DISEÑO DE PAVIMENTOS DE CONCRETO HIDRAULICO

Diseño de Pavimentos de Concreto HidráulicoDiseño de Pavimentos de Concreto Hidráulico

Método AASHTOMétodo AASHTO

La prueba de pavimentaciónAASHO fue concebida ypromovida gracias a la

AASHTOpara estudiar el

comportamientode estructuras de pavimento deespesores conocidos, bajo cargas móviles de magnitudes

yfrecuencias conocidas.

La prueba de pavimentaciónAASHO fue concebida ypromovida gracias a la

AASHTOpara estudiar el

comportamientode estructuras de pavimento deespesores conocidos, bajo cargas móviles de magnitudes

yfrecuencias conocidas.

Diseño de pavimentos de AASHTODiseño de pavimentos de AASHTO

Croquis del Circuito de la Prueba AASHOCroquis del Circuito de la Prueba AASHO

6 Circuitos

Todos eran tramos de dos carrilesCircuito 1: Medio AmbienteCircuito 2-6: Cargas

Todo el tráfico asignado en los circuitos 5-6 tenía

idénticas configuraciones y combinaciones de carga.

6 Circuitos

Todos eran tramos de dos carrilesCircuito 1: Medio AmbienteCircuito 2-6: Cargas

Todo el tráfico asignado en los circuitos 5-6 tenía

idénticas configuraciones y combinaciones de carga.

Tangente

Prueba AASHOPrueba AASHO

Empezó en nov. 1958Circuitos 3-6

6 veh/línea10veh/línea (enero 60)

Operación18 hr. 40 min.6 días/semana

Cargas Totales1,114,000 Aplicaciones

ESAL´s Prom.-6.2 millones

Empezó en nov. 1958Circuitos 3-6

6 veh/línea10veh/línea (enero 60)

Operación18 hr. 40 min.6 días/semana

Cargas Totales1,114,000 Aplicaciones

ESAL´s Prom.-6.2 millones


12 48 10812 48 10822

2 2 42 2 4

2 6 82 6 8

4 12 244 12 24

6 24 546 24 54

6 18 426 18 42

7 32 737 32 73

6 224 5 46 224 5 4

9 40 899 40 89

9 30 699 30 69

11

22

11

22

11

22

11

22

11

22

33

44

55

66

Loop LaneLoop Lane

LOAD LOADLOAD LOAD

FRONT LOADFRONT LOAD

FRONT LOAD LOADFRONT LOAD LOAD

Weight in Weight in

FrontAxle

FrontAxle

LoopAxle

LoopAxle

CrossWightCrossWight

Aplicaciones de carga (miles)Aplicaciones de carga (miles)Aplicaciones de carga (miles)Aplicaciones de carga (miles)

Índ

ice d

e s

erv

icio

Índ

ice d

e s

erv

icio

Índ

ice d

e s

erv

icio

Índ

ice d

e s

erv

icio 55

44

33

22

1.51.500 250250 500500 750750 10001000 12501250

Muy buenoMuy bueno

BuenoBueno

RegularRegular

MaloMalo

Circuito 3Circuito 3Circuito 3Circuito 3

CONCRETOCONCRETO

ASFALTOASFALTO

00 250250 500500 750750 10001000 12501250

Circuito 4Circuito 4Circuito 4Circuito 4

CONCRETOCONCRETO

ASFALTOASFALTO


Diseños Repetidos en Circuitos principalesDiseños Repetidos en Circuitos principales

Concreto 20 cm., sub-base 7.5 cm.Concreto 20 cm., sub-base 7.5 cm.Asfalto 10 cm., base 15 cm., sub-base 20 cm.Asfalto 10 cm., base 15 cm., sub-base 20 cm.

