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JORNADA DE ACTUALIZACIÓN TÉCNICADISEÑO Y CONSTRUCCION DE PAVIMENTOS DE HORMIGON
DISEÑO DE PAVIMENTOS RÍGIDOSIng. Diego H. Calo
Ciudad de Córdoba20 de Noviembre de 2008
INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
• CRITERIOS Y RECOMENDACIONES DE DISEÑO.
• SUBRASANTES Y SUBBASES.
• TIPO DE BANQUINAS, ADOPCIÓN DE SOBREANCHOS.
• DISEÑO DE ESPESORES DE PAVIMENTOS RÍGIDOS POR LOS MÉTODOS; PCA ED.1984 Y AASHTO 1993.
• DISEÑO DE JUNTAS.
SÍNTESIS DE LA PRESENTACIÓN
INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
Tipos de deterioros en pavimentosFisuración Transversal
Descripción: Fisuras con orientación predominantemente perpendicular al eje del pavimento.
Causas Posibles:• Fisuración temprana por aserrado tardío.• Fisuración por fatiga: espesor de calzada insuficiente y/o separación de juntas excesiva para las solicitaciones impuestas (cargas de tránsito y medio ambientales).• Pérdida de soporte por erosión. • Reflexión de fisuras de capas inferiores o de losas adyacentes.
Como evitarlas:• Selección de espesores de calzada adecuados a las solicitaciones impuestas.• Diseño adecuado de juntas.
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Solicitaciones no debidas a Cargas
• Un pavimento en servicio, se encontrará sujeto a continuos cambios de temperatura y humedad.
• Esto se traduce en la generación de gradientes de estos parámetros en la sección de hormigón que generan alabeos que se encontrarán restringidos por el peso propio de la losa.
Situación Diurna Situación Nocturna
Alabeo por temperatura
Tiempo Húmedo Tiempo Seco
Alabeo por humedad
Durante el día en general el alabeo por temperatura y el de humedad se contrarrestan, en cambio durante la noche se combinan.
Tipos de deterioros en pavimentosFisuración Transversal
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Tipos de deterioros en pavimentosFisuración Longitudinal
Descripción: Fisuras con orientación predominantemente paralela al eje del pavimento.
Causas Posibles:• Fisuración temprana por aserrado tardío.• Fisuración por fatiga: espesor de calzada insuficiente y/o separación de juntas excesiva.• Reflexión de fisuras de capas inferiores o de losas adyacentes.• Asentamientos diferenciales.
Como evitarlas:• Diseño adecuado de juntas.• Control de heterogeneidades en subrasante.
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Tipos de deterioros en pavimentosRoturas de Esquina
Descripción: Fisura que intersecta una junta transversal con una junta longitudinal o borde de calzada orientada en general a 45º del eje del pavimento.
Causas Posibles:• Pobre transferencia de carga.• Losas con ángulos agudos.• Pérdida de soporte por erosión.
Como evitarlas:• Transferencia de carga adecuada en tránsito pesado. • Diseño adecuado de juntas en superficies de geometría irregular.• Provisión de una subbase resistente a la erosión bajo tránsito pesado.
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Tipos de deterioros en pavimentosErosión por bombeo
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 los siguientes factores):• 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.
Como evitarla:• Provisión de una subbase resistente a la erosión bajo tránsito pesado.• Evitar el ingreso de agua y/o facilitar su pronta remoción.
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Tipos de deterioros en pavimentosErosión por bombeo
Tránsito
Escalonamiento Inicial Banq. Externa
Juntas TransversalesJunta Longitud.
Banq. Externa
Incremento del escalonamiento
Banq. Externa
3ER ETAPA
2DA ETAPA
1ER ETAPA
Eyección de Finos
Eyección de Finos
Fisuración Transversal
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Tipos de deterioros en pavimentosLevantamiento de losas
Descripción: Movimiento localizado hacia arriba de la superficie del pavimento en zona de juntas o fisuras, a menudo acompañado de una defragmentación.
Causas Posibles:• Entrada de materiales incompresibles en la zona de junta.• Expansiones térmicas excesivas.• Inadecuado diseño de juntas en intersecciones y contra estructuras fijas.• Expansiones por Reacción Álcali - Sílice.
Como evitarlas:• Diseño adecuado de juntas en intersecciones.• Especificar materiales de sello adecuados que prevengan la infiltración de agua y materiales incompresibles.
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Tipos de deterioros en pavimentosDespostillamientos de juntas
Descripción: Defragmentación localizada de los labios de las juntas o fisuras.
