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UNIVERSIDAD PRIVADA BOLIVIANA
MAESTRIA EN INGENIERIA DE CARRETERAS Y PUENTESMODULO DISENO DE
PAVIMENTO RIGIDO
INFORME FINALTRABAJO PRCTICO PAVIMENTO RIGIDO
POSTULANTES:JUAN PABLO GURRUCHAGA RENJEL
ALEJANDRO HERNAN GARECA ARIAS
Cochabamba, Diciembre de 2013
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DISEO DE LA ESTRUCTURA DE PAVIMENTO
MAESTRIA EN CARRETERAS Y PUENTES
DOCENTE ROSENDO SORUCOPARTE 1 Mtodo AASHTO-93
1 INTRODUCCIN
.....................................................................................
12 CALCULO DEL PAQUETE
ESTRUCTURAL................................................. 1
2.1 ANLISIS DE TRFICO
.............................................................................................
2
2.1.1 EJES EQUIVALENTES
.................................................................................................
3
2.1.2 FACTORES DE EQUIVALENCIA VEHICULAR
...............................................................
4
2.1.3 EJES EQUIVALENTES ACUMULADOS
.........................................................................
5
2.1.4 FACTOR DE DISTRIBUCIN POR DIRECCIN
............................................................. 6
2.1.5 FACTOR DE DISTRIBUCIN POR CARRIL
....................................................................
6
2.1.6 EJES EQUIVALENTES W18
...............................................................................................
7
2.2 CONFIABILIDAD R [%]
..............................................................................................
8
2.3 DESVIACIN ESTNDAR SO
....................................................................................
9
2.4 PRDIDA DE SERVICIABILIDAD
..............................................................................
9
2.5 MDULO DE ROTURA PROMEDIO DEL HORMIGN
.............................................. 9
2.6 COEFICIENTE DE TRANSFERENCIA DE CARGA
................................................... 10
2.7 COEFICIENTE DE
DRENAJE..................................................................................
11
2.8 MDULO DE ELASTICIDAD PROMEDIO DEL HORMIGN A LOS 28 DAS
........... 11
2.9 ANLISIS GEOTCNICO
.........................................................................................
12
2.9.1 CAPA BASE PARA PAVIMENTO RGIDO
.....................................................................
12
2.9.2 MODULO DE REACCIN DE LA SUB-RASANTE
......................................................... 13
3 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
................................................ 134 DISEO DE
ELEMENTOS COMPLEMENTARIOS. .....................................
14
4.1 BARRAS PASAJUNTAS EN JUNTAS TRANSVERSALES.
......................................... 14
4.2 BARRAS LONGITUDINALES DE AMARRE.
.............................................................
14
4.3 TENSIN DE TRABAJO DEL ACERO
.....................................................................
15
4.4 DIMETRO DE BARRAS
.........................................................................................
15
4.5 PORCENTAJE DE ACERO
......................................................................................
15
4.6 ESPACIAMIENTO DE BARRAS
...............................................................................
16
4.7 LONGITUD DE BARRAS
.........................................................................................
16
4.8 REA DE ACERO
....................................................................................................
16
5 PARTE 2: MTODO DE LA PCA
............................................................. 165.1
FATIGA
...................................................................................................................
16
5.2 EROSIN
................................................................................................................
17
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5.3 FACTORES Y PROCESO DE DISEO
.....................................................................
17
5.3.1 SOPORTE DE LA SUB-RASANTE Y SUB-BASE
........................................................... 17
5.3.2 TRFICO
....................................................................................................................
19
5.3.3 FACTOR DE
SEGURIDAD...........................................................................................
21
5.4 PROCESO DE DISEO CON EL USO DE TABLAS
.................................................. 22
5.5 PROCESO DE DISEO CON EL USO DEL STREETPAVE 12
.................................. 28
5.6 CONCLUSIONES MTODO PCA
.............................................................................
31
6 ANLISIS MEDIANTE EVERFE
..............................................................
316.1 DETERMINACIN DE TENSIONES EN EL PROYECTO DE BERMEJO
................... 31
6.2 DETERMINACIN DE TENSIONES EN EL ALTIPLANO
.......................................... 31
6.2.1 GRADIENTE DE TEMPERATURA
................................................................................
31
6.3 MODELADO DE LOSAS DE 3.65 X 4.50 MTR. CON GRADIENTE
TERMICOMODERADO (VALLE).-
......................................................................................................
33
6.4 MODELADO DE LOSAS DE 3.65 X 4.50 MTR. CON GRADIENTE TERMICO
ALTO(ALTIPLANO).-
...................................................................................................................
37
6.5 MODELADO DE LOSAS CORTAS (2.00 X 2.50 MTR.) COMO SOLUCION
ALALABEO POR GRADIENTE TERMICO ALTO (ALTIPLANO).-
............................................. 39
6.6 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
..............................................................
44
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NDICE DE TABLAS
Tabla 1. RESUMEN DEL T.P.D.A.
........................................................................................
3Tabla 2. FACTOR DE EQUIVALENCIA
VEHICULAR........................................................
4Tabla 3. FACTORES DE EQUIVALENCIA VEHICULAR ADOPTADOS
........................... 5Tabla 4: DETERMINACION DE EJES
EQUIVALENTES CON FACTORES TOMADOSDE LAS TABLAS DE LA NORMA AASHTOO
...................................................................
6Tabla 5. DETERMINACIN DE NMERO DE EJES EQUIVALENTES ACUMULADOSCON
FACTORES TOMADOS DE LOS ESTUDIOS POR PARTE DE LA ABC(CARRILESDE USO
GENERAL)
.............................................................................................................
6Tabla 6. FACTOR DE DISTRIBUCIN POR CARRIL
......................................................... 7Tabla 7.
NIVELES DE CONFIABILIDAD ACONSEJADOS POR AASHTO
....................... 8Tabla 8. RELACIN ENTRE R% Y ZR
.................................................................................
8Tabla 9. ANLISIS DE VARIANZA
.....................................................................................
9Tabla 10. RESISTENCIA A FLEXIN QUE DEBE ALCANZAR EL HORMIGN
........... 10Tabla 11. COEFICIENTES DE TRANSFERENCIA DE CARGA
........................................ 10Tabla 12. CALIDAD DE
DRENAJE
....................................................................................
11Tabla 13. COEFICIENTE DE DRENAJE PARA PAVIMENTOS RGIDOS
....................... 11Tabla 14. RESUMEN DE LOS ESPESORES DEL
PAQUETE ESTRUCTURAL(CARRILES DE USO
GENERAL).......................................................................................
14Tabla 15: Efecto sobre el valor de K de una sub-base granular.
............................................. 18Tabla 16: Valores
de Diseo K para sub-base de suelo/cemento.
........................................... 18Tabla 17: Ratas de
crecimiento de trfico y factores de crecimiento.
..................................... 20Tabla 18: Tensin
equivalente No
berma............................................................................
23Tabla 19: Factor de Erosin, juntas con pasadores, No berma.
.............................................. 23Tabla 20: Ejes en
el perodo de diseo
..................................................................................
25Tabla 21: Clculo de % de fatiga y
erosin............................................................................
25
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DISENO DE PAVIMENTO RIGIDODOCENTE ROSENDO SORUCO
Alejandro H. Gareca Arias Pgina 1Juan Pablo Gurruchaga
DISEO DE LA ESTRUCTURA DELPAVIMENTO
1 INTRODUCCIN
El diseo del pavimento se desarrolla segn las recomendaciones de
"AASHTO Guide for Design of PavementStructures 1993, el presente
informe se desarrolla, basado en los estudios de trfico, geotecnia,
geologa ehidrologa, adems contiene: descripcin o justificacin de
los parmetros de diseo adoptados, resmenes delestudio de
trfico.
Por otra parte, se debe aclarar que la prctica habitual en el
diseo de carreteras es considerar un periodo dediseo de 20 aos para
pavimentos.
2 CALCULO DEL PAQUETE ESTRUCTURAL
Este mtodo est desarrollado en la publicacin AASHTO Guide for
Design of Pavement Structures 1993.
En esencia este procedimiento determina el espesor D de un
pavimento de concreto para que este puedasoportar el paso de
vehculos pesados con W18 de ejes equivalentes de 18000 libras (8.2
t) sin que se produzcauna disminucin en el ndice de servicio - PSI
superior a un cierto valor, el cual se calcula a partir de una
serie demedidas en el pavimento (regularidad superficial,
agrietamiento baches), y que se ha comprobado que tieneuna buena
correlacin con la calificacin subjetiva que dan al mismo los
usuarios.
