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PAVIMENTOS DE CONCRETO CEMEX
Impulsando el Desarrollo de México
ARCO NORTE
Edo. de México - Hidalgo - Puebla - Tlaxcala
“Hasta hace algunos años en México sólo
se construían pavimentos con carpeta asfáltica
que significaban una vida útil cort...
ÍNDICE
CAPíTULO 1. INTRODUCCIÓN 		 17
CAPíTULO 2. DISEÑO		 25
CAPíTULO 3. PROCESO CONSTRUCTIVO 			 79
1 . 1 A n t e c e d ...
AEROPISTA ISLA SOCORRO
Océano Pacífico
“Las crecientes necesidades de desarrollo,
la búsqueda de soluciones perdurables y la demanda de
contar más y mejores cami...
C A P í T U LO U N O
INTRODUCCIÓN
1 . 1 A N T E C E D E N T E S Y E V O LU C I Ó N D E LO S PAV I M E N T O S D E C O N C ...
CAPÍTULO1.INTRODUCCIÓN19
a) ANTECEDENTES
La extensión territorial de México cuenta
con una gran diversidad de climas, tipo...
CAPÍTULO1.INTRODUCCIÓN20
Figura 1.1.2.
Autopista de Concreto Hidráulico
En el año de 1993 la SCT con el apoyo de
CementosM...
CAPÍTULO1.INTRODUCCIÓN21
d) VENTAJAS
Entre las principales ventajas de un
pavimento de concreto hidráulico
podemos enumera...
CAPÍTULO1.INTRODUCCIÓN22
en las losas sobretodo en tramos donde el
tráfico es significativamente pesado.
5. Mejor Distribu...
CAPÍTULO1.INTRODUCCIÓN23
Posteriormente algunos otros países
empezaron a utilizar estas tecnologías
tanto en especificacio...
2 . 1
2 . 3
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T R Á F I C O
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CAPÍTULO2.DISEÑO27
a) PAVIMENTOS
CONVENCIONALES
Los pavimentos convencionales se
consideran para la construcción de tramos...
CAPÍTULO2.DISEÑO28
entre 5 mm y 15 mm de profundidad. Las
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CAPÍTULO2.DISEÑO29
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CAPÍTULO2.DISEÑO31
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CAPÍTULO2.DISEÑO32
Figura 2.2.1.
Sistema unificado de clasificación de suelos (SUCS), inluyendo su identificación y descri...
CAPÍTULO2.DISEÑO33
En esta sección mencionaremos
algunos aspectos referentes al tráfico
y a la ingeniería de tránsito
que ...
CAPÍTULO2.DISEÑO34
durante un mes, en este caso T = 1 mes.
- Tránsito semanal (TS).
Es el número total de vehículos que pa...
CAPÍTULO2.DISEÑO35
Se han estudiado cuáles son los días de la
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de tránsito. Así, p...
CAPÍTULO2.DISEÑO36
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El Pronóstico del volumen de tránsito
futuro, por ejemplo el TPD...
CAPÍTULO2.DISEÑO37
a) ANTECEDENTES – PRUEBA
AASHO
La prueba de pavimentación que en su
momento se conoció como AASHO,
por ...
CAPÍTULO2.DISEÑO38
El objetivo principal de las pruebas consistía
en determinar relaciones significativas entre
el comport...
CAPÍTULO2.DISEÑO39
Se muestran las diferentes secciones probadas tanto de concreto como de asfalto con las
diferentes comb...
CAPÍTULO2.DISEÑO40
3
CIRCUITO
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CIRCUITO
Circuito 3 – Cargas Pesadas
Circuito 4 – Cargas Pesadas
CAPÍTULO2.DISEÑO41
Circuito 5 – Cargas Pesadas
Circuito 6 – Cargas Pesadas
CAPÍTULO2.DISEÑO42
En general se puede observar que el comportamiento que mostraron los pavimentos de concreto fue sustanc...
CAPÍTULO2.DISEÑO43
Comportamiento General del Circuito 6 	
Otra de las conclusiones que se obtuvieron durante la prueba de...
CAPÍTULO2.DISEÑO44
d) FORMULACIÓN
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CAPÍTULO2.DISEÑO45
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del pavimento de servir al tipo de tráfico
(autos y camiones) ...
CAPÍTULO2.DISEÑO46
Factor de Crecimiento del Tráfico.- El factor de crecimiento del tráfico considera los años
de vida úti...
CAPÍTULO2.DISEÑO47
El AASHTO recomienda algunos valores, sin embargo no necesariamente deben utilizarse.
En Donde:
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CAPÍTULO2.DISEÑO48
El Coeficiente de Transferencia de Carga considera el esfuerzo de transferencia a través de la junta o ...
CAPÍTULO2.DISEÑO49
5. Propiedades del Concreto
Son dos las propiedades del concreto que
influyen en el diseño de un pavime...
CAPÍTULO2.DISEÑO50
Correlación 1 con SUCS y VRS
Correlación 2 con SUCS y VRS
CAPÍTULO2.DISEÑO51
7. Drenaje
En cualquier tipo de pavimento, el drenaje, es un factor determinante en el comportamiento d...
CAPÍTULO2.DISEÑO52
d) EJEMPLO RESUELTO
Diseñar el espesor de un pavimento de concreto para una vialidad urbana de doble se...
CAPÍTULO2.DISEÑO53
A continuación se describen
los lineamientos generales del método
del Portland Cement Association
(PCA)...
CAPÍTULO2.DISEÑO54
Figura 2.5.1.
Curva de desarrollo de resistencia
a la flexión a través del tiempo.
Figura 2.5.2.
Prueba...
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  1. 1. PAVIMENTOS DE CONCRETO CEMEX Impulsando el Desarrollo de México
  2. 2. ARCO NORTE Edo. de México - Hidalgo - Puebla - Tlaxcala
  3. 3. “Hasta hace algunos años en México sólo se construían pavimentos con carpeta asfáltica que significaban una vida útil corta y representaban altos costos de mantenimiento. En 1993, CEMEX introduce en México los pavimentos de concreto hidráulico, en su afán de brindar una mayor durabilidad a la red carretera nacional.”
  4. 4. ÍNDICE CAPíTULO 1. INTRODUCCIÓN 17 CAPíTULO 2. DISEÑO 25 CAPíTULO 3. PROCESO CONSTRUCTIVO 79 1 . 1 A n t e c e d e n t e s y e v o l u c i ó n d e l o s p a v i m e n t o s d e c o n c r e t o 1 . 2 M a r c o R e f e r e n c i a l 2 . 1 2 . 3 2 . 5 I n t r o d u c c i ó n a l o s m é t o d o s d e d i s e ñ o Tr á f i c o M é t o d o d e l a a s o c i a c i ó n d e l c e m e n t o P o r t l a n d ( P C A ) 2 . 2 2 . 4 2 . 6 S u e l o s M é t o d o d e d i s e ñ o A A S H T O A s p e c t o s c o m p l e m e n t a r i o s a l d i s e ñ o 4 . 1 4 . 3 C o n s i d e r a c i o n e s p a r a e l d i s e ñ o d e j u n t a s H e r r a m i e n t a s 4 . 2 4 . 4 E s p e c i f i c a c i o n e s d e m a t e r i a l e s E q u i p o s CAPíTULO 4. DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE JUNTAS 99 5 . 1 5 . 3 S e r v i c i o s F u t u r o s d e l o s m é t o d o s d e d i s e ñ o 5 . 2 C a m i n o s r u r a l e s d e p a v i m e n t a c i ó n p r o g r e s i v a CAPíTULO 5. PRODUCTOS Y SERVICIOS DE CEMEX CONCRETOS 127 BIBLIOGRAFÍA 137 3 . 1 3 . 3 P r e l i m i n a r e s C i m b r a f i j a 3 . 2 3 . 4 C i m b r a d e s l i z a n t e P a v i m e n t o s d e c o n c r e t o e s t a m p a d o
  5. 5. AEROPISTA ISLA SOCORRO Océano Pacífico
  6. 6. “Las crecientes necesidades de desarrollo, la búsqueda de soluciones perdurables y la demanda de contar más y mejores caminos han contribuido para lograr que en la modernización y ampliación de la red carretera de México se esté especificando el uso de pavimentos del concreto hidráulico bajo estándares internacionales de calidad.”
  7. 7. C A P í T U LO U N O INTRODUCCIÓN 1 . 1 A N T E C E D E N T E S Y E V O LU C I Ó N D E LO S PAV I M E N T O S D E C O N C R E T O 1 . 2 M A R C O R E F E R E N C I A L
  8. 8. CAPÍTULO1.INTRODUCCIÓN19 a) ANTECEDENTES La extensión territorial de México cuenta con una gran diversidad de climas, tipos de suelos, zonas ambientales y etnias, su heterogeneidad nos ha ido marcando el camino del desarrollo y crecimiento, de alguna manera esta diversidad ha influido en la conformación de nuestra infraestructura carretera. En México tenemos aproximadamente 95,000 km de caminos pavimentados cuyas condiciones de servicio no son las óptimas, de hecho la mayoría de ellos esta catalogado por las propias autoridades como pavimentos en regulares y malas tcondiciones. Una razón importante del bajo nivel de servicio es debido a que estas carreteras se proyectaron, diseñaron y construyeron en su mayoría entre los años de 1925 a 1970. La red estuvo proyectada para soportar cargas vehiculares que varían entre las 6 y 8 toneladas y en la actualidad llega a tener camiones cargados los cuales en algunos casos alcanzan a pesar hasta 60 toneladas. Además de no considerar el aumento en los pesos de los vehículos, no se consideró tampoco el crecimiento del tránsito de camiones pesados en la red, ya que se considero en el diseño el tráfico diario que anteriormente se tenía y que variaba entre los 500 y 1,000 vehículos, sin embargo en la actualidad se tienen valores significativamente mayores de hasta 15,000 vehículos. Antes del año de 1993 la especificación y construcción de pavimentos de concreto hidráulico en México fue relativamente escasa. Se considera que esto se debió principalmente a que nuestro país es un importante productor de petróleo y por consiguiente de asfalto y como anteriormente existía un subsidio importante en el precio del asfalto, los pavimentos asfálticos en nuestro país resultaban en costo muy inferiores a los del concreto hidráulico. Adicionalmente existía una gran desinformación y desconocimiento sobre el diseño y construcción con nuevas tecnologías de los pavimentos de concreto hidráulico. Otro factor importante es que cuandosediseñaronloscaminosdeMéxico para el tránsito que se pensaba tenían que soportar,lospavimentosdeasfaltoparecían ser una alternativa suficiente. Ante la preocupación acerca del deterioro de las carreteras en la red y considerando los puntos anteriormente planteados la Secretaría de Comunicaciones y Transportes (SCT) se dio a la tarea de buscar soluciones alternativas a tal situación que pudieran soportar adecuadamente las cargas y el volumen de tráfico pesado buscando que los niveles de servicio permanecieran en buen nivel durante períodos mayores. Tales exigencias orientaron a la SCT a la solución con pavimentos de concreto hidráulico, que representaban un costo razonable, con una capacidad estructural adecuada tanto para el volumen de tránsito como para la intensidad del mismo y un período de vida costeable de acuerdo a la magnitud de la inversión. b) TECNOLOGÍA Para satisfacer la demanda de diseñar, especificar y construir los pavimentos de concreto hidráulico con las mejores tecnologías a nivel mundial y con altos estándares en sus especificaciones, tubo que llevarse a cabo un programa de capacitación intensivo y avanzado para los técnicos e ingenieros especificadores, esto selogróconelapoyodelainiciativaprivada mexicana interesada en el desarrollo de la infraestructuradelpaísconbaseenestetipo de pavimentos. Este tipo de capacitaciones se ha seguido desarrollando tanto en México como en el extranjero. C A P í T U LO U N O INTRODUCCIÓN “Las crecientes necesidades de desarrollo, la búsqueda de soluciones perdurables y la demanda de contar más y mejores caminos han contribuido para lograr que en la modernización y ampliación de la red carretera de México se esté especificando el uso de pavimentos del concreto hidráulico bajo estándares internacionales de calidad.” 1.1 ANTECEDENTES Y EVOLUCIÓN DE LOS PAVIMENTOS DE CONCRETO
