diseÑo de sobrecapas (grupo nº4).docx

8/11/2019 DISEO DE SOBRECAPAS (GRUPO N4).docx

1/36

INDICE

CAPITULO 13

13.0 DISEO DE SOBRECAPAS

13.1 TIPOS DE SOBRECAPAS

13.2 METODOLOGIAS DE DISEO

13.3 METODO DEL INSTITUTO DE ASFALTO

13.4 METODO DE LA ASOCIACION DE CEMENTO PORTLAND

13.5 METODO ASHTO


2/36

DISEO DE SOBRECAPAS

INTRODUCCIN

Una sobrecapa de refuerzo se define como un tipo de rehabilitacin estructural que permitir al pavimento

antiguo recuperar la capacidad estructural perdida por los aos de servicio, o en todo caso mejorar la

capacidad inicial de diseo.

serviciabilidad inicial (P1) nmero de aplicaciones de carga(N) serviciabilidad mnimo (P2) nmero de cargas actuales (NP) nmero de cargas que producen la rotura del pavimento (N1.5) Capacidad estructural original (SCo) capacidad estructural efectiva(SCef) trnsito futuro esperado (Nf) capacidad estructural requerida (SCf) Capacidad estructural del refuerzo (SCol)

Variacin de la capacidad estructural de un pavimento en el tiempo*

*Tomado de la National Cooperative Highway Research Program (NCHRP), ao 1994, No 204

El refuerzo debe ser capaz de brindar al pavimento reforzado resistencia (capacidad para soportar la accin

del trfico) y durabilidad (capacidad para resistir la accin del medio ambiente), durante el perodo para el

cul ha sido diseado. Todo esto, en condiciones de vialidad adecuados y con gastos de conservacin

(mantenimiento) normales para el tipo de carretera que se est rehabilitando.

En la concepcin de un refuerzo intervienen fundamentalmente los siguientes factores:

a) Factores internos

El estado superficial del pavimento que se pretende reforzar.

La estructura del pavimento existente, naturaleza y estado de cada una de sus capas

componentes.

El tipo de material a emplear en el refuerzo.


3/36

b) Factores externos

Disponibilidad de fondos adecuados para realizar el refuerzo.

Disponibilidad de materiales y equipos.

Como se manejar el trnsito de la va durante la ejecucin de las obras de refuerzo y el costo dela demora del usuario.

Problemas constructivos como: ruido, contaminacin, instalaciones subterrneas, etc.

El estado del sistema de drenaje de la carretera antes del refuerzo y posibilidades de mejora del

mismo.

Cargas de trnsito futuras.

Clima local.

13.1 TIPOS DE SOBRECAPAS

A medida que la edad de los pavimentos transcurre estos se deterioran y finalmente se requiere algn tipo

de tratamiento para proporcionar un servicio seguro y til para los usuarios.

Los cuatro tipos de sobrecapas son:

Sobrecapas de HMA en pavimentos de asfalto,

Sobrecapas de HMA en pavimentos de PCC,

Sobrecapas de PCC en pavimentos de asfalto y

Sobrecapas de PCC en pavimentos de PCC.

13.1.1 Sobrecapas de HMA sobre pavimentos de asfalto

La sobrecapa de HMA es el tipo predominante de repavimentacin en pavimentos de asfalto.

Si el pavimento existente est debidamente reparado antes de poner la sobrecapa, normalmente se puede

lograr un diseo satisfactorio. Los tipos de materiales utilizados en el pavimento existente y la superposicin

flexible permiten el uso de los programas de capa elstica para ser aplicado en el diseo.

Se utiliza para corregir deficiencias superficiales del pavimento-relacionadas con la comodidad de

circulacin y la resistencia al deslizamiento-y para incrementar su capacidad estructural

El tipo ms comn de sobrecapa es el elaborado con mezclas asflticas en caliente, preparadas con

asfalto convencional o modificado

El espesor del refuerzo vara entre 25mm y 200mm

La vida til depende del estado del pavimento por reforzar, del tipo de mezcla utilizada y del

espesor colocado


4/36

La sobrecapa se suele complementar con algunas medidas previas de proteccin para retardar el reflejo

prematuro de grietas del pavimento existente, si el bacheo resulta impracticable:

Geosintticos

Membranas absorbentes de esfuerzos(SAMI)

Capas de alivio del reflejo de grietas

EMPLEO DE GEOTEXTIL COMO SISTEMA DE PREVENCIN DEL REFLEJO DE FISURAS

EMPLEO DE GEOTEXTIL COMO SISTEMA DE PREVENCIN DEL REFLEJO DE FISURA

Geotextil Geomalla


5/36

MEMBRANAS ABSORBENTES DE ESFUERZOS

CAPAS DE ALIVIO DEL REFLEJO DE GRIETAS

Riego de emulsin y

colacin de geotextilMezcla colocadaExtensin y compactacin

de la mezcla


6/36

13.1.2 Sobrecapas de HMA sobre pavimentos de PCC

Aunque las sobrecapas de HMA se han utilizado ampliamente en pavimentos de PCC, este tipo de

superposicin es la ms difcil de analizar mecnicamente porque se trata de dos tipos de materiales

diferentes. Tericamente, los programas de elementos finitos pueden utilizarse considerando el HMA como

la capa superior y el PCC como la capa inferior. Sin embargo, con grietas en las losas de hormign existentes,

es difcil modelar la losa inferior. Este tipo de sobrecapa tambin puede ser analizado por un programa de

capa elstica, si se conocen los factores de ajuste de tensin para cargas de borde y esquina.


7/36

GEOTEXTIL

COLOCACIN SOBRE LAS JUNTAS


8/36


9/36

13.1.3 sobrecapas de PCC en pavimentos de asfalto

El uso de sobrecapas de PCC en pavimentos de asfalto es algo raro. Sin embargo, se han utilizado con xito

en los Estados Unidos y otros pases. El procedimiento de diseo es similar a la de nuevos pavimentos ya que

utiliza el pavimento existente como base. Para evitar la reflexin de grietas, todas las grietas de alta

gravedad en el pavimento de asfalto existente debe ser reparado y sellado.

Su finalidad es incrementar la capacidad estructural del pavimento

13.1.4 Sobrecapa de PCC en pavimentos de PCC


10/36


11/36

13.3 METODO DEL INSTITUTO DE ASFALTO

INTRODUCCION

Una sobrecapa de refuerzo se define como un tipo de rehabilitacin estructural que permitir al pavimento

antiguo recobrar parte de su capacidad estructural perdida por los aos de servicio.Lo que se pretende con las sobrecapas de refuerzo es redisear el paquete estructural del pavimento. Esdecir por ejemplo si en un principio el pavimento fue diseado para un paquete estructural de espesor totalh0, al pasar los aos este espesor se reduce a un espesor h1, menor que h0. Aprovechando el remanente decapacidad estructural que an le queda al pavimento, en este caso h0 h1, s redisea el paqueteestructural para recuperar la capacidad perdida o en muchos casos mejorar la capacidad inicial de diseo.

El Instituto del Asfalto ha desarrollado dos mtodos de diseo:

Procedimiento del espesor efectivo: Este mtodo est basado en el estudio de cada una de las capas

componentes del pavimento, convirtiendo cada capa a un espesor efectivo segn el estado en que seencuentre.

Procedimiento de deflexiones: Este mtodo est basado en el estudio de las deflexiones del pavimento,medidas con instrumentos especiales como la viga Benkelman.