Causas Posibles:• Entrada de materiales incompresibles en las juntas o fisuras.• Hormigón debilitado por falta de compactación, de durabilidad o por aserrado prematuro o por retiro de moldes en juntas de construcción.
Como evitarlas:• Especificar materiales de sello adecuados que prevengan la infiltración de agua y materiales incompresibles.
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Tipos de deterioros en pavimentosReacción Álcali Agregado
Descripción: En general el patrón de fisuración es en forma de mapa con fisuras predominantemente orientadas en dirección paralela a los bordes libres del pavimento.
Causas:• Empleo de agregados potencialmente reactivos sin la adopción de medidas preventivas.
Como evitarla:• Comenzar los estudios de las posibles fuentes de provisión desde la etapa misma de proyecto.• Tener presente que para determinados agregados se requiere de 1 año para evaluar su aptitud, en tanto que la evaluación de medidas preventivas puede demorar incluso hasta 2 años.
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Tipos de deterioros en pavimentosRugosidad
Descripción: Desviaciones de la superficie del pavimento respecto a una superficie perfectamente plana que afectan la dinámica de los vehículos, el confort de circulación y las cargas dinámicas.
Causas:• Rugosidad inicial de construcción.• Evolución de otros deterioros.
Como evitarla:• Especificar equipamiento de construcción acorde con la rugosidad inicial requerida.• Proveer sobreanchos de la subbase del pavimento.• Controlar adecuadamente la evolución de los restantes deterioros.
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OBJETIVO DEL DISEÑO• Provisión de un soporte razonablemente uniforme (co ntrol de
cambios volumétricos en subrasantes expansivas y de la acción de la helada en zonas donde se prevé el congelamient o de la subrasante).
• Prevención del bombeo mediante subbases adecuadas e n caso de tránsito pesado.
• Seleccionar espesores de diseño acordes con el trán sito previsto y las condiciones de soporte.
• Diseño adecuado de juntas.• Evaluación de los materiales componentes del hormig ón que
aseguren los requisitos de resistencia y durabilida d durante la vida proyectada.
• Especificar el empleo de materiales de sello adecua dos y resistentes al intemperismo.
• Especificar para su construcción el empleo de tecno logías acorde con la lisura que se pretende.
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• CRITERIOS Y RECOMENDACIONES DE DISEÑO.
• SUBRASANTES Y SUBBASES.
• TIPO DE BANQUINAS, ADOPCIÓN DE SOBREANCHOS.
• DISEÑO DE ESPESORES DE PAVIMENTOS RÍGIDOS POR LOS MÉTODOS; PCA ED.1984 Y AASHTO 1993.
• DISEÑO DE JUNTAS.
SÍNTESIS DE LA PRESENTACIÓN
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SUBRASANTE / SUBBASE
Cualquier fundación de pavimentos rígidos deberá verificar el cumplimiento de los siguientes requisitos:
• Uniformidad: No deberá existir cambios abruptos en las características de los materiales (zonas débiles o de elevada rigidez)
• Control de subrasantes expansivas para asegurar un soporte uniforme tanto en temporadas o estaciones húmedas como secas.
• Control de hinchamientos por congelamiento en zonas expuestas a esta condición.
• Resistencia a la erosión en pavimentos sujetos a importantes volúmenes de tránsito pesado.
CUALQUIER PAVIMENTO DE HORMIGÓN EXPERIMENTARÁPROBLEMAS CON SUBRASANTES Y SUBBASES NO
APROPIADAMENTE DISEÑADAS Y CONSTRUIDAS
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¿Cuándo es necesario una subbase?
El empleo de una subbase es necesaria cuando:
• Cuando la combinación de suelos de subrasante, disponibilidad de agua y tránsito pesado prevé riesgo de bombeo y la presencia de deterioros asociados a la misma.• Cuando se requiere garantizar un apoyo uniforme y estable al pavimento o para facilitar las tareas constructivas.
Excepciones:• Tránsito: Cuando el tránsito medio diario previsto de vehículos pesados es inferior de 200 VP/día ó cuando la cantidad de ejes equivalentes de diseño es inferior de 1.000.000 EE´s de 8,2 T.• Drenaje Natural: Un suelo de subrasante que es naturalmente drenante no bombeará debido a que el agua percolará a las capas inferiores a través de la subrasante y no permanecerá por debajo del pavimento.
