(Microsoft Word - Dise\361o de Pavimiento-urpicha)UNIVERSIDAD ANDINA DEL CUSCOPROYECTO: PAVIMENTACION DEL PASAJE URPICHA EN LA URB. BANCOPATA, DISTRITO DE SANTIAGO, PROVINCIA CUSCO - CUSCOJavier Rodrigo Arenas Lazarte & John Arthur Zapata GutirrezDISEO DE PAVIMENTO1. GENERALIDADES.El tipo de pavimento a construir en el pasaje Urpicha de la Urb. Bancopata ser Rgido, de Concreto de Cemento Portland, el cual se dimensiono siguiendo la metodologa de diseo de la PCA (Portland Cement Asociation) y Mtodo AASHTO 93, el que estar constituido por una losa de Concreto apoyada sobre una capa de base de material seleccionado y sta a su vez apoyada sobre el terreno de fundacin compactado.Grfico 01.01.01. Corte esquemtico de un pavimento rgido2. JUNTAS EN LOS PAVIMENTOS DE CONCRETOLa funcin de las juntas consiste en mantener las tensiones que se desarrollan en la estructura del pavimento dentro de los valores admisibles del concreto o disipar tensiones debido a agrietamientos inducidos debajo de las mismas juntas.2.1. TIPOS DE JUNTAS A UTILIZAR EN LA PAVIMENTACINA continuacin enfocaremos el marco terico de los tipos de juntas que se disearan en los diseos del proyecto:2.1.1. Juntas Longitudinales:Estas juntas son paralelas al borde o al eje de la va, bsicamente son juntas de construccin y se les hace coincidir con el ancho de la va. Se emplea para evitar la formacin de grietas longitudinales irregulares y para permitir la construccin de carriles, espacindose a intervalos de 2,5 cm a 4 m; coincidiendo generalmente con las lneas divisorias de los carriles.La profundidad de la ranura superior de estas juntas no debe ser menor de 1/4 del espesor de la losa del pavimento y un ancho variable de hasta 2 cm, que posteriormente ser sellado con silicona adherente o sellantes lquidos.2.1.2. Juntas Transversales:Son las que se ubican perpendicularmente a las juntas longitudinales y sirven para los esfuerzos producidos por las contracciones y dilataciones, adems de evitar las fisuras provenientes de la disminucin de la temperatura y de la retraccin del fraguado.Estas juntas son:- Juntas de contraccin.- Juntas de dilatacin.- Juntas de construccin.La tendencia es convertir las juntas de construccin en juntas de contraccin y dilatacin.2.1.3. Juntas de Contraccin:Estas juntas tienen por funcin direccionar las fisuras producidas por la contraccin de la losa, la profundidad de esta junta generalmente es de 1/4" del espesor de la losa, el ancho es de 3 a 10 mm, se puede usar diamantinas para cortar de lo contrario se usa platinas, no es necesario de refuerzo a menos que el trnsito sea muy pesado.2.1.4. Juntas de Dilatacin:Su finalidad es disminuir los esfuerzos de compresin en los pavimentos de concreto, dejando un espacio entre placas para permitir su libre movimiento, cuando por aumento de temperatura tiende a expandirse, de esta manera la losa trabaja a flexin y corte, a mayor abertura mayor flexin.La separacin de estas juntas son generalmente de 100 a 120 m, depende de latemperatura y de los agregados que son anormalmente expansivos; el espesor varia de1/2 a 3/4".3. DISEO ESTRUCTURAL DE PAVIMENTOS MTODO PCA (Asociacin de Cemento Portland)El mtodo de la PCA considera dos criterios de diseo:- Fatiga.