FACTORES BSICOS PARA EL ESTUDIO DE REFUERZOS

El refuerzo se concibe de una forma tal que permita al pavimento reforzado resistir la accin del trnsitodurante el periodo para el que ha sido diseado, en condiciones de vialidad adecuados y con gastos deconservacin normales para el tipo de carretera que s este rehabilitando.En la concepcin de un refuerzo (estructura del mismo, tipos de materiales a emplear), intervienenfundamentalmente los siguientes factores:


12/36

El estado superficial del pavimento que se pretende reforzar. La estructura del pavimento existente, naturaleza y estado de cada una de sus capas componentes. El estado del sistema de drenaje de la carretera antes del refuerzo y posibilidades de mejora del mismo. La capacidad resistente del pavimento existente, est puede ser determinada mediante la medida dedeflexiones.

Tipo de trnsito que soporta actualmente la va a rehabilitar. El tipo de material a emplear en el refuerzo. Si se pretende realizar ensanches, es necesario conocer el procedimiento constructivo y la estructura delpavimento en las bandas de ensanche. Como se manejara el trnsito de la va durante la ejecucin de las obras de refuerzo Caractersticas de las bermas laterales.Como se puede notar en este resumen de factores que deben tomarse en cuenta al momento de disear unrefuerzo, se incluyen factores propios de la estructura del pavimento, y factores externos como el drenajeque tienen por finalidad corregir deficiencias en el diseo original.

ESTUDIOS PRELIMINARES

El procedimiento generalmente utilizado para cuantificar la capacidad resistente del pavimento es la medidade deflexiones. Como etapa previa a la medida de las deflexiones es importante dividir la carretera a

reforzar en tramos, esto permitir identificar zonas singulares a las que puede drsele un tratamientoespecial. Entre los principales criterios a tener en cuenta para realizar una tramificacin se puedenmencionar:

Variaciones sensibles en las solicitaciones de trnsito pesado (causadas, p or ejemplo, por la existencia deintersecciones). Variaciones en las condiciones climticas, que pueden influir sensiblemente en la temperatura del

pavimento y en el grado de humedad de la subrasante. Cambios importantes en el tipo de suelo de la subrasante. Cambios importantes en la seccin transversal. Cambios importantes en el tipo o espesor del pavimento existente o algunas de sus capas. Variacin en el estado del pavimento.

Variacin de las condiciones de drenaje.

Est trmificacin previa es de gran importancia sobre todo en proyectos de gran longitud y en aquellos enque, por falta de tiempo o de medios, no sea posible efectuar la medida de la deflexin en toda la longitud areforzar, puesto que permite seleccionar secciones representativas de cada uno de los tramos cuyocomportamiento sea previsiblemente distinto.

FACTORES DE DIMENSIONAMIENTO DE UNA REHABILITACIN ESTRUCTURAL

Los factores bsicos a tener en cuenta en el dimensionamiento de un refuerzo son los siguientes:

a) Anlisis del trnsitoEste factor es el ms importante, por lo que debe reflejar correctamente el tipo de trfico que recibir la vaa reforzar durante su nuevo periodo de diseo.

b) Tipo de pavimento existenteDependiendo del tipo de pavimento pueden existir combinaciones en el tipo de material que se utilizara enla sobrecapa de refuerzo tal como se muestra.

Tipos de sobrecapas segn el pavimento existente.


13/36

c) Estudio de deflexionesLa deflexin es el valor del desplazamiento producido en la superficie del pavimento al aplicarle una carganormalizada. En el Per no existe una norma al respecto.Este es el parmetro que indicar en qu estado se encuentra el pavimento. Depende de una serie defactores entre los que se pueden destacar: el tipo de pavimento, el estado del pavimento, la temperaturadel pavimento, el equipo de medida. Los valores de la deflexin generalmente se expresan en centsimas omilsimas de milmetro.

d) MaterialesEl material usado en la sobrecapa podr ser del mismo tipo del pavimento antiguo o mejorarlo, estodepender del anlisis sobre el comportamiento que ha tenido el material,del pavimento antiguo.

2. PROCEDIMIENTO DE DISEO.

2. 1 SOBRECAPAS ASFALTICAS SOBRE ESTRUCTURAS DE PAVIMENTO ASFALTICO

Utilizando el procedimiento desarrollado por el Instituto del Asfalto se presentan dos mtodos para eldiseo de sobrecapas asflticas sobre pavimentos asflticos (procedimiento del espesor efectivo yprocedimiento de deflexiones).

Para calcular el espesor efectivo de un pavimento existente, es necesario conocer la composicin de cadacapa que compone el pavimento, el espesor de cada capa del pavimento y el espesor de la subrasante. Paracompletar el proceso de diseo es tambin necesario, hacer una estimacin del trnsito futuro al que seexpondr el pavimento despus de la sobrecapa.

El espesor de la sobrecapa es la diferencia entre el espesor requerido para que un pavimento nuevo soporteel trnsito futuro al que el pavimento estar expuesto despus de la sobrecapa y el espesor efectivo delpavimento existente.

2.1.1 METODO DELESPESOR EFECTIVO

2.1.1.1ANALISIS DE LA SUBRASANTE

Para disear el espesor de una sobrecapa usando el mtodo del espesor efectivo, es necesario conocer laspropiedades de la subrasante. Aun cuando se disponga de los registros de los diseos originales, esrecomendable efectuar algunas pruebas de carcter limitado, para asegurar al Ingeniero de diseo que no

ha habido ningn cambio en las condiciones del suelo durante la vida de la vialidad existente. Cuando no sedisponga de los datos de diseo originales, deber establecerse la resistencia del suelo de la subrasante.Por este motivo, uno de los primeros pasos en el procedimiento del espesor efectivo es recolectarespecmenes de suelo para verificar o determinar los valores de resistencia sobre el cual basar el diseo delespesor total requerido. Se deber seleccionar especmenes aleatoriamente por cada tipo de sueloencontrado.Las muestras del suelo de subrasante son ensayadas en el laboratorio para determinar sus valores deresistencia.


14/36

2.1.1.2 ANALISIS DEL TRANSITO

Determinar el ESAL de Diseo.

2.1.1.3 ESPESOR EFECTIVO DE LA ESTRUCTURA DE UN PAVIMENTOEXISTENTE

El Instituto del Asfalto presentan dos mtodos para determinar el espesor efectivo, Te, de las capas de unpavimento existente.

El mtodo 1 involucra el uso de un factor de conversin para la estructura total del pavimento, basndoseen una calificacin simple del ndice de serviciabilidad (PSI), ms el uso de factores equivalentes, paraconvertir los diversos materiales del pavimento, a espesores equivalentes de concreto asfltico.

El mtodo 2 involucra el uso de factores de conversin para cada capa del pavimento (con base en lacondicin de cada capa con anterioridad a la sobrecapa), para convertir directamente cada capa, a unespesor equivalente de concreto asfltico.

