DISEÑO DE PAVIMENTOS DE HORMIGÓN EJEMPLOS PRÁCTICOS Ing. Diego Calo Santa Fe, 3 y 4 de Junio de 2015 2 ÍNDICE DE LA PRESENTACIÓN INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO 3 Ejemplo (Método de la P.C.A.) DATOS • Proyecto: Duplicación de calzada existente. • Subrasante: Suelo A-6 (CBR = 3%). • Período de diseño = 25 años. • Tránsito: TMDA = 6500 veh/día. Prop VP´s = 40%. Tasa de Crecimiento = 2.5%. • Resistencia del hormigón: s/PETG de la DNV. • Empleo de Pasadores en Juntas Transversales. • Banquina Pavimentada INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO 5 Ejemplo (Método de la P.C.A.) Distribución de cargas por eje Simples Dobles Triples Carga R/1000 Carga R/1000 Carga R/1000 16 0.048 30 0.000 39 0.002 15 0.475 28 0.002 36 0.032 14 3.316 26 0.042 33 0.370 13 16.380 24 0.603 30 2.440 12 57.809 22 5.106 27 9.216 11 147.862 20 25.674 24 20.340 10 279.825 18 77.554 21 27.389 9 402.564 16 143.969 18 24.386 8 453.542 14 171.278 15 15.685 7 410.246 12 138.729 12 7.343 6 301.449 10 80.226 9 2.301 5 178.910 8 32.809 6 0.496 Total 2377 Total 687 Total 110 INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO Ejemplo (Método de la P.C.A.) SOLUCIÓN SUBRASANTE • CBR medio = 3,0% • Correlación con módulo de reacción (k) = 2,7 kg/cm3 INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO 6 7 Ejemplo (Método de la P.C.A.) SUBBASE • En estos casos resulta conveniente incorporar una capa de subbase que permitirá: • Mejorar la condición de apoyo – uniformidad y homogeneidad. • Incrementar el control de cambios volumétricos en subrasante. • Conformar una plataforma de trabajo adecuada, menos susceptible a las condiciones climáticas y apta para la circulación de los vehículos de obra. • Mediante Tablas se determina el módulo de reacción combinado Subrasante/subbase. Espesor de subbase Valor K de subrasante 1.4 2.8 5.5 2.7 100 mm 150 mm 1.7 2.1 3.6 3.9 6.1 6.4 200 230 mm mm 3.9 Kcombinado (subrasante / subbase) = 3.9 kg/cm3 INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO 2.4 4.4 7.5 8 Ejemplo (Método de la P.C.A.) BASE • Uso obligatorio por tránsito pesado (mayor de 100 a 200 VP/día). • Se emplea una Base Granular Cementada de 15 cm de espesor. • Mediante Tablas se determina el módulo de reacción combinado Subrasante/subbase. Espesor de subbase 100 mm 150 mm 200 mm 1.4 4.7 6.4 8.6 2.8 7.8 11.1 14.4 13.0 17.7 Valor K de subrasante 5.5 3.9 13.8 Kcombinado (subrasante / subbase / base) = 13.8 kg/cm3 INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO 23.0 Ejemplo (Método de la P.C.A.) RESISTENCIA DEL HORMIGÓN Resistencia mínima efectiva = 315 kg/cm2 (R=90%) Consideramos un C.V. = 10% σbm 315 kg/cm2 (1 0,10 1,282) σbm 355 kg/cm2 34,8 MPa Entonces, aplicando la fórmula de la P.C.A. para agregados Triturados MR 0,8 34,8 MPa 4,72 MPa 48 kg/cm2 INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO 9 Ejemplo (Método de la P.C.A.) TRÁNSITO • TMDA = 6500 veh/día • Prop. Vehículos Pesados = 40%. • Tasa de Crec.: 2.5%. TMDD = 8881 v/día (3550VP/d). • Factor de seguridad de cargas: 1,2. • Factor de Distribución por dirección (FDD) = 50%. • Factor de Distribución por Trocha (FDT) = según el siguiente nomograma: INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO 10 11 Ejemplo (Método de la P.C.A.) 100 TMDA (una dirección), en miles 3 carriles en una dirección 2 carriles en una dirección 10 4440 1 50 60 70 80 Camiones en carril derecho (%) 87% 90 INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO 100 Ejemplo (Método de la P.C.A.) TRANSFERENCIA DE CARGA Juntas Transversales: • Debido al elevado volumen de vehículos pesados (Mayor de 80 a 120 VP/día) resulta obligatorio la colocación de pasadores. • Se evaluará la incidencia de prescindir de los pasadores. Bordes de Calzada: • Banquina Externa Flexible (no existe transferencia de carga en los bordes de calzada). • Evaluar la factibilidad de incorporar Sobreancho o Banquina Vinculada. INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO 12 Ejemplo (Método de la P.C.A.) INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO 13 Ejemplo (Método de la P.C.A.) INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO 14 Análisis de Sensibilidad 15 28,0 26,0 Espesor