DISEÑO DE PAVIMENTOS RÍGIDOS EJEMPLOS PRÁCTICOS Ing. Diego Calo
Montevideo, Uruguay 16 y 17 de Junio de 2015
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ÍNDICE DE LA PRESENTACIÓN
INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
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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
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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
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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
8
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
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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:
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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
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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
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Ejemplo (Método de la P.C.A.)
INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
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Ejemplo (Método de la P.C.A.)
INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
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Análisis de Sensibilidad
15
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
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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
17
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
18
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
Resistencia a Flexión, MPa INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
5,2
5,4
5,6
Análisis de Sensibilidad
19
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 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.
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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
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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 INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
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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.
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Ejemplo (Método AASHTO’93) DATOS • Idem Anterior. • Calidad de drenaje: Regular. • Proporción de tiempo con niveles próximos a la saturación: 5% - 25%. SOLUCIÓN SERVICIABILIDAD • Serviciabilidad Inicial (Po): 4.5. • Serviciabilidad Final (Po): 2.5. PROPIEDADES DEL HORMIGÓN • MR: 4.8 MPa; Rcompresión media: 35 MPa. • E: 6.750 · MR: 32 GPa. INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
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Ejemplo (Método AASHTO’93)
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DRENAJE • Calidad de drenaje: Regular. • Próximo a la saturación: 25%. Cd: 1.0 (Por tabla). TRÁNSITO
ESALs TOTALES
n TMDA (%V i Feqi ) 365 FP i1
ESALs TOTALES 6500
(1 i)n 1 FP i
veh VP EE' s días 0.4 4330 365 34,16 años día Veh 1000VP año
ESALsC.DISEÑO ESALs TOTALES FDD FDT ESALs C.DISEÑO 1.40 108 EE' s 0.5 0.87 6.11 107 EE' s INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
Ejemplo (Método AASHTO’93) SUBRASANTE /SUBBASE • Subbase: Estabilizado Granular c/ Cemento.
• LOS: 0 Kc: 130 MPa/m TRANSFERENCIA DE CARGA
• Con Pasadores y Sin Banquina de Hormigón J: 3.2 DESVÍO ESTÁNDAR GLOBAL y CONFIABILIDAD • So: 0.39 (Consideramos variación del tránsito futuro). • R: 80%.
INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
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27
Análisis de Sensibilidad 37
110 E+06
90 E+06
33 31
70 E+06
29 50 E+06 27 30 E+06
25 Espesor
Ejes Equivalentes
23
10 E+06 3,8
4
4,2
4,4
4,6
4,8
5
5,2
5,4
Módulo de Rotura, MPa INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
5,6
Ejes Equivalentes, W18
Espesor de calzada, cm
35
28
Análisis de Sensibilidad 37 110 E+06
90 E+06
33 31
70 E+06
29 50 E+06 27 30 E+06 25
Espesor
Ejes Equivalentes
23
10 E+06 20
40
60
80
100
120
140
160
180
Módulo de reacción combinado, MPa/m INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
200
Ejes Equivalentes, W18
Espesor de calzada, cm
35
29
Análisis de Sensibilidad 37
110 E+06
90 E+06
33 31
70 E+06
29 50 E+06 27 30 E+06
25 Espesor
Ejes Equivalentes
23
10 E+06 26
28
30
32
34
36
38
40
Módulo de Elasticidad, GPa INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
42
Ejes Equivalentes, W18
Espesor de calzada, cm
35
30
Análisis de Sensibilidad 37 110 E+06
90 E+06
33 31
70 E+06
29 50 E+06 27
30 E+06 25 Espesor
Ejes Equivalentes
23
10 E+06 0,6
0,7
0,8
0,9
1
1,1
1,2
Coeficiente de Drenaje INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
1,3
Ejes Equivalentes, W18
Espesor de calzada, cm
35
31
Análisis de Sensibilidad 37 110 E+06
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
Confiabilidad INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
100
Ejes Equivalentes, W18
Espesor de calzada, cm
35
32
Análisis de Sensibilidad Con Pasadores y Sin Banquina de Hº
Ejes Equivalentes de 8,2 T
320 E+06
Con Pasadores y Con Banquina de Hº
280 E+06
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 Espesor de calzada, cm
32
33
INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
34
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Variantes según Condición de Transferencia de Carga VARIANTE A – BANQUINA FLEXIBLE JUNTAS TRANSVERSALES •
Con Pas → E: 29,7 cm.
•
Sin Pas → E: 34,8 cm.
VARIANTE B – BANQUINA RÍGIDA / SOBREANCHO JUNTAS TRANSVERSALES •
Con Pas → E: 27,0 cm.
•
Sin Pas → E: 31,7 cm.
INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
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34
Variante C – Base Asf + Subbase Gran. VARIANTE C – BANQUINA FLEXIBLE JUNTAS TRANSVERSALES •
Con Pas → E: 31,0 cm.
•
Sin Pas → E: 36,1 cm.
VARIANTE C – BANQUINA RÍGIDA / SOBREANCHO JUNTAS TRANSVERSALES •
Con Pas → E: 28,3 cm.
•
Sin Pas → E: 32,9 cm.
INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
35
Que otra variante podríamos analizar? VARIANTE D – Incorporación de una estructura de Subdrenaje Objetivo: • Eliminar el agua que pudiera infiltrarse dentro de la estructura del pavimento • Mayor confiabilidad en la prevención del bombeo de finos desde las capas inferiores.
Calidad de drenaje Coef. De drenaje
Regular 1,00
Excelente 1,15
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Variante D – Subdrenaje VARIANTE D – BANQUINA FLEXIBLE Opción 1: con Dren Longitudinal
SIN SOBREANCHO JUNTAS TRANSVERSALES
VARIANTE D – BANQUINA FLEXIBLE Opción 2: Extendida hasta el talud
•
Con Pas → E: 27,5 cm.
•
Sin Pas → E: 32,3 cm.
CON SOBREANCHO
JUNTAS TRANSVERSALES •
Con Pas → E: 25,0 cm.
•
Sin Pas → E: 29,4 cm.
INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
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Ejemplo (ACPA StreetPave12)
INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
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Ejemplo (ACPA StreetPave12)
INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
38
Ejemplo (ACPA StreetPave12)
INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
39
Ejemplo (ACPA StreetPave12)
INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
40
41
Ejemplo (ACPA StreetPave12)
INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
Ejemplo (ACPA StreetPave12)
INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
42
Ejemplo (ACPA StreetPave12)
INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
43
Ejemplo (ACPA StreetPave12)
INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
44
Ejemplo (ACPA StreetPave12)
INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
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Ejemplo (ACPA StreetPave12)
INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
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¿Preguntas?
ING. DIEGO H. CALO COORDINADOR DEPARTAMENTO TÉCNICO DE PAVIMENTOS
[email protected] 
