PAVIMENTOS

DISEÑO POR EL METODO DE LA PORTLAND CEMENT ASOCIATION - PCA

Msc. Ing. Elio Milla Vergara

UNIVERSIDAD NACIONAL SANTIAGO ANTUNEZ DE MAYOLO

FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL

METODO DE LA PORTLAND CEMENT ASOCIATION (PCA-1984)

Concreto Simple (espaciamiento de juntas recomendado = 4.50 m)

Concreto simple con dowels (espaciamiento de juntas recomendado = 6.00 m)

Concreto reforzado (espaciamiento de juntas recomendado = 12.00 m)

Concreto con refuerzo continuo (sin juntas de contracción)

El método se puede aplicar a los siguientes casos de diseño:

El grado de transferencia de carga en las juntas transversales

El efecto de las bermas de concreto

El efecto de usar solado de concreto

Dos criterios de diseño: por fatiga y por erosión

La consideración de ejes triples en el diseño

Los diseños toman en cuenta las siguientes efectos de construcción del pavimento

LOS FACTORES DE DISEÑO QUE TOMA EN CUENTA EL MÉTODO SON:

1. La resistencia a la flexión del concreto (Módulo de rotura. MR). Se usa a los 28 días.

Las mezclas del Concreto Hidráulico para Pavimentos deben de estar previstas para:

a) Garantizar una durabilidad.b) Para asegurar la resistencia deseada a la flexión.

La flexión en los Pavimentos de Concreto Hidráulico, bajo las cargas aplicadas por los neumáticos, producen esfuerzos de compresión y tensión. Los esfuerzos de compresión son pequeños en relación a la resistencia de la misma.

El concreto hidráulico que se utiliza en los pavimentos se especifica por su resistencia a la flexión, medida por el Módulo de Rotura a Flexión, a los 28 días (MR) expresada en kg/cm2

CARACTERÍSTICAS DEL CONCRETO

MODULO DE ROTURA

El MR generalmente varía entre los siguientes valores:

40 ≤ MR ≤ 50

0.10f’c ≤ MR ≤ 0.17f’c

MR = PL/bd2 (kg/cm2)Donde:

P = Carga de RoturaL = Distancia entre apoyosb = ancho de la vigad = peralte de la viga

En Pavimentos de Concreto Hidráulico se exige:

MR ≥ 40 kg/cm2 o sea f`c ≥ 280 kg/cm2

Aceptándose f`c ≥ 210 kg/cm2 para tráfico ligero.

Los Factores de Diseño que toma en cuenta el método son:

1. La resistencia a la flexión del concreto (Módulo de rotura. MR). Se usa a los 28 días.

MR

en

Kg/c

m2

Resistencia a la compresión en Kg/cm2

2 'rf f c

0.62 'rf f c

Según la Norma Técnica E-060: fr = MR

(Kg/cm2)

MPa

2. La resistencia de la subrasante o combinación subrasantey sub base (K) para Placas de 30” de diámetro o por CBR.

En los casos de uso de subbase no tratada o subbasetratada con cemento, se pueden usar Tablas

Relación aproximada entre las clasificaciones del suelo y sus valores de resistencia.

Incremento en el valor de k del suelo, cuando se usa base de suelo-cemento

Incremento en el valor de k del suelo, cuando se usa una base granular

2. Los pesos, frecuencias y tipos de carga axiales de los camiones

3. El período de Diseño (generalmente 20 años)

Tráfico

Es necesario obtener la siguiente información: Tráfico Promedio Diario en ambas direcciones (Average

Daily Traffic – ADT) Se obtiene de Conteos especiales.

Tráfico Promedio Diario de Camiones en ambas direcciones (Average Daily Truck Traffic – ADTT). Se obtiene del conteo de tránsito o de la información de instituciones (ver ejemplo).

Cargas Axiales de Camiones. Se obtiene de pesaje de vehículos por eje.

Sistema decarretera

Tráfico Diario Rural Promedio Tráfico Diario Urbano PromedioUnidadessimples de 2 ejes, 4 ruedas

Camiones(ADTT)

Total deambos

Unidadessimples de 2

ejes, 4 ruedasCamiones

(ADTT)Total deambos

Interestatal 14 21 35 8 16 24Otras primarias de ayudaFederal 16 13 29 17 9 26Secundarias de Ayuda Federal 10 15 25 14 8 22

Tabla 4. Porcentajes de Unidades Simples de Cuatro Ruedas y Camiones (ADTT) en Varios Sistemas de Carreteras

Con los datos indicados se debe calcular:

ADT Presente Es la cantidad de vehículos de conteo en ambas direcciones

ADT Diseño = ADT presente x Factor de proyección

El ADTT (Average Daily Truck Traffic) es el Tráfico Diario de Camiones en ambas direcciones, es un porcentaje del Tráfico Promedio Diario (ADTT = % ADT) y se consideran camiones de 6 ruedas o más (no camiones panel ni pick up)

El número total de camiones en el período de diseño = ADTTx # de días en el período de diseño

= ADTT*365*# de años.

