diseño estructura pavimento bete

FROILAN ESTEBAN ARRIAGA CONTO INGENIERO CIVIL

M.P. 05202 119643 ANT

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Tel. 6712480 Cel. 312 208 5238, Cll 30 N 4 33 Quibd Choc

DISEO ESTRUCTURAL PAVIMENTO RIGIDO PARA EL MUNICIPIO DE MEDIO ATRATO

6,1 DESCRIPCION GENERAL CONSTRUCCIN DE PAVIMENTO RGIDO EN EL PUERTO FLUVIAL Y EN EL BARRIO VILLA FLORES DE

BET, CABECERA MUNICIPAL DEL MUNICIPIO DEL MEDIO ATRATO, se diseara con base en las

ecuaciones de Westergaard, que utiliza el mdulo de reaccin de la subrazante a partir de una

correlacin con el CBR, de campo obtenido

Los factores que afectan el espesor de la losa en el diseo son, entre otros, la magnitud de las cargas

que ha de soportar, las presiones de inflado de las llantas de los vehculos, el mdulo de reaccin de

la subrazante y las propiedades mecnicas del concreto; teniendo en cuenta dichas variables y de

acuerdo con los fundamentos tericos propuestos por westergaard, la portland cemento asociacin

(PCA), elaboro un mtodo racional para el diseo de pavimentos rgidos, orientado a determinar el

espesor de la placa de concreto de hidrulico, el cual se fundamenta en el concepto de que la falla de

las losas de pavimentos ocurre por fatiga, considerando que los esfuerzos originados por las cargas

sean menores que la Resistencia a la flexin de concreto.

En trminos general el procedimiento de diseo consiste en un tanteo por ensayo y error: se fija un

espesor de losa que supuestamente satisface las condiciones de diseo, se calculan los esfuerzos que

generan los diferentes tipos de ejes que circulan por la va y a partir de ellos la fatiga inducida en el

pavimento por repeticin de cargas; la fatiga acumulada se compara con la admisible para verificar si

el espesor supuesto es suficiente; en caso contrario, se escoge otro espesor de losa reiterando el

proceso hasta obtener un valor admisible.

PARAMETROS DE DISEO Se debe tener en cuenta los siguientes aspectos: Su capacidad de soporte, su potencial de bombeo y

aporte estructural de la sub-base.


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Capacidad de soporte de la subrazante De las pruebas de CBR de campo, realizadas, se obtuvo varios CBR, del cual sus valores cercanos de

CBR o similares, se puede tomar con gran precisin el menor CBR obtenido, y estando del lado

conservador tomaremos el menor valor del CBR obtenido como CBR de diseo:

CBR = 29.8 %

Ver estudios realizados,

Para este CBR de la subrazante se tiene una correlacin para un mdulo de reaccin de la subrazante

(K) de:

K =9.3 Kg/cm2 De acuerdo a la grfica 3,4

Potencial de Bombeo:

Un suelo se considera sensible al bombeo si presenta las siguientes caractersticas:

Porcentaje de partculas que pasa la malla No 200 mayor al 45%

-Limite liquido mayor que 25 LL>mayores a 25 a 10 metros del muelle de Bet

municipio de medio Atrato

-ndice plstico mayor que 6 IP>mayores a 6,0 en el barrio villa flores la alcalda en Bet

municipio de medio Atrato


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Para evitar este fenmeno, causante frecuente de las fallas en los pavimentos rgidos, es necesario

colocar la sub-base de 0.225 mts; si el suelo no es potencialmente bombeable se puede colocar la

base o placa directamente sobre la subrazante.

Aporte estructural de la su-base K (Mejorada) La sub-base mejora el apoyo de la losa y en consecuencia se produce un incremento en el mdulo de

reaccin de la subrazante; en las figuras anexas, 6,1A y 6,1B, se ilustra la forma de estimarlo de

acuerdo con el espesor de la sub-base granular.

El parmetro K mejorado, representa la capacidad portante del conjunto subrazante sub-base y como

tal debe emplearse en el diseo para tener en cuenta el aporte estructural del material de la sub-

base.

El espesor mnimo recomendado por cuestiones constructivas para la subbase es de 0.225 ms.

