DISEÑO DE PAVIMENTOS RÍGIDOS

DISEÑO DE PAVIMENTOS RÍGIDOS
RESUMEN DEL MANUAL DE CARRETERAS
ALCANCE
Permite calcular el espesor de la losa de hormigón con o sin barras de
traspaso de carga, con berma pavimentada o no y para diversas
condiciones geométricas y de características de los materiales.
METODOLOGÍA BASE
+ Método AASHTO, Guide for Design of Pavement Structures,
Versión 2003;
+ Supplement to the AASHTO;
PROCEDIMIENTO DE DISEÑO DEL ESPESOR DE LOSA
+ Espesor de Losa: Diagrama de Flujo según Lámina 3.604.201A.
+ Verificación de Escalonamiento en Juntas Transversales, según
Lámina 3.604.201B.
+ Verificación del Espesor por Carga de Esquina, Lámina 3.604.201C.
ECUACIONES BÁSICAS DE DISEÑO
+ Ecuación Ec. 3.604.202.1
+ Ecuación Ec. 3.604.202.2
+ Ecuación Ec. 3.604.202.3
+ Ecuación Ec. 3.604.202.4
PARÁMETROS DE ENTRADA
Los procedimientos de cálculo de estos parámetros, necesarios en la
determinación del espesor de losa requerido, son los que se indican en
los numerales siguientes:
+ Serviciabilidad
3.604.203
+ Tránsito (EE)
3.604.204
+ Confiabilidad
3.604.205
+ Módulo de Reacción de la Subrasante
3.604.206
+ Resistencia a la Flexo tracción
3.604.207
+ Módulo de Elasticidad y
Coeficiente de Fricción de la Base
3.604.208
+ Factor de Ajuste por Tipo de Berma
3.604.209
+ Temperaturas y Precipitaciones
3.604.210
+ Estructuración
3.604.211
+ Determinación de Espesores
3.604.212
+ Verificación del Escalonamiento con Barras
de Traspaso de Carga en las Juntas
3.604.213
+ Diseño de las Juntas
3.604.214
BREVE ANÁLISIS DE LOS PARÁMETROS DE ENTRADA
3.604.203 SERVICIABILIDAD
En Tabla 3.604.203 se dan recomendaciones para “pi” y “pf”
3.604.204 TRÁNSITO
+ Vida de Diseño. Para diseños de etapa única usar tabla 3.604.204
+ Cálculo de EE. Se ajustará a acápite 3.603.202
+ Se sugiere hacer estudios específicos en cada vía.
3.604.205 CONFIABILIDAD
Se recomienda usar la tabla 3.604.205 para determinar ZR y SO, en función de:
+ Las Solicitaciones esperadas en la vida útil;
+ La Confiabilidad elegida; y
+ El Coeficiente de Variación de los suelos de subrasante.
3.604.206 MÓDULO DE REACCIÓN DE LA SUBRASANTE
Este parámetro representa la resistencia mecánica del suelo en que se
apoyará la estructura del pavimento rígido (no necesariamente la losa).
Se designa con la letra “k” y se mide en (Kg/cm3) o en (Mpa/m). Es equivalente
al Coeficiente de Balasto.
El Manual entrega algunos datos y recomendaciones relacionados con este
parámetro:
+ Para suelos finos (A-4 a A-7), en la Tabla 3.604.206A el valor de k se asocia a
la clasificación, densidad seca, peso específico y contenido de agua del
suelo.
+ Para suelos granulares, la Tabla 3.604.206B permite estimar el valor de k en
función de la clasificación y densidad seca del suelo.
+ Si se conoce el CBR del suelo de subrasante, el Manual recomienda usar la
siguiente relación para determinar el “Módulo de Reacción de la Subrasante”:
k = 69,78 • log10(CBR) – 10,16
+ Determinación de k con ensayo de placa de carga.
El Manual acepta usar indistintamente métodos con cargas estáticas
repetitivas (ASTM T221, ASTM D1195) o con cargas estáticas no repetitivas
(ASTM T222, ASTM D1196).
+ Ajuste para diseño
Cuando hay un estrato rígido hasta 3 m. bajo la subrasante o se ha construido
un terraplén sobre el suelo natural, el valor de k del suelo de subrasante se
ajustará según el ábaco de la Lámina 3.604.206.A
+ “k” de Diseño.
En el párrafo 3.604.206(7) se dan recomendaciones y criterios para elegir el k
de diseño. Se debe tomar el promedio de los valores obtenidos en cada
calicata. Además, se considerará el coeficiente de uniformidad (dispersión) de
los suelos en la determinación del S0 del Factor de Confiabilidad.
+ Luego hay un ejemplo.
3.204.207 RESISTENCIA A LA FLEXO TRACCIÓN Y MÓDULO DE
ELASTICIDAD DEL HORMIGÓN.