Mtodo 1Para determinar los factores de conversin (C), el Instituto del Asfalto plantea el nomograma que se muestraen la figura 1. Estos factores estn basados en un anlisis de la vida remanente de estructuras tpicas depavimento, usando el ndice de serviciabilidadpresente (PSI) como una medida de la fatiga del pavimento.En la figura 1 se presentan dos curvas que representan el comportamiento de los pavimentos despus de lasobrecapa. De las investigaciones realizadas por el Instituto delAsfalto se ha observado que despus de colocada la sobrecapa, algunos pavimentos exhiben una tasareducida de cambio en el PSI, comparado a su tasa de cambio antes de la sobrecapa. La curva superior (lneaA) representa est condicin. La curva inferior (lnea B) representa una tasa proyectada de cambio en el PSI,aproximadamente igual a la misma antes de la sobrecapa, y es algo ms conservadora. La eleccin entre lasdos curvas es en su mayor parte una materia de juicio y experiencia.En lo referente a los factores de equivalencia el Instituto del Asfalto presenta una tabla de factores deequivalencia de bases con emulsin asfltica (tabla 1).En la tabla 1 se aprecia que los factores de equivalencia varan dependiendo de las caractersticas de la base.Los tipos de base se identifican por los tipos I, II III. Las caractersticas que deben tener estas bases son:Tipo I - Mezclas en planta de asfalto emulsionado, con agregados procesados de gradacin densa, y con

propiedades similares a las del concreto asfltico.Tipo IIMezclas de asfalto emulsionado, con agregados semiprocesados, triturado sin zarandear, grava enbruto, o de banco en bruto.Tipo IIIMezclas de asfalto emulsionado con arenas-limosas.

Figura 1 Factores de conversin C (tomado de manual MS-17, 1983, AsphaltInstitute)

Tabla 1. Factor de equivalencia para convertir capas de otros tipos de materiales a espesores equivalentesde concreto asfltico.


15/36

Se calcula el espesor efectivo, Te, de cada capa del pavimento existente, utilizando la siguiente formula:

Donde:he = Espesor efectivo de cada capa del pavimento existente.hi = Espesor real de cada capa del pavimento existente.Ci = Factor de conversinE = Factor de equivalencia

(NOTA: El uso del mtodo 1 se restringe a los pavimentos que tienen como componentes materialesenumerados en la tabla 5.11. Para pavimentos que contienen otros tipos de materiales, no incluidos en latabla 5.11, debe usarse el mtodo 2 para determinar el espesor efectivo).

Mtodo 2

Este mtodo a diferencia del anterior que consideraba un solo factor de conversin para todas las capas delpavimento, considera factores de condicin individuales. Para determinar el factor de conversin apropiado(C) de cada capa, el Instituto del Asfalto presenta la tabla 2.Otra diferencia de resaltar de este mtodo, es que puede aplicarse a pavimentos de concreto, pues en latabla 2 se incluyen factores de conversin que describen este tipo de pavimentos.En la tabla 2 se presentan siete factores de conversin, cada uno con caractersticas distintas. El diseadorde acuerdo a como encuentre cada capa del pavimento elegir el factor de conversin que ms se asemeje alo encontrado en campo.A continuacin se presenta la metodologa a seguir en el presente mtodo:

Se calcula el espesor efectivo, he, de cada capa del pavimento existente, utilizando la siguiente formula:

Donde:he = Espesor efectivo de cada capa del pavimento existente.hi = Espesor real de cada capa del pavimento existente.Ci = Factor de conversin (de tabla 2).

2.1.1.4 CALCULO DEL ESPESOR DE LA SOBRECAPA

El espesor de la sobrecapa requerida es la diferencia entre el espesor requerido para un nuevo pavimento yel espesor efectivo del pavimento existente. El

ho= hn- he125Donde:ho = Espesor de sobrecapahn = Espesor del pavimento nuevo requerido para el trnsito esperado (ESALd) y las condiciones de lasubrasante (Mr), despus de la sobrecapa. Este se obtiene de la carta de diseo que se muestra en la figura2he = Espesor efectivo de la estructura del pavimento


16/36

Fig. 2. Design Chart for full-Depth HMA

Tabla 2 Factores de conversin para convertir espesores de componentes del pavimento existente aespesor efectivo (he).


17/36

* Los valores y rangos de los Factores de Conversin son multiplicados para la conversin de los espesoresde capas estructurales existentes, a espesor equivalente de concreto asfltico.** cumplen originalmente con los requerimientos mnimos de resistencia y compactacin de la mayora dedepartamentos estatales de carreteras.


18/36

2.1.2METODO DE DEFLEXIONES

2.1.2.1 EVALUACIN PARA EL DISEO DE SOBRECAPAS SOBRE UNA ESTRUCTURA DE PAVIMENTO

ASFALTICO.

El procedimiento general para usar las deflexiones del pavimento en su evaluacin estructural es el

siguiente:1. Establecer la longitud del pavimento a ser incluida en la evaluacin estructural. Se realiza la tramificacindel rea a evaluar para tener mejor eficacia2. Se lleva a cabo una investigacin de deflexiones (mnimo 13 mediciones /km)3. Se toma las temperaturas al momento de efectuar las mediciones a fin de ajustar las medidas a unatemperatura estndar de 21C.4. Se calcula el rebote representativo de la deflexin (RRD-RepresentativeReboundDeflection) orecuperacin eslastica.5. Se realiza el respectivo anlisis de trnsito, ESAL de diseo (ESALd).6. Sobre la base de los datos anteriores se determina el espesor de la sobrecapa.

2.1.2.2 LONGITUD DE PAVIMENTO PARA LA EVALUACIN ESTRUCTURAL

El deterioro del pavimento no es igual a lo largo del pavimento que est siendoconsiderado para llevar unasobrecapa. Este cambio puede ser en el aspecto superficial, aspecto estructural (resistencia de las capascomponentes del pavimento) y en las condiciones externas al pavimento (bermas, condiciones de drenaje).En consecuencia, se puede decir que en este tipo de proyectos es importante realizar una divisin ensecciones de caractersticas homogneas, con la finalidad de disear un espesor de sobrecapa adecuadopara cada caso y no incurrir en un sobrediseo que traera como consecuencia el encarecimiento delproyecto.En algunos casos, pueden estar disponibles los datos de las deflexiones, como para establecer secciones dediseo separadas. Bsicamente el procedimiento involucra el ploteo de los datos de deflexiones porestaciones, seleccionando las reas adyacentes quetengan aparentemente la misma deflexin promedio yensayando para encontrar su significado estadstico.

2.1.2.3 INVESTIGACION DE LAS DEFLEXIONES

La magnitud de la deflexin de un pavimento es un indicador de su capacidad para soportar las cargas detrnsito.Para medir las deflexiones del pavimento se encuentran disponibles un nmero de dispositivos que intentansimular la respuesta a la carga de una rueda mvil. Se encuentran disponibles algunas aproximaciones,incluyendo la medicin de la deflexin esttica usando cargas a escala natural y la medicin de la deflexindinmica usando cargas dinmicas de estado sostenido o cargas dinmicas de impacto.Como ya se mencion anteriormente, hoy en da existe una gran variedad de instrumentos para realizar lainvestigacin de las deflexiones, pero el que ms se ha usado y se sigue usndose es la viga Benkelman poresto probablemente tiene una base de datos mas ampliamente desarrollada para su empleo en la medicinde deflexiones de pavimentos de carreteras, por lo cual el procedimiento de diseo estar basado en unensayo de rebote usando este dispositivo.

El procedimiento de medicin se efecta realizando el ensayo respectivo en la huella vehicular externa, enun mnimo de diez estaciones seleccionadas dentro de cada seccin de igual, o de cercanamente igualcomportamiento (basadas en los resultados de una investigacin de la condicin), o un mnimo de 13estaciones por kilmetro (20 por milla).A continuacin se establece un valor del rebote representativo de las deflexiones medidas (RRD), este es lamedida de los rebotes de las deflexiones medidas, ajustada por temperatura y para los periodos ms crticosdel ao ms dos desviaciones estndar. Este valor representa aproximadamente el 97% de todas lasdeflexiones medidas.Un tratamiento especial se debe dar a las zonas en las que se ha obtenido deflexiones localizados demagnitud mayor al promedio de los rebotes de la deflexin corregida, msdos desviaciones estndar. En


19/36

estas zonas se debern realizar mediciones adicionales con la finalidad de determinar la extensin de lasreas dbiles. Por esto en estas zonas, se debe realizar un trabajo previo al recapeado que puede ser unbacheo o un incremento localizado del espesor, con la finalidad de proporcionar un soporte uniforme entoda el rea de la seccin que se est evaluando.

