procedimiento diseño pavimento rigido - eduardo barreto

7/26/2019 Procedimiento Diseo Pavimento Rigido - Eduardo Barreto

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Ing. Civil EDUARDO BARRETO JARABA

Diseo Avanzado de Pavimentos

Especializacin Vas y Transportes

Universidad del Sin

2014

ANLISIS EN EL DISEO DE PAVIMENTOS RIGIDOS

En el anlisis de para el diseo de los pavimentos rgidos se ha de tener en

cuenta dos factores de incidencia de deterioro de gran importancia, tal como lo

son la fatiga y la erosin. La primera est ligada a solicitaciones cclicas de

carga generadas por el transito; realmente se debe tener en cuenta la relacin

de esfuerzos inducidos y el modulo de rotura, de tal modo que no sea superado

el modulo. La segunda accin de deterioro, tiene lugar en la capa de soporte

del pavimento, generalmente esta capa es de material granular, lo que se

quiere evitar es que los granulares se desplacen por efecto de erosin y que

generen vacios debajo de la losa, especialmente las juntas, bordes y bermas,

donde las deflexiones ocasionadas por las cargas, puede generar finalmente la

rotura del pavimento.

PARMETROS DE DISEO

1. SUBRASANTE:En si se necesita una capa subyacente que proporcione unapoyo estable, puede ser la Subrasante o Subrasante con una capa

granular, esta capa granular puede ser estabilizada con cemento,

estabilizada con cemento asfaltico o solo suelo granular. A esta capa se le

mide un parmetro de reaccin de nominado K:

K, no es ms que el modulo de reaccin, parmetro que relaciona la presin

necesaria para producir una deflexin dada. Luego K ser un valor obtenido de

la proporcionalidad de la presin generada y la deflexin que se obtenga. Es

K = presin / deflexin

ENSAYO DE PLACA PARA OBTENCIN DE K

El ensayo de placa sirve para evaluar la capacidad portante del suelo de

Subrasante y/o capas granulares.


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Primero se aplica una carga de ajuste o prueba, la cual garantiza que toda la

carga que se aplique la tome el suelo, la carga aplicada Q debe generar una

deformacin promedia de 0,01 a 0,02 pulgadas, despus colocamos la mitad


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de la carga anterior Q/2 y se colocan en cero los diales de lectura de

deformacin.

Cuando se aplican las cargas, se hacen dos incrementos de carga de 5 PSI y

de 10 PSI, hasta lograr que la deformacin promedio se estabilice durante 10

minutos continuos.

Se estabiliza cuando la deflexin es menor a 0,001 pulgadas

Nuevamente se repite el paso anterior, pero con la carga de Q2 de 10 PSI.

El ensayo tiene la ventaja de que puede ser medido sobre la subrasante osobre el conjunto subrasante capa granular.

El valor encontrado es comparado con un valor constante de 200 libras por

pulgadas cubicas; cuando K sea menor de 200 se da por termidado el ensayo,

se determina que el suelo es dbil y se toma el valor de K. Si por el contrario el


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valor de K es mayor de 200 por pulgadas cubicas, se contina con el ensayo

hasta incrementar los esfuerzos a 30 PSI.

Tambin se puede estimar K con una relacin con el CBR:

2. TRANSITO:La mejor metodologa para el diseo de clculo del tensito para

disear los pavimentos rgidos, es por espectro de carga.


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3. PERIODO DE DISEO

Generalmente los pavimentos rgidos tienen periodos de diseo de 20 aos, en

menores proporciones se dan periodos de diseo de 30 o 40. Los periodos de

diseo tienen dependencia directa de los espesores de las losas, los estudios

han demostrado que al aumentar 3 a 6 centmetros de espesor al diseo de un

periodo de 20 aos, se espera que con los incrementos en las capas los

periodos sean de 30 o 40 aos respectivamente.

4. LOSAS DE CONCRETO

La relacin espesor Vs resistencia, no aplica para la obtencin de mayores

resistencias en las losas de concreto rgido; no se puede pretender ganar

resistencia aumentando el espesor de la losa.

Los pavimentos rgidos deben sobrepasar resistencias donde los mdulos de

rotura superen 4,5 Mpa. Hay que tener en cuenta que tampoco se debe

exceder en el modulo, ya que el pavimento se vuelve frgil y susceptibles a

quiebres.


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5. JUNTAS Y BERMAS

Las juntas pueden ser con pasadores o sin pasadores, dependiendo del

espesor de la loas, del trnsito y del efecto erosionante. Luego se puede decir

que la utilizacin o no de pasadores solo depender del anlisis de erosin,

mas no de fatiga.

Las bermas tambin tienen efecto en la erosin del pavimento, excluyendo la

fatiga. Pueden ser fsicas o dibujadas.


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PROCESO GENERAL DE DISEO DE PAVIMENTOS RIGIDOS

ANLISIS DE FATIGA

El anlisis de fatiga, tiene como finalidad, proteger el pavimento contra la

accin de los esfuerzos por la accin repetida de las cargas.

La condicin crtica, para cual se debe analizar, ocurre cuando los esfuerzos

crticos transmitidos por las llantas se colocan cerca o sobre los bordes

laterales del pavimento y a la mitad de las juntas transversales.

Las fallas por fatiga son conocidas cuando un pavimento se parte

transversalmente en el centro de la losa, entonces se puede decir que fall por

fatiga.