Este mtodo propone una ecuacin de diseo para pavimento rgido y
es la siguiente:
? ?? ?
? ?
?????
?
?????
?
?
?????
?
?????
?
?
????
?
?
????
?
?
????
??
?
???
??
????
??
??
?????
25.0
C
75.0
75.0dC
t
46.8
7OR18
kE
42.18DJ63.215
132.1DC'Slog)p32.022.4(
1D10x624.11
5.15.4PSIlog
06.01Dlog35.7SZWlog
Donde:
W18 = nmero de cargas de 18 kips (80 kN) previstas [ESAL]ZR =
abscisa correspondiente a un rea igual a la confiabilidad R en la
curva de distribucinnormalS0 = desviacin estndar de todas las
variablesD = espesor de la losa de pavimento [in]?PSI = perdida de
serviciabilidad prevista para el diseopt = serviciabilidad finalSC
= mdulo de rotura del hormign [psi]
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DISENO DE PAVIMENTO RIGIDODOCENTE ROSENDO SORUCO
Alejandro H. Gareca Arias Pgina 2Juan Pablo Gurruchaga
J = coeficiente de transferencia de cargasCd = coeficiente de
drenajeEc = mdulo de elasticidad del hormign [psi]k = mdulo de
reaccin de la subrasante [psi/in]
22..11 AANNLLIISSIISS DDEE TTRRFFIICCOO
El trfico es un factor bsico para el diseo de un pavimento, su
volumen acumulado define en parte losespesores del pavimento y la
mayor o menor precisin que se obtenga del mismo determinar su vida
til.
Cdigo Tipo de Vehculos Figura
1 Automviles y Vagonetas
2 Camionetas (hasta 2 Tn.)
3 Minibuses (hasta 15 pasajeros)
MB Microbuses (hasta 21 pasajeros; de 2 ejes)
B2 Buses Medianos (hasta 35 pasajeros; de 2 ejes)
B3 Buses Grandes (ms de 35 pasajeros; de 3 ejes)
C2m Camiones Medianos (de 2,5 a 10,0 t; de 2 ejes)
C2 Camiones Grandes (ms de 10,0 t; de 2 ejes)
C3 Camiones Grandes (ms de 10,0 t; de 3 ejes)
CSR Camiones Semiremolque
CR Camiones Remolque
12 Otros Vehculos
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DISENO DE PAVIMENTO RIGIDODOCENTE ROSENDO SORUCO
Alejandro H. Gareca Arias Pgina 3Juan Pablo Gurruchaga
Para el pavimento de concreto hidrulico se han preparado los
reportes que estiman el trfico para un periodode 20 aos con una
tasa de crecimiento de:
? Para vehculos livianos 4.30%.? Para vehculos medianos 4.30%.?
Para vehculos pesados 4.30%.
A continuacin se presenta un resumen de los datos de trfico
necesarios para el diseo de pavimentos:
Tabla 1. RESUMEN DEL T.P.D.A.
Fuente: Elaboracin propia
2.1.1 EJES EQUIVALENTES
De acuerdo al mtodo AASHTO los pavimentos se disean para que
resistan una determinada cantidad decargas durante su vida til,
estas cargas son producidas por una variedad de vehculos, de
diferentes pesos ycantidad de ejes. Ante esta diversidad y a
efectos de clculo, el mtodo propone el eje equivalente estndarcuyo
peso patrn es 80 KN (8.2t).
Para la transformacin de ejes simples, tndem y tridem de un
determinado vehculo, se aplican los factoresequivalentes de carga,
segn el mtodo estos factores estn en funcin del peso de cada eje,
espesor de losa
Camion Mediano Camion grande Camion Articulado Camion con
RemolqueC2M C3 CSR CR
TASA CREC. 4,3% TASA CREC. 4,3% TASA CREC. 4,3% TASA CREC.
4,3%Diseno 2013 65 86 63 125 339
Construccion 2014 68 90 66 130 354Construccion 2015 71 94 69 136
370Operacin 1 2016 74 98 72 142 386Operacin 2 2017 77 102 75 148
402Operacin 3 2018 80 106 78 154 418Operacin 4 2019 83 111 81 161
436Operacin 5 2020 87 116 84 168 455Operacin 6 2021 91 121 88 175
475Operacin 7 2022 95 126 92 183 496Operacin 8 2023 99 131 96 191
517Operacin 9 2024 103 137 100 199 539Operacin 10 2025 107 143 104
208 562Operacin 11 2026 112 149 108 217 586Operacin 12 2027 117 155
113 226 611Operacin 13 2028 122 162 118 236 638Operacin 14 2029 127
169 123 246 665Operacin 15 2030 132 176 128 257 693Operacin 16 2031
138 184 134 268 724Operacin 17 2032 144 192 140 280 756Operacin 18
2033 150 200 146 292 788Operacin 19 2034 156 209 152 305
822Operacin 20 2035 163 218 159 318 858
2257 3005 2191 4374 11827
TRAFICO DESARROLLADO PROYECTADO
ETAPA ANO TPDA
SUB TOTAL (2016-2035)
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DISENO DE PAVIMENTO RIGIDODOCENTE ROSENDO SORUCO
Alejandro H. Gareca Arias Pgina 4Juan Pablo Gurruchaga
D para Pavimento Rgido y Perdida Serviciabilidad ?PSI, tal como
se presentan en las Tablas D1 a la D18 deAASHTO Guide for Design of
Pavement Structures, Appendix D.
2.1.2 FACTORES DE EQUIVALENCIA VEHICULAR
Debido a que la solicitacin de trnsito es producida por una
variedad de vehculos con una mltiplecombinacin de ejes, AASHTO
propone transformar estos vehculos a ejes equivalentes estndar a
travs delTruck Factor factor camin o factor equivalente vehicular
puesto que lo prctico es hacer aforosvehiculares, y no aforos de
ejes.
Para determinar los Factores de Equivalencia Vehicular (FEV) de
los vehculos que solicitan un pavimento, esrecomendable realizar
censos de pesos por eje para cada tipo de vehculo de una
determinada configuracin oaplicar otras metodologas que simulen las
cargas que aplican los vehculos en una carretera.
Ante la imposibilidad de realizar censos por lo costoso que
resultan estos estudios, impide efectuarlos paratodos los diseos de
pavimento que se deban acometer. Por esta razn, en esta etapa del
proyecto se revis labibliografa internacional y nacional referida a
estos factores de equivalencia vehicular, habiendo encontradoentre
la informacin nacional un trabajo realizado por el ex Servicio
Nacional de Caminos ahora AdministradoraBoliviana de Carreteras
http://www.abc.gob.bo/Manuales, que tena como objetivo principal
contar con unaencuesta de cargas propias del pas para poder
determinar la magnitud de las cargas aplicadas a las estructurasde
las carreteras.
Segn la informacin disponible los resultados de este trabajo
responden a una campaa de censos de peso poreje realizados en las
poblaciones de Achica Arriba y Konani, donde se registraron datos
en ambos sentidos las24 horas del da durante una semana en el mes
febrero de 2000. A la fecha esta informacin es un documentooficial
til para el diseo de pavimentos en Bolivia ya que expresa el
espectro de estratigrafas de cargasvehiculares.
A continuacin, se presentan los factores de equivalencia
vehicular para pavimento flexible y rgidodeterminados por la
Administradora Boliviana de Carreteras, en funcin de una
serviciabilidad final de 2,0;Nmeros estructurales que varan de NE =
4 a 12 cm; y espesores de losa D = 18 a 30 cm.
Tabla 2. FACTOR DE EQUIVALENCIA VEHICULAR
Fuente: Administradora Boliviana de Carreteras
Considerando que hasta la fecha no se tiene un estudio similar
en Bolivia, por consiguiente an estn vigenteslos Factores de
equivalencia vehicular de la ABC para cuando se deba efectuar un
diseo donde no se tengadatos sobre pesaje vehicular. En el presente
diseo se utilizaron los factores de equivalencia vehicular (FEV)
quese muestran en la Tabla 2.