Proyección.-El Factor de Proyección depende de la Tasa Anual de Crecimiento de Tráfico. La Tabla, muestra los Factores de Proyección para 20 y 40 años.Las tasas anuales de crecimiento dependen de:

Tráfico atraído o desviado (por la mejora del camino existente)

Crecimiento normal del tráfico (por el normal incremento de nuevos vehículos)

Tráfico generado (por la instalación del nuevo servicio)

Desarrollo del Tráfico (por el cambio de uso del suelo)

Generalmente se encuentra entre 2% al 6%

(1 ) 1( ) ( )

nrFCr n

FC = Factor de Crecimiento Anualn = Vida útil en añosr = Tasa de crecimiento anual, en %

Distribución Direccional de Camiones.-Se considera 50% en una dirección y 50% en la otra; cuando no se toma en cuenta que los vehículos vayan cargados o no. Cuando la vía tiene más de 4 carriles; el ADTT se ajusta con la Figura 3

Distribución de Cargas por Ejes.-

Se puede determinar por:

Estudios de Tráfico, a través de medición de cargas

Recopilación de datos de instituciones

Datos no disponibles

E 5 - 6 1 1 1 1 1 1 6 5.5 0.21 1.26E 6 - 7 1 1 1 1 1 1 6 6.5 0.4 2.4E 7 - 8 1 2 3 7.5 0.71 2.13E 8 - 9 2 1 1 4 8.5 1.18 4.72E 9 - 10 1 2 1 1 1 6 9.5 1.84 11.04E 10 - 11 1 1 2 10.5 2.74 5.48E 11 - 12 1 1 11.5 3.94 3.94E 12 - 13 12.5 0E 13 - 14 13.5 0E 14 - 15 14.5 0E 15 - 16 15.5 0E 16- 17 16.5 0

2 3 3 2 3 4 4 2 2 330.97 /10 camiones = 3.097

DETERMINACIÓN DE LOS EE PARA UNA ESTRATIGRAFÍA DADA

Rango demedición

(Ton)

Número deejes porCamión

30.97

CALCULOSTranformac.

EETotal EE

para rango

Número de Camión Pesado

9 10 Total deEjes

PromedioRango5 6 7 81 2 3 4

(1)Carga por eje, Kips

(2)Ejes por

1000camiones

(3)Ejes

por1000camiones

(4)Ejes en el período de

Diseño

28-30 0.28 0.58 631026-28 0.65 1.35 1469024-26 1.33 2.77 3014022-24 2.84 5.92 6441020-22 4.72 9.83 10695018-20 10.4 21.67 23580016-18 13.56 28.24 30720014-16 18.64 38.83 42250012-14 25.89 53.94 58690010-12 81.05 168.85 1873000

48-52 0.94 1.96 2132044-48 1.89 3.94 4287040-44 5.51 11.48 12490036-40 16.45 34.27 37290032-36 39.08 81.42 88580028-32 41.06 85.54 93070024-28 73.07 152.23 165600020-24 43.45 90.52 98490016-20 54.15 112.81 122700012-16 59.85 124.69 1356000

Las columnas 1 y 2 se derivan de espectros de conteo, para 13,215 camionescon 6918 de ellos con dos ejes y cuatro ruedas (52%)Columna 3: Valores ajustados de la columna 2 para camiones de dos ejesy cuatro ruedas, igula a columna 2/(1-52/100)Columna 4 = columna 3 x (camiones en el período de diseño)/100. Ver el problema de diseño 1, en donde el total de camiones en el periodo de diseñoes de 10880,000 (en una dirección)

Ejes Simples

Ejes Tadem

Tabla 5. Datos de Carga por Eje

Factores de Seguridad de Carga.-

Las cargas por eje determinadas se multiplican por un Factor de Seguridad de Carga (LSF) (Load Safety Factor)

Para proyectos interestatales y múltiples carriles y alto volumen de camiones LSF = 1.2

Para carreteras y calles arteriales, Moderado volumen de camiones LSF = 1.1

Para carreteras, calles residenciales y pequeños volúmenes de camiones LSF = 1.0

Espesorde losa 50 100 150 200 300 500 700

pulg4 825/679 726/585 617/542 634/516 584/486 523/457 484/443

4.5 299/586 616/500 571/460 540/435 498/406 448/378 417/3635 602/516 531/436 493/399 467/376 432/349 390/321 363/307

5.5 526/461 464/387 431/353 409/331 379/305 343/278 320/2646 465/416 411/348 382/316 362/296 336/271 304/246 285/232

