DISEÑO DE PAVIMENTO RÍGIDOMÉTODO AASHTO

El método de diseño AASHTO, originalmente conocido como AASHO, fue desarrollado en los Estados Unidos en la década de los 60, basándose en un ensayo a escala real realizado durante 2 años en el estado de Illinois, con el fin de desarrollar tablas, gráficos y fórmulas que representen las relaciones deterioro-solicitación de las distintas seccionesensayadas.

A partir de la versión del año 1986, y su correspondiente versión mejorada de 1993, el método AASHTO comenzó a introducir conceptos mecanicistas para adecuar algunos parámetros a condiciones diferentes a las que imperaron en el lugar del ensayo original. Se ha elegido el método AASHTO, porque a diferencia de otros métodos, éste método introduce el concepto de serviciabilidad en el diseño de pavimentos como una medida de su capacidad para brindar una superficie lisa y suave al usuario.

CALCULO DE RUEDA DE DISEÑO

CONDICIONES DE DISEÑO

Para la aplicación del método antes descrito es necesario escoger un vehículo como representativo del tránsito, el cual es generalmente el más frecuente o el más pesado (rueda de diseño). Además se necesita establecer un equivalente entre el arreglo de llantas de tal vehículo, esto permite establecer una rueda ideal que substituya racionalmente los efectos de tal vehículo sobre el pavimento.Para fines de cálculo de la huella que forma la rueda de diseño (debido a la carga total de diseño y a la presión de inflado de la misma de la rueda), se valora tomando una geometría circular para el cálculo del área y radios de contacto de la misma, por dicha razón para el cálculo de la carga equivalente mediante la teoría de boussinesq; se tomaran valores de influencia para una área circular uniformemente cargada de la tabla en el Anexo III-A (Ref.: Mecánica de Suelos Tomo 2, Teoría y aplicación de la mecánica de suelos, Juárez Badillo)

Las dimensiones del vehículo de diseño se encuentran en el Anexo I

MODULO DE REACCIÓN DEL SUELO

(k) = 7.5 kg

cm3= 270.95 PSI

RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN DEL CONCRETO

Sabiendo que el Modulo de Resistencia a la tensión en flexión de proyecto es de 45 kg

cm2

MR=0.12 f'c ;Por lo tanto la resistencia a la compresión del concreto es de:

f'c= 45

kg

cm2

0.12

=375kg

cm2

MODULO DE ELASTICIDAD DEL CONCRETO (Ec)

Ec=21000 f ' c12

Ec=21000 (375 )12

Ec=21000(375kg

cm2 )12 =406663.2514

kg

cm2 =5784063.251 lb

pulg2

Ec=57.84 ×105 lb

pulg2 = 5.8 ×105 psi

MODULO DE RUPTURA

MR= 45 kg

cm2 =640 psi

COEFICIENTE DE TRANSITO DE CARGA

J=2.85

Pavimento de concreto hidráulico con pasa juntas recubiertas con asfalto.

COEFICIENTE DE DRENAJE DE CALIDAD

Cd=1.20

Corresponde a un drenaje de calidad buena y un 1% de porcentaje de tiempo en el que la estructura está expuesta a

niveles próximos a la saturación.

CONFIABILIDAD:

El valor de confiabilidad para el diseño de pavimento se toma de 65% para una zona industrial.

R=65%

Desviación estándar SO=0.39

Índice de serviciabilidad inicial Po=4.5

Índice de serviciabilidad final Po=4.5∆ PSI=4.5-2.5=2.0

NÚMERO TOTAL DE EJES EQUIVALENTES

Tipo de vehículo Frecuencia relativa(%)

VPD

T3-S2 95 16A'2 4.5 1C2 0.5 1

Calculo del número de ejes equivalentes

CALCULO DE RUEDA DE DISEÑOS

RADIO DE CONTACTO DE LA CARGA

r=√ Pρπ

Donde P=¿Carga Total de diseño ρ=¿presion de inflado de llantasDatos de diseñoP=¿16.6Ton≈ 36596.73 lbsρ=¿110 lbs/plg2

