diseño de pavimentos rígidos
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DISEÑO DE PAVIMENTOS RIGIDOSTRANSCRIPT
DISEÑO DE PAVIMENTOS RÍGIDOS
1. INTRODUCCIÓN:
Los Pavimentos Rígidos, utilizan una capa de hormigón, simple o armado, como superficie de rodado para la circulación vehicular, la que se encuentra apoyada directamente sobre una base granular.
Debido a que el hormigón presenta deformaciones de acortamiento durante su operación, las que se producen desde su endurecimiento inicial, debe ser dimensionado en secciones de un largo máximo para configurar lo que se denomina una “losa de hormigón”, y que da lugar a las denominadas juntas del pavimento.
En el presente informe se dará a conocer los distintos métodos para el diseño de pavimentos rígidos (diseño de espesor de losa, diseño de juntas).
2. PAVIMENTO RÍGIDO:
Pavimento constituido por un conjunto de losas de concreto de cemento portland que se pueden construir directamente sobre la subrasante preparada o sobre una capa intermedia de apoyo (base o subbase), elaborada con materiales granulares o estabilizados o con un concreto pobre.
2.1. TIPOS DE PAVIMENTOS RIGIDOS:
2.1.1. Concreto simple con juntas.2.1.2. Concreto reforzado con juntas.2.1.3. Concreto con refuerzo continuo.2.1.4. Concreto con refuerzo estructural.
2.1.1. CONCRETO SIMPLE CON JUNTAS:
Contiene suficientes juntas para controlar todas las grites previsibles.
Este tipo de pavimento no lleva acero de refuerzo Puede llevar varillas lisas en las juntas transversales y varillas
corrugadas en las juntas longitudinales El espaciamiento entre juntas transversales oscila entre 3.5 y
6.5 metros.
2.1.2. CONCRETO REFORZADO CON JUNTAS:
La longitud oscila entre 7.5 y 15 metros, motivo por el cual requieren acero de refuerzo para mantener unidas las fisuras transversales que se desarrollan.
El acero de refuerzo no tiene por función tomar esfuerzos de tención producidos por las cargas de tránsito
La cantidad requerida de acero es pequeña del orden de 0.1% a 0.2% de la sección transversal de pavimento.
Son pocos utilizados en la actualidad.
2.1.3. CONCRETO CON REFUERZO CONTINUO:
No requieren juntas transversales de contracción a intervalos regulares.
Contienen mayores cuantías de acero de refuerzo, generalmente de 0.5% a 0.8% del área transversal del pavimento.
El acero intenta forzar al pavimento a intervalo pequeños, de 1 a 2 metros y mantiene firmemente las grietas que se forman.
Los pavimentos de refuerzo continuo, se construyen sin juntas de construcción, sin embargo, por la presencia del refuerzo se desarrolla un alto grado de transferencia de carga en las caras de las fisuras.
2.1.5. CONCRETO CON REFUERZO ESTRUCTURAL:
En estos pavimentos el acero asume tensiones de tracción y compresión, de manera que posible reducir el espesor de las losas.
Se utilizan principalmente en pisos industriales, donde las losas deben resistir cargas de gran magnitud.
Las dimensiones de las losas son similar a la de los pavimentos de concreto simple.
3. CRITERIOS PARA EL DISEÑO DE PAVIMENTOS RÍGIDOS:
El diseño estructural de un pavimento de hormigón está condicionado por una serie de factores que determinan la capacidad que deberá tener el pavimento en cuanto a resistencia del hormigón, y espesor de la losa. Dentro de ellos se encuentran los siguientes:
Tránsito solicitante, expresado en Ejes Equivalentes (EE). Longitud y ancho de la losa. Diseño y tipo de juntas (forma y espaciamiento). Características climáticas y de drenaje. Módulo de reacción de la subrasante K. Propiedades del hormigón. Tipo de confinamiento.
Para realizar el diseño de un pavimento rígido, se debe contar con conocimiento de los métodos disponibles y del comportamiento del hormigón, así con información mínima confiable que permita realizar la
mejor aproximación de variables de entrada que lleven a un diseño de calidad que asegure la vida útil del pavimento.
