de diseo aquel que recibe el mayor nmero

de Esals. Pasa un camino de dos carriles, cualquiera de las dos pueden ser el carril de diseo, ya

que el trnsito por direccin forzosamente se canaliza por ese carril. Para caminos de varios

carriles, el de diseo ser el extremo, por el hecho de que los vehculos pesados van en ese

carril.

Calculo de Esals de diseo:calculado el factos de Esals por cada uno de los vehculos (livianos y

pesados), este se multiplica por el valor de transito de diseo, dando como resultado el valor de

Esals de diseo.

Calculo de Esals por Carril de Transito: la sumatoria de los Esalsde diseo multiplicada por el

factor de distribucin de direccin y por el factor de distribucin por carril, da como resultado

Esals por carril de Transito lo cual se identifica como W18.

Datos Generales Calculo de Espesor de Losa de Concreto Hidrulico con Base Granular

Criterios para determinar la Serviciabilidad: La serviciabilidad de una estructura de pavimento,

es la capacidad que tiene ste de servir al tipo y volumen de trnsito para el cual fue diseado.

El ndice de serviciabilidad se califica entre 0 (malas condiciones) y 5 (perfecto).

Para el diseo de pavimentos debe asumirse la serviciabilidad inicial y la serviciabilidad final; la

inicial (Po) es funcin directa del diseo de la estructura de pavimento y de la calidad con que se


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construye la carretera, la final terminal (Pt) v en funcin de la categora del camino y se

adopta en base a esto y al criterio del diseador; los valores que se recomiendan para este

diseo son:

Serviciabilidad Inicial (Po): 4.5 para pavimentos rgidos. Serviciabilidad Final (Pt): 2.5 para caminos principales.

Confiabilidad R: este valor se refiere al grado de seguridad o veracidad de que el diseo de la

estructura de un pavimento, puede llegar al fin de su periodo de diseo en buenas condiciones.

Desviacin Normal Estndar Zr: Esta variable define que, para un conjunto de variables (espesor

de las capas, caractersticas de los materiales, condiciones de drenaje, etc) que intervienen en n

paviment, el transito que puede soportar el mismo a lo largo de un periodo de diseo sigue

una ley de distribucin normal con una media Mt y una deviacin tpica So y por medio de la

tabla 7-13 con dicha distribucin se obtiene el valor de Zr en funcin de un nivel de confiabilidad

R, de forma que exista una posibilidad de que 1 R/100 del trnsito realmente soportado sea

inferior a Zr x So.


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Error Estndar Combinado So: este valor representa la desviacin estndar conjunta, e incluye la

desviacin estndar de la ley de prediccin del trnsito en el periodo de diseo con la

desviacin estndar de la ley de prediccin del comportamiento del pavimento, es decir, el

nmero de ejes que puede soportar un pavimento hasta que su ndice de serviciabilidad

descienda por debajo de un determinado Pt.

Se recomienda utilizar para So valores comprendidos dentro de los intervalos siguientes:

Para pavimento rgidos 0.300.40 En construccin nueva 0.35 En sobre-capas 0.40

El producto de Zr x So efectivamente es un factor de seguridad que se aplica a la estimacin de

transito de una carretera, en la forma de diseo de AASHTO, sta misma recomienda que el

factor de seguridad este en funcin del trnsito que circula sobre el carril de diseo. Obteniendo

los valores de R, Zr, So y F.S. de la tabla 7-15 en base a la cantidad de Esals por carril de

Transito.

Para Esals por carril de Transito = 24,160,063.77 se determina:

R: 70 Zr: 0.524 So: 0.35 F.S.: 1.83

Variacin del ndice de Serviciabilidad PSI: es la diferencia entre el ndice de serviciabilidad

inicial (Po) y el ndice de serviciabilidad final (Pt) es PSI = PoPt

PSI = 4.52.5 = 2

Coeficiente de Drenaje Cd: El valor de coeficiente de drenaje est dada por dos variables que

son:


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a) La calidad del drenaje, que viene determinado por el tiempo que tarda el agua infiltrada enser evacuada de la estructura del pavimento.

b) Exposicin a la saturacin, que es el porcentaje de tiempo durante el ao en que unpavimento est expuesto a niveles de humedad que se aproximan a la saturacin. Este

porcentaje depende de la precipitacin media anual y de las condiciones de drenaje. Para el

caso se definen varias calidades de drenaje, como sigue:

Combinando todas las variables que intervienen para llegar a determinar el coeficiente de

drenaje Cd se llega a los valores de la siguiente tabla:

En campo se obtuvo un valor de 6% de saturacin con una calidad de drenaje Bueno, con estos

datos determinamos que Cd = 1, valor tomado de la columna 5%-25% interceptada con la fila de

calidad de drenaje Bueno.

