U.M.S.N.H.UNIVERSIDAD MICHOACANA DE SAN NICOLAS DE HIDALGO FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL Pavimentos Rígidos Diseño de tramo carretero Carretera Morelia-Jiquilpan (salida a Quiroga) km 13+100 a 14+100 Alumnos: Díaz Almaraz francisco Gerardo Linares Rocha Baltazar Madrigal Ramírez Jorge Luis Moreno Mendoza Jacinto Oseguera Mendoza Jonathan Yair Rojas López salvador Pavimentos Flexibles Profesor: Dr. Jorge Alarcón Ibarra OCTAVO SEMESTRE SECCION 01 Junio-12 Diseño de Pavimentos Página 1 Pavimentos Flexibles Contenido Introducción ........................................................................................................................................ 4 Descripción de la Zona en Estudio ...................................................................................................... 5 Localización ..................................................................................................................................... 5 Límites municipales ......................................................................................................................... 5 Temperatura promedio máxima ..................................................................................................... 5 Precipitación media anual ............................................................................................................... 5 Vientos ............................................................................................................................................ 5 Proyecto .......................................................................................................................................... 6 Estudio Geotécnico ............................................................................................................................. 7 Bancos de Materiales ...................................................................................................................... 7 Terraplén ..................................................................................................................................... 8 Subrasante................................................................................................................................... 9 Base Hidráulica .......................................................................................................................... 11 Materiales ................................................................................................................................. 14 Análisis de Transito ........................................................................................................................... 16 Tasa de Crecimiento ...................................................................................................................... 17 Métodos de Diseño ........................................................................................................................... 18 Diseño mediante el catálogo Español ........................................................................................... 18 Objeto........................................................................................................................................ 18 Ámbito de aplicación ................................................................................................................. 18 Categoría del tráfico pesado ..................................................................................................... 18 Explanada .................................................................................................................................. 19 Secciones de firme .................................................................................................................... 22 Selección de los materiales ....................................................................................................... 24 Resumen de Capas .................................................................................................................... 24 MÉTODO DE LA ASOCIACION DEL CEMENTO PORTLAND (PCA). .................................................. 24 FACTORES DE DISEÑO. .............................................................................................................. 24 NUMERO DE REPETICIONES ESPERADAS PARA CADA EJE. ....................................................... 27 Factor de Seguridad de Carga. .................................................................................................. 32 PROCEDIMIENTO DE DISEÑO. ................................................................................................... 32 Análisis por Fatiga ..................................................................................................................... 33 Diseño de Pavimentos Página 2 ............................................................................................................................................ 60 Análisis Comparativo de Costos ....................................................................................... 66 Bibliografía ........................................................................................................................................... 43 RESUMEN DE CAPAS ........................................ ........................................................... 61 Para las secciones tipo ......................................................................................................................................................... 67 Diseño de Pavimentos Página 3 ......... 61 Conclusiones ................................... 40 MÉTODO AASHTO ............................................................................................................. 61 Para la mezcla asfáltica ........................................ 42 Descripción de las variables de diseño.........................................................................................................Pavimentos Flexibles Análisis por Erosión.............................. 61 Para los materiales pétreos.......................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................... 36 RESUMEN DE CAPAS ........................................ 41 Desarrollo del Método ........................................................................................................ 41 Introducción ............................................ cual es el mejor método a emplear. Diseño de Pavimentos Página 4 . recordando que éste último es el más caro y por lo tanto el que hay que disminuir con una mejor calidad en la infraestructura vial. más específicamente. son los utilizados en este proyecto para el diseño de la sección vial. el clima. TDPA y algunos otros cuantos factores. transformándose en un diseño de un tramo carretero en la carretera Morelia-Guadalajara. y a pesar de que en México no se construya una infraestructura vial adecuada. En este trabajo se presentan las normas aprendidas. para así poder romper con ese círculo vicioso de construcciónconservación-gastos de operación. el Método de la PCA(Portland Cement Asociation) y el Método AASTHO. en la sección Morelia-Jiquilpan 3+100 a 4+100. se han aprendido igual cantidad de normas. en base de la zona. Los métodos aprendidos en clase. es principalmente. la comparación. así como que materiales serían los mejores. La idea de utilizar tres métodos diferentes en un solo trabajo y en la misma sección de camino. con los resultados arrojados en éste proyecto. el Método del Catálogo Español. así mismo podemos verificar que todas esas hojas leídas han valido la pena.Pavimentos Flexibles Introducción En el transcurso de éste curso de Pavimentos Rígidos se han estudiado un sin fin de normas de los organismos operadores encargados de la construcción de infraestructura vial. y con ello saber que método es el mejor. a pesar de que ha llegado a ser tediosa ésta situación. es posible hacer esa comparación con el fin de saber. Longitud: 101° 11’ 32’’ Oeste. y van cambiando su temperatura de frío a caliente en ese periodo. De Aguascalientes. un promedio de 22 lluvias por mes.98m/s Junio 2. Occidente de la República. Tzintzuntzan. y en Noviembre y Diciembre vienen del Sur y Noreste respectivamente. De Guadalajara. Altura: de 1921 msnm. Quiroga. Del Puerto Lázaro Cárdenas.04 Km. De León. Lagunillas. dando como resultado una temperatura confortable en gran parte del año. Promedio anual de los vientos dominantes: vientos del Sur a una velocidad de 5. De Querétaro. /hr.6º C promedio. • 180 Km. La temperatura se mantiene entre los 15. Guanajuato. • 291 Km. • 160 Km. Vientos Dominantes: Los vientos que dominan la mayor parte del año vienen del suroeste con una velocidad promedio de 1. Vientos Los vientos dominantes no son muy importantes en cuanto a intensidad ya que Morelia está rodeado de áreas montañosas que la protegen de vientos intensos. Chucándiro y Huaniqueo. Durante los meses de Enero a Mayo los vientos vienen del Sur y Suroeste. A lo largo del año se presentaron 111 lluvias promedio y una precipitación pluvial de 229 mm3.5º C y 22.37m/s Mayo 1. pero si es importante en cuanto a la dirección de la que vienen para cuestiones de diseño en la circulación del aire a través de la edificación para lograr un sistema natural de enfriamiento . Límites municipales Norte Tarímbaro. Sur Acuitzio.96m/s Abril 2. Precipitación media anual Los meses en los que más llueve son Junio.20m/s Noviembre Diseño de Pavimentos Página 5 . SO a NE m/s Enero 1. Madero y Tzitzio Oriente Charo Poniente Coeneo.88m/s teniendo su mayor velocidad en el mes de abril. y el promedio mínima es de 5. Copándaro. • 280 Km. En estos meses los vientos vienen del Norte y Noreste. Temperatura promedio máxima La temperatura promedio máxima en Morelia se presenta en el mes de Abril .85 m/s Marzo 1.55m/s Febrero 1. Huiramba y Pátzcuaro • 315 Km. teniendo éstos 3. De México • 290 Km. Julio y Agosto.5º C en el mes de enero . De la Cd. siendo esta de 33º C.Pavimentos Flexibles Descripción de la Zona en Estudio Localización La Ciudad de Morelia está situada: En la región centro-norte del estado de Michoacán Latitud: 19° 42’10’’ Norte. Durante Junio a Octubre se presenta un periodo más o menos estable en cuanto a la dirección e intensidad de los vientos. También se tomó en cuenta que a unos cuantos kilómetros de la ciudad se tiene el banco de materiales nombrado cerrito.23m/s Dir/Var m/s julio 2.81m/s octubre 2.13m/s septiembre 1. C3. Para el caso de nuestro proyecto el vehículo que más afectaría es el T3-S2-R4.24m/s Diciembre 1. y con respecto a la industria se tiene tráfico pesado que incluye los tipos C2. T3-S2-R4.19m/s Proyecto El proyecto arranca de la parte este de la ciudad de Morelia. así como la industria. La principal actividad productiva es el turismo. T3-S2. por lo que se tiene tráfico de tipo ligero como son vehículos particulares. Diseño de Pavimentos Página 6 .Pavimentos Flexibles 1. por lo cual hay flujo de volteos que solo de venida pasan llenos con materiales del banco. Y autobuses que son el tipo B2. por esta razón se