PROFUNDIDAD DE INFLUENCIA BAJO LA CARGA DE LA RUEDA EQUIVALENTE

Distancia entre ejes(S)¿ 2.037m =80.20plg 2S¿160.40plg

Radio de contacto

r=√ Pρπ

Sustituyendo:

; r=10.29 plgr=√ 36596.73 lbs

110 lbs / plg2(π )

PI PI

80.20S=

59.62d=

160.4

02S=

29.81

d/2=

z=K √ P

DondeK=Constante de diseño (valor constante igual a 0.095) P=¿Carga Total de diseño

Datos de diseñoK=¿0.095 P=¿150Ton≈ 36596.73 lbs

CALCULO DEL ESFUERZO BAJO EL ÁREA DE CONTACTO DE CARGA

Área de contacto del neumático

a=π r2 ;

Datos de proyecto

r=10.29plg

PRESIÓN DE CARGA DE DISEÑO

P=36596.73 lbs332.64 plg 2

P=110.02lbs / plg2

INFLUENCIA DEL SISTEMA DUAL PARA EL CAMINO DE ACCESO

Sustituyendo: a=π (10.29)2 ; a= 332.64plg2

Sustituyendo:

z=0.095√36596.73 lbs ; z=18.17 plg

Datos del sistema S=80.20plg.r=10.29 plgd= S -2rd= 80.20plg – 20.58 plgd= 59.62plg

PI PI

80.20S=

59.62d=

160.4

02S=

29.81

d/2=

OBTENCIÓN DE CARGA EQUIVALENTE MEDIANTE EL MÉTODO GRAFICO

Método grafico para encontrar la carga de la rueda de diseño equivalente a un sistema dual De acuerdo a l método grafico la carga equivalente del sistema es (C-E) =80 500lbs/plg2

Empleo del nomograma para la obtención del espesor de diseño del pavimento para el area de

estacionamiento y el patio de maniobras.

CE

Z=54,63

Ec=5.8 ×105 psi

MR= 640 psi

Cd=1.20

J=2.85

El espesor del pavimento es de 5.8plg de acuerdo al diseño realizado por el método MÉTODO AASHTO

Espesor de pavimento de concreto hidráulico es de 14.73cm ≈15cm

Por lo cual la sección tipo para la construcción del pavimento rígido en el área de estacionamiento y el patio de

maniobras es el siguiente:

∆ PSI=¿2.00

(C-E) =80 050lbs/plg2

SO=0.39R=65 %

1 2

3

4

5

1 Banqueta

2 Guarnición

3 Concreto Hidráulico

4 Base hidráulica

5 Terraplén

0.1

50

.20

0.2

8

Espesores(m)

Características de los materiales para la formación del pavimento rígido en el área de estacionamiento y patio de

maniobras:

5.- TERRAPLÉN

CARACTERÍSTICAS DEL TERRAPLÉN

El terraplén alcanzara un grado de compactación del 90%, tendido en capas de 20 cm de espesor con aplicación de

agua y terminado en superficie, se utilizara un 75% de arena y 25% de grava, como lo indica el anexo BI

especificaciones particulares del proyecto.

CARACTERÍSTICAS VALORlimite líquido,%, máximo 50Valor de Soporte de California (CBR)⁽¹⁾; %,mínimo 5Expansión,%, Máxima 5 Grado de compactación 90

4.- BASE HIDRÁULICA

CARACTERÍSTICAS DE LA BASE HIDRÁULICA

La base hidráulica se formara con material de ¾” a Finos, compactada al 100% Respecto a la masa volumétrica seca

máxima obtenida mediante la prueba AASHTO, estabilizada con 3% de cemento en peso

