pavimento rigido

JORNADAS DE ACTUALIZACIÓN TÉCNICA
DISEÑO DE PAVIMENTOS RÍGIDOS
Ing. Diego H. Calo
DIRECCIÓN NACIONAL DE VIALIDAD
San Miguel de Tucumán, 30 de Septiembre y 1 de Octubre de 2014
2
ÍNDICE DE LA PRESENTACIÓN
INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
3
Componentes Principales del Sistema
Espesor
Junta Longitudinal
Junta Transversal
Calzada de Hormigón
Barras de Unión
Pasadores
Subrasante
Subbase o base
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4
Tensiones en Pavimentos Rígidos
Datos:
• Espesor: 25 cm.
• Largo: 4,50 m.
• Ancho: 3,65 m.
• ∆T: 0ºC.
• k: 150 MPa/m
• Eje simple 100 KN
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5
Tensiones en Pavimentos Rígidos
K: 100 MPa/m
Datos:
• Espesor: 25 cm.
• Largo: 4,50 m.
• Ancho: 3,65 m.
• ∆T: 0ºC.
• Eje simple 100 kN
K: 50 MPa/m
K: 150 MPa/m
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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 no
genera deflexiones ni tensiones en la losa.
Durante una carga medioambiental, la fundación
no acompaña la deformación de la losa y se
genera pérdida de apoyo.
Caso 2: Fundación Muy Flexible
Esubbase = 0
Debido a la falta de soporte la losa deflecta
significativamente y se generan elevadas
tensiones de flexión.
Esubbase = 0
Durante una carga medioambiental, la fundación
acompaña la deformación de la losa
manteniendo su soporte.
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6
7
Tensiones en Pavimentos Rígidos
K: 100 MPa/m
Datos:
• Espesor: 25 cm.
• Largo: 4,50 m.
• Ancho: 3,65 m.
• ∆T: 10ºC.
• E: 35 GPa.
K: 50 MPa/m
K: 150 MPa/m
• CET: 1,10 10-5 1/ºC
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8
¿Cuándo es necesario una base?
Existe riesgo de erosión por bombeo
cuando
se
presentan
en
forma
simultánea las siguientes condiciones:
– Repeticiones reiteradas de cargas
pesadas (camiones) capaces de
generar deflexiones importantes
en juntas y bordes de la calzada
de hormigón.
– Disponibilidad de agua en la
interfase losa – subbase –
banquina.
– Una subrasante compuesta por
suelos finos o capaces de entrar
en suspensión.
Tránsito
Pesado
E
Agua Disponible
Material Fino
ó Erosionable
Cuando en un pavimento determinado se prevea la eventual coexistencia de
estos factores el EMPLEO DE UNA BASE NO EROSIONABLE ES DE CARÁCTER
OBLIGATORIO.
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9
Erosión por Bombeo y Escalonamiento
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):
• 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.
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10
Erosión por Bombeo y Escalonamiento
1ER ETAPA
Junta
Longitud.
Juntas Transversales
Tránsito
Banq. Externa
Escalonamiento Inicial
2DA ETAPA
Incremento del
escalonamiento
Banq.
Externa
Eyección de Finos
3ER ETAPA
Fisuración
Transversal
Banq.
Externa
Eyección de Finos
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11
Deformaciones en Pavimentos Rígidos
Datos:
• Espesor: 25 cm.
• Largo: 4,50 m.
• Ancho: 3,65 m.
• ∆T: 0ºC.
• k: 150 MPa/m
• Eje simple 100 KN
Carga Interna - Dzmax: 0,144 mm (100%)
Carga en Junta - Dzmax: 0,389 mm (270%)
Carga en Borde - Dzmax: 0,26 mm (180%)
Carga en Esquina - Dzmax: 0,646 mm (450%)
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12
TRANSFERENCIA DE CARGA
Es la capacidad de una losa de transferir su carga a una losa vecina
D1 = X/2
D1 = x
D2 = X/2
D2 = 0
Mala Transferencia de Carga
• Trabazón entre agregados
• Pasadores
• Banquina de hormigón
– Banquina Vinculada
– Cordón Cuneta
– Sobreancho de Carril
Buena Transferencia de Carga
Tienen un
efecto similar
Con cordón integral,
si el cordón se ejecuta en una
segunda etapa, no hay
contribución estructural
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Transferencia de Carga en Juntas
Transversales
Trabazón entre agregados por
debajo del aserrado primario
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13
Transferencia de Carga en Bordes de
Calzada
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14
15
Sobreancho de Calzada
1.80
0.70
Tensiones - Carga en Borde
• Espesor: 25 cm.