tendrá que hacer consideraciones en el carril de regreso.13m/s agosto 2. se puede considerar como una prolongación de la avenida madero que parte a la ciudad en dos partes. el Banco 53 (San Lorenzo) es el más cercano. Diseño de Pavimentos Página 7 . Tomando en cuenta la cercanía con el tramo 3+100 a 4+100.Pavimentos Flexibles Estudio Geotécnico Bancos de Materiales El tramo carretero elegido para el diseño de pavimento es la carretera libre Morelia-Guadalajara en el tramo Morelia-Jiquilpan 3+100 a 4+100. para esto y con un estudio previo de la zona con respecto al Inventario de Bancos de materiales de la SCT (IBM-SCT2010). pero aun así los mejores materiales los para construcción de las secciones que necesitamos las tienen los bancos 2 (Joyitas) y 3 (Cerritos). se pudieron localizar tres bancos cercanos. se describe en el Manual M·MMP·1·02. ni materiales producto de despalmes. Diseño de Pavimentos Página 8 . producto de los cortes o de la extracción en bancos. Clasificación de Fragmentos de Roca y Suelos. La clasificación de los suelos y fragmentos a que se refiere esta Norma. Requisitos de calidad Los materiales que se utilicen para la formación de terraplenes cumplirán con los requisitos de calidad que se establecen en la Tabla 1 de esta Norma. a menos que exista un estudio previamente aprobado por la Secretaría. que se utilizan para formar el cuerpo de un terraplén hasta el nivel de desplante de la capa subyacente. En ningún caso se utilizarán materiales altamente orgánicos como turba (Pt).Pavimentos Flexibles Descripción de materiales Terraplén Los materiales para terraplén son suelos y fragmentos de roca. que justifique el empleo de materiales con características distintas. de esta Norma. Diseño de Pavimentos Página 9 . Clasificación de Fragmentos de Roca y Suelos. en función de sus características y de la intensidad del tránsito esperada en términos del número de ejes equivalentes de ocho coma dos (8. dando como mínimo tres pasadas en toda la superficie en cada capa.2) toneladas. de acuerdo con lo indicado en el Manual M·MMP·1·02. Requisitos de calidad. Subrasante Los materiales para la capa subrasante son los suelos naturales. del material compactado con el contenido de agua óptimo de la prueba. Cuando el material sea no compactable. el material cumplirá con las características granulométricas y con los requisitos de calidad que se establecen en la Tabla 1 de esta Norma y tendrá un espesor mínimo de veinte (20) centímetros. mínimo Expansión. el material cumplirá con los requisitos de calidad que se establecen en la Tabla 1 de esta Norma y tendrá un espesor mínimo de treinta (30) centímetros. %.7 t con orugas. que se utilizan para formar dicha capa inmediatamente encima de la cama de los cortes. Libro: Características de los materiales. a menos que exista un estudio previamente aprobado por la Secretaría. la capa subrasante será motivo de diseño especial. En ningún caso se utilizarán materiales altamente orgánicos como turba (Pt). previa aplicación de un riego de agua a razón de 150 L/m3. 2. que justifique el empleo de materiales con características distintas. Clasificación de Fragmentos de Roca y Suelos. Cuando la intensidad del tránsito (ΣL) sea igual a un (1) millón de ejes equivalentes o menor. Pág. cuando el material del terreno de cimentación no cumpla con los requisitos 1 Fuente: N-CMT -1-01/02. máximo [1] Valor Soporte de California (CBR) . producto de los cortes o de la extracción en bancos.2. Los materiales que se utilicen para la formación de la capa subrasante. % Valor 50 5 5 90 ± 2 [1] En especímenes compactados dinámicamente al porcentaje de compactación indicado en esta Tabla.5 m de profundidad. Si la capa subrasante se desplanta directamente sobre el terreno de cimentación y su espesor es menor que el señalado en las Fracciones D. %.Pavimentos Flexibles Requisitos de calidad de materiales para terraplén1 Característica Límite líquido. acumulados durante la vida útil del pavimento (ΣL). o D. %. se describe en el Manual M·MMP·1·02. seleccionados o cribados. para servir de desplante a un pavimento. Parte: Materiales para terracerías. de la capa subyacente o del cuerpo de un terraplén cuando ésta última no se construya. se colocará en capas del espesor mínimo que permita el tamaño máximo del material y se bandeará. con un tractor de 36. Título: Materiales para terraplén.1. Cuando la intensidad del tránsito (ΣL) sea mayor de diez (10) millones de ejes equivalentes. con un contenido de agua igual al del material en el banco a 1. cumplirán con lo que se indica a continuación. según corresponda. [2] Respecto a la masa volumétrica seca máxima obtenida mediante la prueba AASHTO Estándar. máxima [2] Grado de compactación . Cuando la intensidad del tránsito (ΣL) sea de un (1) millón a diez (10) millones de ejes equivalentes. salvo que el proyecto o la Secretaría indiquen otra cosa. La clasificación de los suelos a que se refiere esta Norma. [2] Respecto a la masa volumétrica seca máxima obtenida mediante la prueba AASHTO Estándar. %. Libro: Características de los materiales.Pavimentos Flexibles establecidos en la Tabla 1. con el propósito de evitar la alteración de sus características. Cuando en dicho sitio no se cuente con un firme. previamente a su utilización se deberá: • Remover la materia vegetal y limpiar la superficie. • Conformar. dejando una sección transversal uniforme que permita el drenaje. Parte: Materiales para terracerías. Diseño de Pavimentos Página 10 . tienden a segregarse. se excavará una caja hasta la profundidad necesaria para completar el espesor mínimo Transporte y almacenamiento de materiales para subrasante Cuando el material para subrasante sea producto de los cortes. atendiendo los siguientes aspectos: El material se almacenará en un sitio específicamente destinado para tal propósito. máximo Índice plástico. Requisitos de calidad de materiales para capa subrasante2 Característica Tamaño máximo. se tendrá cuidado en su transporte y almacenamiento.5 m de profundidad. %. Cuando el material para subrasante sea extraído de bancos o sea necesario almacenarlo para su posterior utilización en la obra. nivelar y compactar la superficie. %. Los materiales constituidos por partículas de diferentes tamaños que se almacenen en los depósitos. 3. del material compactado con el contenido de agua óptimo de la prueba. en vehículos con cajas cerradas o protegidas con lonas. % [2] Grado de compactación . se tome desde la parte baja del depósito. Título: Materiales para Subrasante. Pág.% Valor 76 40 12 20 2 100 ± 2 [1] En especímenes compactados dinámicamente al porcentaje de compactación indicado en esta Tabla. con un contenido de agua igual al del material en el banco a 1. se podrá transportar utilizando tractores o motoescrepas. mm Límite líquido. mínimo Expansión máxima. 2 Fuente: N-CMT -1-03/02. que impidan la contaminación del entorno o que se derramen. Los materiales se cargarán y transportarán al frente de trabajo. salvo que el proyecto o la Secretaría indiquen otra cosa. máximo [1] Valor Soporte de California (CBR) . por lo que será necesario que al cargar el material para llevarlo al frente de trabajo. con el equipo adecuado. Estos materiales. Una vez extraídos y. Materiales totalmente triturados Son los materiales extraídos de un banco o pepenados. para satisfacer la composición granulométrica. que contienen de veinticinco (25) a setenta y cinco (75) por ciento de partículas mayores de setenta y cinco (75) milímetros (3”). gravas y limos. como mezclas de gravas. En cada caso la elección del tratamiento más conveniente corresponderá al Contratista de Obra. cumplirá con los requisitos de calidad que se indican a continuación: El material para la base hidráulica será cien (100) por ciento producto de la Diseño de Pavimentos Página 11 . en su caso. que requieren un tratamiento mecánico de trituración total y cribado. parcialmente triturado. requieren un tratamiento mecánico de trituración parcial y cribado. Materiales mezclados Son los que se obtienen mediante la mezcla de dos o más de los materiales a que se refieren las Fracciones B. disgregados.1. que para ser utilizables. con el equipo adecuado.3. con el equipo adecuado. para formar una capa de apoyo para una carpeta asfáltica o para una carpeta de concreto hidráulico. que al extraerlos quedan sueltos o pueden disgregarse mediante el uso de maquinaria. a B.Pavimentos Flexibles Base Hidráulica Son materiales granulares. Requisitos hidráulico de calidad para bases de pavimentos asfálticos y de pavimentos de concreto El material cribado. así como las rocas alteradas y fragmentadas. pueden ser: Materiales cribados Son las arenas.. para satisfacer la composición granulométrica. totalmente triturado o mezclado. para satisfacer la composición granulométrica.075) milímetros (N°200). asegurándose que se cumplan los requisitos de calidad de esta Norma. si contienen entre el cinco (5) y el veinticinco (25) por ciento de partículas mayores de setenta y cinco (75) milímetros (3”) y no más de veinticinco (25) por ciento de material que pase la malla con abertura de cero coma cero setenta y cinco (0. según el tratamiento que recibieron. Materiales parcialmente triturados Son los poco o nada cohesivos. que se emplee en la construcción de bases para pavimentos asfálticos o para pavimentos de concreto hidráulico. para hacerlos utilizables requerirán de un tratamiento mecánico de cribado. que al extraerlos quedan sueltos o pueden ser disgregados. en las proporciones necesarias para satisfacer los requisitos de calidad establecidos en esta Norma. que se colocan normalmente sobre la subbase o la subrasante. arenas y limos. 3 Fuente: N-CMT -4-02-002/04. Requisitos de granulometría de los materiales para bases de pavimentos con carpetas de concreto hidráulico3 Malla Abertura mm 37. cuando el tránsito esperado durante la vida útil del pavimento ( L) sea mayor de diez (10) millones de ejes equivalentes acumulados de ocho coma dos (8.425 0.Pavimentos Flexibles trituración de roca sana.75 2 0.100 60 . Libro: Características de los materiales. Capítulo 2: Materiales para Bases Hidráulicas.100 40 .15 0. Título: Materiales para Subbases y Bases.1 y se muestran en la Figura 1. el material contendrá como mínimo setenta y cinco (75) por ciento de partículas producto de la trituración de roca sana y si dicho tránsito es menor un (1) millón. cuando ese tránsito sea de uno (1) a diez (10) millones.25 0.2) toneladas. Cuando inmediatamente después de la construcción de la base se coloque una carpeta de concreto hidráulico. Pág.100 30 – 80 21 – 60 13 – 44 8 – 31 5 – 23 3 – 17 0 – 10 Zona granulométrica recomendable de los materiales para bases de pavimentos con carpetas de concreto hidráulica.5 25 19 9.85 0. Parte: Materiales para pavimentos. el material contendrá como mínimo cincuenta (50) por ciento de esas partículas. 