Diseño pavimento rigido

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Diseño pavimento rigido

  1. 1. JORNADA DE ACTUALIZACIÓN TÉCNICADISEÑO Y CONSTRUCCION DE PAVIMENTOS DE HORMIGON DISEÑO DE PAVIMENTOS RÍGIDOS Ing. Diego H. Calo Ciudad de Córdoba 20 de Noviembre de 2008
  2. 2. SÍNTESIS DE LA PRESENTACIÓN• CRITERIOS Y RECOMENDACIONES DE DISEÑO.• SUBRASANTES Y SUBBASES.• TIPO DE BANQUINAS, ADOPCIÓN DE SOBREANCHOS.• DISEÑO DE ESPESORES DE PAVIMENTOS RÍGIDOS POR LOS MÉTODOS; PCA ED.1984 Y AASHTO 1993.• DISEÑO DE JUNTAS. INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
  3. 3. Tipos de deterioros en pavimentos Fisuración Transversal Descripción: Fisuras con orientación predominantemente perpendicular al eje del pavimento. Causas Posibles: • Fisuración temprana por aserrado tardío. • Fisuración por fatiga: espesor de calzada insuficiente y/o separación de juntas excesiva para las solicitaciones impuestas (cargas de tránsito y medio ambientales). • Pérdida de soporte por erosión. • Reflexión de fisuras de capas inferiores o de losas adyacentes. Como evitarlas: • Selección de espesores de calzada adecuados a las solicitaciones impuestas. • Diseño adecuado de juntas. INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
  4. 4. Tipos de deterioros en pavimentos Fisuración Transversal Solicitaciones no debidas a Cargas Alabeo por temperatura• Un pavimento en servicio, se encontrará sujeto a continuos cambios de temperatura y humedad. Situación Diurna Situación Nocturna• Esto se traduce en la Alabeo por humedad generación de gradientes de estos parámetros en la sección de hormigón que generan alabeos que se encontrarán restringidos por el peso propio Tiempo Húmedo Tiempo Seco de la losa. Durante el día en general el alabeo por temperatura y el de humedad se contrarrestan, en cambio durante la noche se combinan. INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
  5. 5. Tipos de deterioros en pavimentos Fisuración Longitudinal Descripción: Fisuras con orientación predominantemente paralela al eje del pavimento. Causas Posibles: • Fisuración temprana por aserrado tardío. • Fisuración por fatiga: espesor de calzada insuficiente y/o separación de juntas excesiva. • Reflexión de fisuras de capas inferiores o de losas adyacentes. • Asentamientos diferenciales. Como evitarlas: • Diseño adecuado de juntas. • Control de heterogeneidades en subrasante. INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
  6. 6. Tipos de deterioros en pavimentos Roturas de Esquina Descripción: Fisura que intersecta una junta transversal con una junta longitudinal o borde de calzada orientada en general a 45º del eje del pavimento. Causas Posibles: • Pobre transferencia de carga. • Losas con ángulos agudos. • Pérdida de soporte por erosión. Como evitarlas: • Transferencia de carga adecuada en tránsito pesado. • Diseño adecuado de juntas en superficies de geometría irregular. • Provisión de una subbase resistente a la erosión bajo tránsito pesado. INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
  7. 7. Tipos de deterioros en pavimentos Erosión por bombeo Descripción: Movimiento del agua (con material en suspensión) ubicada debajo de la losa o su eyección hacia la superficie como resultado de la presión generada por la acción de las cargas. Causas (deben coexistir los siguientes factores): • Material fino capaz de entrar en suspensión (arenas finas y limos). • Disponibilidad de agua en las capas inferiores del pavimento. • Deflexiones excesivas en bordes y esquinas. Como evitarla: • Provisión de una subbase resistente a la erosión bajo tránsito pesado. • Evitar el ingreso de agua y/o facilitar su pronta remoción. INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
  8. 8. Tipos de deterioros en pavimentos Erosión por bombeo1ER ETAPA Juntas Transversales Junta Longitud. Tránsito Banq. Externa Escalonamiento Inicial 2DA ETAPA Incremento del escalonamiento Banq. Externa Eyección de Finos 3ER ETAPA Fisuración Transversal Banq. Externa Eyección de Finos INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