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Influencia de la Subbase en el espesor de calzada
El espesor de calzada de hormigón de diseño es relativamente poco sensible a la rigidez de su apoyo por lo que no es una decisión adecuada incrementar la resistencia o el espesor de la subbase con el fin de reducir el espesor de calzada.
La resistencia de la subrasante se valora mediante su módulo de reacción. La incorporación de una subbase al pavimento incrementa significativamente el módulo de reacción combinado subrasante/subbase.
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Influencia de la Rigidez de apoyo en las tensiones generadas
Esubbase = ∞∞∞∞
Esubbase = 0
Esubbase = ∞∞∞∞
Esubbase = 0
Caso 1: Fundación Perfectamente Rígida
Caso 2: Fundación Muy Flexible
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.
Debido a la falta de soporte la losa deflecta significativamente y se generan elevadas tensiones de flexión.
Durante una carga medioambiental, la fundación acompaña la deformación de la losa manteniendo su soporte.
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Subbases granulares
Requisitos generales• Espesor mínimo: 10 cm.• Tamaño máximo < 1/3 del espesor.• P200 < 15%.• Desgaste Los Angeles < 50%.
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.
Recomendaciones:• No emplear espesores mayores de 15 cm.• Deberá especificarse una densidad mínima del 98% del T-180.
Si el material cuenta con excesivos contenidos de finos, la capa puede almacenar agua encontrándose disponible para la erosión por bombeo
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Subbases tratadas con cementoCaracterísticas:
• Incremento de la resistencia a la erosión.
• Evita la consolidación debido a cargas pesadas.
• Menores deflexiones.
• Mejor Eficiencia en la transferencia de carga.
• Elevada capacidad de carga (mayor “k”), con reducción de espesor en losas.
• Apoyo firme para TAR (mejora en la lisura superficial que entrega el equipo de alto rendimiento), con menores demoras por malas condiciones climáticas.
Considerar siempre el empleo de Subbases tratadas con cemento.
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Subbases de Hormigón Pobre
Requisitos:• Espesor mínimo: 10 cm.• Resistencia a compresión de 5 MPa a8 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.
Recomendaciones constructivas:• En general no suele especificarse la ejecución de juntas en la subbase de hormigón pobre.• Se recomienda aplicar 2 capas de curado en base a parafina.
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SUBBASES - SOBREANCHO• Provee un apoyo estable y uniforme a la
orugas del equipo pavimentador.• Mejor calidad final de terminación.• Reduce las demoras por malas condiciones
climáticas.• Mejora las condiciones de soporte de los
bordes de calzada.• Brindan una mejor aislación en zonas de
subrasantes formadas por suelos susceptibles a cambios volumétricos.
• Se debe especificar un sobreancho de 60 a 80 cm para ½ calzada y de 80 a 100 cm para ancho completo.
Es ALTAMENTE recomendable para pavimentación con TAR, incorporar un sobreancho de la subbase a fin de que le provea una apoyo estable y uniforme a las orugas de la pavimentadora.
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• CRITERIOS Y RECOMENDACIONES DE DISEÑO.
• SUBRASANTES Y SUBBASES.
• TIPO DE BANQUINAS, ADOPCIÓN DE SOBREANCHOS.
• DISEÑO DE ESPESORES DE PAVIMENTOS RÍGIDOS POR LOS MÉTODOS; PCA ED.1984 Y AASHTO 1993.
• DISEÑO DE JUNTAS.
SÍNTESIS DE LA PRESENTACIÓN
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TRANSFERENCIA DE CARGAS
DEFLEXIONES EN PAVIMENTOS DE HORMIGÓNBorde Externo del Pavimento (Borde Libre)
Carril 3,65 m.
Junta longitudinal Central(actúa como banq. de Hº)
Junta Transv. sin pasadores
2 Di
~2.5 Di5 Di
~3.5 Di
Di Di
Junta Transv. con pasadores
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Con cordón integral, si el cordón se ejecuta en una
segunda etapa, no hay contribución estructural
TRANSFERENCIA DE CARGA
D2 = 0D1 = x
Mala Transferencia de Carga
• Trabazón entre agregados• Pasadores• Banquina de hormigón
– Banquina Vinculada– Cordón Cuneta– Sobreancho de Carril
Es la capacidad de una losa de transferir su carga a una losa vecina
D1 = X/2 D2 = X/2
Buena Transferencia de Carga
Tienen un efecto similar
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BANQUINA EXTERNA RÍGIDA VINCULADA
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BANQUINA EXTERNA RÍGIDA VINCULADA
• Es recomendable que las banquinas se construyan del mismo material que la calzada principal con el fin de facilitar las condiciones de construcción, mejorar la performance global del pavimento y reducir los costos de mantenimiento.
