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Diseño de Pavimentos
UNIVERSIDAD CENTRAL Facultad de Ingeniería – Escuela de Obras Civiles y Construcción
Ingeniería Civil en Obras Civiles
Alejandro Torres Flores
Diseño de pavimentos rígidos – Método AASHTO
En el pavimento rígido, la losa de hormigón tiene la responsabilidad estructural (soporte de cargas) y funcional (a nivel superficial); mientras que la base granular debe asegurar una superficie de apoyo uniforme y estable.
Propiedades • Comportamiento elástico, incluso bajo condiciones severas de tránsito • La retracción inicial del hormigón y las variaciones de temperatura y
humedad, hacen necesaria la construcción de juntas para evitar la aparición de fisuras
Diseño de pavimentos rígidos – Propiedades
• Los pavimentos de hormigón cuentan con una alta resistencia a la acción de
agentes externos, como aceites y combustibles.
• La calidad de la superficie de rodadura se obtiene mediante una adecuada
terminación del hormigón fresco y posterior cepillado.
• La resistencia mecánica del hormigón aumenta con el tiempo y su
serviciabilidad disminuye lentamente.
• La apertura al tránsito vehicular debe ser cuando el hormigón alcance al
menos el 80% de la resistencia exigida a los 28 días (nunca antes de 7 días).
• Un pavimento de hormigón requiere de poca conservación (sellado de
juntas y fisuras)
Diseño de pavimentos rígidos – Tipos de pavimentos
Menor costo de
construcción
En desuso, su mayor costo
no se compensa con el
aumento de la calidad
Para sectores con tránsito
pesado intenso. No necesita
juntas transversales
Losas cortas (1,2 m), se
reduce el espesor. Su
aplicación es en pistas de
aeropuertos.
Juntas - ¿Por Qué?
40-80 ft
(12-24 m)
15-20 ft
(4.5-6 m)
Cada 4.5 m
o menos
Diseño de pavimentos rígidos - Juntas
Las juntas en los pavimentos de
hormigón tienen la función de controlar
el agrietamiento longitudinal y
transversal que se produce por los
fenómenos de retracción y alabeo.
Las juntas transversales de
contracción (3) se construye mediante el
aserrado de pavimento endurecido.
Las juntas longitudinales se disponen en
la separación de pistas (2), pueden ser de
alabeo, de construcción o de aislación (1).
Diseño de pavimentos rígidos – Juntas
Las juntas de aislación tiene la función de aislar el pavimento de fundaciones de estructuras y de fundaciones de máquinas. Éstas deben evitar la transmisión de cargas o vibraciones, no sobrecargar fundaciones y permitir movimientos de dilatación y contracción.
Las juntas transversales de
construcción, se hacen coincidir con
juntas de dilatación (gradientes de
temperatura) o de contracción (fraguado
y gradientes de temperatura ).
Diseño de pavimentos rígidos Juntas
Las juntas longitudinales son
principalmente de
construcción. Se materializan
con barras de amarre para
evitar desplazamientos
relativos por efecto de
fuerzas horizontales o
bombeo. Ésta debe
mantenerse unida para
asegurar la transferencia de
cargas.
