Diseño de Estructura de Pavimento Articulado

ING. JOSE R. HARRIS Q. 1

PAVIMENTO DE ADOQUINES

TIPOS DE PAVIMENTOSTIPOS DE ADOQUINESTIPOS DE ARENASCAPA BASE/SUB-BASEMÉTODO CONSTRUCTIVODISEÑO DEL PAVIMENTO

Referencia: Especificaciones Técnicas Generales

para la Construcción y Rehabilitación de Carreteras y Puentes (ETG’s

del MOP), Cap. 58, “Pavimento de Adoquines de Hormigón Hidráulico”.


TIPOS DE PAVIMENTOS

APAVIMENTO RÍGIDO

LOSA DE CONCRETOBASE/SUB-BASESUBRASANTE

PAVIMENTO FLEXIBLE

BASE

SUB-BASE

SUBRASANTE

PAVIMENTO DE ADOQUINES

BASE

SUB-BASE

SUBRASANTE

CARPETA ASFÁLTICA

TRANSMISIÓN NO

UNIFORME DE CARGAS

TRANSMISIÓN UNIFORME

DE CARGAS

SELLO/CAMA DE ARENA


TIPOS DE ADOQUINES

CARA SUPERIOR

CARA INFERIOR

ESPESOR

ARISTA

CARA LATERAL

BISEL

7 mm

7 mm10 mm

10 cm

8 cm6 cm

Patios de carga Tránsito

Vehicular TránsitoPeatonal

ADOQUÍN TIPO 1 - RECTANGULAR

Espina de pescado

Hileras

20 cm 10 cm

Tol. = ±2 mm


TIPOS DE ADOQUINES

ADOQUÍN TIPO 2 – EN FORMA DE “I” ADOQUÍN TIPO 3 – EN FORMA DE “†”

20 cm

20 cm10 cm 10 cm


TIPOS DE ARENAS

ARENA GRUESA PARA LA CAMA DE ARENA:

Tamaño máximo 9,5 mm (Tamiz 3/8”)

Arena limpia, no debe contener más de 5% finos

Contenido de agua uniforme y cercano al óptimo

ARENA FINA PARA SELLAR LAS JUNTAS:

Tamaño máximo 1,18 mm (Tamiz No.16)

Arena limpia, no debe contener más de 10% finos

Lo más seca posible al momento de utilizarla.


TIPOS DE ARENAS

Cuando el tráfico es bajo o está

conformado por vehículos livianos, la arena puede ser natural (redondeada, de origen aluvial) o triturada. Cuando el tráfico es alto o contiene vehículos pesados (incluyendo las rutas de buses), la arena debe ser de origen aluvial (redondeada).

Granulometrías para la cama de arena y para el sello de arena.

% que pasa Tamiz

Cama de arena Sello de arena

9,5 mm 3/8” 100

4,75 mm No.4 90 – 100

2,36 mm No.8 75 – 100 100

1,18 mm No.16 50 – 95 90 – 100

600 μm No.30 25 – 60 60 – 90

300 μm No.50 10 – 30 30 – 60

150 μm No.100 0 – 15 5 – 30

75 μm No.200 0 – 3 0 – 15


CAPA BASE / SUB-BASE

Pétreo (grava arenosa), limpio, bien graduadoDesgaste Los Ángeles ≤ 50%LL ≤ 25%IP < 6%CBR ≥ 50%

Tamiz% Que Pasa

ASTM mm

2" 50,0 100%

1" 37,5 85 –

100%

%" 19,0 60 –

90%

No.4 4,75 30 –

65%

No.10 2,00 20 –

50%

No.16 1,18 16 –

43%

No.40 0,425 10 –

30%

No.50 0,300 9 –

27%.

No.200 0,075 5 –

15%

Máximo50 mm

Granulometría para el material de Sub-base


CAPA BASE / SUB-BASE

Para los materiales de subbase

y base se recomiendan los espesores mínimos que aparecen en la siguiente tabla:

Espesores mínimos constructivos para diferentes materiales de base.

Material CBR(%) de la

subrasante o capa inferior

Espesor mínimo, mm

CBR(%) de la subrasante o capa inferior

Espesor mínimo,

mm Granular para subbase Menor o igual que 6 200 Mayor que 6 150

Granular para base Menor o igual que 6 150 Mayor que 6 100

Suelo-cemento, relleno fluido, concreto pobre

Menor o igual que 6 100 Mayor que 6 75


CONSTRUCCIÓN

Preparación del terreno naturalSuministro y construcción de las capas base y sub-baseSuministro y esparcido de la capa de arena


CONSTRUCCIÓN

La arena se debe extender sin dejar huecos o rayones, teniendo cuidado de no compactarla.