• La vinculación al borde externo de calzada permite una reducción significativa de las deflexiones y tensiones generadas por cargas, reduciendo los espesores de diseño (de 2 a 3 cm).
• Se recomienda el empleo de banquinas vinculadas de espesor total (considerar el empleo de sección variable).
• Minimiza la infiltración de agua (mejor drenaje superficial).
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• Se minimizan los deterioros asociados a las cargas en los bordes de calzada y esquinas.
• Las cargas de tránsito se convierten prácticamente en cargas internas desde el punto de vista de las tensiones y deflexiones generadas.
• Usualmente se efectúa un ensanchamiento del carril cargado de 60 cm. aproximadamente. No resulta conveniente el empleo de sobreanchos mayores.
• La demarcación se mantiene respetando el ancho de carril original y deberá considerarse también el empleo de “despertadores” con el fin de desalentar el empleo de dichas zonas.
• Admite una reducción del espesor de calzada de 2 a 3 cm. Se considera con transferencia lateral en bordes (PCA) ó se emplea un factor de transferencia de carga J = 2,7 (AASHTO).
EMPLEO DE SOBREANCHO DE CARRIL EN VÍAS CON ELEVADO TRÁNSITO PESADO
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TRANSFERENCIA DE CARGA EN BORDES
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EMPLEO DE SOBREANCHO DE CARRIL EN VÍAS CON ELEVADO TRÁNSITO PESADO
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
0 5 10 15 20 25
Edad, años
Fis
urac
ión,
%
E=25,5 cm; sin sobreancho
E=23 cm; con sobreancho
0
0.5
1
1.5
2
2.5
0 5 10 15 20 25
Edad, años
Esc
alon
amie
nto,
mm
E=25,5 cm; sin sobreancho
E=23 cm; con sobreancho
Considerar para tránsito pesado, siempre el empleo de sobreancho , aún cuando no se pavimente la banquina.
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TRANSFERENCIA DE CARGA EN BORDES Y JUNTAS
0
1
2
3
4
5
6
7
0 5 10 15 20 25
Edad, años
Esc
alon
amie
nto,
mm
Sin Pasadores
Sin Pasadores c-Sobreancho
Pasadores 32 mm
Pasadores 32 mm c-sob
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Transferencia de CargaBanquina de Hormigón vs. Sobreancho
0
1
2
3
4
5
6
7
0 5 10 15 20 25
Edad, años
Esc
alon
amie
nto,
mm
Sin Pasadores
Pasadores 25 mm c-BH
Pasadores 25 mm c-sob
Pasadores 25 mm c-sob y BH
Cuando se emplea Banquina de Hormigón
Vinculada, efectuar también un sobreancho
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• CRITERIOS Y RECOMENDACIONES DE DISEÑO.
• SUBRASANTES Y SUBBASES.
• TIPO DE BANQUINAS, ADOPCIÓN DE SOBREANCHOS.
• DISEÑO DE ESPESORES DE PAVIMENTOS RÍGIDOS POR LOS MÉTODOS; PCA ED.1984 Y AASHTO 1993.
• DISEÑO DE JUNTAS.
SÍNTESIS DE LA PRESENTACIÓN
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Método de la Portland Cement Association
• Procedimiento Empírico- Mecanicista basado en respuestas de pavimentos matemáticamente calculadas.
• Calibrado con Ensayos de campo y rutas en servicio.
• Lanzado originalmente en 1966 y revisado en 1984.
• Limita las tensiones desarrolladas en el Pavimento (Criterio de verificación por fatiga). Limitante para bajo tránsito pesado.
• Limita las deflexiones desarrolladas en bordes y esquinas (Criterio de verificación por erosión). Limitante para elevado tránsito pesado.
• Recientemente el ACPA ha lanzado una nueva versión para vías de Bajo Volumen de Tránsito Pesado (ACPA StreetPave).
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Ubicación Crítica de Cargas
Posición crítica de la carga paralas Tensiones de Flexión
Banquina de Hormigón(si existe)
Carril
Junta transversal
EjeTándem
Posición crítica de la carga paralas Deformaciones
Banquina de Hormigón(si existe)
Carril
Junta transversal
EjeTándem
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Factores involucrados en el diseño
• Capacidad soporte de la subrasante (k subrasante).
• Tipo y espesor de Subbase (k combinado).
• Propiedades mecánicas del hormigón.
