P A V I M E N T O S

Se llama pavimento al conjunto de capas de material seleccionado que reciben en forma directa las cargas del transito y las transmiten a los estratos inferiores en forma disipada, proporcionando una superficie de rodamiento, la cual debe funcionar eficientemente. Las condiciones necesarias para un adecuado funcionamiento son las siguientes: anchura, trazo horizontal y vertical, resistencia adecuada a las cargas para evitar las fallas y los agrietamientos, edemas de una adherencia adecuada entre el vehículo y el pavimento aun en condiciones húmedas. Deberá presentar una resistencia adecuada a los esfuerzos destructivos del transito, de la intemperie y del agua. Debe tener una adecuada visibilidad y contar con un paisaje agradable para no provocar fatigas.

Puesto que los esfuerzos en un pavimento decrecen con la profundidad, se deberán colocar los materiales de, mayor capacidad de carga en las capas superiores, siendo de menor calidad los que se colocan en las terracerías además de que son los materiales que más comúnmente se encuentran en la naturaleza, y por consecuencia resultan los más económicos.

La división en capas que se hace en un pavimento obedece a un factor económico, ya que cuando determinamos el espesor de una capa el objetivo es darle el grosor mínimo que reduzca los esfuerzos sobre la capa inmediata inferior. La resistencia de las diferentes capas no solo dependerá del material que la constituye, también resulta de gran influencia el procedimiento constructivo; siendo dos factores importantes la compactación y la humedad, ya que cuando un material no se acomoda adecuadamente, éste se consolida por efecto de las cargas y es cuando se producen deformaciones permanentes.  

 

TIPOS DE PAVIMENTOS.

Básicamente existen dos tipos de pavimentos: rígidos y flexibles.

El pavimento rígido se compone de losas de concreto hidráulico que en algunas ocasiones presenta un armado de acero, tiene un costo inicial más elevado que el flexible, su periodo de vida varia entre 20 y 40 años; el mantenimiento que requiere es mínimo y solo se efectúa (comúnmente) en las juntas de las losas.

El pavimento flexible resulta más económico en su construcción inicial, tiene un periodo de vida de entre 10 y 15 años, pero tienen la desventaja de requerir mantenimiento constante para cumplir con su vida útil. Este tipo de pavimento esta compuesto principalmente de una carpeta asfáltica, de la base y de la sub-base. . Terracería. Se llama terracería al conjunto de obras compuestas de cortes y terraplenes, formadas principalmente por la sub-rasante y el cuerpo del terraplén, constituida

generalmente por materiales no seleccionados y se dice que es la subestructura del pavimento. Cuando se va a construir un camino que presente un TPDA (Tránsito Promedio Diario Anual) mayor a 5000 vehículos, es necesario que se construya bajo la sub-rasante una capa conocida como sub-yacente; la cual deberá tener un espesor mínimo de 50 cm.

Pavimento Rigido

Pavimentos rígidos

Los Pavimentos rígidos constan de un pavimento formado por una losa de hormigón, apoyada sobre diversas capas, algunas de ellas estabilizadas. Se distinguen diversos tipos en función de la clase de pavimento empleado:

  1. Pavimento de hormigón en masa vibrado: Es el más empleado, dada su gran versatilidad. Está dividido en losas mediante juntas para evitar la aparición de fisuras debido a la retracción del hormigón. Las juntas transversales se disponen a distancias aleatorias comprendidas dentro de un rango de valores (4-7 m) para evitar fenómenos de resonancia. También pueden emplearse pasadores de acero para asegurar la transmisión de cargas entre losas. En el caso de no hacerlo, deben inclinarse las juntas.

Pavimento de hormigón en masa con juntas transversales inclinadas

  2. Pavimento continuo de hormigón armado: Muy resistente, aunque también excesivamente caro, por lo que sólo es idóneo para tráfico pesado. Emplea una cuantía geométrica longitudinal del 0.6%, suprimiéndose las juntas transversales e incluyendo en ocasiones fibras de acero distribuidas aleatoriamente para reforzar su estructura. Plantea pocos problemas de conservación y mantenimiento; este tipo de pavimentos se emplea sobre todo en Estados Unidos, y no tanto en nuestro país.  3. Pavimento de hormigón compactado: Su puesta en obra se realiza mediante extendedoras y compactadoras dada su baja relación agua/cemento –entre 0.35 y 0.40-, por lo que el cemento suele contener un alto porcentaje de cenizas volantes para facilitar su trabajabilidad. Suelen acabarse con una capa de rodadura bituminosa, por lo que se les considera Pavimentos mixtos. Tienen la ventaja de poder abrirse al tráfico rápidamente.  4. Pavimentos de hormigón pretensado: La introducción de tendones de acero que sometan a compresión a la losa permite reducir considerablemente su espesor y aumentar su longitud. Este tipo de Pavimentos son capaces de soportar grandes solicitaciones, aunque de...

DISEÑO ESTRUCTURAL DE PAVIMENTOS RIGIDOS  

METODO AASHTO.

El método de diseño AASHTO, originalmente conocido como AASHO, fue desarrollado en los Estados Unidos en la década de los 60, basándose en un ensayo a escala real realizado durante 2 años en el Estado de Illinois. A partir de los deterioros que experimentan representar las relaciones deterioro - solicitación para todas las condiciones ensayadas.

