Diseño de Estructura de Pavimento Articulado
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ING. JOSE R. HARRIS Q. 1
PAVIMENTO DE ADOQUINES
TIPOS DE PAVIMENTOSTIPOS DE ADOQUINESTIPOS DE ARENASCAPA BASE/SUB-BASEMÉTODO CONSTRUCTIVODISEÑO DEL PAVIMENTO
Referencia: Especificaciones Técnicas Generales
para la Construcción y Rehabilitación de Carreteras y Puentes (ETG’s
del MOP), Cap. 58, “Pavimento de Adoquines de Hormigón Hidráulico”.
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ING. JOSE R. HARRIS Q. 2
TIPOS DE PAVIMENTOS
APAVIMENTO RÍGIDO
LOSA DE CONCRETOBASE/SUB-BASESUBRASANTE
PAVIMENTO FLEXIBLE
BASE
SUB-BASE
SUBRASANTE
PAVIMENTO DE ADOQUINES
BASE
SUB-BASE
SUBRASANTE
CARPETA ASFÁLTICA
TRANSMISIÓN NO
UNIFORME DE CARGAS
TRANSMISIÓN UNIFORME
DE CARGAS
SELLO/CAMA DE ARENA
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ING. JOSE R. HARRIS Q. 3
TIPOS DE ADOQUINES
CARA SUPERIOR
CARA INFERIOR
ESPESOR
ARISTA
CARA LATERAL
BISEL
7 mm
7 mm10 mm
10 cm
8 cm6 cm
Patios de carga Tránsito
Vehicular TránsitoPeatonal
ADOQUÍN TIPO 1 - RECTANGULAR
Espina de pescado
Hileras
20 cm 10 cm
Tol. = ±2 mm
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ING. JOSE R. HARRIS Q. 4
TIPOS DE ADOQUINES
ADOQUÍN TIPO 2 – EN FORMA DE “I” ADOQUÍN TIPO 3 – EN FORMA DE “†”
20 cm
20 cm10 cm 10 cm
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TIPOS DE ARENAS
ARENA GRUESA PARA LA CAMA DE ARENA:
Tamaño máximo 9,5 mm (Tamiz 3/8”)
Arena limpia, no debe contener más de 5% finos
Contenido de agua uniforme y cercano al óptimo
ARENA FINA PARA SELLAR LAS JUNTAS:
Tamaño máximo 1,18 mm (Tamiz No.16)
Arena limpia, no debe contener más de 10% finos
Lo más seca posible al momento de utilizarla.
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ING. JOSE R. HARRIS Q. 6
TIPOS DE ARENAS
Cuando el tráfico es bajo o está
conformado por vehículos livianos, la arena puede ser natural (redondeada, de origen aluvial) o triturada. Cuando el tráfico es alto o contiene vehículos pesados (incluyendo las rutas de buses), la arena debe ser de origen aluvial (redondeada).
Granulometrías para la cama de arena y para el sello de arena.
% que pasa Tamiz
Cama de arena Sello de arena
9,5 mm 3/8” 100
4,75 mm No.4 90 – 100
2,36 mm No.8 75 – 100 100
1,18 mm No.16 50 – 95 90 – 100
600 μm No.30 25 – 60 60 – 90
300 μm No.50 10 – 30 30 – 60
150 μm No.100 0 – 15 5 – 30
75 μm No.200 0 – 3 0 – 15
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ING. JOSE R. HARRIS Q. 7
CAPA BASE / SUB-BASE
Pétreo (grava arenosa), limpio, bien graduadoDesgaste Los Ángeles ≤ 50%LL ≤ 25%IP < 6%CBR ≥ 50%
Tamiz% Que Pasa
ASTM mm
2" 50,0 100%
1" 37,5 85 –
100%
%" 19,0 60 –
90%
No.4 4,75 30 –
65%
No.10 2,00 20 –
50%
No.16 1,18 16 –
43%
No.40 0,425 10 –
30%
No.50 0,300 9 –
27%.
No.200 0,075 5 –
15%
Máximo50 mm
Granulometría para el material de Sub-base
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CAPA BASE / SUB-BASE
Para los materiales de subbase
y base se recomiendan los espesores mínimos que aparecen en la siguiente tabla:
Espesores mínimos constructivos para diferentes materiales de base.
Material CBR(%) de la
subrasante o capa inferior
Espesor mínimo, mm
CBR(%) de la subrasante o capa inferior
Espesor mínimo,
mm Granular para subbase Menor o igual que 6 200 Mayor que 6 150
Granular para base Menor o igual que 6 150 Mayor que 6 100
Suelo-cemento, relleno fluido, concreto pobre
Menor o igual que 6 100 Mayor que 6 75
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CONSTRUCCIÓN
Preparación del terreno naturalSuministro y construcción de las capas base y sub-baseSuministro y esparcido de la capa de arena
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CONSTRUCCIÓN
La arena se debe extender sin dejar huecos o rayones, teniendo cuidado de no compactarla.