Coeficiente de Transmisin de Carga: este factor se utiliza para tomar en cuenta la capacidad del

pavimento de concreto de transmitir las cargas a travs de los extremos de las losas (juntas ogrietas), su valor depende de varios factores, tales como: tipo de pavimento (en masa reforzado

en la juntas, de armadura continua, etc); el tipo de borde u hombro (de asfalto o de concreto

unida al pavimento principal). La colocacin de elementos de transmisin de carga (pasadores

en los pavimentos con juntas, acero en los armados continuos, etc). En funcin de estos

parmetros, se indican en la siguiente tabla los valores del coeficiente j:


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Tabla 7-18, Valores de Transmisin de Carga J

Para pavimentos de concreto hidrulico en el que la transferencia de carga se genera por el uso

de dovelas, con hombros (soporte lateral), y los Esals estn entre 10 y 30 millones adoptamos

un valor de j de 2.7 como se muestra en la tabla anterior.

Modulo de Elasticidad del Concreto: El mdulo de elasticidad del concreto (Ec) se puede

determinar conforme al procedimiento descrito en la norma ASTM C-469 correlacionarlo con

otras caractersticas del material como es la resistencia a la compresin. En algunos cdigos se

indica que para cargas instantneas, el valor del Mdulo de Elasticidad (Ec) se puede considerar

conforme las ecuaciones de la tabla 7-19.

El valor del mdulo de elasticidad fue medido en el laboratorio segn la norma ASTM C-469,dando como resultado: Ec = 30,000 Mpa

Factor de Perdida de Soporte Ls: este factor, es el valor que se le da a la prdida de soporte que

puede llegar a tener las losas de un pavimento de concreto, por efecto de la erosin en la

subbase por corrientes de agua o por los asentamientos diferenciales de la subrasante.

No Si No Si No Si

Hasta 0.3 3.2 2.7 3.2 2.8 ----- -----

0.3 a 1 3.2 2.7 3.4 3 ----- -----

1 a 3 3.2 2.7 3.6 3.1 ----- -----

3 a 10 3.2 2.7 3.8 3.2 2.9 2.5

10 a 30 3.2 2.7 4.1 3.4 3 2.6

Ms de 30 3.2 2.7 4.3 3.6 3.1 2.6

Caminos

principales y

autopistas

ESALs

(Millones)

Con dovela y reforzado

con mallaFriccin entre agregados Con refuerzo continuo Tipo de

pavimentoSoporte lateral Soporte lateral Soporte lateral

Calles y

caminos

vecinales


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Este factor no aparece en forma directa en la frmula de diseo para obtener el espesor de un

pavimento de concreto; pero si esta en forma indirecta a travs de la reduccin del mdulo de

reaccin efectivo de la superficie (subrasante) en que se apoyan las losas.

En la tabla 7-20 se dan valores de Ls para distintos tipos de subbase y bases:

Para una material granular sin tratar se considera la utilizacin de un valor de 2.0, que se

encuentra en el rango intermedio de 1 a 3, segn se muestra en la tabla 7-20.

Mdulo de reaccin k: el mdulo de reaccin (k)de la superficie en que se apoya el pavimento

de concreto o modulo efectivo de la subrasante, es el valor de la capacidad soporte del suelo, la

cual depende del mdulo de resiliencia de la subrasante y subbase, as como el mdulo de

elasticidad de la subbase. Para determinar el mdulo de elasticidad de la subbase es factible la

correlacin con el uso de otros parmetros, tales como el CBR y el valor de R. Es recomendable

que el Modulo de elasticidad de la subbase no sea mayor a 4 veces el valor de la subrasante.

El mdulo de resiliencia de la subrasante: se calcula como una correlacin del CBR de diseo. El

cual se ha seleccionado del rango entre 150 a 350 psi de la tabla 7-20-1, para un material

clasificado como SC (ver hoja de clculo) por lo que tomamos un CBR = 20%.

