Post on 06-Jul-2018
8/17/2019 Diseño Estructura Pavimento Istmina
1/14
J BZON LOZ NO MOSQUER
Ingeniero Civi l
Especial ista en Vias y Transpo rte
DISEÑO ESTRUCTURAL PAVIMENTO RIGIDO PARA EL MUNICIPIO DE ISTMINA, CABECERAMUNICIPAL
6,1 DESCRIPCION GENERAL
El pavimento de 2659 Ml en concreto en la Cabecera municipal, del municipio de Istmina
Chocó, se diseñara con base en la ecuaciones de Westergaard, que utiliza el módulo de
reacción de la subrazante a partir de una correlación con el CBR, de campo obtenido
Los factores que afectan el espesor de la losa en el diseño son, entre otros, la magnitud de
las cargas que ha de soportar, las presiones de inflado de las llantas de los vehículos, el
módulo de reacción de la subrazante y las propiedades mecánicas del concreto; teniendo
en cuenta dichas variables y de acuerdo con los fundamentos teóricos propuestos por
westergaard, la portland cemento asociación (PCA), elaboro un método racional para el
diseño de pavimentos rígidos, orientado a determinar el espesor de la placa de concreto
de hidráulico, el cual se fundamenta en el concepto de que la falla de las losas de
pavimentos ocurre por fatiga, considerando que los esfuerzos originados por las cargas
sean menores que la Resistencia a la flexión de concreto.
En términos general el procedimiento de diseño consiste en un tanteo por ensayo y error:
se fija un espesor de losa que supuestamente satisface las condiciones de diseño, se
calculan los esfuerzos que generan los diferentes tipos de ejes que circulan por la vía y a
partir de ellos la fatiga inducida en el pavimento por repetición de cargas; la fatiga
acumulada se compara con la admisible para verificar si el espesor supuesto es suficiente;
en caso contrario, se escoge otro espesor de losa reiterando el proceso hasta obtener un
valor admisible.
8/17/2019 Diseño Estructura Pavimento Istmina
2/14
J BZON LOZ NO MOSQUER
Ingeniero Civi l
Especial ista en Vias y Transpo rte
PARAMETROS DE DISEÑO
Se debe tener en cuenta los siguientes aspectos: Su capacidad de soporte, su potencial debombeo y aporte estructural de la sub-base.
Capacidad de soporte de la subrazante
De las pruebas de CBR de campo, realizadas, se obtuvo varios CBR, del cual sus valores
cercanos de CBR o similares, se puede tomar con gran precisión el menor CBR obtenido, y
estando del lado conservador tomaremos el menor valor del CBR obtenido como CBR de
diseño:
CBR = 29.8 %
Ver estudios realizados,
Para este CBR de la subrazante se tiene una correlación para un módulo de reacción de la
subrazante (K) de:
K =9.3 Kg/cm2
De acuerdo a la gráfica 3,4
Potencial de Bombeo:
Un suelo se considera sensible al bombeo si presenta las siguientes características:
Porcentaje de partículas que pasa la malla No 200 mayor al 45%
-Limite liquido mayor que 25 LL>mayores a 25
-Índice plástico mayor que 6 IP>mayores a 6,0
8/17/2019 Diseño Estructura Pavimento Istmina
3/14
J BZON LOZ NO MOSQUER
Ingeniero Civi l
Especial ista en Vias y Transpo rte
Para evitar este fenómeno, causante frecuente de las fallas en los pavimentos rígidos, es
necesario colocar la sub-base de 0.20 mts; si el suelo no es potencialmente bombeable se
puede colocar la base o placa directamente sobre la subrazante.
Aporte estructural de la su-base K (Mejorada)
La sub-base mejora el apoyo de la losa y en consecuencia se produce un incremento en el
módulo de reacción de la subrazante; en las figuras anexas, 6,1A y 6,1B, se ilustra la forma
de estimarlo de acuerdo con el espesor de la sub-base granular.
El parámetro K mejorado, representa la capacidad portante del conjunto subrazante sub-
base y como tal debe emplearse en el diseño para tener en cuenta el aporte estructural
del material de la sub-base.
El espesor mínimo recomendado por cuestiones constructivas para la subbase es de 0.225
ms.
K mejorada = 6,5 Kg/cm2
Tránsito.