  9. 9. CAPÍTULO1.INTRODUCCIÓN20 Figura 1.1.2. Autopista de Concreto Hidráulico En el año de 1993 la SCT con el apoyo de CementosMexicanosconstruyólaprimera carretera de concreto hidráulico con el uso de especificaciones internacionales y las nuevas tecnologías de pavimentación, siguiendo estrictas normas de calidad tanto en la producción como en el tendido del concreto y contemplando una serie de alternativas en las especificaciones que permitirían establecer posteriormente situaciones comparativas que permitirían estableceradecuadamentelascaracterísticas ideales en las especificaciones de los pavimentos de concreto hidráulico. Así en 1993 el libramiento Ticumán ya era una realidad en concreto hidráulico, con una longitud de 8.5km. Apartirdeesteproyectoyconlosresultados programados que se fueron obteniendo del mismo, se continuo con la especificación y construcción de algunas otras carreteras de concreto hidráulico en el país, de tal forma que al final de 1994 ya se habían iniciado los trabajos en los tramos de las Autopistas Guadalajara – Tepic, Tuxpan – Tihuatlán y Tihuatlán – Poza Rica, así como el primer tramo de la Cárdenas – Agua Dulce. A pesar de la crisis económica que sufrió el país, para el año de 1995 ya se estaban realizandolostrabajosdealgunascarreteras como: Yautepec - Jojutla, Atlapexco – Tianguistengo,Jiutepec–Zapatayuntramo delaAutopistaQuerétaro–SanLuisPotosí. Durante el año de 1996 se construyeron también de concreto los tramos: Entronque Aeropuerto de San Luis Potosí – Entronque Libramiento de San Luis Potosí, Libramiento de San Luis Potosí – El Huizache y el tramo Aeropuerto de Ixtapa – Zihuatanejo. Para los años de 1997 y 1998 se especificaron y construyeron los siguientes tramos: Autopista Pirámides – Tulancingo, un segundo tramo de Ixtapa – Aeropuerto, el Libramiento Ruta Dos en Nuevo Laredo, la Autopista Cancún – Tulum, la Autopista Huizache – Matehuala, tres tramos de la Autopista Querétaro – Palmillas, el Libramiento Uman en el estado de Yucatán, el Libramiento Rincón c) EVOLUCIÓN Ante la globalización se hicieron más imperantes las necesidades de contar con una infraestructura que permita el desarrollo de la actividad económica y social del país. Se realizó una revisión exhaustiva sobre los tipos de maquinaria que estaban disponibles en el mercado internacional para realizar estas tareas, tanto plantas de mezclado central para la elaboración del concreto con la calidad y en las cantidades necesariasparalograraltosrendimientosen lapavimentación,asícomopavimentadoras de cimbra deslizante con las características necesarias para lograr altos niveles de servicio, seguridad y confort. Se analizaron también las ventajas y desventajas de unas marcas de equipos con respecto a otras, la experiencia de las empresas dedicadas a la fabricación de estos equipos, la facilidad con la que dichas empresas podrían ofrecer los servicios de capacitación, refacciones y mantenimiento para dichos equipos, e incluso la posibilidad de desarrollar representantes locales de dichas empresas para dar servicio en México. De igual forma se trabajo en lo referente a equipos para dar el texturizado final al pavimento de concreto, las maquinas cortadoras para conformar los tableros de losas, los diferentes tipos de discos para estos cortes, y algunos otros equipos de medición de las características físicas de los pavimentos. Terminados los análisis anteriores se importaron los equipos seleccionados a nuestro país y se dio inicio propiamente al desarrollo de este tipo de soluciones. Figura 1.1.1 Pavimentadora de Cimbra Deslizante de Romos en el estado de Aguascalientes, Boulevard Aeropuerto La Paz y el tramo de Chihuahua – Aldama. En este período se realizó una ampliación a la aeropista del aeropuerto de Mérida con la tecnología del concreto hidráulico. Para 1999 se estuvieron realizando ó por iniciar los trabajos de construcción de los tramosde:laAutopistaRosario–Escuinapa enelestadodeSinaloa,AeropuertoVallarta – Río Ameca en Jalisco, Río Ameca - Cruz de Huanacaxtle en Nayarit, el segundo tramo de la Cárdenas – Agua Dulce en Tabasco, la carretera Yautepec – Oacalco, el tramo Poxila – Límite de Estados en Yucatán, Libramiento de Colima, Chajul – Flor de Café en el estado de Chiapas, Entronque Feliciano – Lázaro Cárdenas Michoacán, Acceso al Puerto Fronterizo Laredo puente Internacional III, Matehuala – San Roberto y San Roberto – Puerto México en el estado de Nuevo León, el acceso al puerto de Altamira (API), las laterales del Paseo Tollocán en Toluca Estado de México, los tramos de HuayacocotlaylaChinantlaenVeracruz,el Libramiento Nororiente de Querétaro, así como la aeropista del aeropuerto de Kaua en el estado de Yucatán. Como se ha descrito en la información presentada anteriormente el crecimiento y evolución de los pavimentos de concreto hidráulico ha aumentado de una manera queresultamuyfavorableparaelpaís,porlas ventajas que los mismos representan, esto ha propiciado que la demanda de caminos deexcelentecalidadhayaidoen aumento. En la siguiente gráfica se muestra el comportamientodelconsumodeconcreto hidráulicoparalaconstruccióndecarreteras.
  10. 10. CAPÍTULO1.INTRODUCCIÓN21 d) VENTAJAS Entre las principales ventajas de un pavimento de concreto hidráulico podemos enumerar las siguientes: - Durabilidad - Bajo Costo de Mantenimiento - Seguridad - Altos Indices de Servicio - Mejor Distribución de Esfuerzos bajo las Losas 1. Durabilidad Una de las ventajas más significativas de los pavimentos de concreto hidráulico es la durabilidad del concreto, para lograr esta durabilidad es importante considerar además de la resistencia adecuada del concreto ante las solicitaciones mecánicas todos los agentes externos de exposición a los que estará sujeto el pavimento para elaborar la mezcla apropiada y definir las recomendaciones para la colocación del concreto hidráulico. Se deben de realizar los proporcionamientos de mezcla adecuados, con ciertas relaciones agua / cemento, utilizando aditivos que permitan una reducción de agua en la mezcla y que den la trabajabilidad adecuada al concreto aun con revenimientos bajos como los utilizados en autopistas. Otro aspecto importante para lograr esta durabilidad tiene que ver con los materiales que forman la estructura de soporte, es importante conocer con detalle las características de los mismos y sus grados de compactación apoyados con los estudios de mecánica de suelos de la ruta. Es importante que el diseñador cuente con lasuficienteinformaciónparapoderestimar de forma precisa el volumen de tráfico y las cargas vehiculares que estarán transitando por el pavimento con el objeto de realizar un diseño estructural adecuado para las cubrir adecuadamente la durabilidad del proyecto por efectos de fatiga. 2. Bajo Costo de Mantenimiento Los pavimentos de concreto hidráulico se han caracterizado por requerir de un mínimo mantenimiento a lo largo de su vidaútil.Estoessindudaunadelasventajas mayores que ofrecen estas alternativas de pavimentación. La significativa reducción en los costos de mantenimiento de una vía permite que el concreto sea una opción Figura 1.1.3. Volumen de Concreto en Carreteras VOLUMEN DE CONCRETO EN CARRETERAS Nota: el volumen de 1999 incluye tramos terminados, en ejecución y licitados. muy económica. Esto normalmente se puede visualizar al realizar una análisis del costo ciclo de vida que puede ser comparado con algunas otras alternativas depavimentación.Elanálisisdelcostociclo de vida es una herramienta que nos ayuda para soportar la toma de decisiones. El mantenimiento que requieren los pavimentosrígidosesmínimo,sinembargo es muy importante que el mismo se provea en tiempo y forma adecuados para garantizar las propiedades del pavimento. 3. Seguridad El concreto hidráulico colocado bajo las especificaciones y con los equipos mencionados anteriormente permite lograr una superficie de rodamiento con alto grado de planicidad y dada su rigidez esta superficie permanece plana durante toda su vida útil, evitando la formación de roderas las cuales disminuyen el área de contacto entre llanta y pavimento produciendo el efecto de acuaplaneo en los días de lluvia. Otro fenómeno que se evita con la utilización del concreto hidráulico es la formación de severas deformaciones en las zonas de arranque y de frenado que hacen a los pavimentos ser mas inseguros y maltratan fuertemente los vehículos. Porelcolorclarodelpavimentodeconcreto hidráulico se tiene una mejor visibilidad en casodetransitardenocheoenlaoscuridad de días nublados. 4. Altos Indices de Servicio Los pavimentos de concreto hidráulico permiten ser construidos con altos índices de servicio, como se menciona en el punto anterior se puede lograr un alto grado de planicidad o un índice de perfil muy bueno, adicionalmente siguiendo las recomendaciones de construcción adecuadas se puede proveer al pavimento de una superficie altamente antiderrapante. La utilización de pasajuntas permite mantener estos índices de servicio, evitando la presencia de escalonamientos
  11. 11. CAPÍTULO1.INTRODUCCIÓN22 en las losas sobretodo en tramos donde el tráfico es significativamente pesado. 5. Mejor Distribución de Esfuerzos bajo las Losas Dada la rigidez de la losa los esfuerzos que se transmiten a las capas inferiores del pavimento se distribuyen de una manera prácticamenteuniforme,cosacontrariaalo que sucede con los pavimentos flexibles en donde las cargas vehiculares concentran un granporcentajedesuesfuerzoexactamente debajo del punto de aplicación de la carga y que se van disminuyendo conforme se alejan de la misma. La distribución uniforme de las cargas permite que los esfuerzos máximos que se transmiten al cuerpo de soporte sean significativamente menores en magnitud, lo que permite una mejor condición y menor deterioro de los suelos de soporte. e) TRABAJO CONTINUO Poco a poco se ha ido logrando tener una mayor experiencia en el diseño, especificación y construcción de pavimentos de concreto hidráulico en México, estas experiencias han ido mostrando las ventajas de este tipo de soluciones, de tal modo que cada vez son mas las entidades gubernamentales responsables de la construcción, mantenimiento y operación de las vías que están interesadas en proveer a sus caminos de las características de un pavimento de concreto hidráulico lo que les significa ahorros sustanciales en mantenimiento, mejores niveles de servicio del camino, mayor vida útil y consecuentemente economía de los recursos. Podemos afirmar que la alternativa de pavimentación con concreto hidráulico es una realidad en nuestro país y el siguiente paso, en el que estamos trabajando a pesar de que son mínimas las necesidades, es el de dar a conocer a los especificadores y constructores los métodos de rehabilitación, reparación y mantenimiento que se deben de seguir en los pavimentos rígidos para aprovechar de mejor forma todas sus ventajas. “El desarrollo de los pavimentos de Concreto Hidráulico se ha incrementado notablemente en Latinoamérica en la década de los 90’s, gracias a las ventajas que ofrecen para el desarrollo económico de los países del tercer mundo” 1.2 MARCO DE REFERENCIA a) EXPERIENCIA INTERNACIONAL En muchos países del mundo se han utilizado por muchos años los pavimentos de concreto hidráulico tanto para proyectos carreteros como para vías de comunicación urbanas, tal es el caso de Estados Unidos, Canadá, Alemania, España, Francia, Italia, Bulgaria, Etc. De diferentes formas estos países han contribuido para que los métodos de diseño se hayan ido perfeccionando en base a los estudios realizados en el tiempo, así mismo se ha evolucionado en las técnicas de construcción y de evaluación de los pavimentos de concreto hidráulico. Todas las experiencias recopiladas durante más de 50 años han servido de base para la tecnología actual de pavimentos y obviamente se sigue experimentando e investigando para mejorar y perfeccionar las técnicas actuales. b) CASO DE LATINOAMÉRICA En los países de América Latina se han utilizado los pavimentos de concreto principalmente para vialidades urbanas, sin embargo las tecnologías de diseño y construcción utilizadas normalmente no habían sido las más actualizadas. El país de Latinoamérica que más pronto inició su incursión en las nuevas tecnologías de pavimentación fue Panamá esto en consecuencia de la fuerte influencia tecnológica que tuvieron de los Estados Unidos por su presencia en el Canal.
  12. 12. CAPÍTULO1.INTRODUCCIÓN23 Posteriormente algunos otros países empezaron a utilizar estas tecnologías tanto en especificaciones como en procedimientosconstructivos,sinembargo el desarrollo más importante se ha dado durantelaúltimadécada,ladelosnoventas. Países como: Brasil, Chile, México, Argentina, han empezado a utilizar ampliamente estas nuevas tecnologías en el desarrollo de sus Carreteras, Autopistas y Vialidades Urbanas. Figura 1.2.1. Km de Concreto en Carreteras Figura 1.2.2. Porcentaje de la Red en Concreto Hidráulico En menor escala pero con una fuerte tendenciadecrecimientoloestánhaciendo países como Venezuela, Colombia, Uruguay, Guatemala, El Salvador y Bolivia, sin embargo está tendencia parece estar ampliándose a todos los países de América Latina. Enlasgráficassiguientespodemosobservar de manera aproximada el porcentaje de la red carretera pavimentada de estos países que ya cuenta con concreto hidráulico comosuperficiederodamiento,asícomoel númerodekilómetrosconstruidosporpaís con estas nuevas tecnologías en Carreteras y Autopistas. Como puede observarse, el crecimiento es importante y el potencial de desarrollo es aún mayor.