Tabla 7-20-1


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La gua de Diseo de la AASHTO 93, permite calcular el mdulo de resiliencia de la subrasante a

partir del CBR de Diseo, obteniendo de la tabla 7-20-1, el cual se calcula bajo la siguiente

correlacin:

MR= 2,555 x CBR0.64

(PSI)

MR= 2,555 x (20%)0.64

MR= 17,380.0 PSI

Diseo de Espesor de Losa de Concreto Hidraulico utilizando una Capa de Base Granular

Espesor de la Subbase: se propone para la construccin de este pavimento un espesor decapa de 10 pulgadas de subbase granular.

El modulo de resiliencia de la Subbase: corresponde a una base granular por lo que seestablece un valor de 30,000 PSI, el cual se encuentra en el rango de 15,000 45,000 PSI,

que se encuentra en los rangos mostrados en la Tabla 7-20-2.

Tabla 7-20-2

Fuente: Programa WinPas, Diseo de Pavimentos Rgidos

Nomograma para la Determinacin del Mdulo de Reaccin Compuesta de la Subrasante: con el

espesor asumido de la subbase = 10 pulgadas; el mdulo de resiliencia de la subrasante =

17,380 PSI y el mdulo de elasticidad de la subbase = 30,000 PSI. Se obtiene un Mdulo de

Reaccin Compuesta de la Subrasante (k) = 1000 PCI

Correccin del Mdulo de Reaccin Compuesta de la Subrasante: para la correccin ocupamos

la perdida Ls, el cual la consideramos en la tabla 7-20, escogiendo un valor de perdida de

soporte Ls = 2, valor que se encuentra en el rango intermedio de 1.0 a 3.0, para un tipo de

material granular sin tatar. A continuacin se presentan las grficas donde se determina el valor

del mdulo de reaccin compuesta de la subrasante y la grfica para la correccin del mdulo

de reaccin de la subrasanta, obteniendo un valor de k = 70PCI o19Mpa.


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Datos Obtenidos:

k: 70 PCI So: 0.35

Ec: 3.0x106PSI R: 70% (Zr: 0.524)

Mr: 652 PSI PSI: 2.0J: 2.70 W18: 24.16x10

6Esals

Cd: 1.0

Dimetro o espesor de losa de concreto = 11 pulgadas, con base granular de 10 pulgadas de

espesor.

A continuacin en la siguiente pgina, se presentan la hoja de clculos y el nomograma 3.7 de

donde se determina el espesor de la losa de concreto hidrulico.


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Diseo de Espesor de Losa de Concreto Hidraulico utilizando una Capa de Base Cementante

Espesor de la Subbase: se propone para la construccin de este pavimento un espesor decapa de 8 pulgadas de subbase granular.

El mdulo de resiliencia de la Subbase: corresponde a una base granular por lo que seestablece un valor de 700,000 PSI, el cual se encuentra en el rango de 500,000 1,000,000

PSI, que se encuentra en los rangos mostrados en la Tabla 7-20-2.

Tabla 7-20-2

Fuente: Programa WinPas, Diseo de Pavimentos Rgidos

Nomograma para la Determinacin del Mdulo de Reaccin Compuesta de la Subrasante : con el

espesor asumido de la subbase = 8 pulgadas; el mdulo de resiliencia de la subrasante = 17,380

PSI y el mdulo de elasticidad de la subbase = 700,000 PSI. Se obtiene un Mdulo de Reaccin

Compuesta de la Subrasante (k) = 1750 PCI

Correccin del Mdulo de Reaccin Compuesta de la Subrasante: para la correccin ocupamosla perdida Ls, el cual la consideramos en la tabla 7-20, escogiendo un valor de perdida de

soporte Ls = 1, valor que se encuentra en el rango intermedio de 0.0 a 1.0, para un tipo de

mezcla de agregado cementante. A continuacin se presentan las grficas donde se determina

el valor del mdulo de reaccin compuesta de la subrasante y la grfica para la correccin del

mdulo de reaccin de la subrasanta, obteniendo un valor de k = 400PCI o108Mpa.


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Datos Obtenidos:

k: 400 PCI So: 0.35

Ec: 7.0x106PSI R: 70% (Zr: 0.524)Mr: 652 PSI PSI: 2.0

J: 2.70 W18: 24.16x106Esals

Cd: 1.0

Dimetro o espesor de losa de concreto = 12 pulgadas, con base granular de 8 pulgadas de

espesor.


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