  A partir de la versión del año 1986, el método AASHTO comenzó a introducir conceptos mecanicistas para adecuar algunos parámetros a condiciones diferentes a las que imperaron en el lugar del ensayo original. Los modelos matemáticos respectivos también requieren de una calibración para las condiciones locales del área donde se pretenden aplicar.   USO DEL METODO AASHTO EN CHILE   La primera versión de la guía AASHTO de 1972, fue adaptada en Chile por la Dirección de Vialidad del Ministerio de Obras Públicas para los efectos de utilizarlas en el diseño de pavimentos. Con posterioridad, una vez que se publicó la nueva guía para el diseño estructural de pavimentos en 1986 y su correspondiente versión mejorada de 1993, esta fue adaptada para el diseño de pavimentos en Chile.   METODO AASHTO PAVIMENTOS RIGIDOS.   Un pavimento de hormigón o pavimento rígido consiste básicamente en losas de hormigón simple o armado, apoyadas directamente sobre una base o sub-base.   MODELO MATEMATICO   La fórmula general de diseño, relaciona el número de ejes equivalentes de 8,16 Ton con el espesor de la losa de hormigón, para diferentes valores de los parámetros de cálculo.   Ecuación de diseño:  

   

 

En que:

EE = Ejes equivalentes de 8.16 Ton. totales para la vida de diseño.

H = Espesor de las losas en cm.

Rd = Resistencia media a la flexotracción a los 28 días del hormigón.

Cd = Coeficiente de drenaje.

J = Coeficiente de transferencia de carga.

Kd = Módulo de reacción de diseño en Kg/cm3.

E = Módulo de elasticidad del hormigón en Kg/cm2.

P = Pérdida de serviciabilidad = Pi - Pf

Pi = Indice de serviciabilidad inicial. Normalmente se utiliza el valor Pi = 4.5

Pf = Indice de serviciabilidad final. Normalmente se utiliza el valor Pf = 2.0 ó 2.5

 

CONFIABILIDAD EN EL DISEÑO (R).

La confiabilidad (R) puede ser definida como la probabilidad de que la estructura tenga un comportamiento real igual o mejor que el previsto durante la vida de diseño adoptada.

 

FACTOR DE CONFIABILIDAD (Fc).

Cada valor de R está asociado estadísticamente a un valor del coeficiente de STUDENT (Zr). A su vez, Zr determina, en conjunto con el factor "So", un factor de confiabilidad (Fc).

   

Donde:

Zr = Coeficiente de Student para el nivel de confiabilidad (R%) adoptado.

So = Desviación normal del error combinado en la estimación de los parámetros de diseño y modelo de deterioro.

     

TRANSITO DE DISEÑO (Td).

El tránsito de diseño se obtiene a partir de la ponderación de los ejes equivalentes de diseño (TTE) por el factor de confiabilidad (Fc).

   

MODULO DE REACCION DE DISEÑO.

Un factor de relativa importancia en el diseño de espesores de un pavimento de hormigón es la calidad del suelo que conforma la subrasante. Esta, usualmente se refiere al módulo de reacción de la subrasante k, que representa la presión de una placa circular rígida de 76 cm. de diámetro dividida por la deformación que dicha presión genera. Su unidad de medida es el Kg./cm2/cm. (Kg./cm3).

  Debido a que el ensayo correspondiente (Norma AASHTO T222-78) es lento y caro de realizar, habitualmente se calcula correlacionándolo con otro tipo de ensayos más rápidos de ejecutar, tales como la clasificación de suelos o el ensayo CBR.   Sub-rasante:   ------------------------(kg /cm3 )C.B.R.< 10 %   Sub-

base granular:   -------------------------(kg /cm3 ) C.B.R. >10 %  

 

Kc = Módulo de reacción corregido. Kb = Módulo de la base. h = Espesor de la sub-base.

  Sub-base rígida: (base tratada)     donde:  

  por último:     Las características de drenabilidad se expresan a través de un coeficiente de drenaje de la sub-base (Cd), cuyo valor depende del tiempo en que ésta se encuentra expuesta a niveles de humedad cercana a la saturación y del tiempo en que drena el agua. El primer factor indicado depende, a su vez, del nivel de precipitaciones de la zona, altura de la rasante, bombeo o inclinación transversal, sistema de saneamiento superficial, etc. El segundo factor depende de la calidad de los materiales de sub-base, existencia de drenaje y propiedades de permeabilidad de la subrasante.      

COEFICIENTE DE TRANSFERENCIA DE CARGAS (J).

La capacidad de carga representa la capacidad de un pavimento de hormigón de transferir parte de las cargas solicitantes a través de las juntas transversales.

La eficiencia de la transferencia de carga depende de múltiples factores y tiende a disminuir durante la edad con las repeticiones de carga.

Dentro de los factores más importantes de eficiencia se pueden mencionar los siguientes:

Existencia de dispositivos especiales de transferencia de cargas. Esto es, barras de traspaso o zapatas de junturas.

Interacción de las caras de junta transversal. Para el caso de no existir dispositivos especiales puede existir transferencia por roce entre las caras de la junta. Su eficiencia depende básicamente de la abertura de la junta y de la angulosidad de los agregados.

La abertura de la junta transversal depende principalmente del largo de los paños, la temperatura ambiente en la cual se ejecutó el pavimento y las variaciones periódicas de la misma.

El efecto de traspaso de cargas se considera en conjunto con el del sistema de berma, a través de un coeficiente J, cuyos valores se indican en la siguiente tabla:

      DISEÑO ESTRUCTURAL DE PAVIMENTOS RIGIDOS METODO AASHTO - 1993   Se desarrollará el diseño de pavimento rígido empleando el método AASHTO - 93 basándose en los siguientes antecedentes técnicos y económicos:   1. TRANSITO DE DISEÑO.   Ejes equivalentes acumulados (en miles):   TTE = 30.078 [E.E.]  