Diseño de pavimentos rígidos - Juntas
Diseño de pavimentos rígidos – Sellado de juntas El sello de juntas tiene como
objetivo el evitar que las
precipitaciones desagüen a
través de ella. El material de
sellado no debe salir a la
superficie y cumplirá con las
siguientes características:
•Impermeabilidad
•Deformabilidad
•Resiliencia
•Adherencia
•Resistencia
Hormigonado
Junta Hormigón endurecido
Junta Hormigón fresco
Sellado de juntas
Curado de la losa
Diseño de pavimentos rígidos Ecuaciones de diseño
Las ecuaciones de diseño del método AASHTO
para el diseño de pavimentos rígidos son:
5,1p
pplogG
L14,25
D
L45,4
L63,3
0,1F
)Llog(28,3L45,4
Llog62,41
4,25
Dlog35,785,5Rlog
SZ754,4
logS
logp03295,0065,5F
GRlogWlog
i
fi
52,3
2
46,8
2,5
21
221
0R
t
'
t
'
C4,2
f18
Diseño de pavimentos rígidos –Ecuaciones de diseño
En la cual:
• W18: ejes equivalentes de 80kN acumulados durante la vida de diseño
• ZR: Coeficiente estadístico que corresponde a un nivel de confianza R
• SO: desviación estándar del error combinado de todas las variables que intervienen
en el modelo
• S’C: resistencia media a la flexotracción del hormigón a los 28 días, con carga en
los tercios (Mpa)
• pi: índice de serviciabilidad inicial
• pf: índice de serviciabilidad final
• D: espesor de losa (mm)
• L1: carga de eje simple, 80kN
• L2: código de eje simple
• ’t: tensión de tracción máxima en la losa para una condición de carga de borde,
considerando el efecto de temperatura (MPa)
• t: tensión de tracción máxima en la losa para una condición de carga de borde,
considerando el efecto de temperatura, en las condiciones de la prueba AASHO
(MPa)
Ecuaciones de diseño – Confiabilidad
Los valores de la tabla habrá que revisarlos en situaciones tales como vías
urbanas de alto tránsito, túneles, accesos a viaductos con alto tránsito, en los
accesos a plazas de peaje
La desviación normal del error combinado SO incluye las dispersiones
inherentes a todos los factores que influyen en el comportamiento del
pavimento, por ejemplo, errores en la predicción del tránsito y la variabilidad de
los suelos de la subrasante.
Tensión de tracción máxima en la losa para una condición de
carga de borde, considerando el efecto de temperatura (’t )
Tensión de tracción máxima en la losa para una condición de
carga de borde, considerando el efecto de temperatura (’t )
Tensión de tracción máxima en la losa para una condición de carga de borde, considerando el efecto de temperatura, en las condiciones de la prueba AASHO (t )
Verificación de escalonamiento de juntas en
pavimentos sin barras de traspaso de carga.
Modelos
desarrollados
por la
Dirección
Nacional de
Vialidad
(1997).
Pavimentos
de hormigón,
con juntas, sin
barras de
traspaso de
cargas.
Los modelos
se calibraron
en pavimentos
en servicio.
Pavimento sobre base tratada con cemento
Verificación de escalonamiento de juntas en
pavimentos sin barras de traspaso de carga.
Pavimento sobre bases abiertas, ligadas y granulares
El criterio de aceptación del diseño (salvo excepciones propuestas por la Dirección Nacional de Vialidad), el escalonamiento no debe superar los 5 mm.
Verificación por carga de esquina
• Determinar el espesor de la losa, considerando que la carga
crítica es aquella ubicada en el borde (3.604.212(1)).
• Calcular la tensión de borde de losa (3.604.212(1)).
• Calcular el diferencial de temperatura negativo equivalente
consecuencia del efecto de la temperatura, alabeo de
construcción y humedad, utilizando las expresiones
siguientes:
Esta verificación se realiza solo cuando no se
consideran barras de traspaso en las juntas.
Verificación por carga de esquina
• Determinar el espesor de la losa, considerando que la carga
crítica es aquella ubicada en el borde (3.604.212(1)).
• Calcular la tensión de borde de losa (3.604.212(1)).
• Calcular el diferencial de temperatura negativo equivalente
consecuencia del efecto de la temperatura, alabeo de
construcción y humedad, utilizando las expresiones
siguientes:
Esta verificación se realiza solo cuando no se
consideran barras de traspaso en las juntas.
Verificación por carga de esquina
Si la tensión producto de una carga en la junta, combinada con un gradiente negativo de temperatura, es mayor que aquella que produce una carga ubicada en la mitad de la losa combinada con un gradiente positivo de temperatura, se debe rediseñar la losa.
Algoritmo de diseño
Algoritmo
de diseño