Clase_5_1

7/17/2019 Clase_5_1

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DISEÑO PAVIMENTOSRígidos y Flexibles

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CRITERIOS DE DISEÑO

Tipos de pavimentos• Rígidos• Flexibles

Criterios de diseño• Empírico

• Mecanicista• Modelo matemático

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CARACTERÍSTICASFÍSICO-ESTRUCTURALES

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DISTRIBUCION DE CARGASEGÚN TIPO DE PAVIMENTO

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METODOS DE DISEÑO DISEÑO PAVIMENTO RIGIDO

• PCA (Portland Cement Association) Básicamente considera dos criterios de evaluación en el procedimiento de diseño, el

criterio de erosión de la sub-base por debajo de las losas y la fatiga del pavimento deconcreto.• El criterio de erosión reconoce que el pavimento puede fallar por un excesivo bombeo, erosión del

terreno de soporte y diferencias de elevaciones en las juntas. El criterio del esfuerzo de fatigareconoce que el pavimento pueda fallar, presentando agrietamiento derivado de excesivasrepeticiones de carga.

DISEÑO PAVIMENTO FLEXIBLE

• AASHTO (American Association of State Highways and Transportation Officials)

Básicamente se considera el módulo de reacción del suelo es una constante matemáticaque muestra la “rigidez” del suelo de fundación. Este parámetro del suelo se utiliza parael diseño de cimientos sobre suelos de comportamiento elástico.

• METODO DEL INSTITUTO DEL ASFALTO DE EE.UU. METODO C.B.R. METODO DEL INDICE DE GRUPO. METODO DE LA F.A.A. METODO Mc. LEOD. METODO DE KANSAS.

METODO DE HVEEN. EXPERIMENTO VIAL A.A.S.H.O.

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VARIABLES DEL DISEÑO CRITERIOS Y SELECCIÓN DE PARÁMETROS DE DISEÑO

Serviciabilidad

Los criterios de falla de los métodos de diseño mecanicistas utilizados no se relacionan con elconcepto de serviciabilidad ∆PSI o IRI, por lo cual se recomiendan definidos criterios* deserviciabilidad.

• IRI• ∆PSI

Tránsito de Diseño

Se consideran sólo los vehículos pesados para estimar la cantidad de solicitaciones que afectaránal camino durante su vida de servicio. Se utiliza para el diseño los Ejes Equivalentesacumulados para el período de diseño y para su cálculo se requiere de la siguiente información:

• Período de diseño estructural

• TMDA• Tasa de Crecimiento.• Estratigrafía de carga (Tipo de vehículos pesados)

Con esta información se propone una metodología simplificada para la estimación de losEjes Equivalentes de diseño. La información debe ser lo más cercana a la realidad y no serecomienda aplicar factores de seguridad propios debido a que el método resume la información

en cinco rangos de Ejes Equivalentes.

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Período de Diseño Estructural

• Se definen dos períodos de diseño estructural de tal forma de otorgaruna mayor flexibilidad a la metodología de diseño. Los períodos son de5 y 10 años*.

Estratigrafía de Carga

• Se definen dos tipos de estratigrafía de carga, una para caminos detránsito liviano (Eliv) y otra para caminos de tránsito pesado (Epes).En Chile, el peso del eje estándar para el cálculo de los EjesEquivalentes de diseño (EEq) está definido en 80 KN (17,98 kip).

No obstante lo anterior, es necesario mencionar el problema que

existe para controlar las normas de cargas máximas para los vehículospesados, sobretodo a lo largo de la red vial de bajo volumen detránsito.

VARIABLES DEL DISEÑO

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Estratigrafía para caminos de tránsito liviano (Eliv): Utilizada encaminos con transito liviano y un porcentaje menor al 15% de

buses y camiones de 2 ejes. Esta estratigrafía está asociada acaminos por los cuales transitan automóviles y vehículos pesadosde servicios básicos.

Estratigrafía para caminos de tránsito pesado (Epes): Utilizada encaminos con un porcentaje mayor al 15-20% de vehículos

pesados y que poseen vehículos pesados de más de 2 ejes. Estaestratigrafía está asociada a caminos en que el flujo de tránsito escompartido por vehículos livianos de servicio y camionesasociados a operaciones industriales, agrícolas, ganaderas,forestales y mineras. Esta estratigrafía no corresponde a una decaminos exclusivos de explotación.


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TMDA y Tasas de Crecimiento

La estimación de los flujos de tránsito es una de las etapas críticas durante elproceso de diseño estructural de pavimentos, debido a la gran incertidumbre queexiste sobre el comportamiento del flujo vehicular en caminos de bajo volumen,luego del mejoramiento de estándar del camino.