  13. 13. 2 . 1 2 . 3 2 . 5 I N T R O D U C C I Ó N A LO S M É T O D O S D E D I S E Ñ O T R Á F I C O M É T O D O D E L A A S O C I A C I Ó N D E L C E M E N T O P O R T L A N D ( P C A ) 2 . 2 2 . 4 2 . 6 S U E LO S M É T O D O D E D I S E Ñ O A A S H T O A S P E C T O S C O M P L E M E N TA R I O S A L D I S E Ñ O
  14. 14. CAPÍTULO2.DISEÑO27 a) PAVIMENTOS CONVENCIONALES Los pavimentos convencionales se consideran para la construcción de tramos nuevos de pavimentación en donde las actividades de construcción tienen que ver con los trabajos preliminares propios a las características de los suelos de soporte y conformación de las terracerías y sub-base para el pavimento. Así como lo referente a la propia estructura de concreto hidráulico y sus características. Losmétodosdediseñoaplicaníntegramente aestetipodepavimentos. b) SOBRECARPETAS DE CONCRETO (WHITETOPPING) LospavimentosdenominadosWhitetopping, corresponden a rehabilitaciones de pavimentos asfálticos deteriorados. El término aquí utilizado corresponde a rehabilitaciones con pavimentos de concreto convencional tomando como estructuradesoporteelpavimentoasfáltico que se tiene en el lugar. Los métodos de diseño toman en cuenta esta solución, considerando las características de soporte de la estructura existente que normalmente tiene capa de sub-base, base y asfalto. Algunos de los trabajos preliminares que se deben considerar para la colocación del pavimento Whitetopping difieren de los que se aplican a los pavimentos convencionales. Los aspectos que se evalúan en el diseño para la determinación de la factibilidad técnica de que un pavimento sea rehabilitado mediante la técnica de Whitetopping son: • Daños estructurales. • Daños asociados a la fatiga de las capas asfálticas. • Daños asociados a la alteración del perfil por deformaciones plásticas acumuladas. • Daños asociados a la inestabilidad de la banca. C A P í T U LO D O S DISEÑO Las metodologías de diseño de pavimentos consideradas en este manual son las más utilizadas a nivel internacional y son aplicables a los siguientes tipos de pavimentos: a). Pavimentos Convencionales b). Sobrecarpetas de Concreto (Whitetopping) Dentro de la gama de pavimentos disponibles para ciertas aplicaciones de tráfico ligero, se encuentran las sobrecarpetas de concreto ultradelgado (whitetopping ultradelgado). Los métodos presentados en este manual no son aplicables al diseño de este tipo de soluciones especificas. 2.1 INTRODUCCIÓN A LOS MÉTODOS DE DISEÑO • Daños superficiales. • Daños asociados s las deficiencias en el diseño o fabricación de la mezcla asfáltica. • Daños asociados a la calidad de los materiales. 1. Superficie de Asfalto Existente Las fallas que se consideran en una superficie de asfalto son las siguientes : a) Huecos o baches abiertos Cavidades o depresiones producidas por desprendimiento de la carpeta asfáltica y de capas granulares. Se consideran 3 tipos de huecos : • Superficiales:solocomprometenlacapade rodaduraysuprofundidadesmenora3cm. • Medios: Comprometen parte o la totalidad de la carpeta asfáltica y su profundidad oscila entre 3 y 10 cm. • Profundos: Profundidadsuperiora10cm, con expulsión de material y compromiso de la base granular. b) Fisuras longitudinales y transversales Son agrietamientos longitudinales y/o transversalesquenoconstituyenunamalla, sino que se presentan en forma aislada o continua y son producidas por deficiencia en las juntas de construcción, por contracción de la mezcla o desplazamiento de los bordes. Se consideran 3 tipos de fisuras : • Longitudinales • Transversales • En bloque c) Desgaste superficial Son las irregularidades que se observan en la superficie, en áreas aisladas o en forma generalizada y son el producto del desgaste de las partículas superficiales o el desprendimiento de alguna de ellas por acción del tránsito o inclemencias del tiempo. El desgaste se clasifica en : • Ligero: Pérdida de textura uniforme, mostrando rugosidad e irregularidades hasta de 5 mm de profundidad. • Medio: Cuando las irregularidades están
  15. 15. CAPÍTULO2.DISEÑO28 entre 5 mm y 15 mm de profundidad. Las partículas de agregado están expuestas y se siente vibración al circular. • Severo: Desintegración superficial de la carpeta, con desprendimientos evidentes y partículas sueltas sobre la vía. d) Piel de Cocodrilo Son agrietamientos en forma de malla que inicialmente se presenta en cuadros más o menos regulares con lados entre 25 y 30 cm, que presentan fracturamientos progresivos en forma de piel de cocodrilo. Posteriormente estas fisuras se ensanchan y profundizan ocasionando desprendimientos.Seconsideran3tiposde fallas : • Ligero: Cuando los agrietamientos son muy delgados y el tamaño de los cuadros tienen dimensiones próximas a 25 cm por lado. No existe deformación superficial. • Medio: Cuando los bloques se han reducido de tamaño y presentan aristas redondeadas por perdida de partículas, las grietasquelosseparansonmayoresde1cm, se advierten deformaciones y movimientos TIPO DE FALLA REPARACIÓN REQUERIDA Rodera menor a 50 mm Ninguna Rodera mayor a 50 mm Fresado o Nivelación Deformación plástica excesiva Fresado Baches Reparar Falla de subrasante Remoción y preparación Fisurasengeneral,fatigaenbloque, transversalesylongitudinales Ninguna Exudación Ninguna Degradación superficial Ninguna En el diseño de pavimentos, es fundamental conocer algunas propiedades de los suelos que nos permiten conocer sus características generales y sus comportamientos. Algunas de estas propiedades se obtienen mediante las pruebas que se describen a continuación: 2.2 SUELOS a) PLASTICIDAD Laplasticidadeslapropiedadquepresentan lossuelosdepoderdeformarse,hastacierto límite, sin romperse. Por medio de ella se mide el comportamiento de los suelos en todas las épocas. Las arcillas presentan esta propiedad en grado variable. Para conocer la plasticidad de un suelo se hace el uso de los límites de Atterberg. Estos límites son: Limite Líquido (LL), Limite Plástico (LP) y Limite de Contracción (LC) y mediante ellos se puede conocer el tipo de suelo en estudio. Todos los limites de consistencia se determinan empleando suelo que pasa por la malla No. 40. La diferencia entre los valoresdellímitelíquidoydellímiteplástico da como resultado el índice plástico (IP) del suelo. 1. Límite Liquido Ellímitelíquidosedefinecomoelcontenido de humedad expresado en porciento con respecto al peso seco de la muestra, con el cual el suelo cambia del estado líquido al plástico. De esta forma, los suelos plásticos tienen en el límite líquido una resistencia muy pequeña al esfuerzo de corte y según Atterberg es de 25 g/cm2. Para determinar el límite líquido de un suelo se hace el siguiente procedimiento. a) Se toman unos 100 g de material que pasa la malla No 40, se colocan en una cápsula de porcelana y con una espátula se hace una mezcla pastosa, homogénea y de consistencia suave agregándole una pequeña cantidad de agua durante el mezclado. b) Se coloca una poca de esta mezcla en la relativos y puede existir desprendimiento de algunos bloques. • Severo: Cuando las deformaciones son grandes y se presenta perdida del material asfálticoysepresentaaparicióndelmaterial de base. e) Ondulaciones Son deformaciones grandes y notorias de la plataforma de la vía, que alteran su perfil longitudinal, por efecto de asentamientos delterraplénoporlevantamientoscausados por las raíces de arboles. De acuerdo con los daños encontrados en la vía, así como la capacidad estructural residualdelpavimento,seconsiderandesde la etapa de diseño algunas actividades correctivas. 2. Reparación de Fallas Paragarantizarlauniformidadenelsoporte de la estructura asfáltica, se deben realizar correcciones en los sitios en donde se presenten las siguientes irregularidades, de acuerdo con la siguiente tabla:
  16. 16. CAPÍTULO2.DISEÑO29 de la muestra secada al horno, para el cual los suelos cohesivos pasan de un estado semisólido a un estado plástico. El límite plástico se determina con el material sobrante del límite líquido y al cual se le evapora humedad por mezclado hasta obtener una mezcla plástica que sea moldeable. Se forma una pequeña bola que deberá rodillarse enseguida aplicando la suficiente presión a efecto de formar filamentos. Cuando el diámetro del filamento resultante sea de 3.17 mm (1/8”) sin romperse, se debe de continuar hasta que cuando al rodillar la bola de suelo se rompa el filamento al diámetro de 1/8” se toman los pedacitos, se pesan, se secan al horno en un vidrio, vuelven a pesarse ya secos y se determina la humedad correspondiente al límite plástico. L.P. = Ph - Ps X 100 Ps Humedad correspondiente al límite plástico en % Peso de los filamentos húmedos en gramos Peso de los filamentos secos en gramos. b) PRUEBA PROCTOR La prueba Proctor se refiere a la determinación del peso por unidad de volumen de un suelo que ha sido compactadoporelprocedimientodefinido para diferentes contenidos de humedad. Su objetivo es: Determinar el peso volumétrico seco máximo γmáx que puede alcanzar un material, así como la humedad optima wo que deberá hacerse la compactación. Determinar el grado de compactación alcanzado por el material durante la construcción o cuando ya se encuentran construidos los caminos, relacionando el peso volumétrico obtenido en el lugar con el peso volumétrico máximo Proctor. La prueba Proctor está limitada a los suelos que pasen totalmente la malla No 4, o que cuando mucho tengan un retenido de 10 % en esta malla, pero que pase dicho retenido totalmente por la malla 3/8”. Cuando el material tenga retenido en la malla 3/8” debe determinarse la humedad óptima y el peso volumétrico seco máximo con la prueba de Porter estándar. También debe efectuarse la prueba Porter estándar en arenas de río, arenas de minas, arenas producto de trituración, tezontles arenosos y en general en todos aquellos materiales que carezcan de cementación. Procedimiento: Se obtienen 3 kg de material previamente secado al sol. Se tamiza por la malla No 10, y los grumos que se hayan retenido se disgregan perfectamente y se vuelve a tamizar por la misma malla, continuándose este proceso hasta que las partículas que se retengan en la malla no se puedan disgregar. Terminada esta operación se mezcla perfectamente todo el material y se adicionaelmaterialyseadicionalacantidad de agua necesaria para iniciar la prueba. La cantidad de agua que se adiciona deberá ser la necesaria para que una vez repartida uniformemente presente el material una consistencia tal que al ser comprimido en la palma de la mano no deje partículas adheridas a ella ni la humedezca, y que a la vez el material comprimido pueda tomarse con dos dedos sin que se desmorone. El material que contiene ya la humedad necesaria para iniciar la prueba se tamiza por la malla No 4, se mezcla para homogeneizarloysecompactaenelmolde cilíndrico en tres capas aproximadamente iguales. El pisón metálico de 2.5 kg se deja caer desde una altura de 30 cm. Deberán de darse 30 golpes repartidos uniformemente paraapisonarcadacapa.Unavezapisonada la última capa se remueve la extensión y se elimina el excedente de material del molde cilíndrico y se pesa éste con todo y su contenido. A continuación se extrae la muestra compactada del cilindro y se pone a secar una pequeña cantidad del corazón de la muestra para determinar su humedad. copa de Casagrande, formando una masa alisada de un espesor de 1 cm en la parte de máxima profundidad. c) El suelo colocado en la copa de Casagrande se divide en la parte media en dos porciones, utilizando un ranurador. d) Se acciona la copa a razón de dos golpes por segundo, contado el número de golpes necesariosparaquelaparteinferiordeltalud de la ranura hecha se cierre precisamente a 1.27 cm (1/2”). Si no se cierra entre los 6 y 35golpes,serecogeelmaterialyseleañade agua y se vuelve a mezclar. e) Cuando se ha obtenido un valor consistente del número de golpes, comprendido entre 6 y 35 golpes, se toman 10 g aproximadamente de suelo de la zona próximaalaranuracerradaysedeterminael contenidodeaguadeinmediato.Serepiteel ensaye y si se obtiene el mismo número de golpes que el primero o no hay diferencia enmásdeungolpe,serepiteelensayehasta que tres ensayes consecutivos den una conveniente serie de números. f) Se repiten los pasos del 2 al 5, teniendo el suelo otros contenidos de humedad. De este modo se deben tener, por lo menos, dos grupos de dos a tres contenidos de humedad, uno entre los 25 y 35 golpes y otro entre los 6 y los 10 golpes con el fin de que la curva de fluidez no se salga del intervalo en que puede considerarse recta, según lo indica Casagrande. g) Se unen los tres puntos marcados par el intervalo de 6 a 20 golpes con una línea recta y se señala el punto medio. Se repite para los dos o tres puntos dentro del intervalo de 25 a 35 golpes. h) Se conectan los puntos medios con una línea recta que se llama curva de fluidez. El contenido de humedad indicado por la intersección de esta línea a 25 golpes es el límite líquido del suelo. 2. Límite Plástico Es el contenido de humedad, expresado en porciento con respecto al peso seco L.P. = Ph = Ps =
  17. 17. CAPÍTULO2.DISEÑO30 Lamuestraquehasidoremovidadelmolde cilíndrico se desmenuza hasta que pasa la mallaNo4,seañaden60cc(2%enpesode agua) y se repite el procedimiento descrito. Esta serie de determinaciones continúan hasta que la muestra esté muy húmeda y se presente una disminución apreciable en el pesodelsuelocompactado. El peso volumétrico húmedo para cada contenido de humedad se calcula con la siguiente fórmula: γh = Ph Vt Peso volumétrico húmedo en g/cm3 Peso del material húmedo compactado en el molde, en gramos. Volumen del molde en cm3 El contenido de humedad se calcula con la siguiente fórmula w = Ph –Ps X 100 Ps El peso volumétrico seco para cada peso volumétrico húmedo y su correspondiente humedad se calculan por la siguiente fórmula: γs = γh 1+ w 100 w = Contenidodelahumedadenporcentaje Pw = Pesodelamuestrahúmeda,engramos Ps = Peso de la muestra seca, en gramos γs = Peso volumétrico seco, en g/cm3 γh = Peso volumétrico húmedo, en g/cm3 Los peso volumétrico secos y las humedades correspondientes se utilizan para trazar la curva peso volumétrico seco - humedad,marcandoenelejedelasabscisas los contenidos de humedad. La humedad que genera mayor peso volumétrico es la que permite la mayor compactación del material y se le conoce como humedad óptima de compactación. En la misma gráfica se dibuja la curva de saturación teórica. Esta curva representa la humedad para cualquier peso volumétrico, que sería necesaria para que todos los vacíos que dejan entre sí las partículas sólidas estuvieran llenos de agua. El peso volumétrico seco correspondiente a la curva de saturación teórica para la humedad dada se calcula con la fórmula: γscs = 100 Da X 100 (kg / m3 ) 100 + wDr Peso volumétrico seco de la curva de saturación (kg / m3) Densidad absoluta del material que pasa la malla No 400 en g/cm3 Densidad relativa del material que pasa por la malla No 40 La curva de saturación teórica tiene por objeto comprobar si la prueba Proctor fue correctamente efectuada, ya que la curva de saturación y la curva Proctor nunca deben cortarse dado que es imposible en la práctica llenar totalmente con agua los huecos que dejan las partículas del suelo compactado. La curva de saturación teórica sirve para γscs = Da = Dr = γ h = Ph = Vt =