3 y 4.075 Designación 1½” 1” ¾” ⅜” N°4 N°10 N°20 N°40 N°60 N°100 N°200 Porcentaje que pasa 100 70 . el material para la base tendrá las características granulométricas que se establecen en la Tabla.5 4. Diseño de Pavimentos Página 12 . con los requisitos de calidad que se indican en la Tabla 2 de esta Norma. utilizando el mismo material por almacenar. previo a su utilización: Se removerá la materia vegetal y se limpiará la superficie. pero en caso de que esto sea estrictamente necesario. con los requisitos de calidad que se indican en la Tabla 4 de esta Norma. esperado durante la vida útil del pavimento . de esta Norma. mínimo Valor % 25 6 40 80 35 40 100 [1] Determinado mediante el procedimientos de prueba que corresponda. Pág. nivelará y compactará la superficie dejando una sección transversal uniforme que permita el drenaje y se colocará. estos estarán lo suficientemente alejados uno del otro o separados entre sí por barreras colocadas con tal 45 Fuente: N-CMT -4-02-002/04. para evitar la contaminación del material que se coloque encima.Pavimentos Flexibles Requisitos de calidad de los materiales para bases4de pavimentos con carpetas de concreto hidráulico Característica Límite líquido[1]. Durante el almacenamiento se evitará la circulación de vehículos sobre los montículos de materiales. atendiendo los siguientes aspectos: El material. Diseño de Pavimentos Página 13 . debe tenerse cuidado en su almacenamiento. máximo Equivalente de arena. Almacenamiento Con el propósito de evitar la alteración de las características de los materiales antes de su utilización en la obra. compactará y mantendrá sobre el terreno. Para evitar que se mezclen los diferentes materiales de distintos montículos. Libro: Características de los materiales. Título: Materiales para Subbases y Bases. Se conformará. máximo Índice plástico[1]. [3] Respecto a la masa volumétrica seca máxima obtenida mediante la prueba AASHTO Modificada. se almacenará en un sitio específicamente destinado para tal uso. ya sea en caliente o en frío. 3]. mínimo [1] Valor Soporte de California (CBR). máximo [1] Partículas alargadas y lajeadas. una vez tratado mecánicamente. de ocho coma dos (8. Parte: Materiales para pavimentos. [2] Con el grado de compactación indicado en esta Tabla. salvo que el proyecto o la Secretaría indiquen otra cosa. en función de la intensidad del tránsito en términos del número de ejes equivalentes acumulados. Cuando dicho sitio no cuente con un firme. de los Manuales que se señalan en la Cláusula C. 2] Desgaste Los Ángeles. se colocará un camino de tablas para evitar la contaminación y degradación del material o bien se usara una banda transportadora. mínimo [1. máximo Grado de compactación [1.2) toneladas. Capítulo 2: Materiales para Bases Hidráulicas. una capa de quince (15) centímetros de espesor como mínimo. 4 y 5. el material para la base tendrá las características granulométricas que se establecen en la Tabla 3 y se muestran en la Figura 2. Cuando inmediatamente después de la construcción de la base se coloque una carpeta de mezcla asfáltica de granulometría densa. Diseño de Pavimentos Página 14 ..5 cm aproximadamente). Mezcla en planta a distancia. A la mezcla se le adiciona una cierta cantidad de agua para su fraguado y posteriormente se compacta. recomendable Materiales Zahorra. o una mezcla de ambos. Su designación completa es zahorra natural y difiere de la zahorra artificial por proceder esta última de machaqueo en plantas de tratamiento de áridos. según el lugar en que se efectúe la mezcla de suelocemento: Mezcla en obra. cuya granulometría es de tipo continuo. La combinación ideal del suelo es: 70-80% de arena. o bien suelos granulares. Si los suelos son muy arenosos. durabilidad y apariencia. el porcentaje de cemento portland puede variar entre el 7 al 12% dependiendo del tipo de suelo. resistencia. o una mezcla de ambos.Pavimentos Flexibles propósito. Los dosajes de cemento se calculan como porcentaje en peso del material seco. 20 a 30% de limo. 5 a 10% de arcilla. en su caso. Regularmente. Cuando el material no vaya a usarse por un periodo prolongado. La humedad de la tierra durante el apisonamiento puede ser del 18 % base húmeda. van a requerir la incorporación de más cemento y a los arcillosos hay que agregarles más arena. suelos granulares. Dado que es usual utilizar el suelo-cemento en pequeñas obras de autoconstrucción o en construcciones con fines sociales nos limitaremos a esta.. Es muy utilizado como capa de firme. cemento Portland y. de modo que la relación volumétrica entre los primeros dos sea 2:1. Suelo cemento. Los materiales usados para su elaboración son áridos no triturados procedentes de graveras o depósitos naturales.Es el material formado por áridos no triturados. Los suelos limosos con un 50 % de arena se estabilizan con un 10% de cemento. aditivos. será cubrirlo con lonas para protegerlo de la intemperie. insolubilidad).O también conocido como suelo estabilizado con cemento es una mezcla en seco de suelo o tierra con determinadas características granulométricas. arena común y cemento Portland. Al producto ya curado o fraguado se le exigen unas determinadas condiciones de susceptibilidad al agua (impermeabilidad. Se distinguen dos métodos de construcción. El Suelo Cemento es una mezcla de tierra tamizada (malla de 0. Diseño de Pavimentos Página 15 . denominándose este material hormigón magro vibrado.75 y 1.1. las especificaciones establecen que en la fabricación de hormigones magros vibrados pueden utilizarse áridos rodados. Hormigón magro.Se utiliza como capa de base en firmes con pavimento bituminoso que han de soportar un tráfico pesado. Debe cohesionarse sin ensuciar la palma de la mano y se puede partir en dos. Es un material similar a la Gravacemento. con relaciones agua/cemento entre 0. del 6 al 9% sobre la masa seca de los áridos. En España. Por el contrario. el hormigón magro tiene una mayor resistencia a la erosión y en su fabricación y puesta en obra se pueden utilizar la misma central y la misma pavimentadora que en el hormigón del pavimento. con un tamaño máximo no superior a 40 mm. entre el 8 y 16%. En comparación con la gravacemento. este material se denomina hormigón magro compactado. comprendidas entre los 8 y 15 MPa. La dosificación de cemento no debe ser inferior a 140 kg/m3 de hormigón.. Actualmente. Esto produce unas resistencias a compresión a los 7 días mayores. pero con la diferencia de que tiene un mayor contenido de cemento. Otro uso del hormigón magro es bajo los pavimentos de hormigón vibrado en un espesor de 15 cm. el mayor contenido en cemento hace que este material sea más caro. La resistencia mínima a compresión simple a los 7 días debe ser de 8 MPa.Pavimentos Flexibles La humedad debe ser similar a la que tenía el suelo antes de ser excavado. La forma práctica para ver si ya posee la consistencia adecuada consiste en tomar una porción de material en la mano y apretarla. tanto en su concepción como en su puesta en obra. A este método se le conoce como "Medición de la Humedad Óptima en Campo". 5 8564 B 4.697581 -101.6 326 201 96 58 3.514 Año 2008 T.4 306 3.6 529 6. 3= después del punto generador) SC= Sentido de la circulación (0=ambos sentidos.08 0. Izquierdo Periferico Morelia T.5 8564 B 4.1 1545 15.1 3 1 3 2 Número de Vehículos IMDp TDPA 1691 8012 Número de Vehículos 1770 7834 Número de Vehículos A 78.5 585 6.4 1.8 270 Clasificación Vehícular En porciento T3S2 TES3 T3S2R4 OTROS 3.2 321 Clasificación Vehícular En porciento T3S2 TES3 T3S2R4 OTROS 1.697581 -101.6 645 C3 3.082 0.501 0.9 566 6 578 C3 3.502 19.9 1606 K' D 0.2 304 Clasificación Vehícular En porciento T3S2 TES3 T3S2R4 OTROS 3.1 1 0.075 0. T IZQ= Tramo izquierdo.1 Periferico Morelia KM TE SC 3.5 7753 B 4.4 7618 80.6 461 C3 3.115 D 0.1 3 1 3 2 Número de Vehículos IMDp TDPA 1976 9594 Número de Vehículos 1878 9631 Número de Vehículos A 79.5 1 104 120 40 80 1.5 TE= tipo de estación (1 antes del punto generador.9 495 4.3 1.1 297 2.6 627 C3 3.3 2.1 411 C2 4.077 0.07 0.1 0 0.502 Año 2009 T.5 0.1 152 111 0 10 1.4 2.1 3 1 3 2 Número de Vehículos IMDp TDPA 2036 9696 Número de Vehículos 2052 9772 Número de Vehículos A 79 7660 79 7720 B 4 388 4.2 324 3.256163 0. T DER= tramo derecho.4 2.4 266 Clasificación Vehícular En porciento T3S2 TES3 T3S2R4 OTROS 1.501 Año 2007 T.1 1 0.3 2.069 0. TDPA= Tránsito diario promedio anual.6 323 200 95 57 Ubicación A 79 7112 79 7507 B 4 360 4.1 390 C 17 1530 16.5 7753 B 4.2 110 141 39 94 Ubicación A 78 6249 77 6032 B 8 641 8 627 C 14 1122 15 1175 K' 0.1 3 1 3 2 Número de Vehículos IMDp TDPA 1890 9002 Número de Vehículos 1996 9503 Número de Vehículos A 79 7112 79 7507 B 4 360 4.9 376 C 16.1 0 0.1 1 0.8 611 C2 6.6 332 205 98 59 A 79 7660 79 7720 B 4 388 4.1 390 C2 6. Tramo: Carretera México Jiquilpan 3+100 a 4+100 m Año 2011 T.1 411 C 10.4 2.5 432 3.1 401 C2 6.2 2 0.1 1 0. Izquierdo Periferico Morelia T. KM= Kilómetro.1 Periferico Morelia KM TE SC 3.5 1.9 0.9 6321 77. Diseño de Pavimentos Página 16 . 2= Sentido en que decrece el cadenamiento del camino) TC=Tramo carretero. Izquierdo 3.8 1092 10.1 1 0.1 140 110 0 10 A 85.514 0.084 0.7 297 189 90 63 3.1 415 4.6 1502 K' D 0.5 0.1 415 4. 2= en el punto.5 509 C3 2.7 308 193 87 67 Ubicación A 79.4 1042 Ubicación K' D Latitud Longitud 0.4 330 3. Izquierdo 3.8 0.7 320 204 97 68 3.5 1. 1= Sentido en que crece el cadenamiento del camino.1 Periferico Morelia KM TE SC 3.072 0.1 Periferico Morelia KM TE SC 3.1 8604 85. Izquierdo 3. Izquierdo 3.4 1.256163 0.Pavimentos Flexibles Análisis de Transito Aforos obtenidos de la SCT. Izquierdo Periferico Morelia T.1 Periferico Morelia KM TE SC 3.5 630 6. Izquierdo 3.502 19.6 208 3. Izquierdo Periferico Morelia T.1 8604 85.1 3 1 3 2 Número de Vehículos IMDp TDPA 1506 10110 Número de Vehículos 1452 10016 Número de Vehículos A 85.9 1651 Ubicación K' D Latitud Longitud 0. IMDp= Intensidad media Diaria de tránsito pesado.6 609 7.9 376 C2 5.2 313 Clasificación Vehícular En porciento T3S2 TES3 T3S2R4 OTROS 3. Izquierdo Periferico Morelia T.502 Año 2010 T.5 432 3.105 0.4 6064 B 7.1 401 C 17 1648 16.4 7618 80. 