• Período de diseño.
• Tránsito. Configuración de cargas por eje.
• Transferencia de cargas en juntas transversales (pasadores / trabazón entre agregados).
• Transferencia de carga en bordes (Tipo de banquina / sobreanchos de calzada).
• Factor de seguridad de cargas. Siempre incorporar el valor medio o más
probable
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Propiedades mecánicas del Hormigón
• Debe especificarse la resistencia media a flexión a 28 días (in situ).
• Comúnmente se emplean MR a 28 días entre 4,0 MPa y 5,0 MPa.
• Para mayor simplicidad, el control de calidad y recepción se efectúa mediante ensayos a compresión.
• Se recomienda evaluar la relación flexión – compresión del hormigón con los agregados a emplear.
CσKMR ⋅⋅⋅⋅=
K = 0,7 Para agregados Redondeados
K = 0,8 Para agregados Triturados
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Propiedades mecánicas del Hormigón
Correlación de Resistencia a Compresión Especificad a con MR de diseño
Según ACI 214 el C.V. es: <7% (Excelente); 7-9% (Muy Buena); 9-11% (Buena); 11-14% (Regular); >14% (Pobre).
Entonces, aplicando la fórmula de la P.C.A.
(en MPa)
Siendo: K = 0,8 para agregados Triturados.K = 0,7 para agregados Naturales.
bmσkMR ⋅=
( )ZC.V.σσbkbm
⋅+⋅= 1
Determinar en laboratorio esta
relación
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Análisis de Sensibilidad
12.0
14.0
16.0
18.0
20.0
22.0
24.0
26.0
28.0
10 100 1000 10000Tránsito Pesado Medio Diario Anual (Diseño) - Esc. Log.
Esp
esor
de
Cal
zada
, cm
Criterio de Fatiga Criterio de Erosión
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
20 MPa/m 60 MPa/m 100 MPa/m 140 MPa/m 180 MPa/mMódulo de reacción combinado (subrasante/subbase)
Esp
esor
de
Cal
zada
, cm
Criterio de Fatiga Criterio de Erosión
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
1.00 1.10 1.20 1.30Factor de Seguridad de Cargas
Esp
esor
de
Cal
zada
, cm
Criterio de Fatiga Criterio de Erosión
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
3.8 4.0 4.2 4.4 4.6 4.8 5.0 5.2 5.4 5.6Resistencia a Flexión, MPa
Esp
esor
de
Cal
zada
, cm
Criterio de Fatiga Criterio de Erosión
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Análisis de Sensibilidad
12
14
16
18
20
22
24
26
28
30
32
1 10 100 1000 10000Tránsito Pesado Medio Diario Anual (Esc. Log.)
Esp
esor
de
Cal
zada
, cm
Sin Pasadores y Sin Banquina de Hº
Con Pasadores y Sin Banquina de Hº
Sin Pasadores y Con Banquina de Hº
Con Pasadores y Con Banquina de Hº
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Limitaciones
• En el análisis por fatiga, no incorpora el efecto d e las tensiones generadas por alabeo.– Considera que los efectos del alabeo diurno y nocturno se
autocompensan.
• No considera en forma directa la erosionabilidad de la subbase.– Lo hace en forma indirecta, mediante el incremento de la rigidez del
apoyo.
• No tiene en consideración la incidencia del clima y del drenaje de la estructura.– El método sugiere incrementar o reducir el daño por erosión del
100% en función de la experiencia en la utilización del método en una región determinada.
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METODO AASHTO 1993AASHO Road Test (1958-1960)
• Tercer ensayo a gran escala en pavimentos.
• Se evaluaron secciones de pavimento rígido y flexible.
• Se evaluaron distintas configuraciones de carga, espesores de calzada y subbase.
• Se estudiaron secciones de pavimentos de hormigón simple y reforzado.
• Objetivo central: desarrollar relaciones entre cargas de tránsito pesado aplicadas, estructura del pavimento y pérdida de Serviciabilidad.
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• Serviciabilidad Inicial (po).
• Serviciabilidad final (pt).• Período de diseño• Tránsito en ejes equivalentes (W18)• Factor de transferencia de carga (J)• Módulo de rotura del Hormigón (MR)• Módulo de elasticidad del Hormigón ( Ec)• Módulo de reacción de la subrasante (k, LOS)• Coeficiente de drenaje (Cd)• Confiabilidad (R, ZR).• Desvío Global (so).