El transito se cuantifica por medio del número total de ejes de cada carga que circulara
por el pavimento durante el periodo de diseño.
un tráfico muy liviano, el cual será utilizado para el chequeo y revisiones de la estructura
del pavimento, por ser el máximo trafico al que puede estar sometida una calle, como la
idea es verificar con los estudios de suelo y CBR obtenidos, la estructura mínima
propuesta, una subbase de 0.20 mt, el mínimo recomendado para el aislamiento del
8/17/2019 Diseño Estructura Pavimento Istmina
4/14
J BZON LOZ NO MOSQUER
Ingeniero Civi l
Especial ista en Vias y Transpo rte
material de la subrazante, un espesor mínimo de 0.18 mts, el mínimo recomendado por el
INVIAS con una calidad del concreto recomendada con Mr. de 40 kg/cm2.
De todas formas se tomara un tránsito mínimo para el cálculo de la estructura depavimento.
Concreto.
La resistencia del concreto se cuantifica por medio de su módulo de rotura a la flexión
(MR), medido en el laboratorio sobre vigas de concretos de dimensiones normalizadas.
Existen correlaciones con la resistencia a la compresión (F'c) las cuales, aunque
proporcionan con muy buena exactitud.
La relación con el módulo de rotura viene dado por la siguiente ecuación Mr=2.5*f´c*0.5
(kg/cm2).
Con lo cual tenemos los siguientes valores correlacionados.
Resistencia a la
compresión
Módulo de rotura Resistencia a la
compresión
Kg/cm2 Kg/cm2 Psi
210 36.23 3000
245 39.13 3500
280 41.83 4000
Para la presente selección de estructuras del pavimento se trabaja con Mr de 40 kg/cm2 el
cual tiene una correlación con un concreto de 3500 psi.
8/17/2019 Diseño Estructura Pavimento Istmina
5/14
J BZON LOZ NO MOSQUER
Ingeniero Civi l
Especial ista en Vias y Transpo rte
ESFUERZOS EN PAVIMENTOS RIGIDOS
Los esfuerzos (Ft) que producen las cargas del tránsito en el interior de las losas delpavimento son básicamente de flexión, su magnitud depende, entre otros factores del
espesor de la losa, de las características del concreto (módulo de poisson y elasticidad) y
finalmente de la magnitud, distribución y localización de las cargas.
La PCA elaboro ábacos o monogramas simplificando las fórmulas de westergaard, para los
diferentes casos de aplicación, (figuras 6,2A, 6,2B, 6,2C), para su empleo se requiere
conocer los siguientes parámetros:
Carga y tipo de eje. Módulo de reacción del conjunto sub-base - subrazante (mejorada)
espesor tentativo de la placa de concreto
Aunque estos monogramas, con la aplicación de los computadores, quedaron resumidos a
simples formulas en los distintos programas, pero su utilización es muy apta para el diseño
de pavimentos y dan la ventaja de modelar de forma inmediata un esfuerzo dado.
CALIDAD DEL CONCRETO
El concreto empleado en la construcción de pavimentos rígidos debe tener un módulo de
rotura a flexión al menos de 40 kg/cm2 (MR>40kg/cm2); concretos de menor resistencia
son, normalmente de alta absorción y presentan problemas significativos de durabilidad,
bien sea por baja calidad de los agregados utilizados o por un valor muy alto de la relación
agua cemento.
8/17/2019 Diseño Estructura Pavimento Istmina
6/14
J BZON LOZ NO MOSQUER
Ingeniero Civi l
Especial ista en Vias y Transpo rte
FATIGA EN EL CONCRETO
Aunque una carga individual produzca en los concretos esfuerzos menores que su módulo
de rotura y, por lo tanto no origine falla del pavimento, la repetición frecuente de esa
carga puede producir fatiga del material o rotura de las losas.
M.A menor demostró que cargas que producen esfuerzos mayores que el 50% del módulo
de rotura (MR) inducen fatiga en el concreto y, la repetición de esas cargas un número
determinado de veces produce la falla de las placas del pavimento; en cambio, las cargas
que generan esfuerzos menores o iguales al 50% del MR no producen fatiga en el material
y pueden repetirse indefinidamente.