  9. 9. Tipos de deterioros en pavimentos Levantamiento de losas Descripción: Movimiento localizado hacia arriba de la superficie del pavimento en zona de juntas o fisuras, a menudo acompañado de una defragmentación. Causas Posibles: • Entrada de materiales incompresibles en la zona de junta. • Expansiones térmicas excesivas. • Inadecuado diseño de juntas en intersecciones y contra estructuras fijas. • Expansiones por Reacción Álcali - Sílice. Como evitarlas: • Diseño adecuado de juntas en intersecciones. • Especificar materiales de sello adecuados que prevengan la infiltración de agua y materiales incompresibles. INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
  10. 10. Tipos de deterioros en pavimentos Despostillamientos de juntas Descripción: Defragmentación localizada de los labios de las juntas o fisuras. Causas Posibles: • Entrada de materiales incompresibles en las juntas o fisuras. • Hormigón debilitado por falta de compactación, de durabilidad o por aserrado prematuro o por retiro de moldes en juntas de construcción. Como evitarlas: • Especificar materiales de sello adecuados que prevengan la infiltración de agua y materiales incompresibles. INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
  11. 11. Tipos de deterioros en pavimentos Reacción Álcali Agregado Descripción: En general el patrón de fisuración es en forma de mapa con fisuras predominantemente orientadas en dirección paralela a los bordes libres del pavimento. Causas: • Empleo de agregados potencialmente reactivos sin la adopción de medidas preventivas. Como evitarla: • Comenzar los estudios de las posibles fuentes de provisión desde la etapa misma de proyecto. • Tener presente que para determinados agregados se requiere de 1 año para evaluar su aptitud, en tanto que la evaluación de medidas preventivas puede demorar incluso hasta 2 años. INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
  12. 12. Tipos de deterioros en pavimentos Rugosidad Descripción: Desviaciones de la superficie del pavimento respecto a una superficie perfectamente plana que afectan la dinámica de los vehículos, el confort de circulación y las cargas dinámicas. Causas: • Rugosidad inicial de construcción. • Evolución de otros deterioros. Como evitarla: • Especificar equipamiento de construcción acorde con la rugosidad inicial requerida. • Proveer sobreanchos de la subbase del pavimento. • Controlar adecuadamente la evolución de los restantes deterioros. INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
  13. 13. OBJETIVO DEL DISEÑO• Provisión de un soporte razonablemente uniforme (control de cambios volumétricos en subrasantes expansivas y de la acción de la helada en zonas donde se prevé el congelamiento de la subrasante).• Prevención del bombeo mediante subbases adecuadas en caso de tránsito pesado.• Seleccionar espesores de diseño acordes con el tránsito previsto y las condiciones de soporte.• Diseño adecuado de juntas.• Evaluación de los materiales componentes del hormigón que aseguren los requisitos de resistencia y durabilidad durante la vida proyectada.• Especificar el empleo de materiales de sello adecuados y resistentes al intemperismo.• Especificar para su construcción el empleo de tecnologías acorde con la lisura que se pretende. INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
  14. 14. SÍNTESIS DE LA PRESENTACIÓN• CRITERIOS Y RECOMENDACIONES DE DISEÑO.• SUBRASANTES Y SUBBASES.• TIPO DE BANQUINAS, ADOPCIÓN DE SOBREANCHOS.• DISEÑO DE ESPESORES DE PAVIMENTOS RÍGIDOS POR LOS MÉTODOS; PCA ED.1984 Y AASHTO 1993.• DISEÑO DE JUNTAS. INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
  15. 15. SUBRASANTE / SUBBASECualquier fundación de pavimentos rígidos deberá verificar el cumplimientode los siguientes requisitos:• Uniformidad: No deberá existir cambios abruptos en las característicasde los materiales (zonas débiles o de elevada rigidez)• Control de subrasantes expansivas para asegurar un soporte uniformetanto en temporadas o estaciones húmedas como secas.• Control de hinchamientos por congelamiento en zonas expuestas aesta condición.• Resistencia a la erosión en pavimentos sujetos a importantes volúmenesde tránsito pesado. CUALQUIER PAVIMENTO DE HORMIGÓN EXPERIMENTARÁ PROBLEMAS CON SUBRASANTES Y SUBBASES NO APROPIADAMENTE DISEÑADAS Y CONSTRUIDAS INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