• Largo: 4,50 m.
• Ancho: 4,25 m.
Deformaciones - Carga en Esquina
0.60
1.40
0.50
1.20
0.40
1.00
0.80
0.30
0.60
0.20
0.40
• ∆T: 0ºC.
0.10
• CET: 1,10 10-5 1/ºC
• k: 150 MPa/m.
• Eje Simple: 100 KN
0.20
0.00
0.00
0
0.15
0.3
0.45
Distancia al Borde, m
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0.6
0.75
Deformación Máxima, mm
Datos:
Tensiones Máximas (Fondo de Losa), MPa
1.60
16
Resistencia a la Erosión
Clase
Potencial de Erosión
Tipo de Material
A
Extremadamente
Resistente a la erosión
Hormigón pobre con 7% - 8% de cemento ó
concreto asfáltico con 6% de asfalto.
B
Resistente a la erosión
Material granular tratado con 5% de cemento.
C
Resistente a la erosión
bajo ciertas condiciones
Material granular elaborado en planta con 3,5%
de cemento o 3% de asfalto.
D
Bastante erosionables
Material granular elaborado in situ con 2,5% de
cemento; suelos finos tratados con cemento in
situ; Materiales granulares limpios, bien
graduados y de buena calidad.
E
Muy erosionables
Materiales granulares contaminados no tratados;
Suelos finos no estabilizados.
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17
Bases granulares
El criterio principal para emplear una subbase granular en un pavimento de
hormigón es el de limitar el contenido de finos que pasan el Tamiz #200.
Si el material cuenta con excesivos
contenidos de finos, la capa puede
almacenar agua encontrándose disponible
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.
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18
Bases tratadas con cemento
Corresponde a la mezcla de suelo (en el mas amplio
sentido de su definición) con cemento, la cual es
compactada por medios mecánicos.
Ej: suelo – cemento, suelo – arena- cemento, grava cemento, ripio- cemento, estabilizado granular con
cemento, etc.).
Ventajas:
• Aprovechamiento de los materiales locales.
• Incremento de la resistencia a la erosión.
• Evita la consolidación por cargas.
• Menores deflexiones.
• Mejor transferencia de carga.
• Incremento de la rigidez de apoyo.
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19
Bases tratadas con cemento
Características (ACPA):
• Espesor mínimo: 10 cm.
• Tipo de suelo recomendado para tránsito pesado:
A1, A2-4, A2-5 y A3 (ACPA).
• Durabilidad por congelamiento – deshielo y
humedecimiento – secado.
• Contenidos de Cemento: de 2% a 5%.
• Resistencia a compresión: de 2,1 a 5,5 MPa.
• Resistencia a Flexión: de 0,7 MPa a 1,4 MPa.
• Módulo de elasticidad: 600.000 a 1.000.000 psi
(de 4100 a 6900 MPa).
• Romper la adherencia con emulsión asfáltica, film
de polietileno o dos capas de membrana en base
a parafina.
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20
Bases de Hormigón Pobre
Requisitos:
• 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.
• Pueden ser densas o drenantes (Hº poroso).
Recomendaciones constructivas:
• En general no suele especificarse la ejecución de
juntas en la subbase de hormigón pobre.
• Una terminación lisa es conveniente (menor
fricción).
• Se recomienda romper la adherencia con la
calzada mediante un film de polietileno.
Subbase de Hormigón Poroso
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21
Bases tratadas con Asfalto
Requisitos:
• Espesor mínimo: 5 cm.
• Contenido de asfalto típico: 4% – 4,5%.
• TM: 19 mm.
• Tolerancias: ± 6 mm en la regla de 3 m.
• Pueden ser densas o drenantes (Aº poroso).
Recomendaciones constructivas:
• Los lineamientos constructivos corresponden a los
empleados para la ejecución de cualquier capa
asfáltica.
• En verano mantener la cancha humedecida o
blanquearla (Riego de agua con cal.)
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PCA 84 Y ACPA STREETPAVE
• Procedimiento Empírico- Mecanicista basado en
respuestas de pavimentos matemáticamente calculadas.
Calibrado con Ensayos de campo y rutas en servicio.
• Se basa en un análisis de las tensiones y deflexiones
generadas en las juntas, esquinas y bordes del
Pavimento.
• Considera a las losas con dimensiones Finitas y ubicación
variable de las cargas.
• Modelación de la transferencia de Carga en Juntas transversales y en juntas
Longitudinales (Central y Banquina).