06% 4 2036 9696 5 1506 10110 ( ) ( ) ( ) 2007 2008 2009 2010 2011 Para la determinación de la tasa de crecimiento se tomó en cuenta que la carretera ha sufrido de varias remodelaciones y construcciones de obras aledañas.PAVIMENTOS RÍGIDOS Tasa de Crecimiento Número de Vehículos Tasa de IMDp TDPA crecimiento 1 1691 8012 2 1976 9594 3 1890 9002 1. por lo que se usaron los aforos que se ven con más correlación. Por lo que tenemos el siguiente incremento en el tránsito. siendo que en éstos el transito se muestra constante y proporcional al año. que en este caso será de 20 años. Sin embargo el aforo final del 2011 muestra una reducción del IMDp que podría ser ocasionada por la desviación del tránsito pesado y que podría ser permanente debido a la construcción de vías alternas. Dicho aforo se ha propuesto como base para el periodo de diseño. Año 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030 2031 Periodo Actual 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 IMDp 1506 1522 1538 1555 1571 1588 1605 1622 1639 1656 1674 1692 1710 1728 1746 1765 1784 1803 1822 1841 1861 TDPA 10110 10217 10326 10436 10547 10659 10772 10887 11003 11120 11238 11357 11478 11600 11723 11848 11974 12101 12230 12360 12491 Diseño de Pavimentos Página 17 . Para esto. la sección estructural del firme dependerá en primer lugar de la intensidad media diaria de vehículos pesados (IMDp) que se prevea en el carril de proyecto en el año puesto en servicio. No es aplicable a pavimentos sobre puentes o túneles ni en proyectos de rehabilitación superficial o estructural de firmes y pavimentos de las carreteras en servicio. Entre las secciones estructurales especificadas se deben seleccionar en cada caso la más adecuada.PAVIMENTOS RÍGIDOS Métodos de Diseño Diseño mediante el catálogo Español Objeto El objeto de este método es establecer los criterios básicos que deben de seguirse para el proyecto de los firmes de carreteras nuevas. Ámbito de aplicación Esta norma es aplicable a los proyectos de firmes de carreteras de nueva construcción y de acondicionamiento de las existentes. Categoría del tráfico pesado La estructura del firme deberá adecuarse a la acción prevista del tráfico. De acuerdo a los aforos presentados y a su tasa de crecimiento se tiene que la intensidad de tránsito al final del periodo de diseño es: Año 2031 Perido 20 IMDp 1861 TDPA 12491 La intensidad de tránsito en los meses siguientes de puesta en servicio se considerará la del 2012 es: Año 2012 Perido 1 IMDp 1522 TDPA 10217 Los datos fueron obtenidos del aforo del tramo en estudio en un sentido y se les aplico la tasa de crecimiento correspondiente. dependiendo de las técnicas constructivas y de los materiales disponibles. durante la vida útil del firme. Para la evaluación de la categoría se parte a partir de los aforos y de la proporción de los vehículos pesados.500m se comprobará que la explanada y el drenaje subterráneo son adecuados para evitar la formación de lentejones de hielos debajo del firme. En los proyectos de carreteras situadas a una altitud superior a 1. mediante una metodología de proyecto que simplifica la labor del ingeniero proyectista. principalmente del más pesado. así como los aspectos funcionales y de seguridad de la vía. El tramo en estudio cuenta con dos carriles por sentido por lo que se considerará el carril exterior por donde circulan los vehículos pesados. Diseño de Pavimentos Página 18 . Además se deberá incorporar un estudio de los costos de construcción y conservación y relacionados con protección ambiental. Esta categoría se utiliza para seleccionar la categoría de tráfico pesado. estas se determinan mediante el módulo de compresibilidad en el segundo ciclo de carga (Ev2) obtenido con la NLT-357 “Ensayo de Carga con placa”. Diseño de Pavimentos Página 19 .PAVIMENTOS RÍGIDOS TABLA 1A Categorías de tráfico pesado T00 a T2 Categoría de tráfico pesado T00 T0 T1 T2 IMDp ≥4000 < 4000 < 2000 < 800 ≥2000 ≥ 800 ≥200 (vehículos pesados/día) TABLA 1B Categorías de tráfico pesado T3 y T4 Categoría de tráfico pesado T31 T32 T41 T42 IMDp (vehículos pesados/día) < 200 < 100 ≥ 100 ≥ 50 <50 ≥25 < 25 Como en este caso nuestro IMDp es igual a 1522 vehículos pesados en el año que se espera se ponga en servicio se encuentra dentro de la categoría T1. 297. Los valores posibles son los siguientes: TABLA 2 Módulo de compresibilidad en el segundo ciclo de carga de explanada (MPa) En la siguiente figura se muestra las distintas categorías de formación de la explanada. 5 Fuente: BOE núm.5 Explanada Formación de la explanada Para definir la estructura del firme en cada caso se establecen tres categorías de explanada. Parte: Materiales para terracerías. 2. las características de este material se despliegan a continuación:7 Haciendo una comparación con los materiales para la formación de explanadas del catálogo español observamos lo siguiente: 6 7 Fuente: BOE núm.PAVIMENTOS RÍGIDOS 6 Para el proyecto se considera que se tienen 2 metros de espesor del terraplén. Libro: Características de los materiales. Pág. Título: Materiales para terraplén. Fuente: N-CMT -1-01/02. Diseño de Pavimentos Página 20 . 297. adecuados (1). 297.PAVIMENTOS RÍGIDOS El valor relativo de soporte (CBR)8 es mayor o igual a cinco lo que corresponde al material con el que contamos que es material para terraplén. Por lo que de acuerdo a la clasificación de tipo de suelos de la explanación tenemos que se usará la clasificación de suelos adecuados. 330 del PG-3 Siendo que la primera opción es suelo seleccionado tipo 2 y la tercera es un suelo seleccionado tipo 3 no se considerarán porque las especificaciones del proyecto no lo permiten para los suelos seleccionados. pedraplenes o rellenos todouno). Por lo tanto las opciones que se presentan son 3: 55 cm de espesor de suelo seleccionado de acuerdo al Art. además de las complementarias recogidas en la tabla de materiales para la formación de terraplenes. 3. 2. 330 del PG-3 25 cm de espesor de suelo estabilizado en situ. o de la obra de tierra subyacente en el caso de los rellenos (terraplenes. Diseño de Pavimentos Página 21 . los pedraplenes (artículo 331 del 8 Fuente: BOE núm. Los materiales empleados han de cumplir las prescripciones contenidas en los correspondientes artículos del Pliego de Prescripciones Técnicas Generales (PG-3). Se considerará una Explanada tipo E2 suponiendo que se realizó el ensayo de carga con placa y su módulo de compresibilidad en el segundo ciclo de cargo fue mayor a 120 MPa pero menor a 300 MPa. La figura se estructura según el tipo de suelo de la explanación en el caso de los desmontes. seleccionados con CBR » 20 en las condiciones de puesta en obra (3) y roca (R). Consideraciones importantes sobre la selección de explanada: 1. Como para cada nivel se utiliza una categoría de explanada. Se consideran los siguientes tipos: inadecuados y marginales (IN). tolerables (0). 512 del PG-3. seleccionados (2). Art. Todos los espesores que se indican son los mínimos especificados para cualquier punto de la sección transversal de la explanada. Así que la capa seleccionada es de 25 cm de espesor del suelo tipo S-EST2 de acuerdo al Art. 512 PG-3 35 cm de espesor de suelo seleccionado de acuerdo al Art. A los efectos de aplicación de esta norma. 6. dentro del campo de variación debido a los 9 cambios de humedad. de acuerdo con lo indicado en la siguiente tabla: Deflexión patrón* Categoría de explanada E1 E2 E3 Deflexión patrón (10--2 mm) ≤ 250 ≤200 ≤125 * Valor probable de la capacidad de soporte de la explanada. será preceptivo proyectar una capa de separación (estabilización in situ con cal en 15 cm de espesor. Como se observa. En caso contrario.tica.PAVIMENTOS RÍGIDOS PG-3) y los rellenos todo-uno (artículo 333 del PG-3). 297. 4. para la formación de explanadas del tipo E2 y E3 en las categorías de tráfico pesado T00 a T2. Las posibles soluciones son las siguientes y se debe seleccionar la más adecuada técnica y económicamente: 9 Fuente: BOE núm.) entre los suelos inadecuados o marginales con finos plásticos y las capas de suelo adecuado o seleccionado. geotextil. 5. Secciones de firme El dimensionamiento de las secciones de firme es el generalizado por las Administraciones de Carreteras. para nuestra explanada según las condiciones correspondería un valor de mayor o igual a 200 x 10-2 mm. se asignará la clasificación inmediatamente inferior.nidos en el artículo 330 del PG-3. serán asimilables a los suelos tipo 3. etc. Salvo justificación en contrario. Los espesores prescritos en la figura no podrán ser reducidos aunque se recurra al empleo de materiales de calidad superior a la especificada en cada una de las secciones. Para poder asignar a los suelos de la explanación o de la obra de tierra subyacente una determinada clasificación deberán tener un espesor mínimo de un metro (1 m) del material indicado en la figura. membrana plás. salvo que se proyecten con materiales marginales de los defi. el Proyecto deberá exigir una deflexión patrón máxima (ver anexo 3 de la Norma 6. A los efectos del control de ejecución de las explanadas y para las categorías de tráfico pesado T00 a T2. Diseño de Pavimentos Página 22 .3 IC de Rehabilitación de firmes). Se basa en las relaciones entre las intensidades de tráfico pesado y los niveles de deterioro admisibles al final de la vida útil. Diseño de Pavimentos Página 23 . Pavimento de hormigón (losas de concreto). Mezclas bituminosas sobre gravacemento construida sobre suelocemento. 10 Fuente: BOE núm. 297. Excepcionalmente se podrá recurrir al dimensionamiento analítico. Para nuestro caso de acuerdo a la categoría de tráfico pesado tenemos las siguientes opciones: De estas opciones escogeremos solamente aquella en la que se utilice un firme de hormigón (concreto) y una base de hormigón magro vibrado. Mezclas bituminosas sobre suelocemento. siempre que se disponga de los correspondientes módulos y leyes de fatiga. cuya idoneidad para el caso en estudio debe ser detalladamente justificada.PAVIMENTOS RÍGIDOS 10 Las posibles opciones para el firme son: Mezclas bituminosas sobre capa granular. PAVIMENTOS RÍGIDOS Selección de los materiales Para la elección del tipo de material a utilizar. capa de rodadura. Los esfuerzos y la resistencia a la flexion del concreto se pueden determinar por medio de varios métodos ya sea aplicando la carga en cantiliver. CEMEX recomienda valores de MR para distintas zonas. que en nuestro país se recomienda como mínimo 41 kg/cm2 (583 psi) y como máximo 50 kg/cm2 (711 psi). punto medio ó en 3 puntos. es decir. Hormigón Magro Vibrado es un material de base y el suelo estabilizado in situ con cemento. Resumen de Capas Capa Hormigón de Firme Hormigón Magro Vibrado Suelo estabilizado in situ Terraplén Espesor (cm) 25 15 25 200 Las equivalencias de estas capas son: Hormigón de Firme se refiera a las losas de concreto como capa superior. En este caso el proyecto se sitúa en una zona Urbana principal por lo que de acuerdo a lo recomendado se tomará un valor de MR de 640 psi. El valor determinado por el método de aplicación de carga de 3 puntos (American Society for Testing and Materials. Diseño de Pavimentos Página 24 . La consideración de la resistencia a la flexión del concreto es aplicable en el procedimiento de diseño para el criterio de fatiga. el cual tiene que ser de este tipo. La representación de la sección tipo será representada en la sección del análisis de costos. FACTORES DE DISEÑO. para poder utilizar esta solución. ASTM C78) es el empleado en este método de diseño. que controla el agrietamiento del pavimento bajo la repetición de cargas. En este procedimiento de diseño los efectos de las variaciones en la resistencia del concreto de punto a punto del pavimento y el incremento de resistencia con el paso del tiempo están incorporados en las gráficas y tablas de diseño. corresponde a material de subrasante. Resistencia a la Flexión del Concreto. sino que simplemente se ingresa el valor de la resistencia promedio a los 28 días. Para el diseño no se aplican directamente estos efectos. MÉTODO DE LA ASOCIACION DEL CEMENTO PORTLAND (PCA). los materiales deben de incluir las características señalas en el apartado correspondiente de este trabajo. 