07 - dise pav rig

JORNADAS DE ACTUALIZACIN TCNICA

DISEO DE PAVIMENTOS RGIDOSIng. Diego H. Calo

DIRECCIN NACIONAL DE VIALIDADRio Gallegos, Santa Cruz. 7 y 8 de Noviembre de 2013

INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO

NDICE DE LA PRESENTACIN2


Componentes Principales del Sistema

Junta LongitudinalJunta Transversal

SubrasanteSubbase o base

Espesor

Pasadores

Calzada de Hormign

Barras de Unin

3


4

Tensiones en Pavimentos Rgidos

Datos:

Espesor: 25 cm.

Largo: 4,50 m.

Ancho: 3,65 m.

T: 0C.

k: 150 MPa/m

Eje simple 100 KN


5


Datos:

Espesor: 25 cm.

Largo: 4,50 m.

Ancho: 3,65 m.

T: 0C.

Eje simple 100 kNK: 50 MPa/m

K: 100 MPa/m

K: 150 MPa/m


6Influencia de la Rigidez de apoyo en las tensiones generadas

Esubbase =

Esubbase = 0

Esubbase =

Esubbase = 0

Caso 1: Fundacin Perfectamente Rgida

Caso 2: Fundacin Muy Flexible

Debido a la rigidez de la fundacin, la carga no genera deflexiones ni tensiones en la losa.

Durante una carga medioambiental, la fundacin no acompaa la deformacin de la losa y se genera prdida de apoyo.

Debido a la falta de soporte la losa deflecta significativamente y se generan elevadas tensiones de flexin.

Durante una carga medioambiental, la fundacin acompaa la deformacin de la losa manteniendo su soporte.


7


Datos:

Espesor: 25 cm.

Largo: 4,50 m.

Ancho: 3,65 m.

T: 10C.

E: 35 GPa.

CET: 1,10 10-5 1/CK: 50 MPa/m

K: 100 MPa/m

K: 150 MPa/m


8

Deformaciones en Pavimentos RgidosDatos:

Espesor: 25 cm.

Largo: 4,50 m.

Ancho: 3,65 m.

T: 0C.

k: 150 MPa/m

Eje simple 100 KNCarga Interna - Dzmax: 0,144 mm (100%) Carga en Borde - Dzmax: 0,26 mm (180%)

Carga en Junta - Dzmax: 0,389 mm (270%) Carga en Esquina - Dzmax: 0,646 mm (450%)


9

Cundo es necesario una base?Existe riesgo de erosin por bombeo cuando

se presentan en forma simultnea las

siguientes condiciones:

Repeticiones reiteradas de cargaspesadas (camiones) capaces degenerar deflexiones importantes enjuntas y bordes de la calzada dehormign.

Disponibilidad de agua en la interfaselosa subbase banquina.

Una subrasante compuesta porsuelos finos o capaces de entrar ensuspensin.

Cuando en un pavimento determinado se prevea la eventual coexistencia de estos factores

el EMPLEO DE UNA SUBBASE NO EROSIONABLE ES DE CARCTER OBLIGATORIO.

Material Fino Erosionable

Trnsito Pesado

Agua Disponible

E


10

Descripcin: Movimiento del agua (con

material en suspensin) ubicada debajo de la

losa o su eyeccin hacia la superficie como

resultado de la presin generada por la accin

de las cargas.

Causas (deben coexistir):

Material fino capaz de entrar en suspensin

(arenas finas y limos).

Disponibilidad de agua en las capas inferiores

del pavimento.

Deflexiones excesivas en bordes y esquinas.

Erosin por Bombeo y Escalonamiento


11

Carga

AguaBase / Subbase

Losa anterior Losa posterior



12

Carga

Base / Subbase




13

Base / Subbase


Carga



14

Carga

Base / Subbase




15

Carga

Base / Subrasante


Escalonamiento


Acumulacin de finosErosin de material


16

Trnsito

Escalonamiento Inicial Banq. Externa

Juntas TransversalesJunta Longitud.