2. CAPACIDAD DE SOPORTE DEL SUELO.

Módulo de Reacción de la Subrasante.

K = 5,3 [Kg/cm³]

 

3. CONFIABILIDAD EN EL DISEÑO.

Nivel de Confiabilidad: R = 75%

Desviación Normal: So = 0,4

 

4. SERVIACIBILIDAD.

Índice de Serviciabilidad inicial: Pi = 4,5

Índice de Serviciabilidad final: Pf = 2,0

 

5. CONDICIONES CLIMATICAS Y DE DRENAJE

Se considera que un 5% del tiempo anual en que la estructura estará expuesta a niveles de humedad cercanos a la saturación, con un tiempo de remoción de agua no superior a un día.

Condición climática benigna, suave.

 

6. MODULA DE ELASTICIDAD DEL HORMIGON.

E = 300.000 [Kg/cm²]

 

7. TRANSFERENCIA DE CARGA.

Las losas de hormigón tendrán un largo de 4,5 metros, con barras de traspaso de cargas y bermas pavimentadas.

 

8. RESISTENCIA DEL HORMIGÓN.

Rd = 43 [Kg/cm²] a la flexotracción a los 28 días

  9. MATERIALES A EMPLEAR.  

CAPAS ESTRUCTURALES ESPESOR MINIMO

HORMIGON:

- R28 = 43 [Kg/cm²] a la flexotracción a los 28 días.

0,15

BASA TRATADA CON CEMNETO:

Con 2,5% cemento en peso resistente a compresión a los 28 días de 30 [Kg/cm²] y - Módulo de elasticidad: 7.000 [Kg/cm²]

0,18

BASE GRANULAR: -

Con un Kb:15 - C.B.R = 60%0,20

SUBRASANTE: - C.B.R = 10%

1. Programa general de la materia

Objetivo general.- Comprender las funciones de los diferentes tipos de pavimentos, las bases y procedimientos para el diseño y construcción de los mismos; así como los criterios para la selección de materiales.

 

 

Trabajo # 1. Consultar la "evolución y desarrollo de los caminos"Pavimento.- Estructura formada por una o mas capas de material petreo tratado, cuya funcion es la de proporcionar al usuario un transito comodo, seguro y rapido, al costo mas bajo posible.

2. Tipos de pavimentos

1.- Flexibles.- Tienen carpetas asfálticas.2.- Rigidos.- Carpeta de concreto hidráulico.3.- Otros.- Empedrados, adoquin, estampado.

Comportamiento flexible.Pavimento flexible:Carpeta asfáltica.B a s es u b b a s e (en ocasiones se elimina )capa subrasante.Capa subyacente ( hay veces no está )cuerpo de terraplenPavimento rígido.

3. Empedrados

La estructura es la misma que la anterior, pero se acomoda la piedra en lugar del adoquin.Estampados:La estructura es la misma.La ultima capa lleva una pasta ( concreto con retardante y color). Y sobre ellos moldes.Funcion de un pavimento:Proporciona al usuario un transito comodo, seguro, rapido y menor costo.Para que esto se cumpla el ingeniero civil debe:

Diseñar. Construir. Conservar.

Ventajas y desventajas:

Características Flexible RigidoCosto inicial Menos MasMantenimiento Mas, mas MenosComodo Mas MenosRugosidad Mas Mas

Duración Menos MasDistrib. De cargas Areas pequeñas Areas grandes.

Q distribución de cargas.

4. Factores que influyen en el diseño.

Factores:Regionales.- Observar el lugar (adaptación).

Topografía. Geología. Clima. Vegetación.

Estudio geotécnico:Clasificacion:

Pc material ( a, b, c ) para fines de pago. Calidad de los materiales( clasificación, equipo) Bancos de materiales. Mecanica de suelos. Fallas de tipo geológico.

5. Transito

1.- Cantidad de vehículos. Tdpa ( transito diario promedio anual).2.- Clasificacion vehicular.3.- Cargas permitidas.4.- Tasa de crecimiento ( r ).Anual de interes compuesto.5.- Periodo de diseño ( n ). Tiempo que transcurre para que se produzca la fatiga (deformación).* flexible 5 a 20 años.* rigido. 20 a 50 años.

Trabajo # 2.Características geológicas y climáticas del estado de jalisco.Características:1.- Cantidad.- Caminos existentes aforos (conteo).Libro de datos vialesCaminos nuevos: estimar.Estudios socio economicos.

Tambien se puede adquirir información de "inferencia" o sea de caminos existentes.

2.- Clasificacion vehicular:

T i p o % ejemplosA = l i g e r o s 80B = autobuses pasajeros 15C = c a r g a 5

4.- Tasa de crecimiento anual ( r ).Interes compuesto ( lo que aumenta, aumenta).

El promedio en méxico es del 3 %.

5.- Periodo de diseño ( n ).Tiempo en el cual el pavimento llega a la falla funcional por fatiga.Ejercer carga varias veces al pavimento.Deformación permanenteΔ = 2.5 cm.Clasificacion para fines de diseño:Tipos de ejes y carga máxima.

Tractor unidoA la caja.Tractor noUnido.  

 

* transito transformar.*ejes equivalentes acumulados*cargas por eje acumuladas.Fines de diseño.Ejes equivalentes:

Indice de resistencia de los suelos:La resistencia depende de:1.- El contenido de humedad ( humedad optima).2.- Vacíos.