6.5 417/380 367/317 341/286 234/267 300/244 273/220 256/2077 375/349 331/290 307/262 292/244 271/222 246/199 231/186

7.5 340/323 300/268 279/241 265/224 246/203 224/181 210/1698 311/300 274/249 255/223 242/208 225/188 205/167 192/155

8.5 285/281 252/232 234/208 222/193 206/174 188/154 177/1439 264/264 232/218 216/195 205/181 190/163 174/144 163/133

9.5 245/248 215/205 200/183 190/170 176/153 161/134 151/12410 228/235 200/193 186/173 177/160 164/144 150/126 141/117

10.5 213/222 187/183 174/164 165/151 153/136 140/119 132/11011 200/211 175/174 163/155 154/143 144/129 131/113 123/104

11.5 188/201 165/165 153/146 145/136 135/122 123/107 116/9812 177/192 155/158 144/141 137/130 127/116 116/102 109/93

12.5 168/183 147/151 136/135 129/124 120/111 109/97 103/8913 159/176 139/144 129/129 122/119 113/106 103/93 97/85

13.5 152/168 132/138 122/123 116/114 107/102 98/89 92/8114 144/162 125/133 116/116 110/109 102/98 93/85 88/78

Espesorde losa 50 100 150 200 300 500 700( pulg.) Eje Simple

4 640/534 559/468 517/439 489/422 452/403 409/388 383/3844.5 547/461 479/400 444/372 421/356 390/338 355/322 333/3165 475/404 417/349 387/323 367/308 341/290 311/274 294/267

5.5 418/360 368/309 342/285 324/271 302/254 276/238 261/2316 372/325 327/277 304/255 289/241 270/225 247/210 234/203

6.5 334/295 294/251 274/230 260/218 243/203 223/188 212/1807 302/270 266/230 248/210 236/198 220/184 203/170 192/162

7.5 275/250 243/211 226/193 215/182 201/168 185/155 176/1488 252/232 222/196 207/179 197/168 185/155 170/142 162/135

8.5 232/216 205/182 191/166 182/156 170/144 157/131 150/1259 215/202 190/171 177/155 169/146 158/134 146/122 139/116

9.5 200/190 176/160 164/146 157/137 147/126 136/114 129/10810 186/179 164/151 153/137 146/129 137/118 127/107 121/101

10.5 174/170 154/143 144/130 137/121 128/111 119/101 113/9511 164/161 144/135 135/123 129/115 120/105 112/95 106/90

11.5 154/153 136/128 127/117 121/109 113/100 105/90 100/8512 145/146 128/122 120/111 114/104 107/95 99/86 95/81

12.5 137/139 121/117 113/106 108/99 101/91 94/82 90/7713 130/133 115/112 107/101 102/95 96/86 89/78 85/73

13.5 124/127 109/107 102/97 97/91 91/83 85/74 81/7014 118/122 104/103 97/93 93/87 87/79 81/71 77/67

k de la Subrasante - Subbase. PCI

k de la subrasante - subbase. Pci

Tabla 6a. Esfuerzo Equivalente - Sin Berma de Concreto (Eje Simple / Eje Tandem )

Tabla 6b. Esfuerzo Equivalente - Con Berma de Concreto(Eje Simple / Eje Tandem )

Espesorde losa 50 100 200 300 500 700( pulg. )

4 3.74/3.83 3.73/3.79 3.72/3.75 3.71/3.70 3.70/3.70 3.68/3.674.5 3.59/3.47 3.57/3.65 3.56/3.61 3.55/3.58 3.54/3.55 3.52/3.535 3.45/3.58 3.43/3.52 3.42/3.48 341/3.45 3.40/3.42 3.38/3.40

5.5 3.33/3.47 3.31/3.41 3.29/3.36 3.28/3.33 3.27/3.30 3.26/3.286 3.22/3.38 3.19/3.31 3.18/3.26 3.17/3.23 3.15/3.20 3.14/3.17

6.5 3.11/3.29 3.09/3.22 3.07/3.16 3.06/3.13 3.05/3.10 3.03/3.077 3.02/3.21 2.99/3.14 2.97/3.08 2.96/3.05 2.95/3.01 3.94/2.98

7.5 3.93/3.14 2.91/3.06 2.88/3.00 2.87/2.97 2.86/2.93 2.84/2.908 2.85/3.07 2.82/2.99 2.80/2.93 2.79/2.89 2.77/2.85 2.76/2.82

8.5 2.77/3.01 2.74/2.93 2.72/2.86 2.71/2.82 2.69/2.78 2.68/2.759 2.7/2.96 2.67/2.67 2.65/2.80 2.63/2.76 2.62//2.71 2.61/2.68