Banq. Externa

Incremento del escalonamiento

Banq. Externa

3ER ETAPA

2DA ETAPA

1ER ETAPA

Eyeccin de Finos

Eyeccin de Finos

Fisuracin Transversal



17

Resistencia a la ErosinClase Potencial de Erosin Tipo de Material

A Extremadamente Resistente a la erosinHormign pobre con 7% - 8% de cemento

concreto asfltico con 6% de asfalto.

B Resistente a la erosin Material granular tratado con 5% de cemento.

C Resistente a la erosin bajo ciertas condicionesMaterial granular elaborado en planta con 3,5%

de cemento o 3% de asfalto.

D Bastante erosionablesMaterial granular elaborado in situ con 2,5% de cemento; suelos finos tratados con cemento in

situ; Materiales granulares limpios, bien graduados y de buena calidad.

E Muy erosionables Materiales granulares contaminados no tratados; Suelos finos no estabilizados.


18

Bases granulares

Requisitos generales Espesor mnimo: 10 cm. Tamao mximo < 1/3 del espesor. P200 < 15%. Desgaste Los Angeles < 50%.

El criterio principal para emplear una subbase granular en un pavimento de hormign es el de limitar el contenido de finos que pasan el Tamiz #200.

Recomendaciones: No emplear espesores mayores de 15 cm. Deber especificarse una densidad mnima del 98% del T-180.

Si el material cuenta con excesivos contenidos de finos, la capa puede almacenar agua encontrndose disponible para la erosin por bombeo


Bases tratadas con cementoCorresponde a la mezcla de suelo (en el mas amplio sentido de su definicin) con cemento, la cual es compactada por medios mecnicos.

Ej: suelo cemento, suelo arena- cemento, grava -cemento, ripio- cemento, estabilizado granular con cemento, etc.).

Ventajas:

Aprovechamiento de los materiales locales.

Incremento de la resistencia a la erosin.

Evita la consolidacin por cargas.

Menores deflexiones.

Mejor transferencia de carga.

Incremento de la rigidez de apoyo.


20

Bases tratadas con cementoCaractersticas (ACPA):

Espesor mnimo: 10 cm.

Tipo de suelo recomendado para trnsito pesado:

A1, A2-4, A2-5 y A3 (ACPA).

Durabilidad por congelamiento deshielo y

humedecimiento secado.

Contenidos de Cemento: de 2% a 5%.

Resistencia a compresin: de 2,1 a 5,5 MPa.

Resistencia a Flexin: de 0,7 MPa a 1,4 MPa.

Mdulo de elasticidad: 600.000 a 1.000.000 psi

(de 4100 a 6900 MPa).

Romper la adherencia con emulsin asfltica, film

de polietileno o dos capas de membrana en base

a parafina.


21

Bases de Hormign PobreRequisitos:


Resistencia a compresin de 5 MPa a 8 MPa.

Contenido de cemento de 120 a 200 kg/m3.

Contenido de aire de 6 a 8%.

Tamao mximo hasta de 25 a 50 mm.

Tolerancias: 6 mm en la regla de 3 m.

Pueden ser densas o drenantes (H poroso).

Recomendaciones constructivas:

En general no suele especificarse la ejecucin de

juntas en la subbase de hormign pobre.

Una terminacin lisa es conveniente (menor

friccin).

Se recomienda romper la adherencia con la

calzada mediante un film de polietileno.Subbase de Hormign Poroso


22

Bases tratadas con AsfaltoRequisitos:


Contenido de asfalto tpico: 4% 4,5%.

TM: 19 mm.

Tolerancias: 6 mm en la regla de 3 m.

Pueden ser densas o drenantes (A poroso).

Recomendaciones constructivas:

Los lineamientos constructivos corresponden a los

empleados para la ejecucin de cualquier capa

asfltica.

En verano mantener la cancha humedecida o

blanquearla (Riego de agua con cal.)