FACTOR DE SEGURIDAD
Es el factor por el que deben multiplicarse las cargas nominales de eje; los valores que
recomiendan son:
Para vías de tránsito pesado =
FS = 1,2
Para carreteras y arterias de transito =
FS = 1,1
Para carreteras secundarias =
FS = 1,0
En nuestro caso todas las vías del Municipio de Istmina, tenemos un FS = 1,0
8/17/2019 Diseño Estructura Pavimento Istmina
7/14
J BZON LOZ NO MOSQUER
Ingeniero Civi l
Especial ista en Vias y Transpo rte
PROCEDIMIENTO DE DISEÑO
Se escoge un espesor de placa. (e= 15cms) Conocida la distribución del tránsito por tiposde ejes de acuerdo con la magnitud de la carga mayorada, teniendo en cuenta el factor de
seguridad, se determina de los monogramas de las figuras 6,2A (Ejes sencillos, en nuestro
caso), el esfuerzo (Ft) producido por cada una de ellas.
Calcular la relación de esfuerzos (Ft / MR) para cada carga y determinar en la tabla 6,1o en
la figura 6,4, el número de repeticiones admisibles (Na) De la información del tránsito se
obtiene el número total de ejes para cada carga que se espera en el periodo de diseño(20) y se determina el consumo de fatiga por carga (CF) que se expresa en porcentaje.
CF = Xi x 100 / Nai
Se calcula el consumo total de fatiga (CTF) debido a todos los ejes que circulan por la via
CtF = SUMATORIA (Xi x 100 / Nai)
Ne(8,2) = 0,7 x 106 K subrazante = 4 kg/cm2
MR= 40Kg/m2: K de la subrazante=9.3 kg/m2
Trafico liviano; FS= 1,0 Sub-base = 22.5 cms
CBR de campo subrazante CBR = 4,7 Espesor placa= 15 cms
K mejorada = 10.3 kg/cm2 MR = 40 kg/cm2
Carga poreje (T)
Carga porF.S(1,0)
Esfuerzo dela losa,
Ft(kg/cm2)
Relación deEsfuerzos
No derepeticionesadmisibles
Norepeticiones
esperadas
Consumo defatiga (%)
EJES SIMPLES
12 12 20.5 0.55 Infimitas 23.261
11 11 17.5 0.44 Infinitas 75597.97
10
9
8 8 17.5 0.44 Infinitas 60737 2.26
7
6
5 5 17.5 0.44 infinitas 33599.10
4
SUMA FATIGA =0.00%
CONSUMO FATIGA ADMISIBLE =125,0%
8/17/2019 Diseño Estructura Pavimento Istmina
8/14
J BZON LOZ NO MOSQUER
Ingeniero Civi l
Especial ista en Vias y Transpo rte
De la tabla anterior no se presenta consumo de fatiga en el periodo de diseño, una fatigaque no implica nada en la vida útil del pavimento y el conjunto rasante, subbase
8/17/2019 Diseño Estructura Pavimento Istmina
9/14
J BZON LOZ NO MOSQUER
Ingeniero Civi l
Especial ista en Vias y Transpo rte
JUNTAS LONGITUDINALES CON PASADOR
Las juntas deben estar marcadas con una ranura que separe los carriles y proporcione
alojamiento adecuado al sello de la junta. Cuando el pavimento no está confinado
lateralmente es necesario colocar barras de anclaje para mantener cerrada la junta y
asegurar la eficiencia.
Donde:
As = F. b. W / Fs.As = Área transversal del acero por unidad de longitud ( cm2 / ml)
Fs = Esfuerzo de trabajo del acero (Kg/cm2) = 0,67 Fy = 2814 kg/cm2
b = Distancia entre la junta longitudinal y el borde libre del pavimento (mts). Para
Placa de pavimentos de ancho promedio de 2,150 mts.
W = Peso de la placa por unidad de área (kg/m2) = 432 kg/m2
F = Coeficiente de fricción entre la placa y la súbase, se puede tomar F=1,5
Remplazando los valores en la ecuación tenemos:
Fs = 2814 kg/cm2
b = 2,5 mts
W = 432 kg/m2
F = 1,5
Se tiene:
As = 1,5 x 2,15 x 432 / 2814 = 0,495 cm2/ml
8/17/2019 Diseño Estructura Pavimento Istmina
10/14
J BZON LOZ NO MOSQUER
Ingeniero Civi l
Especial ista en Vias y Transpo rte
Lo que equivale a 1Ø1/2" (1,27 cm2), cada 1,8 ml, por lo que se procede a colocar
refuerzo mínimo, 1Ø1/2" cada 40cms, en las juntas longitudinales.