1 597.7 640. Diseño de Pavimentos Página 25 .PAVIMENTOS RÍGIDOS Pavimento Autopistas Carreteras Zonas industriales Urbanas principales Urbanas secundarias Módulo de Ruptura Kg. Es igual a la carga en libras por pulgada cuadrada de un área cargada (un plato de 30” de diámetro) dividido entre la deformación en pulgadas que provoca dicha carga. Dado que la prueba de placa lleva tiempo y dinero.com/pavimentos/datosGrales/popups/ruptura.00 psi 682. Los valores de k son expresados como libras por pulgada cuadrada por pulgada (psi/in) ó más comúnmente. El resultado es válido ya que valor k no afecta significativamente los requerimientos del espesor del pavimento.00 42./Cm2 48.00 48.4 Fuente: www.00 45.1 640.7 682. El terreno de apoyo esta definido en términos del módulo de reacción de la subrasante de Westergaard (k). los valores de k son usualmente estimados mediante una correlación a pruebas más simples como la del VRS. por libras por pulgada cúbica (pci).asp?pca=1 Terreno de Apoyo ó Base.cemexmexico.00 45. El valor correspondiente de k es de 250pci. El contar con una sub-base permite incrementar en parte el valor de k del suelo que deberá usarse en el diseño de espesor. solo con una capa de base.PAVIMENTOS RÍGIDOS Relación aproximada entre las clasificaciones del suelo y sus valores de resistencia. Fuente:11 Para este caso la capa subrasante cuenta con un VCR de 20 que sirve para entrar a la tabla para obtener el valor de “k”. 11 Manual de CEMEX Diseño de Pavimentos Página 26 . Para el caso del camino que se esta diseñando no cuenta con una sub-base. el período de diseño de 20 años es el comúnmente empleado en el procedimiento de diseño de pavimentos. el factor de sentido. según el espesor de una base granular Se supondrá una base de 6” o 15cm. el factor de crecimiento del tráfico. FCA = Factor de Crecimiento Anual. NUMERO DE REPETICIONES ESPERADAS PARA CADA EJE. Para poder conocer estos valores se tendrán que conocer varios factores referentes al tránsito como lo es el tránsito promedio diario anual (TPDA). el % que representa cada tipo de eje en el TPDA. Para conocer el número de repeticiones esperadas durante todo el período de diseño de cada tipo de eje se emplea toda la información referente al tráfico. Re = TPDA x %Te x FS x FC x Pd x FCA x 365 Donde: TPDA = Tránsito Promedio Diario Anual. el factor de carril y el período de diseño. Pd = Período de Diseño. y se cuenta con un valor de k = 250 pci por lo que el valor de k de la base se encuentra entre 230 y 330. Diseño de Pavimentos Página 27 . % Te = % del TPDA para cada tipo de eje.PAVIMENTOS RÍGIDOS Incremento en el valor de k del suelo. FC = Factor de Carril. Periodo de diseño Dado que el tráfico muy probablemente no puede ser supuesto con precisión por un período muy largo. 365 = días de un año. FS = Factor de Sentido. en % Tasa de Crecimiento 2007 2008 2009 2010 2011 Número de Vehículos Tasa de IMDp TDPA crecimiento 1 1691 8012 2 1976 9594 3 1890 9002 1.6 461 C3 3. Izquierdo Periferico Morelia T. para este caso se realizó un aforo por sentido por lo que para el diseño se utilizará el TDPA más crítico que tiene un valor de 10110 vehículos. Diseño de Pavimentos Página 28 . Año 2011 T.5 8564 B 4.2 324 3. siendo que en éstos el transito se muestra constante y proporcional al año.1 Periferico Morelia KM TE SC 3. n = Vida útil en años. Se puede obtener a partir de la siguiente fórmula: Donde: FC = Factor de Crecimiento Anual.PAVIMENTOS RÍGIDOS Tránsito promedio diario anual.5 8564 B 4.1 3 1 3 2 Número de Vehículos IMDp TDPA 1506 10110 Número de Vehículos 1452 10016 Número de Vehículos A 85.1 8604 85.2 321 Clasificación Vehícular En porciento T3S2 TES3 T3S2R4 OTROS 1.1 0 0.5 1.1 415 4. 109 10.1 8604 85. Izquierdo 3.9 495 4. 104 Factor de Crecimiento Anual (FCA) Para conocer el factor de crecimiento anual se requiere únicamente del período de diseño en años y de la tasa de crecimiento anual.1 152 111 0 10 1. para de esta manera se pueda identificar los tipos y pesos de los ejes que van a circular sobre el pavimento. g = Tasa de crecimiento anual. por lo que se usaron los aforos que se ven con más correlación.4 1. (TPDA) A continuación se especifica la composición de este tráfico.06% 4 2036 9696 5 1506 10110 ( ) ( ) ( ) Para la determinación de la tasa de crecimiento se tomó en cuenta que la carretera ha sufrido de varias remodelaciones y construcciones de obras aledañas. es decir detalles del tráfico por tipo de vehículo.1 0 0.1 140 110 0 10 A 85.1 411 C 10.1 415 4.1 411 C2 4. 1993 Diseño de Pavimentos Página 29 . El factor de carril sirve para obtener el porcentaje de vehículos que circulan por el carril de la derecha.107 Factor de Sentido. Para este caso se cuenta con un TDPA de 10110 Porcentaje de camiones en el carril de diseño en una carretera de varios carriles12 12 Fuente: guía de diseño de estructuras de pavimentos. AASHTO.06% el valor de el factor de crecimiento anual es 1.0. Factor de Carril. de manera que para vialidades en doble sentido se utiliza un factor de sentido de 0.5 y para vialidades en un solo sentido un factor de 1. que es el carril con más tráfico.PAVIMENTOS RÍGIDOS Utilizando los valores de las variables: n = 20 años y g = 1. El factor de sentido se emplea para diferenciar las vialidades de un sentido de las de doble sentido.0. Este factor depende del número de carriles por sentido ó dirección del tráfico y del tránsito promedio diario anual en un solo sentido. En este caso como se cuanta con un aforo por sentido se va a considerar un factor de sentido de 1. PAVIMENTOS RÍGIDOS Entrando a la tabla con el valor del TDPA y teniendo en cuenta que se cuentan con 2 carriles en una dirección se obtiene un valor de FC = 0.4 Tipo C2 Cargado |---| ||---|| Peso Eje 2.5 Kips 39.6 12.3 5.1 22 Vacío |---| ||---|| Peso Eje 3.2 2.81 NUMERO DE REPETICIONES ESPERADAS PARA CADA EJE Re = TPDA x %Te x FS x FC x Pd x FCA x 365 FS = 1 FC = 0.5 7 Kips 7.5 2.1 Vacío Porcentaje 100% Re por eje 56316573 50% 1356628 50% 1356628 50% 1621335 50% 1621335 50% 1058831 Página 30 .94 Tipo C3 Cargado ||---|| Diseño de Pavimentos ||---|| ||---|| Peso Eje 18 5.81 Pd = 20 FCA = 1.8 Kips 5.7 Kips 3.5 14.7 15.5 6.2 Tipo B Cargado |---| ||---|| Peso Tn 5.96 Vacío |---| ||---|| Peso Eje 1.5 10 Kips 12.107 A B C2 C3 T3S2 T3S3 T3S2R4 Tipos de eje |---| |---| |---| ||---|| ||---|| ||---|| ||---|| ||---|| ||---|| ||---|| ||---|| ||---|| |---| ||---|| ||---|| |---| ||---|| ||---|| ||---|| ||---|| ||---|| ||---|| |---| |---| ||---|| ||---|| ||---|| ||---|| |---| Tipo A Cargado |---| |---| Peso Eje 1 1 Kips 2. 5 3.8 50% 363974 Peso Eje Kips Diseño de Pavimentos Página 31 .Kips 5.8 50% 496328 50% 496328 T3S3 Cargado ||---|| ||---|| ||---|| 22.9 8.8 Tipo T3S2 Cargado ||---|| ||---|| ||---|| ||---|| 18 18 39.8 |---| 5.1 Vacío ||---|| ||---|| ||---|| 4.3 Tipo C3 14.6 12.5 ||---|| ||---|| ||---|| 5 11 ||---|| ||---|| 18 39.5 39.8 50% 1058831 50% 1058831 |---| 5.5 Vacío |---| 1.8 8.96 PAVIMENTOS RÍGIDOS ||---|| 2.5 12.94 50% 1621335 Peso Eje Kips Peso Eje Kips Peso Eje Kips Peso Eje Kips Peso Eje Kips Cargado ||---|| ||---|| ||---|| 18 5.6 Vacío ||---|| ||---|| 4 8.1 50% 363974 Peso Eje Kips |---| 4 8.5 4 9.6 Vacío ||---|| ||---|| ||---|| ||---|| 4 4 8.6 39.5 49.7 5.1 |---| 4 8.5 12. 5 Repeticiones 363974 363974 Factor de Seguridad de Carga. 1.96 15.5 5.3 5.8 12. PROCEDIMIENTO DE DISEÑO. es decir ya que se conoce cuantas repeticiones se tendrán para cada tipo y peso de eje. se utiliza el factor de seguridad de carga para multiplicarse por las cargas por eje.2 3. Se requiere de conocer algunos factores de diseño. Una vez que se obtienen los números de repeticiones esperadas para cada tipo de eje durante el periodo de diseño se entrará a el método que se describe a continuación. • Resistencia a la flexión del concreto (MR) a 28 días. 1.9 39. • El valor del módulo de reacción K del terreno de apoyo.1 14.8 9. le corresponde un valor al factor de seguridad de carga de 1. se acuerdo a lo anterior. 1.1.7 8. Una vez que se conoce la distribución de carga por eje.3 Casos especiales con muy altos volúmenes de tráfico pesado y cero mantenimiento. Diseño de Pavimentos Página 32 . por lo que.0 Caminos y calles secundarias con muy poco tráfico pesado. Los factores de seguridad de carga recomendados son: 1.6 Repeticiones 1356630 1058831 2415461 Tridem 11 49.2 Para Autopistas ó vialidades de varios carriles en donde se presentará un flujo ininterrumpido de tráfico y altos volúmenes de tráfico pesado. como: • Tipo de junta y acotamiento.PAVIMENTOS RÍGIDOS RESUMEN REPETICIONES ESPERADAS PARA CADA TIPO DE EJE Sencillos 2.4 22 Repeticiones 112633146 1621335 1621335 1621335 1356628 1919133 3275761 1621335 1356628 1356628 Tandem 8.94 7. Se diseña una vialidad urbana con volúmenes moderados de trafico pesado.1 Autopistas y vialidades urbanas con volúmenes moderados de tráfico pesado. los datos de la columna 2 son las cargas por eje multiplicadas por el factor de seguridad de carga. para cada tipo y peso de eje.5” y se toman los valores correspondientes a 200 y 300 pci. Análisis por Fatiga Como no se cuenta con apoyo lateral se utilizara la siguiente tabla y figura para correspondiente para calcular los esfuerzos equivalentes. para hacer una interpolación y encontrar el valor necesario para este caso. Diseño de Pavimentos Página 33 .PAVIMENTOS RÍGIDOS • Factor de seguridad de la carga (LSF) • Número de repeticiones esperadas durante el período de diseño. El análisis por erosión (el responsable de controlar la erosión del terreno de soporte. El método considera dos criterios de diseño: • Fatiga • Erosión El Análisis por fatiga (para controlar el agrietamiento por fatiga) influye principalmente en el diseño de pavimentos de tráfico ligero (calles residenciales y caminos secundarios independientemente de si las juntas tienen ó no pasajuntas) y pavimentos con tráfico mediano con pasajuntas en las juntas. Los pasos en el procedimiento de diseño son como siguen: primero se cargan los datos de entrada que se presentan en la tabla (columna 1 a la 3). Para el ejemplo se entra con un espesor de losa de 9. bombeo y diferencia de elevación de las juntas) influye principalmente el diseño de pavimentos con tráfico mediano a pesado con transferencia de carga por trabazón de agregados (sin pasajuntas) y pavimentos de tráfico pesado con pasajuntas. Para calcular el esfuerzo equivalente se tuvo que interpolar para un valor de k = 250 pci. El diseño del espesor se calcula por tanteos. Diseño de Pavimentos Página 34 . tándem y tridem).PAVIMENTOS RÍGIDOS Esfuerzo Equivalente para Pavimentos Con Apoyo Lateral Dividir los valores de esfuerzo equivalente entre el módulo de ruptura del concreto. al resultado le llamamos relación de esfuerzos y vamos a obtener una para cada tipo de eje (sencillo. 338 lo que la como resultado que las repeticiones permisibles sean ilimitadas. con ó sin apoyo lateral). Diseño de Pavimentos Página 35 . Para el ejemplo se entró con un valor de 24.2 kips y con un factor de relación de esfuerzo de 0.PAVIMENTOS RÍGIDOS Llenar la columna de “repeticiones permisibles” obtenidas en la siguiente figura: Análisis de fatiga (Repeticiones permisibles basadas en el factor de relación de esfuerzo. Diseño de Pavimentos Página 36 . Análisis por Erosión. Como este pavimento no tendrá pasajuntas se emplea la siguiente tabla para encontrar los factores de erosión y la figura para encontrar las repeticiones de carga permisibles.PAVIMENTOS RÍGIDOS Para obtener el % de fatiga de cada eje se dividen las repeticiones esperadas entre las repeticiones permisibles por 100. Para este caso se interpola para encontrar los valores correspondientes de k = 250 pci. esto se hace para cada eje y posteriormente se suman todos los porcentajes de daño por fatiga para obtener el porcentaje total de daño por fatiga. para posteriormente totalizar el daño por erosion.Se anotan los valores de los factores de erosion obtenidos de las tablas adecuadas para cada tipo de eje.El porcentaje de daño por erosion para cada eje se calcula dividiendo las repeticiones esperadas entre las repeticiones permitidas y multiplicando el resultado por 100. Procedimiento para el llenado del formato 1. sin apoyo lateral). 