Cdigo Tipo de Vehculos NE = 4 cm NE = 8 cm NE = 12 cm D = 18 cm
D = 24 cm D = 30 cm1 Automviles y Vagonetas 2,0492E-04 2,0492E-04
2,0492E-04 2,0492E-04 2,0492E-04 2,0492E-042 Camionetas (hasta 2
Tn.) 2,0492E-04 2,0492E-04 2,0492E-04 2,0492E-04 2,0492E-04
2,0492E-043 Minibuses (hasta 15 pasajeros) 2,0492E-04 2,0492E-04
2,0492E-04 2,0492E-04 2,0492E-04 2,0492E-04
MB Microbuses (hasta 21 pasajeros; de 2 ejes) 0,132146 0,142815
0,132408 0,136231 0,132585 0,132085B2 Buses Medianos (hasta 35
pasajeros; de 2 ejes) 1,694616 1,634230 1,617937 1,613144 1,649326
1,661552B3 Buses Grandes (ms de 35 pasajeros; de 3 ejes) 0,897383
0,952612 0,923450 1,385201 1,383924 1,384398
C2m Camiones Medianos (de 2,5 a 10,0 t; de 2 ejes) 0,132146
0,142815 0,132408 0,136231 0,132585 0,132085C2 Camiones Grandes (ms
de 10,0 t; de 2 ejes) 1,046566 1,018211 1,003175 1,002418 1,021022
1,027820C3 Camiones Grandes (ms de 10,0 t; de 3 ejes) 1,654853
1,661030 1,648199 2,654401 2,741238 2,775336
CSR Camiones Semiremolque 2,496063 2,452299 2,426188 3,507745
3,623370 3,669342CR Camiones Remolque 3,133060 3,065405 3,038530
3,709313 3,805393 3,83972812 Otros Vehculos
Pavimento de Hormigonsegn la "Estadstica Vial de laClasificacin
de vehculos
Pavimento de AsfaltoFactos Equivalentes Vehicular
Serviciabilidad final = 2,0 Serviciabilidad final =
2,0Administradora Boliviana de Carreteras
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DISENO DE PAVIMENTO RIGIDODOCENTE ROSENDO SORUCO
Alejandro H. Gareca Arias Pgina 5Juan Pablo Gurruchaga
Tabla 3. FACTORES DE EQUIVALENCIA VEHICULAR ADOPTADOS
Fuente: Administradora Boliviana de Carreteras
2.1.3 EJES EQUIVALENTES ACUMULADOS
El nmero de ejes equivalentes acumulados EEA8.2 que solicitarn a
la calzada durante n (aos), para elproyecto, se calcul tomando en
cuenta el siguiente periodo de anlisis:
2013 2015 Periodo de diseo y construccin2016 2035 Periodo de
servicio
En la siguiente tabla se detalla la forma con la cual se obtuvo
los ejes equivalentes acumulados, cabe recalcarque el valor total
debe ser afectado por dos factores de correccin.
0,00001500,00020490,00001500,00020490,00001500,00020490,00001500,00020490,00001500,13258500,00001501,64932600,00001500,13258500,0000150
1,02102200,00001502,74123800,00001503,62337000,00001503,80539300,00001503,8053930
MEDIANOS
PESADOS
3,805408
(5)
(6)
(4)
1,649341
0,000220
2,741253
3,623385
3,805408
0,132600
0,132600
(10)
(12)
0,000220
(3)
(2)
T IPO DE TR A N SITO F E V ( P a v . R i g i d o ) p /D = 1 8 c
m
FEVPON D ER A D O
(1)
0,000220
0,000220LIVIANOS
(7)
(9)
1,021037(8)
(11)
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DISENO DE PAVIMENTO RIGIDODOCENTE ROSENDO SORUCO
Alejandro H. Gareca Arias Pgina 6Juan Pablo Gurruchaga
Tabla 4: DETERMINACION DE EJES EQUIVALENTES CON FACTORES TOMADOS
DE LAS TABLAS DE LANORMA AASHTOO
Tabla 5. DETERMINACIN DE NMERO DE EJES EQUIVALENTES
ACUMULADOSCON FACTORES TOMADOS DE LOS ESTUDIOS POR PARTE DE LA
ABC(CARRILES
DE USO GENERAL)
Fuente: Elaboracin propio
2.1.4 FACTOR DE DISTRIBUCIN POR DIRECCIN
En general es 0.5, es decir que del total del flujo vehicular
censado, la mitad va por cada direccin, pero enalgunos casos ser
mayor en una direccin que en otra, lo que debera deducirse del
censo del trnsito.
Para el proyecto se recomienda emplear el valor de Ld = 0.5
sobre el trfico censado como un factor decorreccin tanto para los
Carriles de Uso General como los Carriles Exclusivos de Transporte
Masivo.
2.1.5 FACTOR DE DISTRIBUCIN POR CARRIL
El carril de diseo es aquel que recibe el mayor nmero de ESALs.
Para un camino de dos carriles, cualquierapuede ser el carril de
diseo, ya que el trnsito por direccin forzosamente se canaliza en
ese carril para lo cual
VEHICULO CARGA TNCARGA KN FACTOR ?TPDA*DIAS DIAS/AO ?TPDA*DIAS
FEV
Eje delantero simple 5.2 51 0.15Eje trasero simple 10 98.07
2.37
Eje delantero simple 6.4 62.76 0.355eje trasero tndem 15.8
154.95 2.14
Eje delantero simple 6.2 60.8 0.308Eje trasero tandem 15.2
149.06 1.82Eje trasero 2 tndem 15.5 152 1.972
Eje delantero simple 6.5 63.74 0.384Eje trasero 1 tndem 16.3
159.85 2.44Eje trasero 2 simple 9.5 93.16 1.91Eje trasero 3 simple
9.5 93.16 1.91
18698611ESALs totales
2.52
2.495
4.1
6.644
3278831.5
4374 365 1596510 10607212
CAMION MEDIANO
CAMION GRANDE
CAMION ARTICULADO
CAMION CON REMOLQUE
2257 365 823805 2075988.6
3005 365 1096825 2736578.4
2191 365 799715
TIPO DE TRAFICOTPDA
ACUMULADO(2016-2035)
PERIODOANUAL
NUMERO VEHICULARDE PASADAS
FACTOR DE EJESEQUIVALENTES ADOPTADO
ESALS
VEHICULOS ? TPDA * DIAS DIAS/ANO ? TPDA * DIAS FEV N * FEVCamion
mediano 2257 365 823805 0,13260000 109236,543Camion grande 3005 365
1096825 1,02103700 1119898,908
Camion articulado 2191 365 799715 3,62338500 2897675,335Camion
con remolque 4374 365 1596510 3,80540800 6075371,926
TOTAL ESALS 10202182,71
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Alejandro H. Gareca Arias Pgina 7Juan Pablo Gurruchaga
el factor de distribucin ser igual a 1. Para caminos
multicarril, el carril de diseo es el ms externo, dado paralos
camiones y, por lo tanto la mayor parte de los ESALs, usan ese
carril. En este caso el factor puede variarentre 1 y 0.5 de acuerdo
a la siguiente tabla:
Tabla 6. FACTOR DE DISTRIBUCIN POR CARRIL
Nmero de carriles en cadadireccin LD
1 1.002 0.80 1.003 0.60 0.804 0.50 0.75
Para el proyecto se recomienda emplear el valor de LD = 1.0 ya
que se contara con un carril por direccin deflujo vehicular.
2.1.6 EJES EQUIVALENTES W18
Se usa el nmero de repeticiones de ejes equivalentes de 18 kips
(80kN) o ESALs en el carril de diseo de lasiguiente con los anlisis
anteriores:
s'ESAL*LD*LdW18 ?
Donde:W18 numero de cargas de 18 kips (80 kN) previstas [ESAL]Ld
factor de distribucin por direccinLD factor de distribucin por
carrilESALs numero de ejes equivalentes acumulados [ESAL]
Para los Carriles de uso General:71.182,202,10*0.1*5.018 ?W
][355.091,101,518 ESALW ?
Finalmente para el diseo del pavimento de los carriles de uso
General adoptamos con los factores de la ABC:
][400.091,101,518 ESALW ?
Finalmente para el diseo del pavimento de los carriles de uso
General adoptamos con los factores de la normaAASHTO:
??? = 0.5 ? 1.0 ? 18,698,611??? = ?,???,???.? [ESAL]
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Alejandro H. Gareca Arias Pgina 8Juan Pablo Gurruchaga
22..22 CCOONNFFIIAABBIILLIIDDAADD RR [[%%]]
De todos los parmetros de diseo, quiz ste sea el que tiene mayor
impacto en el dimensionamiento de lospavimentos flexibles y rgidos.
Un nivel de confiabilidad alto implica un pavimento ms costoso y
por lo tantomayores costos inciales, pero tambin pasar ms tiempo
hasta que ese pavimento necesite una reparacin ypor ende los costos
de mantenimiento sern menores. Por el contrario, un nivel de
confiabilidad bajo dapavimentos ms econmicos, pero con un mayor
costo de mantenimiento.