  16. 16. ¿Cuándo es necesario una subbase?El empleo de una subbase es necesaria cuando:• Cuando la combinación de suelos de subrasante, disponibilidad deagua y tránsito pesado prevé riesgo de bombeo y la presencia dedeterioros asociados a la misma.• Cuando se requiere garantizar un apoyo uniforme y estable alpavimento o para facilitar las tareas constructivas.Excepciones:• Tránsito: Cuando el tránsito medio diario previsto de vehículospesados es inferior de 200 VP/día ó cuando la cantidad de ejesequivalentes de diseño es inferior de 1.000.000 EE´s de 8,2 T.• Drenaje Natural: Un suelo de subrasante que es naturalmentedrenante no bombeará debido a que el agua percolará a las capasinferiores a través de la subrasante y no permanecerá por debajo delpavimento. INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
  17. 17. Influencia de la Subbase en el espesor de calzadaLa resistencia de la subrasante se valora mediante su módulo dereacción. La incorporación de una subbase al pavimento incrementasignificativamente el módulo de reacción combinado subrasante/subbase.El espesor de calzada de hormigónde diseño es relativamente pocosensible a la rigidez de su apoyopor lo que no es una decisiónadecuada incrementar la resistenciao el espesor de la subbase con elfin de reducir el espesor de calzada. INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
  18. 18. Influencia de la Rigidez de apoyo en las tensiones generadas Caso 1: Fundación Perfectamente Rígida Esubbase = ∞ Esubbase = ∞Debido a la rigidez de la fundación, la carga Durante una carga medioambiental, lano genera deflexiones ni tensiones en la losa. fundación no acompaña la deformación de la losa y se genera pérdida de apoyo. Caso 2: Fundación Muy Flexible Esubbase = 0 Esubbase = 0Debido a la falta de soporte la losa deflecta Durante una carga medioambiental, la fundación acompaña la deformación de lasignificativamente y se generan elevadastensiones de flexión. losa manteniendo su soporte. INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
  19. 19. Subbases granularesEl criterio principal para emplear una subbase granular en un pavimento dehormigón es el de limitar el contenido de finos que pasan el Tamiz #200.Si el material cuenta con excesivoscontenidos de finos, la capa puedealmacenar agua encontrándosedisponible para la erosión por bombeo Requisitos generales • Espesor mínimo: 10 cm. • Tamaño máximo < 1/3 del espesor. • P200 < 15%. • Desgaste Los Angeles < 50%. Recomendaciones: • No emplear espesores mayores de 15 cm. • Deberá especificarse una densidad mínima del 98% del T-180. INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
  20. 20. Subbases tratadas con cementoCaracterísticas:• Incremento de la resistencia a la erosión.• Evita la consolidación debido a cargas pesadas.• Menores deflexiones.• Mejor Eficiencia en la transferencia de carga.• Elevada capacidad de carga (mayor “k”), con reducción de espesor en losas.• Apoyo firme para TAR (mejora en la lisura superficial que entrega el equipo de alto rendimiento), con menores demoras por malas condiciones climáticas. Considerar siempre el empleo de Subbases tratadas con cemento. INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
  21. 21. Subbases de Hormigón PobreRequisitos:• Espesor mínimo: 10 cm.• Resistencia a compresión de 5 MPa a 8 MPa.• Contenido de cemento de 120 a 200 kg/m3.• Contenido de aire de 6 a 8%.• Tamaño máximo hasta de 25 a 50 mm.• Tolerancias: ± 6 mm en la regla de 3 m.Recomendaciones constructivas:• En general no suele especificarse laejecución de juntas en la subbase dehormigón pobre.• Se recomienda aplicar 2 capas de curado enbase a parafina. INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
  22. 22. SUBBASES - SOBREANCHO• Provee un apoyo estable y uniforme a la orugas del equipo pavimentador.• Mejor calidad final de terminación.• Reduce las demoras por malas condiciones climáticas.• Mejora las condiciones de soporte de los bordes de calzada.• Brindan una mejor aislación en zonas de subrasantes formadas por suelos susceptibles a cambios volumétricos.• Se debe especificar un sobreancho de 60 a 80 cm para ½ calzada y de 80 a 100 cm para ancho completo.Es ALTAMENTE recomendable parapavimentación con TAR, incorporar unsobreancho de la subbase a fin de que leprovea una apoyo estable y uniforme a lasorugas de la pavimentadora. INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