• Limita las tensiones desarrolladas en el Pavimento (verificación por fatiga).
• Limita las deflexiones desarrolladas en bordes y esquinas (Criterio de
verificación por erosión).
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22
23
PROCEDIMIENTO
La metodología requiere incorporar como datos:
• La capacidad soporte de la estructura de apoyo.
• Las propiedades mecánicas del hormigón (MR, E).
• El tipo de Transferencia de cargas en juntas transversales (pasadores SI/ NO).
• El tipo de Transferencia de carga en bordes (banquina / sobreancho de calzada).
• El factor de seguridad de carga (PCA) o la confiabilidad y el porcentaje de losas fisuradas
(ACPA).
Luego, se calcula a partir de la información de tránsito, la cantidad de cargas previstas en el
carril de diseño de cada grupo de cargas (clasificadas por tipo de eje y nivel de carga).
Finalmente, se propone un espesor de calzada de hormigón para el que se determina la
cantidad admisible de cada carga para que la estructura alcance la falla (fatiga /erosión).
De la relación entre las repeticiones esperadas y admisibles, se determina el % de daño a la
fatiga y a la erosión de cada grupo de cargas.
Si la acumulación de daño de todos los grupos de carga es inferior de 100% en la
verificación a la fatiga y erosión el diseño VERIFICA!
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CRITERIO DE VERIFICACIÓN
24
• La Fatiga Total del pavimento corresponde a la sumatoria de la fatiga
consumida por cada grupo de cargas.
• El daño por erosión total corresponde a la sumatoria de la erosión consumida
por cada grupo de cargas.
• Para que constituya un diseño válido, la fatiga total y el daño por erosión
debe ser inferior al 100%.
• Usualmente el criterio de Fatiga controla el diseño de pavimentos de bajo
tránsito pesado.
– En general los ejes simples causan un daño mayor por fatiga.
• Usualmente el criterio de Erosión controla el diseño de pavimentos de
elevado tránsito pesado.
– En general los ejes tándem causan un daño mayor por Erosión.
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25
Modelo de Fatiga (ACPAStreetPave)
Numero de aplicaciones admisibles, Log N
14
  SR
 log S 
log( Nf )  

0
.
0112


10.24
12
10
PCA
0.217
S = 95%
S = 90%
S = 80%
S = 70%
S = 60%
8
S = 50%
6
4
2
0
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
Relación de Tensiones
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0.9
1
26
Valor Soporte de los Suelos de Subrasante
• No se requiere una determinación precisa
de la capacidad soporte de la subrasante
(k, Mr).
•
Determinación del Módulo de Reacción K
de la subrasante: Costoso y demanda de
Tiempo excesiva.
•
Usualmente se realizan otros ensayos de
rutina (ej. CBR) para su correlación con el
módulo de reacción.

El error involucrado no incide en el diseño
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27
Base y Subbase. Módulo Combinado kc
• La incorporación de una base / subbase al pavimento incrementa significativamente el
módulo de reacción combinado subrasante/subbase.
• Si se contempla en el proyecto el tratamiento de la misma con agentes estabilizantes, se
deberá incorporar a la capa de suelo tratado, como una capa de subbase separada.
Ejemplo: Valores típicos de k combinado (subrasante /subbase) para capas no tratadas
Espesor de la subbase con módulo entre 100 y 500 MPa
Valor k de la
subrasante [MPa/m]
100 mm
150 mm
230 mm
305 mm
27,0
28,6 - 34,5
31,1 - 40,9
35,6 - 51,1
39,9 - 60,7
40,5
40,8 - 49,3
43,5 - 57,2
48,7 - 69,9
53,8 - 81,8
54,0
54,0 - 63,6
55,2 - 72,6
60,8 - 87,3
66,5 - 101,1
kc2
kc1
En el caso que se emplee más de
una capa de subbase, se requerirá
entonces que este procedimiento
sea reiterado, desde la subrasante
hacia el nivel de apoyo.
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28
Propiedades Mecánicas del Hormigón
•
Las condiciones de durabilidad son las que establecerán los parámetros mínimos de
resistencia del hormigón a emplear.
Tipo de exposición
Relación a/c
Clase H°
Ambiente no agresivo / normal / cálido y húmedo
≤ 0,50
≥ H-30
Congelamiento y deshielo (sin sales descongelantes) **
≤ 0,45
≥ H-30
Congelamiento y deshielo (con sales descongelantes) **
≤ 0,40
≥ H-35
Exposición moderada a sulfatos solubles (0,10 a 0,20 % en masa)
≤ 0,50
≥ H-30
Exposición severa a sulfatos solubles (0,20 a 2,0 % en masa)
≤ 0,45
≥ H-35
•
•
Debe especificarse la resistencia media a flexión.
