pavimento rigidos

5/8/2018 pavimento rigidos - slidepdf.com

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IntroducciónLa infraestructura vial incide mucho en la economía de nuestro país por el granvalor que tiene en ésta, pues al alto costo de construcción, mantenimiento orehabilitación hay que adicionarle también los costos que se derivan por el malestado de las vías, por eso los nuevos ingenieros que se dediquen a esta rama de

la profesión se enfrentaran a un reto muy importante que es el de proporcionar estructuras de pavimentos eficaces con presupuestos cada vez mas restringidos.Dentro del contexto del diseño de pavimentos se acepta que el dimensionamientode estas estructuras permite que se establezcan las características de losmateriales de las distintas capas del pavimento y los espesores, de tal forma queel pavimento mantenga un ³índice´ de servicio aceptable durante la vida deservicio estimada.El método que se describe en este documento está encaminado a dar unaaproximación de las correlaciones empíricas logradas hasta la primera mitad delsiglo XX en el diseño estructural de pavimentos; se ha llegado a este estado delarte aplicando metodologías usadas en otras áreas de la ingeniería que tienen en

cuenta las propiedades de los materiales que constituyen el pavimento; elprocedimiento puede tener el grado de sofisticación que el ingeniero desee. Coneste procedimiento se pueden obtener los esfuerzos, deformaciones y deflexionesproducidas por las cargas a las que esta sometida la estructura (tránsito).Elprocedimiento seguido para el diseño de un pavimento por métodos racionales seplanteo inicialmente por medio de modelos bicapas que posteriormente fuerongeneralizados a tricapas y multicapa.



P A V I M E N T O S

Se llama pavimento al conjunto de capas de material seleccionado que reciben enforma directa las cargas del transito y las transmiten a los estratos inferiores en

forma disipada, proporcionando una superficie de rodamiento, la cual debefuncionar eficientemente. Las condiciones necesarias para un adecuadofuncionamiento son las siguientes: anchura, trazo horizontal y vertical, resistenciaadecuada a las cargas para evitar las fallas y los agrietamientos, edemas de unaadherencia adecuada entre el vehículo y el pavimento aun en condicioneshúmedas. Deberá presentar una resistencia adecuada a los esfuerzos destructivosdel transito, de la intemperie y del agua. Debe tener una adecuada visibilidad ycontar con un paisaje agradable para no provocar fatigas.

Puesto que los esfuerzos en un pavimento decrecen con la profundidad, sedeberán colocar los materiales de, mayor capacidad de carga en las capas

superiores, siendo de menor calidad los que se colocan en las terracerías ademásde que son los materiales que más comúnmente se encuentran en la naturaleza, ypor consecuencia resultan los más económicos.

La división en capas que se hace en un pavimento obedece a un factor económico, ya que cuando determinamos el espesor de una capa el objetivo esdarle el grosor mínimo que reduzca los esfuerzos sobre la capa inmediata inferior.La resistencia de las diferentes capas no solo dependerá del material que laconstituye, también resulta de gran influencia el procedimiento constructivo; siendodos factores importantes la compactación y la humedad, ya que cuando unmaterial no se acomoda adecuadamente, éste se consolida por efecto de las

cargas y es cuando se producen deformaciones permanentes.

TIPOS DE PAVIMENTOS.

Básicamente existen dos tipos de pavimentos: rígidos y flexibles.

El pavimento rígido se compone de losas de concreto hidráulico que en algunasocasiones presenta un armado de acero, tiene un costo inicial más elevado que el

flexible, su periodo de vida varia entre 20 y 40 años; el mantenimiento querequiere es mínimo y solo se efectúa (comúnmente) en las juntas de las losas.

El pavimento flexible resulta más económico en su construcción inicial, tiene unperiodo de vida de entre 10 y 15 años, pero tienen la desventaja de requerir mantenimiento constante para cumplir con su vida útil. Este tipo de pavimento estacompuesto principalmente de una carpeta asfáltica, de la base y de la sub-base..Terracería. Se llama terracería al conjunto de obras compuestas de cortes y



terraplenes, formadas principalmente por la sub-rasante y el cuerpo del terraplén,constituida generalmente por materiales no seleccionados y se dice que es lasubestructura del pavimento. Cuando se va a construir un camino que presente unTPDA (Tránsito Promedio Diario Anual) mayor a 5000 vehículos, es necesario quese construya bajo la sub-rasante una capa conocida como sub-yacente; la cual

deberá tener un espesor mínimo de 50 cm.Pavimento Rigido

Los Pavimentos rígidos constan de un pavimento formado por una losa dehormigón, apoyada sobre diversas capas, algunas de ellas estabilizadas. Sedistinguen diversos tipos en función de la clase de pavimento empleado:

1. Pavimento de hormigón en masa vibrado: Es el más empleado, dada su granversatilidad. Está dividido en losas mediante juntas para evitar la aparición defisuras debido a la retracción del hormigón. Las juntas transversales se disponen adistancias aleatorias comprendidas dentro de un rango de valores (4-7 m) paraevitar fenómenos de resonancia. También pueden emplearse pasadores de aceropara asegurar la transmisión de cargas entre losas. En el caso de no hacerlo,deben inclinarse las juntas.