El estudio del comportamiento bajo servicio de pavimentos normalmente construidos, sometidos a tránsito mixto, el cual ha constituido la mayor fuente de conocimiento.
4. DISEÑO DE ESPESOR DE LOSA:
La losa tiene un gran efecto repartidor de cargas, las cuales provienen de su peso propio y de las cargas que sobre ella circulan, por lo que la presión de contacto entre la losa y la base es sólo una pequeña fracción de la carga superficial, efecto que se denomina usualmente como “acción de viga” de los pavimentos rígidos y que le permiten no exigir tanta capacidad a la base de apoyo, en comparación a los pavimentos flexibles.
4.1. Método AASHTO:
Donde:
W18 = Tránsito estimado para el periodo de vida útil en ejes equivalentes de 18 kips (80 kN) “ESALs”
ZR = Factor de desviación Normal para el nivel de confiabilidad R S0 = Desvío estándar de todas las variables D = Espesor de la losa en pulgadas ΔPSI = Pérdida de serviciabilidad prevista en el diseño Pt = Serviciabilidad final S’C = Módulo de rotura del hormigón en (psi) J = Coeficiente de transferencia de cargas Cd = Coeficiente de drenaje EC = Módulo de elasticidad del hormigón en (psi) K = Módulo efectivo de reacción de la subrasante (psi/pulg)
4.2. METODO PORTLAND CEMENT ASSOCIATION(PCA):
4.3. METODO FAA:
5. DISEÑO DE JUNTAS:
5.1. FUNCIONES DE LAS JUNTAS DE LOS PAVIMENTOS RÍGIDOS:
Controlar el agrietamiento transversal y longitudinal generado por la contracción restringida del concreto y por los efectos combinado del alabeo y las cargas del tránsito
Permitir los movimientos de las losas Asegurar una adecuada transferencia de carga Proveer espacio para el material desello
5.2. FISURACIÓN INICIAL DEL CONCRETO:
La contracción generada durante las primeras horas de vida del pavimento, a causa de la reducción de volumen y temperatura del concreto, genera fricción entre el pavimento y el soporte
Esta fricción produce esfuerzos detracción que causan un patrón de fisuramiento transversal a intervalos del orden de 10 a 45 metros.
Debido a la acción de gradientes térmicos, los segmentos en los cuales se ha dividido el pavimento tienden a alabearse, generándose esfuerzos deflexiones proporcionales a la longitud de los segmentos, los cuales exceden el módulo de rotura, dando lugar a la aparición de fisuras intermedias.
El proceso se sigue repitiendo hasta que las dimensiones de los segmentos sean tales, que la magnitud del esfuerzo generado por el gradiente térmico resulte inferior al módulo de rotura del concreto
5.3. PROPÓSITO DEL PROYECTO DE JUNTAS:
Determinar las dimensiones de las losas que conduzcan a la forma más económica de controlar la fisuración transversal y longitudinal debida a cambios volumétricos del concreto y al alabeo restringido.
5.4. TIPOS DE JUNTAS DE PAVIMENTOS RIGIDOS:
El diseño de las juntas, que deben realizarse en el hormigón, forma parte integrante del sistema estructural de los pavimentos de hormigón, ya que sus características (espaciamiento, tipo, dimensiones, barras, sellos, etc.) son un factor importante a considerar con relación a las tensiones de la losa y la durabilidad del pavimento y por lo tanto condicionan importantemente su diseño y comportamiento en servicio. Se distinguen los siguientes tipos de juntas:
Juntas longitudinales. Juntas transversales de dilatación. Juntas transversales de contracción. Juntas transversales de construcción.
En la Figura se presentan los elementos principales que componen un pavimento de hormigón, de manera de identificar en ella los tipos de juntas y barras, las que serán descritas en los acápites siguientes.