3. 4- Diseño de Pavimentos Página 37 . (Repeticiones permisibles basadas en el factor de erosión.2 y un factor de erosion de 2. 2. Para el ejemplo se utiliza una carga de eje en kips para eje sencillo de 24.PAVIMENTOS RÍGIDOS Análisis de Erosión.8. Con estos valores se obtiene un valor de 5000 000 repeticiones de cargas permisibles.Anotar las “repeticiones permisibles” para el análisis por erosión antes calculados. 3 5.7 8.97 Esfuerzo equivalente Factor de relación de esfuerzo Ejes Tandem 8.621335 1.68 10. es decir que se deben Diseño de Pavimentos Página 38 .4 22 2. MR: Factor de Seguridad de Carga.31 16. LSF: Carga del eje.2688 1356630 Ilimitadas 1058831 Ilimitadas 2415461 Ilimitadas Subtotal 0 Ilimitadas 0 0 Ilimitadas 0 0 3000000 80.9 39.89 43.96 15.1 14.45 129 Factor de Erosión 0.2016 363974 Ilimitadas 363974 Ilimitadas Subtotal TOTAL 0 Ilimitadas 0 0 6000000 6.94 24.2 3.2 112633146 1621335 1621335 1621335 1356628 1919133 3275761 1621335 1356628 1356628 Ilimitadas Ilimitadas Ilimitadas Ilimitadas Ilimitadas Ilimitadas Ilimitadas Ilimitadas Ilimitadas Ilimitadas Subtotal 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Ilimitadas Ilimitadas Ilimitadas Ilimitadas Ilimitadas Ilimitadas Ilimitadas 100000000 80000000 5000000 0 0 0 0 0 0 0 1. en Multiplicada kips por LSF Repeticiones Esperadas 9.63 6.785 Esfuerzo equivalente Factor de relación de esfuerzo Ejes Sencillos 2.5153667 3. el diseño es inadecuado.05 6.5 in 250 pci 640 psi 1.3086 2.13256 30.621 0 117.6 9.68 13.94 7.56 172 Factor de Erosión 0.456 16.1 Pasajuntas Apoyo Lateral Período de Diseño Comentarios: No No 20 Analisis de Fatiga Análisis de Erosión Repeticiones Repeticiones % de Fatiga % de Daño Permisilbes permisibles 197.5 Factor de Erosión 0.47 9.695785 27.01 Esfuerzo equivalente Factor de relación de esfuerzo Ejes Tridem 11 49. Por eso se deberá realizar otro tanteo con un espesor mayor al de este tanteo para revisar si los daños por fatiga y por erosión son ó no inferiores al 100%.5153667 0 80.450 2.534 8.5 12.42 3.06623333 0 1.1 54. de la subrasante: Módulo de Ruptura.031 Dado que los daños totales por fatiga son despreciables pero por erosión son superiores al 100%.5 5.8 9.PAVIMENTOS RÍGIDOS RESULTADOS PRIMERA ITERACIÓN Proyecto: Espesor Inicial: Módulo de Reacción k.8 12. 1797 363974 Ilimitadas 363974 Ilimitadas Subtotal TOTAL 0 Ilimitadas 0 10000000 0 0 0 3.PAVIMENTOS RÍGIDOS hacer varios tanteos para optimizar el diseño del espesor.92 Esfuerzo equivalente Factor de relación de esfuerzo Ejes Tandem 8.47 9.1 Pasajuntas Apoyo Lateral Período de Diseño Comentarios: No No 20 Analisis de Fatiga Análisis de Erosión Repeticiones Repeticiones % de Fatiga % de Daño Permisilbes permisibles 170. LSF: Carga del eje.000 65.386525 2.96 15.05 6.94 7.965 Esfuerzo equivalente Factor de relación de esfuerzo Ejes Tridem 11 49.2 3. Proyecto: Espesor Inicial: Módulo de Reacción k.722 Diseño de Pavimentos Página 39 .68 10.56 152 Factor de Erosión 0. de la subrasante: Módulo de Ruptura.6 9.63 6.695785 1. MR: Factor de Seguridad de Carga. Se realizó otro tanteo con un espesor de 10" y se pudo conocer que con tal espesor los daños esperados por fatiga siguen siendo despreciables y los de erosión son mas cercanos al 100%.5 12.3 5.2375 1356630 Ilimitadas 1058831 Ilimitadas 2415461 Ilimitadas Subtotal 0 Ilimitadas 0 Ilimitadas 0 4000000 0 0 0 60.8 9.68 13.2664 2.7 8.45 115 Factor de Erosión 0.456 16.725 Esfuerzo equivalente Factor de relación de esfuerzo Ejes Sencillos 2. siendo el adecuado aquél espesor que provoque daños lo más cercano posible al 100% sin rebasarlo.42 3.89 43.9 39.1 54.386525 60.63974 0.94 24.4 22 2.696 2.5 5.31 16.5 Factor de Erosión 0.534 8.8 12.1 14. en Multiplicada kips por LSF Repeticiones Esperadas 10.2 112633146 1621335 1621335 1621335 1356628 1919133 3275761 1621335 1356628 1356628 Ilimitadas Ilimitadas Ilimitadas Ilimitadas Ilimitadas Ilimitadas Ilimitadas Ilimitadas Ilimitadas Ilimitadas Subtotal 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Ilimitadas Ilimitadas Ilimitadas Ilimitadas Ilimitadas Ilimitadas Ilimitadas Ilimitadas Ilimitadas 80000000 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1. in 250 pci 640 psi 1. 5 15 60 200 Diseño de Pavimentos Página 40 .PAVIMENTOS RÍGIDOS RESUMEN DE CAPAS Capa Losa Base granular Subrasante Terracería Espesor (cm) 24. la cual es la medida del comportamiento de un pavimento en términos de su capacidad para soportar el tráfico con seguridad y comodidad. se basa en una serie de pruebas. Los factores que tuvieron mayor peso en la determinación de la capacidad de servicio fueron: .Medidas de Agrietamientos severos .Medidas de Baches Adicionalmente a los aspectos anteriores el método se basa para la determinación del comportamiento de las secciones. las cuales consisten en determinar relaciones significativas entre el comportamiento de varias secciones de pavimento y las cargas aplicadas sobre ellas. colocados en suelos de características conocidas.20 m . en el índice de capacidad de servicio de la sección en un momento determinado y en la tendencia hacia la capacidad de servicio vs la capacidad de servicio. conformados con bases. describe con detalle los procedimientos para el diseño de la sección estructural de los pavimentos rígidos de carreteras. Este método de diseño de pavimentos.PAVIMENTOS RÍGIDOS MÉTODO AASHTO Introducción El método de la AASHTO. o bien para determinar las relaciones significativas entre un número de repeticiones de ejes con cargas. .Profundidad promedio de las roderas medida con regla de 1.Variaciones en el perfil longitudinal .Mediciones de la aspereza del pavimento en la dirección del movimiento. Una de las bases de este método es la capacidad de servicio. Diseño de Pavimentos Página 41 . y el comportamiento de diferente espesores de pavimentos. en el número de aplicaciones de carga sobre un eje. de diferente magnitud y disposición. Las variables de diseño para pavimentos rígidos son las siguientes: Espesor Serviciabilidad Tráfico Transferencia de Carga Propiedades del Concreto Resistencia de la Subrasante Drenaje Confiabilidad 13 Método AASHTO – Manual CEMEX Concretos Pág. en caso contrario se deberán seguir haciendo tanteos para tomando como valor semilla el resultado del tanteo anterior.12 Diseño de Pavimentos Página 42 . si se cumple el equilibrio en la ecuación el espesor supuesto es resultado del problema. Variables integrantes del método AASHTO.PAVIMENTOS RÍGIDOS Desarrollo del Método En la aplicación de método AASHTO para el diseño de pavimentos. calcular los Ejes Equivalentes y posteriormente evaluar todos los factores adicionales de diseño. a continuación con el espesor supuesto. se hace uso de una gran cantidad de variables que a continuación se enumeran y se expresa la relación existente entre sí. La convergencia del método es muy rápida.13 El procedimiento de diseño es muy simple el primer paso es suponer un espesor de pavimento e iniciar a realizar tanteos. para de este modo poder realizar diseños óptimos y confiables. Los datos y los principales parámetros de diseño se detallan a continuación Espesor Es la variable a la cual queremos llegar con apoyo de las demás variables. Esto se puede entender fácilmente con la figura 2. Entre mayor sea el Δ PSI. esto se ve reflejado en el deterioro de la superficie de rodadura antes de fallar por completo el pavimento. como se puede observar en la figura siguiente: 14 Método AASHTO – Manual CEMEX Concretos Pág. Serviciabilidad El método AASHTO permite predecir el porcentaje de pérdida de serviciabilidad (Δ PSI) para varios niveles de tráfico y cargas de ejes. mayor será la capacidad de carga del pavimento antes de fallar. que representa la relación que existe entre la serviciabilidad y el número de ejes equivalentes que circulan durante la vida útil del pavimento. existen parámetros de medición en una escala del 0 al 5. las de las cuales dependerá al cien por ciento este valor.PAVIMENTOS RÍGIDOS Descripción de las variables de diseño Diseño del espesor de un pavimento de concreto para una vialidad urbana secundaria de doble sentido y con 2 carriles por sentido.2. Errores mínimos en el dimensionamiento del espesor afectarían directamente la vida útil del pavimento diseñado. 13 Diseño de Pavimentos Página 43 . Relación entre la serviciabilidad y el número de ejes equivalentes14 La serviciabilidad es la habilidad del pavimento de servir al tipo de tráfico para el que fue diseñado. pt PSI = Índice de Servicio Presente= Po.8. son: Para Autopistas Para Carreteras Para Zonas Industriales Pavimentos Urbanos Principales Pavimentos Urbanos Secundarios 2. El cambio o pérdida en la calidad de servicio que la carretera proporciona al usuario. Los valores recomendados por AASHTO para este parámetro son: . ya que el camino a diseñar puede ser considerado como un camino urbano principal. 14 Diseño de Pavimentos Página 44 .8 1.2 En nuestro caso estamos diseñando un pavimento de concreto.Para pavimento de Asfalto = 4. La serviciabilidad final (Pt) tiene que ver con la calificación que esperamos tenga el pavimento al final de su vida útil.15 La serviciabilidad inicial (Po) es la condición que tiene un pavimento inmediatamente después de la construcción del mismo.5 2.5 . Los valores recomendados de Serviciabilidad Final Pt para el caso de México. se define en el método con la siguiente ecuación: ΔPSI = po .0 1. 15 Método AASHTO – Manual CEMEX Concretos.Pt Dónde: PSI = Diferencia entre los índices de servicio inicial u original y el final o terminal deseado.PAVIMENTOS RÍGIDOS Clasificación de los índices de servicio. Pág.8 1.5 de serviciabilidad inicial. se tomará la serviciabilidad final de 1. por lo tanto utilizaremos el valor de 4.5 En nuestro caso.Para pavimento de Concreto = 4. 000 ESAL`s. es decir. Se ha elegido el valor medio de índice de servicio terminal. El método AASHTO considera la vida útil de un pavimento relacionada el número de repeticiones de carga que podrá soportar el pavimento antes de llegar a las condiciones de servicio final predeterminadas para el camino. El método AASHTO utiliza en su formulación el número de repeticiones esperadas de carga de Ejes Equivalentes. De acuerdo con los aforos realizados en nuestro tramos de diseño. es común realizar diseños para 30. debemos transformar los Ejes de Pesos Normales de los vehículos que circularán por el camino. que antes de entrar a las fórmulas de diseño.8 2.8 ΔPSI Valor 4.5 1. se obtuvieron 300.PAVIMENTOS RÍGIDOS De acuerdo a este proyecto se obtiene lo siguiente: Evaluación Pavimento Rígido Camino principal Índices Po Pt Recomendado 4. Tráfico El Tráfico es una de las variables más significativas del diseño de pavimentos y sin embargo es una de las que más incertidumbre presenta al momento de estimarse. en Ejes Sencillos Equivalentes de 18 kips (8. La vida útil mínima con la que se debe diseñar un pavimento rígido es de 20 años.7 -Valores de Po y Pt. para un camino principal de pavimento flexible. 