2.1.2.4 REBOTE REPRESENTATIVO DE LA DEFLEXIN

Concluidos los ensayos de deflexin sobre la seccin del pavimento, a partir de los registros de los rebotesde la deflexin del pavimento, se determina un rebote representativo de la deflexin para la seccin dediseo.

Donde: Rebote representativo de deflexin. Deflexin mediaS = desviacion estandar.F = factor de ajuste por temperaturac = Factor de ajuste por periodo critico.

Factores de Ajuste: Debido a los cambios en la temperatura y contenido de humedad, la deflexin de un

pavimento, generalmente variar de hora en hora, de da a da y de estacin a estacin, y tambin variar deun ao al siguiente para la misma estacin.

Por ejemplo para pavimentos flexibles sujetos a la accin de las heladas, puede haber una significativaprdida de resistencia en la base granular o subrasante durante el periodo primaveral de descongelamiento,en que se saturan las capas interiores. La cantidad de prdida de resistencia es funcin del espesor delpavimento. Por ejemplo ser menor en los pavimentos que tienen bases granulares ms gruesas. Tambin,los pavimentos localizados en reas con climas ms suaves, con precipitaciones pluviales significativas,estarntemperaturas ms bajas y penetracin de heladas.

Debido a estos efectos, las correcciones a las medidas de las deflexiones, deben tomar en cuenta lasvariaciones en temperatura y humedad, as como el diseo y ubicacin geogrfica del pavimento.

En figura 3 se muestra las curvas del factor de ajuste por temperatura para varios espesores de bases deagregados de gradacin densa. (Un espesor de 0 mm corresponde a un pavimento de concreto asfltico deespesor-total).

Figura 3 Temperatura promedio del pavimento versus factores de ajuste de la deflexin con la vigaBenkelman para pavimentos de concreto asfltico de espesor-total y de tres capas (Tomado de manualMS17,1983,AsphaltInstitute)


20/36

El perodo crtico es el intervalo durante el que el pavimento est mas sujeto a ser daado por las cargaspesadas. Es extremadamente importante que el rebote representativo de la deflexin refleje el perodo mscrtico.

A continuacin se da el mtodo recomendado por el Instituto del Asfalto para determinar el factor de ajustepor periodo critico:

(a) Se debe conseguir un registro continuo de los valores medidos del rebote para un pavimento similar enun medio ambiente similar y sobre una subrasante similar y determinar el perodo ms crtico. Acontinuacin:

(1) se realizan las medidas del rebote durante el periodo crtico, en cuyo caso el factor deajuste, c, es igual a 1.

(2) Se realizan las medidas del rebote en cualquier momento ajustndolas a la deflexin del periodocrtico, permitiendo que el factor de ajuste, c, iguale a la relacin entre la deflexin en el perodo crticoy la deflexin en la fecha del ensayo.

(b) En el caso de no contar con registros de deflexiones comparables, se debe efectuar las medidas delrebote en cualquier momento, realizando los ajustes necesarios usando el criterio de ingeniera.

2.1.2.5 DEFLEXIN DESPUS DE LA SOBRECAPA

En el proceso de diseo, la sobrecapa fue considerada como un sistema de dos capas con la sobrecapa deconcreto asfaltico como la capa 1 y el pavimento existente como la capa 2. El rebote representativo de ladeflexin fue usado para determinar el modulo de elasticidad de la capa 2, asumiendo el pavimentoexistente como un medio homogneo con un coeficiente poisson = 0.5

Donde.q= presin de contacto (70psi)

a= radio de eje simple equivalente (6.4in)La deflexin esperada despus de la sobrecapa es llamado rebote de deflexin de diseo d y puede ser

determinado por la siguiente ecuacin aproximada.


21/36

Donde h1, E1 son el espesor y mdulo de elasticidad de la sobrecapa asumido en 500000 psi (3.5Gpa).

2.1.2.6DISEO DEL ESPESOR DE LA SOBRECAPA.

Se asume que hay una nica relacin entre el rebote de deflexin de diseo en pulgadas y el ESAL admisiblecomo se muestra en la figura 4 y representado por la siguiente ecuacin

Figura 4 Relacin entre el rebote de deflexin de diseo y ESAL

Procedimiento:

Procedimiento 11. Dado el ESAL para la sobrecapa, d puede ser determinado de la ecuacin

2. Determinar el rebote representativo de la deflexin, E2 puede ser determinado de la ecuacin

Con d, E2 conocido y los valores de q, a, y E1asumido, el espesor de la sobrecapa puede ser calculado de laecuacin

Procedimiento 2 (por cartas de diseo)1. Determinar el rebote representativo de la deflexin2. Estimar el ESAL de diseo, (ESALd) que requerir soportar el pavimento en el futuro, despus de lasobrecapa.3. Ingresar a la carta de diseo de espesores de sobrecapa, figura 5 con el rebote representativo de ladeflexin determinada en el paso 1, desplazarse verticalmente hasta la curva que representa el ESAL de

diseo (ESALd) determinado en el paso 2 (interpolar si es necesario). Moverse horizontalmente hasta laescala del espesor de sobrecapa y leer el espesor de sobrecapa requerido.

Fig. 5. Espesor de sobrecapa de concreto asfltico requerido para reducir las deflexiones del pavimento deun valor de deflexin medido a un valor calculado (ensayo de rebote), (tomado de manual MS-17, 1983,AsphaltInstitute)


22/36

2.1.2.7 VIDA RESTANTE DE PAVIMENTO EXISTENTE

Utilizando el ESAL de diseo, y el rebote representativo de la deflexin, se puede estimar el tiempo

necesario antes de que sea necesaria una sobrecapa.

Al estar sometido el pavimento a muchos factores adversos que afectan su condicin, se hace necesariorealizar una evaluacin constante del pavimento para estimar su estado y as poder realizar la planificacinde trabajos futuros. Estas evaluaciones constantes permiten establecer una tendencia en elcomportamiento del pavimento.

El Instituto del Asfalto plantea el siguiente mtodo para estimar el tiempo en que un pavimento necesitaruna sobrecapa.

1. Determinar el rebote representativo de la deflexin .2. Utilizando la carta del rebote de la deflexin para el diseo, figura 4 y haciendo eligual d, se obtieneel ESALr (ESAL obtenido de la carta del rebote de la deflexin de diseo). O sino se utiliza la siguienteformula

3. Determinar el nmero promedio de cada tipo de vehculo sobre la seccin de diseo para el ao presente.4. Multiplicar el nmero de vehculos de cada tipo por el factor camin (FC) apropiado.5. Sumar los valores obtenidos en el punto 4 para obtener el ESAL0 (ESAL del presente Ao), A continuacinse divide ESALr entre ESAL0 para determinar un factor de crecimiento (FC).

6. Estimar la tasa de crecimiento del trnsito en porcentaje. Este dato es de acuerdo a la proyeccin que setenga para la carretera evaluada.

7. Con el factor de crecimiento ingresar a la tabla 3, en la columna que representa la tasa de crecimiento, sehalla el periodo de diseo para ese factor. El perodo de diseo es el nmero de aos estimado antes de sernecesaria una sobrecapa.

