Diseo de Pavimentos Rgidos

DISEO DE PAVIMENTOS RGIDOSIng. Domingo Vicente RomeroUNIVERSIDAD NESTOR CACERES VELASQUEZESCUELA DE POST GRADOMAESTRIA EN INGENIERIA CIVILMENCION: GEOTECNIA Y TRANSPORTEDISEO AVANZADO DE PAVIMENTOS INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINONDICE DE LA PRESENTACIN2Componentes Principales del SistemaJunta Longitudinal Junta TransversalBarras de UninSubrasante Subbase o baseEspesorCalzada de Hormign Pasadores3FALLAS PRINCIPALES EN PAVIMENTOS RGIDOSFisuracin Longitudinal / TransversalDescripcin: longitudinal pavimento.Fisurascon orientacin otransversalalejedelCausas posibles:

Fisuracin por fatiga: espesor de calzada insuficiente y/o separacin de juntas excesiva.

Reflexindejuntasofisurasdecapas inferiores o losas contiguas.

Prdida de soporte por erosin (T).

Asentamientos diferenciales (L).45Tensiones en Pavimentos RgidosDatos:

Espesor: 25 cm.

Largo: 4,50 m.

Ancho: 3,65 m.

T: 0C.

k: 150 MPa/m

Eje simple 100 KN6Tensiones en Pavimentos RgidosDatos:

Espesor: 25 cm.

Largo: 4,50 m.

Ancho: 3,65 m.

T: 0C.Eje simple 100 kNK: 50 MPa/mK: 100 MPa/mK: 150 MPa/m7Influencia de la Rigidez de apoyo en las tensiones generadasEsubbase = Esubbase = 0

Debido a la falta de soporte la losa deflecta significativamente y se generan elevadas tensiones de flexin.Esubbase = Esubbase = 0

Durante una carga medioambiental, la fundacin acompaa la deformacin de la losa manteniendo su soporte.Caso 1: Fundacin Perfectamente RgidaCaso 2: Fundacin Muy FlexibleDebido a la rigidez de la fundacin, la carga no genera deflexiones ni tensiones en la losa.Durante una carga medioambiental, la fundacin no acompaa la deformacin de la losa y se genera prdida de apoyo.8Tensiones en Pavimentos RgidosDatos:

Espesor: 25 cm.

Largo: 4,50 m.

Ancho: 3,65 m.

T: 10C.E: 35 GPa.

CET: 1,10 10-5 1/CK: 50 MPa/mK: 100 MPa/mK: 150 MPa/m9Descripcin: Movimiento del agua (con material en suspensin) ubicada debajo de la losa o su eyeccin hacia la superficie como resultado de la presin generada por la accin de las cargas.

Causas (deben coexistir):Material fino capaz de entrar en suspensin (arenas finas y limos).Disponibilidad de agua en las capas inferiores del pavimento.Deflexiones excesivas en bordes y esquinas.FALLAS PRINCIPALES EN PAVIMENTOS RGIDOSErosin por Bombeo y Escalonamiento10CargaAguaBase / SubbaseLosa anteriorLosa posteriorFALLAS PRINCIPALES EN PAVIMENTOS RGIDOSErosin por Bombeo y Escalonamiento11CargaBase / SubbaseLosa anteriorLosa posteriorFALLAS PRINCIPALES EN PAVIMENTOS RGIDOSErosin por Bombeo y Escalonamiento12Base / SubbaseLosa anteriorLosa posteriorCargaFALLAS PRINCIPALES EN PAVIMENTOS RGIDOSErosin por Bombeo y Escalonamiento13CargaBase / SubbaseLosa anteriorLosa posteriorFALLAS PRINCIPALES EN PAVIMENTOS RGIDOSErosin por Bombeo y Escalonamiento14CargaBase / Subrasante

Erosin de materialLosa anteriorLosa posteriorEscalonamientoFALLAS PRINCIPALES EN PAVIMENTOS RGIDOSErosin por Bombeo y EscalonamientoAcumulacin de finos15TrnsitoEscalonamiento InicialBanq. ExternaJuntas TransversalesJuntaLongitud.2DA ETAPA

Incremento del escalonamiento

Banq. Externa

Eyeccin de Finos

3ER ETAPA

Fisuracin TransversalBanq. Externa

Eyeccin de FinosErosin por Bombeo y Escalonamiento

1ER ETAPAFALLAS PRINCIPALES EN PAVIMENTOS RGIDOS16Cundo es necesario una subbase?Existe riesgo de erosin por bombeo cuando sepresentanenformasimultnealassiguientes condiciones:Repeticionesreiteradasdecargaspesadas (camiones) capaces de generar deflexiones importantes en juntas y bordes de la calzada dehormign.