MALLAPORCENTAJE QUE PASAABERTURA

MM DESIGNACIÓN

37.5 1½" 10025 1" 70 - 10019 ¾" 60 - 100

9.5 ³/₈" 40 - 1004.75 N°4 30 - 80

2 N°10 21 - 600.85 N°20 13 - 44

0.425 N°40 8 - 310.25 N°60 5 - 230.15 N°100 3 - 17

0.075 N°200 0 - 10

Requisitos de calidad de los materiales para base de pavimento con carpeta de concreto hidráulico

CARACTERÍSTICAS VALOR%

limite líquido,%, máximo 25

Índice de plasticidad , máximo 6

Equivalente de arena, mínimo 40

Valor de Soporte de California (CBR)⁽¹⁾; %,mínimo 80

Desgaste los ángeles, máximo 35

Partículas alargadas y lajeadas, máximo 40

 Grado de compactación[1] 100

3.- CONCRETO HIDRÁULICO

CARACTERÍSTICAS PARA EL PAVIMENTO DE CONCRETO HIDRÁULICO

Para la construcción de la superficie de rodadura se empleara un pavimento de concreto armado con doble malla Electrosoldada de 6x6-4/4, con concreto premezclado MR = 45 kg/cm2 de hasta 20 cm de espesor, elaborado con Cemento CPO-30 RS

X.- CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

TRABAJOS PRELIMINARES.

DESPALME

Para poder garantizar la capacidad de carga que requiere el proyecto y de acuerdo a los sondeos realizados en sitio se deberá despalmar una capa de 48 cm de espesor (en promedio), debido a que se encuentra contaminado con material vegetal, además de presentar compacidad baja y en algunas zonas se encuentra en estado suelto este trabajo asegura el desplante de la cimentación así como la colocación del material de terraplén y sub-base para la conformación del pavimento rígido.

El material de despalme se retirara de la obra ya que dicho material no cumple con los requisitos de calidad para la formación de base- hidráulica como lo marca en la norma N-CMT-4-02-002/11.

PREPARACIÓN DE LA SUPERFICIE

Se rellenara los huecos resultantes de los trabajos de del despalme con material compactado, así mismo se compactará el terreno natural o el despalme, en el área de desplante, en un espesor mínimo de 20cm y una compactación similar a la del terreno.

CIMENTACIÓN

De acuerdo a lo anterior y en base a los resultados de las pruebas de laboratorio así como la verificación de los estados límite de falla y servicio de la cimentación en el Taller Industrial, Archivo, Subestación eléctrica así como la Oficina Administrativa, se puede concluir que la presión ejercida por las diferentes instalaciones no sobrepasan la capacidad de carga del terreno para la cimentación propuesta como lo para las zapatas corridas en el área de taller, la subestación eléctrica y el área destinada como archivo, así como la losa de cimentación en el edificio administrativo.

Para los trabajos de construcción de la cimentación se deberá realizar lo siguiente: Para los trabajos de excavación se deberá realizar por medios mecánicos con el fin de agilizar el proceso, hasta la profundidad de desplante indicada para cada cimentación durante este proceso y para la construcción de la cimentación es necesario abatir el nivel de aguas freáticas (NAF), esto debido a que este se encuentra a 1.62m de profundidad en promedio por lo cual este se encuentra por encima del nivel de desplante.

Recomendaciones:

Las excavaciones para cimentación, deberán tener la holgura (sobreexcavación) de 10 cm por lado para que sea posible construir el tipo de cimentación proyectada. Esta holgura estará en función de la profundidad.

Para el proceso de excavación será necesario, abatir el NAF a fin de permitir que los trabajos se efectúen en condiciones relativamente secas. El abatimiento se logrará mediante el bombeo, para conservar una excavación libre de agua, se debe mantener a una profundidad, por lo menos de 60 cm o, preferentemente, a 150 cm por debajo del fondo de la excavación.