1961 Guía AASHTO para Diseño de Pavimentos Rígidos y Flexibles.

1972 Guía AASHTO para Diseño de Estructuras de Pavimento–1972.

1981 Revisión Capítulo III del Diseño de Pavimentos de Concreto con Cemento Portland.

1986 Guía para el Diseño de Estructuras de Pavimento.

1993 Revisión del Diseño de Sobrecarpetas.

1998 Método Alternativo de Diseño Pavimentos Rígidos.

1961 Guía AASHTO para Diseño de Pavimentos Rígidos y Flexibles.

1972 Guía AASHTO para Diseño de Estructuras de Pavimento–1972.

1981 Revisión Capítulo III del Diseño de Pavimentos de Concreto con Cemento Portland.

1986 Guía para el Diseño de Estructuras de Pavimento.

1993 Revisión del Diseño de Sobrecarpetas.

1998 Método Alternativo de Diseño Pavimentos Rígidos.

Procedimientos y CambiosProcedimientos y CambiosAASHTOAASHTO

1993 Ecuación de Diseño de Pavimentos Rígidos1993 Ecuación de Diseño de Pavimentos Rígidos

Error Estándard Combinado

Error Estándard Combinado

log10 ( E18 ) =log10 ( E18 ) =log10 ( E18 ) =log10 ( E18 ) =

Zr x So + 7.35 x log10 (D+1)-0.06 + Zr x So + 7.35 x log10 (D+1)-0.06 + Zr x So + 7.35 x log10 (D+1)-0.06 + Zr x So + 7.35 x log10 (D+1)-0.06 + log10log10log10log10

PSIPSIPSIPSI

4.5-1.54.5-1.54.5-1.54.5-1.5

1.624 x 101.624 x 101.624 x 101.624 x 10 7777

1+1+1+1+(D+1)(D+1)(D+1)(D+1) 8.468.468.468.46

+ (4.22-0.32 x pt) x log10+ (4.22-0.32 x pt) x log10+ (4.22-0.32 x pt) x log10+ (4.22-0.32 x pt) x log10Sć x Cd x ( D -1.132)Sć x Cd x ( D -1.132)Sć x Cd x ( D -1.132)Sć x Cd x ( D -1.132)0.750.750.750.75

215.63 x J215.63 x J215.63 x J215.63 x J D -D -D -D -0.750.750.750.75 18.4218.4218.4218.42

(Ec/k)(Ec/k)(Ec/k)(Ec/k) 0.250.250.250.25

Desviación Estándar Normal

Desviación Estándar Normal

EspesorEspesor

Diferencia de ServiciabilidadDiferencia de

Serviciabilidad

Serviciabilidad Final

Serviciabilidad Final

Módulo de

Ruptura

Módulo de

Ruptura

Coeficiente de

Drenaje

Coeficiente de

Drenaje

Coeficiente de

Transferencia de Carga

Coeficiente de

Transferencia de Carga

Módulo de ElasticidadMódulo de Elasticidad

Módulo de Reacció

n

Módulo de Reacció

n

TráficoTráfico

EspesorServiciabilidad (po , pt)Tráfico (ESALs, E-18s)Transferencia de Carga (J)Propiedades del Concreto (S´c, Ec)

Resistencia de la Subrasante (k)Drenaje (Cd)Confiabilidad (R, So)




Factores que Afectan a los Pavimentos RígidosFactores que Afectan a los Pavimentos Rígidos

EspesorServiciabilidad (po , pt)Tráfico (ESALs, E-18s)Transferencia de Carga (J)Propiedades del Concreto (S´c, Ec) Resistencia de la Subrasante (k)Drenaje (Cd)Confiabilidad (R, So)

EspesorServiciabilidad (po , pt)Tráfico (ESALs, E-18s)Transferencia de Carga (J)Propiedades del Concreto (S´c, Ec) Resistencia de la Subrasante (k)Drenaje (Cd)Confiabilidad (R, So)



ServiciabilidadServiciabilidad

La habilidad del pavimento de servir al tipo de tráfico (autos y camiones) que circulan en la vía.

La habilidad del pavimento de servir al tipo de tráfico (autos y camiones) que circulan en la vía.

Indice de Servicio

5.0

4.0

3.0

2.0

1.0

0.0

5.0

4.0

3.0

2.0

1.0

0.0

Muy Bueno

Bueno

Regular

Pobre

Muy Pobre

Muy Bueno

Bueno

Regular

Pobre

Muy Pobre

El procedimiento de Diseño AASHTO predice el porcentaje de pérdida de serviciabilidad (D PSI) para varios niveles de tráfico y cargas de ejes.Entre mayor sea el D PSI, mayor será la capacidad de carga del pavimento antes de fallar.

El procedimiento de Diseño AASHTO predice el porcentaje de pérdida de serviciabilidad (D PSI) para varios niveles de tráfico y cargas de ejes.Entre mayor sea el D PSI, mayor será la capacidad de carga del pavimento antes de fallar.