METODO AASHTO 1993Factores involucrados en el diseño
Siempre incorporar el valor medio o más
probable
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Transferencia de Carga - Efecto de pasadores y Banquina de Hormigón
• La transferencia de carga en las juntas y bordes de calzada se tiene en cuenta mediante el Factor de Transferencia de Carga, J.
• Depende del tipo de pavimento, de las condiciones de soporte de bordes y de la transferencia de carga en juntas.
3,23,82,73,23 a 10
SINOSINO
2,83,22,73,2< 0,3
3,03,42,73,20,3 a 1
3,13,62,73,21 a 3
3,44,12,73,210 a 30
3,64,32,73,2> 30
JPCP y JRCP (s-pas)JPCP y JRCP (c-pas)
Soporte de Borde
ESAL´s [Millones]
Fuente: WinPAS Manual - Simplified Design Guide.
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Propiedades de la Subrasante /Subbase
• Módulo resiliente subrasante (Mr)
• Tipo de Subbase (E)• Espesor de Subbase
Pérdida de Soporte
Módulo de reacción Combinado (kc)
Propiedades de la subrasante y Subbase asociadas al diseño son:
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Propiedades de la Subrasante /Subbase
Pérdida de soporte
• La Pérdida de soporte tiene en cuenta la erosión de la subbase y subrasante.
• Mediante este factor se reduce el valor k debido a la esperada por la erosión de la subrasante.
• Una pérdida de soporte de 0 considera la condición del suelo en el ensayo AASHO.
• Este valor se sitúa entre 0 y 3.A excepción que se preveauna resistencia a la erosión inferior a la condición de la
prueba AASHO, adoptar LOS = 0
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Análisis de Sensibilidad
23
25
27
29
31
33
35
37
20 40 60 80 100 120 140 160 180 200Módulo de reacción combinado, MPa/m
Esp
esor
de
calz
ada,
cm
10 E+06
30 E+06
50 E+06
70 E+06
90 E+06
110 E+06
Eje
s E
quiv
alen
tes,
W18
Espesor Ejes Equivalentes
23
25
27
29
31
33
35
37
3.8 4 4.2 4.4 4.6 4.8 5 5.2 5.4 5.6Módulo de Rotura, MPa
Esp
esor
de
calz
ada,
cm
10 E+06
30 E+06
50 E+06
70 E+06
90 E+06
110 E+06
Eje
s E
quiv
alen
tes,
W18
Espesor Ejes Equivalentes
23
25
27
29
31
33
35
37
26 28 30 32 34 36 38 40 42Módulo de Elasticidad, GPa
Esp
esor
de
calz
ada,
cm
10 E+06
30 E+06
50 E+06
70 E+06
90 E+06
110 E+06
Eje
s E
quiv
alen
tes,
W18
Espesor Ejes Equivalentes
23
25
27
29
31
33
35
37
0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3Coeficiente de Drenaje
Esp
esor
de
calz
ada,
cm
10 E+06
30 E+06
50 E+06
70 E+06
90 E+06
110 E+06
Eje
s E
quiv
alen
tes,
W18
Espesor Ejes Equivalentes
INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
Análisis de Sensibilidad
23
25
27
29
31
33
35
37
50 60 70 80 90 100Confiabilidad
Esp
esor
de
calz
ada,
cm
10 E+06
30 E+06
50 E+06
70 E+06
90 E+06
110 E+06
Eje
s E
qui
vale
ntes
, W18
Espesor Ejes Equivalentes
000 E+00
40 E+06
80 E+06
120 E+06
160 E+06
200 E+06
240 E+06
280 E+06
320 E+06
24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36Espesor de calzada, cm
Eje
s E
quiv
alen
tes
de 8
,2 T
Con Pasadores y Con Banquina de HºCon Pasadores y Sin Banquina de HºSin Pasadores y Con Banquina de HºSin Pasadores y Sin Banquina de Hº
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Limitaciones
• No resulta prudente emplear ecuaciones o relaciones determinadas empíricamente para describir fenómenos que ocurren fuera del rango de la información original empleada para esta relación.
• Si bien el ensayo AASHO constituye el ensayo más importante efectuado en materia de pavimentos, constituye una base empírica insuficiente para el diseño de los pavimentos actuales. (Ej.: 1 zona climática, 2 años en servicio, limitadas repeticiones de carga, 1 sola subrasante, limitadas secciones de estudio, 1 soloconjunto de materiales, etc.)
• Existen una gran cantidad de factores que tienen una fuerte incidencia en el diseño y no son tenidos en cuenta.