PAVIMENTO RÍGIDO

En base al diseño del pavimento rígido por medio del MÉTODO AASHTO, el cual a diferencia de otros métodos, éste introduce el concepto de serviciabilidad en el diseño de pavimentos como una medida de su capacidad para brindar una superficie lisa y suave al usuario, por lo cual se determino los siguientes espesores óptimos para su construcción:

SECCIÓN TIPO PARA LA CONSTRUCCIÓN DEL PAVIMENTO

1 2

3

4

5

1 Banqueta

2 Guarnición

3 Concreto Hidráulico

4 Base hidráulica

5 Terraplén

0.1

50

.20

0.2

8

Espesores(m)

Características de los materiales para la formación del pavimento rígido en el área de estacionamiento y patio de

maniobras:

5.- TERRAPLÉN

CARACTERÍSTICAS DEL TERRAPLÉN

El terraplén alcanzara un grado de compactación del 90%, tendido en capas de 20 cm de espesor con aplicación de

agua y terminado en superficie, se utilizara un 75% de arena y 25% de grava.

REQUISITOS DE CALIDAD DE LOS MATERIALES PARA TERRAPLÉN

CARACTERÍSTICAS VALORlimite líquido,%, máximo 50Valor de Soporte de California (CBR)⁽¹⁾; %,mínimo 5Expansión,%, Máxima 5 Grado de compactación 90

4.- BASE HIDRÁULICA

CARACTERÍSTICAS DE LA BASE HIDRÁULICA

La base hidráulica se formara con material de ¾” a Finos, compactada al 100% Respecto a la masa volumétrica seca

máxima obtenida mediante la prueba AASHTO, estabilizada con 3% de cemento en peso.

MALLAPORCENTAJE QUE PASAABERTURA

MM DESIGNACIÓN

37.5 1½" 10025 1" 70 - 10019 ¾" 60 - 1009.5 ³/₈" 40 - 100

4.75 N°4 30 - 802 N°10 21 - 60

0.85 N°20 13 - 440.425 N°40 8 - 310.25 N°60 5 - 230.15 N°100 3 - 17

0.075 N°200 0 - 10

Requisitos de calidad de los materiales para base de pavimento con carpeta de concreto hidráulico

CARACTERÍSTICAS VALOR%

limite líquido,%, máximo 25

Índice de plasticidad , máximo 6

Equivalente de arena, mínimo 40

Valor de Soporte de California (CBR)⁽¹⁾; %,mínimo

80

Desgaste los ángeles, máximo 35

Partículas alargadas y lajeadas, máximo 40

 Grado de compactación[1] 100

3.- CONCRETO HIDRÁULICO

CARACTERÍSTICAS PARA EL PAVIMENTO DE CONCRETO HIDRÁULICO

Para la construcción de la superficie de rodadura se empleara un pavimento de concreto armado, con concreto premezclado MR = 45 kg/cm2 de hasta 15 cm de espesor, elaborado con Cemento CPO-30 RS

En base a lo expuesto se recomendó lo siguiente:

TRABAJOS DE CONFORMACIÓN DEL PAVIMENTO RÍGIDO PARA EL ÁREA DE ESTACIONAMIENTO Y PATIO

DE MANIOBRAS

MAQUINARIA MÍNIMA NECESARIA PARA FORMACIÓN DE TERRAPLÉN

Para la formación de terraplén es necesario contar con el equipo necesario para realizar los trabajos de acuerdo al programa de obra que se tenga contemplado la maquinaria necesaria para estos trabajos es:

MOTOCONFORMADORA: Para el extendido y conformación de terraplenes, que cuente con cuchillas cuya longitud sea mayor a 3.65m y con distancia entre ejes mayores a 5.8m, esto con la finalidad de que los procesos de mezclado y conformación del material se realicen de manera eficiente. COMPACTADORA: Para el aumento de densidad de las capas de material y alcanzar el grado de compactación de proyecto, será necesario el empleo de un rodillo vibratorio esto debido a que el material que se empleara para la formación del terraplén y base se trata de materiales granulares, el peso del rodillo será de por lo menos de 55.7 kN y un diámetro del tambor de 1.19m.