23

Con cordn integral, si el cordn se ejecuta en una

segunda etapa, no hay contribucin estructural

TRANSFERENCIA DE CARGA

D2 = 0

D1 = x

Mala Transferencia de Carga

Trabazn entre agregados

Pasadores

Banquina de hormign

Banquina Vinculada

Cordn Cuneta

Sobreancho de Carril

Es la capacidad de una losa de transferir su carga a una losa vecina

D1 = X/2 D2 = X/2

Buena Transferencia de Carga

Tienen un efecto similar


24Transferencia de Carga en Juntas Transversales

Trabazn entre agregados por debajo del aserrado primario


25Transferencia de Carga en Bordes de Calzada


26

Sobreancho de Calzada

Datos:

Espesor: 25 cm.

Largo: 4,50 m.

Ancho: 4,25 m.

T: 0C.

CET: 1,10 10-5 1/C

k: 150 MPa/m.

Eje Simple: 100 KN

0.00

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

1.20

1.40

1.60

1.80

0 0.15 0.3 0.45 0.6 0.75Distancia al Borde, m

T

e

n

s

i

o

n

e

s

M

x

i

m

a

s

(

F

o

n

d

o

d

e

L

o

s

a

)

,

M

P

a

0.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

0.60

0.70

D

e

f

o

r

m

a

c

i

n

M

x

i

m

a

,

m

m

Tensiones - Carga en Borde

Deformaciones - Carga en Esquina


27

Influencia de la transferencia de Carga

Carga Interna - Dzmax: 0,134 mm (100%) En Esquina sin sob y sin pas - Dzmax: 0,506 mm (377%)

Datos:

Espesor: 25 cm.

Largo: 4,50 m.

Ancho: 4,25 m.

T: 0C.

E: 35 Gpa.

k: 150 MPa/m.

Eje Simple: 100 KN En Esquina sin sob y con pas - Dzmax: 0,350 mm (260%)


28

Influencia de la transferencia de Carga

Carga Interna - Dzmax: 0,134 mm (100%) En Esquina con sob y sin pas - Dzmax: 0,295 mm (220%)

Datos:

Espesor: 25 cm.

Largo: 4,50 m.

Ancho: 4,25 m.

T: 0C.

E: 35 Gpa.

k: 150 MPa/m.

Eje Simple: 100 KN En Esquina con sob y con pas - Dzmax: 0,216 mm (160%)


29

Mtodo de diseo de pavimentosde hormign basado en el mtodode la Portland CementAssociation (1984).

Se haba desarrolladooriginalmente como un nuevosoftware bajo Windows quereemplazara el PCAPAV

ACPA StreetPave

Se recomienda aplicarlo para el diseo de arterias con bajos volmenes detrnsito pesado.

Se consider que algunos aspectos del mtodo anterior llevaban asoluciones muy conservadoras, por lo cul fue extensivamente revisado.

Se conservaron ambos criterios de verificacin, aunque eliminando aquellosfactores que se consider que generaban un sobre-dimensionamiento.


Valor soporte de los suelos de subrasante. Tipos, espesores y Mdulos de las distintas capas (kc). Propiedades mecnicas del hormign (MR, E). Perodo de diseo. Trnsito. Configuracin de cargas por eje. Crecimiento, Distribucin, etc. Transferencia de cargas en juntas transversales (pasadores / trabazn

entre agregados). Transferencia de carga en bordes (Tipo de banquina / sobreanchos de

calzada). Confiabilidad. Porcentaje de Losas Fisuradas (aceptable al final del perodo de

servicio).

ACPA STREETPAVEFactores involucrados en el diseo


SUBRASANTECualquier fundacin de pavimentos rgidos deber verificar el cumplimiento de los siguientes requisitos:

Uniformidad: No deber existir cambios abruptos en las caractersticas de los materiales (zonas dbiles o de elevada rigidez)

Control de subrasantes expansivas para asegurar un soporte uniforme tanto en temporadas o estaciones hmedas como secas.

Control de hinchamientos por congelamiento en zonas expuestas a esta condicin.