- Erosin.El Anlisis por fatiga (para controlar el agrietamiento), influye principalmente en el diseo de pavimentos de trfico ligero (calles residenciales y caminos secundarios independientemente de Si las juntas tienen no pasajuntas) y pavimentos con trfico mediano con pasajuntas.El anlisis por erosin (para controlar la erosin del terreno de soporte, bombeo y diferencia de elevacin de las juntas), influye principalmente en el diseo de pavimentos con trfico de mediano a pesado, con transferencia de carga por trabazn de agregados (sin pasajuntas) y pavimentos de trfico pesado con pasajuntas.Como el pavimento a disear es de trfico ligero, el anlisis por fatiga influye principalmente, debido a que le da prioridad al control del agrietamiento, a diferencia del anlisis por erosin que controla la erosin del terreno de soporte, el bombeo y la diferencia de elevacin en las juntas.Las variables del diseo del pavimento en el orden desarrollado son:- Capacidad de soporte del suelo.- Periodo de diseo.- Carga de diseo.- Mdulo de diseo del concreto.- Espesor de la losa.- Consumo del concreto por fatiga y erosin.- Transferencia de carga.3.1. DETERMINACIN DE LA CAPACIDAD DE SOPORTE DEL SUELO (K, Kc)La capacidad de soporte de un suelo se expresa en trminos del Mdulo de reaccin de la sub rasante llamada "K"; este valor se modifica debido a la colocacin de una base granular o deuna base suelo cemento, determinando un valor de reaccin combinado Kc del suelo mejorado, el cual se calcula con el Cuadro 01.01.02:Grfico 01.01.02. Estructura del pavimento.El mdulo de compacidad de soporte de la sub rasante K se obtiene de la prueba de carga directa (Ensayo en Placa) pero tambin se puede obtener en forme indirecta a partir del CBR de diseo o CBR representativo usando el baco siguiente:Grfico 01.01.03. baco - Relacin entre K y CBR.Este valor "K" para el proyecto en estudio ser obtenido de la correlacin a partir de la relacin soporte de California (CBR) mediante las ecuaciones de la curva logartmica las cuales se obtuvieron de mismo programa de Excel. CBR = 10. 0 % (Valor ms crtico de los ensayos realizados en la Av. Sucre)El valor de K lo obtenemos de la correlacin a partir del CBR segn la primera frmula para , como se muestra a continuacin:Asumimos una base granular de 20 cm de espesor, hallamos el K combinado "Kc" aplicando el siguiente cuadro:Cuadro 01.01.01. Incremento en el valor K del suelo, segn el espesor de una base granularInfluencia de las bases no tratadas en los valores de kK (kg/cm3)(subrasante)Valor de k (kg/cm3) sobre la base de espesor10 cm15 cm20 cm22.5 cm25 cm1.41.82.12.32.42.632.12.73.03.273.43.672.83.63.94.234.44.75.56.16.47.137.57.978.38.99.19.910.310.83Entonces determinamos el Kc , con k = 4.12 kg/cm3 interpolando como sigue a continuacin: 3.2. DETERMINACIN DEL PERIODO DE DISEO (T):Remplaza al concepto tradicional de vida de pavimento, porque este ltimo no est sujeto a una definicin precisa. Un pavimento rgido tiene una vida usual entre 20 y 40 aos, se escogi el diseo para 20 aos; el cual se requerir para proyectar la cantidad de trnsito futuro que deber resistir el pavimento.3.3. DETERMINACIN DEL TRNSITO DE DISEO3.3.1. Conteo Vehicular.