  18. 18. CAPÍTULO2.DISEÑO31 determinar si un suelo, en el estado en que se encuentra en el lugar, es susceptible de adquirir mayor humedad o mayor peso volumétrico fácilmente. Así, una vez hecha la determinación del peso volumétrico y humedad en el lugar se calculaelporcientodehuecosllenosdeaire con la siguiente fórmula: Va = γscs - γs X 100 γs Volumen de huecos llenos de aire % Peso volumétrico seco de suelo compactado correspondiente a la humedad w Peso volumétrico de la curva de saturación teórica correspondiente a la humedad w Si este valor es mayor de 6.5%, el suelo se encuentra en condiciones de adquirir un peso volumétrico mayor con la humedad que contiene, o bien, sin variar su peso volumétrico seco, incrementar su humedad. c) PRUEBA PORTER ESTÁNDAR Esta prueba tiene como finalidad determinar el peso volumétrico seco máximo de compactación Porter y la humedadóptimaenlossuelosconmaterial mayor de 3/8” y los cuales no se les puede hacer la prueba Proctor. Esta prueba sirve también para determinar la calidad de los suelos en cuanto a valor de soporte se refiere, midiendo la resistencia a la penetración del suelo compactado y sujeto a un determinado periodo de saturación. Esta prueba se lleva a cabo de la siguiente forma: LahumedadóptimadePortereslahumedad mínimarequeridaporelsueloparaalcanzar su peso volumétrico seco máximo cuando es compactado con una carga unitaria de 140.6 kg/cm2. Para obtener la humedad óptima y el peso volumétrico seco máximo se obtiene una muestra de 4 kg de material secado, disgregado y cuarteado. Cuando se ha logrado la disgregación de los grumos se tamiza la muestra por la malla ¾”. Se le incorpora cierta cantidad de agua, cuyo volumen se anota, y una vez lograda la distribución homogénea de la humedad se coloca en tres capas dentro del molde de prueba, y cada una de ellas se les da 25 golpes con la varilla metálica. Al terminar la colocación de la última capa se compacta el material aplicando cargas uniformes y lentamente procurando alcanzar la presión de 140.6 kg/cm2 en un tiempo de 5 minutos, la que debe mantenerse durante 1 minuto, e inmediatamente hacer la descarga en otro minuto. Si al llegar a la carga máxima no se humedece la base del molde, la humedad de la muestra es inferior a la óptima. A otra porción de 4 kg de material se le adiciona una cantidad de agua igual a la anterior más 80 cc y se repite el proceso. Si al aplicar la carga máxima se observa que se humedece la base del molde, el material muestra una humedad ligeramente mayor que la óptima de Porter. Para fines prácticos es convenienteconsiderarqueelespécimense encuentraconsuhumedadóptimacuando se inicia el humedecimiento de la base del molde, siendo esta la más adecuada para su compactación. Se determina la altura del espécimen restando la altura entre la cara superior de éste y el borde del molde de la altura total del molde, y con este dato se calcula el volumen del espécimen. Se pesa el espécimen con el molde de compactación, se le resta el peso del molde y se calcula el peso volumétrico. γh = Ph Vt Peso volumétrico húmedo, en g/cm3 o kg/m3 Peso del material húmedo compactado dentro del cilindro Porter, en gr o Kg Volumen del espécimen en cm3 o m3 Se extrae el material del molde y se pone a secar a una temperatura constante de 100 a 110 °C hasta peso constante. Se deja enfriar el material y se pesa y se calcula la humedad y el peso volumétrico seco máximo. w = Ph –Ps X 100 Ps γs = γh 1+ w 100 d) VALOR RELATIVO DE SOPORTE Es un índice de resistencia al esfuerzo cortante en condiciones determinadas de compactación y humedad, y se expresa como el tanto porciento de la carga necesaria para introducir un pistón de sección circular en una muestra de suelo, respecto a la profundidad de penetración del pistón en una piedra tipo triturada. Por lo tanto, si P2 es la carga en kg necesaria para hacer penetrar el pistón en el suelo en estudio, y Px =1360 kg, la precisa para penetrar la misma cantidad en la muestra tipo de piedra triturada, el valor Relativo de Soporte del suelo es de VRS = (P2 /1360) * 100 e) MÓDULO DE REACCIÓN (k) Es una característica de resistencia que se considera constante, lo que implica elasticidad del suelo. Su valor numérico depende de la textura, compacidad, humedad y otros factores que afectan la resistencia del suelo. La determinación de k se hace mediante una placa circular de 30” de diámetro bajo una presión tal que produzca una deformación del suelo de 0.127 cm (0.05”). En general se puede decir que el módulo de reacción k es igual al coeficiente del esfuerzo aplicado por la placaentreladeformacióncorrespondiente producida por este esfuerzo. Mas adelante se hace referencia a esta propiedad tan importante para el diseño de pavimentos. Va = γscs = γs = γh = Ph = Vt =
  19. 19. CAPÍTULO2.DISEÑO32 Figura 2.2.1. Sistema unificado de clasificación de suelos (SUCS), inluyendo su identificación y descripción.
  20. 20. CAPÍTULO2.DISEÑO33 En esta sección mencionaremos algunos aspectos referentes al tráfico y a la ingeniería de tránsito que debemos tomar en cuenta en el proyecto de una vialidad. No se trata de realizar una presentación exhaustiva del transporte, pero sí conceptuar de una manera muy general y clara sobre algunos de los aspectos de su estructura básica, sus sistemas y sus modos, de manera que el diseñador conozca los fundamentos de la ingeniería de tránsito y que cuando sea necesario profundizar en estos temas para completar el diseño de una vialidad, ya se tengan las bases y sea más fácil las consultas en publicaciones especializadas en el tema. 2.3 TRÁFICO a) INGENIERÍA DE TRÁNSITO ElInstitutodeIngenierosdelTransporte(ITE) define a la Ingeniería del Transporte y la Ingeniería de Tránsito de la siguiente manera: Ingeniería de Transporte: Es la aplicación de los principios tecnológicos y científicos a la planeación, al proyecto funcional, a la operación y a la administración de las diversas partes de cualquier modo de transporte, con el fin de proveer la movilización de personas y mercancías de una manera segura, rápida, confortable, conveniente, económica y compatible con el medio ambiente. Ingeniería de Tránsito: Es aquella fase de la ingeniería de transporte que tiene que ver con la planeación, el proyecto geométrico y la operación del tránsito por calles y carreteras, sus redes, terminales, tierras adyacentes y su relación con otros modos de transporte. Es decir que la Ingeniería de Tránsito es un subconjuntodelaIngenieríadeTransporte, y a su vez el Proyecto Geométrico es una etapa de la Ingeniería de Tránsito. El Proyecto Geométrico de calles y carreteras,eselprocesodecorrelaciónentre sus elementos físicos y las características de operación de los vehículos, mediante el uso de las matemáticas, la física y la geometría. En este sentido, vialidad queda definida geométricamente por el proyecto de su eje en planta (alineamiento horizontal) y en perfil (alineamiento vertical), y por el proyecto de su sección transversal. b) VOLÚMEN DE TRÁNSITO Al proyectar una calle ó carretera, la selección del tipo de vialidad, las intersecciones, los accesos y los servicios, dependen fundamentalmente del volumen de tránsito o demanda que circulará durante un intervalo de tiempo dado, de su variación, de su tasa de crecimiento y de su composición. Los errores que se cometan en la determinación de estos datos, ocasionará que la carretera o calle funcione durante el periododeproyecto,bienconvolúmenesde tránsito muy inferiores a aquellos para los que se proyectó, ó mal con problemas de congestionamiento por volúmenes de tránsito altos muy superiores a los proyectados. Los estudios sobre volúmenes de tránsito son realizados con el propósito de obtener información relacionada con el movimiento de vehículos sobre puntos ó secciones específicas dentro de un sistema vial. Estos datos de volúmenes de tránsito son expresados con respecto al tiempo, y de su conocimiento se hace posible el desarrollo de estimaciones razonables de la calidad de servicio prestado a los usuarios. Se define como volumen de tránsito al número de vehículos que pasan por un punto ó sección transversal dados, de un carril ó de una calzada, durante un periodo determinado y se expresa como: Q = N T Donde: Vehículos que pasan por unidad de tiempo (Vehículos / periodo). Número total de vehículos que pasan (vehículos) Período determinado (unidades de tiempo) 1. Volúmenes de Tránsito Absolutos ó totales. Es el número total de vehículos que pasan durante el lapso de tiempo determinado, dependiendo de la duración del lapso de tiempo determinado, se tienen los siguientes volúmenes de tránsito totales ó absolutos: - Tránsito anual (TA). Es el número total de vehículos que pasan durante un año, en este caso T = 1 año. - Tránsito mensual (TM). Es el número total de vehículos que pasan Q = N = T =
  21. 21. CAPÍTULO2.DISEÑO34 durante un mes, en este caso T = 1 mes. - Tránsito semanal (TS). Es el número total de vehículos que pasan durante una semana, en este caso T = 1 semana. - Tránsito diario (TD). Es el número total de vehículos que pasan durante un día, en este caso T = 1 día. - Tránsito horario (TH). Es el número total de vehículos que pasan durante una hora, en este caso T = 1 hora. - Tasa de flujo ó flujo (q). Es el número total de vehículos que pasan durante un período inferior a una hora, en esta caso T < 1 hora. 2. Volúmenes de Tránsito Promedio Diarios Se define el volumen de tránsito promedio diario (TPD), como el número total de vehículos que pasan durante un periodo dado (en días completos) igual ó menor a un año y mayor que un día, dividido entre el número de días del periodo. De acuerdo al número de días de este período, se presentan los siguientes volúmenes de tránsito promedio diarios, dados en vehículos por día: - Tránsito promedio diario anual (TPDA) TPDA = TA 365 - Tránsito promedio diario mensual (TPDM) TPDM = TM 30 - Tránsito promedio diario semanal (TPDS) TPDM = TS 7 3. Características de los Volúmenes de Tránsito. Los volúmenes de tránsito siempre deben ser considerados como dinámicos, por lo que solamente son precisos para el periodo de duración de los aforos. Sin embargo, debido a que sus variaciones son generalmente rítmicas y repetitivas, es importante tener un conocimiento de sus características, para así programar aforos, relacionar volúmenes en un tiempo y lugar con volúmenes de otro tiempo y lugar, y prever con la debida anticipación la actuación de las fuerzas dedicadas al control del tránsito y labor preventiva, así como las de conservación. Por lo tanto, es fundamental, en la planeación y operación de la circulación vehicular, conocer las variaciones periódicas de los volúmenes de tránsito dentro de las horas de máxima demanda, en las horas de día, en los días de la semana y en los meses del año. Aún más, también es importante conocer las variaciones de los volúmenes de tránsito en función de su distribución por carriles, su distribución direccional y su composición. Distribución y composición del volumen de tránsito. La distribución de los volúmenes de tránsito por carriles debe ser considerada, tanto en el proyecto como en la operación de calles y carreteras. Tratándose de tres o más carriles de operación en un sentido, el flujo se asemeja a una corriente hidráulica. Así, al medir los volúmenes de tránsito por carril, en zona urbana, la mayor velocidad y capacidad, generalmente se logran en el carril del medio; las fricciones laterales, como paradas de autobuses y taxis y las vueltas izquierdas y derechas causan un flujo más lento en los carriles extremos, llevando el menor volumen el carril cercano a la acera. En carretera, a volúmenes bajos y medios suele ocurrir lo contrario, por lo que se reserva el carril cerca de la faja separadora central para vehículos más rápidos y para rebases, y se presentan mayores volúmenes en el carril inmediato al acotamiento. En autopistas de tres carriles con altos volúmenes de tránsito, rurales o urbanas, por lo general hay mayores volúmenes en el carril inmediato a la faja separadora central. En cuanto a la distribución direccional, en las calles que comunican el centro de la ciudad con la periferia de la misma, el fenómeno común que se presenta en el flujo de tránsito es de volúmenes máximos hacia el centro en la mañana y hacia la periferia en las tardes y noches. Es una situación semejante al flujo y reflujo que se presenta los fines de semana cuando los vacacionistas salen de la ciudad el viernes y sábado y regresan el domingo en la tarde. Este fenómeno se presenta especialmente en arterias del tipo radial. En cambio, ciertas arterias urbanas que comunican centros de gravedad importantes, no registran variaciones direccionales muy marcadas en los volúmenes de tránsito. Un ejemplo de éstos puede citarse en el caso del Anillo Periférico de la Ciudad de México, en su tramo entre el Viaducto y Naucalpan, donde la distribución direccional es bastante equilibrada, tanto en las horas de máxima demanda de la mañana, como en las de la tarde, es decir, no hay mucha diferencia entre los volúmenes en uno u otro sentido. En los estudios de volúmenes de tránsito es muy útil conocer la composición y variación de los distintos tipos de vehículos. La composición vehicular se mide en términos de porcentajes sobre el volumen total. Por ejemplo, porcentaje de automóviles, de autobuses y de camiones. En los países más adelantados, con un mayor grado de motorización, los porcentajesdeautobusesycamionesenlos volúmenes de tránsito son bajos. En cambio, en países con menor grado de desarrollo, el porcentaje de estos vehículos grandes y lentos es mayor. En nuestro medio, como es el caso de México, a nivel rural, es muy común encontrar porcentajes típicos o medios del orden de 60% automóviles, 10% autobuses y 30% camiones, con variaciones de ± 10%, dependiendo del tipo de carretera, la hora del día y el día de la semana. Variación diaria del volumen de tránsito.