La estimación del tránsito generado que producen los cambios de estándar decaminos de bajo volumen de tránsito, son uno de los mayores problemas a los cualesse enfrenta el diseñador al momento de estimar los flujos futuros de tránsito.

Si bien existen casos especiales en que este aspecto se transforma en un problemareal, los estudios internacionales analizados en general no consideran este efectosignificativo, debido a que la tasa de crecimiento tiende a estabilizarse en los añosposteriores al cambio de estándar.

El método considera este efecto por medio del manejo de las tasas de crecimiento en

el cálculo de los flujos totales de tránsito para todo el período de diseño. De estaforma, las tasas de crecimiento utilizadas son de 4 % para el caso normal y de 7 %para el caso de existir tránsito nuevo generado.


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SUELO DE SUBRASANTE

• Las estructuras de pavimentos se handiseñado por el método mecanicista de

multicapas, el cual utiliza como parámetro dediseño para la subrasante el Módulo Resiliente.Sin embargo por simplicidad, la guía utiliza elvalor de soporte CBR (California Bearing Ratio)

para la caracterización de la capacidad desoporte del suelo de subrasante o suelo defundación.


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El clima puede tener diversos efectos sobre la estructura del pavimento.Los principales elementos del clima usualmente considerados en el diseño

de pavimentos son las temperaturas extremas y el agua. Así, afectan a:• Al Módulo de Rigidez,• A la estabilidad de las mezclas• En las dilataciones• Por los Ciclos H-DH, “penetración de la helada” • Zonas lluviosas o de inundaciones

Estos problema se debe resolver por medio de un adecuado diseño dedrenaje el cual otorga la capacidad a la estructura para evacuar el aguaque se infiltra en las diferentes capas granulares y la subrasante.Complementariamente, el problema se puede resolver diseñando paracondiciones estructurales saturadas lo que conlleva a mayores espesoresde capas.

Existen cartillas complementaria de diseño, para aquellas estructuras concapas granulares, donde se considera la situación saturada de laestructura.

El método considera tres condiciones de clima:• Solución para condición seca.• Solución para condición normal.• Solución para condición saturada.


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DRENAJES El drenaje de un pavimento, para efectos del diseño

estructural, es evaluado por medio del tiempo que demora

una determinada estructura en drenar el agua libre a partirde un estado de humedad dado. El tiempo que unaestructura de pavimento permanece con humedadescercanas a la saturación dependerá principalmente de lossiguientes factores:

• Tipo de Material de Subrasante• Ancho de Base (ancho plataforma)• Pendiente Transversal (bombeo)• Existencia de Terraplén

• Precipitación Media Anual

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EJEMPLO ESQUEMA CRITERIOSELECCIÓN PAVIMENTOS

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PARAMETROS DE ENTRADAVIDA ÚTIL DEL PAVIMENTO

TránsitoSe usa el número de repeticiones de ejes equivalentes de 18 Kips o ESALs. Laconversión de una carga dada por eje de ESAL se hace a través de los factoresequivalentes de carga.

ConfiabilidadLa confiabilidad (R) puede ser definida como la probabilidad de que la estructura

tenga un comportamiento real igual o mejor que el previsto durante la vida de diseñoadoptada.

Subrasantes expansivas o sometidas a expansión por congelaciónSi se tiene una subrasante expansiva, o bien sometida a expansión porcongelamiento, habrá una perdida adicional de serviciabilidad que debe ser tenida encuenta. Esto se hace analizando la perdida de serviciabilidad por esta causa enfunción del tiempo

Criterios de adopción de niveles de serviciabilidadLa serviciabilidad de un pavimento se define como la capacidad de servir al tipo detransito para el cual ha sido diseñado. Así se tiene un índice de serviciabilidadpresente PSI mediante el cual el pavimento es calificado entre 0 (pésimascondiciones) y 5 (perfecto). En el diseño del pavimento se debe elegir laserviciabilidad inicial y final. La inicial esta en función del diseño del pavimento y de

la calidad de construcción. La final o terminal es función de la categoría del camino.

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Variables de diseño:• Espesor• Serviciabilidad (inicial y final)• Tráfico (ejes equivalentes)• Transferencia de carga

• Propiedades del concreto (módulos de ruptura yelasticidad)• Resistencia de la subrasante (módulo de reacción)• Drenaje• Confiabilidad (confiabilidad y desviación estándar)

Para la utilización/aplicación de las fórmulas de cálculo,se obtienen los valores de cada variable desde tablasy/o registros preestablecidos.

PARAMETROS DE ENTRADAPAVIMENTOS RÍGIDOS

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CRITERIOS DE DISEÑOALGUNOS CÁLCULOS

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MÉTODO ABREVIADO Uso de criterios del Manual de

Carreteras• Uso de tablas• Uso de gráficos

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