-Segn el conteo vehicular realizado para el proyecto tenemos:Cuadro 01.01.02. Cuadro de Conteo VehicularTIPO DE VEHICULOIMD (SIN PROYECTO)IDAVUELTAAUTOMOVILES2020STATION-WAGON77CAMIONETA PICK-UP33CAMIONETA PANEL11CAMIONETA RURAL11CAMION C222TOTAL (TPD)3434El Nmero de camiones esperado durante el periodo de diseo viene a ser el nmero de aplicaciones de carga equivalentes a la de un eje simple de 18000 libras que se producir durante el periodo de diseo del pavimento.El mtodo de la PCA descarta el trfico ligero debido a que su impacto es mnimo, sin embargo debido a que el trnsito es bsicamente ligero segn el conteo vehicular, emplearemos todos estos vehculos para determinar el trnsito promedio diario anual.3.3.2. Factor de Sentido.-Dado que los datos del aforo son en un solo sentido, entonces el factor de sentido a emplear ser de 1.00.3.3.3. Factor de Carril.-Elegimos el factor de carril de diseo segn el siguiente cuadro:Cuadro 01.01.03. Cuadro Factor de Carril de diseo% de transito total de camiones en el carril de diseoN Carriles% Camiones en el carril de diseo1100%250%445%35%-48%640%25%-48%Para nuestro caso asumiremos un porcentaje del 100% ya que contamos solo con un carril.3.3.4. Factor de Crecimiento Anual.-Para conocer el factor de crecimiento anual se requiere nicamente el perodo de diseo, en aos, y la tasa de crecimiento anual a partir de la siguiente frmula: 3.3.5. Factor de Sentido.-El factor de sentido se emplea para diferenciar las vialidades de un sentido de las de doble sentido, de manera que para vialidades en doble sentido se utiliza un factor de 0.5 y para vialidades en un solo sentido un factor de 1.0.Para nuestro caso el factor de sentido ser de 1.0 ya que contamos con un solo sentido.3.3.6. Repeticiones Esperadas para cada Tipo de Eje.-Ya que conocemos los tipos de vehculos y la cantidad de ellos (repeticiones esperadas) que van a circular sobre el pavimento, a continuacin se separa la repeticin para cada tipo de eje.Para esto tomaremos el valor promedio de peso, ya que algunos vehculos van cargados y otros vacos:Cuadro 01.01.04. Cuadro Resumen de Repeticiones Esperadas en el periodo de DiseoTIPO DE VEHICULOTIPO DE EJEPESO PROM. (TN)*PESO PROM. (kips)REPETICIONES AL AOREPETICIONES EN LA VIDA TILAutomovilesSimple1.834.0329,200784,604Station-WagonSimple1.493.2810,220274,611Camioneta Pick-UpSimple3.116.864,380117,691Camioneta PanelSimple2.826.221,46039,230Camioneta RuralSimple3.146.921,46039,230Camion C2Simple6.0013.232,92078,460TOTAL49,6401,333,827* Monografa de Pasanta - Propuesta de Clasificacin de Vehculos, Carroceras y Configuracin del Transporte de Carga yPasajeros por Carretera - Edmundo W. Vidal Snchez - Pasante MTC (Per) - Proyecto Andestad3.4. DETERMINACIN DEL FACTOR DE SEGURIDAD:El factor de seguridad antiguamente considerado como factor de impacto, es el factor por el que hay que multiplicar las cargas, para obtener las cargas de diseo y debe ser considerada con las siguientes consideraciones:- Se usa FS = 1.20 para vas interestatales y otros proyectos de vas mltiples de trfico elevado y volumen de trfico de camiones.- Se usa FS = 1.10 para carreteras y calles arteriales donde haya un volumen moderado de trnsito de camiones.