Para emitir un criterio en la adopcin de algn valor, primero es
necesario analizar la siguiente tabla:
Tabla 7. NIVELES DE CONFIABILIDAD ACONSEJADOS POR AASHTO
TIPO DE CAMINOCONFIABILIDAD RECOMENDADA
ZONA URBANA ZONA RURAL
RUTAS INTERESTATALES Y AUTOPISTAS 85 - 99.9 80 - 99.9
ARTERIAS PRINCIPALES 80 - 99 75 - 99
COLECTORAS 80 - 95 75 - 95
LOCALES 50 - 80 50 - 80
Fuente: AASHTO Guide for Design of Pavement Structures
Para el caso particular del proyecto, la va de anlisis puede ser
considerada como una va local para una zonarural por lo tanto
adoptaremos el valor de R igual a 60%.
Con este ltimo valor determinamos el valor de la abscisa en la
curva de distribucin normal, con el uso de laTabla 8.
Tabla 8. RELACIN ENTRE R% Y ZR
R% ZR50% 0.00060% -0.25370% -0.52475% -0.67480% -0.84185%
-1.03790% -1.28291% -1.34092% -1.40593% -1.47694% -1.55595%
-1.64596% -1.75197% -1.88198% -2.05499% -2.327
99.9% -3.09099.99% -3.750
Por lo tanto nuestro valor de ZR ser:
253.0??RZ
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Alejandro H. Gareca Arias Pgina 9Juan Pablo Gurruchaga
22..33 DDEESSVVIIAACCIINN EESSTTNNDDAARR SSOO
Representa la desviacin estndar conjunta que conjuga la
desviacin estndar de la ley de prediccin deltrnsito en el periodo
de diseo y con la desviacin estndar de la ley de produccin del
comportamiento delpavimento, es decir el nmero de ejes que pueda
soportar el pavimento hasta que su ndice de serviciodescienda por
debajo de un determinado valor pt.El rango tpico sugerido por la
AASHTO se encuentra entre:
Pavimentos rgidos 0.34 < So < 0.39
Para emitir un criterio en la adopcin de algn valor, primero es
necesario analizar la siguiente tabla:
Tabla 9. ANLISIS DE VARIANZA
CONDICIONES DE DISEO DESVIACIN ESTNDAR
Variacin en la prediccin del comportamiento delpavimento sin
errores en el transito
0.34 Pavimento Rgido
0.44 Pavimento Flexible
Variacin en la prediccin del comportamiento delpavimento con
errores en el transito
0.39 Pavimento Rgido
0.49 Pavimento Flexible
Fuente: AASHTO Guide for Design of Pavement StructuresAsimismo,
se aplicara una desviacin estndar de 0.39 para pavimento rgido,
correspondiente a la variacin enla prediccin del comportamiento del
pavimento con errores en el trnsito.
Por lo tanto nuestro valor de SO ser:39.0SO ?
22..44 PPRRDDIIDDAA DDEE SSEERRVVIICCIIAABBIILLIIDDAADD
Se define como la capacidad de servir al tipo de trfico para el
cual ha sido diseado. En el diseo delpavimento se debe elegir la
serviciabilidad inicial y final. La inicial po, es funcin del diseo
de pavimento y de lacalidad de la construccin. La final o terminal
pf es funcin de la categora del camino, es adoptada en base asta y
al criterio del proyectista los valores recomendados son:
Serviciabilidad inicial5.4?Op
Serviciabilidad final0.2?? tf pp
Por lo tanto nuestro valor de ?PSI ser:
fO ppPSI ???5.2??PSI
22..55 MMDDUULLOO DDEE RROOTTUURRAA PPRROOMMEEDDIIOO DDEELL
HHOORRMMIIGGNN
Es el esfuerzo de tensin en la fibra extrema bajo la carga de
rotura. El mdulo de ruptura requerido SC comodato para el
procedimiento de diseo es el valor promedio determinado despus de
28 das usando el ensayode carga del tercio central (AASHTO T-97,
ASTM C-78).
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Alejandro H. Gareca Arias Pgina 10Juan Pablo Gurruchaga
En la prctica se tendrn en cuenta para el diseo, cuatro niveles
de resistencia a la flexin de acuerdo con elnivel de trnsito, segn
lo indica la Tabla 10.
Tabla 10. RESISTENCIA A FLEXIN QUE DEBE ALCANZAR EL HORMIGN
CALIDADNUMERO DE CAMIONES POR DA
> 300 150 300 25 150 < 25
A flexin [MPa] 4.5 4.2 4.0 3.8
Fuente: Manual de diseo de pavimentos de concreto para vas con
bajos, medios y altos volmenes de trnsito (ICPC), basado en
losmtodos PCA versin 1984 y AASHTO versin 1993.
El valor promedio usualmente adoptado para pavimentos carreteros
nuevos corresponde a Sc = 650 [psi] o4,50 [MPa], el mismo que se
recomienda verificar durante la construccin mediante ensayos de
vigas a laflexin. El valor no es excesivo y puede ser alcanzado con
relativa facilidad.
Por lo tanto nuestro valor de SC ser:]psi[650'S C ?
22..66 CCOOEEFFIICCIIEENNTTEE DDEE TTRRAANNSSFFEERREENNCCIIAA
DDEE CCAARRGGAA
Se usa en el diseo de pavimentos rgidos para considerar el apoyo
lateral provisto en las esquinas de la losa.Los dispositivos de
transferencia de cargas, interaccin de agregados, y la presencia de
bermas de hormignvinculadas tienen un efecto en este valor,
coeficientes de transferencia de carga ms altos corresponden amenor
soporte provisto para el pavimento, si existe un menor soporte, el
pavimento sera ms susceptible albombeo, roturas de esquinas y otros
deterioros relacionados con juntas y esquinas.
Como una gua general para el rango de coeficientes de carga, se
debe usar coeficientes mayores para valoresbajos de k, altos
coeficientes trmicos y mayores variaciones de temperatura. El
pavimento es altamentesensible al valor J y se presentan dos
posibilidades: con bermas de hormign vinculadas o sobreanchos en
lalosa o bien con bermas no estructurales de asfalto. La Tabla 11
provee recomendaciones para la seleccin delcoeficiente de
transferencia de carga:
Tabla 11. COEFICIENTES DE TRANSFERENCIA DE CARGA
BERMAS DE ASFALTO DE HORMIGN(VINCULADA A LA CALZADA)DISPOSITIVO
DE TRANSFERENCIA SI NO SI NO
Tipo de pavimento: JPCP JRCPJunta Sencilla y Junta Reforzada 3,2
3,8 4,4 2,5 3,1 3,6 4,2
Tipo de pavimento: CRCPContinuamente Reforzada
2,9 3,2 2,3 2,9
Fuente:AASHTOGuideforDesignofPavementStructures
Debido a que el gradiente de temperatura en la zona de proyecto
puede llegar a niveles considerablementealtos, no es conveniente
que la longitud de las losas sea mayor que su ancho, es por esto
que se recomienda eluso de losas cuadradas en general, con las
condiciones y dimensiones de ancho de calzada.Por las
caractersticas establecidas del pavimento con junta reforzada y las
caractersticas de la subrasante, sepuede usar entonces un valor de
coeficiente de transmisin de cargas de:
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2.3J ?
22..77 CCOOEEFFIICCIIEENNTTEE DDEE DDRREENNAAJJEE
El valor del coeficiente de drenaje Cd depende de dos parmetros:
la calidad del drenaje que viene determinadapor el tiempo que tarda
el agua infiltrada en ser evacuada del pavimento y el porcentaje de
tiempo a lo largodel ao durante el cual el pavimento est expuesto a
niveles de humedad aproximndose a la saturacin.
La gua AASHTO provee definiciones generales correspondientes a
niveles de drenaje para estructuras delpavimento, que se indican a
continuacin:
Tabla 12. CALIDAD DE DRENAJE
CALIDAD DEDRENAJE
REMOCIN DEL AGUADURANTE
EXCELENTE 2 Horas
BUENO 1 Dia
REGULAR 1 Semana
POBRE 1 Mes
MUY POBRE (EL agua no
drena)Fuente:AASHTOGuideforDesignofPavementStructuresTabla 13.