9.5 2.63/2.9 2.60/2.81 2.58/2.74 2.56/2.70 2.55/2.65 2.54/2.6210 2.56/2.85 2.54/2.76 2.51/2.68 2.50/2.64 2.48/2.59 2.47/2.56

10.5 2.5/2.81 2.47/2.71 2.45/2.63 2.44/2.59 2.42/2.54 2.41/2.5111 2.44/2.76 2.42/2.76 2.39/2.58 2.38/2.54 2.36/2.49 2.35/2.45

11.5 2.38/2.72 2.36/2.62 2.33/2.54 2.32/2.49 2.30/2.44 2.29/2.4012 2.33/2.68 2.30/2.58 2.28/2.49 2.26/2.44 2.25/2.39 2.23/2.36

12.5 2.28/2.64 2.25/2.54 2.23/2.45 2.21/2.40 2.19/2.35 2.18/2.3113 2.23/2.61 2.20/2.50 2.18/2.41 2.16/2.36 2.14/2.30 2.13/2.27

13.5 2.18/2.57 2.15/2.47 2.13/2.37 2.11/2.32 2.09/2.26 2.08/2.2314 2.13/2.54 1.11/2.43 2.08/2.34 2.07/2.29 2.05/2.23 2.03/2.19

Espesorde losa 50 100 200 300 500 700( pulg. )

4 3.94/4.03 3.91/3.95 3.88/3.89 3.86/3.86 3.82/3.83 3.77/3.804.5 3.79/3.91 3.76/3.82 3.73/3.75 3.71/3.72 3.68/3.68 3.64/3.655 3.66/3.81 3.63/3.72 3.60/3.64 3.58/3.60 355/3.55 3.52/3.52

5.5 3.54/3.72 3.15/3.62 3.48/3.53 3.46/3.49 3.43/3.44 3.41/3.406 3.44/3.64 3.40/3.53 3.37/3.44 3.35/3.40 3.32/3.34 3.30/3.30

6.5 3.34/3.56 3.30/3.46 3.26/3.36 3.25/3.31 3.22/3.25 3.20/3.217 3.26/3.49 3.21/3.39 3.17/3.29 3.15/3.24 3.13/3.17 3.11/3.13

7.5 3.18/3.43 3.13/3.32 3.09/3.22 3.07/3.17 3.04/3.10 3.02/3.068 3.11/3.37 3.05/3.26 3.01/3.16 2.99/3.10 2.96/3.03 2.94/2.99

8.5 3.04/3.32 2.98/3.21 2.93/3.10 2.91/3.04 2.88/2.97 2.87/2.939 3.98/3.27 2.91/3.16 2.86/3.05 2.84/2.99 2.81/2.92 2.79/2.87

9.5 3.92/3.22 2.85/3.11 2.80/3.00 2.77/2.94 2.75/2.86 2.73/2.8110 3.86/3.18 2.79/3.06 2.74/2.95 2.71/2.89 2.68/2.81 2.66/2.76

10.5 3.81/3.14 2.74/3.02 2.68/2.91 2.65/2.84 2.62/2.76 2.60/2.7211 2.77/3.1 2.69/2.98 2.63/2.86 2.60/2.80 2.57/2.72 2.54/2.67

11.5 2.72/3.06 2.64/2.94 2.58/2.82 2.55/2.76 2.51/2.68 2.49/2.6312 2.68/3.03 2.60/2.90 2.53/2.78 2.50/2.72 2.46/2.64 2.44/2.59

12.5 2.64/2.99 2.55/2.87 2.48/2.75 2.45/2.68 2.41/2.60 2.39/2.5513 2.6/2.96 2.51/2.83 2.44/2.71 2.40/2.65 2.36/2.56 2.34/2.51

13.5 2.56/2.93 2.47/2.80 2.40/2.68 2.36/2.61 2.32/2.53 2.30/24814 2.53/2.9 2.44/2.77 2.36/2.65 2.32/2.58 2.28/2.50 2.25/2.44

Tabla 7a. Factor de Erosión - Juntas con Dowels, sin Berma de Concreto

( Eje Simple / Eje Tandem )

Tabla 7b. Factor de Erosión - Juntas con Trabazón de Agregados

k de la subrasante - subbase. Pci

k de la subrasante - subbase. pci

Sin Berma de Concreto( Eje Simple/ Eje Tandem )

Espesorde losa 50 100 200 300 500 700( pulg, )

4 3.28/3.3 3.24/3.20 3.21/3.13 3.19/3.10 3.15/3.09 3.12/3.084.5 3.13/3.19 3.09/3.08 3.06/3.00 3.04/2.96 3.01/2.93 2.98/2.915 3.01/3.09 2.97/2.98 2.93/2.89 2.90/2.84 1.87/2.79 2.85/2.77