+ Resistencia a la Flexo tracción. Se usará en lo posible el resultado del
ensayo a la flexo tracción con cargas en los tercios.
El Manual también admite usar los valores indicados en la Tabla 3.604.207A,
cuando no hay condiciones restrictivas;
+ Módulo de Elasticidad. Usar 29.000 MPa o el valor que se obtenga de:
Ec = 4.779,4 • f0,5 , en que,
Ec = Módulo de Elasticidad del Hormigón (MPa); y
F = Resistencia a la Compresión Cilíndrica (MPa)
3.604.208 MÓDULO DE ELASTICIDAD Y COEFICIENTE DE FRICCIÓN DE LA
BASE.
+ Usar Tabla 3.604.208.A
3.604.209 FACTOR DE AJUSTE POR TIPO DE BERMA
+ Usar Tabla 3.604.209.A, en las condiciones que se indican
3.604.210 TEMPERATURAS Y PRECIPITACIONES
+ Se requieren antecedentes para un período de 10 años (al menos).
● Velocidad media anual del viento (nudos)
● Temperatura media del aire anual (ºC)
● Precipitación media anual (Mm.)
● Número de días con precipitación mayor que 5 mm.
+ Si no se disponen otros datos, usar Tabla Nº 3.604.210.A
3.604.211 ESTRUCTURACIÓN
Condiciones Generales:
+ Espesor compactado de base granular = 150 mm.
+ Distancia entre juntas de contracción entre 3 y 5 m.
+ Espesor máximo de losa de hormigón 300 mm., cualquiera sea el resultado
de los cálculos.
+ Espesor mínimo de losa de hormigón 180 mm. En casos especiales se
podría aceptar valores menores, valorizando justificadamente los parámetros
del diseño.
3.604.212 DETERMINACIÓN DE ESPESORES
El Manual considera dos situaciones:
- Losa de Hormigón Simple sin Barras de Traspaso de Carga; y
- Losa de Hormigón Simple con Barras de Traspaso de Carga.
Losa de Hormigón sin barras de traspaso de carga.
Tensión de tracción máxima en la losa con carga de borde, considerando el
efecto de la temperatura. 3.604.212(1)
Para el cálculo de esta tensión se usarán las fórmulas:
- Ecuaciones 3.604. 211.1 – 2 – 3 - 4 – 5 – 6.
Tensión de tracción máxima en la losa para una condición de carga de borde,
considerando efecto de temperatura, en las condiciones de la prueba AASHO.
3.604.212(2)
El cálculo de esta tensión se efectúa con:
- Ecuaciones 3.604.211.7 – 8 – 9 – 10 – 11.
Verificación escalonamiento sin barras de traspaso de carga. 3.604.212(3)
Este cálculo se efectúa mediante modelos desarrollados por IDIEM en 1997,
los que se calibraron en pavimentos en servicio con bajos escalonamientos.
(El Manual indica que los modelos están en revisión)
Se desarrollan dos procedimientos:
- Pavimentos sobre Base Tratada con Cemento.
Se usarán las fórmulas siguientes: Ecuaciones 3.604.211.13 – 14 – 15.
- Pavimentos sobre Bases Abiertas Ligadas y Granulares.
Se usará la fórmula: Ecuación 3.604.211.16.
Verificación por carga de esquina. 3.604.212(4)
Consiste en:
+ Determinación de espesor con carga crítica en el borde: 3.604.211(1)
+ Cálculo de tensión de borde en la losa: 3.604.211(1)
+ Cálculo de diferencial de temperatura negativo por temperatura y alabeo por
construcción y humedad.
• Diferencial efectivo por temperatura negativo.
∆T (-),
en ºC → Ecuación 3.604.211.17
• Gradiente de alabeo de construcción y humedad, equivalente negativo.
Cinco condiciones al final del numeral 3.604.212(4).
“Se aceptan diseños con escalonamiento máximo de 5 mm.”
3.604.213 VERIFICACIÓN DEL ESCALONAMIENTO CON BARRAS DE
TRASPASO DE CARGAS EN LAS JUNTAS
Losas de Hormigón con barras de traspaso de carga. (3.604.213).
Para este cálculo, el modelo considera las siguientes fórmulas:
Ecuaciones 3.604.212.1 – 2 – 3 – 4 – 5.
3.604.214 DISEÑO DE LAS JUNTAS
El Manual no entrega metodología para el diseño de las juntas; sólo indica
breves conceptos sobre el objetivo de estas discontinuidades, y formula
algunas recomendaciones muy generales sobre la disposición de ellas y
también anota los tipos de juntas:
- Juntas de Contracción;
- Juntas de Expansión; y
- Juntas de Construcción.