Capacidad OriginalCapacidad Original

Capacidad finalCapacidad final

ESALSESALS

Serv

icia

bili

dad

Serv

icia

bili

dad

PSIPSI

ServiciabilidadServiciabilidad

T3-S3T3-S3Tractor de tres ejes conTractor de tres ejes con

semirremolque de tres ejessemirremolque de tres ejes

Tráfico de Diseño AASHTOTráfico de Diseño AASHTO

FEC3FEC3

FEC2FEC2

FEC1FEC1

ESALS ESALS

P1P1 P2

P2 P3P3

P = 18 KIPSP = 18 KIPS

Traducción a Ejes Sencillos EquivalentesTraducción a Ejes Sencillos Equivalentes

Los factores de equivalencia de carga se pueden basar en:Los factores de equivalencia de carga se pueden basar en:


Esfuerzos equivalentes en un cierto punto

Deflexión equivalente en un cierto punto

Pérdida de Serviciavilidad (AASHTO)

Esfuerzos equivalentes en un cierto punto

Deflexión equivalente en un cierto punto

Pérdida de Serviciavilidad (AASHTO)

Respuesta Respuesta del Concreto del Asfalto

Respuesta Respuesta del Concreto del Asfalto

Como la respuesta de los pavimentos es diferente, el factor de equivalencia (FEC) es diferente. Cuando multiplicas el tráfico por las diferentes equivalencias, obtienes

ESALs diferentes.

Como la respuesta de los pavimentos es diferente, el factor de equivalencia (FEC) es diferente. Cuando multiplicas el tráfico por las diferentes equivalencias, obtienes

ESALs diferentes.


Factor de equivalencia de carga para una estructura dada de pavimentoFactor de equivalencia de carga para una estructura dada de pavimento

DAÑOS EN LOS PAVIMENTOS DAÑOS EN LOS PAVIMENTOS

El daño producido a un pavimento por un camión semiremolque de 36 Ton. equivale a 9,523 automóviles.

En las décadas de los 50s y 60s, el porcentaje de camiones pesados era del 6% respecto al tráfico total.

Actualmente, la concentración de camiones pesados es del 25 al 40%.

En México el coeficiente de daño medido de camiones pesados es 4 veces mayor a los Estados Unidos.

El daño producido a un pavimento por un camión semiremolque de 36 Ton. equivale a 9,523 automóviles.

En las décadas de los 50s y 60s, el porcentaje de camiones pesados era del 6% respecto al tráfico total.

Actualmente, la concentración de camiones pesados es del 25 al 40%.

En México el coeficiente de daño medido de camiones pesados es 4 veces mayor a los Estados Unidos.


CARGA = PCARGA = P


CARGA = 2x PCARGA = 2x P

DAÑO DAÑO

DAÑO DAÑO

DAÑO DAÑO

DAÑO DAÑO

DAÑO DAÑO

DAÑO DAÑO

DAÑO DAÑO

DAÑO DAÑO

DAÑO DAÑO

DAÑO DAÑO

DAÑO DAÑO

DAÑO DAÑO

DAÑO DAÑO

DAÑO DAÑO

DAÑO DAÑO

DAÑO DAÑO

DAÑO DAÑO

DAÑOS EN LOS PAVIMENTOS DAÑOS EN LOS PAVIMENTOS

Se puede lograr Mediante:

Trabazón de Agregados

Barras Pasajuntas

Se puede lograr Mediante:

Trabazón de Agregados

Barras Pasajuntas

Transferencia de CargaTransferencia de Carga

AL= x / 2 mm AL= x / 2 mm Carga de llantaCarga de llanta AU= x/2 mmAU= x/2 mm

AL= x mm AL= x mm Carga de llantaCarga de llantaAU= 0 mmAU= 0 mm

Junta 100 % efectivaJunta 100 % efectiva

Junta 0 % efectivaJunta 0 % efectiva

Efectividad En Transferencia De CargaEfectividad En Transferencia De Carga

Transferencia de CargaTransferencia de Carga

Esfuerzo a la Flexión (Módulo de Ruptura) Sć Con la Carga al Tercio

Esfuerzo a la Flexión (Módulo de Ruptura) Sć Con la Carga al Tercio

L/3L/3

LONGITUD DE LA VIGA = L

LONGITUD DE LA VIGA = L

d=L/3d=L/3

Cabeza de Máquina UniversalCabeza de Máquina Universal

L/3L/3 L/3L/3

Propiedades del Concreto (Sć, Ec) Propiedades del Concreto (Sć, Ec)