COEFICIENTE DE DRENAJE PARA PAVIMENTOS RGIDOS
CALIDAD DEDRENAJE
% DE TIEMPO EN QUE EL PAVIMENTO ESTA EXPUESTO A NIVELES DE
HUMEDAD PRXIMOS A LASATURACIN
< 1% 1 - 5 % 5 - 25 % > 25 %
EXCELENTE 1.25 - 1.20 1.20 - 1.15 1.15 - 1.10 1.10
BUENO 1.20 - 1.15 1.15 - 1.10 1.10 - 1.00 1.00
REGULAR 1.15 - 1.10 1.10 - 1.00 1.00 - 0.90 0.90
POBRE 1.10 - 1.00 1.00 - 0.90 0.90 - 0.80 0.80
MUY POBRE 1.00 - 0.90 0.90 - 0.80 0.80 - 0.70
0.70Fuente:AASHTOGuideforDesignofPavementStructuresContemplando las
condiciones de drenaje de la zona del proyecto, pero a su vez
considerando que seimplementara un Sistema de Drenaje Pluvial, por
lo que la calidad de drenaje ser relativamente bueno.
Por lo tanto siendo un poco conservadores, el valor de Cd
ser:
10.1?dC
22..88 MMDDUULLOO DDEE EELLAASSTTIICCIIDDAADD PPRROOMMEEDDIIOO
DDEELL HHOORRMMIIGGNN AALLOOSS 2288 DDAASS
Es un parmetro que indica la rigidez y la capacidad de
distribuir cargas que tiene una losa de pavimento,mientras ms alto
sea el valor del mdulo elstico ms rgida ser la losa. Los esfuerzos,
deformaciones ydeflexiones estn influenciados por el valor del
mdulo elstico. Su valor se determina usando los
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Alejandro H. Gareca Arias Pgina 12Juan Pablo Gurruchaga
procedimientos descritos en ASTM C469, a partir de informacin de
resistencia de la losa, para el presenteproyecto, se ha determinado
el mdulo de elasticidad est relacionado con el mdulo de rotura a
travs de laexpresin:
????
?? ??
5.435.488'S0000001E CC
Donde:SC mdulo de rotura del hormign [psi]EC mdulo de
elasticidad del hormign [psi]
Para el uso de la anterior expresin se supone que el mdulo de
Poisson es 0.15. Se debe mencionar que eldiseo no es tan sensible a
esta variable.
Por lo tanto con SC igual a 650 [psi], el valor de EC ser:
]psi[6447123EC ?
22..99 AANNLLIISSIISS GGEEOOTTCCNNIICCOO
El estudio de suelos es otro factor bsico para el diseo de un
pavimento, sus valores definen en parte losespesores del pavimento.
Por lo mismo se puede decir que un factor de relativa importancia
en el diseo deespesores de un pavimento de hormign es la calidad
del suelo que conforma la subrasante. sta, usualmentese refiere al
mdulo de reaccin de la subrasante k, que representa la presin de
una placa circular rgida de 76cm de dimetro dividida por la
deformacin que dicha presin genera. Su unidad de medida es el
psi/in (pci).
Debido a que el ensayo correspondiente (Norma AASHTO T222-78) es
lento y costoso de realizar,habitualmente se calcula
correlacionndolo con otro tipo de ensayos ms rpidos de ejecutar,
tales como laclasificacin de suelos o el ensayo CBR, ver Error! No
se encuentra el origen de la referencia. y Error! No seencuentra el
origen de la referencia..
Para efectos del presente proyecto se consider el valor de 10%
para CBR de la capa subrasante.
2.9.1 CAPA BASE PARA PAVIMENTO RGIDO
Para la construccin de bases granulares puede utilizarse arena,
grava arenosa, piedra triturada ocombinaciones de estos materiales.
Cuando se emplea una capa base como sub-base de pavimento
dehormign, el soporte deber ser CBR ? 50% (segn RECOMENDACIONES
GENERALES PARA SUELOS Y SUSAPLICACIONES COMO MATERIALES DE
CONSTRUCCIN de la Administradora Boliviana de Carreteras), por
estaltima afirmacin, es criterio valido adoptar un valor:
%50CBR CSB ?Los materiales granulares son susceptibles de sufrir
asentamientos permanentes (por densificacin) bajo lascargas del
trfico, a menos que se compacten a densidades muy altas, pero se
puede incurrir en problemasdebido a la sobre compactacin, segn los
resultados de una investigacin adelantada por la PCA.
En conclusin, el empleo de sub-bases de espesores mayores de 10
cm, no ofrece proteccin adicional contra elbombeo y en cambio, a ms
de elevar el costo del proyecto, conduce a asentamiento indeseables
bajo eltrfico. Por estas razones, la prctica racional es utilizar
espesores de trfico muy pesado, se justifica el empleode sub-bases
hasta de 30 cm (este ltimo valor aplicado a aeropuertos
importantes), ya que la magnitud de lascargas exige mejorar
considerablemente la capacidad de soporte de la sub-rasante.
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Alejandro H. Gareca Arias Pgina 13Juan Pablo Gurruchaga
Muy a parte tambin se debe tomar en cuenta las siguientes
consideraciones:
? Sub-rasante heterognea (p. ej.: llenos de diferentes calidades
y composiciones); se recomienda unespesor de 10 a 20 cm de
sub-base.
? Sub-rasante altamente expansiva: se usa una capa de 10 a 30
cm.Con las consideraciones explicadas anteriormente es que para el
proyecto se opt por emplear una base de:
][15 cmhCB ?
2.9.2 MODULO DE REACCIN DE LA SUB-RASANTE
El procedimiento para determinar el mdulo de reaccin de la
sub-rasante para el diseo del pavimento, es elmismo que se usa de
manera habitual en Chile basada en el mtodo AASHTO 93, pero con el
empleo defrmulas empricas en lugar de las grficas y monogramas.
Mdulo de reaccin de la subrasante, obtenido con las siguientes
expresiones:Si CBR ? 10% ? ?CBRlog08.18603.9k ??Si CBR > 10% ?
?? ? 34.4CBRlog15.3296.162k ??
Donde:CBR valor de soporte california [%]k mdulo de reaccin
[pci] o [psi/in]
][11.195 pciK ?
3 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
En conclusin se calcul los ESALs tanto por los factores
equivalentes de la abc como con los factores de lastablas de la
AASHTOO, se utiliz los ESALs calculados con los factores
equivalentes de la AASHTO para esto seutiliz factores equivalentes
de las tablas ubicadas en el texto interpolando lo valores de
acuerdo a las cargasexactas de cada eje, aplicando la ecuacin de la
AASHTO-93 para determinar el espesor de la losa de hormign ylos
criterios del mtodo AASHTO-93 y PCA-84 para el diseo de pavimentos
rgidos, obtenemos:
Para Carriles de Uso General:][8.21][6.8 cminD ??
Por lo tanto la estructura del pavimento ser:
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Alejandro H. Gareca Arias Pgina 14Juan Pablo Gurruchaga
Tabla 14. RESUMEN DE LOS ESPESORES DEL PAQUETE
ESTRUCTURAL(CARRILES DE USO GENERAL)
ALTERNATIVANICA
PROGRESIVA[Km]
ESPESORADOPTADO
[cm]
PAVI
MEN
TOR
GID
O(2
0 a
os) Concreto Hidrulico u Hormign
(con junta reforzada) 18.0
Base Granular 15.0
Fuente: Elaboracin propia
Se determin que las losas tendrn un ancho por carril de 3.65m.El
largo de la losa cumple la siguiente ecuacin:
? = 1.25 ? ?Por tanto el largo de la losa es de 4.50 metros.
4 DISEO DE ELEMENTOS COMPLEMENTARIOS.
A continuacin se detalla el diseo de los elementos
complementarios que garanticen el correcto desempeodel pavimento
rgido del proyecto.
44..11 BBAARRRRAASS PPAASSAAJJUUNNTTAASS EENN JJUUNNTTAASS
TTRRAANNSSVVEERRSSAALLEESS..
Las barras pasa juntas transversales, de acero liso, se disean
en funcin al espesor de la losa, a pesar de suimportancia para
evitar los fenmenos de escalonamiento y bombeo de finos, la Gua de
Diseo AASHTO, noprev un procedimiento tensional para su
dimensionamiento, sino nicamente indica en la seccin 2.4.2 que
sedeben utilizar barras de acero liso cuyo dimetro alcance un
octavo del espesor de Losa. En este sentido, setiene 2.62cm, los
que corresponden a 1. La longitud se ha estandarizado en 45cm y el
espaciamiento cada 30cm. Se presenta el diseo del canastillo de
apoyo en el Anexo correspondiente.Las barras pasa juntas se debern
pintar con pintura anticorrosiva antes de su colocacin y recubrirse
con unacapa delgada de antiadherente, ya sea aceite sucio o grasa.