Pavimento de hormigón en masa con juntas transversales inclinadas

2. Pavimento continuo de hormigón armado: Muy resistente, aunque tambiénexcesivamente caro, por lo que sólo es idóneo para tráfico pesado. Emplea una

cuantía geométrica longitudinal del 0.6%, suprimiéndose las juntas transversales eincluyendo en ocasiones fibras de acero distribuidas aleatoriamente para reforzar su estructura. Plantea pocos problemas de conservación y mantenimiento; estetipo de pavimentos se emplea sobre todo en Estados Unidos, y no tanto ennuestro país.

3. Pavimento de hormigón compactado: Su puesta en obra se realiza medianteextendedoras y compactadoras dada su baja relación agua/cemento ±entre 0.35 y0.40-, por lo que el cemento suele contener un alto porcentaje de cenizas volantespara facilitar su trabajabilidad. Suelen acabarse con una capa de rodadurabituminosa, por lo que se les considera Pavimentos mixtos. Tienen la ventaja de

poder abrirse al tráfico rápidamente.4. Pavimentos de hormigón pretensado: La introducción de tendones de acero

que sometan a compresión a la losa permite reducir considerablemente suespesor y aumentar su longitud. Este tipo de Pavimentos son capaces de soportar grandes solicitaciones, aunque de..



ELEMENTOS QUE CONFORMAN EL PAVIMENTO RIGIDO

Estos pavimentos se conforman por una subbase y por una losa de concreto hidráulico, la

cual le va a dar una alta resistencia a la flexión (figura 4.3). Además de los esfuerzos aflexión y de compresión, este tipo de pavimento se va a ver afectado en gran parte losesfuerzos que tenga que resistir al expandirse o contraerse por cambios de temperatura y

por las condiciones climáticas. Es por esto que su diseño toma como parámetros lossiguientes conceptos (Crespo, 2002):

oVolumen tipo y peso de los vehículos que transitaran por esa vialidad.

oMódulo de reacción de la subrasante.

oResistencia del concreto que se va a utilizar.

oCondiciones climáticas.

El concepto de las características del tránsito puede ser calculado a través de aforos,el de la resistencia del concreto puede proponerse y el de condiciones climáticas puede ser

obtenido de cartas climáticas del Estado de Puebla. Sin embargo, el valor relativo desoporte K está en función de una prueba de placa, la cual es una prueba de penetración que

consta en colocar la defensa de un camión sobre un gato montado en unas placas circulares

de distintos diámetros. Debido a que no se cuenta con el equipo mencionado, este

anteproyecto sólo contendrá el diseño de un pavimento flexible.



VENTAJAS Y DESVENTAJAS

Ventajas y desventajas:

CARACTERÍSTICAS FLEXIBLE RIGIDO

Costo inicial Menos Mas

Mantenimiento Mas, mas Menos

Comodo Mas Menos

Rugosidad Mas Mas

Duración Menos Mas

Distrib. De cargas Areas pequeñas Areas grandes.

Q distribución de cargas.

DISEÑO ESTRUCTURAL DE PAVIMENTOS RIGIDOS

METODO AASHTO.

El método de diseño AASHTO, originalmente conocido como AASHO, fuedesarrollado en los Estados Unidos en la década de los 60, basándose en unensayo a escala real realizado durante 2 años en el Estado de Illinois. A partir delos deterioros que experimentan representar las relaciones deterioro - solicitación

para todas las condiciones ensayadas.