Para mayor simplicidad el control de calidad y recepción se efectúa mediante
ensayos a compresión.
MR
= K × σ
K = 0,7 Para agregados Redondeados
C
K = 0,8 Para agregados Triturados
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29
Período de Diseño
• Es la vida útil teórica del pavimento antes de que éste requiera una
rehabilitación importante o reconstrucción.
• Es un parámetro que debe definir el Comitente.
• Esta no representa necesariamente la vida útil, la cuál podrá ser mayor a la
supuesta en el diseño, o más corta debido a un incremento inesperado del
tránsito.
• Los períodos de diseño en pavimentos rígidos comúnmente oscilan entre 20 y
40 años.
• Se ha observado recientemente en algunos países de la Unión Europea y en
los Estados Unidos un cambio de esta tendencia, hacia pavimentos de
“Prolongada Vida Útil” (“Long-life Concrete Pavements”).
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30
Tránsito. Configuración de Cargas por Eje
•
La información requerida incluye la cantidad de vehículos pesados y su
composición.
•
Para el diseño estructural solamente se considerarán aquellos vehículos con una
configuración mínima de 2 ejes y eje trasero con duales.
• El método requiere contar con la distribución de cargas por eje para cada tipo de
Eje (Simples, Dobles y Triples).
• En el procedimiento se incorpora un procedimiento “Simplificado” el cuál
incorpora valores estadísticos de censos de carga en pavimentos de los Estados
Unidos. (OJO<!!!.. Pueden no ser representativos de las condiciones locales).
• Resultará una mejor práctica analizar distintas hipótesis de carga posibles,
considerando la distribución por configuración de ejes de aquellos vehículos que
solicitan al pavimento y previendo para los mismos distintas hipótesis de carga.
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31
Transferencia de Carga
Es la capacidad de una losa de transferir su carga a una losa vecina
D1 = X/2
D1 = x
D2 = X/2
D2 = 0
Mala Transferencia de Carga
• Trabazón entre agregados
• Pasadores
• Rigidización de Bordes
– Banquina Vinculada
– Cordón Cuneta
– Sobreancho de Carril
Buena Transferencia de Carga
Tienen un
efecto similar
Con cordón integral,
si el cordón se ejecuta en una
segunda etapa, no hay
contribución estructural
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32
Factor de Seguridad de Cargas (PCA´84)
Se aplica con el fin de resguardar al pavimento de las imprevistas sobrecargas
de vehículos pesados al mayorar las cargas de tránsito previstas.
Los valores recomendados por la PCA son:
•
Autopistas y rutas de alto volumen de tránsito pesado, donde sea
requerido un flujo ininterrumpido del tránsito, FSC=1,2.
•
Rutas y arterias importantes con moderado volumen de tránsito pesado,
FSC=1,1.
•
Rutas y otras vías de bajo volumen de tránsito pesado y calles
residenciales, FSC=1,0.
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CONFIABILIDAD (ACPA StreetPave)
33
•
Es simplemente un factor de seguridad.
•
Representa la probabilidad estadística que un pavimento alcance las condiciones
previstas en el diseño al final de su vida útil.
•
También establece la porción del pavimento que se encontrará en condiciones de
continuar sirviendo al tránsito al final del período de diseño.
•
El valor de confiabilidad a emplear en la verificación es una variable que debe ser
determinada por el comitente de los trabajos, ya que la misma se encontrará asociada
al costo de los mismos.
Clasificación Funcional del Camino
Confiabilidad Recomendada
Urbano
Rural
Autopistas
85 - 99
80 – 99
Arterias Principales
80 - 99
75 – 95
Calles Colectoras
80 - 95
75 – 95
Calles Residenciales y Rutas locales
50 - 80
50 – 80
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PORCENTAJE DE LOSAS FISURADAS
(ACPA StreetPave)
Representa para el proyectista el valor admisible de losas fisuradas al final del
período de diseño.
Nivel Recomendado de Losas Fisuradas para cada Tipo de camino
Tipo de Camino
Porcentaje recomendado de Losas
Fisuradas al Final de su Vida Útil
(Por defecto)
15%
Autopistas, Rutas
5%
Arterias Menores
10%
Calles Colectoras
15%
Calles Residenciales
25%
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34
PORCENTAJE DE LOSAS FISURADAS
(ACPA StreetPave)
Efecto combinado del Porcentaje de losas fisuradas con la confiabilidad.