La aplicacin del mismo puede ser en la mitad de labarra o bien en
toda su longitud, de manera que se garantice el movimiento por
retraccin.
44..22 BBAARRRRAASS LLOONNGGIITTUUDDIINNAALLEESS DDEE
AAMMAARRRREE..
Se colocan para impedir una apertura excesiva de la junta
longitudinal, para su diseo se han considerado lossiguientes
factores:Ancho de carril: se ha previsto la utilizacin de un ancho
de carril de 3.65m.Factor de Friccin: es una medida de la
resistencia de friccin entre la parte inferior de la losa y la
parte superiorde la base subyacente o capa subrasante. Los valores
recomendados para la subrasante y una variedad demateriales de base
se presentan en la siguiente tabla, obtenida de la Gua de Diseo
AASHTO, Parte 11. Seccin2.51.:
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Alejandro H. Gareca Arias Pgina 15Juan Pablo Gurruchaga
Material Bajo la Losa Factor de Friccin
Tratamiento superficial
Estabilizacin de Cal
Estabilizacin asfltica
Estabilizacin de Cemento
Grava de Ro o Yacimiento
Piedra Partida
Arenisca
Subrasante Natural
2.2
1.8
1.8
1.8
1.5
1.5
1.2
0.9
En el presente caso se adopta un valor de 1.5.
44..33 TTEENNSSIINN DDEE TTRRAABBAAJJOO DDEELL AACCEERROO
Se requiere un criterio limitante en el esfuerzo del acero para
prevenir su ruptura o deformacin permanenteexcesiva. El esfuerzo
ltimo de tensin en el acero (comnmente referido como el grado del
acero) se usa comoun dato en el proceso de diseo de las barras de
amarre. Para establecer el esfuerzo de trabajo ltimo del acerose
recomienda considerar el 70% de la tensin de rotura. En nuestro
caso se ha definido un acero deformado enfro de 400MPa de
resistencia caracterstica (AASHTO Gua de Diseo Parte II. Seccin
3.4.2.).
44..44 DDIIMMEETTRROO DDEE BBAARRRRAASS
Normalmente se prefiere utilizar dimetros de 12mm (1/2") 16mm
(5/8"), considerando que entre carrilestambin se presenta el
fenmeno de transferencia de cargas entre lneas, especialmente si se
realiza laconstruccin carril por carril. El presente caso amerita
la utilizacin de barras de 12 mm.
44..55 PPOORRCCEENNTTAAJJEE DDEE AACCEERROO
La cuanta de acero a ser empleada se basa en la siguiente
ecuacin:
? ?? ? 100
31.11 ????KPafs
FmLPs
Ps = Porcentaje de acero
L = Distancia entre bordes libres
F = Factor de friccin de la losa
fs = Tensin de trabajo del acero.
Un monograma que resuelve esta ecuacin se encuentra en la Parte
II Seccin 3.4.2. de la Gua de DiseoAASHTO.
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Alejandro H. Gareca Arias Pgina 16Juan Pablo Gurruchaga
44..66 EESSPPAACCIIAAMMIIEENNTTOO DDEE BBAARRRRAASS
Se calcula con el porcentaje de acero requerido y el dimetro de
la barra, obteniendo un valor de espaciamientomximo de 1.02m.
44..77 LLOONNGGIITTUUDD DDEE BBAARRRRAASS
La longitud mxima se define mediante la siguiente frmula:
? ? ? ? ? ?? ? ? ?mmmmdKPafsmmt 762413
5.0 ????
t = longitud de la barra de amarre
fs = tensin de trabajo del acero
d = dimetro de la barra de amarre y
2413 [kPa] es la tensin de adherencia admisible asumida en el
hormign
Obteniendo un valor de 732mm, redondeando se usar un valor de 80
cm.
44..88 RREEAA DDEE AACCEERROO
En funcin del rea de acero requerida, se define el espaciamiento
ideal (considerando un nmero entero debarras por losa) y el dimetro
del acero a utilizar. Se ha decidido adoptar barras de acero
corrugado de 12mm,con una longitud de 80cm y espaciadas cada 75cm.
Se adjunta el esquema correspondiente.
5 PARTE 2: MTODO DE LA PCA
En este mtodo se tiene 2 criterios de diseo que son muy
importantes: la Fatiga y la Erosin.
55..11 FFAATTIIGGAA
Al igual que otros materiales estructurales el concreto se ve
afectado por la repeticin deesfuerzos principalmente, que por la
aplicacin de un simple esfuerzo de la misma magnitud.Este efecto
recibe el nombre de fatiga.La resistencia a la fatiga es el nmero
de repeticiones necesarias para llegar a la rotura paradeterminada
relacin de esfuerzos.Criterios de diseo:
Ecuaciones de fatiga:????: ??
??? 0.55 ? ?????? = 11.737? 12.077? ????? ????: 0.45 ? ??
??? 0.55 ? ?????? = ? ??????
?????????????
?
?????
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Alejandro H. Gareca Arias Pgina 17Juan Pablo Gurruchaga
????????
< 0.45 ???? ? ?????????Donde:Nf: Nmero de repeticiones de eje
cargado admisible para prevenir fisuracin de fatiga.?t: Esfuerzo de
tensin que causa el eje cargado en el borde de la losa.MR: Mdulo de
rotura del concreto a los 28 das.
55..22 EERROOSSIINN
Es la prdida de apoyo de la losa y es causada por el fenmeno del
bombeo, la erosin lateralde la fundacin o falla en la junta por
trfico muy pesado.Las ecuacin de erosin utilizadas son las
siguientes:
????? = 14.524? 6.777(?? ? ? ? 9.0)?????Donde:N= Repeticiones
admisibles del eje cargado para controlar la falla por erosin.C1=
Factor ajuste:Si tenemos subbase granular (1.0), Si tenemos subbase
estabilizada(0.9).P= Relacin de trabajo:
? = 268.7 ? ??? ? ?????
Donde:p= presin de contacto de la losa bajo esquina (psi).h=
Espesor de la losa( pulg).k=Mdulo de reaccin de la subrasante,
coeficiente de Westergant, coeficiente de balasto.
55..33 FFAACCTTOORREESS YY PPRROOCCEESSOO DDEE DDIISSEEOO
5.3.1 SOPORTE DE LA SUB-RASANTE Y SUB-BASE
El soporte que proporciona la subrasante y la subbase, donde es
usada, es el segundo factor enel diseo de espesores. El soporte de
la subrasante y subbase es definido en trminos delmdulo de reaccin
de la subrasante (k) de Westengaard. Es igual a la carga en libras
porpulgada cuadrada sobre un rea de carga (una placa de 30- pulg.
de dimetro), dividio por ladeflexin en pulgadas para esa carga.
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DISENO DE PAVIMENTO RIGIDODOCENTE ROSENDO SORUCO
Alejandro H. Gareca Arias Pgina 18Juan Pablo Gurruchaga
Tabla 15: Efecto sobre el valor de K de una sub-base
granular.
K sub-rasante Subbase k valor100 mm 150 mm 225 mm 300 mm
Mpa/m pci Mpa/m pci Mpa/m Pci Mpa/m pci Mpa/m pci20 73 23 85 26
96 32 117 38 14040 147 45 165 49 180 57 210 66 24560 220 64 235 66
245 76 280 90 33080 295 87 320 90 330 100 370 117 430
Tabla 16: Valores de Diseo K para sub-base de suelo/cemento.
K sub-rasante Subbase k valor100 mm 150 mm 200 mm 250 mm
Mpa/m pci Mpa/m pci Mpa/m Pci Mpa/m pci Mpa/m pci20 73 60 220 80
300 105 400 135 50040 147 100 370 130 500 185 680 230 85060 220 140
520 190 700 245 900
Teniendo el CBR de la subrasante se puede obtener el Mdulo de
reaccin k con la siguientegrfica:
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DISENO DE PAVIMENTO RIGIDODOCENTE ROSENDO SORUCO
Alejandro H. Gareca Arias Pgina 19Juan Pablo Gurruchaga
Se puede ver que el mdulo K de la subrasante es de 200 pci, por
tanto con el uso de las tablasse obtiene para un espesor de subbase
de 15 cm un K de la subbase de 230 pci.