CONSTRUCCIÓN

Colocación de los adoquinesColocación del sello de arenaBarrido y compactación


CONSTRUCCIÓN

Promedio

2.5 mm

Máximo

5 mm

No arrastrar


CONSTRUCCIÓN

CONFINAMIENTO EXTERNO: estructura que rodea el pavimento.

CONFINAMIENTO INTERNO: estructuras que están dentro del pavimento.

15 cm

45 cm


CONSTRUCCIÓN

Si SL ≥ 2,5% no son necesarias las cunetas laterales.Si 1% < SL < 2,5% colocar cunetas de adoquines o concreto.Si SL ≤ 1% colocar cuneta de concreto.E.T.G.- M.O.P., CAP. 58 establece SL> 1% y ST ≥ 2,5%

SL SL

STST ST

ADOQUINES CONCRETO


DISEÑO

Los pavimentos de Adoquines son de tipo FLEXIBLE, y como todo pavimento, el diseñador debe conocer las condiciones de la subrasante, los efectos ambientales, los materiales de construcción y el tránsito pronosticado para llegar a un diseño adecuado.


DISEÑO

En las primeras investigaciones desarrolladas en la Cement

& Concrete Association

del Reino Unido por Allan

Liley

y John

Knapton, a comienzos de la década de 1970 se encontró

que la rigidez de una capa de rodadura de adoquines de 80 mm

de espesor, con una capa de arena de 50 mm

de espesor, debidamente sellada y compactada, era equivalente a la de una carpeta asfáltica de 160 mm

de concreto asfáltico.

CAPA ADOQUINADA DE 8+5=13 cm

BASE

SUB-BASE

SUBGRADO


DISEÑO

O sea que una capa de adoquines de 80 mm y 40 mm de arena puede hacerse equivalente entre 120 mm y 144 mm de concreto asfáltico, y la capa de adoquines de 60 mm y 40 mm de arena puede hacerse equivalente entre 100 mm y 120 mm.

Desde otro punto de vista, a la capa de rodadura se le asignan valores de Módulo de Resilencia entre 2760 MPa (400 000 psi) y 3100 MPa (450 000 psi) para el conjunto de: adoquines de 80 mm y entre 25 mm y 40 mm de capa de arena y un coeficiente AASHTO entre 0,42 y 0,44.

Igualmente se le ha asignado un Módulo de Elasticidad, E de 4000 MPa(580 000 psi) y una Relación de Poisson, μ de 0,15


DISEÑO

Factor de equivalencia, F.E. = 1,0 - 1,2MR = 400 a 450 ksi (2760 a 3100 MPa)a1 = 0,42 - 0,44E = 580 ksi (4000 MPa)μ = 0,15

CARPETA ASFALTICACAPA ADOQUINADA

BASE

SUB-BASE

SUBGRADO

D2

D3


EJEMPLO

Carretera rural de bajo volumen de tránsitoTráfico promedio diario anual, ADT = 218 vpdTasa de crecimiento medio anual, g = 7%Periodo de diseño, t = 20 años

Tipo de vehículo C2 C3 T3-S2 TOTAL Cantidad 140 70 8 218 % Composición 64% 32% 4% 100%

Capa adoquinada = Adoquines 8 cm

×

10 cm

×

20 cm

+ Cama de arena de 4 cmEAC

= 400 000 psiCBRBASE

= 60%

EBS

= 27000 psiCBRSUBBASE

= 25%

ESB

= 14000 psiCBRSUBRASANTE

= 2%

MR

= 3000 psi


EJEMPLO

Determine el espesor de la capa base y sub-base para un periodo de diseño de 20 años:

ZR

= 0

para R = 50 (camino rural local)

So

= 0,45

recomendado para pavimento flexible

SN = a1

D1

+a2

D2

m2

+a3

D3

m3a1

= 0,42 (Figura 2.5, EAC

= 400 000 psi)a2

= 0,125 (Figura 2.6, CBR = 60%)a3

= 0,103 (Figura 2.7, CBR = 25%)m2

= m3

= 0,80 (recomendado)

ΔPSI = po

– pt = 4,2 –

2,0 = 2,2


EJEMPLO

W18

= ESAL

SN (asumido) = 4,0

Tipo de vehículo

Ejes de carga (kips)