A partir de la versión del año 1986, el método AASHTO comenzó a introducir conceptos mecanicistas para adecuar algunos parámetros a condicionesdiferentes a las que imperaron en el lugar del ensayo original. Los modelosmatemáticos respectivos también requieren de una calibración para lascondiciones locales del área donde se pretenden aplicar. USO DEL METODOAASHTO EN CHILE La primera versión de la guía AASHTO de 1972, fueadaptada en Chile por la Dirección de Vialidad del Ministerio de Obras Públicaspara los efectos de utilizarlas en el diseño de pavimentos. Con posterioridad, una

vez que se publicó la nueva guía para el diseño estructural de pavimentos en 1986y su correspondiente versión mejorada de 1993, esta fue adaptada para el diseñode pavimentos en Chile. METODO AASHTO PAVIMENTOS RIGIDOS. Unpavimento de hormigón o pavimento rígido consiste básicamente en losas dehormigón simple o armado, apoyadas directamente sobre una base o sub-base.MODELO MATEMATICO La fórmula general de diseño, relaciona el número de



ejes equivalentes de 8,16 Ton con el espesor de la losa de hormigón, paradiferentes valores de los parámetros de cálculo. Ecuación de diseño:

En que:

EE = Ejes equivalentes de 8.16 Ton. totales para la vida de diseño.

H = Espesor de las losas en cm.

Rd = Resistencia media a la flexotracción a los 28 días del hormigón.

Cd = Coeficiente de drenaje.

J = Coeficiente de transferencia de carga.

Kd = Módulo de reacción de diseño en Kg/cm3.

E = Módulo de elasticidad del hormigón en Kg/cm2.

P = Pérdida de serviciabilidad = Pi - Pf

Pi = Indice de serviciabilidad inicial. Normalmente se utiliza el valor Pi = 4.5

Pf = Indice de serviciabilidad final. Normalmente se utiliza el valor Pf = 2.0 ó 2.5

CONFIABILIDAD EN EL DISEÑO (R).

La confiabilidad (R) puede ser definida como la probabilidad de que la estructuratenga un comportamiento real igual o mejor que el previsto durante la vida dediseño adoptada.



FACTOR DE CONFIABILIDAD (Fc).

Cada valor de R está asociado estadísticamente a un valor del coeficiente de

STUDENT (Zr). A su vez, Zr determina, en conjunto con el factor "So", un factor deconfiabilidad (Fc).

Donde:

Zr = Coeficiente de Student para el nivel de confiabilidad (R%) adoptado.

So = Desviación normal del error combinado en la estimación de los parámetrosde diseño y modelo de deterioro.

TRANSITO DE DISEÑO (Td).

El tránsito de diseño se obtiene a partir de la ponderación de los ejes equivalentesde diseño (TTE) por el factor de confiabilidad (Fc).

MODULO DE REACCION DE DISEÑO.

Un factor de relativa importancia en el diseño de espesores de un pavimento dehormigón es la calidad del suelo que conforma la subrasante. Esta, usualmente serefiere al módulo de reacción de la subrasante k, que representa la presión de unaplaca circular rígida de 76 cm. de diámetro dividida por la deformación que dichapresión genera. Su unidad de medida es el Kg./cm2/cm. (Kg./cm3).

Debido a que el ensayo correspondiente (Norma AASHTO T222-78) es lento ycaro de realizar, habitualmente se calcula correlacionándolo con otro tipo deensayos más rápidos de ejecutar, tales como la clasificación de suelos o el ensayo

CBR. Sub-r asante: ------------------------(kg /cm3 )C.B.R.<10 % Sub-base gr anular: -------------------------(kg /cm3 )

C.B.R. >10 %



y Kc = Módulo de reacción corregido.y Kb = Módulo de la base.y h = Espesor de la sub-base.

Sub-base rígida: (base r atada) donde:

por último: Las características de drenabilidad se expresan a través deun coeficiente de drenaje de la sub-base (Cd), cuyo valor depende del tiempo enque ésta se encuentra expuesta a niveles de humedad cercana a la saturación ydel tiempo en que drena el agua. El primer factor indicado depende, a su vez, delnivel de precipitaciones de la zona, altura de la rasante, bombeo o inclinacióntransversal, sistema de saneamiento superficial, etc. El segundo factor dependede la calidad de los materiales de sub-base, existencia de drenaje y propiedadesde permeabilidad de la subrasante.

COEFICIENTE DE TRANSFERENCIA DE CARGAS (J). La capacidad de carga representa la capacidad de un pavimento de hormigón detransferir parte de las cargas solicitantes a través de las juntas transversales.

La eficiencia de la transferencia de carga depende de múltiples factores y tiende adisminuir durante la edad con las repeticiones de carga.

Dentro de los factores más importantes de eficiencia se pueden mencionar lossiguientes:

y

Existencia de dispositivos especiales de transferencia de cargas. Esto es,barras de traspaso o zapatas de junturas.y Interacción de las caras de junta transversal. Para el caso de no existir

dispositivos especiales puede existir transferencia por roce entre las carasde la junta. Su eficiencia depende básicamente de la abertura de la junta yde la angulosidad de los agregados.