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CONSTRUCCIÓN
Colocación de los adoquinesColocación del sello de arenaBarrido y compactación
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CONSTRUCCIÓN
Promedio
2.5 mm
Máximo
5 mm
No arrastrar
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CONSTRUCCIÓN
CONFINAMIENTO EXTERNO: estructura que rodea el pavimento.
CONFINAMIENTO INTERNO: estructuras que están dentro del pavimento.
15 cm
45 cm
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ING. JOSE R. HARRIS Q. 14
CONSTRUCCIÓN
Si SL ≥ 2,5% no son necesarias las cunetas laterales.Si 1% < SL < 2,5% colocar cunetas de adoquines o concreto.Si SL ≤ 1% colocar cuneta de concreto.E.T.G.- M.O.P., CAP. 58 establece SL> 1% y ST ≥ 2,5%
SL SL
STST ST
ADOQUINES CONCRETO
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ING. JOSE R. HARRIS Q. 15
DISEÑO
Los pavimentos de Adoquines son de tipo FLEXIBLE, y como todo pavimento, el diseñador debe conocer las condiciones de la subrasante, los efectos ambientales, los materiales de construcción y el tránsito pronosticado para llegar a un diseño adecuado.
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ING. JOSE R. HARRIS Q. 16
DISEÑO
En las primeras investigaciones desarrolladas en la Cement
& Concrete Association
del Reino Unido por Allan
Liley
y John
Knapton, a comienzos de la década de 1970 se encontró
que la rigidez de una capa de rodadura de adoquines de 80 mm
de espesor, con una capa de arena de 50 mm
de espesor, debidamente sellada y compactada, era equivalente a la de una carpeta asfáltica de 160 mm
de concreto asfáltico.
CAPA ADOQUINADA DE 8+5=13 cm
BASE
SUB-BASE
SUBGRADO
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ING. JOSE R. HARRIS Q. 17
DISEÑO
O sea que una capa de adoquines de 80 mm y 40 mm de arena puede hacerse equivalente entre 120 mm y 144 mm de concreto asfáltico, y la capa de adoquines de 60 mm y 40 mm de arena puede hacerse equivalente entre 100 mm y 120 mm.
Desde otro punto de vista, a la capa de rodadura se le asignan valores de Módulo de Resilencia entre 2760 MPa (400 000 psi) y 3100 MPa (450 000 psi) para el conjunto de: adoquines de 80 mm y entre 25 mm y 40 mm de capa de arena y un coeficiente AASHTO entre 0,42 y 0,44.
Igualmente se le ha asignado un Módulo de Elasticidad, E de 4000 MPa(580 000 psi) y una Relación de Poisson, μ de 0,15
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DISEÑO
Factor de equivalencia, F.E. = 1,0 - 1,2MR = 400 a 450 ksi (2760 a 3100 MPa)a1 = 0,42 - 0,44E = 580 ksi (4000 MPa)μ = 0,15
CARPETA ASFALTICACAPA ADOQUINADA
BASE
SUB-BASE
SUBGRADO
D2
D3
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EJEMPLO
Carretera rural de bajo volumen de tránsitoTráfico promedio diario anual, ADT = 218 vpdTasa de crecimiento medio anual, g = 7%Periodo de diseño, t = 20 años
Tipo de vehículo C2 C3 T3-S2 TOTAL Cantidad 140 70 8 218 % Composición 64% 32% 4% 100%
Capa adoquinada = Adoquines 8 cm
×
10 cm
×
20 cm
+ Cama de arena de 4 cmEAC
= 400 000 psiCBRBASE
= 60%
EBS
= 27000 psiCBRSUBBASE
= 25%
ESB
= 14000 psiCBRSUBRASANTE
= 2%
MR
= 3000 psi
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EJEMPLO
Determine el espesor de la capa base y sub-base para un periodo de diseño de 20 años:
ZR
= 0
para R = 50 (camino rural local)
So
= 0,45
recomendado para pavimento flexible
SN = a1
D1
+a2
D2
m2
+a3
D3
m3a1
= 0,42 (Figura 2.5, EAC
= 400 000 psi)a2
= 0,125 (Figura 2.6, CBR = 60%)a3
= 0,103 (Figura 2.7, CBR = 25%)m2
= m3
= 0,80 (recomendado)
ΔPSI = po
– pt = 4,2 –
2,0 = 2,2
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EJEMPLO
W18
= ESAL
SN (asumido) = 4,0
Tipo de vehículo
Ejes de carga (kips)
% Composición
Factor de equivalencia
Repeticiones diarias
Ejes equivalentes
(1) (2) (3) (4) (5)=ADT×(3) (6)=(5)×(4) 6S 0,64 0,010 140 1,4
C2 15S 0,64 0,481 140 67,3 6S 0,32 0,010 70 0,7
C3 30S 0,32 8,6 70 602 9S 0,04 0,059 8 0,5 28T 0,04 0,481 8 3,8 T3-S2 28T 0,04 0,481 8 3,8
ESALo = 679,6
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ING. JOSE R. HARRIS Q. 22
EJEMPLO
ω18
= ESALo
×
365 = 679,6 ×
365 = 248 057
w18
= DD
× DL
×
ω18
= 0,50 ×
1,00 ×
248 057 = 124 029
W18
= ESAL = 124 029 [ (1+0,07)20
-1 ] / 0,07 = 5 084 630
Sustituyendo estos parámetros en la ecuación de diseño:
( ) ( )
( )
07,8log32,2
1109440,0
5,12,4log
20,01log36,9log 10
19,5
10
1010 −+
++
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡−
Δ
+−++= RoR M
SN
PSI
SNSZESAL
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ING. JOSE R. HARRIS Q. 23
EJEMPLO
se obtiene un SN = 4,70 in comparado con el SN (supuesto) = 4,0 in
OK!