  22. 22. CAPÍTULO2.DISEÑO35 Se han estudiado cuáles son los días de la semana que llevan los volúmenes normales de tránsito. Así, para carreteras principales de lunes a viernes los volúmenes son muy estables los máximos, generalmente se registran durante el fin de semana, ya sea el sábado o el domingo, debido a que durante estos días por estas carreteras circula una alta demanda de usuarios de tipo turístico y recreacional. En carreteras secundarias de tipo agrícola, los máximos volúmenes se presentan entre semana. En las calles de la ciudad, la variación de los volúmenes de tránsito diario no es muy pronunciada entre semana, esto es que están más o menos distribuidos en los días laborales, sin embargo, los más altos volúmenes ocurren el viernes. También vale la pena mencionar, con referencia a la variación diaria de los volúmenes de tránsito tanto a nivel urbano como rural, que se presentan máximos en aquellos días de eventos especiales como Semana Santa, Navidad, fin de año, competencias deportivas nacionales e internacionales, etc. Variaciónmensualdelvolumen detránsito. Hay meses que las calles y carreteras llevan mayores volúmenes que, presentando variaciones notables. Los más altos volúmenes de tránsito se registran en Semana Santa, en las vacaciones escolares y a fin de año por las fiestas y vacaciones navideñas del mes de diciembre. Por razón losvolúmenesdetránsitopromediodiarios que caracterizan cada mes son diferentes, dependiendo también, en cierta manera, de la categoría y del tipo de servicio que presten las calles y carreteras. Sin embargo, el patrón de variación de cualquier vialidad no cambia grandemente de año a año, a menos que ocurran cambios importantes en suelo, en los usos de la tierra, o se construyan nuevas calles o carreteras que funcionen como alternas. 4. Volúmenes a Futuro. Relación entre los volúmenes de tránsito promedio diario, anual y semanal. Elcomportamientodecualquierfenómeno ó suceso estará naturalmente mucho mejor caracterizado cuando se analiza todo su universo. En este caso, el tamaño de su población está limitada en el espacio y en el tiempoporlasvariablesasociadasalmismo. Con respecto a volúmenes de tránsito, para obtener el tránsito promedio diario anual, TPDA, es necesario disponer del número total de vehículos que pasan durante el año por el punto de referencia, mediante aforos continuos a lo largo de todo el año, ya sea en periodos horarios, diarios, semanales ó mensuales. Muchas veces esta información anualesdíficildeobtener,almenosentodas lasvialidadesporloscostosqueelloimplica, sin embargo se pueden obtener datos en las casetas de cobro para las carreteras de cuota y mediante contadores automáticos instalados en estaciones maestras de la gran mayoría de las carreteras de la red vial primaria de la nación. En estos casos, muestras de los datos sujetas a las mismas técnicas de análisis permiten generalizar el comportamiento de la población. No obstante, antes de que los resultados se puedan generalizar, se debe analizar la variabilidad de la muestra para así estar seguros, con cierto nivel de confiabilidad, que ésta se puede aplicar a otro número de casos no incluidos, y que forman parte de las características de la población. Por lo anterior, en el análisis de volúmenes de tránsito, la media poblacional o tránsito promedio diario anual, TPDA, se estima con base en la media muestral ó tránsito promedio diario semanal, TPDS, según la siguiente expresión: TPDA = TPDS ± A Donde: A = Máxima diferencia entre el TPDA y el TPDS El valor de A, sumado ó restado del TPDS, define el intervalo de confianza dentro del cuál se encuentra el TPDA. Para un determinado nivel de confianza, el valor de A es:
  23. 23. CAPÍTULO2.DISEÑO36 Pronósticodelvolumen detránsitofuturo. El Pronóstico del volumen de tránsito futuro, por ejemplo el TPDA del año de proyecto, en el mejoramiento de una carretera existente o en la construcción de una nueva carretera, deberá basarse no solamente en los volúmenes normales actuales, sino también en los incrementos del tránsito que se espera utilicen la nueva carretera. Tránsito actual. El tránsito actual (TA) es el volumen de tránsito que usará la carretera mejorada o la nueva carretera en el momento de quedar completamente en servicio. En el mejoramiento de una carretera existente, el tránsito actual se compone del tránsito existente (TE) antes de la mejora, más el tránsito atraído (TAt) a ella de otras carreteras una vez finalizada su reconstrucción total. En el caso de la apertura de una nueva carretera, el tránsito actual se compone completamente de tránsito atraído. El tránsito actual (TA) se puede establecer a partir de aforos vehiculares sobre las vialidades de la región que influyan en la nuevacarretera,estudiosdeorigenydestino, ó utilizando parámetros socioeconómicos que se identifiquen plenamente con la economía de la zona. En áreas rurales cuandonosedisponedeestudiosdeorigen y destino ni datos de tipo económico, para estudios preliminares es suficiente la utilización de las series históricas de los aforos vehiculares en términos de los volúmenes de trán-sito promedio diario anual (TPDA) representativos de cada año. De esta manera, el tránsito actual (TA) seexpresacomo: TA = TE + TAt Paralaestimacióndeltránsitoatraído(TAt) se debe tener un conocimiento completo de las condiciones locales, de los orígenes y destinosvehicularesydelgradodeatracción de todas las vialidades comprendidas. A su vez, la cantidad de tránsito atraído depende de la capacidad y de los volúmenes de las carreteras existentes, así por ejemplo, si están saturadas ó congestionadas, la atracción será mucho más grande. Los usuarios, componentes del tránsito atraído a una nueva carretera, no cambian ni su origen, ni su destino, ni su modo de viaje, pero la eligen motivados por una mejora en los tiempos de recorrido, en la distancia, en las características geométricas, en la comodidad y en la seguridad. Como no se cambia su modo de viaje, a este volumen de tránsito también se le denomina tránsito desviado. Incremento del tránsito. El incremento del tránsito (IT) es el volumen de tránsito que se espera use la nueva carretera en el año futuro seleccionado como de proyecto. Este incremento se compone del crecimiento normal del tránsito (CNT) del tránsito generado (TG) y del tránsito desarrollado (TD). Elcrecimientonormaldeltránsito(CNT) es el incremento del volumen de tránsito debido al aumento normal en el uso de los vehículos. El deseo de las personas por movilizarse, la flexibilidad ofrecida por el vehículo y la producción industrial de más vehículos cada día, hacen que esta componentedeltránsitosigaaumentando. Sin embargo, deberá tenerse gran cuidado en la utilización de los indicadores del crecimiento del parque vehicular nacional para propósitos de proyecto, ya que no necesariamente reflejan las tasas de crecimiento en el área local bajo estudio, aunque se ha comprobado que existe cierta correlación entre el crecimiento del parque vehicular y el crecimiento del TPDA. El tránsito generado (TG) consta de aquellos viajes vehiculares, distintos a los deltransportepúblico,quenoserealizarían si no se construye la nueva carretera. El tránsito generado se compone de tres categorías: el tránsito inducido, o nuevos viajesnorealizadospreviamenteporningún modo de transporte; el tránsito convertido, o nuevos viajes que previamente se hacían masivamente en taxi, autobús, tren, avión o A = K E Donde: K = Número de desviaciones estándar correspondiente al nivel de confiabilidad deseado. E = error estándar de la media Estadísticamente se ha demostrado que las medias de diferentes muestras, tomadas de la misma población, se distribuyen normalmente alrededor de la media poblacional con una desviación estándar equivalentealerrorestándar. Porlotantotambiénsepuedeexpresarque: E = σ’ Donde: σ’ = estimador de la desviación estándar poblacional (σ) σ’ = S (N – n) ½ (n)½ (N – 1) Donde: S = Desviación estándar de la distribución de los volúmenes de tránsito ó desviación estándar muestral. n = Tamaño de la muestra en número de días del aforo. N = Tamaño de la población en número de días del año. La desviación estándar muestral, S, se calcula como: n ½ S = Σ ( Tdi – TPDS)2 i = 1 n - 1 Donde: TDi = Volumen de tránsito del día i. Finalmente la relación entre los volúmenes detránsitopromediodiarioanualysemanal es: TPDA = TPDS ± A TPDA = TPDS ± K E TPDA = TPDS ± K σ’
  24. 24. CAPÍTULO2.DISEÑO37 a) ANTECEDENTES – PRUEBA AASHO La prueba de pavimentación que en su momento se conoció como AASHO, por sus siglas en inglés y debido a que en aquel entonces no estaba integrado el departamento del transporte de EU a esta organización. Fue concebida y promovida gracias a la organización que ahora conocemos como AASHTO (“American Association of State Highway and Transportation Officials”) para estudiar el comportamiento de estructuras de pavimento de espesores conocidos, bajo cargas móviles de magnitudes y frecuencias conocidas y bajo el efecto del medio ambiente. Fue formulada por el consejo de investigación de carreteras de la academia nacional de ciencias – consejo nacional para la investigación, la planeación empezó en 1951, la construcción del proyecto comenzó en 1956 muy cerca de Ottawa, Illinois.Eltráficocontroladodelapruebase aplicó de octubre de 1958 a noviembre de 1960, o sea, durante más de dos años. “El método de diseño AASHTO es uno de métodos más utilizados a nivel internacional para el diseño de pavimentos de concreto hidráulico.” 2.4 MÉTODO DE DISEÑO AASHTO barco, y que por razón de la nueva carretera se harían en vehículos particulares; y el tránsito trasladado, consistente en viajes previamente hechos a destinos completamente diferentes, atribuibles a la atracción de la nueva carretera y no al cambio en el uso del suelo. Al tránsito generado se le asignan tasas de incremento entre el 5 y el 25 % del tránsito actual, con un periodo de generación de uno ó dos años después de que la carretera ha sido abierta al servicio. El tránsito desarrollado (TD) es el incremento del volumen de tránsito debido a las mejoras en el suelo adyacente a la carretera. A diferencia del tránsito generado, el tránsito desarrollado continua actuando por mucho años después que la nuevacarreterahasidopuestaalservicio.El incrementodeltránsitodebidoaldesarrollo normal del suelo adyacente forma parte del crecimiento normal del tránsito, por lo tanto, éste no se considera como una parte deltránsitodesarrollado.Perolaexperiencia indica que en carreteras construidas con altas especificaciones, el suelo lateral tiende a desarrollarse más rápidamente de lo normal, generando valores del orden del 5 % del tránsito actual. El incremento del tránsito (IT) se expresa así: IT = CNT + TG + TD Tránsito a futuro. Los volúmenes de tránsito futuro (TF), para efectos de proyecto se derivan a partir del tránsito actual (TA) y del incremento del tránsito (IT), esperado al final del periodo ó año meta seleccionado. De acuerdo a esto, se puede plantear la siguiente expresión: TF = TA + IT Sustituyendo en la ecuación del tránsito futuro (TF), encontramos que: TF = TA + IT TF = (TE + TAt) + (CNT + TG + TD) En la figura 2.3.1 se presenta de manera gráfica los componentes del volumen de tránsitofuturo. Figura 2.3.1. Componentes del volumen de tránsito futuro.