40 ó más de 50 años. 16 16 Método AASHTO – Manual CEMEX Concretos Pág. Adicionalmente se deberá contemplar el crecimiento del tráfico durante su vida útil. ya que es un tramo con muy poco flujo vehicular. que depende en gran medida del desarrollo económico . 16 Diseño de Pavimentos Página 45 .2 Ton) también conocidos como ESAL’s.social de la zona en cuestión.5 1. este efecto debemos considerarlo pudiendo estimar una Tasa de Crecimiento Equivalente.06% 4 2036 9696 5 1506 10110 ( ) ( ) ( ) Para la determinación de la tasa de crecimiento se tomó en cuenta que la carretera ha sufrido de varias remodelaciones y construcciones de obras aledañas. tales como el desarrollo económico . para considerar las variaciones en el crecimiento durante la vida útil. la capacidad de la vía. etc. tomando en consideración una tasa de crecimiento anual con la que se calcula un factor de crecimiento del tráfico. Para nuestro caso pudimos obtener una tasa de crecimiento del 1. siendo que en éstos el transito se muestra constante y proporcional al año. La tasa de crecimiento pudiera variar de acuerdo a los tipos de vehículos. por lo que se usaron los aforos que se ven con más correlación.PAVIMENTOS RÍGIDOS Tasa de Crecimiento Anual Dependiendo de muchos factores. que en este caso será de 20 años. Es conveniente prever este crecimiento del tráfico.social.06% la cual se muestra a continuación: 2007 2008 2009 2010 2011 Número de Vehículos Tasa de IMDp TDPA crecimiento 1 1691 8012 2 1976 9594 3 1890 9002 1. pueden crecer más unos tipos que otros. Es importante investigar adecuadamente la tasa de crecimiento apropiada para el caso en particular que se esté considerando. sin embargo estos pueden variar según el caso. Diseño de Pavimentos Página 46 . Dicho aforo se ha propuesto como base para el periodo de diseño. hasta que llega a un punto tal de saturación en el que el tráfico se mantiene prácticamente sin crecer. A medida que un camino se va congestionando de tráfico su crecimiento se va haciendo más lento. Es normal que el tráfico vehicular vaya aumentando con el paso del tiempo. Sin embargo el aforo final del 2011 muestra una reducción del TDPA que podría ser ocasionada por la desviación del tránsito pesado y que podría ser permanente debido a la construcción de vías alternas. A continuación se muestran algunos valores típicos de tasas de crecimiento. PAVIMENTOS RÍGIDOS Por lo que tenemos el siguiente incremento en el tránsito.17 Por lo tanto obtuvimos una tasa de crecimiento de 1. Año 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030 2031 Periodo Actual 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 IMDp 1506 1522 1538 1555 1571 1588 1605 1622 1639 1656 1674 1692 1710 1728 1746 1765 1784 1803 1822 1841 1861 TDPA 10110 10217 10326 10436 10547 10659 10772 10887 11003 11120 11238 11357 11478 11600 11723 11848 11974 12101 12230 12360 12491 Las tasas de crecimientos más comunes de acuerdo al Método AASHT de CEMEX son las siguientes: Tasas de crecimiento. 16 Diseño de Pavimentos Página 47 . 17 Método AASHTO – Manual CEMEX Concretos Pág.06% lo cual observamos que tenemos un crecimiento normal. 106 Por lo tanto FCT=61. los valores de k son usualmente estimados mediante una correlación a pruebas más simples como la del VRS.06% n=20 Calculo de FCT = ((1+0. Los valores de k son expresados como libras por pulgada cuadrada por pulgada (psi/in) ó más comúnmente. por libras por pulgada cúbica (pci).33 Módulo de Reacción El terreno de apoyo está definido en términos del módulo de reacción de la subrasante de Westergaard (k). El resultado es válido ya que valor k no afecta significativamente los requerimientos del espesor del pavimento.18 El factor de crecimiento del tráfico considera los años de vida útil más un número de años adicionales debidos al crecimiento propio de la vía.106)20-1)/0. 18 7 Método AASHTO – Manual CEMEX Concretos Pág. Datos: g=1. Dado que la prueba de placa lleva tiempo y dinero.PAVIMENTOS RÍGIDOS Factor de Crecimiento del Tráfico. Es igual a la carga en libras por pulgada cuadrada de un área cargada (un plato de 30” de diámetro) dividido entre la deformación en pulgadas que provoca dicha carga. 16 y 22 Diseño de Pavimentos Página 48 . 23 Diseño de Pavimentos Página 49 .20 El contar con una sub-base permite incrementar en parte el valor de k del suelo que deberá usarse en el diseño de espesor.19 Para este caso la capa subrasante cuenta con un VCR de 20 que sirve para entrar a la tabla para obtener el valor de “k”. Transferencia de Cargas La transferencia de carga es la capacidad que tiene una losa del pavimento de transmitir fuerzas cortantes con sus losas adyacentes. La efectividad de la Transferencia de Carga entre losas adyacentes depende de varios factores: Cantidad de Tráfico 20 Método AASHTO – Manual CEMEX Concretos Pág. mientras mejor sea la transferencia de cargas mejor será el comportamiento de las losas del pavimento. El valor correspondiente de k es de 250pci. solo con una capa de base.PAVIMENTOS RÍGIDOS Prueba de placa. Para el caso del camino que se está diseñando no cuenta con una sub-base. con el objeto de minimizar las deformaciones y los esfuerzos en la estructura del pavimento. El método AASHTO considera la transferencia de cargas mediante el factor de transferencia de cargas J. Transferencia de cargas. El Coeficiente de Transferencia de Carga considera el esfuerzo de transferencia a través de la junta o grieta. 19 Diseño de Pavimentos Página 50 .Confinamiento con Guarniciones o Banquetas . La utilización de pasajuntas es la manera más conveniente de lograr la efectividad en la transferencia de cargas. los investigadores recomiendan evaluar dos criterios para determinar la conveniencia de utilizar pasajuntas.21 Soporte Lateral El confinamiento que produce el soporte lateral contribuye a reducir los esfuerzos máximos que se generan en el concreto por efecto de las cargas. sin embargo esta forma de transferir carga solamente se recomienda para vías con tráfico ligero. b) El número de Ejes Equivalentes de diseño sea mayor de 5.0 millones de Esal's. Utilizar pasajuntas cuando: a) El tráfico pesado sea mayor al 25% del tráfico total.PAVIMENTOS RÍGIDOS Utilización de Pasajuntas Soporte Lateral de las Losas Una manera de transferir la carga de una losa a otra es mediante la trabazón de agregados que se genera en la grieta debajo del corte de la junta.Carril Ancho >= 4.Con Acotamientos Laterales 21 Método AASHTO – Manual CEMEX Concretos Pág. Un pavimento de concreto puede considerarse lateralmente soportado cuando tenga algunas de las siguientes características en su sección: .0 m . Se colocan perfectamente alineadas a la mitad del espesor de la losa. longitud y separación de las pasajuntas está en función del espesor de las losas principalmente. 7 Pág.200 kg/cm2 la cual no se debe de adherir al concreto permitiendo el libre movimiento de losas longitudinalmente.59. Coeficiente de transmisión de carga (J). 20 Manual Centroamericano para diseño de pavimentos. se indican en las siguientes tablas los valores del coeficiente J:23 Se obtuvo un coeficiente de carga de 2. su valor depende de varios factores.PAVIMENTOS RÍGIDOS Pasajuntas Barra de acero redondo liso fy = 4. 22 23 Método AASHTO – Manual CEMEX Concretos Pág. Este factor se utiliza para tomar en cuenta la capacidad del pavimento de concreto de trasmitir las cargas a través de los extremos de las losas.8 de acuerdo al promedio. Algunas recomendaciones prácticas para la selección de la Barra son las siguientes:22 En nuestro proyecto no se utilizaran pasajuntas y por lo tanto no tendrá apoyo lateral. Debido a que no tenemos refuerzo con juntas. Tabla 7-18 Diseño de Pavimentos Página 51 . tales como: Tipo de pavimento. El diámetro. Cap. pero si debe de transferir verticalmente parte de la carga aplicada en una losa a la adyacente. En función de estos parámetros. La colocación de elementos de trasmisión de carga. el tipo de borde ú hombro. Existe una prueba similar con la aplicación de la carga al centro del claro que genera resultados diferentes de resistencia a la flexión (aproximadamente 15% a 20% mayores) pero que no son los que considera AASHTO para el diseño.Módulo de Elasticidad del Concreto (Ec) Módulo de Ruptura (MR) Debido a que los pavimentos de concreto trabajan principalmente a flexión es recomendable que su especificación de resistencia sea acorde con ello. que se le conoce como resistencia a la flexión por tensión (S'c) o Módulo de Ruptura (MR) normalmente especificada a los 28días. 24 Método AASHTO – Manual CEMEX Concretos Pág. Esta prueba está normalizada por la ASTM C78. por eso el diseño considera la resistencia del concreto trabajando a flexión.PAVIMENTOS RÍGIDOS Propiedades del Concreto Son dos las propiedades del concreto que influyen en el diseño de un pavimento de concreto y en su comportamiento a lo largo de su vida útil: . El módulo de ruptura se mide mediante ensayos de vigas de concreto aplicándoles cargas en los tercios de su claro de apoyo. sin embargo el diseñador deberá elegir de acuerdo a un buen criterio. En seguida se muestran valores recomendados.24 Los valores recomendados para el Módulo de Ruptura varían desde los 41 kg/cm2 (583 psi) hasta los 50 kg/cm2 (711 psi) a 28 días dependiendo del uso que vayan a tener.Resistencia a la tensión por flexión (S´c) ó Módulo de Ruptura (MR) . 21 Diseño de Pavimentos Página 52 . Ensayo del Modulo de Ruptura. PAVIMENTOS RÍGIDOS Módulo de Ruptura Recomendado en México 25 Emplear un concreto con módulo de ruptura de 45 kg/cm2 (640.1 psi) esto para el tipo de Vialidad urbana principal que tenemos. La metodología de diseño de AASHTO permite utilizar la resistencia a la flexión promedio, que se haya obtenido del resultado de ensayos a flexión de las mezclas diseñadas para cumplir la resistencia especificada del proyecto. Estos resultados dependen de las condiciones de control y calidad que tenga el fabricante del concreto en sus procesos. En todos los casos se recomienda que sea Concreto Premezclado Profesionalmente. Módulo de Elasticidad El Módulo de Elasticidad del concreto está íntimamente relacionado con su Módulo de Ruptura y se determina mediante la norma ASTM C469. Existen varios criterios con los que se puede estimar el Módulo de Elasticidad a partir del Módulo de Ruptura. Los dos más utilizados son: Ec = 6,750 * MR Ec = 26,454 * MR ^ 0.77 Ec= 6,750*640.1= 4,320,675 psi. Ec=6,750*45= 303750 kg/cm2 = 30,375Mpa Periodo de diseño Dado que el tráfico muy probablemente no puede ser supuesto con precisión por un período muy largo, el período de diseño de 20 años es el comúnmente empleado en el procedimiento de diseño de pavimentos. 