5.5 2.9/3.01 2.85/2.89 2.81/2.79 2.79/2.74 1.76/2.68 2.73/2.656 2.79/2.93 2.75/2.82 2.70/2.71 2.68/2.65 2.65/2.58 2.62/2.54

6.5 2.7/2.86 2.65/2.75 2.61/2.63 2.58/2.57 2.55/2.50 2.52/2.457 2.61/2.79 2.56/2.68 2.52/2.56 2.49/2.50 2.46/2.42 2.43/2.38

7.5 2.53/2.73 2.48/2.62 2.44/2.50 2.41/2.44 2.38/2.36 2.35/2.318 2.46/2.68 2.41/2.56 2.36/2.44 2.33/2.38 2.30/2.30 2.27/2.24

8.5 2.39/2.62 2.34/2.51 2.29/2.39 2.26/2.32 2.22/2.24 2.20/2.189 2.32/2.57 2.27/2.46 2.22/2.34 2.19/2.27 2.16/2.19 2.13/2.13

9.5 2.26/2.52 2.21/2.41 2.16/2.29 2.13/2.22 2.09/2.14 2.07/2.0810 2.2/2.47 2.15/2.36 2.10/2.25 2.07/2.18 2.03/2.09 2.01/2.03

10.5 2.15/2.43 2.09/2.32 2.04/2.20 2.01/2.14 1.97/2.05 1.95/1.9911 2.1/2.39 2.04/2.28 1.99/2.16 1.95/2.09 1.92/2.01 1.89/1.95

11.5 2.05/2.35 1.99/2.24 1.93/2.12 1.90/2.05 1.87/1.97 1.84/1.9112 2/2.31 1.94/2.20 1.88/2.09 1.85/2.02 1.82/1.93 1.79/1.87

12.5 1.95/2.27 1.89/2.16 1.84/2.05 1.81/1.98 1.77/1.89 1.74/1.8413 1.91/2.23 1.85/2.13 1.79/2.01 1.76/1.95 1.72/1.86 1.70/1.80

13.5 1.86/2.2 1.81/2.09 1.75/1.98 1.72/1.91 1.68/1.83 1.65/1.7714 1.82/2.17 1.76/2.06 1.71/1.95 1.67/1.88 1.64/1.80 1.61/1.74

Espesorde losa 50 100 200 300 500 700( pulg, )

4 3.46/3.49 3.42/3.39 3.38/3.32/ 3.36/3.29 3.32/3.26 3.28/3.244.5 3.32/3.39 3.28/3.28 3.24/3.19 3.22/3.16 3.19/3.12 3.15/3.095 3.2/3.3 3.16/3.18 3.12/3.09 3.10/3.05 3.07/3.00 3.04/2.97

5.5 3.1/3.22 3.05/3.10 3.01/3.00 2.99/2.95 2.96/2.90 3.93/2.866 3/3.15 2.95/3.02 2.90/2.92 2.88/2.87 2.86/2.81 2.83/2.77

6.5 2.91/3.08 2.86/2.96 2.81/2.85 2.79/2.79 2.76/2.73 2.74/2.687 2.83/3.02 2.77/2.90 2.73/2.78 2.70/2.72 2.68/2.66 2.65/2.61

7.5 2.76/2.97 2.70/2.84 2.65/2.72 2.62/2.66 2.60/2.59 2.57/2.548 2.69/2.92 2.63/2.79 2.57/2.67 2.55/2.61 2.52/2.53 2.50/2.48

8.5 2.63/2.88 2.56/2.74 2.51/2.62 2.48/2.55 2.45/2.48 2.43/2.439 2.57/2.83 2.50/2.70 2.44/2.57 2.42/2.51 2.39/2.43 2.36/2.38

9.5 2.51/2.79 2.44/2.65 2.38/2.53 2.36/2.46 2.33/2.38 2.30/2.3310 2.46/2.75 2.39/2.61 2.33/2.49 2.30/2.42 2.27/2.34 2.24/2.28

10.5 2.41/2.72 2.33/2.58 2.27/2.45 2.24/2.38 2.21/2.30 2.19/2.2411 2.36/2.68 2.28/2.54 2.22/2.41 2.19/2.34 2.16/2.26 2.14/2.20

11.5 2.32/2.65 2.24/2.51 2.17/2.38 2.14/2.31 2.11/2.22 2.09/2.1612 2.28/2.62 2.19/2.48 2.13/2.34 2.10/2.27 2.06/2.19 2.04/2.13

12.5 2.24/2.59 2.15/2.45 2.09/2.31 2.05/2.24 2.02/2.15 1.99/2.1013 2.2/2.56 2.11/2.42 2.04/2.28 2.01/2.21 1.98/2.12 1.95/2.06

