Metodos De Pavimentos

DETERMINACION DEL ESPESOR DE LOS PAVIMENTOS RIGIDOS

En esencia, el procedimiento incluido en la Guía AASHTO determina el espesor D de un pavimento de concreto para que éste pueda soportar el paso de un número (W) de ejes equivalentes de un determinado peso, sin que se produzca una disminución en el índice de servicio -PSI superior a un cierto valor, el cual se calcula a partir de una serie de medidas en el pavimento (regularidad superficial, agrietamiento, baches), y que se ha comprobado que tiene una buena correlación con la calificación subjetiva que dan al mismo los usuarios.

Para el diseño del pavimento rígido se seguirá el método AASTHO que se presenta a continuación: La fórmula general para el diseño de pavimentos rígidos está basada en los resultados obtenidos de la prueba AASHTO. La fórmula es la siguiente:

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 en equilibrio en la ecuación el espesor supuesto es resultado del problema, de lo contrario de debe de seguir haciendo tanteos.

Las variables de diseño de un pavimento rígido son:

ESPESOR

SERVICIABILIDAD

TRANSITO

TRANSFERENCIA DE CARGA

PROPIEDADES DEL CONCRETO

RESISTENCIA ALA SUBRASANTE

DRENAJE

CONFIABILIDAD

ESPESOR

El espesor del pavimento de concreto es la variable que se pretende determinar al realizar un diseño, el resultado del espesor se ve afectado por todas las demás variables que interviene en los cálculos.

SERVICIABILIDAD

La serviciabilidad se define como la habilidad del pavimento de servir al tipo de tráfico (autos y camiones) que circulan en la vía, se mide en una escala del 0 al 5 en donde 0 (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.

INDICE DE SERVICIO CALIFICACION

5 Excelente

4 Muy bueno

3 Bueno

2 Regular

1 Malo

0 Intransitable

El índice de serviciabilidad inicial (Po) es la condición que tiene un pavimento inmediatamente después de la construcción del mismo, para su elección es necesario considerar los métodos de construcción, ya que de esto depende la calidad del pavimento. Usando buenas técnicas de construcción, el pavimento de concreto puede tener una serviciabilidad Po = 4.7 ó 4.8.

El índice de serviciabilidad final (Pt) tiene que ver con la calificación que esperamos tenga el pavimento al final de su vida útil, o bien, el valor más bajo que pueda ser admitido, antes de que sea necesario efectuar una rehabilitación, un refuerzo o la reconstrucción del pavimento.

Valores de serviciabilidad final(Pt) en función del tipo de camino

TIPO DE CAMINO SERVICIABILIDAD FINAL( Pt)

Autopistas 2.5

Carreteras 2.0

Zonas industriales 1.8

Pavimentos urbanos principales 1.8

Pavimentos urbanos secundarios 1.5

La diferencia entre ambos índices es:

ΔPSI= Po – Pt, que se define como pérdida de serviciabilidad.

TRANSITO

El tránsito es una de las variables más significativas del diseño del pavimento 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, debido a esto, en este trabajo se tratará de manera sencilla.

La metodología AASHTO considera la vida útil de un pavimento relacionada al número de repeticiones de carga que podrá soportar el pavimento antes de llegar a las condiciones de servicio final predeterminadas para el camino. El método 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 circulan por el camino, en Ejes Sencillos Equivalentes de 18 kips (8.2Ton) 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 circula en el carril de diseño, estos factores como:

NUMERO DE CARRILES EN UNA DIRECCION PORCENTAJE DE EJES SIMPLES EQUIVALENTES DE 82 Kn EN EL CARRIL DE DISEÑO

1 100

2 80-100

3 60-80

4 50-75

AASTHO diseña los pavimentos por fatiga. La fatiga se entiende como el número de repeticiones ó ciclos de carga y descarga que actúan sobre un elemento. En realidad al establecer una vida útil de diseño, lo que estamos haciendo es tratar de estimar, en un periodo 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. Otro factor que hay que tomar en cuenta es la tasa de crecimiento anual, que depende del desarrollo económico – social, de la capacidad de la vía, tipo de vehículo que pueden ser más de un tipo que de otro. Es conveniente prever este crecimiento del tráfico, tomando en consideración una tasa de crecimiento anual con la que se calcula un factor de crecimiento de tráfico.