Relación esfuerzo deformación:Modulo elástico: e = σ/ δ ley hooke.El indice de resistencia se obtienen mediante pruebas de laboratorio:Menú de pruebas: vrs = valor relativo de soporte.

1.- Vrs estandar.2.- Vrs modificado.3.- Vrs (cuerpo de ingenieros de eua).4.- Prueba de placa.5.- Prueba de h. Veme.1.- Sirve para encontrar parámetros para calificar la calidad. Hay el vrs y expansión.2.- Parámetro de resistencia para diseño.3.- Nos sirve para diseño e investigación.4.- Modulo de reacción "k".Modulo de soporte "s".5.- Valor de resistencia "r".

Diseño de pavimentos

Introducción a métodos de diseño

Los dos métodos de diseño descritos en este Sistema de Diseño de Pavimentos de Concreto, el de la American Association of State Highways and Transportation Officials (AASHTO) y el de la Portland Cement Association (PCA) corresponden a los métodos de diseño de espesores de pavimentos más ampliamente usados a nivel mundial. Por este motivo se ha decidido incluir ambos métodos en el Sistema Pavimentos de Concreto.

Método AASHTO

Diseño por método AASHTO

a. Prueba de pavimentación AASHTO

El método de diseño de espesores de pavimentos rígidos esta basado en los resultados obtenidos de la prueba de carreteras concebida y promovida gracias a la organización que ahora conocemos como AASHTO para estudiar el comportamiento de estructuras de pavimento de espesores conocidos, bajo cargas móviles de magnitudes y frecuencias conocidas y bajo el efecto del medio ambiente en secciones conocidas de pavimentos rígidos y flexibles. La planeación empezó en 1951, la construcción del proyecto comenzó en 1956 muy cerca de Ottawa, Illinois. El tráfico controlado de la prueba se aplicó de octubre de 1958 a noviembre de 1960 y el método estuvo listo para 1961.

b. Formulación del método de diseño

El objetivo principal de las pruebas consistía en determinar relaciones significativas entre el comportamiento de varias secciones de pavimento y las cargas aplicadas sobre ellas, o bien para determinar las relaciones significativas entre un número de repeticiones de ejes con cargas, de diferente magnitud y disposición, y el comportamiento de diferente espesores de

pavimentos, conformados con bases y sub-bases, colocados en suelos de características conocidas.

En total se examinaron 368 secciones de pavimento rígido y 468 secciones de pavimento flexible.

Las mediciones físicas de las secciones de prueba se transfirieron a fórmulas que podían dar nuevamente valores numéricos de capacidad de servicio. Estos valores graficados contra las aplicaciones de carga forman una historia de comportamiento para cada sección de prueba que permiten la evaluación de cada uno de los diversos diseños.

c. Evolución de la guía AASHTO

Aproximadamente después de un año de terminar la prueba AASHO para 1961 salió publicada la primer "Guía AASHO para Diseño de Pavimentos Rígidos y Flexibles". Posteriormente para 1972 se realizó una revisión y se publicó como la "Guía AASHTO para Diseño de Estructuras de Pavimento - 1972". Para 1981 se hizo una Revisión al Capítulo III, correspondiente al Diseño de Pavimentos de Concreto con Cemento Portland. Para 1986 se publicó una revisión de la "Guía para el Diseño de Estructuras de Pavimento". En 1993 se realizó una Revisión del Diseño de Sobrecarpetas de pavimento. Para 1998 se publicó un método alternativo para diseño de pavimentos, que corresponde a un "Suplemento a la guía de diseño de estructuras de pavimento".

d. Variables del método de diseño

Las variables que intervienen en el diseño de los pavimentos constituyen en realidad la base del diseño del pavimento por lo que es necesario conocer las consideraciones más importantes que tienen que ver con cada una de ellas para así poder realizar diseños confiables y óptimos al mismo tiempo.

Variables de diseño de Pavimentos Rígidos:

Espesor. Serviciabilidad (inicial y final). Tráfico (ejes equivalentes). Transferencia de carga. Propiedades del concreto (módulos de ruptura y elasticidad). Resistencia de la subrasante (módulo de reacción). Drenaje. Confiabilidad (confiabilidad y desviación estándar).

Método PCA

Diseño por método PCA

a. Formulación del método

El método de diseño de la Portland Cement Association es exclusivamente un método de diseño desarrollado para pavimentos de concreto.

Teniendo como base el conocimiento de varias teorías de pavimentos como Westergaard, Picket and Ray así como de elementos finitos. También la experiencia en el comportamiento de varias pruebas e investigaciones como la Arlington Test y diversos proyectos de la misma PCA. Y derivado de lo anterior se generó finalmente este método de diseño.

Parte del método fue desarrollado interpretando los resultados del modelo de elementos finitos basados en el comportamiento de una losa de espesor variable y dimensiones finitas (180 x 144 pulgadas) a la cuál se le aplicaron cargas al centro, de borde y de esquina, considerando diferentes condiciones de apoyo y soporte.

El método de diseño de la PCA considera dos criterios de evaluación en el procedimiento de diseño, el criterio de erosión de la sub-base por debajo de las losas y la fatiga del pavimento de concreto.

El criterio de erosión reconoce que el pavimento puede fallar por un excesivo bombeo, erosión del terreno de soporte y diferencias de elevaciones en las juntas. El criterio del esfuerzo de fatiga reconoce que el pavimento pueda fallar, presentando agrietamiento derivado de excesivas repeticiones de carga.