Disponibilidad de agua en la interfase losa subbase banquina.Una subrasante compuesta por suelos finos o capaces de entrar en suspensin.

Cuando en un pavimento determinado se prevea la eventual coexistencia de estos factores el EMPLEO DE UNA SUBBASE NO EROSIONABLE ES DE CARCTER OBLIGATORIO.Material Fino ErosionableTrnsito PesadoAgua DisponibleE17Subbases granularesEl criterio principal para emplear una subbase granular en un pavimento de hormign es el de limitar el contenido de finos que pasan el Tamiz #200.

Si el material cuenta con excesivos contenidos de finos, la capa puede almacenar agua encontrndose disponible para la erosin por bombeo

Requisitos generalesEspesor mnimo: 10 cm.Tamao mximo < 1/3 del espesor. P200 < 15%.Desgaste Los Angeles < 50%.

Recomendaciones:No emplear espesores mayores de 15 cm.Deber especificarse una densidad mnima del 98% del T-180.18Subbases tratadas con cementoCaractersticas (ACPA):

Espesor mnimo: 10 cm.Tipo de suelo recomendado para trnsito pesado: A1, A2-4, A2-5 y A3 (ACPA).

Tamao mximo: 75 mm.Durabilidad por congelamiento deshielo y humedecimiento secado.

Contenidos de Cemento: de 2% a 5%.

Resistencia a compresin: de 2,1 a 5,5 MPa.

Resistencia a Flexin: de 0,7 MPa a 1,4 MPa.Mdulo de elasticidad: 600.000 a 1.000.000 psi (de 4100 a 6900 MPa).Romper la adherencia con emulsin asfltica, film de polietileno o dos capas de membrana en base a parafina.19Subbases de Hormign PobreRequisitos:

Espesor mnimo: 10 cm.

Resistencia a compresin de 5 MPa a 8 MPa.

Contenido de cemento de 120 a 200 kg/m3.

Contenido de aire de 6 a 8%.

Tamao mximo hasta de 25 a 50 mm.

Tolerancias: 6 mm en la regla de 3 m.

Pueden ser densas o drenantes (H poroso).

Recomendaciones constructivas:En general no suele especificarse la ejecucin de juntas en la subbase de hormign pobre.Una terminacin lisa es conveniente (menor friccin).Se recomienda romper la adherencia con la calzada mediante un film de polietileno.Subbase de Hormign Poroso20Deformaciones en Pavimentos RgidosDatos:

Espesor: 25 cm.

Largo: 4,50 m.

Ancho: 3,65 m.

T: 0C.

k: 150 MPa/mEje simple 100 KNCarga Interna - Dzmax: 0,144 mm (100%)Carga en Borde - Dzmax: 0,26 mm (180%)Carga en Junta - Dzmax: 0,389 mm (270%)Carga en Esquina - Dzmax: 0,646 mm (450%)21Con cordn integral,si el cordn se ejecuta en una segunda etapa, no haycontribucin estructuralTRANSFERENCIA DE CARGAD2 = 0D1 = xMala Transferencia de CargaTrabazn entre agregadosPasadoresBanquina de hormignBanquina VinculadaCordn CunetaSobreancho de CarrilEs la capacidad de una losa de transferir su carga a una losa vecinaD1 = X/2D2 = X/2Buena Transferencia de CargaTienen un efecto similar22Transferencia de Carga en Juntas TransversalesTrabazn entre agregados por debajo del aserrado primario23Transferencia de Carga en Bordes de Calzada24Sobreancho de CalzadaDatos:

Espesor: 25 cm.

Largo: 4,50 m.

Ancho: 4,25 m.

T: 0C.

CET: 1,10 10-5 1/C

k: 150 MPa/m.

Eje Simple: 100 KN0.000.200.400.600.801.001.40

0.501.201.601.8000.150.30.45

Distancia al Borde, m0.60.75Tensiones Mximas (Fondo de Losa), MPa0.000.100.200.300.400.600.70Deformacin Mxima, mmTensiones - Carga en BordeDeformaciones - Carga en Esquina25Influencia de la transferencia de CargaCarga Interna - Dzmax: 0,134 mm (100%)En Esquina sin sob y sin pas - Dzmax: 0,506 mm (377%)Datos:

Espesor: 25 cm.