CUALQUIER PAVIMENTO DE HORMIGN EXPERIMENTAR PROBLEMAS CON SUBRASANTES Y BASES NO APROPIADAMENTE DISEADAS Y

CONSTRUIDAS


SUBRASANTE / BASE

CALIFICACIN DEL SOPORTE POR MEDIO DEL VALOR

K EFECTIVO


SUBRASANTE / BASE

Valor k combinado subrasante / base [MPa/m]

Valor k de Subrasante

[MPa/m]

Espesor de base

100 mm 150 mm 230 mm 300 mm

NT TA TC NT TA TC NT TA TC NT TA TC13.5 17.6 23.0 27.8 20.3 30.2 40.0 23.0 41.9 59.9 29.7 54.0 82.1

27.0 35.1 41.0 50.0 37.8 52.4 69.4 43.2 69.9 100 51.3 87.8 134

40.5 47.3 58.6 71.0 50.0 73.2 96.4 58.1 95.3 137 68.9 118 179

54.0 59.4 75.6 94.0 62.1 93.2 123 72.9 119 171 86.4 146 222

Valores tpicos de Mdulo de reaccin combinado Subrasante - base paradistintos tipos de bases

NT: base No Tratada.

TA: base Tratada con asfalto.

TC: base Tratada con cemento.


PERODO DE DISEO Es la vida til terica del pavimento antes de que ste

requiera una rehabilitacin importante o reconstruccin.

Esta no representa necesariamente la vida til, la cul podr ser mayor a la supuesta en el diseo, o ms corta debido a un incremento inesperado del trnsito.

Los perodos de diseo en pavimentos rgidos comnmente se definen entre 20 y 40 aos.

Las nuevas tendencias en diseo hacia el empleo de perodos de diseo superiores (> 40 aos?).


Trnsito. Configuracin de Cargas por Eje

La informacin requerida incluye la cantidadde vehculos pesados y su composicin.

Para el diseo estructural solamente seconsiderarn aquellos vehculos con unaconfiguracin mnima de 2 ejes y eje traserocon duales.

El mtodo requiere contar con la distribucinde cargas por eje para cada tipo de Eje(Simples, Dobles y Triples).

El mtodo cuenta con un procedimientoSimplificado el cul incorpora valoresestadsticos de censos de carga enpavimentos de los Estados Unidos.


Trnsito

Clase Tipo de Pavimento TMDA TPMDACarga Mx (KN)

Simple Tndem

1 Calles residenciales 200-800 < 25 100 160

2 Calles colectoras 700-5000 40-1000 115 200

3 Arterias menores3000-12000

(2 carriles)3000-5000

(4 carriles)500-5000 130 230

4 Arterias Principales3000-2000

(2carriles)3000-150000

(4carriles)1500-8000 150 270


Habil

PD

n

n

Habil

Medio

TMDAPD

TMDA

TMDATMDAFP

=

==

1

Trnsito Factor de Proyeccin Cuantifica el crecimiento de trnsito esperado durante el perodo de

diseo. Es la relacin entre el TMDA medio (para el Perodo de Servicio

considerado) y el TMDA de habilitacin

( )i

iFPPD 11 +

=

Para Tasa de crecimiento (i) uniforme en todo el perodo de diseo (PD)


Factor de Distribucin Direccional (por Sentido) suele ser igual a 0,5(50% del trnsito en cada direccin), aunque existen casos en queesto no se cumple y en los que se deber conocer el FDDcorrespondiente.

Factor de Distribucin por trocha: se aplica en los casos en queexistan ms de una trocha para la misma direccin

Nmero de trochas en cada direccin

Porcentaje de ESAL de18-kips en el carril de Diseo

1 1002 80-1003 60-804 50-75

Trnsito Factores de Distribucin


Trnsito Factores de Distribucin

1

10

100

50 60 70 80 90 100

T

M

D

A

(

u

n

a

d

i

r

e

c

c

i

n

)

,

e

n

m

i

l

e

s

Camiones en carril derecho (%)

2 carriles en una direccin

3 carriles en una direccin

Si se emplea el mtodo de la PCA, el mtodo recomienda emplear lasiguiente distribucin:


Propiedades fsicas y mecnicas del Hormign

Debe determinarse la resistencia media a flexin a 28 das (in situ).

Se recomienda evaluar en laboratorio la relacin flexin compresin del hormign con los agregados a emplear.

Comnmente se emplean MR a 28 das entre 4,0 MPa y 5,0 MPa.