  23. 23. SÍNTESIS DE LA PRESENTACIÓN• CRITERIOS Y RECOMENDACIONES DE DISEÑO.• SUBRASANTES Y SUBBASES.• TIPO DE BANQUINAS, ADOPCIÓN DE SOBREANCHOS.• DISEÑO DE ESPESORES DE PAVIMENTOS RÍGIDOS POR LOS MÉTODOS; PCA ED.1984 Y AASHTO 1993.• DISEÑO DE JUNTAS. INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
  24. 24. TRANSFERENCIA DE CARGAS DEFLEXIONES EN PAVIMENTOS DE HORMIGÓN Borde Externo del Pavimento (Borde Libre) 5 Di ~2.5 DiCarril 3,65 m. Di Di ~3.5 Di 2 Di Junta longitudinal Central (actúa como banq. de Hº) Junta Transv. sin pasadores Junta Transv. con pasadores INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
  25. 25. TRANSFERENCIA DE CARGA Es la capacidad de una losa de transferir su carga a una losa vecina D1 = x D1 = X/2 D2 = X/2 D2 = 0 Mala Transferencia de Carga Buena Transferencia de Carga• Trabazón entre agregados• Pasadores• Banquina de hormigón Con cordón integral, – Banquina Vinculada si el cordón se ejecuta en una – Cordón Cuneta Tienen un segunda etapa, no hay – Sobreancho de Carril efecto similar contribución estructural INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
  26. 26. BANQUINA EXTERNA RÍGIDA VINCULADA INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
  27. 27. BANQUINA EXTERNA RÍGIDA VINCULADA• Es recomendable que las banquinas se construyan del mismo material que la calzada principal con el fin de facilitar las condiciones de construcción, mejorar la performance global del pavimento y reducir los costos de mantenimiento.• La vinculación al borde externo de calzada permite una reducción significativa de las deflexiones y tensiones generadas por cargas, reduciendo los espesores de diseño (de 2 a 3 cm).• Se recomienda el empleo de banquinas vinculadas de espesor total (considerar el empleo de sección variable).• Minimiza la infiltración de agua (mejor drenaje superficial). INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
  28. 28. EMPLEO DE SOBREANCHO DE CARRIL EN VÍAS CON ELEVADO TRÁNSITO PESADO• Se minimizan los deterioros asociados a las cargas en los bordes decalzada y esquinas.• Las cargas de tránsito se convierten prácticamente en cargas internasdesde el punto de vista de las tensiones y deflexiones generadas.• Usualmente se efectúa un ensanchamiento del carril cargado de 60cm. aproximadamente. No resulta conveniente el empleo desobreanchos mayores.• La demarcación se mantiene respetando el ancho de carril original ydeberá considerarse también el empleo de “despertadores” con el finde desalentar el empleo de dichas zonas.• Admite una reducción del espesor de calzada de 2 a 3 cm. Seconsidera con transferencia lateral en bordes (PCA) ó se emplea unfactor de transferencia de carga J = 2,7 (AASHTO). INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
  29. 29. TRANSFERENCIA DE CARGA EN BORDES INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
  30. 30. EMPLEO DE SOBREANCHO DE CARRIL EN VÍAS CON ELEVADO TRÁNSITO PESADO 10 2.5 E=25,5 cm; sin sobreancho E=25,5 cm; sin sobreancho 9 E=23 cm; con sobreancho E=23 cm; con sobreancho 8 2 7 Escalonamiento, mmFisuración, % 6 1.5 5 4 1 3 2 0.5 1 0 0 0 5 10 15 20 25 0 5 10 15 20 25 Edad, años Edad, años Considerar para tránsito pesado, siempre el empleo de sobreancho, aún cuando no se pavimente la banquina. INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
  31. 31. TRANSFERENCIA DE CARGA EN BORDES Y JUNTAS 7 Sin Pasadores 6 Sin Pasadores c-Sobreancho Pasadores 32 mm 5 Escalonamiento, mm Pasadores 32 mm c-sob 4 3 2 1 0 0 5 10 15 20 25 Edad, años INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
  32. 32. Transferencia de Carga Banquina de Hormigón vs. Sobreancho 7 Sin Pasadores 6 Pasadores 25 mm c-BH Pasadores 25 mm c-sob 5Escalonamiento, mm Pasadores 25 mm c-sob y BH 4 3 2 1 0 Cuando se emplea 0 5 10 15 20 Banquina de Hormigón 25 Edad, años Vinculada, efectuar también un sobreancho INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
  33. 33. SÍNTESIS DE LA PRESENTACIÓN• CRITERIOS Y RECOMENDACIONES DE DISEÑO.• SUBRASANTES Y SUBBASES.• TIPO DE BANQUINAS, ADOPCIÓN DE SOBREANCHOS.• DISEÑO DE ESPESORES DE PAVIMENTOS RÍGIDOS POR LOS MÉTODOS; PCA ED.1984 Y AASHTO 1993.• DISEÑO DE JUNTAS. INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