A diferencia del método AASHTO el método de diseño PCA, consideró un valor fijo de módulo de elasticidad del Concreto (Ec) = 4’000,000 psi que no lo hizo variar en relación con la resistencia a la flexión del concreto (MR), así como tampoco varió el coeficiente de poisson de 0.15.

Este método considera algunas limitaciones en los valores de módulo de reacción K del suelo, en donde el rango de valores para los que el método fue desarrollado oscila entre los 50 y 700 pci.

Una ventaja que se debe reconocer en el método del PCA es que toma el tráfico real que estima circulará sobre el pavimento, sin convertirlo Ejes Sencillos Equivalentes.

b. Variables

Las variables que intervienen en el diseño son:

Espesor Inicial del Pavimento. Módulo de Reacción K del suelo. Tráfico. Transferencia de Carga y Soporte Lateral. Propiedades del Concreto. Módulo de Ruptura (Considera una reducción del 15% por seguridad). Módulo de Elasticidad Fijo = 4,000,000 psi.

Módulo de Poisson Fijo = 0.15.

Comparativa entre los métodos de diseño

Ambos métodos de diseño son apropiados para el diseño de espesores de pavimentos rígidos en cualquier tipo de proyecto, sin embargo el método AASHTO hace intervenir un mayor número de variables que nos ayudan a modelar de mejor manera las condiciones del proyecto al momento de estar diseñando su espesor. Los resultados del método de la PCA son adecuados para cualquier tipo de proyecto a pesar de que no se puedan tomar en cuenta algunos factores importantes como lo son la serviciabilidad inicial y final. En cambio considera de una manera máss real la contribución del tráfico en la formulación.

4.4 pavimentos rígidos 

existen cuatro tipos básicos de pavimentos de concreto. Estos son:

 

* pavimentos de concreto simple con juntas.- Los que no llevan acero de refuerzo solo el puro concreto.

* pavimentos de concreto reforzado con juntas. Los que si llevan acero de refuerzo.

* pavimento de concreto reforzado continuo.

* pavimento de concreto presforzado.

 

    El concreto hidráulica es el producto obtenido de una mezcla adecuada de cemento portland, agregados pétreos y agua.

    El proporcionamiento, dosificación , mezclado, inspección y muestra del concreto deberán ser supervisados por el laboratorio.

Proporcionamiento. Será fijado y controlado por el laboratorio, y variara de acuerdo con las características del laboratorio.

Dosificación. El cemento y los agregados deberán ser dosificados por peso, excepto en que los casos en que la cantidad requiera requerida de concreto sea menor de 20 m3.

Mezclado. Se hará en mezcladoras de concreto de tipo standard, de tambor giratorio mecánico, cuando menos de un saco de capacidad y con una velocidad de mas 13 revoluciones por minuto.

    No deberán usarse revolvedoras que se encuentren en malas condiciones mecánicas, o que presenten un dejaste mayor de 3/4" en las aspas.

 

Transporte. Cuando el concreto venga de planta, deberá transportarse en camiones revolvedores, o en vehículos apropiados, que no permitan perdida de agua, y deberá descargarse en la obra antes de 30 minutos de haberse hecho la mezcla. El concreto entregado no deberá presentar segregación de los materiales.

No se permitirá el empleo de concreto que presente fraguado inicial.

 

 

Especificaciones.

cemento. Deberá satisfacer los requisitos estipulados por la dirección general de normas, de la secretaria de economía para cemento portland.

Agregado grueso. Constara de grava, o piedra triturada, que llenara una de las siguientes granulometrias, de acuerdo con el tamaño máximo de agregado que se tenga.

 

    La curva granulometrica del material, representada gráficamente, deberá ser mas o menos paralela a las curvas construidas con las especificaciones, y entrar dentro de la zona del tamaño máximo correspondiente.

    El contenido de arcilla no será mayor de 1.5%.     No deberá contener mas de 3 % en peso, de material que pase la malla no 200.  El contenido de materia orgánica deberá dar los colores 1 o dos .

 

Agua. Deberá ser clara y limpia y no contener, en solución o suspención, materias nocivas al concreto, tales como cloruros, sulfatos, materias orgánicas, etc.

 

 

Métodos de construcción.

espesores. Serán los que marque la oficina de pavimentos, según las condiciones de la base, la magnitud de las cargas y la intensidad del transito.

 

Moldes. El concreto se vaciara en moldes rígidos e indeformables, que no sufran variaciones alineamientos y niveles, y que estén fijados firmemente a la base.

    Antes del vaciado se engrasaran las superficies de los moldes que entraran en contacto con el concreto, estos no se aflojaran ni removerán antes de que el concreto haya endurecido lo suficiente, para no deteriorarlo en la maniobra respectiva.

    Colocación y vibrado. Antes de iniciar la colocación del concreto sobre el terreno, se deberá regar perfectamente la superficie de este para que se sature de humedad, pero sin que formen charcos.

 

Juntas.

Longitudinales. El pavimento se dividirá longitudinalmente en fajas de ancho variable, entre 2.50 y 3.50 m, de acuerdo con el proyecto mediante juntas de construcción con machihembrado, que se formara con un ángulo metálico de 5 x 5 cm , colocado a la altura media del molde, que de preferencia será una sección estructural tipo canal.

    Al retirar los moldes y en cuanto la superficie machihembrada se encuentre lo suficientemente seca para asegurar una buena adherencia del producto asfáltico.