- Se usa FS = 1.00 para carreteras, calles residenciales, y otras calles que llevan un bajo volumen de trfico de camiones.Como la va en estudio cuenta con un trfico normal, por lo que se usar un factor de seguridad de FS = 1.003.5. DETERMINACIN DE LA CARGA DE DISEO (CD):Para el diseo consideraremos la trasmisin de carga por eje simple debido a que el rea de contacto es menor en este, a comparacin a los ejes tndem o tridem (el esfuerzo producido por una carga es mayor si el rea de transmisin es menor: = F/A)Por tanto, la Carga de Diseo es la carga por eje simple promedio que se repite con ms frecuencia y no produzca fatiga, por lo tanto consideraremos como carga de diseo 9 Tn.La carga de diseo ser determinada multiplicndola por el Factor de Seguridad (FS = 1.00)Del baco anterior, asumiremos 17 cm como espesor de losa del pavimento.3.7. ANLISIS POR FATIGADeterminaremos el esfuerzo equivalente por fatiga para la condicin de eje simple con apoyo lateral, cuyo espesor de losa de pavimento de 17 cm y kc = 6.55 kg/cm3, interpolando los datos de la siguiente tabla:Cuadro 01.01.05. Clculo de Esfuerzo equivalente con apoyo lateralEspesor losa [cm.]K - Mdulo de reaccin sub-rasante [Kg/cm3]2468101520SimTanSimTanSimTanSimTanSimTanSimTanSimTan1233.628.229.524.627.423.126.022.224.921.623.120.821.920.41330.225.626.622.224.720.823.419.922.519.420.918.619.918.11427.423.424.120.222.418.921.318.020.517.519.116.718.216.21525.021.522.018.520.517.219.516.418.815.917.515.116.714.61622.919.920.217.118.815.818.015.117.314.616.113.815.513.31721.118.518.615.817.414.616.613.916.013.414.912.614.312.11819.617.217.314.716.113.515.412.914.812.413.911.613.311.2Entonces determinamos el esfuerzo equivalente, interpolando como sigue a continuacin: 3.8. ANLISIS POR EROSINPara la condicin eje simple con berma de concreto con juntas con pasadores, cuyo espesor de losa de pavimento de 17 cm y kc = 6.55 kg/cm3, interpolando los datos de la siguiente tabla:Cuadro 01.01.06. Factor de ErosinEspesor losa [cm.]K - Mdulo de reaccin sub-rasante [Kg/cm3]2468101520SimTanSimTanSimTanSimTanSimTanSimTanSimTan123.13.13.03.03.02.93.02.93.02.92.92.82.92.8133.03.02.92.92.92.92.92.82.92.82.82.82.82.7142.93.02.82.92.82.82.82.82.82.72.82.72.72.7152.82.92.82.82.72.72.72.72.72.72.72.62.72.6162.72.82.72.72.72.72.62.62.62.62.62.62.62.5172.62.82.62.72.62.62.62.62.52.52.52.52.52.5182.62.72.52.62.52.62.52.52.52.52.52.42.42.4Grfico 09.04.01. baco - Factor Razn de Esfuerzos.Del baco con factor de fatiga de 0.16 y para la carga de 6 Tn. su consumo es ilimitadoGrfico 09.04.02. baco - Factor de ErosinDel baco con factor de erosin de 2.6 y para la carga de 6 Tn. resulta ilimitado.Cuadro 01.01.07. Diseo del PavimentoPLANILLA DE CLCULO DE ESPESORESValor CBR subrasante: 10.00 % Mdulo k de subrasante: 4.92 kg/cm3 Modulo k combinado: 6.55 kg/cm3Modulo de rotura: 40.0 kg/cm2Factor de Seguridad de carga: 1.0Periodo de Diseo: 20 aos Juntas con pasadores: Si Berma de concreto: SiEspesor de losa:20.0 cmEspesor sub base:20.0 cmCARGA POR EJE (kips)CORRECCIN CARGA POR LSFREPETICIONES EN EL PERIODO DE DISEOANLISIS POR FATIGAANLISIS POR EROSINREPETICIONES ADMISIBLESACUMULACIN DE FATIGAREPETICIONES ADMISIBLESACUMULACIN