5.3.2 TRFICO
La cantidad y los pesos de las cargas axiales pesadas esperadas
durante la vida de diseo sonlos factores principales en el diseo de
espesores de pavimentos de hormign. Estos se derivande las
estimaciones de:
? Trfico promedio diario en ambas direcciones, de todos los
vehculos.? Trfico promedio diario de camiones en ambas
direcciones.? Cargas axiales de camiones.
Para obtener el dato del volumen de trfico se requiere el uso de
las tasas anuales delcrecimiento de trfico y factores de proyeccin
del trfico. La siguiente tabla muestra las
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DISENO DE PAVIMENTO RIGIDODOCENTE ROSENDO SORUCO
Alejandro H. Gareca Arias Pgina 20Juan Pablo Gurruchaga
relaciones entre las tasas anuales de crecimiento y los factores
de proyeccin para perodos dediseo de 20 y 40 aos.
Tabla 17: Ratas de crecimiento de trfico y factores de
crecimiento.
Tasa anual decrecimiento del trfico
Factor de proyeccin,20 aos
Factor de proyeccin,40 aos
1 1.1 1.21.5 1.2 1.32 1.2 1.5
2.5 1.3 1.63 1.3 1.8
3.5 1.4 24 1.5 2.2
4.5 1.6 2.45 1.6 2.7
5.5 1.7 2.96 1.8 3.2
Para propsitos de diseo, se necesita el nmero de total de
camiones en el perodo de diseo.Esto se obtiene mediante el producto
del trfico promedio diario de diseo por el porcentajedel trfico
diario promedio de camiones, multiplicado por el nmero de das en el
perodo dediseo. Para caminos de 4 carriles o ms, el trfico promedio
diario de camiones es ajustadocon el uso de la siguiente
figura:
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Alejandro H. Gareca Arias Pgina 21Juan Pablo Gurruchaga
Figura 1: Proporcin de camiones en el carril derecho de una
carretera dividida en carriles mltiples.
5.3.3 FACTOR DE SEGURIDAD
En el procedimiento de diseo, las cargas por eje determinadas en
la seccin previa, sonmultiplicadas por un factor de seguridad de
carga(LSF) Recomendndose los siguientesfactores:
? Para proyectos interestatales y otros de mltiples carriles
donde el flujo de trfico serininterrumpido y donde habrn altos
volmenes de trfico de camiones, LSF=1.2.
? Para carreteras y calles arteriales donde el volumen de trfico
de camiones sermoderado, LSF=1.1.
? Para carreteras, calles residenciales, y otras que soportarn
pequeos volmenes detrfico de camiones, LSF=1.0.
En nuestro caso se tiene una carretera de trfico moderado por
tanto LSF =1.1
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Alejandro H. Gareca Arias Pgina 22Juan Pablo Gurruchaga
55..44 PPRROOCCEESSOO DDEE DDIISSEEOO CCOONN EELL UUSSOO DDEE
TTAABBLLAASS
Datos:Carretera de dos carriles, uno por cada sentido de
trficoLongitud 3.72 km, ancho de cada calzada 7.30 m, berma de
asfalto de 1.5 m de ancho(Tratamiento Superficial Doble)CBR de la
subrasante es de 10%.Disear los elementos complementarios de barras
de amarre y reservorio del sello de juntasutilizando una base
granular de 15 cm de espesor, barras pasajuntas de acero liso,
barras deamarre de fierro 12 mm, un rango de variacin de
temperaturas de 15C y sello en base asilicona o similar.Se utilizan
los datos que se utilizaron en el anterior diseo con la inclusin de
los siguientesdatos de trfico:
Solucin:Para este ejercicio se adopt un espesor de losa de 18.5
cm equivalente a 7 pulgadas y unespesor de subbase de 15 cm.Con los
valores de k obtenidos se halla la tensin equivalente (eje simple/
eje tndem) con eluso de la siguiente tabla ya que se tiene una
berma de concreto de 1.5 metros
Carga eje, kips Ejes/1000 camionesEje simple
22 82721 318014 338511 827
Eje tandem36 159035 109434 80133 801
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Alejandro H. Gareca Arias Pgina 23Juan Pablo Gurruchaga
Tabla 18: Tensin equivalente No berma
En esta tabla se obtiene que para un K de la subbase de 200pci y
un espesor de losa 18 cm queequivale a 7 pulgadas se tiene unas
tensiones equivalentes de:
292/244 (eje simple/ eje tndem)
Tabla 19: Factor de Erosin, juntas con pasadores, No berma.
Factor de erosin: 2.97/3.08
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Alejandro H. Gareca Arias Pgina 24Juan Pablo Gurruchaga
En funcin al nmero de camiones que se tienen y al porcentaje de
crecimiento anual se tienela siguiente tabla:
Ao Estado
Tipo de vehculoC.mediano
C.grande
C.articulado
C.remolque TPDA
2013 Inicial 65 86 63 125 3392014 Construccin 68 90 66 130
3542015 Construccin 71 94 69 136 3702016 Operacin 74 98 72 142
3862017 Operacin 77 102 75 148 4022018 Operacin 80 106 78 154
4182019 Operacin 83 111 81 161 4362020 Operacin 87 116 84 168
4552021 Operacin 91 121 88 175 4752022 Operacin 95 126 92 183
4962023 Operacin 99 131 96 191 5172024 Operacin 103 137 100 199
5392025 Operacin 107 143 104 208 5622026 Operacin 112 149 108 217
5862027 Operacin 117 155 113 226 6112028 Operacin 122 162 118 236
6382029 Operacin 127 169 123 246 6652030 Operacin 132 176 128 257
6932031 Operacin 138 184 134 268 7242032 Operacin 144 192 140 280
7562033 Operacin 150 200 146 292 7882034 Operacin 156 209 152 305
8222035 Operacin 163 218 159 318 858
2257 3005 2191 4374 11827
En la siguiente tabla se muestra los porcentajes de fatiga y de
erosin que resulto del ejercicio,lo cual nos muestra valores
extremadamente bajos quiere decir que los espesores adoptadosson
correctos pero tal vez sobredimensionados.
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Alejandro H. Gareca Arias Pgina 25Juan Pablo Gurruchaga
Con el nmero de camiones en el perodo de diseo se obtiene los
ejes en el perodo de diseo:
Tabla 20: Ejes en el perodo de diseo
Carga eje,kips Ejes/1000camiones
Ejes en el perodo dediseo
Eje simple827 9781
3180 376103385 40034
827 9781Eje tandem
1590 188051094 12939
801 9473801 9473
En funcin a los ejes en el perodo de diseo calculamos los
porcentajes de fatiga y erosin:Tabla 21: Clculo de % de fatiga y
erosin
Cargapor eje
Multip.Por
LSF=1.1Repetic
esperados
Anlisis por fatiga Anlisis por erosionRepeticpermisibles
% defatiga
Repeticadmisibles.
% dedao
22 24.2 9781 34000 28.77 1300000 0.7521 23.1 37610 78000 48.22
1600000 2.3514 15.4 40034 Ilimitados 0 20000000 0.2011 12.1 9781
Ilimitados 0 ilimitados
036 39.6 18805 Ilimitados 0 1900000 0.9935 38.5 12939 Ilimitados
0 2500000 0.5234 37.4 9473 Ilimitados 0 2800000 0.3433 36.3 9473
Ilimitados 0 3500000 0.27
TOTAL 76.99 TOTAL 5.42
Estos datos fueron obtenidos con las grficas de erosin y fatiga
y los siguientes datos:
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Alejandro H. Gareca Arias Pgina 26Juan Pablo Gurruchaga
EJE SIMPLEEsfuerzo equivalente 292Factor de relacin de esfuerzo
0.449Factor de erosion 2.97
EJE TANDEMEsfueroz equivalente 244Factor de relacin de esfuerzo
0.375Factor de erosion 3.08
Figura 2: Anlisis por fatiga nmero permisiblede repeticiones de
carga basado en elfactor de relacin de esfuerzo.
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Alejandro H. Gareca Arias Pgina 27Juan Pablo Gurruchaga
Figura 3: Anlisis por erosin- nmero permisible de carga basado
en el factor de erosin sin berma de hormign
Con las figuras 3 y 4 nos permiten sacar el nmero de
repeticiones permisibles de carga enfuncin a los factores de erosin
y de relacin de esfuerzo.