13.5 2.16/2.53 2.08/2.39 2.00/2.25 1.97/2.18 1.93/2.09 1.91/2.0314 2.13/2.51 2.04/2.36 1.97/2.23 1.93/2.15 1.89/2.06 1.87/2.00

Tabla 8a. Factor de Erosión - Juntas con Dowels,con Berma de Concreto

( Eje Simple / Eje Tandem )

Tabla 8b. Factor de Erosión - Juntas con Trabazón de

k de la subrasante - subbase . pci

k de la subrasante - subbase . pci

Agregados, con Berma de Concreto( Eje Simple / Eje Tandem )

8

10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

30

32

34

36

38

40

42

44

46

48

50

52

54

56

58

60

16

20

40

60

80

100

120

30

50

70

90

110

100

1000

10,000

100,000

1,000,000

10,000,000

2

46

2

4

68

2

4

6

8

8

6

4

2

8

6

4

2

1.50

0.60

0.70

0.80

0.90

1.00

0.30

0.50

0.40

0.25

0.20

0.15

CA

RG

A P

OR

EJE

SIM

PLE

, K

IPS

CA

RG

A P

OR

EJE

TA

ND

EM

, K

IPS

FAC

TOR

DE

REL

AC

ION

DE

ESFU

ERZO

NU

MER

O P

ER

MIS

IBL

E D

E R

EPE

TIC

ION

ES

DE

CA

RG

A

Fig. 05. Análisis por Fatiga - número permisible de repeticiones de carga basado en el factor de relación de esfuerzo (con y sin berma de concreto) .

168

10

20

30

40

50

60 120

100

60

80

20

40

110

95

70

25 50

30

3518

16

25

14

12

9 18

100,000,000

10,000,000

1,000,000

100,000

10,000

1,000

86

4

2

8

6

4

2

8

6

4

2

8

6

4

2

8

6

4

2

2.2

2.0

2.4

2.6

3.4

3.2

2.8

3.0

4.0

3.8

3.6

NU

ME

RO

PE

RM

ISIB

LE

DE

RE

PETI

CIO

NE

S D

E C

AR

GA

FAC

TO

R D

E E

RO

SIO

N

CA

RG

A P

OR

EJE

SIM

PLE

,

KIP

S

CA

RG

A P

OR

EJE

TA

ND

EM,

KIP

S

Fig. 6a. Análisis por Erosión - número permisible de repeticiones de carga basado en el factor de erosión (sin berma de concreto) .

CA

RG

A P

OR

EJE

TA

ND

EM

,

K

IPS

FAC

TO

R D

E E

RO

SIO

N

Fig. 6b. Análisis por Erosión - número permisible de repeticiones de carga basado en el factor de erosión (con berma de concreto) .

120601.6

1.8

2.2

2.0

2.8

3.0

2.6

2.4

3.6

3.4

3.2

10050

40 80

6030

25 50

4020

30

2010

110

90

70

3518

16

25

14

12

9

8 16

18

CA

RG

A P

OR

EJE

SIM

PLE

,

KIP

S

100,000,0004

2

10,000,000

1,000,000

100,000

10,000

1,000

6

4

2

8

6

4

2

8

6

4

2

8

4

6

2

NU

ME

RO

PE

RM

ISIB

LE

DE

RE

PET

ICIO

NE

S D

E C

AR

GA

Ejemplo de Cálculo.-Datos de Tráfico y del Proyecto

Interestatal de cuatro carrilesTerreno Plano de localización ruralPeríodo de Diseño = 20 añosADT presente = 12,900 vehículosFactor de Proyección = 1.5ADTT = 19% del ADTJuntas con dowelsSin berma de concreto.Subrasante de arcilla, K = 100 pciSub base no tratada de 4 pulgadasMódulo de Rotura del concreto = 650 pci

Cálculos de Tráfico:

ADT de diseño = 12,900*1.5 = 19,350 (9,675 en una dirección)

ADTT = 19,350*0.19 = 3,680 (1,840 en una dirección)

De la Fig. 3 para un ADT de 9,675 en una dirección, la proporción de camiones en el carril derecho es 0.81.

El número total de camiones en una dirección es:

1,840*0.81*365*20 = 10’880,000 camiones

Se usa los datos de carga por eje de la Tabla 5

Espesor de prueba 9.5 pulg Junta con dowels Si X No ....

k de subbase-subrasante 130 pci Berma de concreto Si... No X

Módulo de rotura, MR 650 psi Período de diseño (años): 20Factor de Seguridad de carga 1.2

Carga Factor de Repeticionespor eje Seguridad esperadas Repeticiones % de Repeticiones % de

de carga permisibles fatiga permisibles erosión1 2 3 4 5 6 7

8. Esfuerzo equivalente .......... 206 10. Factor de erosión ............. 2.599. Factor de relación de esfuerzo ........... 0.317Ejes Simples