Evitar el empleo de hormigones de elevadaresistencia. Se recomienda disear con unaresistencia media a flexin a 28 das delorden de 4,5 MPa.

Al menos una de las fracciones de agregados gruesos debe encontrarse triturada. Evitar el empleo de agregados de elevado coeficiente de expansin trmica. Evitar el empleo de agregados de elevado mdulo de elasticidad.


Mdulo de roturaCorrelaciones de Resistencia

3.00

3.50

4.00

4.50

5.00

5.50

25 30 35 40 45Resistencia a Compresin, MPa

R

e

s

i

s

t

e

n

c

i

a

a

F

l

e

x

i

n

,

M

P

a

MR = 0.7 x f'c (^0.5) MR = 0.75 x f'c (^0.5) MR = 0.8 x f'c (^0.5)

CKMR =K = 0,7 Para agregados Redondeados

K = 0,8 Para agregados Triturados


TRANSFERENCIA DE CARGA

Posicin crtica de la carga paralas Tensiones de Flexin

Banquina de Hormign(si existe)

Carril

Junta transversal

EjeTndem

Posicin crtica de la carga paralas Deformaciones

Banquina de Hormign(si existe)

Carril

Junta transversal

EjeTndem

CRITERIO DE VERIFICACIN POR EROSIN

CRITERIO DE VERIFICACIN POR FATIGA


Transferencia de CargasJuntas Transversales (Pasadores) Permiten reducir significativamente las tensiones generadas a lo largo

de las juntas transversales y las deflexiones desarrolladas en laesquina de las losas.

Su inclusin o no depende principalmente del volumen de vehculospesados previsto.

Bordes de calzada (Banquina de hormign o Sobreancho) Permiten reducir significativamente las tensiones desarrolladas en los

bordes y las deflexiones generadas en los bordes y esquina de losas. Desde el punto de vista estructural, la banquina rgida de hormign

vinculada, el sobreancho de calzada o la presencia de cordones cuneta, tienen un efecto similar.


MODELO DE FATIGA (PCA)


MODELO DE FATIGA (ACPA)

0

2

4

6

8

10

12

14

0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1Relacin de Tensiones

N

u

m

e

r

o

d

e

a

p

l

i

c

a

c

i

o

n

e

s

a

d

m

i

s

i

b

l

e

s

,

L

o

g

N

PCAS = 95%S = 90%S = 80%S = 70%S = 60%S = 50%

( ) 217.024.100112.0

log)log(

=

SSRNf


Confiabilidad

Clasificacin Funcional del Camino

Confiabilidad RecomendadaUrbano Rural

Interestatales, Autopistas 85 - 99 80 99Arterias Principales 80 - 99 75 95Calles Colectoras 80 - 95 75 95Calles Residenciales y Rutas locales 50 - 80 50 80

Es simplemente un factor de seguridad. Se expresa generalmente en %. Es una medida de la probabilidad de que el pavimento falle por

Fatiga o Erosin.


Porcentaje de losas FisuradasNivel Recomendado de Losas Fisuradas para cada Tipo de camino

Tipo de Camino Porcentaje recomendado de Losas Fisuradas al Final de su Vida til

(Por defecto) 15%

Autopistas, Rutas 5%

Arterias Menores 10%

Calles Colectoras 15%

Calles Residenciales 25%


LOSAS FISURADAS - CONFIABILIDAD

Clasificacin Confiabilidad Losas Fisuradas Losas fisuradas(valor probable)Residencial Liviano 75 % 15 % 7,5 %

Residencial 80 % 15 % 6 %

Colectoras 85 % 10 % 3 %

Arteria Menor 90 % 10 % 2 %

Arteria Principal 95 % 5% 0,5 %

Efecto combinado del Porcentaje de losas fisuradas con la confiabilidad.

( )0.5

PR11S LF=

50% / Fisuradas Losasdad)Confiabili(100%Probable Valor =


Ejemplo (ACPA StreetPave)51


ING. DIEGO H. CALO

COORDINADOR

DEPARTAMENTO TCNICO DE PAVIMENTOS

[email protected]

GRACIAS

58

07 - dise pav rig

Documents

Transcript of 07 - dise pav rig