de Calzada, cm 24,0 22,0 20,0 18,0 16,0 Criterio de Fatiga 14,0 Criterio de Erosión 12,0 10 100 1000 Tránsito Pesado Medio Diario Anual (Diseño) - Esc. Log. INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO 10000 16 Análisis de Sensibilidad 28 Espesor de Calzada, cm 27 26 25 24 23 22 21 20 19 20 MPa/m Criterio de Fatiga 60 MPa/m Criterio de Erosión 100 MPa/m 140 MPa/m Módulo de reacción combinado (subrasante/subbase) INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO 180 MPa/m 17 Análisis de Sensibilidad 27 Espesor de Calzada, cm 26 25 24 23 22 21 20 19 Criterio de Fatiga 18 Criterio de Erosión 17 1,00 1,10 Factor de Seguridad de Cargas 1,20 INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO 1,30 18 Análisis de Sensibilidad 27 Espesor de Calzada, cm 26 25 24 23 22 21 20 19 Criterio de Fatiga 18 Criterio de Erosión 17 3,8 4,0 4,2 4,4 4,6 4,8 5,0 Resistencia a Flexión, MPa INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO 5,2 5,4 5,6 Análisis de Sensibilidad 19 32 Sin Pasadores y Sin Banquina de Hº Espesor de Calzada, cm 30 Con Pasadores y Sin Banquina de Hº 28 Sin Pasadores y Con Banquina de Hº 26 Con Pasadores y Con Banquina de Hº 24 22 20 18 16 14 12 1 10 100 1000 Tránsito Pesado Medio Diario Anual (Esc. Log.) INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO 10000 Variantes según Condición de Transferencia de Carga VARIANTE A – BANQUINA FLEXIBLE JUNTAS TRANSVERSALES • Con Pas → E: 24,6 cm. • Sin Pas → E: 29,1 cm. VARIANTE B – BANQUINA RÍGIDA / SOBREANCHO JUNTAS TRANSVERSALES • Con Pas → E: 20,3 cm. • Sin Pas → E: 24,9 cm. INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO 20 Y si consideramos otro tipo de Base? VARIANTE C - Base granular asfáltica + subbase granular Ventajas: • Permite alcanzar una rigidez intermedia, brindando un adecuado comportamiento (balance) frente a cargas de Tránsito y Medioambientales • Elevada Resistencia a la Erosión (similar al Hormigón Pobre) • Poca dependencia de la fase constructiva INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO 21 22 Recálculo del Módulo de reacción combinado SUBBASE GRANULAR • Mediante Tablas se determina el módulo de reacción combinado Subrasante/subbase. Espesor de subbase Valor K de subrasante 1.4 2.8 5.5 3.9 100 mm 150 mm 230 mm 1.7 2.1 2.4 3.6 3.9 6.1 6.4 4.9 4.4 7.5 BASE GRANULAR ASFÁLTICA • Mediante Tablas puede determinarse también el módulo de reacción combinado. Espesor de subbase Valor K de subrasante 50 100 mm mm 1.4 4.9 2.8 5.5 5.3 150 mm 230 mm 2.3 3.1 4.3 4.2 5.4 7.2 7.7 9.5 12.2 Kcombinado (subrasante / subbase / base) = 5.3 kg/cm3 INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO 23 Variante C – Base Asf + Subbase Gran. VARIANTE C – BANQUINA FLEXIBLE JUNTAS TRANSVERSALES • Con Pas → E: 25,6 cm. • Sin Pas → E: 32,3 cm. VARIANTE C – BANQUINA RÍGIDA / SOBREANCHO JUNTAS TRANSVERSALES • Con Pas → E: 21,8 cm. • Sin Pas → E: 27,1 cm. INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO Ejemplo (Método AASHTO’93) DATOS • Idem Anterior. • Calidad de drenaje: Regular. • Proporción de tiempo con niveles próximos a la saturación: 5% - 25%. SOLUCIÓN SERVICIABILIDAD • Serviciabilidad Inicial (Po): 4.5. • Serviciabilidad Final (Po): 2.5. PROPIEDADES DEL HORMIGÓN • MR: 4.8 MPa; Rcompresión media: 35 MPa. • E: 6.750 · MR: 32 GPa. INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO 24 Ejemplo (Método AASHTO’93) 25 DRENAJE • Calidad de drenaje: Regular. • Próximo a la saturación: 25%. Cd: 1.0 (Por tabla). TRÁNSITO ESALs TOTALES n TMDA (%V i Feqi ) 365 FP i1 ESALs TOTALES 6500 (1 i)n 1 FP i veh VP EE' s días 0.4 4330 365 34,16 años día Veh 1000VP año ESALsC.DISEÑO ESALs TOTALES FDD FDT ESALs C.DISEÑO 1.40 108 EE' s 0.5 0.87 6.11 107 EE' s INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO Ejemplo (Método AASHTO’93) SUBRASANTE /SUBBASE • Subbase: Estabilizado Granular c/ Cemento. • LOS: 0 Kc: 130 MPa/m TRANSFERENCIA DE CARGA • Con Pasadores y Sin Banquina de Hormigón J: 3.2 DESVÍO ESTÁNDAR GLOBAL y CONFIABILIDAD • So: 0.39 (Consideramos variación del tránsito futuro). • R: 80%. INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO 26 27 Análisis de Sensibilidad 37 110 E+06 90 E+06 33 31 70 E+06 29 50 E+06 27 