Largo: 4,50 m.

Ancho: 4,25 m.

T: 0C.

E: 35 Gpa.

k: 150 MPa/m.

Eje Simple: 100 KNEn Esquina sin sob y con pas - Dzmax: 0,350 mm (260%)26Influencia de la transferencia de CargaCarga Interna - Dzmax: 0,134 mm (100%)En Esquina con sob y sin pas - Dzmax: 0,295 mm (220%)Datos:

Espesor: 25 cm.

Largo: 4,50 m.

Ancho: 4,25 m.

T: 0C.

E: 35 Gpa.

k: 150 MPa/m.

Eje Simple: 100 KNEn Esquina con sob y con pas - Dzmax: 0,216 mm (160%)27Mtodo de la Portland Cement AssociationProcedimiento Emprico- Mecanicista basado en respuestas de pavimentos matemticamente calculadas.

Calibrado con Ensayos de campo y rutas en servicio.

Lanzado originalmente en 1966 y revisado en 1984.

Limita las tensiones desarrolladas en el Pavimento (Criterio de verificacin por fatiga). Limitante para bajo trnsito pesado.

Limita las deflexiones desarrolladas en bordes y esquinas (Criterio de verificacin por erosin). Limitante para elevado trnsito pesado.

28Ubicacin Crtica de CargasPosicin crtica de la carga para las Tensiones de FlexinBanquina de Hormign (si existe)CarrilJunta transversalEje TndemPosicin crtica de la carga para las DeformacionesBanquina de Hormign (si existe)CarrilJunta transversalEje Tndem29Factores involucrados en el diseoCapacidad soporte de la subrasante (k subrasante).

Tipo y espesor de Subbase (k combinado).

Propiedades mecnicas del hormign.

Perodo de diseo.

Trnsito. Configuracin de cargas por eje.

Transferencia de cargas en juntas transversales (pasadores / trabazn entre agregados).

Transferencia de carga en bordes (Tipo de banquina / sobreanchos de calzada).Factor de seguridad de cargas.Siempre incorporar el valor medio o ms probable30METODO AASHTO 1993 AASHO Road Test (1958-1960)Tercer ensayo a gran escala en pavimentos.

Se evaluaron secciones de pavimento rgido y flexible.

Se evaluaron distintas configuraciones de carga, espesores de calzada y subbase.

Se estudiaron secciones de pavimentos de hormign simple y reforzado.

Objetivo central: desarrollar relaciones entre cargas de trnsito pesado aplicadas, estructura del pavimento y prdida de Serviciabilidad.Circuitos de Ensayo AASHOProcedimiento AASHTO y sus modificaciones1961-62AASHO Interim Guide for the Design of Rigid and Flexible Pavements1972AASHTO Interim Guide for the Design of Pavement Structures - 1972

Revised Chapter III on Portland Cement Concrete Pavement DesignGuide for the Design of Pavement Structures Revised Overlay DesignProcedures

Allowed for seasonal adjustments in k-value1981198619931998D 18.46

)Z*s+7.35 *Log(D +1) -0.06 + LogPSI 4.5- 1.5 1 + 1.624 *10 7 Coeficiente de drenajeLog(W18RoVariable Z (Conf:R)Desvo Estndar GlobalEspesor+ 4.22 - 0.32pt *Log E c/k215.63*J *D 0.75-18.42Mdulo de Rotura

Transferenciade Carga 0.25Serviciabilidad FinalS'*C* D 0.75 1.132cdMdulo de elasticidadModulo de reaccinHormign 1986-93

Cambio de ServiciabilidadEcuacin de Diseo de Pavimentos de34Serviciabilidad Inicial (po).

Serviciabilidad final (pt).

Perodo de diseo

Trnsito en ejes equivalentes (W18)

Factor de transferencia de carga (J)

Mdulo de rotura del Hormign (MR)

Mdulo de elasticidad del Hormign ( Ec)

Mdulo de reaccin de la subrasante (k, LOS)

Coeficiente de drenaje (Cd)

Confiabilidad (R, ZR). Desvo Global (so).METODO AASHTO 1993Factores involucrados en el diseoSiempre incorporar el valor medio o msprobableGRACIAS 67