  34. 34. Método de la Portland Cement Association• Procedimiento Empírico- Mecanicista basado en respuestas de pavimentos matemáticamente calculadas.• Calibrado con Ensayos de campo y rutas en servicio.• Lanzado originalmente en 1966 y revisado en 1984.• Limita las tensiones desarrolladas en el Pavimento (Criterio de verificación por fatiga). Limitante para bajo tránsito pesado.• Limita las deflexiones desarrolladas en bordes y esquinas (Criterio de verificación por erosión). Limitante para elevado tránsito pesado.• Recientemente el ACPA ha lanzado una nueva versión para vías de Bajo Volumen de Tránsito Pesado (ACPA StreetPave). INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
  35. 35. Ubicación Crítica de CargasJunta transversal Junta transversal Carril Carril Eje Eje Tándem Tándem Banquina de Hormigón Banquina de Hormigón (si existe) (si existe)Posición crítica de la carga para Posición crítica de la carga para las Deformaciones las Tensiones de Flexión INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
  36. 36. Factores involucrados en el diseño• Capacidad soporte de la subrasante (k subrasante).• Tipo y espesor de Subbase (k combinado).• Propiedades mecánicas del hormigón.• Período de diseño.• Tránsito. Configuración de cargas por eje.• Transferencia de cargas en juntas transversales (pasadores / trabazón entre agregados).• Transferencia de carga en bordes (Tipo de banquina / sobreanchos de calzada).• Factor de seguridad de cargas. Siempre incorporar el valor medio o más probable INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
  37. 37. Propiedades mecánicas del Hormigón• Debe especificarse la resistencia media a flexión a 28 días (in situ).• Comúnmente se emplean MR a 28 días entre 4,0 MPa y 5,0 MPa.• Para mayor simplicidad, el control de calidad y recepción se efectúa mediante ensayos a compresión.• Se recomienda evaluar la relación flexión – compresión del hormigón con los agregados a emplear. K = 0,7 Para agregados Redondeados MR = K ⋅ σ C K = 0,8 Para agregados Triturados INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
  38. 38. Propiedades mecánicas del HormigónCorrelación de Resistencia a Compresión Especificada con MR de diseño σ bm = σ bk ⋅ (1 + C.V.⋅ Z )Según ACI 214 el C.V. es: <7% (Excelente); 7-9% (Muy Buena); 9-11%(Buena); 11-14% (Regular); >14% (Pobre).Entonces, aplicando la fórmula de la P.C.A. MR = k ⋅ σ bm (en MPa) Determinar en laboratorio estaSiendo: K = 0,8 para agregados Triturados. relación K = 0,7 para agregados Naturales. INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
  39. 39. Análisis de Sensibilidad 28.0 28 26.0 27 26 Espesor de Calzada, cmEspesor de Calzada, cm 24.0 25 22.0 24 20.0 23 18.0 22 16.0 21 14.0 20 Criterio de Fatiga Criterio de Erosión Criterio de Fatiga Criterio de Erosión 12.0 19 10 100 1000 10000 20 MPa/m 60 MPa/m 100 MPa/m 140 MPa/m 180 MPa/m Tránsito Pesado Medio Diario Anual (Diseño) - Esc. Log. Módulo de reacción combinado (subrasante/subbase) 27 27 26 26 25 25 Espesor de Calzada, cm Espesor de Calzada, cm 24 24 23 23 22 22 21 21 20 20 19 19 18 Criterio de Fatiga Criterio de Erosión 18 Criterio de Fatiga Criterio de Erosión 17 17 1.00 1.10 1.20 1.30 3.8 4.0 4.2 4.4 4.6 4.8 5.0 5.2 5.4 5.6 Factor de Seguridad de Cargas Resistencia a Flexión, MPa INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
  40. 40. Análisis de Sensibilidad 32 Sin Pasadores y Sin Banquina de Hº 30 Con Pasadores y Sin Banquina de Hº 28 Sin Pasadores y Con Banquina de HºEspesor de Calzada, cm 26 Con Pasadores y Con Banquina de Hº 24 22 20 18 16 14 12 1 10 100 1000 10000 Tránsito Pesado Medio Diario Anual (Esc. Log.) INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
  41. 41. Limitaciones• En el análisis por fatiga, no incorpora el efecto de las tensiones generadas por alabeo. – Considera que los efectos del alabeo diurno y nocturno se autocompensan.• No considera en forma directa la erosionabilidad de la subbase. – Lo hace en forma indirecta, mediante el incremento de la rigidez del apoyo.• No tiene en consideración la incidencia del clima y del drenaje de la estructura. – El método sugiere incrementar o reducir el daño por erosión del 100% en función de la experiencia en la utilización del método en una región determinada. INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