Asumiendo el espesor de 18.5 de losa se obtuvo los siguientes
resultados:
PORCENTAJE A LA FATIGA: 76.99%
PORCENTAJE A LA EROSIN: 5.42%
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Alejandro H. Gareca Arias Pgina 28Juan Pablo Gurruchaga
55..55 PPRROOCCEESSOO DDEE DDIISSEEOO CCOONN EELL UUSSOO DDEELL
SSTTRREEEETTPPAAVVEE 1122
Para el uso de este programa utilizamos todos los datos que nos
dan en el enunciado delejercicio. Primeramente se introduce los
datos correspondientes al trfico:
Con la tabla anterior se calcula el nmero de camiones que
pasaran durante la vida til de lacarretera, en funcin a la tasa de
crecimiento y los factores de direccionalidad:
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Alejandro H. Gareca Arias Pgina 29Juan Pablo Gurruchaga
Se obtiene el MRSG en funcin al CBR del 10 % de la
subrasante.
El tercer paso es introducir los datos del concreto para las
losas de hormign
Finalmente se hace correr el programa de donde se obtuvo los
siguientes resultados:
Route:Location:
Project Description:Owner/Agency:
Design Engineer:
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Alejandro H. Gareca Arias Pgina 30Juan Pablo Gurruchaga
Recommended Concrete Pavement DesignMin. Required Thickness
=
Max. Joint Spacing =Failure Controlled By =
Design Thickness =
InputsDesign Life:
TrafficTraffic Category:Direction Distribution:Design Lane
Distribution:Trucks per Day (two-way, at time of construction):
Truck Traffic Growth:
ReliabilityReliability:Percent of Slabs Cracked at End of Design
Life:
Pav.rigido.finalAzucarera bermejobermejo
UPBJP
6.65
147.00
4199.9
14
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DISENO DE PAVIMENTO RIGIDODOCENTE ROSENDO SORUCO
Alejandro H. Gareca Arias Pgina 31Juan Pablo Gurruchaga
55..66 CCOONNCCLLUUSSIIOONNEESS MMTTOODDOO PPCCAA
Por medio del programa se obtuvo un espesor de losa de 6.65
pulgadas, recomendando unespesor de 7 pulgadas. Resultado similar
al obtenido por el mtodo manual el cual fue de 7pulgadas el cual se
adopt y se obtuvo resultados de fatiga y erosin aceptables de 77% y
6%respectivamente. Se puede ver que el mtodo manual y el software
utilizado nos dieronresultados iguales, el programa tambin nos dio
un resultado si es que no se utilzarnpasajuntas transversales de
8.5 pulgadas de espesor.
6 ANLISIS MEDIANTE EVERFE
66..11 DDEETTEERRMMIINNAACCIINN DDEE TTEENNSSIIOONNEESS EENN
EELL PPRROOYYEECCTTOO DDEEBBEERRMMEEJJOO
66..22 DDEETTEERRMMIINNAACCIINN DDEE TTEENNSSIIOONNEESS EENN
EELL AALLTTIIPPLLAANNOO
6.2.1 GRADIENTE DE TEMPERATURA
Dentro de los principios bsicos del alabeo se encuentra el
gradiente de Temperatura deConstruccin, ya que la losa se vaca y
comienza su fraguado de manera plana y con ungradiente positivo.
Cuando el gradiente se hace cero en horas de la noche, las esquinas
de lalosa se alabean hacia arriba, cuando llega la maana y se tiene
un gradiente de temperaturanegativo el alabeo aumenta hacia
arriba.
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Alejandro H. Gareca Arias Pgina 32Juan Pablo Gurruchaga
Si se produce un alabeo negativo las esquinas se levantan, si se
produce un alabeo positivo elcentro se levanta. La prdida de
contacto de las losas produce un incremento de tensiones lascuales
si exceden la tensin admisible comienza a producir fisuras.El
movimiento de una losa en funcin a la retraccin por secado y a las
variaciones portemperatura son las que originan el movimiento de la
junta, La magnitud del movimiento delas juntas est directamente
relacionado a la longitud de la losa, por lo tanto, la cantidad
demovimiento depende tanto de la longitud de las losas, como tambin
del cambio detemperatura. Una losa larga se mover ms que una losa
pequea para un mismo cambio detemperatura. Tambin una losa dada
sufrir un mayor movimiento si se dan cambios detemperatura mayores.
Por esta razn se piensa que es ms productivo la construccin de
losaspequeas, en un principio se tiene losas de 3.65m. x 4.5m.
mientras que sera convenienteconstruccin de losas 2m. x 2.5m.
teniendo una calzada de 8 metros, 4 metros cada carril ycon bermas
de 1 metro.
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Alejandro H. Gareca Arias Pgina 33Juan Pablo Gurruchaga
66..33 MMOODDEELLAADDOO DDEE LLOOSSAASS DDEE 33..6655 XX
44..0000 MMTTRR.. CCOONNGGRRAADDIIEENNTTEE TTEERRMMIICCOO
MMOODDEERRAADDOO ((VVAALLLLEE))..--
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Alejandro H. Gareca Arias Pgina 34Juan Pablo Gurruchaga
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Alejandro H. Gareca Arias Pgina 35Juan Pablo Gurruchaga
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Alejandro H. Gareca Arias Pgina 36Juan Pablo Gurruchaga
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Alejandro H. Gareca Arias Pgina 37Juan Pablo Gurruchaga
66..44 MMOODDEELLAADDOO DDEE LLOOSSAASS DDEE 33..6655 XX
44..0000 MMTTRR.. CCOONNGGRRAADDIIEENNTTEE TTEERRMMIICCOO AALLTTOO
((AALLTTIIPPLLAANNOO))..--
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Alejandro H. Gareca Arias Pgina 38Juan Pablo Gurruchaga
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Alejandro H. Gareca Arias Pgina 39Juan Pablo Gurruchaga
66..55 MMOODDEELLAADDOO DDEE LLOOSSAASS CCOORRTTAASS ((22..0000
XX 22..5500 MMTTRR..)) CCOOMMOOSSOOLLUUCCIIOONN AALL AALLAABBEEOO
PPOORR GGRRAADDIIEENNTTEE TTEERRMMIICCOO
AALLTTOO((AALLTTIIPPLLAANNOO))..--
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Alejandro H. Gareca Arias Pgina 40Juan Pablo Gurruchaga
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Alejandro H. Gareca Arias Pgina 41Juan Pablo Gurruchaga
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Alejandro H. Gareca Arias Pgina 42Juan Pablo Gurruchaga
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Alejandro H. Gareca Arias Pgina 43Juan Pablo Gurruchaga
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DISENO DE PAVIMENTO RIGIDODOCENTE ROSENDO SORUCO
Alejandro H. Gareca Arias Pgina 44Juan Pablo Gurruchaga
66..66 CCOONNCCLLUUSSIIOONNEESS YY
RREECCOOMMEENNDDAACCIIOONNEESS
Se realizaron tres anlisis mediante el programa EVERFE, por
medio de los cualesdescubrimos la importancia de la teora del
alabeo en condiciones de alto gradiente trmicocomo se da en el caso
del altiplano, resultados que demuestran la utilidad de las losas
cortas encondiciones extremas por lo que podemos comentar lo
siguiente.En el primer anlisis se modelaron losas grandes con una
carga de 22 TN tndem y ungradiente trmico moderado en donde se
obtuvo una tensin mxima de 2.00 MPA. Y unalabeo cncavo. Luego se
modelo el mismo tamao de losas con la misma carga cambiando
elgradiente trmico, utilizando un gradiente trmico que se tiene en
el altiplano frecuentemente;las tensiones en este anlisis
aumentaron considerablemente sobrepasando el mximoadmisible
obteniendo esfuerzos de hasta 3.74 MPA, con una deformacin convexa
es decirque las tensiones se duplicaron pasando la tensin admisible
del hormign para el proyecto,esto debido a los cambios bruscos de
temperatura lo cual hace que el hormign produzcadeformaciones por
causa de la contraccin del hormign al momento de fraguar
quedandoalabeadas las puntas por lo que se puede deducir que al
momento de servicio estas losas sefracturaran debido al paso de los
vehculos.Por este motivo se realiz un tercer modelo en el cual se
cambi las dimensiones de las losas ala mitad de su longitud en
ambas dimensiones manteniendo el gradiente trmico elevado y lamisma
carga, en este caso las tensiones crecieron a 4.45 MPA. Esto debido
a que mientras laslosas sean ms grandes la contraccin y expansin
tambin es mayor por eso al reducir laslongitudes de las losas se
reduce las deformaciones por alabeo.Es por cuanto recomendamos la
utilizacin de losas cortas en todos los proyectos aplicados
ennuestro altiplano que tiene condiciones climticas extremas.
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