Primeramente, SN = SN1
BASE
CAPA ADOQUINADASN1
D1
D1
* = 8 cm
+ 4 cm
= 12 cm
= 4,7 in
SN1
* = a1
D1
*
SN1
* = 0,42 ×
4,7 ≈
2,0
Después, SN = SN2
= SN1
+ a2
D2
m2
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ING. JOSE R. HARRIS Q. 24
EJEMPLO
CAPA ADOQUINADASN1 D1
SN2 BASE
SUB-BASE
D2
( ) ( )
( )
07,8log32,2
1109440,0
5,12,4log
20,01log36,9log 10
19,52
10
21010 −+
++
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡−
Δ
+−++= SBoR E
SN
PSI
SNSZESAL
Se obtiene
SN2
= 2,8 = SN1 + a2
D2
m2
D2
* ≥
(SN2
– SN1
*) / a2
m2
= (2,8 –
2,00) / 0,125 / 0,8D2
* = 8,0 in
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ING. JOSE R. HARRIS Q. 25
EJEMPLO
SN1
* + SN2
* ≥
SN2SN2
* ≥
SN2
- SN1
*= 2,8 –
2,0SN2
* = 0,80
Así, SN = SN3
= SN1
+ SN2
+ a3
D3
m3
= 4,7
CAPA ADOQUINADA
SN1 D1
SN2 BASE
SUB-BASE
D2
SN3 D3
SUBGRADO
33
*2
*13
3)(
maSNSNSND +−
≥
05,238,0103,0
)8,00,2(7,43 =
×+−
≥D
D3 = 23 in
SN = a1
D1
+ a2
D2
m2
+ a3
D3
m3
= 4,67 ≈
4,7
OK!
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ING. JOSE R. HARRIS Q. 26
EJEMPLO
CAPA ADOQUINADA
CAPA BASE
4,7 in (0,12 m)
8,0 in (0,20 m)
SUBGRADO
CAPA SUB-BASE 23 in (0,58 m)
Las ETG’s
del MOP, Capítulo 58 “Pavimento de Adoquines”
requiere que el agregado pétreo de la sub-base tenga un CBR ≥
50%. La capa base utilizada en este ejemplo tiene un CBR=60% por lo que se propone no utilizar la sub-
base disponible (CBR=25%) y determinar el espesor de capa base correspondiente.
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ING. JOSE R. HARRIS Q. 27
EJEMPLO
Podemos aprovechar los cálculos anteriores y despejar directamente el espesor de capa base requerido:
SN = a1 D1 +a2 D2 m2 +a3 D3 m3 = 4,7
0,42×4,7 + 0,125×D2 ×0,8 = 4,7
D2 = 27 in
O aplicar el procedimiento de la Guía AASHTO para pavimento flexible conociendo:
D1
*= 4,7 in
SN1
* = 2,0
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ING. JOSE R. HARRIS Q. 28
EJEMPLO
SN2
= SN = 4,7 = SN1
+ a2
D2
m2
D2
* ≥
(SN2
– SN1
*) / a2
m2
= (4,7 –
2,0) / 0,125 / 0,8D2
* = 27 in
SN = a1
D1
+ a2
D2
m2
= 4,67 ≈
4,7
CAPA ADOQUINADA
CAPA BASE
4,7 in (0,12 m)
SUBGRADO
27 in (0,68 m)
CAPA ADOQUINADA
SN1 D1
SN2 BASE
SUBGRADO
D2