Tabla 3 Factor de crecimiento (FCR)


23/36

2.1.3TRABAJOS PREVIOS A LA COLOCACIN DE LA SOBRECAPA ASFALTICAS

Como se ha mencionado anteriormente, un proyecto de diseo de sobrecapas asflticas se realizadividiendo el rea en tramos de caractersticas homogneas. Es decir no se disea un nico espesor desobrecapa. Esto debido a que generalmente el estado de conservacin del pavimento en toda el reaevaluada no es el mismo.El espesor de las sobrecapas se disea para corregir una condicin del pavimento por debajo del promedio,pero no provee la resistencia estructural extra, necesaria para las reas dbiles localizadas. Si el espesor dela sobrecapa est basado en el espesor ms dbil de la seccin, resulta sobrediseada para el resto de laseccin, esto trae como consecuencia un elevado costo del proyecto.

Por eso, se deben corregir las reas dbiles para proveer una cimentacin uniforme para lasobrecapa. Esesencial una cuidadosa y correcta preparacin del pavimento existente, antesde la construccin de lasobrecapa.El Instituto del Asfalto hace referencia a los siguientes aspectos que se deben tener en cuenta para unfuncionamiento eficiente de la sobrecapa:

a) Reparaciones LocalesEstas reparaciones se trataran individualmente, debiendo ser reparadas con un parchado adecuado. Laextensin de las reas dbiles (aquellas con deflexin excesiva), puede ser determinada con la vigaBenkelman.Las reas con deflexin excesiva se pueden estimar comparando la deflexin en el rea daada, con ladeflexin promedio en reas que se estn comportando bien.El parchado estructural debe ser diseado y construido con concreto asfaltico todo espesor, con la finalidad

de conseguir una resistencia igual o superior a la estructura de pavimento circundante. De esta manera seasegura una cama de apoyo uniforme para la sobrecapa, asegurando as un buen comportamiento.

b) NivelacinPuede darse el caso de tener una superficie distorsionada. En este caso la solucin a adoptar es laconstruccin de capas nivelantes o bordes nivelantes, para restaurar un perfil y una seccin transversalapropiados.


24/36

Los bordes nivelantes son parches de mezcla asfltica de planta, usados para nivelar depresiones yhundimientos en un pavimento antiguo antes de la operacin de renovacin de la superficie.

El Instituto del Asfalto recomienda que los bordes nivelantes con un espesor que oscile entre 75 a 150 mm,deban ser colocados en dos capas. Para bordes ms gruesos que 150mm se colocarn en capas compactadasde no ms de 75mm.

c)Limpieza y riego de ligaUna vez que la superficie a recapear ha sido completamente reparada, encontrndose lo ms uniformeposible se debe limpiar completamente. A continuacin se le aplica un riego asfltico de liga para aseguraruna uniforme y completa adherencia de la sobrecapa.

d) Sello de Emulsin Bituminosa (Slurryseal)Si la superficie del pavimento antiguo tiene un gran nmero de grietas y reas escalonadas pero laestructura est en buen estado, se puede colocar un sello de emulsin bituminosa como preparacin para lasobrecapa. El mortero rellenar las grietas anchas y las reas escalonadas y sellar la superficie paraprevenir que la humedad y aire se introduzcan en el pavimento.

e) DrenajeEn el caso de que el pavimento antiguo tenga una base granular, puede requerirse subdrenajes debajo delensanche para remover el agua.

f) Agrietamiento ReflejoLos agrietamientos reflectivos se definen como fisuras en una sobrecapa asfltica o capa superficial, quereflejan el patrn de agrietamiento en la estructura de pavimento subyacente. Ellos ocurren ms

frecuentemente cuando las mezclas asflticas se colocan sobre concreto de cemento prtland, bases desuelo cemento y sobre bases puzolnicas.Estas tambin pueden ocurrir en sobrecapas asflticas sobre pavimentos antiguos, particularmente, dondelas grietas en el pavimento antiguo no han sido reparadas.La causa principal de aparicin del agrietamiento reflejoes el movimiento horizontal o vertical en elpavimento debajo de la sobrecapa. Este movimiento puede ser causado por el trfico, por expansin ocontraccin debido a cambios por temperatura o humedad, por perdida de humedad en subrasantes conalto contenido de arcilla, o por una combinacin de estos factores.


25/36

Por eso en la construccin de sobrecapas, debe considerarse el problema del agrietamiento reflejo. El notomar en cuenta este factor puede afectar adversamente la integridad estructural y la calidad de latransitabilidad de la sobrecapa del pavimento.

2. 2 SOBRECAPAS ASFALTICAS SOBRE ESTRUCTURAS DE PAVIMENTO DE CONCRETO.

Similar a las sobrecapas asflticas sobre estructurasde pavimento asfaltico existen dos mtodos paradeterminar espesor de sobrecapas.

2.2.1 PROCEDIMIENTO DE ESPESOR EFECTIVO

2.2.1.1 ANALISIS ESTRUCTURAL DEL PAVIMENTO

El procedimiento es similar que para las sobrecapas asflticas sobre estructuras de pavimento asfaltico

Se deben evaluar los componentes estructurales del pavimento de concreto, de tal manera que se puedaasignar y usar un espesor efectivo. Para determinar he se debe convertir cada capa del pavimento existentea un espesor equivalente de concreto asfltico usando los factores de conversin apropiados de la tabla 2,igual como se realiz para el caso de sobrecapas asflticas sobre pavimentos asflticos.

Sin embargo, hay ciertos aspectos peculiares para los pavimentos rgidos que no se consideran parapavimentos flexible, como son juntas y grietas, losas inestables, losas rotas que deberan ser consideradasen el diseo. Por lo que debe examinarse el pavimento de concreto para determinar su condicin, espesor ysoporte. Entre las seales de dao a buscar estn: el bombeo, el agrietamiento, el astillamiento, elescalonamiento en las juntas, y el movimiento de las losas por accin del trfico. Tambin debe considerarseen la seleccin de los factores de la conversin de la tabla 2, los tratamientos previos como subselladofracturado y asentado.

2.2.1.2 DISEO DE SOBRECAPAS POR ANLISIS DE COMPONENTES

Los siguientes pasos describen el procedimiento a seguir para el diseo de sobrecapas de concreto asflticode pavimentos rgidos (incluyendo aquellos debajo de superficies asflticas), basado en el anlisis de loscomponentes del pavimentos existente, previo a la sobrecapa.

El IA recomienda colocar un espesor mnimo de 100 mm (4 plg) de sobrecapa colocada sobre pavimentosrgidos). Cuando el espesor de diseo est en el rango de 175 225 mm (7 - 9pulg), se puede considerar eluso de una capa inhibidora de agrietamiento, con tal que se disponga de agregados de ese tamao.

Los pasos a seguir en este procedimiento son:1.Se determinar la condicin de resistencia de la subrasante (Mr)2.Se realiza el respectivo anlisis de trnsito para obtener el ESAL de diseo (ESALd)3.Usando la carta de diseo de concreto asfaltico todo-espesor (Full Depth), se determina el espesor delpavimento nuevo, hn , requerido para el trfico esperado (EALd) y las condiciones de subrasante (Mr),despus de la sobrecapa.4. Sobre la base de la tabla 2 se determina el espesor efectivo heide cada capa que compone el pavimentode concreto. Sumando cada uno de estos componentes se obtiene el espesor efectivo total he.5. Finalmente se calcula el espesor de sobrecapa de concreto asfaltico, h0, el cual es igual a hn - he.