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• CRITERIOS Y RECOMENDACIONES DE DISEÑO.
• SUBRASANTES Y SUBBASES.
• TIPO DE BANQUINAS, ADOPCIÓN DE SOBREANCHOS.
• DISEÑO DE ESPESORES DE PAVIMENTOS RÍGIDOS POR LOS MÉTODOS; PCA ED.1984 Y AASHTO 1993.
• DISEÑO DE JUNTAS.
SÍNTESIS DE LA PRESENTACIÓN
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DISPOSICIÓN DE JUNTAS
El objetivo es “copiar” el patrón de fisuración que naturalmente desarrolla el pavimento en servicio mediante un ade cuado diseño y ejecución de juntas transversales y longitudinales, e incorporar en las mismas mecanismos apropiados para la transferencia de cargas.
Un adecuado diseño de las juntas permitirá:
⇒ Prevenir la formación de fisuras
⇒ Proveer transferencia de carga adecuada.
⇒ Prevenir la infiltración de agua y de materiales incompresibles a la estructura del pavimento.
⇒ Permitir el movimiento de las losas contra estructuras fijas e intersecciones
⇒ Dividir la construcción del pavimento en incrementos acordes a la tecnología empleada.
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DISPOSICIÓN DE JUNTAS
Separaciones entre Juntas de Contracción
• Sep. Máxima recomendada: 6,0 m.
• Bases Cementadas: 21 x E
• Bases Granulares: 24 x E
Otras Consideraciones
• Relación largo/ancho < 1,5 (Recomendado ≤ 1,25).
• Otros factores que influyen: Coef. Dilatación Térmica del Hº, Rigidez de la base, Condiciones Climáticas, etc.
DEBE PRIMAR LA EXPERIENCIA LOCAL
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Separación de Juntas Transversales
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 5 10 15 20 25
Edad, años
Losa
s F
isur
adas
, %
S = 5,50 m
S = 5,25 m
S = 5,00 m
S = 4,75 m
S = 4,50 m
MANTENER UN BAJO ESPACIAMIENTO DE JUNTAS
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TRANSFERENCIA DE CARGATRABAZÓN ENTRE AGREGADOS
Interacción de corte entre partículas de agregados de las caras de la junta por debajo del aserrado primario.
Resulta aceptable para vías de bajo tránsito pesado (80 a 120 VP/d)
El grado de transferencia de carga se encuentra afectado por:
• Espesor de losa.
• Separación entre juntas (abertura de juntas)
• Mejores condiciones de drenaje.
• Empleo de agregados triturados.
• Agregados con TM > 25 mm.
• Subbases Rígidas.
• Condiciones de soporte en bordes.
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TRANSFERENCIA DE CARGA - PASADORES
Características:
Paralelo al eje de calzadaMitad del espesor de losaMitad a cada lado de la junta transversal
Ubicación
30 cm. de centro a centro15 cm. de centro a borde
Separación
25 mm para E ≤ 20 cm32 mm para 20 < E ≤ 25 cm38 mm para E > 25 cm
Diámetro
45 cm.Longitud
Lisa, libre de óxido y con tratamiento que impida la adherencia al hormigón.
Superficie
Tipo I (AL-220)Tipo de acero
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TRANSFERENCIA DE CARGA - PASADORES
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TRANSFERENCIA DE CARGA - PASADORES
Deben emplearse en vías de Tránsito Pesado (donde n o es suficiente la transferencia de carga por trabazó n).
0
1
2
3
4
5
6
0 5 10 15 20 25
Edad, años
Esc
alon
amie
nto,
mm
sin pasadores
Diametro 25 mm
Diametro 32 mm
Diametro 38 mm
Diametro 32 mm y sobreancho
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TIPOS DE JUNTAS
�� JUNTAS TRANSVERSALESJUNTAS TRANSVERSALES
�� JUNTAS LONGITUDINALESJUNTAS LONGITUDINALES
⇒⇒ ContracciContracci óónn
⇒⇒ ConstrucciConstrucci óónn
⇒⇒ ExpansiExpansi óón / Dilatacin / Dilataci óónn
⇒⇒ ContracciContracci óónn
⇒⇒ ConstrucciConstrucci óónn
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JUNTAS TRANSV. DE CONSTRUCCIÓN
⇒ Se efectúan al final de la jornada de trabajo o en interrupciones programadas (puentes, estructuras fijas, intersecciones) o por imposibilidad de continuar con el hormigonado.
⇒ Se ubican en coincidencia con la de contracción (Tomar precauciones cuando se pavimente por trochas).