  42. 42. METODO AASHTO 1993 AASHO Road Test (1958-1960)• Tercer ensayo a gran escala en pavimentos.• Se evaluaron secciones de pavimento rígido y flexible.• Se evaluaron distintas configuraciones de carga, espesores de calzada y subbase.• Se estudiaron secciones de pavimentos de hormigón simple y reforzado.• Objetivo central: desarrollar relaciones entre cargas de tránsito pesado aplicadas, estructura del pavimento y pérdida de Serviciabilidad. INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
  43. 43. METODO AASHTO 1993Factores involucrados en el diseño• Serviciabilidad Inicial (po).• Serviciabilidad final (pt).• Período de diseño• Tránsito en ejes equivalentes (W18)• Factor de transferencia de carga (J)• Módulo de rotura del Hormigón (MR)• Módulo de elasticidad del Hormigón ( Ec)• Módulo de reacción de la subrasante (k, LOS)• Coeficiente de drenaje (Cd)• Confiabilidad (R, ZR). Siempre incorporar• Desvío Global (so). el valor medio o más probable INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
  44. 44. Transferencia de Carga - Efecto de pasadores y Banquina de Hormigón• La transferencia de carga en las juntas y bordes de calzada se tiene en cuenta mediante el Factor de Transferencia de Carga, J.• Depende del tipo de pavimento, de las condiciones de soporte de bordes y de la transferencia de carga en juntas. Soporte de Borde ESAL´s [Millones] JPCP y JRCP (c-pas) JPCP y JRCP (s-pas) NO SI NO SI < 0,3 3,2 2,7 3,2 2,8 0,3 a 1 3,2 2,7 3,4 3,0 1a3 3,2 2,7 3,6 3,1 3 a 10 3,2 2,7 3,8 3,2 10 a 30 3,2 2,7 4,1 3,4 > 30 3,2 2,7 4,3 3,6 Fuente: WinPAS Manual - Simplified Design Guide. INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
  45. 45. Propiedades de la Subrasante /SubbasePropiedades de la subrasante y Subbaseasociadas al diseño son:• Módulo resiliente subrasante (Mr)• Tipo de Subbase (E) Pérdida de• Espesor de Subbase Soporte Módulo de reacción Combinado (kc) INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
  46. 46. Propiedades de la Subrasante /SubbasePérdida de soporte• La Pérdida de soporte tiene en cuenta la erosión de la subbase y subrasante.• Mediante este factor se reduce el valor k debido a la esperada por la erosión de la subrasante.• Una pérdida de soporte de 0 considera la condición del suelo en el ensayo AASHO. A excepción que se prevea• Este valor se sitúa entre 0 y 3. una resistencia a la erosión inferior a la condición de la prueba AASHO, adoptar LOS = 0 INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
  47. 47. Análisis de Sensibilidad 37 37 110 E+06 110 E+06 35 35 Espesor de calzada, cm Espesor de calzada, cm Ejes Equivalentes, W18 Ejes Equivalentes, W18 90 E+06 90 E+06 33 33 31 70 E+06 31 70 E+06 29 29 50 E+06 50 E+06 27 27 30 E+06 30 E+06 25 25 Espesor Ejes Equivalentes Espesor Ejes Equivalentes 23 10 E+06 23 10 E+06 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3 3.8 4 4.2 4.4 4.6 4.8 5 5.2 5.4 5.6 Coeficiente de Drenaje Módulo de Rotura, MPa 37 37 110 E+06 110 E+06 35 35Espesor de calzada, cm Espesor de calzada, cm Ejes Equivalentes, W18 Ejes Equivalentes, W18 90 E+06 90 E+06 33 33 31 70 E+06 31 70 E+06 29 29 50 E+06 50 E+06 27 27 30 E+06 30 E+06 25 25 Espesor Ejes Equivalentes Espesor Ejes Equivalentes 23 10 E+06 23 10 E+06 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 26 28 30 32 34 36 38 40 42 Módulo de reacción combinado, MPa/m Módulo de Elasticidad, GPa INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
  48. 48. Análisis de Sensibilidad 37 110 E+06 35Espesor de calzada, cm Ejes Equivalentes, W18 90 E+06 33 31 70 E+06 29 50 E+06 27 30 E+06 25 Espesor Ejes Equivalentes 23 10 E+06 50 60 70 80 90 100 Confiabilidad 320 E+06 Con Pasadores y Con Banquina de Hº Con Pasadores y Sin Banquina de Hº 280 E+06 Ejes Equivalentes de 8,2 T Sin Pasadores y Con Banquina de Hº 240 E+06 Sin Pasadores y Sin Banquina de Hº 200 E+06 160 E+06 120 E+06 80 E+06 40 E+06 000 E+00 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 Espesor de calzada, cm INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