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PROCEDIMIENTO DE ANALISIS POR FATIGA

Determinar el esfuerzo de borde:

Se puede determinar con la teora de westergoard

El esfuerzo en el borde se calcula en funcin de:

Magnitud de la carga por llanta

Caractersticas mecnicas del concreto, por estudio se toma

E=280000 Kg/cm2 =0.15

K Modulo de reaccin del apoyo.

Q= Presin de contacto.

a PQ I= Radio de Rigidez Relativa

I=Eccrt Hcct^312(1ccrt)K ; se expresa en unidades de longitud E=kg/cm2 H=cm3; el rango est entre 60 a 90 centmetros.

Condicin Intermedio:

e=6MH^2xF1xF2xF3xF4, donde

e= Esfuerzo equivalente

Me= Factor carga

H= espesor de la losa

F1= Factor de ajuste por rea de contacto

F2= Factor de ajuste para condiciones de borde

F3= Factor de ajuste efecto de la ubicacin del camin en los esfuerzos deborde


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F4= factor de ajuste por incremento en la resistencia del concreto

Calcular el Factor Relacin e Esfuerzos

Las repeticiones cclicas de cargas que genera el transito ocasionan el

fenmeno de fatiga. Cuando estas solicitaciones superan el Mr del pavimento,

se origina la falla por fatiga y el pavimento finalmente se rompe.

A, carga que no la siente el pavimento, B son cargas muy altas y originan

fatiga y la condicin intermedia se consideran cargas normales para el

pavimento, por lo que no genera problemas.


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.Una relacin de esfuerzos del 45% causada por las solicitaciones del trnsito,

no generan dao alguno por fatiga en el pavimento.

Clculo de Consumos por Fatiga

El clculo de consumo por fatiga es dado por la siguiente expresin:


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Clculo de Fatiga Total Acumulada

ANALISIS POR EROSION


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Se deben considerar cinco aspectos para realizar el anlisis de erosin en los

pavimentos rgidos.

Presencia de bermas y tipo de transmisin de carga en las juntas

transversales.

Determinar factores de erosin (FE) para cada tipo de eje en funcin de H

de losa, K y tipo de eje.

Determinar grficamente para cada carga, el eje de repeticiones admisibles

en funcin de FE.

Calcular para cada carga d por eje el factor dao parcial por erosin.

FDP = (NRE/NRA) X 100

Calcular el factor de consumo de dao total por erosin (FDTE) y

compararlo con valor admisible (menor 100%).

___________________________________________________________

Presencia de bermas y tipo de transmisin de carga en las juntas

transversales.

Las esquinas de las losas, estn expuestas a las condiciones ms crticas por

deflexin, estas ocurren con la incidencia directa de las llantas de los vehculos.

De igual forma la transferencia de carga longitudinal tienen dependencia directa

a las deflexiones en las esquinas de losas. Por el contrario las juntas

transversales no tienen efecto en la magnitud de las deflexiones en las

esquinas.

Para calcular la deflexin en las esquina de la losa, se utiliza el mtodo

intermedio y el modelo de Westergaard

MODELO DE WESTERGAARD

Este modelo est en funcin de los siguientes paramentaros:

Carga por llanta

Q presin de inflado.


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a= PQ

I= Radio de Rigidez Relativa

I=EccrtHcct^312(1ccrt)K ;

METODO INTERMEDIO

esq= pc 5 6 7k

Pc = Factor de presin

F5 = Factor de prdida de soporte

F6 = Factor de carga

F7 = Factor de transferencia de carga

K = Mdulo de reaccin del apoyo de la losa

Determinar factores de erosin FE para cada tipo de eje en funcin de H de

losa, K y tipo de eje.

Se procede a calcular el factor de prdida de potencia deformabilidad de suelo,

para ello se utiliza la expresin siguiente.

P= 268.7{(K).()^2

h }

eq=Deflexion en la esquinaH= espesor de diseo de la losa (pulg)

K= Modulo de reaccin del apoyo de la losa (PCI)

La erosin aumenta proporcionalmente al valor de P

Factor de ajuste por racionabilidad de la base de apoyo (C1)


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Determinar grficamente para cada carga, el eje de repeticiones admisibles

en funcin de FE.

Calcular para cada carga d por eje el factor dao parcial por erosin.

FDP = (NRE/NRA) X 100

tipo de soporte de la

losafactor de ajuste

Base granular 1

Mejorada con cemento o

con asfalto0.9


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En A no se genera erosin y en B si se produce erosin.

Calcular para cada carga el consume parcial por erosin.


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Calcular el factor de consumo de dao total por erosin (FDTE) y

compararlo con valor admisible (menor 100%).


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EJERCICIO

Determinar la longitud mxima que debe tener una losa para que no

se parta.

H=20cm

concreto= 2.4 Ton/m3

Losa sobre capa granular subbase

concreto)*(L/2)*f

L=2

(ccrt)

o=0.8 Kg/cm2= 8 Ton/m2

L=28 T/m22.4 1.5

L=4.44 m por lo cual podemos decir L=4 m

Por efectos de rapidez L


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Por lo general F=1.5


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ESFUERZOS POR GRADIENTE TERMICO

Se presenta cuando el pavimento esta en servicio.

La resistencia del pavimento es el modulo de rotura.

Los esfuerzos se llaman por alabeo.

Los esfuerzos por alabeo pueden ser en el borde o en el interior y pueden ser

en sentido x;y ambas.


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