2.2.2 PROCEDIMIENTO DE DEFLEXIONES

El procedimiento de deflexiones desarrollado por el Instituto del Asfalto enfatiza la identificacin yreparacin de las reas daadas antes de colocarse la sobrecapa.Entre los daos a tener en cuenta se pueden mencionar los siguientes:1. Deflexin excesiva (movimiento vertical).2. Movimiento horizontal excesivo.3. Deflexin diferencial en las juntas y grietas debidas a la prdida de transferencia de carga.4. Daos relacionados con la humedad en las grietas y juntas.


26/36

Este tipo de daos deben ser identificados y corregidos antes de la colocacin de la sobrecapa. Losdescuidos en la correccin de los daos en el pavimento PCC existente, conducirn al agrietamiento y aotros deterioros en la sobrecapa.Otro problema frecuente que se presenta en el sobrecapado de los pavimentos PCC es la aparicin posteriorde agrietamiento reflejo (descrito como fisuras en una sobrecapa asfltica o capa superficial, reflejando el

patrn de agrietamiento del pavimento original subyacente). Por esto se debe preparar adecuadamente lasuperficie del pavimento antiguo, realizando las correcciones necesarias y empleando un adecuadoprocedimiento constructivo a fin de minimizar el efecto de este problema.

2.2.2.1 EVALUACIN DEL PAVIMENTO

En los pavimentos de concreto, generalmente los daos apreciados superficialmente como por ejemploagrietamientos, son causados por deficiencias en las capas inferiores del pavimento.Por eso, la evaluacin del pavimento debe hacerse analizando conjuntamente la condicin superficial delpavimento con las pruebas de deflexin. Esto permitir tener mejor definida ve identificada la causa que haproducido el deterioro en el pavimento y de esta manera poder idear una solucin para mitigar este dao.El Instituto del Asfalto recomienda tener en cuenta los siguientes puntos al momento de realizar elreconocimiento superficial de la condicin del pavimento: agrietamiento, escalonamiento, astillamiento,bombeo, presencia de agua, condicin de la junta, levantamientos, transferencia de carga y transitabilidad.

En lo referente a la evaluacin de la condicin de las capas inferiores del pavimento el Instituto del Asfaltorecomienda que se deban tomar testigos del pavimento, muestras de la base, muestras de la subrasante olos tres para examinar si hay bombeo de la losa, deflexin en exceso u otros deterioros serios.Medidas De La DeflexinTienen como objetivo medir la respuesta de un pavimento a unacarga especfica. Las mediciones se hacen alo largo del borde de la losa PCC, usandoequipos tales como la viga Benkelman, el dynaflect, o similares.Para carreteras de dos carriles, las mediciones de las deflexiones se hacen sobre el borde exterior, a amboslados de la lnea central. Para carreteras divididas, las deflexiones solo se deben medir en el borde msexterior, tomando adicionalmente medidas de las deflexionesen las esquinas, juntas, grietas y en reas depavimento deterioradas, para determinar la capacidad de transferencia de carga. El movimiento verticaltotal en estas reas esimportante, pero el movimiento diferencial de una losa respecto de otra es ms

importante,debido a que puede indicar la necesidad de sub-sellado. El movimiento diferencial seconsideracomo una medida de la capacidad de transferencia de carga de la losa. Latransferencia de carga se definecomo la relacin de la deflexin en un lado de la junta o grieta, a la deflexin en el lado opuesto. Esto seilustra en la figura 6.Figura 6 Deflexin a considerar en el anlisis para el diseo de Espesores de sobrecapa.

a) Pavimentos De Concreto Con Juntas (JCP por sus siglas en ingles)


27/36

El Instituto del Asfalto seala que lo ms importante en el anlisis de los JPC es la deflexin vertical en lasjuntas. Cuando se mide con la Viga Benkelman, la deflexin diferencial debe ser menos de 0.05 mm (0.002pulg), y la deflexin media debe ser 0.36 mm (0.014 pulg)Si no se cumplen estos criterios, se requiere estabilizacin y sub-sello

b) Pavimento De Concreto Continuamente Reforzado (CRCP por sus siglas en ingles)

El Instituto del Asfalto indique que segn estudios las deflexiones Dynaflectcomprendidas entre 15 a 23 m(0.0006 a 0.0009 pulg) o mayores, llevan a un agrietamiento excesivo y al deterioro del CRPC.Especficamente, los agrietamientos en Y y los hundimientos sbitos, han sido atribuidos a deflexiones de

esa magnitud. Si en los anlisis se comprueba que se excede la deflexin crtica (D3 en la figura 6 B) de 15m (0.0006 pulg), serequiere sub-sellado y estabilizacin.

2.2.2.2 FACTORES EN EL DISEO DE SOBRECAPAS

El IA menciona que las causas principales de agrietamiento en una sobrecapa son las fuerzas creadas por lascontracciones y expansiones trmicas horizontales, y las deflexiones diferenciales verticales de las losas PCCsubyacentes. Estos factores debido a que comparten el mismo plano de debilitamiento en el pavimentocontribuyen al mismo agrietamiento. Sin embargo, la deflexin diferencial se considera la ms crtica, debidoa que su velocidad de carga es mucho ms rpida que la desarrollada por contraccin y expansin.El efecto principal que toma en cuenta el mtodo desarrollado es la diferencia entre las medidas de la

deflexin a ambos lados de cada grieta. Idealmente, la deflexin debera ser la misma en ambos lados de lagrieta, de modo que la sobrecapa puede deflectar uniformemente. Deflexiones diferenciales de granmagnitud pueden ocasionar la aparicin temprana de grietas reflejas en el pavimento tratado. Enconsecuencia, el objetivo de preparar el pavimento para una sobrecapa, debe ser lograr una uniformidad dela deflexin en secciones de diseo contiguas. Esto se puede lograr a travs de la remocin y reemplazo delosas, sub-sello con asfalto, instalacin de sistemas de drenaje apropiados, o los tres, si se requieren.El IA seala que el concreto asfltico de gradacin densa puede reducir las deflexiones en 0.2% por mm (5% por pulg) de espesor. Est aproximacin puede variar dependiendo del tipo de mezcla y de lascondiciones ambientales, pudiendo llegar a tener valores ms altos que pueden fluctuar en 0.4 a 0.5% pormm (10 a12% por pulg) de espesor.Pueden existir casos en que para asegurar un buen comportamiento del pavimento se requiera reducir ladeflexin calculada en 50% o ms. En estos casos el IA recomienda que para reducir la deflexin no deben

usarse sobrecapas solas. Debe realizarse previamente un trabajo de sub-sellado. El mtodo de sub-selladoincluye la estabilizacin de las losas por medio del sellado de grietas y juntas, as como bombeo de asfaltobajo las losas para permitir la deflexin diferencial a menos de 0.05 mm (0.002 pulg).

2.2.2.3 CARTA DE DISEO DE ESPESORES DE SOBRECAPA

Figura 7 Carta para seleccionar el espesor de sobrecapas de concreto asfltico estructural para pavimentosPCC (Tomado de manual MS-17, 1983,AsphaltInstitute)


28/36

DIFERENCIAL DE TEMPERATURA * (C)

* Diferencia de temperatura (t) es la diferencia entre la temperatura diaria normal y la temperatura diarianormal ms baja para los meses ms calientes y ms fros.