30 36 6,310.00 27,000.00 23.37 1,500,000.00 0.4228 33.6 14,690.00 77,000.00 19.08 2,200,000.00 0.6726 31.2 30,140.00 230,000.00 13.10 3,500,000.00 0.8624 28.8 64,410.00 1,200,000.00 5.37 5,900,000.00 1.0922 26.4 106,900.00 Ilimitado 0.00 11,000,000.00 0.9720 24 235,800.00 Ilimitado 0.00 23,000,000.00 1.0318 21.6 307,200.00 0.00 64,000,000.00 0.4816 19.2 422,500.00 0.00 Ilimitado 0.0014 16.8 586,900.00 0.00 0.0012 14.4 1,875,000.00

11. Esfuerzo equivalente .......... 192.00 13. Factor de erosión ............. 2.7912. Factor de relación de esfuerzo ........... 0.30Ejes Tandem

52 62.4 21,320.00 1,100,000.00 1.94 920,000.00 2.3248 57.6 42,870.00 Ilimitado 0.00 1,500,000.00 2.8644 52.8 124,900.00 Ilimitado 0.00 2,500,000.00 5.0040 48 372,900.00 4,600,000.00 8.1136 43.2 885,800.00 9,500,000.00 9.3232 38.4 930,700.00 24,000,000.00 3.8828 33.6 1,656,000.00 92,000,000.00 1.8024 28.8 984,900.00 0.0020 24 1,227,000.00 0.0016 19.2 1,356,000.00

Total: 62.86 Total: 38.80

Análisis por fatiga Análisis por erosión

Cálculo del Espesor del Pavimento

Tipo dePavimento

ElementoFlexible Rígido Adoquines

Subrasante

95% de compactación:Suelos Granulares: Proctor ModificadoSuelos Cohesivos: Proctor Estándar

Espesor compactado:≥ 250 mm – Vías locales y colectoras≥ 300 mm – Vías arteriales y expresas

Sub-base

CBR ≥ 40%100%

CompactaciónProctor

Modificado

CBR ≥ 30%100% CompactaciónProctor Modificado

Base

CBR ≥ 80%100%

CompactaciónProctor

Modificado

N.A. *

CBR ≥ 80%100%

CompactaciónProctor

Modificado

Imprimación/capa de apoyoPenetración de la imprimación ≥

5 mmN.A.*

Cama de arena fina, de espesor

comprendido entre 25 y 40

mm

Espesor de la capa de rodadura

Vías locales ≥ 50 mm≥ 150 mm

≥ 60 mmVías colectoras ≥ 60 mm ≥ 80 mmVías arteriales ≥ 70 mm N.R.**Vías expresas ≥ 80 mm ≥ 200 mm N.R.**

Material

Vías localesConcreto

Asfáltico ***MR ≥ 34 MPa(34 Kg/cm2)

f’c ≥ 38 MPa(380 Kg/cm2)

Vías colectorasVías arterialesVías expresas

Tabla 30: Requisitos Mínimos para diferentes Tipos de Pavimentos.

Tipo de

PavimentoElemento

Aceras o Veredas

Pasajes Peatonales Ciclovías

Subrasante

95% de compactación:Suelos Granulares: Proctor ModificadoSuelos Cohesivos: Proctor Estándar

Espesor compactado:≥ 150 mm

Base CBR ≥ 30% CBR ≥ 60%

Espesor de la capa de rodadura

Asfáltico ≥ 30 mmConcreto de

Cemento Portland

≥ 100 mm

Adoquines≥ 40 mm (Se deberán apoyar sobre una cama

de arena fina, de espesor comprendido entre 25 y 40 mm)

Material

Asfáltico Concreto asfáltico*Concreto de

Cemento Portland

f’c ≥ 175 Kg/cm2 (17.5 MPa)

Adoquines f’c ≥ 320 Kg/cm2 (32 MPa) N.R.**

Tabla 31: Requisitos que deben cumplir los Pavimentos Especiales.

Carga por Eje KN (Kips) Ejes por cada 1000 CamionesCategoría LR Categoría 1 Categoría 2 Categoría 3

Ejes Simples18 (4) 846,15 1693,3127 (6) 369,97 732,2836 (8) 283,13 483,10 233,6044 (10) 103,40 204,96 142,7053 (12) 39,07 124,00 116,76 182,0262 (14) 20,87 56,11 47,76 47,7371 (16) 11,57 15,81 23,88 31,8280 (18) 4,23 16,61 25,1589 (20) 0,96 6,63 16,3398 (22) 2,60 7,85

107 (24) 1,60 5,21116 (26) 0,07 1,78125 (28) 0,85133 (30) 0,45

Ejes Tandem18 (4) 15,12 31,9036 (8) 39,21 85,59 47,0153 (12) 48,34 139,30 91,1571 (16) 72,69 75,02 59,25 99,3489 (20) 64,33 57,10 45,00 85,94