Módulo de Elasticidad

Ec = 6750 S’c

Ec = 26,454 S’c 0.77


Ec = 6750 S’c

Ec = 26,454 S’c 0.77

Esfuerzo a la Flexión

600 psi

650 psi

700 psi

Esfuerzo a la Flexión

600 psi

650 psi

700 psi


3,900,000 psi

4,200,000 psi

4,600,000 psi


3,900,000 psi

4,200,000 psi

4,600,000 psi

Propiedades del Concreto (S´c, Ec) Propiedades del Concreto (S´c, Ec)

La Propiedad de la Subrasante que influye en el diseño de los pavimentos de concreto es:

Módulo de Reacción, valor k

La Propiedad de la Subrasante que influye en el diseño de los pavimentos de concreto es:

Módulo de Reacción, valor k

Resistencia de la Subrasante (k)Resistencia de la Subrasante (k)

Gato HidráulicoGato Hidráulico

Placas ApiladasPlacas Apiladas

ReacciónReacciónIndicador de

PresiónIndicador de

Presión

Carátula de Deflexión Carátula de Deflexión

Receptor de Reacción

Receptor de Reacción

k (psi/in) = carga unitaria por placa / deflexión de la placa

k (psi/in) = carga unitaria por placa / deflexión de la placa

Prueba de PlacaPrueba de Placa

Resistencia de la Subrasante (k)Resistencia de la Subrasante (k)

1. Reduce la Resistencia de materiales

granulares no ligados.

2. Reduce la Resistencia de la Subrasante.

3. Expulsión de Finos.

4. Levantamientos Diferenciales de Suelos

Expansivos.

5. Expansión por Congelamiento.

1. Reduce la Resistencia de materiales

granulares no ligados.

2. Reduce la Resistencia de la Subrasante.

3. Expulsión de Finos.

4. Levantamientos Diferenciales de Suelos

Expansivos.

5. Expansión por Congelamiento.

Drenaje (Cd)Drenaje (Cd)

Efectos del Agua Atrapada en la Estructura del Pavimento Efectos del Agua Atrapada en la Estructura del Pavimento

ConfiabilidadConfiabilidad

Los factores estadísticos que influyen el comportamiento de los pavimentos son:Los factores estadísticos que influyen el comportamiento de los pavimentos son:

CONFIABILIDAD, R-

La probabilidad estadística de que un pavimento llegue a su vida de diseño.

DESVIACION ESTANDAR, So-

La cantidad de error estadístico presente en la ecuación de diseño resultando de la variación en los materiales, construcción, tráfico, etc.

CONFIABILIDAD, R-

La probabilidad estadística de que un pavimento llegue a su vida de diseño.

DESVIACION ESTANDAR, So-

La cantidad de error estadístico presente en la ecuación de diseño resultando de la variación en los materiales, construcción, tráfico, etc.

Sobrecarpetas de Concreto Sobre AsfaltoSobrecarpetas de Concreto Sobre Asfalto

Para el diseño de estas las únicas variaciones que existen son que se tome en cuenta el valor de So = 0.39 y se tiene que calcular el módulo de reacción de la estructura de pavimento existente.

Esto se hace con las gráficas que se anexan a continuación.

Para el diseño de estas las únicas variaciones que existen son que se tome en cuenta el valor de So = 0.39 y se tiene que calcular el módulo de reacción de la estructura de pavimento existente.

Esto se hace con las gráficas que se anexan a continuación.

Whitetopping ConvencionalWhitetopping Convencional

k Efectivo en la Subbase (psi/in.)k Efectivo en la Subbase (psi/in.)


Espesor de la Subbase (in.)Espesor de la Subbase (in.)

Subrasante k

= 25Subrasante k

= 25

k =

50k =

50

k =

100k =

100

k =

150k =

150

k =

200k =

200

252550507575

100100125125150150175175200200225225250250275275300300325325350350375375400400425425450450475475500500

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 500 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

t = 12

in t

= 10 in

t = 8

int = 6 in

t = 4 in

t = 2 in

t = 12

in t

= 10 in

t = 8

int = 6 in

t = 4 in

t = 2 in

00

100100

200200

300300

400400

500500

600600

700700

8008005

05

0

70

70

90

90

11

01

10

13

01

30

15

01

50

17

01

70

19

01

90

21

02

10

23

02

30

25

02

50

27

02

70

29

02

90

30

03

00

Capa asfalticaCapa asfaltica

Módulo de Soporet de la Estructura

Módulo de Soporet de la Estructura

K efectivo a nivel de base

K efectivo a nivel de base

tt

k efectivo a nivel de base, (psi/in)k efectivo a nivel de base, (psi/in)


DISEÑO DE PAVIMENTOS DE CONCRETO HIDRAULICO

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