25 Método AASHTO – Manual CEMEX Concretos Pág. 21 Diseño de Pavimentos Página 53 PAVIMENTOS RÍGIDOS Coeficiente de Drenaje (Cd) En cualquier tipo de pavimento, el drenaje, es un factor determinante en el comportamiento de la estructura del pavimento a lo largo de su vida útil, y por lo tanto lo es también en el diseño del mismo. Es muy importante evitar que exista presencia de agua en la estructura de soporte, dado que en caso de presentarse esta situación afectará en gran medida la respuesta estructural del pavimento. Aspectos que debemos de cuidar para evitar que el agua penetre en la estructura de soporte: Mantener perfectamente selladas las juntas del pavimento. Sellar las juntas entre pavimento y acotamiento o cuneta. Colocar barreras rompedoras de capilaridad (en donde se requiera). Utilizar cunetas, bordillos, lavaderos, contra cunetas, subdrenajes, etc. Construir o aprovechar los drenajes pluviales en las ciudades. Tener agua atrapada en la estructura del Pavimento produce efectos nocivos en el mismo, como pueden ser: Reducción de la resistencia de materiales granulares no ligados. Reducción de la resistencia de la subrasante. Expulsión de finos Levantamientos diferenciales de suelos expansivos Expansión por congelamiento del suelo Nuestro coeficiente de pavimento depende de la calidad de drenaje de la estructura de nuestro pavimento. Lo podemos definir de acuerdo a las siguientes tablas.26 Combinando todas las variables que intervienen para llegar a determinar el coeficiente de drenaje Cd se llega a los valores de la siguiente tabla: 26 Manual Centroamericano para diseño de pavimentos. Cap. 7 Pág.57. Tabla 7-16 Diseño de Pavimentos Página 54 PAVIMENTOS RÍGIDOS 27 Para este caso respecto al material, se considera que su capacidad de drenaje es buena, pues el agua es removida en 1 día, para el periodo de tiempo en que se encuentra sometida a la humedad, se considerara 6 mese húmedos y 6 meses secos del año, es decir más del 25 %. Los valores recomendados para el coeficiente de drenaje deberán estar entre 1.0 y 1.10 Se suponen condiciones normales de drenaje en la vialidad, por lo que se emplea un coeficiente de drenaje igual a 1.0 El Parámetro de Confiabilidad “R” Los factores estadísticos que influyen el comportamiento de los pavimentos son: Confiabilidad R Desviación Estándar La confiabilidad está definida como "la probabilidad de que un pavimento desarrolle su función durante su vida útil en condiciones adecuadas para su operación". Otra manera de entender la confiabilidad, por ejemplo es: si se considera una confiabilidad "R" del 80% estaríamos permitiendo que el 20% de las losas del pavimento alcancen al final de su vida útil una serviciabilidad igual a la serviciabilidad final seleccionada en el diseño. 27 Manual Centroamericano para diseño de pavimentos. Cap. 7 Pág.58. Tabla 7-17 Diseño de Pavimentos Página 55 al hacer un diseño para un pavimento. el tránsito que puede soportar el mismo a lo largo de u periodo de diseño sigue una ley de distribución normal con una media M y una desviación estándar So y por medio de la tabla siguiente con dicha distribución se obtiene el valor de Zr en función de un nivel de confiabilidad R. 28 17 Método AASHTO – Manual CEMEX Concretos Pág. con el mejor de los criterios.PAVIMENTOS RÍGIDOS Confiabilidad recomendad por AASHTO. para un conjunto de variables que intervienen en un pavimento. Desviación Normal Estándar Zr Esta variable define que. de forma que exista una posibilidad de que 1-R/100 del tránsito realmente soportado sea inferior a Zr x So.29 Por tratarse de una vialidad urbana secundaria se considera usar un valor de confiabilidad del 60%.28 También podemos entender a la confiabilidad como un Factor de Seguridad y ante esa situación debemos reflexionar en los valores de confiabilidad que debemos utilizar en México. Confiabilidad Recomendada para México Confiabilidad recomendad para México. 25 y 26 Diseño de Pavimentos Página 56 . 40 En construcción nueva 0. 30 Manual Centroamericano para diseño de pavimentos. Cap.30-0.35. Estos factores de seguridad van asociados con la Desviación Estándar "So". Tabla 7-13 Diseño de Pavimentos Página 57 . a continuación se presentan los factores de seguridad aproximados a los que corresponde la confiabilidad.40 Como se menciona anteriormente la confiabilidad puede relacionarse con un Factor de Seguridad.55. Para este caso utilizaremos el promedio de 0.PAVIMENTOS RÍGIDOS 30 Se recomienda utilizar para So valores comprendidos dentro de los intervalos siguientes: Para pavimentos rígidos 0.35 En sobre-capas 0. 7 Pág. el total de ejes equivalentes acumulados y así contar con un parámetro de entrada para la ecuación general o para el nomograma. W82 16560000 W82 36800000 En nuestro caso. 26 Diseño de Pavimentos Página 58 . en la vida útil del proyecto. en ejes sencillo equivalentes de 18 kips (8. Con el Factor de equivalencia de carga calculado para cada tipo y peso de ejes se convierten el número de repeticiones esperadas de cada tipo de eje.2 ton) para poder resolver la ecuación de diseño de espesores.31 Ejes Equivalentes y Espesor de Losa Sabemos que es necesario transformar los ejes de pesos normales de los vehículos que circularán sobre el camino. el diseñador deberá estimar con base en la tasa de crecimiento anual y el período de diseño en años.8 x 106 Una vez calculados los ejes equivalentes acumulados en el primer año. nuestro resultado para el W82 es de 36. Con los valores obtenidos se ingresa al siguiente nomograma para obtener el espesor de la losa. 31 Método AASHTO – Manual CEMEX Concretos Pág. Para convertir a ejes equivalentes los ejes de pesos normales de los vehículos considerados se debe obtener en primera instancia el número de repeticiones en toda la vida útil de cada tipo de vehículo que va a circular sobre el pavimento (sencillo. también se desglosa por peso del eje. tandem ó tridem) y dentro de cada tipo de eje. en el número de repeticiones esperadas de ejes equivalente (ó ESAL’s). Para la obtención del W82 resultados obtenidos.PAVIMENTOS RÍGIDOS Factor de seguridad. PAVIMENTOS RÍGIDOS Diseño de Pavimentos Página 59 . PAVIMENTOS RÍGIDOS RESUMEN DE CAPAS Capa Losa Base granular Subrasante Terracería Espesor (cm) 24.5 15 60 200 Diseño de Pavimentos Página 60 . se propondrá un aproximado. Para tales fines se hicieron las siguientes consideraciones: Para los materiales pétreos Los precios fueron obtenidos en el banco de joyitas para el caso de los materiales pétreos y se calcula que está a 8.5 km del lugar de proyecto. En la realidad no existiría ángulo para el talud. como es la renta de trituradora para el material.5 m por lado. Por carecer de estos datos. entre otros. la proporción que se guardará en todas será la misma. Para la mezcla asfáltica Para determinar el costo de la mezcla asfáltica intervienen más factores que para los pétreos. Diseño de Pavimentos Página 61 . un acotamiento de 0. el lugar de donde se trae el asfalto. ya que este estudio es para comparar los resultados y observar cual es el más económico. Para las secciones tipo En las secciones tipo se consideró un bombeo del 2%.PAVIMENTOS RÍGIDOS Análisis Comparativo de Costos Después de haber obtenido los espesores para las capas por los tres métodos se determinará su costo aproximado. siendo que el camino se encuentra rodeado por otras calles y edificios. pero para motivos representativos se le asigno uno. PAVIMENTOS RÍGIDOS Selección Tipo Diseño de Pavimentos Página 62 . PAVIMENTOS RÍGIDOS Diseño de Pavimentos Página 63 . PAVIMENTOS RÍGIDOS Diseño de Pavimentos Página 64 . PAVIMENTOS RÍGIDOS Resumen Como se observa el método que resulto ser más económico fue el AASHTO 93. Estos resultados se deben principalmente al mayor espesor de las capas aumentando considerablemente su costo. Diseño de Pavimentos Página 65 . El más caro es el del catálogo español. aunque hay considerar otros factores para la selección más eficiente como el clima y los materiales empleados. En esta comparación se observa una variación considerable de precios. por lo que está a criterio de las autoridades determinar el mejor presupuesto y en las empresas en tratar de dar aquel que cumpla con todos los requisitos de la licitación y que además tenga un precio adecuado. La selección del método a desarrollar en construcción depende de su economía. Se tomaron en cuenta todas las normas establecidas por las dependencias reguladoras para la elaboración de nuestro proyecto con esto podemos asegurar que cumplirá con todas las especificaciones para un buen funcionamiento y también tendrá una buena relación costobeneficio. presión de inflado de llantas obteniéndose en varias vulcanizadoras cercanas. Es de vital importancia tomar en cuenta todas las características físicas de la zona. así como los que facilitaran su desarrollo. un ejemplo claro de esto es en los cortes cuando el material es adecuado y es posible utilizar como material de terraplén. el método que resulto ser más económico fue el AASHTO. Entre los que se encuentran: aforos vehiculares para tomar en cuenta el vehículo más pesado que suele transitar por la zona y saber cuál es el TDPA así como el IMDp en la zona de estudio. Y por el contrario. Por esta razón el método a emplear será el AASHTO. Ya que resulta ser el más económico y a su vez cumple con las condiciones de servicio necesarias para el buen funcionamiento de nuestro tramo carretero. Estos resultados se deben Estos resultados se deben principalmente al mayor espesor de las capas aumentando considerablemente su costo. la temperatura máxima registrada en el mes más caluroso y la revisión de los bancos de materiales más cercanos para determinar a cual utilizar y así poder disminuir el costo generado por acarreos además de ubicar cuál de éstos tiene el material adecuado para cumplir con las necesidades del proyecto. esto ayudara para conocer a qué condiciones se verá sometido el proyecto y acondicionarlo para que sea capaz de soportar estas adversidades y también saber que habrá factores que nos beneficiaran.PAVIMENTOS RÍGIDOS Conclusiones Para poder realizar de una manera adecuada el estudio de nuestro proyecto se tuvieron que tomar en cuenta todos los factores que influyen en el buen funcionamiento del mismo. Diseño de Pavimentos Página 66 . Como se observó al analizar los tres resultados de los costos al emplear los tres diferentes métodos. resultando como el más caro el método del catálogo español. C. 83. abril. de la Instrucción de Carreteras. de 28 de noviembre. CENTRO S. MICHOACAN UNIDAD GENERAL DE SERVICIOS TECNICOS INVENTARIO DE BANCOS DE MATERIALES. 2004 ANEJO 1 (Norma 6.T. VOLÚMENES DE TRÁNSITO EN LA RED NACIONAL DE CARRETERAS PAVIMENTADAS BOE núm. por la que se aprueba la norma 6. Carreteras aforadas del Estado de Michoacán. Información técnica. SCT. CARACTERISTICAS DE LOS MATERIALES N–CMT -1-01-02 N–CMT -1-02-02 N–CMT -1-03-02 N–CMT -4-02-002-04 N–CMT -4-02-002-04 N–CMT -4-04-08 N–CMT -4-05-001-06 N–CMT -4-05-003-08 N–CMT -4-05-004-08 Diseño de Pavimentos Página 67 .1-IC «Secciones de firme». 2010 LIBRO: CTM.1-IC) 22787 ORDEN FOM/3460/2003.PAVIMENTOS RÍGIDOS Bibliografía Secretaria de Comunicaciones y Transportes.