K mejorada = 6,5 Kg/cm2 Trnsito. El transito se cuantifica por medio del nmero total de ejes de cada carga que circulara por el

pavimento durante el periodo de diseo.

Se realizaron o conteos de transito al no tener punto de referencia en el municipio de Bet, as como

una presuncin del trafico atrado, se decidi cortar por lo sano, lgicamente esperando un volumen

de transito conformado por como este es un pueblo muy pequeo, no hay existencia de servicio

urbano, en este orden de ideas se contabilizo un trfico muy liviano, el cual ser utilizado para el

chequeo y revisiones de la estructura del pavimento, por ser el mximo trafico al que puede estar

sometida una calle del frente de la alcalda municipal de Medio Atrato, y como la idea es verificar con


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los estudios de suelo y CBR obtenidos, la estructura mnima propuesta, una subbase de 0.225 mt, el

mnimo recomendado para el aislamiento del material de la subrazante, un espesor mnimo de 0.15

mts, el mnimo recomendado por el INVIAS con una calidad del concreto recomendada con Mr. de 40

kg/cm2.

De todas formas se tomara un trnsito mnimo para el clculo de la estructura de pavimento. Proyeccin del trnsito al periodo de diseo Periodo de diseo optado = 20 Aos

Nmero de buses y camiones semanales = Camiones ejes simples.

Nmero de Buses semanales= 52 buses

Nmero de camiones semanales= 247 camiones

TRANSITO PROMEDIO DIARIO

TPDb=7.429

TPDc=35.286

N DE CARRILES=2

TPDb=3.714

TPDc=17.643

TRANSITO PROMEDIO DIARIO BUSES Y CAMIONES PROYECTADOS

Periodo de diseo=20 aos

Rata proyeccin crecimiento anual buses=2%

Rata proyeccin crecimiento anual camiones=2%

TPD = TPDs x Fc x ( 1 + Ti)


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F = (( 1 + i )n 1)/(n x i)

Fb = ((1+0,02) 20 1)/( 20 x 0,02)

Fb= 1,21487 Fc=1.215

TRANSITO PROMEDIO DIARIO EQUIVALENTE

TPDe =TPD x Fx ( 1 + tasa transito inducido)

TPDe-b = 4,603 TPDe-c = 21.862

DETERMINACION TOTAL DE VEHICULOS PARA EL PERIODO DE DISEO BUSES Y CAMIONES

Para un volumen total de vehculos durante el periodo de diseo, se tiene:

Vt = 365 x NxTPDc

Vtb = 33.599,10 VTc=159.590,00

En la tabla siguiente se indica el nmero total de ejes final del periodo de diseo, para el punto con volumen en el casco urbano del municipio de Bet, siendo este el punto ms desfavorable para el conteo de trnsito, la interseccin de la calle del barrio Bajo con la calle del frente de la alcalda municipal de Medio Atrato.

DETERMINACION DEL NUMERO TOTAL DE EJES EN EL PERIODO DE DISEO Transito inducido 2% Incremento anual de buses 2%

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Carga por eje (ton)

buses C2p C2g C3 C2-S1

C2-S2

C3-S2

C3-S3

NUMERO TOTAL DE EJES

TOTAL EJES PERIODO DE DISEO

TOTAL EJES PERIODO DE DISEO

B C B C


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EJES SIMPLE


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Para la presente seleccin de estructuras del pavimento se trabaja con Mr de 40 kg/cm2 el cual tiene

una correlacin con un concreto de 3500 psi.

ESFUERZOS EN PAVIMENTOS RIGIDOS Los esfuerzos (Ft) que producen las cargas del trnsito en el interior de las losas del pavimento son

bsicamente de flexin, su magnitud depende, entre otros factores del espesor de la losa, de las

caractersticas del concreto (mdulo de poisson y elasticidad) y finalmente de la magnitud,

distribucin y localizacin de las cargas.

La PCA elaboro bacos o monogramas simplificando las frmulas de westergaard, para los diferentes

casos de aplicacin, (figuras 6,2A, 6,2B, 6,2C), para su empleo se requiere conocer los siguientes

parmetros:

Carga y tipo de eje.