5.4.1. JUNTAS LONGITUDINALES:
TIPO DESCRIPCION UBICACIONLONGITUDINAL De contracción sin varillas Entre carriles vecinos
construidos al mismo tiempo si no hay riego de separación entre losas
De contracción con varillas de anclaje
Entre carriles vecinos construidos al mismo tiempo, si existe riego de separación entre losas
De construcción machihembrada
Entre carriles vecinos cuando no son construidos simultáneamente
De construcción machihembrada con varillas de anclaje
Entre carriles vecinos cuando son construidos simultáneamente
Las barras de anclaje para cualquier junta longitudinal que se requiera, se diseñan para resistir la fuerza de traccion generada por la friccion entre la losa del pavimento y la subrasante.
JUNTAS LONGITUDINALES DE CONSTRUCCION
5.4.2. JUNTAS TRANSVERSALES:
5.4.3. JUNTAS DE EXPANSION:
Se ejecutan en posición transversal al eje de cambio, tiene el fin de permitir el movimiento horizontal del pavimento, con respecto a estructuras existentes, como estribos de puentes, alcantarillas, etc. Se utilizan también en la unión de dos tramos de diferente dirección.
TIPO DESCRIPCION UBICACIONTRANSVERSAL De contracción sin
pasadoresEn todas juntas transversales de contracción donde no se especifique pasadores
De contracción con pasadores
En juntas transversales de contracción que no estén sometidos a transito liviano
De construcción con pasadores
Al término de la jornada o por suspensiones imprevistas en la pavimentación
5.5. DIMENSIONES MÍNIMAS DE LOS PASADORES DE CARGA PCA (1975):
5.6. RECOMENDACIONES SOBRE VARILLAS DE ANCLAJE GRADO 60 ENLAS JUNTAS LONGITUDINALES :
5.7. ESPACIAMIENTO ENTRE JUNTAS:
El espaciamiento entre juntas de contracción de pavimentos de hormigón simple depende de factores principalmente locales, como calidad de materiales y condiciones climáticas. La AASHTO
recomienda que el espaciamiento entre juntas en pies no debe ser mayor a dos veces el espesor de la losa en pulgadas, dicho de otra manera no debe ser mayor a 24 veces el espesor de la losa, para pavimentos sobre sub-base no estabilizada. Para sub-bases estabilizadas no debe ser mayor a 21 veces el espesor de la losa.
La juntas longitudinales de pavimentos rígidos de calles y carreteras suelen cumplir la doble función de dividir el pavimento en carriles y de controlar las fisuras longitudinales
La separación entre juntas transversales de contracción, que determina la longitud de las losas, debe garantizar que la abertura de la junta no sea excesiva si la transferencia de carga es por trabazón de agregados
5.8. RECOMENDACIONES GENERALES PARA LA DISPOSICIÓN DE JUNTAS EN PAVIMENTOS DE CONCRETO SIMPLE:
Las juntas tienen por finalidad ayudar a la construcción y minimizar los agrietamientos aleatorios del pavimento
Se debe tener en cuenta que el concreto tiende siempre a tomar la forma cuadrada
Las losas largas y estrechas tienden a agrietarse más que las losas aproximadamente cuadradas
La relación largo/ancho no debería exceder de 1.4 Las losas delgadas se tienden a agrietar a menores
intervalos que las losas espesas
Los lados de las losas en las zonas de giro no deben tener menos de 45cm
Se deben hacer ajustes menores en la distribución de juntas donde haya sumideros o pozos de inspección y las losas donde ellos queden incluidos suele armarse en la parte superior.
EJEMPLO :
SEGÚN LA FAA DIMENSIONAR EL ESPESOR Y LONGITUD MAXIMA DE LOSA DEL PAVIMENTO.
CONSIDERAR UN AREA DE: 70X25 M2 COLUMAS DE 35X50 M2- 11 unidades de columna LA LONGITUD DE PAÑOS EXTREMOS DE EJE A EJE DE COLUMNA
ES DE 6.30 m. NAVE INDUSTRIAL
Asumir: e losa = 15 cm (15.91plg)
SEGÚN FAA
long ( pies )esp ( plgs )
≤2
Long (pie) ≤ 2 (5.91) = 11.82 pie
Long (losa) ≤ 3.60 m
Calculo del lado transversal (sentido longitudinal de la losa)
Long (losa) ≤ 3.60 m
¿ paños=253.60
=6.94 paños
Asume = 7 paños
long pañ o=257
=3.571m