PIPA DE AGUA: Se empleara para la hidratación del material, a fin de alcanzar la humedad óptima y así obtener el grado de compactación de proyecto.

CARACTERÍSTICAS DE LOS MATERIALES PARA LA FORMACIÓN DE TERRAPLÉN Y BASE HIDRÁULICA

TERRAPLEN Y BASE HIDRÁULICA

Para la formación del cuerpo de terraplén se utilizara la mezcla mecánica de se utilizara un 75% de arena y 25% grava.

La base hidráulica se formara con material de ¾” a Finos, compactada al 100% Respecto a la masa volumétrica seca

máxima obtenida mediante la prueba AASHTO, estabilizada con 3% de cemento en peso

CONTROL DE CALIDAD

Para el control de calidad durante el proceso de construcción se verificara el Grado de Compactación de su Masa Volumétrica seca Máxima obtenida mediante la prueba AASHTO Estándar (Proctor Estándar), del material compactado con el contenido de agua óptimo de la prueba de las Terracerías. Se realizaran muestreos a cada 10 m lineales tendidos y compactados en espesores no mayores a 20cm, de acuerdo a la Selección de los elementos por muestra mediante la tabla de números aleatorios, indicado en la Norma N-CAL-1-01/05 (EJECUCIÓN DEL CONTROL DE CALIDAD DURANTE LA CONSTRUCCIÓN) expedido por la Secretaría de Comunicaciones y Transporte (SCT).

La compactación se realizara en capas no mayores a 20cm y se compara el grado de compactación hasta alcanzar el 95 y 100 % Proctor Estándar para material de terraplén y base respectivamente, esta última con espesor de 15 cm. Los

trabajos se realizara longitudinalmente, de la las orillas hacia el centro, con un traslape de cuando menos la mitad del ancho del compactador en cada pasada.

A continuación se describen los trabajos necesarios para la conformación del pavimento:

PARA LA CONSTRUCCIÓN DEL PAVIMENTO SE RECOMIENDA LO SIGUIENTE:

La capa de soporte se debe compactar a la densidad especificada y cumplir las tolerancias en cuanto a los alineamientos horizontal y vertical

INSTALACIÓN DE CANASTAS CON VARILLAS DE TRANSFERENCIA DE CARGA

En los sitios previstos para las juntas transversales de contracción se fijan a la superficie canastas metálicas con varillas lisas de diámetro, longitud y separación, colocadas a una altura igual a la mitad del espesor de las losas.

Se debe asegurar la perfecta alineación de las varillas en la canasta, para prevenir daños posteriores en la junta.

Para minimizar los esfuerzos de tracción en el concreto durante la etapa de fraguado, así como las posibilidades de que se produzca “bombeo”, se coloca una lámina impermeable sobre el soporte del pavimento

INSTALACIÓN DE VARILLAS DE AMARRE

Cuando se va a trabajar con una máquina que permite pavimentar dos carriles al tiempo, las varillas de amarre se colocan en la posición prevista para la junta longitudinal.

-FORMALETAS FIJAS PARA LA CONSTRUCCIÓN DEL PAVIMENTO

Las formaletas, generalmente metálicas, deben tener una altura igual al espesor de diseño del pavimento y se deben

anclar firmemente al soporte para resistir el empuje lateral del concreto fresco y ofrecer apoyo al equipo de

pavimentación, cuando se trate de rodillos vibratorios o de reglas

- ELABORACIÓN DE CONCRETO

Se recomienda la utilización de concreto premezclado que cumpla con las características del proyecto además de

seguir un riguroso control de calidad, basado en pruebas de revenimiento así como pruebas de resistencia a los 28

días de fraguado y así verificar el modulo de resistencia (MR) indicado en el proyecto.