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DISEÑO ESTRUCTURAL DE PAVIMENTOS

PAVIMENTOS DE HORMIGON CRITERIO DE DISEÑO SEGÚN

LA GUIA AASHTO 1993

• La regresión empírica del modelo original relaciona el índice de serviciabilidad presente con el espesor de las losas, las cargas por ejes, su magnitud, tipo y repeticiones.

• Ese modelo fue modificado y ampliado usando la fórmula de tensiones de esquinas de Spangler, considerando drenaje, pérdida de soporte, el valor del K efectivo, variaciones en la transferencia de carga, usando el factor j e incorporando en el diseño la confiabilidad.

• Las siguientes variables con sus rangos se consideraron en la prueba AASHO para pavimentos rígidos:

- Espesor de losas : 64 – 318 mm

- Tipo de sub-base : grava arena con finos plásticos

- Espesor de sub-base : 0 – 229 mm

- Suelo de subrasante : A-6, suelos arcillosos

- Espaciamiento entre juntas : 4.6 - 12.2 m

- Traspaso de carga : juntas armadas con barras de diámetro variable dependiendo del espesor de la losa

CONSIDERACIONES DE LA PRUEBA AASHO CONSIDERACIONES DE LA PRUEBA AASHO

– Losas con armaduras

– Tipo de camión : eje simple y tandem

– Peso para eje simple : 90 – 133 KN

– Peso para eje tandem : 107 – 214 KN

– Clima : de Illinois

– Número de ejes aplicados : 1.114.000

– Máximo de aplicaciones de eje de 80 KN 10.000.000 (EE)

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CONSIDERACIONES DE LA PRUEBA AASHO

– Este camino de prueba proporcionó relaciones empíricas entre:

• Espesor de losa• Magnitud de carga• Tipo de eje• Número de aplicaciones de carga• Pérdida de serviciabilidad del camino de prueba.

El modelo empírico original condujo a la siguiente ecuación:

CONSIDERACIONES DE LA PRUEBA AASHO

• Ec. 3.2.1• W = Aplicación de carga para un índice de serviciabilidad terminal.

• G = Una función (logarítmica) de la razón entre la pérdida de serviciabilidad en el tiempo t y la pérdida potencial considerando una serviciabilidad final de 1.5.

• β = Función de diseño y carga, variables que influencian la forma de la curva pv/s w.

• p = Una función de diseño y carga variable que denota el número esperado de pasadas de ejes para un índice de serviciabilidad de 1.5.

β/)(log)(log 1010 GpW +=

CONSIDERACIONES DE LA PRUEBA AASHO

• En la prueba AASHTO se encontró que los términos py β tenían las siguientes expresiones:

• Donde:• D = espesor de losa (mm)• L1= carga fija en un eje simple o eje tamdem (80KN)• L2 = código del eje (1 para simple, 2 para tamdem)

221

10 28.3)45,4

log(62.4)14,25

log(35.785.5)( LogLLLDpLog ++−++=

52.32

46.8

2.52

1

)14,25

(

)45,4

(63.300.1

LD

LL

+

++=β

−−

=5,1

logi

fi

ppp

G

• Esta ecuación tenía las siguientes consideraciones:-No habría variaciones en W para diferentes magnitudes de carga si el valor de la razón tensión/resistencia en la losa de hormigón permanece constante.-Cualquier cambio en la razón tensión/resistencia resultante de cambio de valores de E, K y F, tienen el mismo efecto en W como un cambio en el espesor de la losa.

• Modificaciones a la Ecuación Original

• Este modelo empírico fue modificado y ampliado en 1962 usando las ecuaciones de Spangler para incluir propiedades de los materiales como resistencia a la flexotracción (F), módulo de elasticidad (E) y soporte de la fundación (K).

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Modificaciones a la Ecuación Original

tbFSZrGpW +⋅−+= 01010 /)(log)(log β

( )

−

−=

taashtotftb

ScpFσσ

754,4loglog03295,0065,5 4,2

• Considerando los valores que se obtuvieron en la prueba AASHTO se recomienda considerar un valor de serviciabilidad inicial de

Pi =4.5 para los Pavimentos Rígidosvalor que según algunas relaciones pf(IRI)

corresponde a un IRI de 0,4 m/kmPf = 2.0 Serviciabilidad Final

SERVICIABILIDAD

• Luego la CONFIABILIDAD según AASHTO es la probabilidad de que la estructura de un pavimento se comporte de acuerdo a lo esperado durante el periodo de diseño.

• El NIVEL DE CONFIANZA es la probabilidad de que la serviciabilidad real del pavimento sea igual o mayor a la esperada

• El factor de confiabilidad Fr del diseño se expresa como:

Fr = 10Zr*S0

Log (Fr) =Zr*S0• Zr valor asociado al nivel de confianza de la distribución normal• S0 desviación normal del error combinado

CONFIABILIDAD

• Zr es un valor estadístico que depende únicamente del nivel de confianza adoptado para el diseño

CONFIABILIDAD

NIVEL DE CONFIANZAR%

COEFICIENTE Zr

506070758085909599

0.0000.2530.5240.6740.8411.0371.2821.6452.327

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• La desviación normal del error combinado S0 abarca las varianzas estimadas para cada uno de los factores asociados con la predicción del modelo, incluyendo la varianza de la predicción del transito.

• Los estudios y análisis realizados por AASHTO concluyeron que incluyendo todos los factores el factor S0 tiene los valores:

• S0 = 0.39 para los pavimentos rígidos• S0 = 0.34 si no se incluye como factor la predicción del transito

CONFIABILIDAD

NIVEL DE CONFIANZA Y VALOR DEL S0

CONFIABILIDAD

MODULO DE REACCION DE LA SUBRASANTE

• El modulo de reacción de la subrrasante K es un parámetro que se utiliza para caracterizar la capacidad de soporte de la fundación del camino o subrrasante.

• Muchas veces se le agrega la denominación efectiva para indicar que se esta utilizando un valor medio compensado que toma en consideración las eventuales variaciones estacionales que puede experimentar este parámetro a lo largo del año.

• Correlaciones con el CBR– La siguiente relación permite estimar el valor de K cuando se conoce el

CBR K(Mpa/m)=69.78Log10(CBR)-10.16

Módulos del Hormigón

• Elástico 29000 MPa• Sc: resistencia flexotracción

• Sc=FC * fc• fc: resistencia a la compresión cilíndrica• Por otro lado E=4779,4 fc0.5

• Es decir Sc = +/- 4,6 - 5,2

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Tensión de borde

L: Largo Losa

Clima

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Tensión en condiciones AASHTO

Verificación Ecalonamiento (<5mm)

Verificación Carga Esquina

Se debe verificar que:Tensión de esquina (∆T -) < Tensión de borde (∆T +)

Tensión de esquina

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EjemploTránsito solicitante 10 MEE

Espesor verificado 20cm ; Largo losa 3,5m

Verificaciones

• Escalonamiento = 1,4 mm < 5 mm OK• Tensión de borde = 1,96 Mpa

∆T - = 10,8ºC• Tensión de Esquina = 1,81 MPa

∆T - = -12,2 ºC

T esquina < T borde OK