EROSINEsfuerzo equivalente: 17.18 Factor de Erosin 2.60Relacin de esfuerzos: 0.43EJES SENCILLOS6.006.0078,460Ilimitado0.00%Ilimitado0.00%3.143.1439,230Ilimitado0.00%Ilimitado0.00%3.113.11117,691Ilimitado0.00%Ilimitado0.00%2.822.8239,230Ilimitado0.00%Ilimitado0.00%1.831.83784,604Ilimitado0.00%Ilimitado0.00%1.491.49274,611ilimitado0.00%ilimitado0.00%SUMA PARCIAL0.00 %0.00 %CONSUMO POR FATIGA0.00 %DAOS POR EROSION0.00 %CONSUMO TOTAL = 0.00 %Cuando la sumatoria de esfuerzos no supera el 100% se considera como satisfactorio, si el resultado es muy bajo se puede considerar como sobredimensionado. (se considera como ideal cuando la sumatoria es cercana al 100%)Norma Tcnica CE. 010 Pavimentos Urbanos recomienda como espesor mnimo de 15 cm, as mismo el pavimento tendr pasadores y para que durante el colocado del concreto se tenga trabajabilidad asumimos un espesor de 20 cmFinalmente la estructura del pavimento:Grfico 09.04.03. Diseo final del pavimento adoptado.20.0 cm20.0 cm4. DISEO DE JUNTAS EN PAVIMENTO4.1. CONCEPTOS FUNDAMENTALESLas juntas consisten en mantener las tensiones que se desarrollan en la estructura del pavimento dentro de los valores admisibles del concreto o disipar tensiones debido a agrietamientos inducidos debajo de las mismas juntas.4.2. CALCULO DE JUNTASLas juntas son discontinuidades que se colocan adrede en el concreto para disipar las tensiones en la estructura del pavimento. Tensiones excesivas se producen debido a contraccin de fraguado del concreto, dilatacin y contraccin trmica, flexin termo- diferencial, variaciones giroscpicas en el material y deformaciones que pudiera transmitir la sub rasante. Es decir, la losa de concreto adquiere cierta flexibilidad en su conjunto debido a las juntas. stas juntas son longitudinales y transversales por su ubicacin en planta; y por su funcin se dividen en juntas de contraccin y juntas de dilatacin.4.3. JUNTA TRANSVERSAL.Recomendaciones de la P.C.A.- La asociacin de Cemento Portland ofrece recomendaciones para la separacin de juntas por contraccin y alabeo, que dependen de la naturaleza del agregado grueso utilizado en la fabricacin del concreto y del espesor de las losas (para las losas de gran espesor rigen otros valores). Se entiende que el tipo de concreto es el generalmente utilizado en pavimentos (fc = 210 Kg/cm2).Cuadro 01.01.08. Recomendaciones del PCA de separacin de juntas.TIPO DE AGREGADOGRUESOSEPARACIN MXIMAJUNTAS TRANSVERSALES (L)SEPARACIN MXIMAJUNTAS LONGITUDINALES (A)PIEDRA PARTIDA GRANTICA6.00 m4.00 mPIEDRA PARTIDA CALCREA6.50 m4.00 mGRAVA SILICIA4.50 m4.00 mGRAVA 3/4"4.50 m4.00 mCANTO RODADO4.50 m4.00 mFUENTE: Manual de Diseo Estructural de Pavimentos Asfalticos y de Concreto.ESPACIAMIENTO DE LA JUNTA TRANSVERSALRemplazando en la ecuacin se tiene: Sin embargo lo recomendable en la cuidad del cusco es de 3.00 m.4.4. JUNTAS DE DILATACIN.Las juntas de dilatacin, tienen por objeto disminuir las tensiones de compresin, proveyendo un espacio entre losas que permita el movimiento del pavimento cuando se expande; stas juntas se colocan a distancias de 130 a 240 metros.4.4.1. Nmero de Barras Necesarias (n):Cuadro 01.01.09. Transmisin de carga en pasadoresCAPACIDAD DE TRANSMISION DE CARGAS