    El sistema de vaciado será tal , que las fajas centrales queden confinadas entre elementos estructurales previamente terminados.

 

Curado.

    El curado tiene por objeto conservar el agua del mezclado del concreto, para que este fragüe y endurezcan en condiciones satisfactorias, y debe dársele especial atención por tratarse de un factor de gran importancia para la resistencia y durabilidad del concreto.

    Inmediatamente después de terminarse la superficie de la obra, se procederá a cubrirla con una capa impermeable de algún otro producto aprobado por el laboratorio, que se aplicara finamente atomizada, por un tiempo mínimo de 24 horas, al cabo de las cuales se podrá seguir usando, o hacer algunos de los siguientes procedimientos :

 

Arena húmeda.- Con un espesor de 2" y manteniéndola constantemente húmeda.Lámina de agua.- Con un tirante de 2", retenida con bordos de arcilla.Riego de agua. Para conservar constante y eficientemente húmeda toda la superficie.

    Este curado deberá darse por 14 días si se uso cemento normal, o 4 días si se empleo cemento de resistencia rápida.

 

Protección del concreto

Deberá protegerse con barreras, del transito de personas o vehículos, por un tiempo mínimo de 4 días si emplean cemento de resistencia rápida, o 14 días si es cemento normal. En los cruceros de importancia, y previa autorización escrita de la oficina de pavimentos, podrán reducirse los tiempos anteriores.

TIPOS DE FALLAS EN PAVIMENTOS RÍGIDOS Y FLEXIBLES

seg

PAVIMENTOS

TIPOS DE FALLAS EN PAVIMENTOS RÍGIDOS Y FLEXIBLES

Se pueden presentar los siguientes tipos de fallas:

FALLAS EN PAVIMENTOS RÍGIDOS

Levantamiento de Losas

Fisuras de esquina

Figuración en D

Desplazamientos verticales diferenciales (escalonamiento)

Daños en el sellado de juntas

Fisura longitudinal

Bombeo de Finos

Punzonamiento

Reactividad álcali-árido

Fisuras en forma de mapa

Desportilladuras en juntas y fisuras

Fisuras transversales y diagonales

FALLAS EN PAVIMENTOS FLEXIBLES

Piel de cocodrilo

Exudación

Fisuras en bloque

Fisuras longitudinales

Desprendimientos y peladuras

Ahuellamiento

Fisuras Transversales

Fisuras reflejadas

Buscar

Diseno De Pavimentos Rigidos

El objetivo del diseño de pavimentos, es contar con

una estructura sostenible y económica que permita la circulación de los vehículos de una manera cómoda y segura, durante un periodo fijado por las condiciones de desarrollo. Con respecto a los métodos de diseño de pavimentos, tradicionalmente se han limitado a determinar el espesor de la estructura En el caso de los pavimentos de concreto, estos métodos se basan exclusivamente en los conceptos de fatiga mecánica para determinar, mediante modelos matemáticos, el espesor y la calidad del concreto. Es decir, el diseño se orienta fundamentalmente a dimensionar la placa para unas condiciones de fundación generalizada y un tránsito tipificado. En un sentido estrictamente teórico es posible que todos estos métodos sean válidos tanto en sus fundamentos como en sus concepciones. La cuestión es determinar que tanto se aproximan estos métodos extranjeros a las realidades muy particulares de países y regiones en las cuales la naturaleza de los suelos o materiales térreos de fundación no pueden ser generalizados. De igual forma las técnicas de trabajo y la tecnología empleada en la construcción no son muchas veces homologables y ni decir de las políticas estatales de mantenimiento de la red vial.

Diseño de pavimentos

Introducción a métodos de diseño

Los dos métodos de diseño descritos en este Sistema de Diseño de Pavimentos de Concreto, el de la American Association of State Highways and Transportation Officials (AASHTO) y el de la Portland Cement Association (PCA) corresponden a los métodos de diseño de espesores de pavimentos más ampliamente usados a nivel mundial. Por este motivo se ha decidido incluir ambos métodos en el Sistema Pavimentos de Concreto.

Método AASHTO

Diseño por método AASHTO

a. Prueba de pavimentación AASHTO

El método de diseño de espesores de pavimentos rígidos esta basado en los resultados obtenidos de la prueba de carreteras concebida y promovida gracias a la organización que ahora conocemos como AASHTO para estudiar el comportamiento de estructuras de pavimento de espesores conocidos, bajo cargas móviles de magnitudes y frecuencias conocidas y bajo el efecto del medio ambiente en secciones conocidas de pavimentos rígidos y flexibles. La planeación empezó en 1951, la construcción del proyecto comenzó

www .mitecnolog www .mitecnolog

en 1956 muy cerca de Ottawa, Illinois. El tráfico controlado de la prueba se aplicó de octubre de 1958 a noviembre de 1960 y el método estuvo listo para 1961.

b. Formulación del método de diseño

El objetivo principal de las pruebas consistía en determinar relaciones significativas entre el comportamiento de varias secciones de pavimento y las cargas aplicadas sobre ellas, o bien para determinar las relaciones significativas entre un número de repeticiones de ejes con cargas, de diferente magnitud y disposición, y el comportamiento de diferente espesores de pavimentos, conformados con bases y sub-bases, colocados en suelos de características conocidas.

En total se examinaron 368 secciones de pavimento rígido y 468 secciones de pavimento flexible.