La abertura de la junta transversal depende principalmente del largo de los paños,la temperatura ambiente en la cual se ejecutó el pavimento y las variacionesperiódicas de la misma.

El efecto de traspaso de cargas se considera en conjunto con el del sistema de

berma, a través de un coeficiente J, cuyos valores se indican en la siguiente tabla:DISEÑO ESTRUCTURAL DE PAVIMENTOS RIGIDOS METODO AASHTO -

1993 Se desarrollará el diseño de pavimento rígido empleando el método AASHTO - 93 basándose en los siguientes antecedentes técnicos y económicos:1. TRANSITO DE DISEÑO. Ejes equivalentes acumulados (en miles): TTE =30.078 [E.E.]

2. CAPACIDAD DE SOPORTE DEL SUELO.

Módulo de Reacción de la Subrasante.

K = 5,3 [Kg/cm³]

3. CONFIABILIDAD EN EL DISEÑO.

Nivel de Confiabilidad: R = 75%

Desviación Normal: So = 0,4

4. SERVIACIBILIDAD.

Índice de Serviciabilidad inicial: Pi = 4,5

Índice de Serviciabilidad final: Pf = 2,0

5. CONDICIONES CLIMATICAS Y DE DRENAJE

Se considera que un 5% del tiempo anual en que la estructura estará expuesta aniveles de humedad cercanos a la saturación, con un tiempo de remoción de aguano superior a un día.

Condición climática benigna, suave.



6. MODULA DE ELASTICIDAD DEL HORMIGON.

E = 300.000 [Kg/cm²]

7. TRANSFERENCIA DE CARGA.

Las losas de hormigón tendrán un largo de 4,5 metros, con barras de traspaso decargas y bermas pavimentadas.

8. RESISTENCIA DEL HORMIGÓN.

Rd = 43 [Kg/cm²] a la flexotracción a los 28 días

9. MATERIALES A EMPLEAR.

CAPAS ESTRUCTURALES ESPESORMINIMO

HORMIGON:

- R28 = 43 [Kg/cm²] a la flexotraccióna los 28 días.

0,15

BASA TRATADA CON CEMNETO:

Con 2,5% cemento en pesoresistente a compresión a los 28 díasde 30 [Kg/cm²] y - Módulo deelasticidad: 7.000 [Kg/cm²]

0,18

BASE GRANULAR: -

Con un Kb:15 - C.B.R = 60%

0,20

SUBRASANTE: - C.B.R = 10%

En la construcción de pavimentos de calles y carreteras existen grandes ventajasque poseen los pavimentos de hormigón. Las principales son las siguientes :



Costos Totales Inferiores: Al comparar diferentes alternativas de pavimentaciónen valor presente neto, generalmente el pavimento rígido resulta más barato. Estose debe principalmente a que los costos de mantenimiento del pavimento rígido

son mucho menores (usualmente sólo se requiere subsanar detalles de sellado de juntas a intervalos de 5 a 10 años). Por otra parte, el pavimento de hormigón tieneuna vida útil más larga que el pavimento asfáltico.

Costo de Oper ación de la Carreter a: Los pavimentos de hormigón al tener unasuperficie plana alargan la vida de los vehículos, evitando que se dañen yminimizando su mantenimiento. El costo de consumo de combustible se reducehasta en un 20% para camiones tipo trailer.

Costo Social de Mantenimiento: Para el recapado periódico de los pavimentosde asfalto, se requiere ejecutar desvíos que perjudican a vecinos y usuarios. Enlas construcciones con hormigón se minimizan éstos aspectos.

Fuga de divisas: Los asfaltos de uso vial, en Bolivia son importados, originandouna fuga de divisas. Se puede conseguir mejores resultados con materialesnacionales, movilizando nuestra economía y generando fuentes de trabajo.

Facilidad de Construcción: Las plantas dosificadoras ± mezcladoras dehormigón junto al uso de pavimentadoras deslizantes reducen significativamentelos costos de construcción. En pavimentos urbanos se puede usar equipospequeños y encofrados fijos al alcance de cualquier contratista.

Dur abilidad: Las superficies de hormigón duran más. Estadísticamente se ha

demostrado que las carreteras de hormigón han soportado hasta tres veces sucapacidad de carga de diseño y en pavimentos de aeropuertos, el doble. Elhormigón incrementa su resistencia con el tiempo.