Mdulo de reaccin del conjunto sub-base - subrazante (mejorada)

espesor tentativo de la placa de concreto

Aunque estos monogramas, con la aplicacin de los computadores, quedaron resumidos a simples

formulas en los distintos programas, pero su utilizacin es muy apta para el diseo de pavimentos y

dan la ventaja de modelar de forma inmediata un esfuerzo dado.

CALIDAD DEL CONCRETO El concreto empleado en la construccin de pavimentos rgidos debe tener un mdulo de rotura a

flexin al menos de 40 kg/cm2 (MR>40kg/cm2); concretos de menor resistencia son, normalmente de

alta absorcin y presentan problemas significativos de durabilidad, bien sea por baja calidad de los

agregados utilizados o por un valor muy alto de la relacin agua cemento.


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FATIGA EN EL CONCRETO Aunque una carga individual produzca en los concretos esfuerzos menores que su mdulo de rotura y,

por lo tanto no origine falla del pavimento, la repeticin frecuente de esa carga puede producir fatiga

del material o rotura de las losas.

M.A menor demostr que cargas que producen esfuerzos mayores que el 50% del mdulo de rotura

(MR) inducen fatiga en el concreto y, la repeticin de esas cargas un nmero determinado de veces

produce la falla de las placas del pavimento; en cambio, las cargas que generan esfuerzos menores o

iguales al 50% del MR no producen fatiga en el material y pueden repetirse indefinidamente.

FACTOR DE SEGURIDAD Es el factor por el que deben multiplicarse las cargas nominales de eje; los valores que recomiendan

son:

Para vas de trnsito pesado =

FS = 1,2

Para carreteras y arterias de transito =

FS = 1,1

Para carreteras secundarias =

FS = 1,0

En nuestro caso todas las vas del Municipio de Medio Atrato, tenemos un FS = 1,0

PROCEDIMIENTO DE DISEO Se escoge un espesor de placa. (e= 15cms) Conocida la distribucin del trnsito por tipos de ejes de

acuerdo con la magnitud de la carga mayorada, teniendo en cuenta el factor de seguridad, se


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determina de los monogramas de las figuras 6,2A (Ejes sencillos, en nuestro caso), el esfuerzo (Ft)

producido por cada una de ellas.

Calcular la relacin de esfuerzos (Ft / MR) para cada carga y determinar en la tabla 6,1o en la figura

6,4, el nmero de repeticiones admisibles (Na) De la informacin del trnsito se obtiene el nmero

total de ejes para cada carga que se espera en el periodo de diseo (20) y se determina el consumo de

fatiga por carga (CF) que se expresa en porcentaje.

CF = Xi x 100 / Nai

Se calcula el consumo total de fatiga (CTF) debido a todos los ejes que circulan por la via

CtF = SUMATORIA (Xi x 100 / Nai)

Ne(8,2) = 0,7 x 106 K subrazante = 4 kg/cm2

MR= 40Kg/m2: K de la subrazante=9.3 kg/m2

Trafico liviano; FS= 1,0 Sub-base = 22.5 cms

CBR de campo subrazante CBR = 4,7 Espesor placa= 15 cms

K mejorada = 10.3 kg/cm2 MR = 40 kg/cm2

Carga por

eje (T)

Carga por

F.S(1,0)

Esfuerzo de

la losa, Ft(kg/cm2

)

Relacin de Esfuerzos

No de repeticiones admisibles

No repeticiones

esperadas

Consumo de

fatiga (%)

EJES SIMPLES

12 12 20.5 0.55 Infimitas 23.261

11 11 17.5 0.44 Infinitas 75597.97

10

9

8 8 17.5 0.44 Infinitas 60737 2.26

7

6

5 5 17.5 0.44 infinitas 33599.10

4

SUMA FATIGA =0.00%

CONSUMO FATIGA ADMISIBLE =125,0%


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De la tabla anterior no se presenta consumo de fatiga en el periodo de diseo, una fatiga que no implica nada en la vida til del pavimento y el conjunto rasante, subbase


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JUNTAS LONGITUDINALES CON PASADOR

Las juntas deben estar marcadas con una ranura que separe los carriles y proporcione alojamiento

adecuado al sello de la junta. Cuando el pavimento no est confinado lateralmente es necesario

colocar barras de anclaje para mantener cerrada la junta y asegurar la eficiencia.