⇒ La transferencia de carga se efectúa a través del pasador.
Espesor delosa "E"
1/2 E Pasador
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JUNTAS TRANSV. DE DILATACIÓN
⇒ Aíslan el pavimento de otra estructura, tal como otra zona pavimentada o una estructura fija.
⇒ Ayudan a disminuir tensiones de compresión que se desarrollan en intersecciones en T y asimétricas.
⇒ Su ancho debe ser de 12 a 25 mm, ya que mayores dimensiones pueden causar movimientos excesivos en las juntas cercanas.
⇒ La transferencia de carga se efectúa a través del pasador, sino debe realizarse sobre espesor de hormigón.
⇒ En pavimentos sin pasadores las 3 o 4 juntas próximas a la de dilatación deben ejecutarse con pasadores.
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Material de Relleno
Cápsula (30 mm de carrera libre)
20 mm
D= 25, 32 o 38 mm
1/2 E
Pasador
Material de Sellado
Espesor delosa "E"
JUNTAS TRANSV. DE DILATACIÓN
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JUNTAS TRANSVERSAL DE DILATACION
En intersecciones asimétricas o en T no deben colocarse pasadores, de modo de permitir movimientos horizontales diferenciales
Material de Sellado
Material de Relleno
Espesor delosa "E" 1,2 E
6 a 10 E 20 mm
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Barra de Unión corrugada
E
E/3 E/2
⇒ Se construyen para controlar la fisuración longitudinal.⇒ Se ejecutan (por aserrado) cuando se pavimentan 2 o más trochas
simultáneamente.⇒ La transferencia de carga se efectúa por trabazón entre agregados.⇒ Se recomienda ubicarlas junto a las líneas demarcatorias de división de
carriles (evitar las zonas de huellas)
JUNTAS LONGITUDINAL DE CONTRACCIÓN
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JUNTAS LONGITUDINALES
Siendo:
σc = Tensión en Junta Longitudinal (kg/m² m)
γc = Densidad del Hormigón.
L/2 = Distancia al borde Libre más cercano.
µ = Fricción en apoyo (subrasante/subbase)
E = Espesor de Calzada de Hormigón
2
µµµµ⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅γγγγ====σσσσ Lcc
E⋅⋅⋅⋅
DIMENSIONAMIENTO DE BARRAS DE UNIÓN
Considerar el empleode equipos con Insertores
automáticos de Barras (espaciamiento uniforme y
longitud de barras)
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⇒ Se ejecutan cuando la calzada es construida en distintas etapas.
⇒ En caso de posibles ampliaciones, es conveniente dejar los bordes con machimbre.
JUNTAS LONGIT. DE CONSTRUCCIÓN
semicircular o trapezoidal
Barra de Unión corrugada
Machihembrado
EE/2
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JUNTAS LONGIT. DE CONSTRUCCIÓN
Trapezoidal
Talud 1:4
0,2 E
0,1 E
Semicircular
0,2 EE
0,1 E
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BIBLIOGRAFÍA DE CONSULTA• Integrated Materials and Construction Practices for Concrete Pavement: A State-of-the-Practice
Manual, National Concrete Pavement Technology Center, FHWA HIF - 07 – 004, 2007. http://www.cptechcenter.org/publications/imcp/imcp_manual_october2007.pdf
• Subgrades and Subbases for Concrete Pavements, EB 204P, American Concrete Pavement Association, 2007.
• NCHRP, Guide for Mechanistic Empirical Design of New and Rehabilitated Pavement Structures – Final Report, 2004. http://www.trb.org/mepdg/guide.htm
• Best Practices for Airport Portland Cement Concrete Pavement Construction (Rigid Airport Pavement), Report IPRF-01-G-002-1 or ACPA JP007P, Innovative Pavement Research Foundation, 2003.
• WinPAS - Simplified Design Guide, MC016P, American Concrete Pavement Association, 2000.
• Subgrades and Subbases for Concrete Pavements, TB011P, American Concrete Pavement Association, 1995.
• AASHTO Guide for Design of Pavement Structures, American Association of State Highway and Transportation Officials, Washington, D.C. 1993
• Design and Construction of Joints for Concrete Highways, TB010P, American Concrete Pavement Association, TB010P, 1991.
• Thickness Design for Concrete Highway and Street Pavements, Portland Cement Association, EB109P, 1991.
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ING. DIEGO H. CALOICPA - DIVISIÓN PAVIMENTOS
dcalo@icpa.com.ar
GRACIAS