107 (24) 42,24 39,18 30,74 72,54125 (28) 38,55 68,48 44,43 121,22142 (32) 27,82 19,59 54,76 103,63160 (36) 14,22 4,19 38,79 52,25178 (40) 7,76 21,31196 (44) 1,16 8,01214 (48) 2,91231 (52) 1,91

Tabla D2Distribución de Cargas por Eje Usadas para Preparar las Tablas de Diseño*

Categoría LR: Residencial ligero, SF = 1,0Categoría 1: Residencial, SF = 1,0Categoría 2: Colector, SF = 1,1Categoría 2: Comercial, SF 1,1Categoría 2: Arterial Menor, SF = 1,2Categoría 3: Industrial, SF = 1,2Categoría 3: Arterial Mayor, SF = 1,2

Residencial Ligera. En la metodología original, Estas calles no sonlargas y se encuentran en áreas residenciales. Ellas pueden ser callessin retorno o con retorno. Sirven para tráficos de aproximadamente 20 o30 lotes o casas. Los volúmenes de tráfico son bajos, menores de 200vehículos por día (vpd), con tráfico diario promedio de camiones (ADTTpor sus siglas en ingles) de 2 a 4 (en dos direcciones, excluyendocamiones de dos ejes y cuatro llantas). Las cargas máximas para estascalles son ejes simples de 80 kN y ejes tandem de 160 kN. Para losfines de esta Norma se considera dentro de esta clasificación a las VíasLocales.

Residenciales. Estas calles soportan tráficos similares a lasresidenciales ligeras, mas algún camión pesado ocasional. Estas callessoportan tráficos que sirven hasta 300 casas, así como para recolectartodo el tráfico residencial ligero dentro del área y distribuirlo en elsistema principal de calles. Los volúmenes de tráfico van de 200 a 1000vpd, con aproximadamente 10 a 50 ADTT. Las cargas máximas paraestas calles son de 98 kN para ejes simples y 160 kN para ejes tandem.Para los fines de esta Norma se considera dentro de esta clasificación alas Vías Locales.

Colectoras. Estas calles recolectan el tráfico de diferentes Vías Localesy pueden tener varios kilómetros de largo. Pueden servir como rutas debuses y para el movimiento de camiones Los volúmenes de tráficovarían de 1000 a 8000 vpd, con aproximadamente 50 a 500 ADTT. Lascargas máximas para estas calles son 116 kN para ejes simples y 196kN para ejes tandem. Para los fines de esta Norma se considera dentrode esta clasificación a las Vías Colectoras.

Comerciales. Las calles comerciales proporcionan acceso a tiendas yal mismo tiempo sirven al tráfico en la zona comercial. Las callescomerciales están frecuentemente congestionadas y las velocidadesson bajas debido a los elevados volúmenes de tráfico, pero con un bajoporcentaje de ADTT. Los volúmenes de trafico promedio varían de 11000 a 17 000 vpd, con aproximadamente 400 a 700 ADTT, con cargasmáximas similares a las de las calles colectoras. Para los fines de estaNorma se considera dentro de esta clasificación a las Vías Expresas.

Industriales. Las calles industriales proporcionan acceso a áreas oparques industriales. Los volúmenes totales de vpd pueden ser bajos,pero el porcentaje de ADTT es alto. Los valores típicos de vpd estánalrededor de 2000 a 4000, con un promedio de 300 a 800 ADTT. Losvolúmenes de camiones no son muy diferentes que los de la clasecomercial, sin embargo, las máximas cargas por eje son más pesadas,de 133 kN para ejes simples, y 231 kN para ejes tandem. Para los finesde esta Norma se considera dentro de esta clasificación a las VíasColectoras.

Arteriales. Las arteriales llevar tráfico hacia y desde vías expresas ysirven para los movimientos principales dentro y a través de áreasmetropolitanas no atendidas por las vías expresas. Las rutas de buses ycamiones son usualmente por arteriales. Para propósitos de diseño, sedividen en arteriales mayores y menores, dependiendo del tipo ycapacidad del tráfico.

Las arteriales menores soportan alrededor de 4000 a 15 000 vpd, con300 a 600 ADTT. Las arteriales mayores soportan alrededor de 4000 a30 000 vpd, con 700 a 1500 ADTT y usualmente están sometidas acargas de camiones más pesados. Las cargas máximas para lasarteriales menores son de 116 kN para ejes simples y 196 kN para ejestandem.

Las arteriales mayores soportan cargas máximas de 133 kN para ejessimples y 231 kN para ejes tandem. Para los fines de esta Norma seconsidera dentro de esta clasificación a las Vías Arteriales.