Resistencia: El hormigón resiste sin sufrir deterioros los derrames de gasolina ydiesel, así como los efectos de la intemperie. Los pavimentos de hormigóntransmiten bajas presiones al suelo de fundación.

Resistencia a altas temper atur as: El hormigón no es afectado por el calor, no sevuelve pegajoso, ni se volatilizan algunos de sus ingredientes (no escontaminante). En zonas calurosas, (especialmente en áreas urbanas) semantiene fresco, reduciendo la temperatura del entorno.

Indeformabilidad: En las zonas de frenado y arranque de vehículos pesados, elhormigón no se deforma.

Textur a: La superficie del pavimento de hormigón se puede hacer tan segura(antiderrapante) como se quiera, gracias a las diversas técnicas disponibles paradarle textura, ya sea durante la construcción o una vez que el pavimento haestado en servicio y requiera de una mayor resistencia al deslizamiento.

Drenaje: Al no deformarse ni encharcarse las superficies de concretoproporcionan un buen drenaje superficial para el agua de lluvia.

Seguridad: Por su planicidad y textura, El fenómeno del hidroplaneo de vehículos(deslizamiento en superficies mojadas), tiene menores posibilidades de producirseen superficies de hormigón.

Estética y seguridad peatonal: Para dirigir el tráfico peatonal y vehícular por rutas más seguras, el estampado o color en el hormigón permite marcas

duraderas.

Economía en capa base: El hormigón reduce sustancialmente el espesor de lacapa base, reduciendo el impacto ambiental y solicitando menores volúmenes demateriales pétreos. Esta cualidad también reduce los volúmenes de excavación.



Economía en Iluminación: La superficie clara de hormigón es tres veces másreflejante que la de asfalto. Se puede ahorrar hasta un 30% de energía y se brindamayor seguridad durante la noche, debido a que los faros de los vehículos,

reflejan mejor la luz en el hormigón.

Rapidez de puesta en obr a: Con el hormigón se pueden alcanzar altasresistencias en cuestión de horas. La resistencia del hormigón se puede predecir ycontrolar con mayor facilidad.

Limpieza: La superficie de hormigón es muy plana y fácil de limpiar.

Ahorro de energía: No se requiere calentar ninguno de los ingredientes paraelaborar el hormigón (se ahorra combustibles). En la elaboración del concretoasfáltico, los agregados y el asfalto deben calentarse a temperaturas elevadas,manteniendo altas temperaturas dependiendo del tiempo de transporte y colocado.

Contaminación: La mezcla asfáltica siempre contamina al ser colocada, aunque

si se trata de mezclas en caliente o en frío e indepenientemente de una carpeta ode un bacheo rutinario. El hormigón no contamina durante su colocación.

Repar aciones: El hormigón se repara fácilmente, bajo cualquier condiciónclimática, se pueden emplear una gran cantidad de aditivos que permiten efectuar todo tipo de trabajos con gran rapidez y eficiencia.

Señalización: Todo tipo de marcas, pinturas y señalamientos duran más cuandose colocan sobre hormigón.

Aeropuertos: No existe sustituto a los pavimentos de hormigón para aeropuertos,debido a:



y Superior capacidad de carga.y Resistencia de reserva para sobrecargas no previstasy Resistencia a la deformación.y

No se pierden partículas que podrían ser dañinas para turbinas y partes delos aviones.y Excelente visibilidad para aterrizajes.y Textura superficial permanente para prevenir ³acuaplaneo´ y

resbalamientos.y Menor acumulación de calor sobre la superficie del pavimento.y No se requieren recapamientos periódicos ni cerrar aeropuertos para

reparaciones.y Construcción rápida y económica.y Planificación de larga vida.

La posibilidad de ejecutar recapamientos de hormigón sobre pavimentos de asfaltoen aeropuertos se viene utilizando desde hace 60 años con excelentes resultados.Pavimentos de hormigón de endurecimiento rápido pueden ser construidos yabiertos al tráfico en 12 horas.

Tecnología: Existen equipos de pavimentación con hormigón muy diversos,sencillos y económicos con uso extensivo de mano de obra y de alto rendimiento

para carreteras.

Investigación y Desarrollo La investigación de temas referidos a la tecnologíadel hormigón constantemente obtiene nuevos resultados. El desarrollo desobrecapasultradelgadas de hormigón de alta resistencia, reforzado con fibrassintéticas de entre 7,5 a 10 cm de espesor, colocadas sobre asfalto deteriorado,conforma un ³paquete estructural compuesto´ de excelentes características y a unprecio menor al de un recapamiento asfáltico y por supuesto, con mayor durabilidad.

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