  49. 49. Limitaciones• No resulta prudente emplear ecuaciones o relaciones determinadas empíricamente para describir fenómenos que ocurren fuera del rango de la información original empleada para esta relación.• Si bien el ensayo AASHO constituye el ensayo más importante efectuado en materia de pavimentos, constituye una base empírica insuficiente para el diseño de los pavimentos actuales. (Ej.: 1 zona climática, 2 años en servicio, limitadas repeticiones de carga, 1 sola subrasante, limitadas secciones de estudio, 1 solo conjunto de materiales, etc.)• Existen una gran cantidad de factores que tienen una fuerte incidencia en el diseño y no son tenidos en cuenta. INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
  50. 50. SÍNTESIS DE LA PRESENTACIÓN• CRITERIOS Y RECOMENDACIONES DE DISEÑO.• SUBRASANTES Y SUBBASES.• TIPO DE BANQUINAS, ADOPCIÓN DE SOBREANCHOS.• DISEÑO DE ESPESORES DE PAVIMENTOS RÍGIDOS POR LOS MÉTODOS; PCA ED.1984 Y AASHTO 1993.• DISEÑO DE JUNTAS. INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
  51. 51. DISPOSICIÓN DE JUNTASEl objetivo es “copiar” el patrón de fisuración que naturalmentedesarrolla el pavimento en servicio mediante un adecuado diseño yejecución de juntas transversales y longitudinales, e incorporar en lasmismas mecanismos apropiados para la transferencia de cargas.Un adecuado diseño de las juntas permitirá: ⇒ Prevenir la formación de fisuras ⇒ Proveer transferencia de carga adecuada. ⇒ Prevenir la infiltración de agua y de materiales incompresibles a la estructura del pavimento. ⇒ Permitir el movimiento de las losas contra estructuras fijas e intersecciones ⇒ Dividir la construcción del pavimento en incrementos acordes a la tecnología empleada. INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
  52. 52. DISPOSICIÓN DE JUNTASSeparaciones entre Juntas deContracción• Sep. Máxima recomendada: 6,0 m.• Bases Cementadas: 21 x E• Bases Granulares: 24 x EOtras Consideraciones• Relación largo/ancho < 1,5 (Recomendado ≤ 1,25).• Otros factores que influyen: Coef. Dilatación Térmica del Hº, Rigidez de labase, Condiciones Climáticas, etc. DEBE PRIMAR LA EXPERIENCIA LOCAL INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
  53. 53. Separación de Juntas Transversales 100 90 S = 5,50 m 80 S = 5,25 m 70 S = 5,00 mLosas Fisuradas, % 60 S = 4,75 m S = 4,50 m 50 40 30 20 10 0 0 5 10 15 20 25 Edad, años MANTENER UN BAJOESPACIAMIENTO DE JUNTAS INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
  54. 54. TRANSFERENCIA DE CARGA TRABAZÓN ENTRE AGREGADOSInteracción de corte entre partículas deagregados de las caras de la junta pordebajo del aserrado primario.Resulta aceptable para vías de bajo tránsitopesado (80 a 120 VP/d)El grado de transferencia de carga seencuentra afectado por:• Espesor de losa.• Separación entre juntas (abertura de juntas)• Mejores condiciones de drenaje.• Empleo de agregados triturados.• Agregados con TM > 25 mm.• Subbases Rígidas.• Condiciones de soporte en bordes. INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
  55. 55. TRANSFERENCIA DE CARGA - PASADORES Características: Tipo de acero Tipo I (AL-220) Superficie Lisa, libre de óxido y con tratamiento que impida la adherencia al hormigón. Longitud 45 cm. Diámetro 25 mm para E ≤ 20 cm 32 mm para 20 < E ≤ 25 cm 38 mm para E > 25 cm Separación 30 cm. de centro a centro 15 cm. de centro a borde Ubicación Paralelo al eje de calzada Mitad del espesor de losa Mitad a cada lado de la junta transversal INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
  56. 56. TRANSFERENCIA DE CARGA - PASADORES INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
  57. 57. TRANSFERENCIA DE CARGA - PASADORESDeben emplearse en vías de Tránsito Pesado (donde noes suficiente la transferencia de carga por trabazón). 6 sin pasadores Diametro 25 mm 5 Diametro 32 mm Diametro 38 mm 4 Diametro 32 mm y sobreancho Escalonamiento, mm 3 2 1 0 0 5 10 15 20 25 Edad, años INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
  58. 58. TIPOS DE JUNTASJUNTAS TRANSVERSALES⇒ Contracción⇒ Construcción⇒ Expansión / DilataciónJUNTAS LONGITUDINALES⇒ Contracción⇒ Construcción INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
  59. 59. JUNTAS TRANSV. DE CONSTRUCCIÓN⇒ Se efectúan al final de la jornada de trabajo o en interrupciones programadas (puentes, estructuras fijas, intersecciones) o por imposibilidad de continuar con el hormigonado.⇒ Se ubican en coincidencia con la de contracción (Tomar precauciones cuando se pavimente por trochas).⇒ La transferencia de carga se efectúa a través del pasador. 1/2 E Pasador Espesor de losa "E" INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