En la figura 7 se puede apreciar diferentes espesores de sobrecapas, relacionados con la longitud de la losa yel diferencial de temperatura medio anual. Estos espesores se han seleccionados pensando en minimizar losefectos de los esfuerzos de tensin horizontal y vertical. La longitud de la losa es un dato que depender decmo el evaluador encuentre el pavimento y del tipo de mtodo que emplee para reducir las deflexionesencontradas. Los datos necesarios para obtener los diferenciales de temperatura, son datos que debern sersolicitados en las estaciones meteorolgicas cercanas a donde se evala el pavimento.

Entrando en ms detalles acerca de la carta de espesor de sobrecapa se puede notar que est dividida entres secciones (A, B, C) de acuerdo a las longitudes de losa y a los diferenciales de temperatura. El IA definecada una de estas secciones, sealando sus aplicaciones y cuidados a tener en cuenta en cada una.

En la Seccin A, se recomienda un espesor mnimo de 100mm (4 pulg). Este espesor debera reducir la

deflexin en un estimado del 20%, asegurar una buena unin y comportamiento a travs de las juntas,grietas y otras reas de dao potencial y minimizar el agrietamiento reflejo. Los espesores de sobrecapa de la seccin B, se pueden usar tal como se proporcionan.Sin embargo, los espesores de sobrecapa pueden ser reducidos si las losas PCC son acortadas poragrietamiento y asentado para reducir los efectos de la temperatura. En la seccin C, el rango de espesores est por encima de 215mm (8.5 pulg)Como se puede notar la carta para seleccionar espesores de sobrecapas ofrece una gran variedad dealternativas. Pero el IA recomienda que cuando el espesor de una sobrecapa se aproxima al rango de 200 a225 mmm (8 a 9 pulg), deben tomarse en cuenta otras consideraciones, como por ejemplo: cambios en larasante, reconstruccin de bermas respecto del talud, colocacin de seales en la carretera y guarda rieles ylneas de cunetas.Para evitar realizar este tipo de trabajos adicionales el IA recomienda que cuando se tiene una sobrecapacuyo espesor exceda a 215 mm se busque otra alternativa tal que se reduzca este espesor.

2.2.2.4 ALTERNATIVAS DE SOBRECAPAS

El IA pensando en los problemas que puede generar tener espesores de sobrecapa muy gruesos, como losque se aprecia en las secciones B y C de la figura 7, ha desarrollado alternativas para reducir el espesor delas sobrecapas. Las alternativas disponibles para las condiciones de las secciones B y C son:1. Colocar la sobrecapa gruesa.2. Demoler y asentar la losa en secciones ms pequeas.


29/36

3. Utilizar una capa inhibidora de agrietamiento reflejo conjuntamente con un sistema de drenaje4. Colocar una membrana entre capas absorbentes de esfuerzos con una sobrecapa.5. Incorporar un geotextilentre capas, con una sobrecapa.Las alternativas 2 o 3 son recomendadas por el Instituto del Asfalto.

Capa Inhibidora Del Agrietamiento

Tpicamente, la estructura inhibidora de grietas, es una capa gruesa de mezcla asfltica encaliente, degradacin abierta, de 90mm (3.5 pulg), conteniendo 25 a 35% de vacosinterconectados y hecha de 100% dematerial triturado. Se disea especficamente para minimizar la deflexin de grietas desde el antiguopavimento PCC a la nueva sobrecapa asfltica.Debido a la gran cantidad de vacos interconectados, la capa inhibidora del agrietamiento, proporciona unmedio a travs del cual, los movimientos diferenciales (causantes del agrietamiento) de la losa subyacente,no son fcilmente trasmitidos. Se coloca como la primera capa de un sistema de sobrecapa.Para lograr la mitigacin del agrietamiento se requiere de la combinacin adecuada de tres capas quepueden tener el siguiente orden: En primer lugar se coloca, la capa inhibidora del agrietamiento, seguida poruna capa inmediata bien graduada (capa nivelante), luego una capa superficial de gradacin densa. Cuandose usa una capa de mitigacin del agrietamiento de 90mm (3.5 pulg), el espesor total de la sobrecapaincluyendo las capas de nivelacin y de superficie, ser de 175 a 225 mm (de 7 a 9 pulg). En la figura 5.19 sepresenta este procedimiento.

Figura 8 Seccin transversal de la capa inhibidora del agrietamiento

2.2.3 TRABAJOS PREVIOS A LA COLOCACIN DE LA SOBRECAASFLTICA

2.2.3.1 MTODO DE PREPARACIN

La preparacin de los pavimentos de concreto antes de la colocacin de la sobrecapa debe ser hechacuidadosa y completamente, con la finalidad de evitar daos futuros en la sobrecapa. La preparacin puedeincluir uno o ms de los siguientes mtodos: Subsellado para proveer condiciones de apoyos uniformes y estables Reduccin en las longitudes de las losas. Fracturamiento de las losas en porciones ms pequeas y asentado con rodillos pesados. Remocin y reemplazo de reas con escalonamiento y levantamiento

Molienda y fresado Bacheo de reas desintegradas y astilladas Instalacin de aliviadores de la presin en las juntas Sellado de grietas y juntas Mejora del drenaje.Algunos de los factores ms importantes a ser considerados en la preparacin de los pavimentos PCC parasobrecapas se discuten mas adelante.


30/36

2.2.3.2 PREPARACION DE LA SUPERFICIE DEL PAVIMENTO

Una vez que el pavimento ha quedado tan uniforme, estable como sea posible, debe procederse a limpiarcompletamente la superficie, procedindose luego a la imprimacinde la superficie.Algunas consideraciones generales a tener en cuenta son:

a) En lo referente a preparacin de juntas.

Segn el IA, la experiencia con las sobrecapas de asfalto sobre pavimentos de concreto de cemento conjuntas, indica que se tienen problemas adicionales si las juntas existentes no son limpiadas y preparadasadecuadamente para el sobrecapado. Las juntas empozan agua o proveen un canal desde el cual el aguaser expulsada desde abajo de la junta. Esta accin se ve reflejada por un resoplido de la juntainmediatamente despus del rodillado de la sobrecapa. Cuando estas fuerzas estn presentes, la sobrecapacomnmente mostrar una grieta refleja al final del da.

b) Cuando se presentan superficies acanaladas o pulidas.Los tipos de texturas superficiales que se pueden encontrar en pavimentos de concreto viejos, pueden variardesde una textura pulida a una textura gruesa. Esto influye en su habilidad para la adherencia o unin entrecapas. Las superficies pulidas pueden ser retexturadas para mejorar su adherencia con la sobrecapa. Sinembargo, en la mayora de los casos, el uso apropiado de un riego de liga, la seleccin del tipo de mezclaapropiada y del espesor de sobrecapa, conjuntamente con un procedimiento adecuado de construccin ,hanprobado ser el mtodo ms econmicos para asegurar una buena adherencia.

13.4 MTODO DE LA ASOCIACION DE CEMENTO PORTLAND

Hay tres tipos superposiciones de PCC (concreto de cemento portland) en pavimento PCC:

No adherentes

Adherentes

Parcialmente adheridos.


31/36

En esta seccin se presenta, el mtodo de PCA (asociacin de cemento portland) de diseo de la plataforma

(incluyendo la evaluacin de pavimentos existentes y el diseo de superposiciones o sobre capas no

adherentes y adherentes).

13.4.1 Evaluacin del pavimento existente

Como parte del proceso de diseo, se debe hacer una evaluacin integral del pavimento existente, incluidala evaluacin de condiciones del pavimento, las pruebas de deflexin no destructiva, y la evaluacin de

materiales in-situ.

a) Anlisis de la Condicin del Pavimento

b) Pruebas de deflexin no destructivos

c) Evaluacin de In-Situ Material

a) Anlisis de la Condicin del Pavimento

En el anlisis de condiciones se debe identificar el tipo, extensin y gravedad de la dificultad del

pavimento.