Las mediciones físicas de las secciones de prueba se transfirieron a fórmulas que podían dar nuevamente valores numéricos de capacidad de servicio. Estos valores graficados contra las aplicaciones de carga forman una historia de comportamiento para cada sección de prueba que permiten la evaluación de cada uno de los diversos diseños.

c. Evolución de la guía AASHTO

Aproximadamente después de un año de terminar la prueba AASHO para 1961 salió publicada la primer “Guía AASHO para Diseño de Pavimentos Rígidos y Flexibles”. Posteriormente para 1972 se realizó una revisión y se publicó como la “Guía AASHTO para Diseño de Estructuras de Pavimento - 1972″. Para 1981 se hizo una Revisión al Capítulo III, correspondiente al Diseño de Pavimentos de Concreto con Cemento Portland. Para 1986 se publicó una revisión de la “Guía para el Diseño de Estructuras de Pavimento”. En 1993 se realizó una Revisión del Diseño de Sobrecarpetas de pavimento. Para 1998 se publicó un método alternativo para diseño de pavimentos, que corresponde a un “Suplemento a la guía de diseño de estructuras de pavimento”.

d. Variables del método de diseño

Las variables que intervienen en el diseño de los pavimentos constituyen en realidad la base del diseño del pavimento por lo que es necesario conocer las consideraciones más importantes que tienen que ver con cada una de ellas para así poder realizar diseños confiables y óptimos al mismo tiempo.

Variables de diseño de Pavimentos Rígidos: Espesor. Serviciabilidad (inicial y final). Tráfico (ejes equivalentes). Transferencia de carga. Propiedades del concreto (módulos de ruptura y elasticidad). Resistencia de la subrasante (módulo de reacción). Drenaje. Confiabilidad (confiabilidad y desviación estándar). Método PCA

Diseño por método PCA

a. Formulación del método El método de diseño de la Portland Cement Association es exclusivamente un método de diseño desarrollado para pavimentos de concreto.

Teniendo como base el conocimiento de varias teorías de pavimentos como Westergaard, Picket and Ray así como de elementos finitos. También la experiencia en el comportamiento de varias pruebas e investigaciones como la Arlington Test y diversos proyectos de la misma PCA. Y derivado de lo anterior se generó finalmente este método de diseño.

Parte del método fue desarrollado interpretando los resultados del modelo de elementos finitos basados en el comportamiento de una losa de espesor variable y dimensiones finitas (180 x 144 pulgadas) a la cuál se le aplicaron cargas al centro, de borde y de esquina, considerando diferentes condiciones de apoyo y soporte.

El método de diseño de la PCA considera dos criterios de evaluación en el procedimiento de diseño, el criterio de erosión de la sub-base por debajo de las losas y la fatiga del pavimento de concreto.

El criterio de erosión reconoce que el pavimento puede fallar por un excesivo bombeo, erosión del terreno de soporte y diferencias de elevaciones en las juntas. El criterio del esfuerzo de fatiga reconoce que el pavimento pueda fallar, presentando agrietamiento derivado de excesivas repeticiones de carga.

A diferencia del método AASHTO el método de diseño PCA, consideró un valor fijo de módulo de elasticidad del Concreto (Ec) = 4’000,000 psi que no lo hizo variar en relación con la resistencia a la flexión del concreto (MR), así como tampoco varió el coeficiente de poisson de 0.15.

Este método considera algunas limitaciones en los valores de módulo de reacción K del suelo, en donde el rango de valores para los que el método fue desarrollado oscila entre los 50 y 700 pci.

Una ventaja que se debe reconocer en el método del PCA es que toma el tráfico real que estima circulará sobre el pavimento, sin convertirlo Ejes Sencillos Equivalentes.

b. Variables

Las variables que intervienen en el diseño son:

Espesor Inicial del Pavimento. Módulo de Reacción K del suelo. Tráfico. Transferencia de Carga y Soporte Lateral. Propiedades del Concreto. Módulo de Ruptura (Considera una reducción del 15% por seguridad). Módulo de Elasticidad Fijo = 4,000,000 psi. Módulo de Poisson Fijo = 0.15. Comparativa entre los métodos de diseño

Ambos métodos de diseño son apropiados para el diseño de espesores de pavimentos rígidos en cualquier tipo de proyecto, sin embargo el método AASHTO hace intervenir un

mayor número de variables que nos ayudan a modelar de mejor manera las condiciones del proyecto al momento de estar diseñando su espesor. Los resultados del método de la PCA son adecuados para cualquier tipo de proyecto a pesar de que no se puedan tomar en cuenta algunos factores importantes como lo son la serviciabilidad inicial y final. En cambio considera de una manera máss real la contribución del tráfico en la formulación

http://www.udistrital.edu.co/comunidad/grupos/laplomada/Descargas/bspca.pdf

Angelica Palomares Gonzalez.. Vazquez Orozco Jose Manuel

Índice.

2. Diseño de Pavimentos Rígidos. 2.1 Comportamiento de las Losas de un Pavimento rígido 2.2 Efecto del transito y el clima en las losas de un pavimento rígido. 2.3 Dimensionamiento de la losa de un pavimento rígido. 2.4 Diseño de juntas longitudinales y transversales. 2.5 Ejemplo de calculo de una losa de pavimento rigido.

2. Diseño de pavimentos rígidos

Existen diversos factores que deben ser tomados en cuenta para el diseño de los pavimentos rígidos, a continuación se indican los que se consideran mas importantes.