  25. 25. CAPÍTULO2.DISEÑO38 El objetivo principal de las pruebas consistía en determinar relaciones significativas entre el comportamiento de varias secciones de pavimento y las cargas aplicadas sobre ellas, o bien para determinar las relaciones significativasentreunnúmeroderepeticiones de ejes con cargas, de diferente magnitud y disposición,yelcomportamientodediferente espesores de pavimentos, conformados con bases y sub-bases, colocados en suelos de característicasconocidas. El sitio cerca de Ottawa, seleccionado para la prueba, tiene condiciones climáticas y de suelo típicas de algunas áreas de Estados Unidos y Canadá. Esto hace que la aplicabilidaddelmétododebautilizarsecon criterio para otras partes del mundo. Los pavimentos se construyeron en circuitosalolargodeunasecciónde8millas de una futura autopista interestatal. Se realizaron 6 circuitos de prueba, todos erantramosdedoscarrilesyteníanlamitad del tramo en pavimento de concreto y la otra en pavimento flexible. El Circuito 1 se dejo sin cargas para evaluar el impacto del Medio Ambiente en los pavimentos. El Circuito 2 se utilizó con aplicaciones de cargas de camiones ligero. En los Circuitos de 3 al 6 se realizaron aplicaciones de carga con camiones pesados. Los circuitos 5 y 6 tuvieron idénticas configuraciones y combinaciones de carga. Cada circuito consistía de dos largas carreteras paralelas conectadas en los extremos por retornos, las secciones de prueba de los pavimentos estaban localizadas en las rectas o tangentes de cada circuito. Geometría de los Circuitos La sección estructural de prueba tenía una longitud de 30 m en pavimentos flexibles, 36 m en pavimentos de concreto simple y 80 m en pavimentos continuamente reforzados. Las secciones de prueba tanto de flexible como de pavimento rígido fueron construidas sobre idénticos terraplenes. También se examinaron bajo las mismas condiciones climáticas, por el mismo número de cargas aplicadas, el mismo tráfico y velocidades de operación. En total se examinaron 368 secciones de pavimento rígido y 468 secciones de pavimento flexible. El tráfico que se utilizó en la prueba, estaba perfectamente controlado, se iniciaron las repeticiones de carga en noviembre de 1958, de la siguiente manera: En los circuitos de camiones pesados, Circuitos 3-6: - inicialmente 6 vehículos por carril -posteriormenteseaumentoa10vehículos por carril (en enero 1960) El tiempo de Operación de los vehículos fue de: - 18 horas 40 minutos - 6 días de la semana En Total se aplicaron: - 1,114,000 Repeticiones de Carga Normal - Corresponiendo aproximandamente a 6.2 millones de ESAL´s b) CONCLUSIONES OBTENIDAS DE LA PRUEBA Los principales experimentos sobre pavimentos fueron diseñados de modo que los resultados de las pruebas fueran estadísticamente significativas. Las secciones de prueba de los pavimentos de varios espesores fueron sometidas a tráfico controlado. Las secciones examinadas representaban todas las combinaciones de los factores de diseño para concreto y asfalto. Cada circuito de tráfico contenia algunas secciones que no formaban parte de los principales experimentos sobre pavimentos. Estas secciones se incluyeron para estudios especiales tales como los efectos de acotamientos pavimentados y bases estabilizadas en el comportamiento del pavimento. Dos de las técnicas aleatorias y de réplica estadísticas que se emplearon al diseñar los experimentos principales fueron la aplicación aleatoria que garantizó que un diseño dado tuviera la misma oportunidad de estar localizado en un lugar en un tramo recto de prueba, que una sección de cualquiera de los diseños. Las posiciones de los cuatro circuitos de prueba más importantes se localizaron al azar. La réplica garantizó que varios de los diseños aparecieran en dos secciones en el mismo para verificar la Confiabilidad. Las mediciones del comportamiento de un pavimento en términos de su capacidad para soportar el tráfico con seguridad y comodidad en la esencia del concepto de capacidad de servicio. Su desarrollo para convertirlo en un procedimiento trabajable por parte del personal de la Prueba de Carreteras constituyó una aportación muy importante a la ingeniería de carreteras. El nivel requerido de servicio de un pavimento depende de la función que requiera dársele al pavimento. Los factores que tuvieron mayor peso en la determinación de la capacidad de servicio fueron: - Variaciones en el perfil longitudinal - Mediciones de la aspereza del pavimento en la dirección del movimiento. - Profundidad promedio de las roderas medida con regla de 1.20 m - Medidas de Agrietamientos severos - Medidas de Baches Las mediciones físicas de las secciones de prueba se transfirieron a fórmulas que podían dar nuevamente valores numéricos de capacidad de servicio. Estos valores graficados contra las aplicaciones de carga forman una historia de comportamiento para cada sección de prueba que permiten la evaluación de cada uno de los diversos diseños.
  26. 26. CAPÍTULO2.DISEÑO39 Se muestran las diferentes secciones probadas tanto de concreto como de asfalto con las diferentes combinaciones de sub-base, base y carpeta. La nomenclatura utilizada es la siguiente: Secciones que permanecieron en buenas condiciones, el número interior corresponde al índice de servicio al final de la prueba. Secciones que permanecieron en regulares condiciones, el número interior correspondeal índice de servicio al final de la prueba. Secciones que llegaron a la falla, el número interior corresponde al numero de aplicacionesde carga con el que llegaron a la falla. Las secciones de la parte superior corresponden al concreto y las de la parte inferior corresponden al asfalto. A continuación se muestran los resultados de los otros circuitos: Tres comparaciones que pueden usarse para evaluar el comportamiento de las secciones de prueba son: - Elnúmerodeaplicacionesdecargasobreuneje - Elíndicedecapacidaddeserviciodelasección en un momento determinado - La tendencia hacia la capacidad de servicio vs la capacidad de servicio Losresultadosqueseobtuvieronenloscircuitosse muestran a continuación: Circuito 2 – Tráfico Ligero
  27. 27. CAPÍTULO2.DISEÑO40 3 CIRCUITO 4 CIRCUITO Circuito 3 – Cargas Pesadas Circuito 4 – Cargas Pesadas
  28. 28. CAPÍTULO2.DISEÑO41 Circuito 5 – Cargas Pesadas Circuito 6 – Cargas Pesadas
  29. 29. CAPÍTULO2.DISEÑO42 En general se puede observar que el comportamiento que mostraron los pavimentos de concreto fue sustancialmente mejor que el de los pavimentos flexibles. El índice de servicio general que tuvieron los principales tramos de prueba y su comportamiento fue como se muestra a continuación: Comportamiento General del Circuito 3 Comportamiento General del Circuito 4 Comportamiento General del Circuito 5
  30. 30. CAPÍTULO2.DISEÑO43 Comportamiento General del Circuito 6 Otra de las conclusiones que se obtuvieron durante la prueba de pavimentos es con referencia a los pavimentos con acero de refuerzo. Comosemuestraacontinuación,elaceroderefuerzoenlospavimentosdeconcretoprácticamentenoincrementasucapacidadportante, debidoaqueelpavimentoseapoyaentodalasuperficiedelasub-baseyporlotantonoexistenlasdeformacionesqueharíanqueelacero de refuerzo trabajara para dar una contribución significativa. Por lo anterior no es recomendable la utilización de acero de refuerzo en los pavimentos de concreto hidráulico. c) EVOLUCIÓN DE LA GUÍA AASHTO Aproximadamente después de un año de terminar la prueba AASHO para 1961 salió publicada la primer “Guía AASHO para Diseño de Pavimentos Rígidos y Flexibles”. Posteriormente para 1972 se realizó una revisión y se publicó como la “Guía AASHTO para Diseño de EstructurasdePavimento–1972”;Para1981sehizounaRevisiónalCapítuloIII,correspondientealDiseñodePavimentosdeConcreto con Cemento Portland. Para1986sepublicóunarevisióndela“GuíaparaelDiseñodeEstructurasdePavimento”;En1993serealizóunaRevisióndelDiseñode Sobrecarpetasdepavimento;Para1998sepublicóunmétodoalternativoparadiseñodepavimentos,quecorrespondeaun“Suplemento a la guía de diseño de estructuras de pavimento”.
  31. 31. CAPÍTULO2.DISEÑO44 d) FORMULACIÓN LaformulageneralalaquellegóalAASHTOparaeldiseñodepavimetosrígidos,basadaenlosresultadosobtenidosdelapruebaAASHO es la siguiente: 1986-93 Ecuación de Diseño de Pavimentos Rígidos Las variables que intervienen en el diseño de los pavimentos constituyen en realidad la base del diseño del pavimento por lo que es importante conocer las consideraciones más importantes que tienen que ver con cada una de ellas para así poder realizar diseños confiables y óptimos al mismo tiempo. El procedimiento de diseño normal es suponer un espesor de pavimento e iniciar a realizar tanteos, con el espesor supuesto calcular los Ejes Equivalentes y posteriormente evaluar todos los factores adicionales de diseño, si se cumple el equilibrio en la ecuación el espesor supuesto es resultado del problema, en caso de no haber equilibrio en la ecuación se deberán seguir haciendo tanteos para tomando como valor semilla el resultado del tanteo anterior. La convergencia del método es muy rápida. Variables de diseño de Pavimentos Rígidos - Espesor - Serviciabilidad - Tráfico - Transferencia de Carga - Propiedades del Concreto - Resistencia de la Subrasante - Drenaje - Confiabilidad 1. Espesor El espesor del pavimento de concreto es la variable que pretendemos determinar al realizar un diseño, el resultado del espesor se ve afectado por todas las demás variables que intervienen en los cálculos. Es importante especificar lo que se diseña, ya que a partir de espesores regulares una pequeña variación en el espesor puede significar una variación importante en la vida útil. 2. Serviciabilidad El procedimiento de Diseño AASHTO predice el porcentaje de pérdida de serviciabilidad (Δ PSI) para varios niveles de tráfico y cargas de ejes. Entre mayor sea el Δ PSI, mayor será la capacidad de carga del pavimento antes de fallar.