Confiabilidad
Losas Fisuradas
Losas fisuradas
(valor probable)
Residencial Liviano
75 %
15 %
7,5 %
Residencial
80 %
15 %
6%
Colectoras
85 %
10 %
3%
Arteria Menor
90 %
10 %
2%
Arteria Principal
95 %
5%
0,5 %
Clasificación
Valor Probable  (100%  Confiabili dad)  Losas Fisuradas / 50%
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35
36
ACPA STREETPAVE 12
Hormigón Reforzado con Fibras Estructurales
•
•
•
•
Impacto en el comportamiento mecánico
del Hormigón
Incremento de la tenacidad,
Mejor control de fisuración,
Incremento significativo de la resistencia
a flexotracción,
Mejor comportamiento a la fatiga
Son especialmente indicados para
sobrellevar acciones dinámicas o prevenir
situaciones donde se requiera el control de
procesos de fisuración.
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VERIFICACIÓN DEL ESPESOR DEL PAVIMENTO
PROYECTO:
EJEMPLO
ESPESOR:
25 cm
Transf. juntas
Pasadores
Kcombinado:
130 MPa/m
Trans. Bordes:
Sin Banquina Rígida
FSC:
1,2
P. De diseño:
30 años
EJES SIMPLES
Carga x FSC
Repeticiones
Esperadas
(1)
(2) = (1) x FSC
16,0
Análisis de Fatiga
Análisis de Erosión
Repeticiones
Admisibles
Consumo de
Fatiga
Repeticiones
Admisibles
Consumo de
Erosión
(3)
(4)
(5) =(3) / (4)
(6)
(7) = (3) / (6)
19,2
608
550000
0,11
1000000
0,06
15,0
18,0
6031
2600000
0,23
1500000
0,40
14,0
16,8
42082
Ilimitado
0,00
2200000
1,91
13,0
15,6
207869
Ilimitado
0,00
3500000
5,94
12,0
14,4
733635
Ilimitado
0,00
5800000
12,65
11,0
13,2
1876473
Ilimitado
0,00
11000000
17,06
10,0
12,0
3551184
Ilimitado
0,00
24400000
14,55
9,0
10,8
5108831
Ilimitado
0,00
Ilimitado
0,00
8,0
9,6
5755777
Ilimitado
0,00
Ilimitado
0,00
7,0
8,4
5206314
Ilimitado
0,00
Ilimitado
0,00
6,0
7,2
3825604
Ilimitado
0,00
Ilimitado
0,00
5,0
6,0
2270497
Ilimitado
0,00
Ilimitado
0,00
Carga
SUMA PARCIAL:
0,34
INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
52,58
EJES DOBLES
Carga x FSC
Repeticiones
Esperadas
(1)
(2) = (1) x FSC
30,0
28,0
26,0
24,0
22,0
20,0
18,0
16,0
14,0
36,0
33,6
31,2
28,8
26,4
24,0
21,6
19,2
16,8
Carga
Análisis de Fatiga
Repeticiones
Admisibles
Consumo de
Fatiga
Repeticiones
Admisibles
Consumo de
Erosión
(3)
(4)
(5) =(3) / (4)
(6)
(7) = (3) / (6)
1
22
534
7655
64801
325817
984217
1827071
2173638
Ilimitado
Ilimitado
Ilimitado
Ilimitado
Ilimitado
Ilimitado
Ilimitado
Ilimitado
Ilimitado
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
690000
1000000
1650000
2630000
4480000
8600000
20000000
Ilimitado
Ilimitado
0,00
0,00
0,03
0,29
1,44
3,79
4,92
0,00
0,00
0,00
SUMA PARCIAL:
39,0
36,0
33,0
30,0
27,0
24,0
21,0
18,0
Análisis de Erosión
46,8
43,2
39,6
36,0
32,4
28,8
25,2
21,6
20
405
4700
30966
116958
258135
347582
309480
EJES TRIPLES
Ilimitado
Ilimitado
Ilimitado
Ilimitado
Ilimitado
Ilimitado
Ilimitado
Ilimitado
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
10,48
860000
1400000
2400000
4200000
8600000
22000000
Ilimitado
Ilimitado
0,00
0,03
0,20
0,74
1,36
1,16
0,00
0,00
SUMA PARCIAL:
0,00
3,48
TOTAL
0,34 %
66,54 %
INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
Ejemplo (Método de la P.C.A.)
DATOS
• Proyecto: Duplicación de calzada existente.
• Subrasante: Suelo A-6 (CBR = 3%).