- Capa Subrasante

Constituye, como se ha mencionado, la capa de apoyo de los pavimentos, la cual puede ser formada por el propio terreno natural, perfilado y compactado adecuadamente. Sin embargo, cuando el material local no tiene las características para cumplir tal función, por presentar problemas de expansión, bajo valor relativo de soporte, etc., se recurre a la utilización de materiales seleccionados de menor calidad, o bien a su tratamiento con productos tales como cemento Pórtland, cal, asfaltos, etc., dependiendo su selección de aspectos prácticos y económicos. La capacidad de respuesta estructural de la subrasante se determina mediante el modulo de reacción, k, que constituye uno de los principales parámetros de diseño de los pavimentos rígidos. Teniendo en cuenta la elevada rigidez del concreto y el efecto de viga desarrollado por las losas del pavimento, los niveles de esfuerzos y deformaciones producidos en la subrasante son muy bajos, de manera que no se requiere un elevado valor de soporte en dicha capa, siendo mas importante que dicho efecto de soporte sea uniforme, condición que además debe mantenerse a través del tiempo.

El valor del modulo k se determina mediante pruebas de placa, las que, aun cuando deben realizarse en la generalidad de los casos con frecuencia se correlacionan con otros indicadores, tales como los valores de CBR, estabilidad R de Hveem, modulo de resiliencia MR e incluso la clasificación según el criterio SUCS del material de la subrasante. Sin embargo, dichas correlaciones deben considerarse útiles, principalmente para la elaboración de anteproyectos, pero en general no deben considerarse un sustituto de las pruebas directas en proyectos de cierta importancia.

En la medida en que el modulo de reacción k aumenta, el espesor necesario de la losa se reduce para iguales condiciones de transito y de resistencia del concreto, de manera que una mejoría en la calidad o resistencia de la capa subrasante se traduce en un ahorro en el espesor del concreto, el cual llega a ser significativo, hasta del orden de 10 por ciento, principalmente cuando se trata de pavimentos PATRA transito intenso. Es conveniente, así mismo, que el valor de este modulo no se reduzca con el tiempo, por lo que debe vigilarse la compactación de dicha capa, evitar variaciones en el contenido de agua así como la presencia de materiales arcillosos en la misma.

Debe mencionarse, por otro lado, que actualmente se están aplicando algunos métodos de diseño de espesores, principalmente del tipo mecanistico-empírico, que se basan en la caracterización de los materiales utilizando el modulo de resiliencia, MR, que es una medida de las propiedades elásticas de los suelos, parámetro que ha sido reconocido internacionalmente como un medio para caracterizar los materiales para propósitos de diseño o evaluación de pavimentos. Sin embargo, debido a que no es fácil determinar el modulo de resiliencia en el laboratorio, debe recurrirse a correlaciones con pruebas de CBR, valor R e inclusive propiedades índice de los materiales, como se menciono anteriormente.

Debe señalarse la conveniencia de llevar a cabo una serie de estudios e investigaciones preliminares a lo largo de la ruta del proyecto, con el fin de determinar las características del suelo que soportara el pavimento y las cargas impuestas por el transito, de manera que si se juzga que tales características no son adecuadas para esta función, deberán colocarse materiales de mejor calidad, para formar dicha capa de apoyo o capa subrasante, teniendo en cuenta además factores económicos ligados al costo inicial y a los de mantenimiento y operación en el ciclo de vida del pavimento.

• Investigación del subsuelo.

Se realizara con el propósito de conocer la distribución y propiedades de los materiales que lo constituyen, debiendo considerar la configuración topográfica, la posición de la rasante del proyecto, y las condiciones climatologicas y de drenaje, entre otros aspectos.

Teniendo en cuanta las recomendaciones de la ASTM, la exploración y el muestreo deberán efectuarse de acuerdo con lo indicado en la especificación ASTM D 420, identificando los diferentes estratos detectados por características tales como color, textura, estructura, consistencia, compacidad, cimentación y humedad. Las exploraciones se practicaran mediante pozos a cielo abierto, preferentemente hasta una profundidad del orden de tres metros bajo el nivel del terreno natural, en el caso de secciones en terraplén, o del nivel de rasante, en el caso de secciones en corte. La separación entre ellos dependerá de las condiciones locales, pudiendo ser de tres pozos por kilómetro, como mínimo.

Deberá configurarse un perfil de suelos, en el cual aparezcan estos en extensión, espesor, disposición y la posición del nivel freático, silo hubiere. La ubicación de zonas que manifiesten algún tipo de problema en particular, deberá señalarse para ser motivo de un estudio especifico.

• Características de los materiales para terracerías.

En algunas ocasiones será necesario efectuar cortes o terraplenes para la ejecución de pruebas en el lugar, como ensayes de placa según el metido AASHTO T 222, o bien para tomar muestras en el caso de cortes. Este tipo de investigación complementaria se recomienda para casos en que se requiera un mayor nivel de conocimiento de las características de los materiales, o cuando las condiciones locales presenten tal complejidad que se requiera una investigación mas extensa.

De los materiales detectados se obtendrán muestras representativas en las cuales se efectuaran las pruebas necesarias para su identificación y clasificación, así como para estimar su comportamiento en ciertas condiciones. Los materiales normalmente se clasifican según el criterio del Sistema Unificado de Clasificación de Suelos, lo cual permite, entre otras cosas, tener una idea de otras propiedades de los materiales para terracerías.

• Ensayes para determinar la resistencia del terreno.

La clasificación de los suelos para fines de diseño proporciona una idea aproximada del comportamiento probable del terreno como apoyo para el pavimento, ya que el comportamiento real puede ser diferente del previsto debido a varias razones, tales