VALORES DE TASA DE CRECIMIENTO

CASO TASA DE CRECIMIENTO

CRECIMIENTO NORMAL 1 % - 3%

VIAS COMPLEMENTAMENTE SATURADAS 0 % - 1%

CON TRAFICO INDUCIDO 4 % - 5%

ALTO CRECIMIENTO MAYOR DEL 5%

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.

TRANSFERECIA DE CARGA

También se conoce como coeficiente de transmisión de carga (J) y es la capacidad que tiene una losa del pavimento de transmitir las fuerzas cortantes con sus losas adyacentes, con el objetivo de minimizar las deformaciones y los esfuerzos en la estructura del pavimento. Mientras mejor sea la transferencia de cargas, mejor será el comportamiento de las losa del pavimento. La efectividad de la transferencia de carga entre las losas adyacentes depende de varios factores:

Cantidad de trafico

Utilización de pasajuntas

Soporte lateral de las losas

La utilización de pasajuntas es la manera más conveniente de lograr la efectividad en la transferencia de cargas, por lo que se recomienda su utilización cuando:

El tráfico pesado sea mayor de 25% del tráfico total

El número de ejes equivalentes de diseño sea mayor de 5 millones de ESAL’s.

Esta transferencia de cargas se realiza a través de los extremos de las losas (juntas o grietas) y su valor depende del tipo de pavimento, del tipo de borde u hombro y de la colocación de los elementos de transmisión de carga.

valores del coeficiente de transmisión de carga en función de estos parámetros:

HOMBRO ELEMENTOS DE TRANSMISION DE CARGA CONCRETO HIDRAULICO

TIPO DE PAVIMENTO SI NO

NO REFORZADO O ARMADO CON JUNTAS 2.5 - 3.2 3.6 - 4.2

ARMADO CONTINUO 2.3 – 2.9 -

PROPEIDADES DEL CONCRETO

Son dos las propiedades del concreto que influyen en el diseño y en su comportamiento a lo largo de su vida útil.

Resistencia ala tensión por flexión o Modulo de Ruptura (MR)

Modulo de elasticidad del concreto (Ec)

Debido a que los pavimentos de concreto trabajan principalmente a flexión es recomendable que su especificación de resistencia sea acorde con ello, por eso el diseño considera resistencia del concreto trabajando a flexión, que se conoce como resistencia a la flexión por tensión (S´c) o Módulo de ruptura (MR) normalmente especificada a los 28 días.

El Módulo de Ruptura (MR) recomendado:

Tipo de pavimento MR recomendado

Kg/ cm2 Psi

Autopistas 48 682.7

Carreteras 48 682.7

Zonas industriales 45 640.1

Urbanas principales 45 640.1

Urbanas secundarias 42 597.4

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.

Valores típicos utilizados para la desviación estándar

Promedio

Concreto premezclado 6% - 12% 9%

Mezclado central 5% - 10% 7.5%

La desviación normal estándar (Zr) define que, para un conjunto de variables (espesor de las capas, características de los materiales, condiciones de drenaje, etc.) que intervienen en un pavimento, el tránsito que puede soportar el mismo a lo largo de un periodo de diseño. la desviación normal estándar en función de la confiabilidad (R).

Confiabilidad R, % Desviación normal estándar, Zr Confiabilidad R, % Desviación normal estándar, Zr

50 -.000 93 -1.476

60 -.253 94 -1.555

70 -.524 95 -1.645

75 -.674 96 -1.881

...