La longitud de las barras debe ser tal, que el esfuerzo de trabajo del acero no exceda el
esfuerzo de adherencia a cada lado de la junta. Se adicionan 7,0cms a la longitud total del
pasador para compensar defectos en su colocación; para acero corrugado se tiene:
L= 1,5.fs / a. p
Dónde:
L= Longitud total del pasador
p = Perímetro del pasador (cms)
fs. = Esfuerzo de trabajo del acero (kg/cm2) = 0,67 Fy.
a= 0,1x245 = 24,5 kg/cm2
p = 1,27 cms x 3,1416 = 3,98 cms
Fs = 0,67 x 4200 = 2814 kg / cm2
Porlo tanto se tiene:
La longitud total del pasador longitudinal sera de 50 cms, por lo que el diseño de acero
para junta longitudinal será el siguiente:
1Ø1/2", cada 40 cms, L=0,5 mts
L = 1,5 x 2814 / ( 24,5 x 3,98 ) +7,5 cms = 50,288 cms
L= Longitud total del pasador
p = Perímetro del pasador (cms)
fs = Esfuerzo de trabajo del acero (kg/cm2) = 0,67 Fy.
a = Esfuerzo de adherencia entre el acero y el concreto (a=0,1F'c, pero no mayor a
a= 0,1x245 = 24,5 kg/cm2
p = 1,27 cms x 3,1416 = 3,98 cms
8/17/2019 Diseño Estructura Pavimento Istmina
11/14
J BZON LOZ NO MOSQUER
Ingeniero Civi l
Especial ista en Vias y Transpo rte
Fs = 0,67 x 4200 = 2814 kg / cm2
Por lo tanto se tiene:
L = 1,5 x 2814 / ( 24,5 x 3,98 ) +7,5 cms = 50,288 cms
24,5 kg/cm2)
JUNTAS TRANSVERSALES CON PASADOR.
Las juntas transversales pueden ser de contracción, expansión, alabeo o de construcción.
Los pasadores en las juntas transversales se requieren en vías de transito muy pesado;
Deben tratarse en la mitad de su longitud con aceite o grasa mineral o con un productoAdecuado para evitar la adherencia con el concreto a fin de permitir el libre movimiento
de contracción o de dilatación de las placas, la barra deber ser lisa y sin irregularidades.
Como se puede determinar de los estudios o conteos del tránsito, realizados en el sitio de
mayor tráfico del casco urbano, y al evaluar sus proyecciones en las calles o vías de diseño,
se puede observar que el transito no es un tránsito pesado, este no es el factor
predominante en el diseño, tal como se recomienda el uso de pasadores transversales
para tráfico pesado, con el transito esperado fácilmente se puede optar la opción del
trabazón de agregados para la transmisión de cargas, el cual para el tipo de pavimentos es
apto, pero considerando los efectos del clima, se recomienda unos pasadores mínimos, el
cual estarán conformados por Ø5/8", lisos, con una longitud de 0,5 mts y espaciados cada
0,8 mts, en cada junta transversal, colocando cuatro pasadores por cada junta de 3,0 mts.
Para la junta transversal se recomienda 1Ø5/8", cada 0,8 mts, L=0,5 mts, Cuatro pasadores
por junta transversal de 2,5 a 3,0 mts por carril.
JABZON LOZANO MOSQUERA
Ingenierio Civil Especialista en Vias y Transporte
8/17/2019 Diseño Estructura Pavimento Istmina
12/14
J BZON LOZ NO MOSQUER
Ingeniero Civi l
Especial ista en Vias y Transpo rte
Tablas para diseño de pavimentos
8/17/2019 Diseño Estructura Pavimento Istmina
13/14
J BZON LOZ NO MOSQUER
Ingeniero Civi l
Especial ista en Vias y Transpo rte
8/17/2019 Diseño Estructura Pavimento Istmina
14/14
J BZON LOZ NO MOSQUER
Ingeniero Civi l
Especial ista en Vias y Transpo rte