Donde:

As = F. b. W / Fs.

As = rea transversal del acero por unidad de longitud ( cm2 / ml)

Fs = Esfuerzo de trabajo del acero (Kg/cm2) = 0,67 Fy = 2814 kg/cm2

b = Distancia entre la junta longitudinal y el borde libre del pavimento (mts). Para

Placa de pavimentos de ancho promedio de 2,150 mts.

W = Peso de la placa por unidad de rea (kg/m2) = 432 kg/m2

F = Coeficiente de friccin entre la placa y la sbase, se puede tomar F=1,5

Remplazando los valores en la ecuacin tenemos:

Fs = 2814 kg/cm2

b = 2,5 mts

W = 432 kg/m2

F = 1,5

Se tiene:

As = 1,5 x 2,15 x 432 / 2814 = 0,495 cm2/ml


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Lo que equivale a 11/2" (1,27 cm2), cada 1,8 ml, por lo que se procede a colocar refuerzo mnimo,

11/2" cada 40cms, en las juntas longitudinales.

La longitud de las barras debe ser tal, que el esfuerzo de trabajo del acero no exceda el esfuerzo de

adherencia a cada lado de la junta. Se adicionan 7,0cms a la longitud total del pasador para

compensar defectos en su colocacin; para acero corrugado se tiene:

L= 1,5.fs / a. p

Dnde:

L= Longitud total del pasador

p = Permetro del pasador (cms)

fs. = Esfuerzo de trabajo del acero (kg/cm2) = 0,67 Fy.

a= 0,1x245 = 24,5 kg/cm2

p = 1,27 cms x 3,1416 = 3,98 cms

Fs = 0,67 x 4200 = 2814 kg / cm2

Porlo tanto se tiene:

La longitud total del pasador longitudinal sera de 50 cms, por lo que el diseo de acero

para junta longitudinal ser el siguiente:

11/2", cada 40 cms, L=0,5 mts

L = 1,5 x 2814 / ( 24,5 x 3,98 ) +7,5 cms = 50,288 cms

L= Longitud total del pasador

p = Permetro del pasador (cms)

fs = Esfuerzo de trabajo del acero (kg/cm2) = 0,67 Fy.

a = Esfuerzo de adherencia entre el acero y el concreto (a=0,1F'c, pero no mayor a

a= 0,1x245 = 24,5 kg/cm2

p = 1,27 cms x 3,1416 = 3,98 cms

Fs = 0,67 x 4200 = 2814 kg / cm2


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Por lo tanto se tiene:

L = 1,5 x 2814 / ( 24,5 x 3,98 ) +7,5 cms = 50,288 cms

24,5 kg/cm2)

JUNTAS TRANSVERSALES CON PASADOR.

Las juntas transversales pueden ser de contraccin, expansin, alabeo o de construccin. Los

pasadores en las juntas transversales se requieren en vas de transito muy pesado; Deben tratarse en

la mitad de su longitud con aceite o grasa mineral o con un producto Adecuado para evitar la

adherencia con el concreto a fin de permitir el libre movimiento de contraccin o de dilatacin de las

placas, la barra deber ser lisa y sin irregularidades.

Como se puede determinar de los estudios o conteos del trnsito, realizados en el sitio de mayor

trfico del casco urbano, y al evaluar sus proyecciones en las calles o vas de diseo, se puede

observar que el transito no es un trnsito pesado, este no es el factor predominante en el diseo, tal

como se recomienda el uso de pasadores transversales para trfico pesado, con el transito esperado

fcilmente se puede optar la opcin del trabazn de agregados para la transmisin de cargas, el cual

para el tipo de pavimentos es apto, pero considerando los efectos del clima, se recomienda unos

pasadores mnimos, el cual estarn conformados por 5/8", lisos, con una longitud de 0,5 mts y

espaciados cada 0,8 mts, en cada junta transversal, colocando cuatro pasadores por cada junta de 3,0

mts.

Para la junta transversal se recomienda 15/8", cada 0,8 mts, L=0,5 mts, Cuatro pasadores por junta

transversal de 2,5 a 3,0 mts por carril.

FROILAN ESTEBAN ARRIAGA CONTO Ingeniero Civil


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Tablas para diseo de pavimentos


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