30 E+06 25 Espesor Ejes Equivalentes 23 10 E+06 3,8 4 4,2 4,4 4,6 4,8 5 5,2 5,4 Módulo de Rotura, MPa INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO 5,6 Ejes Equivalentes, W18 Espesor de calzada, cm 35 28 Análisis de Sensibilidad 37 110 E+06 90 E+06 33 31 70 E+06 29 50 E+06 27 30 E+06 25 Espesor Ejes Equivalentes 23 10 E+06 20 40 60 80 100 120 140 160 180 Módulo de reacción combinado, MPa/m INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO 200 Ejes Equivalentes, W18 Espesor de calzada, cm 35 29 Análisis de Sensibilidad 37 110 E+06 90 E+06 33 31 70 E+06 29 50 E+06 27 30 E+06 25 Espesor Ejes Equivalentes 23 10 E+06 26 28 30 32 34 36 38 40 Módulo de Elasticidad, GPa INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO 42 Ejes Equivalentes, W18 Espesor de calzada, cm 35 30 Análisis de Sensibilidad 37 110 E+06 90 E+06 33 31 70 E+06 29 50 E+06 27 30 E+06 25 Espesor Ejes Equivalentes 23 10 E+06 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2 Coeficiente de Drenaje INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO 1,3 Ejes Equivalentes, W18 Espesor de calzada, cm 35 31 Análisis de Sensibilidad 37 110 E+06 90 E+06 33 31 70 E+06 29 50 E+06 27 30 E+06 25 Espesor Ejes Equivalentes 23 10 E+06 50 60 70 80 90 Confiabilidad INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO 100 Ejes Equivalentes, W18 Espesor de calzada, cm 35 32 Análisis de Sensibilidad Con Pasadores y Sin Banquina de Hº Ejes Equivalentes de 8,2 T 320 E+06 Con Pasadores y Con Banquina de Hº 280 E+06 Sin Pasadores y Con Banquina de Hº 240 E+06 Sin Pasadores y Sin Banquina de Hº 200 E+06 160 E+06 120 E+06 80 E+06 40 E+06 000 E+00 24 25 26 27 28 29 30 31 Espesor de calzada, cm 32 33 INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO 34 35 36 Variantes según Condición de Transferencia de Carga VARIANTE A – BANQUINA FLEXIBLE JUNTAS TRANSVERSALES • Con Pas → E: 29,7 cm. • Sin Pas → E: 34,8 cm. VARIANTE B – BANQUINA RÍGIDA / SOBREANCHO JUNTAS TRANSVERSALES • Con Pas → E: 27,0 cm. • Sin Pas → E: 31,7 cm. INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO 33 34 Variante C – Base Asf + Subbase Gran. VARIANTE C – BANQUINA FLEXIBLE JUNTAS TRANSVERSALES • Con Pas → E: 31,0 cm. • Sin Pas → E: 36,1 cm. VARIANTE C – BANQUINA RÍGIDA / SOBREANCHO JUNTAS TRANSVERSALES • Con Pas → E: 28,3 cm. • Sin Pas → E: 32,9 cm. INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO 35 Que otra variante podríamos analizar? VARIANTE D – Incorporación de una estructura de Subdrenaje Objetivo: • Eliminar el agua que pudiera infiltrarse dentro de la estructura del pavimento • Mayor confiabilidad en la prevención del bombeo de finos desde las capas inferiores. Calidad de drenaje Coef. De drenaje Regular 1,00 Excelente 1,15 INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO Variante D – Subdrenaje VARIANTE D – BANQUINA FLEXIBLE Opción 1: con Dren Longitudinal SIN SOBREANCHO JUNTAS TRANSVERSALES VARIANTE D – BANQUINA FLEXIBLE Opción 2: Extendida hasta el talud • Con Pas → E: 27,5 cm. • Sin Pas → E: 32,3 cm. CON SOBREANCHO JUNTAS TRANSVERSALES • Con Pas → E: 25,0 cm. • Sin Pas → E: 29,4 cm. INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO 36 Ejemplo (ACPA StreetPave12) INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO 37 Ejemplo (ACPA StreetPave12) INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO 38 Ejemplo (ACPA StreetPave12) INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO 39 Ejemplo (ACPA StreetPave12) INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO 40 41 Ejemplo (ACPA StreetPave12) INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO Ejemplo (ACPA StreetPave12) INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO 42 Ejemplo (ACPA StreetPave12) INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO 43 Ejemplo (ACPA StreetPave12) INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO 44 Ejemplo (ACPA StreetPave12) INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO 45 Ejemplo (ACPA StreetPave12) INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO 46 47 ¿Preguntas? ING. DIEGO H. CALO COORDINADOR DEPARTAMENTO TÉCNICO DE PAVIMENTOS [email protected]
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