  60. 60. JUNTAS TRANSV. DE DILATACIÓN⇒ Aíslan el pavimento de otra estructura, tal como otra zona pavimentada o una estructura fija.⇒ Ayudan a disminuir tensiones de compresión que se desarrollan en intersecciones en T y asimétricas.⇒ Su ancho debe ser de 12 a 25 mm, ya que mayores dimensiones pueden causar movimientos excesivos en las juntas cercanas.⇒ La transferencia de carga se efectúa a través del pasador, sino debe realizarse sobre espesor de hormigón.⇒ En pavimentos sin pasadores las 3 o 4 juntas próximas a la de dilatación deben ejecutarse con pasadores. INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
  61. 61. JUNTAS TRANSV. DE DILATACIÓNPasadorD= 25, 32 o 38 mm Material de Sellado Cápsula (30 mm de carrera libre) 1/2 E Espesor de losa "E" Material de Relleno 20 mm INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
  62. 62. JUNTAS TRANSVERSAL DE DILATACIONEn intersecciones asimétricas o en T no deben colocarse pasadores, demodo de permitir movimientos horizontales diferenciales Material de Sellado Espesor de losa "E" 1,2 E 6 a 10 E 20 mm Material de Relleno INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
  63. 63. JUNTAS LONGITUDINAL DE CONTRACCIÓN⇒ Se construyen para controlar la fisuración longitudinal.⇒ Se ejecutan (por aserrado) cuando se pavimentan 2 o más trochas simultáneamente.⇒ La transferencia de carga se efectúa por trabazón entre agregados.⇒ Se recomienda ubicarlas junto a las líneas demarcatorias de división de carriles (evitar las zonas de huellas) Barra de Unión corrugada E/3 E/2 E INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
  64. 64. JUNTAS LONGITUDINALES DIMENSIONAMIENTO DE BARRAS DE UNIÓN σc = γc ⋅ L⋅ µ ⋅ E 2Siendo:σc = Tensión en Junta Longitudinal (kg/m² m)γc = Densidad del Hormigón. Considerar el empleoL/2 = Distancia al borde Libre más cercano. de equipos con Insertoresµ = Fricción en apoyo (subrasante/subbase) automáticos de Barras (espaciamiento uniforme yE = Espesor de Calzada de Hormigón longitud de barras) INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
  65. 65. JUNTAS LONGIT. DE CONSTRUCCIÓN⇒ Se ejecutan cuando la calzada es construida en distintas etapas.⇒ En caso de posibles ampliaciones, es conveniente dejar los bordes con machimbre. Barra de Unión corrugada E/2 E Machihembrado semicircular o trapezoidal INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
  66. 66. JUNTAS LONGIT. DE CONSTRUCCIÓN 0,1 E 0,1 ETalud 1:4 0,2 E E 0,2 E Trapezoidal Semicircular INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
  67. 67. BIBLIOGRAFÍA DE CONSULTA• Integrated Materials and Construction Practices for Concrete Pavement: A State-of-the-Practice Manual, National Concrete Pavement Technology Center, FHWA HIF - 07 – 004, 2007. http://www.cptechcenter.org/publications/imcp/imcp_manual_october2007.pdf• Subgrades and Subbases for Concrete Pavements, EB 204P, American Concrete Pavement Association, 2007.• NCHRP, Guide for Mechanistic Empirical Design of New and Rehabilitated Pavement Structures – Final Report, 2004. http://www.trb.org/mepdg/guide.htm• Best Practices for Airport Portland Cement Concrete Pavement Construction (Rigid Airport Pavement), Report IPRF-01-G-002-1 or ACPA JP007P, Innovative Pavement Research Foundation, 2003.• WinPAS - Simplified Design Guide, MC016P, American Concrete Pavement Association, 2000.• Subgrades and Subbases for Concrete Pavements, TB011P, American Concrete Pavement Association, 1995.• AASHTO Guide for Design of Pavement Structures, American Association of State Highway and Transportation Officials, Washington, D.C. 1993• Design and Construction of Joints for Concrete Highways, TB010P, American Concrete Pavement Association, TB010P, 1991.• Thickness Design for Concrete Highway and Street Pavements, Portland Cement Association, EB109P, 1991. INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
  68. 68. GRACIAS ING. DIEGO H. CALO ICPA - DIVISIÓN PAVIMENTOS dcalo@icpa.com.ar INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO

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