% Composición

Factor de equivalencia

Repeticiones diarias

Ejes equivalentes

(1) (2) (3) (4) (5)=ADT×(3) (6)=(5)×(4) 6S 0,64 0,010 140 1,4

C2 15S 0,64 0,481 140 67,3 6S 0,32 0,010 70 0,7

C3 30S 0,32 8,6 70 602 9S 0,04 0,059 8 0,5 28T 0,04 0,481 8 3,8 T3-S2 28T 0,04 0,481 8 3,8

ESALo = 679,6


EJEMPLO

ω18

= ESALo

×

365 = 679,6 ×

365 = 248 057

w18

= DD

× DL

×

ω18

= 0,50 ×

1,00 ×

248 057 = 124 029

W18

= ESAL = 124 029 [ (1+0,07)20

-1 ] / 0,07 = 5 084 630

Sustituyendo estos parámetros en la ecuación de diseño:

( ) ( )

( )

07,8log32,2

1109440,0

5,12,4log

20,01log36,9log 10

19,5

10

1010 −+

++

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡−

Δ

+−++= RoR M

SN

PSI

SNSZESAL


EJEMPLO

se obtiene un SN = 4,70 in comparado con el SN (supuesto) = 4,0 in

OK!

Primeramente, SN = SN1

BASE

CAPA ADOQUINADASN1

D1

D1

* = 8 cm

+ 4 cm

= 12 cm

= 4,7 in

SN1

* = a1

D1

*

SN1

* = 0,42 ×

4,7 ≈

2,0

Después, SN = SN2

= SN1

+ a2

D2

m2


EJEMPLO

CAPA ADOQUINADASN1 D1

SN2 BASE

SUB-BASE

D2

( ) ( )

( )

07,8log32,2

1109440,0

5,12,4log

20,01log36,9log 10

19,52

10

21010 −+

++

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡−

Δ

+−++= SBoR E

SN

PSI

SNSZESAL

Se obtiene

SN2

= 2,8 = SN1 + a2

D2

m2

D2

* ≥

(SN2

– SN1

*) / a2

m2

= (2,8 –

2,00) / 0,125 / 0,8D2

* = 8,0 in


EJEMPLO

SN1

* + SN2

* ≥

SN2SN2

* ≥

SN2

- SN1

*= 2,8 –

2,0SN2

* = 0,80

Así, SN = SN3

= SN1

+ SN2

+ a3

D3

m3

= 4,7

CAPA ADOQUINADA

SN1 D1

SN2 BASE

SUB-BASE

D2

SN3 D3

SUBGRADO

33

*2

*13

3)(

maSNSNSND +−

≥

05,238,0103,0

)8,00,2(7,43 =

×+−

≥D

D3 = 23 in

SN = a1

D1

+ a2

D2

m2

+ a3

D3

m3

= 4,67 ≈

4,7

OK!


EJEMPLO

CAPA ADOQUINADA

CAPA BASE

4,7 in (0,12 m)

8,0 in (0,20 m)

SUBGRADO

CAPA SUB-BASE 23 in (0,58 m)

Las ETG’s

del MOP, Capítulo 58 “Pavimento de Adoquines”

requiere que el agregado pétreo de la sub-base tenga un CBR ≥

50%. La capa base utilizada en este ejemplo tiene un CBR=60% por lo que se propone no utilizar la sub-

base disponible (CBR=25%) y determinar el espesor de capa base correspondiente.


EJEMPLO

Podemos aprovechar los cálculos anteriores y despejar directamente el espesor de capa base requerido:

SN = a1 D1 +a2 D2 m2 +a3 D3 m3 = 4,7

0,42×4,7 + 0,125×D2 ×0,8 = 4,7

D2 = 27 in

O aplicar el procedimiento de la Guía AASHTO para pavimento flexible conociendo:

D1

*= 4,7 in

SN1

* = 2,0


EJEMPLO

SN2

= SN = 4,7 = SN1

+ a2

D2

m2

D2

* ≥

(SN2

– SN1

*) / a2

m2

= (4,7 –

2,0) / 0,125 / 0,8D2

* = 27 in

SN = a1

D1

+ a2

D2

m2

= 4,67 ≈

4,7

CAPA ADOQUINADA

CAPA BASE

4,7 in (0,12 m)

SUBGRADO

27 in (0,68 m)

CAPA ADOQUINADA

SN1 D1

SN2 BASE

SUBGRADO

D2

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