  32. 32. CAPÍTULO2.DISEÑO45 Laserviciabilidadsedefinecomolahabilidad del pavimento de servir al tipo de tráfico (autos y camiones) que circulan en la vía, se mideenunaescaladel0al5endonde0(cero) significa una calificación para pavimento intransitable y 5 (cinco) para un pavimento excelente. La serviciabilidad es una medida subjetiva de la calificación del pavimento, sin embargo la tendencia es poder definirla con parámetros medibles como los son: el índice de perfil, índice de rugosidad internacional, coeficiente de fricción, distancias de frenado, visibilidad,etc. - Para Zonas Industriales 1.8 - Pavimentos Urbanos Principales 1.8 - Pavimentos Urbanos Secundarios 1.5 3. Tráfico El Tráfico es una de las variables más significativas del diseño de pavimentos y sin embargo es una de las que más incertidumbre presenta al momento de estimarse. Es importante hacer notar que debemos contar con la información más precisa posible del tráfico para el diseño, ya que de no ser así podríamos tener diseños inseguros o con un grado importante de sobre diseño. La metodología AASHTO considera la vida útil de un pavimento relacionada el número de repeticiones de carga que podrá soportar el pavimento antes de llegar a las condiciones de servicio final predeterminadasparaelcamino.Elmétodo AASHTO utiliza en su formulación el número de repeticiones esperadas de carga de Ejes Equivalentes, es decir, que antes de entrar a las fórmulas de diseño, debemos transformar los Ejes de Pesos Normales de los vehículos que circularán por el camino, en Ejes Sencillos Equivalentes de 18 kips (8.2 Ton) también conocidos como ESAL’s. Lo conducente es realizar los cálculos para el carril de diseño, seleccionado para estos fines por ser el que mejor representa las condiciones críticas de servicio de la calle o camino. Existen algunos factores que nos ayudan a determinar con precisión el tráfico que circulará por el carril de diseño. Los pavimentos de concreto el AASHTO los diseña por fatiga. La fatiga la podemos entender como el número de repeticiones ó ciclos de carga y descarga que actúan sobreunelemento.Enrealidadalestablecer una vida útil de diseño, en realidad lo que estamos haciendo es tratar de estimar, en un período de tiempo, el número de repeticiones de carga a las que estará sometido el pavimento. La vida útil mínima con la que se debe diseñar un pavimento rígido es de 20 años, es común realizar diseños para 30, 40 ó más de 50 años. Adicionalmente se deberá contemplar el crecimiento del tráfico durante su vida útil, que depende en gran medida del desarrollo económico - social de la zona en cuestión, del mejoramiento de las características del pavimento se puede generar tráfico atraído e igualmente se debe considerar la capacidad de tráfico de la vía. Tvu = Tpa x FCT Donde: Tvu = Tráfico en la vida útil Tpa = Tráfico durante el primer año FCT = Factor de crecimiento del tráfico, que depende de la Tasade Crecimiento Anual y de la Vida Util Tasa de Crecimiento Anual Dependiendo de muchos factores, tales como el desarrollo económico - social, la capacidad de la vía, etc. Es normal que el tráfico vehicular vaya aumentando con el Serviciabilidad Inicial (Po). – Es la condición que tiene un pavimento inmediatamentedespuésdelaconstrucción del mismo. Los valores recomendados por AASHTO para este parámetro son: - Para pavimento de Concreto = 4.5 - Para pavimento de Asfalto = 4.2 Usando buenas técnicas de construcción, el pavimento de concreto puede tener una serviciabilidad Po = 4.7 ó 4.8 Mientras mejor se construya inicialmente un pavimento, o bien, mientras mejor índice de serviciabilidad inicial tenga mayor será su vida útil, esto es debido a que las curvas de deterioro se comportan de manera paralela o con el mismo gradiente paraunascondicionesdeterminadas,como se muestra a continuación: Serviciabilidad Final (Pt). - La serviciabilidad final tiene que ver con la calificación que esperamos tenga el pavimento al final de su vida útil. LosvaloresrecomendadosdeServiciabilidad Final Pt para el caso de México, son: - Para Autopistas 2.5 - Para Carreteras 2.0
  33. 33. CAPÍTULO2.DISEÑO46 Factor de Crecimiento del Tráfico.- El factor de crecimiento del tráfico considera los años de vida útil más un número de años adicionales debidos al crecimiento propio de la vía. FCT = ( 1 + g ) n - 1 g Donde: g = Tasa de Crecimiento n = Años de Vida Util Factor de Sentido.- Del total del tráfico que se estima para el diseño del pavimento deberá determinarse el correspondiente a cada sentido de circulación, esto se realiza mediante la introducción del Factor de Sentido, cuyos valores recomendados son: - Un sentido de Circulación 1.0 - Doble sentido de Circulación 2.0 Factor de Carril. - El factor de Carril es un coeficiente que nos permite estimar que tanto del tráfico en el sentido de diseño circula por el carril de diseño. En una vía de un solo carril en el sentido de circulación de diseño, obviamente el 100% del tráfico circulará por ese carril que al mismo tiempo será nuestro carril de diseño. Una vía con dos carriles en el sentido de diseño, dependiendo del tipo de camino: carretero ó urbano, y de que tan saturada esté la vía, pueda ser que sobre el carril de diseño circule entre un 50% a un 80% del tráfico en ese sentido. pasodeltiempo,hastaquellegaaunpuntotaldesaturaciónenelqueeltráficosemantiene prácticamente sin crecer. Es conveniente preever este crecimiento del tráfico, tomando en consideración una tasa de crecimiento anual con la que se calcula un factor de crecimiento del tráfico. La tasa de crecimiento pudiera variar de acuerdo a los tipos de vehículos, pueden crecer más unos tipos que otros. A medida que un camino se va congestionando de tráfico su crecimiento se va haciendo mas lento, este efecto debemos considerarlo pudiendo estimar una Tasa de Crecimiento Equivalente, para considerar las variaciones en el crecimiento durante la vida útil. Es importante investigar adecuadamente la tasa de crecimiento apropiada para el caso en particularqueseesteconsiderando.Acontinuaciónsemuestranalgunosvalorestípicosde tasas de crecimiento, sin embargo estos pueden variar según el caso. Valores comunes de tasas de crecimiento Caso Tasa de Crecimiento CrecimientoNormal 1% a 3% VíasCompletamente 0% a 1% Saturadas Contráficoinducido* 4% a 5% Altocrecimiento** mayor al 5% solamente durante 3 a 5 años
  34. 34. CAPÍTULO2.DISEÑO47 El AASHTO recomienda algunos valores, sin embargo no necesariamente deben utilizarse. En Donde: Wtx = # Aplicaciones de carga definida al final del tiempo t Wt18=#Aplicacionesdecargaequivalente al final del tiempo t Lx = Carga del eje en kips L2 = Código de eje cargado: L2 = 1 Para eje Sencillo L2 = 2 Para eje Tandem L2 = 3 Para eje Tridem Gt = f ( Pt ) β18 =Valor de βx cuando Lx=18 y L2 = 1 Es importante hacer notar que los ejes equivalentes se calculan de manera diferente para un pavimento rígido que para un flexible. Cuando se multiplica el tráfico por las diferentes factores de equivalencias, se obtienen los ESAL’s (Ejes Sencillos Equivalentes). El tráfico pesado es el que mayor daño producealospavimentosporloquedeberá estimarse con la mayor precisión posible. Como ejemplo podemos mencionar que el daño que produce una sola aplicación de carga de un camión semi-remolque de 36 Ton. equivale al daño que producen 9,523 repeticiones de carga de un vehículo tipo automóvil. Otro factor importante a considerar es la sobrecarga,debemosconocerconlamayor certeza posible los pesos de los ejes de los vehículos que estarán circulando sobre el pavimento que estamos diseñando, ya que las sobrecargas generan un daño muy importante al pavimento y su crecimiento es de orden exponencial. 4. Transferencia de Cargas La transferencia de carga es la capacidad que tiene una losa del pavimento de transmitir fuerzas cortantes con sus losas adyacentes, con el objeto de minimizar las deformaciones y los esfuerzos en la estructura del pavimento, mientras mejor sea la transferencia de cargas mejor será el comportamientodelaslosasdelpavimento. El método AASHTO considera la transferencia de cargas mediante el factor de transferencia de cargas J. La efectividad de la Transferencia de Carga entre losas adyacentes depende de varios factores: - Cantidad de Tráfico - Utilización de Pasajuntas - Soporte Lateral de las Losas Unamaneradetransferirlacargadeunalosa a otra es mediante la trabazón de agregados quesegeneraenlagrietadebajodelcortede la junta, sin embargo esta forma de transferir cargasolamenteserecomiendaparavíascon tráficoligero. La utilización de pasajuntas es la manera mas conveniente de lograr la efectividad en la transferencia de cargas, los investigadores recomiendan evaluar dos criterios para determinar la conveniencia de utilizar pasajuntas. Utilizar pasajuntas cuando: a) El tráfico pesado sea mayor al 25% del tráfico total. b) El número de Ejes Equivalentes de diseño sea mayor de 5.0 millones de Esal’s. Número de Carriles Factor de Carril 1 1.00 2 0.80 a 1.00 3 0.60 a 0.80 4 0.50 a 0.75 Nota: estos se asemejan más a los de carreteras Factor de Equivalencia del Tráfico. - Las fórmulas que permiten convertir el número de ejes de pesos normales a ejes equivalentes dependen del espesor del pavimento, de la carga del eje, del tipo de eje y de la serviciabilidad final que pretendemos para el pavimento. A continuación se muestran dichas fórmulas: Fec = - Wt18 Wtx Log Wtx = 4.62 Log (18+1) - 4.62 Log (Lx + L2 ) + 3.28 Log (L2 ) + Gt - Gt Wt18 βx β18 Gt = Log 4.5 - Pt βx = 1 + 3.63 (Lx + L2 ) 5.20 4.5 - 1.5 ( D + 1 ) 8.46 ( L2 ) 3.52
  35. 35. CAPÍTULO2.DISEÑO48 El Coeficiente de Transferencia de Carga considera el esfuerzo de transferencia a través de la junta o grieta. SoporteLateral.-Elconfinamientoqueproduceelsoportelateralcontribuyeareducirlosesfuerzosmáximosquesegeneranenelconcreto por efecto de las cargas. Un pavimento de concreto puede considerarse lateralmente soportado cuando tenga algunas de las siguientes características en su sección: - Carril Ancho >= 4.0 m - ConfinamientoconGuarnicionesoBanquetas - Con Acotamientos Laterales Barras Pasajuntas Espesor de Losa Diámetro Longitud Separación cm in mm in cm in cm in 13 a 15 5 a 6 19 3/4 41 16 30 12 15 a 20 6 a 8 25 1 46 18 30 12 20 a 30 8 a 12 32 1 1/4 46 18 30 12 30 a 43 12 a 17 38 1 1/2 51 20 38 15 43 a 50 17 a 20 45 1 3/4 56 22 46 18 Pasajuntas.- Barra de acero redondo liso fy = 4,200 kg/cm2 la cual no se debe de adherir al concreto permitiendo el libre movimiento de losas longitudinalmente, pero si debe de transferir verticalmente parte de la carga aplicada en una losa a la adyacente. Se colocan perfectamente alineadas a la mitad del espesor de la losa. El diámetro, longitud y separación de las pasajuntas esta en función de el espesor de las losas principalmente. Algunas recomendaciones prácticas para la selección de la Barra son las siguientes:
  36. 36. CAPÍTULO2.DISEÑO49 5. Propiedades del Concreto Son dos las propiedades del concreto que influyen en el diseño de un pavimento de concretoyensucomportamientoalolargo de su vida útil: - Resistencia a la tensión por flexión (S´c) ó Módulo de Ruptura (MR) - Módulo de Elasticidad del Concreto (Ec) Módulo de Ruptura (MR).- Debido a que los pavimentos de concreto trabajan principalmente a flexión es recomendable que su especificación de resistencia sea acordeconello,poresoeldiseñoconsidera la resistencia del concreto trabjando a flexión, que se le conoce como resistencia a la flexión por tensión (S’c) o Módulo de Ruptura (MR) normalmente especificada a los 28 días. Módulo de Ruptura Recomendado Tipo de Pavimento MR Recomendado Kg/cm2 psi Autopistas 48.0 682.7 Carreteras 48.0 682.7 Zonas Industriales 45.0 640.1 Urbanas Principales 45.0 640.1 Urbanas Secundarias 42.0 597.4 * Valores típicos de la Desviación Estándar Promedio Concreto Premezclado 6% a 12% 9.0 % Mezclado Central 5% a 10% 7.5 % k (psi/in) = carga unitaria por placa / deflexión de la placa El módulo de ruptura se mide mediante ensayos de vigas de concreto aplicándoles cargas en los tercios de su claro de apoyo. Esta prueba esta normalizada por la ASTM C78. Existe una prueba similar con la aplicacióndelacargaalcentrodelclaroque genera resultados diferentes de resistencia a la flexión (aproximadamente 15% a 20% mayores) pero que no son los que considera AASHTO para el diseño. Los valores recomendados para el Módulo de Ruptura varían desde los 41 kg/cm2 (583 psi) hasta los 50 kg/cm2 (711 psi) a 28 días dependiendo del uso que vayan a tener. En seguida se muestran valores recomendados, sin embargo el diseñador deberá elegir de acuerdo a un buen criterio. Módulo de Ruptura Promedio.- La metodología de diseño de AASHTO permite utilizar la resistencia a la flexión promedio, que se haya obtenido del resultado de ensayos a flexión de las mezclas diseñadas para cumplir la resistencia especificada del proyecto. Estos resultados dependen de las condiciones de control y calidad que tenga el fabricante del concretoensusprocesos.EntodosloscasosserecomiendaqueseaConcretoPremezclado Profesionalmente. MR promedio = MR especificado + Zr x ( Desviación Estándar* del MR ) Módulo de Elasticidad.- El Módulo de Elasticidad del concreto esta íntimamente relacionado con su Módulo de Ruptura y se determina mediante la norma ASTM C469. Existen varios criterios con los que se puede estimar el Módulo de Elasticidad a partir del Módulo de Ruptura. Los dos más utilizados son: Ec=6,750*MR/Ec=26,454*MR^0.77.Estasformulasaplicanconunidadesinglesas. 6. Resistencia de la Subrasante La resistencia de la subrasante es considerada dentro del método por medio del Módulo de Reacción del Suelo K que se puede obtener directamente mediante la prueba de placa. El módulo de reacción de suelo corresponde a la capacidad portante que tiene el terreno natural en donde se soportará el cuerpo del pavimento. El valor del módulo de reacción (K)sepuedeobtenerdirectamentedelterrenomediantelapruebadeplacaASTMD1195 y D1196. El valor de K representa el soporte (terreno natural y terraplén si lo hay) y se puede incrementar al tomar la contribución de la sub-base. Cuando se diseña un pavimento es probable que se tengan diferentes valores de K a lo largo del tramo por diseñar, el método AASHTO recomienda utilizar el valor promedio de los módulos K para el diseño estructural. Esquema de la prueba de placa Estimaciones y Correlaciones de K En base a una gran número de muestras y estudios se han podido desarrollar algunos valores estimativos del módulo de reacción del suelo en función a diferentes propiedades. Diferentes autores han publicado sus resultados y en general no difieren notablemente.