• Período de diseño = 25 años.
• Tránsito:



TMDA = 6500 veh/día.
Prop VP´s = 40%.
Tasa de Crecimiento = 2.5%.
• Resistencia del hormigón: s/PETG de la DNV.
• Empleo de Pasadores en Juntas Transversales.
• Banquina Pavimentada
INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
39
40
Ejemplo (Método de la P.C.A.)
Distribución de cargas por eje
Simples
Dobles
Triples
Carga
R/1000
Carga
R/1000
Carga
R/1000
16
0.048
30
0.000
39
0.002
15
0.475
28
0.002
36
0.032
14
3.316
26
0.042
33
0.370
13
16.380
24
0.603
30
2.440
12
57.809
22
5.106
27
9.216
11
147.862
20
25.674
24
20.340
10
279.825
18
77.554
21
27.389
9
402.564
16
143.969
18
24.386
8
453.542
14
171.278
15
15.685
7
410.246
12
138.729
12
7.343
6
301.449
10
80.226
9
2.301
5
178.910
8
32.809
6
0.496
Total
2377
Total
687
Total
110
INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
Ejemplo (Método de la P.C.A.)
SOLUCIÓN
SUBRASANTE
• CBR medio = 3,0%
• Correlación con módulo de reacción (k) = 2,7 kg/cm3
INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
41
42
Ejemplo (Método de la P.C.A.)
SUBBASE
• En estos casos resulta conveniente incorporar una capa de subbase que permitirá:
• Mejorar la condición de apoyo – uniformidad y homogeneidad.
• Incrementar el control de cambios volumétricos en subrasante.
• Conformar una plataforma de trabajo adecuada, menos susceptible a las
condiciones climáticas y apta para la circulación de los vehículos de obra.
• Mediante Tablas se determina el módulo de reacción combinado Subrasante/subbase.
Espesor de subbase 
Valor K de subrasante 
1.4
2.8
5.5
2.7
100 mm
150 mm
1.7
2.1
3.6
3.9
6.1
6.4
200
230 mm
mm
3.9
Kcombinado (subrasante / subbase) = 3.9 kg/cm3
INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
2.4
4.4
7.5
43
Ejemplo (Método de la P.C.A.)
BASE
• Uso obligatorio por tránsito pesado (mayor de 100 a 200 VP/día).
• Se emplea una Base Granular Cementada de 15 cm de espesor.
• Mediante Tablas se determina el módulo de reacción combinado
Subrasante/subbase.
Espesor de subbase 
100 mm
150 mm
200 mm
1.4
4.7
6.4
8.6
2.8
7.8
11.1
14.4
13.0
17.7
Valor K de subrasante 
5.5
3.9
13.8
Kcombinado (subrasante / subbase / base) = 13.8 kg/cm3
INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
23.0
Ejemplo (Método de la P.C.A.)
RESISTENCIA DEL HORMIGÓN
Resistencia mínima efectiva = 315 kg/cm2 (R=90%)
Consideramos un C.V. = 10%
σbm  315 kg/cm2  (1  0,10  1,282)
σbm  355 kg/cm2  34,8 MPa
Entonces, aplicando la fórmula de la P.C.A. para agregados Triturados
MR  0,8  34,8 MPa  4,72 MPa  48 kg/cm2
INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
44
Ejemplo (Método de la P.C.A.)
TRÁNSITO
• TMDA = 6500 veh/día
• Prop. Vehículos Pesados = 40%.
• Tasa de Crec.: 2.5%.  TMDD = 8881 v/día (3550VP/d).
• Factor de seguridad de cargas: 1,2.
• Factor de Distribución por dirección (FDD) = 50%.
• Factor de Distribución por Trocha (FDT) = según el siguiente nomograma:
INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
45
46
Ejemplo (Método de la P.C.A.)
100
TMDA (una dirección), en miles
3 carriles en una dirección
2 carriles en una dirección
10
4440
1
50
60
70
80
Camiones en carril derecho (%)
87% 90
INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
100
Ejemplo (Método de la P.C.A.)
TRANSFERENCIA DE CARGA
Juntas Transversales:
• Debido al elevado volumen de vehículos pesados (Mayor de 80 a
120 VP/día) resulta obligatorio la colocación de pasadores.
• Se evaluará la incidencia de prescindir de los pasadores.
Bordes de Calzada:
• Banquina Externa Flexible (no existe transferencia de carga en los
bordes de calzada).
• Evaluar la factibilidad de incorporar Sobreancho o Banquina
Vinculada.
INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
47
Ejemplo (Método de la P.C.A.)
Cálculo del Espesor del Pavimento
Projecto: EJEMPLO PRÁCTICO. CURSO UNIVERSIDAD DE ROSARIO
Espesor estimado =
24.6 cm
"k" combinado Subr/Subb =
13.76 kg/cm3
Módulo de Rotura "MR" =
Sin banquina de Hormigón
48 kg/cm2
FSC =
Subbase cementada
1.2
Período de Diseño :
Carga
por FSC
Repeticiones
Esperadas
1
2
3
EJES SIMPLES
19.2
18.0
16.8
15.6
14.4
13.2
12.0
10.8
9.6
8.4
7.2
6.0
Espesor =
15 cm
25 años
Cargas
por eje
16.0
15.0
14.0
13.0
12.0
11.0
10.0
9.0
8.0
7.0
6.0
5.0
Junta con pasadores
8. T. Equiv =
9. F.R.T. =
675
6675
46597
230175
812343
2077784
3932152
5656903
6373255
5764852
4236016
2514076
Análisis de Fatiga
Análisis de Erosión
Repeticiones
Repeticiones
Consumo de Fatiga
Admisibles
Admisibles
4
5
11.05 kg/cm2
Daño por Erosión
6
10. F. Erosión:
7
2.52
0.230
457740
1977235
521338270
Ilimitado
Ilimitado
Ilimitado
Ilimitado
Ilimitado
Ilimitado
Ilimitado
Ilimitado
Ilimitado
0.1%
0.3%
0.0%
0.0%
0.0%
0.0%
0.0%
0.0%
0.0%
0.0%
0.0%
0.0%
Suma Parcial
0.5%
879248
1310766
1990675
3085645
5089776
9384431
20230714
52351257
Ilimitado
Ilimitado
Ilimitado
Ilimitado
0.1%
0.5%
2.3%
7.5%
16.0%
22.1%
19.4%
10.8%
0.0%
0.0%
0.0%
0.0%
78.7%
INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
48
Ejemplo (Método de la P.C.A.)
EJES DOBLES
30.0
28.0
26.0
24.0
22.0
20.0
18.0
16.0
14.0
12.0
10.0
8.0
36.0
33.6
31.2
28.8
26.4
24.0
21.6
19.2
16.8
14.4
12.0
9.6
EJES TRIPLES
39.0
36.0
33.0
30.0
27.0
24.0
21.0
18.0
15.0
12.0
9.0
46.8
43.2
39.6
36.0
32.4
28.8
25.2
21.6
18.0
14.4
10.8
11. T. Equiv =
12. F.R.T. =
9.23 kg/cm2
0
28
590
8473
71750
360776
1089803
2023079
2406830
1949445
1127350
461038
14. T. Equiv =
15. F.R.T. =
28
450
5199
34287
129505
285821
384875
342677
220408
103185
32334
13. F. Erosión:
2.63
0.192
Ilimitado
Ilimitado
Ilimitado
Ilimitado
Ilimitado
Ilimitado
Ilimitado
Ilimitado
Ilimitado
Ilimitado
Ilimitado
Ilimitado
0.0%
0.0%
0.0%
0.0%
0.0%
0.0%
0.0%
0.0%
0.0%
0.0%
0.0%
0.0%
Suma Parcial
0.0%
6.92 kg/cm2
638051
945502
1505049
2422963
4097261
7777277
17746569
50893460
Ilimitado
Ilimitado
Ilimitado
Ilimitado
0.0%
0.0%
0.0%
0.3%
1.8%
4.6%
6.1%
4.0%
0.0%
0.0%
0.0%
0.0%
16.9%
16. F. Erosión:
2.71
0.144
Ilimitado
Ilimitado
Ilimitado
Ilimitado
Ilimitado
Ilimitado
Ilimitado
Ilimitado
Ilimitado
Ilimitado
Ilimitado
0.0%
0.0%
0.0%
0.0%
0.0%
0.0%
0.0%
0.0%
0.0%
0.0%
0.0%
Suma Parcial
0.0%
Fatiga =
0.5%
836080
1366654
2302373
4087666
8345104
21426037
Ilimitado
Ilimitado
Ilimitado
Ilimitado
Ilimitado
0.0%
0.0%
0.2%
0.8%
1.6%
1.3%
0.0%
0.0%
0.0%
0.0%
0.0%
4.0%
Erosión =
99.6%
INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
49
Análisis de Sensibilidad
50
28,0
26,0
Espesor de Calzada, cm
24,0
22,0
20,0
18,0
16,0
Criterio de Fatiga
14,0
Criterio de Erosión
12,0
10
100
1000
Tránsito Pesado Medio Diario Anual (Diseño) - Esc. Log.
INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
10000
51
Análisis de Sensibilidad
28
Espesor de Calzada, cm
27
26
25
24
23
22
21
20
19
20 MPa/m
Criterio de Fatiga
60 MPa/m
Criterio de Erosión
100 MPa/m
140 MPa/m
Módulo de reacción combinado (subrasante/subbase)
INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
180 MPa/m
52
Análisis de Sensibilidad
27
Espesor de Calzada, cm
26
25
24
23
22
21
20
19
Criterio de Fatiga
18
Criterio de Erosión
17
1,00
1,10
Factor de Seguridad de Cargas
1,20
INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
1,30
53
Análisis de Sensibilidad
27
Espesor de Calzada, cm
26
25
24
23
22
21
20
19
Criterio de Fatiga
18
Criterio de Erosión
17
3,8
4,0
4,2
4,4
4,6
4,8
5,0
5,2
Resistencia a Flexión, MPa
INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
5,4
5,6
Análisis de Sensibilidad
54
32
Sin Pasadores y Sin Banquina de Hº
Espesor de Calzada, cm
30
Con Pasadores y Sin Banquina de Hº
28
Sin Pasadores y Con Banquina de Hº
26
Con Pasadores y Con Banquina de Hº
24
22
20
18
16
14
12
1
10
100
1000
Tránsito Pesado Medio Diario Anual (Esc. Log.)
INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
10000
Variantes según Condición de
Transferencia de Carga
55
VARIANTE A – BANQUINA FLEXIBLE
JUNTAS TRANSVERSALES
•
Con Pas → E: 24,6 cm.
•
Sin Pas → E: 29,1 cm.
VARIANTE B – BANQUINA RÍGIDA / SOBREANCHO
JUNTAS TRANSVERSALES
•
Con Pas → E: 20,3 cm.
•
Sin Pas → E: 24,9 cm.
INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
56
Y si consideramos otro tipo de Base?
VARIANTE C - Base granular asfáltica + subbase granular
Ventajas:
• Permite alcanzar una rigidez
intermedia, brindando un adecuado
comportamiento (balance) frente a
cargas de Tránsito y
Medioambientales
• Elevada Resistencia a la Erosión
(similar al Hormigón Pobre)
• Poca dependencia de la fase
constructiva
INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
57
Recálculo del Módulo de reacción combinado
SUBBASE GRANULAR
• Mediante Tablas se determina el módulo de reacción combinado Subrasante/subbase.
Espesor de subbase 
Valor K de subrasante 
1.4
2.8
5.5
3.9
100 mm
150 mm
230 mm
1.7
2.1
2.4
3.6
3.9
6.1
6.4
4.9
4.4
7.5
BASE GRANULAR ASFÁLTICA
• Mediante Tablas puede determinarse también el módulo de reacción combinado.
Espesor de subbase 
Valor K de subrasante 
50 100 mm
mm
1.4
4.9
2.8
5.5
5.3
150 mm
230 mm
2.3
3.1
4.3
4.2
5.4
7.2
7.7
9.5
12.2
Kcombinado (subrasante / subbase / base) = 5.3 kg/cm3
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58
Variante C – Base Asf + Subbase Gran.
VARIANTE C – BANQUINA FLEXIBLE
JUNTAS TRANSVERSALES
•
Con Pas → E: 25,6 cm.
•
Sin Pas → E: 32,3 cm.
VARIANTE C – BANQUINA RÍGIDA / SOBREANCHO
JUNTAS TRANSVERSALES
•
Con Pas → E: 21,8 cm.
•
Sin Pas → E: 27,1 cm.
INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
Ejemplo (ACPA StreetPave12)
INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
59
Ejemplo (ACPA StreetPave12)
INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
60
Ejemplo (ACPA StreetPave12)
INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
61
Ejemplo (ACPA StreetPave12)
INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
62
Ejemplo (ACPA StreetPave12)
INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
63
Ejemplo (ACPA StreetPave12)
INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
64
Ejemplo (ACPA StreetPave12)
INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
65
Ejemplo (ACPA StreetPave12)
INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
66
Ejemplo (ACPA StreetPave12)
INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
67
Ejemplo (ACPA StreetPave12)
INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
68
69
GRACIAS
ING. DIEGO H. CALO
Instituto del Cemento Portland Argentino
[email protected]
www.icpa.org.ar
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