EN KG DE LOS PASAJUNTASFIERROJUNTA DE 12mmJUNTA DE 18mmJUNTA DE 25mmLONGITUDRECOMENDADA EN cm3/4"60055050030,001"11001050100032,501 1/2"17001650160035,00 4.4.3. Longitud del pasador (l) Cuadro 01.01.10. Transmisin de carga en pasadoresCAPACIDAD DE TRANSMISION DE CARGAS EN KG SEGN DE LOS PASAJUNTASTIPO DEPASAJUNTAJUNTA DE 12mmJUNTA DE 18mmJUNTA DE 25mmLONGITUDRECOMENDADA EN cm3/4"60055050030,001"11001050100032,501 1/2"17001650160035,00Longitud de pasadores sugeridos: En base a los clculos y recomendaciones por PCA, asumimos: Varilla lisa de 3/4 @0.30m, con una longitud de 50 cm.Grfico 09.04.04. Detalle de Junta de Dilatacin.Acero Liso Estructural 3/4" ASTM A-36Longitud 50 cm @ 30 cm. Junta de Dilatacin Material de Sellado Ver detalle4.5 cm E/2ELosa de Concreto f'c=210 Kg/cm2 Tecknoport 1/2" Casquillo de Expansion Tub. PVC SAP 3/4" L=0.25 m.Detalle de Junta de DilatacinESC. 1:20Detalle de Junta de Dilatacin12 mm5 mm50 mm Junta sellada con silicona o similar (asfalto diluidoM-30 / arena 1:4)Tecknopor 1/2")4.5. JUNTAS TRANSVERSALES DE CONTRACCIN, CONSTRUCCION.Las juntas de construccin se practicarn cuando el trabajo se interrumpa por ms de 30 minutos o a la terminacin de cada jornada de trabajo; se procurar que las juntas de construccin coincidan con las juntas de contraccin.4.5.1. Nmero de Barras Necesarias (n), segn la PCA:Calculo del nmero de barras: 4.5.2. Espaciamiento de barras: Para juntas transversales en las que el objeto es trasmitir cargas de una losa a otra, permitiendo que las losas se puedan abrir y cerrar, pero mantenindose a la misma altura; se han tenido experiencias que han demostrado que la longitud de las varillas debe estar comprendida entre 30 y 40 centmetros de tal manera que penetren de 15 a 20 centmetros en cada una de las losas. En el mismo acpite indican la tabla obtenida por Bengt F. Friberg (autor de las frmulas utilizadas anteriormente), en la que recomienda longitudes de pasadores de acuerdo al dimetro de la varilla; observndose que para varilla de 3/4" lalongitud mnima recomendada es de 30 centmetros; por lo que se asume que el acero para las juntas transversales ser: Fierro liso de 3/4" @ 0.40 m. con una longitud de 40 cmGrfico 09.04.05. Detalle de Junta de contraccinAcero Liso 3/4"Longitud 40 cm @ 0.40 m. Junta de Contraccin TransversalVer detalle de JuntaE/33 E/2ELosa de Concreto f'c=210 Kg/cm2 Extremo engrasado longitud 20 cm.Detalle de Junta ContraccinESC. 1:20Detalle de Junta de Contraccin6 mm 5 mm30 mm45 mm Junta sellada con silicona o similarSello plstico no adeherente de polietileno9 mm de diametroRanura de orientacin para la fisuracin 3 mmGrfico 09.04.06. Detalle de Junta de construccinAcero Liso 3/4"Longitud 40 cm @ 0.40 m. Junta de Contraccin TransversalVer detalle de JuntaExtremo engrasado longitud 20 cm.3 cm 2 E/2ELosa de Concreto f'c=210 Kg/cm2 Plano de construccin formado por el encofradoDetalle de Junta de ConstruccinESC. 1:20Detalle de Junta de Construccin6 mm 5 mm30 mm Junta sellada con silicona o similarSello plstico no adeherente de polietileno9 mm de diametro Plano de construccin formado por el encofradoLa relacin ancho/ profundidad del sellador de silicona deber ser como mnimo 1:1 ycomo mxiimo 2:1