  37. 37. CAPÍTULO2.DISEÑO50 Correlación 1 con SUCS y VRS Correlación 2 con SUCS y VRS
  38. 38. CAPÍTULO2.DISEÑO51 7. Drenaje En cualquier tipo de pavimento, el drenaje, es un factor determinante en el comportamiento de la estructura del pavimento a lo largo de su vida útil, y por lo tanto lo es también en el diseño del mismo. Es muy importante evitar que exista presencia de agua en la estructura de soporte, dado que en caso de presentarse esta situación afectará en gran medida la respuesta estructural del pavimento. Aspectos que debemos de cuidar para evitar que el agua penetre en la estructura de soporte: - Mantener perfectamente selladas las juntas del pavimento. - Sellarlasjuntasentrepavimentoyacotamiento o cuneta. - Colocar barreras rompedoras de capilaridad (en donde se requiera) - Utilizar cunetas, bordillos, lavaderos, contracunetas, subdrenajes, etc. - Construir o aprovechar los drenajes pluviales en las ciudades. Tener agua atrapada en la estructura del Pavimento produce efectos nocivos en el mismo, como pueden ser: - Reducción de la resistencia de materiales granulares no ligados. - Reducción de la resistencia de la subrasante. - Expulsión de finos - Levantamientos diferenciales de suelos expansivos - Expansión por congelamiento del suelo Algunos de estos fenómenos se pueden minimizar cuando se utilizan bases estabilizadas con cemento o bases de relleno fluido. Los valores recomendados para el coeficiente de drenaje deberán estar entre 1.0 y 1.10 8. Confiabilidad Los factores estadísticos que influyen el comportamiento de los pavimentos son: - Confiabilidad R - Desviación Estándar Confiabilidad.- La confiabilidad esta definida como “la probabilidad de que un pavimento desarrolle su función durante su vida útil en condiciones adecuadas para su operación” Otra manera de entender la confiabilidad, por ejemplo es: si se considera una confiabilidad “R” del 80% estaríamos permitiendo que el 20% de las losas del pavimento alcancen al final de su vida útil una serviciabilidad igual a la serviciabilidad final seleccionada en el diseño. También podemos entender a la confiabilidad como un Factor de Seguridad y ante esa situación debemos reflexionar en los valores de confiabilidad que debemos utilizar en México, con el mejor de los criterios, al hacer un diseño para un pavimento. Confiabilidad recomendada por AASHTO * Clasificación Funcional Urbano Rural Autopistas 85% - 99.9% 80% - 99.9% Arterias Principales 80% - 99% 75% - 99% Colectoras 80% - 95% 75% - 95% Locales 50% - 80% 50% - 80% * Valida para Estados Unidos Tipo de Pavimento Confiabilidad R Autopistas 95 % Carreteras 80 % Rurales 70 % Zonas Industriales 65 % Urbanas Principales 60 % Urbanas Secundarias 50 % Confiabilidad recomendada para México Como se menciona anteriormente la confiabilidad puede relacionarse con un Factor de Seguridad, a continuación se presentan los factores de seguridad aproximados a los que corresponde la confiabilidad. Estos factores de seguridad van asociados con la Desviación Estándar “So”.
  39. 39. CAPÍTULO2.DISEÑO52 d) EJEMPLO RESUELTO Diseñar el espesor de un pavimento de concreto para una vialidad urbana de doble sentido y con 2 carriles por sentido. Los datos y los principales parámetrosdediseñosedetallanacontinuación: Servicibilidad: Serviciabilidad Inicial: = 4.5 Serviciabilidad Final = 1.8 Tráfico: TPDA = 4,302 vehículos Factor de sentido = 0.5 Factor de carril = 0.80 Composición del tráfico: Período de diseño: = 20 años Crecimiento Anual: = 3.0 % Transferencia de Carga: Se emplean pasajuntas y se supone soporte lateral de las losas debido a guarniciones y banquetas a los costados de la vialidad. Por lo tanto el coeficiente de transferencia de carga es igual a 2.7. Propiedades del Concreto: Emplear un concreto con modulo de ruptura de 45 kg/cm2 (640 psi) Subrasante: Se determinó mediante pruebas de placa realizadas sobre la base un módulo de reacción del suelo (k) igual a 300 pci Desviación Confiabilidad “R” Estándar So 50% 60% 70% 80% 90% 95.00% 0.30 1.00 1.19 1.44 1.79 2.42 3.12 0.35 1.00 1.23 1.53 1.97 2.81 3.76 0.39 1.00 1.26 1.60 2.13 3.16 4.38 0.40 1.00 1.26 1.62 2.17 3.26 4.55 Factor de seguridad AASHTOO FS AASHTO = 10( - Zr x So ) Donde: Zr = desviación normal estandar para “R” So = desviación estándar Peso (TON) Composición % Total Tipo de Vehículo Cargados Vacíos % Cargados Vacíos Diarios A2 2.00 1.60 70.2% 100.0% 0% 3,018 B2 15.47 10.4 81.2% 75.0% 25% 51 B3 19.46 11.9 85.1% 75.0% 25% 218 C3 23.45 8.4 87.3% 75.0% 25% 312 C4 27.94 12.4 70.7% 75.0% 25% 30 T2-S2 33.43 11.4 81.1% 75.0% 25% 48 T3-S2 41.41 11.9 84.2% 75.0% 25% 180 T3-S3 45.90 12.9 73.1% 75.0% 25% 135 T3-S2-R2 61.37 15.9 74.6% 75.0% 25% 197 T3-S2-R3 69.36 16.9 62.6% 75.0% 25% 113 100.0% 4,302
  40. 40. CAPÍTULO2.DISEÑO53 A continuación se describen los lineamientos generales del método del Portland Cement Association (PCA). 2.5 MÉTODO DE LA ASOCIACION DEL CEMENTO PORTLAND (PCA). a) FACTORES DE DISEÑO 1. Resistencia a la Flexión del Concreto La consideración de la resistencia a la flexión del concreto es aplicable en el procedimiento de diseño para el criterio de fatiga, que controla el agrietamiento del pavimento bajo la repetición de cargas. El alabeo del pavimento de concreto bajo las cargas del tráfico provoca esfuerzos tanto de compresión como de flexión. Sin embargo la proporción de los esfuerzos a compresión contra la resistencia a la compresión del concreto es mínima como para influir en el diseño de espesor de la losa. En cambio la relación de los esfuerzos a flexión contra la resistencia a la flexión del concreto es mucho más alta y frecuentemente excede valores de 0.5. Por este motivo los esfuerzos y la resistencia a la flexión son los empleados para el diseño de espesores. La resistencia Condiciones de Drenaje: Se suponen condiciones normales de drenaje en la vialidad, por lo que se emplea un coeficiente de drenaje igual a 1.0 Confiabilidad: Portratarsedeunavialidadurbanadecierta importancia se considera usar un valor de confiabilidad del 60%. EJES EQUIVALENTES Y ESPESOR. Sabemos que es necesario transformar los ejesdepesosnormalesdelosvehículosque circularán sobre el camino, en ejes sencillo equivalentesde18kips(8.2ton)parapoder resolverlaecuacióndediseñodeespesores. Para convertir a ejes equivalentes los ejes de pesos normales de los vehículos Tipo de Eje Peso del Eje Repeticiones Repeticiones Ejes Equivalentes (kips) al año en la vida útil de 18 kips Sencillo 2.20 881,256 23,679,679 6,367 Sencillo 4.84 7,191 193,225 837 Sencillo 5.06 11,315 304,038 1,562 Sencillo 7.70 3,614 97,110 2,652 Sencillo 8.80 43,910 1,179,878 55,842 Sencillo 9.90 1,095 29,423 2,276 considerados se debe obtener en primera instanciaelnúmeroderepeticionesentoda la vida útil de cada tipo de vehículo que va a circular sobre el pavimento (sencillo, tandem ó tridem) y dentro de cada tipo de eje, también se desgloza por peso del eje. Con el Factor de equivalencia de carga calculado para cada tipo y peso de ejes se convierten el número de repeticiones esperadas de cada tipo de eje, en la vida útil del proyecto, en el número de repeticiones esperadas de ejes equivalente (ó ESAL’s). El número de repeticiones esparadas durante la vida útil y sus respectivos ESAL’s en este ejemplo de diseño se presentan a continuación: Con los datos y parámetros de diseño establecidos se encontró un total de 24’860,542 Ejes Sencillos Equivalentes de 18 kips en el periodo de diseño y para ese número de ESAL’S, el espesor encontrado es de 8.52” (aproximadamente 22 centímetros). a la flexión del concreto es determinada por la prueba del modulo de ruptura, realizada en vigas de 6x6x30 pulgadas. El módulo de ruptura puede encontrase aplicandolacargaencantiliver,puntomedio óen3puntos.Unadiferenciaimportanteen estos métodos de prueba es que al aplicar la carga en 3 puntos se obtiene la mínima resistencia del tercio medio de la viga de prueba, mientras que los otros 2 métodos muestran la resistencia en un solo punto. El valor determinado por el método de aplicación de carga de 3 puntos (American Society for Testing and Materials, ASTM C78) es el empleado en este método de diseño1 . 1 Para una viga estándar de 30”, los valores de la prueba aplicando ala carga en el punto central serán de aproximadamente 75 psi más altos, y si se aplica la carga en cantiliver los valores serán de aproximadamente 160 psi más altos que aplicando la carga en 3 puntos. No se recomienda usar estos valores altos para propósitos de diseño. Si se usan otros métodos de prueba se deberá hacer un ajuste de reducción estableciendo una correlación a los resultados de la prueba aplicando la carga en 3 puntos.
  41. 41. CAPÍTULO2.DISEÑO54 Figura 2.5.1. Curva de desarrollo de resistencia a la flexión a través del tiempo. Figura 2.5.2. Prueba de Placa (ASTM D1195 y D1196). k (psi/in) = carga unitaria por placa / deflexión de la placa La prueba del módulo de ruptura es comúnmente realizada a los 7, 14, 28 y 90 días. Los resultados a los 7 y 14 días son comparados contra especificaciones de controldecalidadyparadeterminarcuando puede ser abierto al tránsito un pavimento. Los resultados a los 28 días se han usado generalmente para el diseño de espesores de autopistas y calles; mientras que los resultados a los 90 días son usados para el diseño de aeropistas, esto es debido a que se presentan muy pocas repeticiones de esfuerzos durante los primeros 28 ó 90 días del pavimento comparado contra los millones de repeticiones de esfuerzos que ocurrirán posteriormente. Sabemos que el concreto continua ganando resistencia con el paso del tiempo, como lo muestra la figura 2.5.1. Esta ganancia de resistencia es mostrada en la curva que representa valores de módulo de ruptura (MR) promedios para varias series de pruebas de laboratorio, pruebas de vigas curadas en campo y secciones de concreto tomadas de pavimentos en servicio. Enesteprocedimientodediseñolosefectos de las variaciones en la resistencia del concreto de punto a punto del pavimento y el incremento de resistencia con el paso del tiempo están incorporados en las gráficas y tablas de diseño. El diseñador no aplica directamente estos efectos, sino que simplemente ingresa el valor de la resistencia promedio a los 28 días, que en nuestro país se recomienda como mínimo 41 kg/cm2 (583 psi) y como máximo 50 kg/cm2 (711 psi). 2. Terreno de Apoyo ó Base Elsoportedadoalospavimentosdeconcretoporlabaseylasub-base,eselsegundofactoren eldiseñodeespesores.Elterrenodeapoyoestadefinidoentérminosdelmódulodereacción delasubrasantedeWestergaard(k).Esigualalacargaenlibrasporpulgadacuadradadeun área cargada (un plato de 30” de diámetro) dividido entre la deformación en pulgadas que provoca dicha carga. Los valores de k son expresados como libras por pulgada cuadrada por pulgada (psi / in) ó más comúnmente, por libras por pulgada cúbica (pci). La figura 2.5.2 nos muestra una ilustración de la prueba de placa regulada por la norma ASTM D1195 y D1196. Dado que la prueba de placa lleva tiempo y dinero, los valores de k son usualmente estimados mediante una correlación a pruebas más simples como la del VRS (valor RelativodeSoporte).Elresultadoesválidoporquenoserequiereunaexactadeterminación del valor k; ya que variaciones normales del valor k no afecta significativamente los requerimientos del espesor del pavimento. La relación mostrada en la figura 2.5.3 es correcta para estos propósitos. La prueba de caminos AASHTO comprobó convincentemente que la reducción de perdida de terreno de soporte durante los períodos de descongelamiento tienen ningún ó muy poco efecto en el espesor requerido de los pavimentos de concreto. Esto es cierto por que los pocos períodos en que los valores de k son bajos durante el descongelamiento de la primavera se compensan con los largos períodos en que se congelan y los valores de k son mucho mayores que los asumidos para el diseño. Paraevitarmétodostediososquerequierendediseñoparalasvariacionesdekenlasépocas del año, lo valores recomendables como valores promedio son los de verano u otoño. El contar con una sub-base permite incrementar en parte el valor de k del suelo que deberá usarse en el diseño de espesor. Si la base es de material granular no tratada ó mejorada el incremento puede no ser muy significativo como se aprecia en los valores presentados en la tabla 2.5.1. Los valores mostrados en la tabla 2.5.1. son basados del análisis de Burmister de un sistema de dos capas y cargado en pruebas de placa hechas para determinar los valores k del conjunto suelo - subbase en losas de prueba completas. Las bases mejoradas ó tratadas con cemento aportan mayor capacidad de carga y su comportamiento a largo plazo es mucho mejor y son ampliamente empleadas para

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