El pavimento est dividido en un anlisis de secciones basada en las diferencias en el diseo,

construccin, trfico y ubicacin.

Para proyectos pequeos, deben ser estudiados en secciones en toda la longitud.

Para proyectos ms grandes, cada seccin puede ser dividida en unidades de muestra que consta

de aproximadamente 10 a 20 losas.

Las unidades de muestra de cada seccin son seleccionados al azar.

La frecuencia de muestreo exacto debe basarse en las condiciones del lugar. Por cada unidad de

muestra, se registran el tipo, severidad y extensin del problema.

Para problemas de alta gravedad en la losa, debern identificar las causa del problema y tomar las

medidas correctivas antes de la superposicin.

B) Pruebas de deflexin no destructivos

La necesidad de pruebas de deflexin se basa en las condiciones del sitio y en la informacinobtenida del anlisis de condiciones.

Si el anlisis de condicin indica la existencia, o potencial existencia de cargas asociadas a

esfuerzos, entonces debe llevarse a cabo pruebas de deflexin para determinar la gravedad del

problema.


32/36

Las mediciones de deformacin se deben tomar en las juntas y grietas para saber si existe prdida

de apoyo y si la transferencia de carga a travs de las juntas y grietas es la adecuada.

La prueba debe realizarse mediante el uso de un dispositivo que ofrece una prueba de

deformacin no destructiva 8000 - 10.000 libras (35,644.5 kN) carga sobre el pavimento. No se

recomienda el uso de cargas ms ligeras.

C) Evaluacin del Material In-Situ

La evaluacin de material in-situ deben realizarse para identificar el material del terreno de

fundacin y base, y establecer los mdulos de para ser utilizado en las diferentes secciones del

proyecto.

Para proyectos de superposicin, deben determinarse las propiedades de resistencia del concreto.

En el diseo de superposicin de pavimentos se requiere un conocimiento del mdulo de ruptura y

el mdulo de elasticidad del pavimento existente.

La prueba se realizar segn la norma ASTM C 496 "Resistencia al esfuerzo de tensin enespecmenes cilndricos de concreto."

Se deben tomar una muestra cada 300 a 500 pies (91 a 152 m) en el medio de la losa y alrededor de

2 pies (0,6 m) desde el borde del carril.

Para cada seccin, se determina el esfuerzo de tensin efectiva (fte) :

fte = ft 1 .65*s

ft :es el valor medio de resistencia a la traccin

S: es la desviacin estndar de resistencia a la traccin

El mdulo de rotura (Se) se obtiene a partir de la relacin:

Se =AB*fte

A: es una constante de la regresin basada en la experiencia, se sugiere A=1.45

B: es el factor de dao (igual a 0,9 adoptada a 2 pies (0.61m) desde el borde del carril exterior al interior).

El mdulo de elasticidad del concreto (pavimento existente) se puede determinar mediante la norma ASTM

C 469 "Mdulo de elasticidad y coeficiente de Poisson del concreto en COMPRESIN" o por la relacinaproximada:

en la que D es una constante = 6000 a 7000

13.4.2 Diseo de superposiciones no adherente


33/36

El programa de computadora JSLAB fue utilizado por PCA (Asociacin de Cemento Portland) para analizar

tanto las superposiciones adherentes y no adherentes.

Fig.13.8 Esfuerzos equivalentes por superposiciones no adherentes.

Grficos de diseo

Las tensiones obtenidas en el borde a partir de JSLAB se utilizaron para preparar grficos de diseo para

determinar el espesor de recubrimientos no adherentes.

Se realizaron los siguientes supuestos en el anlisis: el tipo de carga, de 18 kip (80 kN) de un solo eje de

carga, mdulo de elasticidad, 5X106 psi (35 GPa) para las superposiciones y 3X106 psi y 4X106(21y28

GPa) para los pavimentos existentes, la longitud de la losa, de 20 pies (6.1 m ).

Para la condicion de pavimento existente, podemos encontrar tres casos.Estos bacos son aplicables a

pavimentos de concreto con el mdulo de elasticidad de aproximadamente 3x106 a 4x106 psi (21 a

28GPa).Los tres casos son:

Caso1

Pavimento existente exhibe una gran cantidad de espesor de losa y formacin de grietas, pobre

transferencia de carga a travs de grietas y juntas.

Caso 2.

Pavimento existente exhibe una pequea cantidad de espesor de losa y grietas en la esquina,la transferencia

de carga razonablemente buena a travs de grietas y juntas, se realizan reparaciones localizadas para

corregir dificultades en la losa existente.


34/36

Caso 3.

Pavimento existente exhibe una pequea cantidad de espesor de losa y pequeas grietas, la transferencia

de carga es buena a travs de grietas y juntas.

La tabla de diseo para el caso 1 se basa en los resultados cuando una carga se coloc en el pavimento

existente directamente debajo de una grieta . La tabla de diseo para el caso 3 se basa en los resultados

cuando no hay grietas que se produjeron en el pavimento existente. La tabla de diseo para el caso 2 seinterpola entre los casos 1 y 3.

Superposicin de espesores o sobre capas

El espesor mnimo previsto por los grficos de diseo es de 6 pulgadas (152 mm). El uso de

recubrimientos delgados no es recomendable.

Valores representativos de espesor de recubrimiento determina a partir de las listas se resumen en

la Tabla 13.5 en trminos de nuevas hn el espesor del pavimento y el espesor del pavimento

existente.

Para comparar los resultados con la ecuacin. 13.2 para el caso de no adherentes con n=2, y

superposicion de espesores se calculan los valores de C de 0,35, 0 .6, 0.8 .

Estos resultados son presentados en la tabla 13.6. Se puede observar que la superposicin de

espesores que figuran en el Cuadro 13.5 est de acuerdo en estrecha colaboracin con los que se


35/36

enumeran en la tabla 13.6. Esto indica que los casos 1, 2 y 3 son equivalentes a los valores de C de 0

.3 a 0.5, 0.5 a 0,7, y de 0 .7 a 0.9, respectivamente.

13.4.3 Diseo de superposicinAdheridas

Las superposicin adheridas se utilizan cuando el pavimento existente se encuentra todava en buenas

condiciones, pero no tiene la capacidad estructural para transportar anticipadamente el trfico futuro.

Concepto bsico

El concepto bsico para la superposicin de sobrecapa es el mismo que para el recubrimiento no adherente,

pero la ubicacin de la tensin de borde a comparar es diferente.

Diseo Grfico

El programa de ordenador JSLAB se utiliz para determinar la tensin crtica tensiones debidas al borde de

carga en un pavimento de hormign de profundidad completa y en un pavimento existente, consuperposicin de servidumbre.

Los esfuerzos calculados junto con los mdulos de ruptura se utilizaron para preparar el baco de

diseo, como se muestra en la Figura 13 .14.

En el grfico se disearon tres curvas diferentes (en representacin de distintos mdulos de la

rotura del hormign existente) se muestran.

La curva 1 es aplicable a los mdulos de ruptura 526 a 575 psi (3 ,6 - 4 ,0 MPa), la curva 2 de 476 a

525 psi (3,3 a 2,6 MPa), la curva 3 de 426 a 475 psi (2.9 - 3.3 MPa).

Teniendo en cuenta el espesor del pavimento de toda la profundidad y el nmero de curva, elespesor combinado del pavimento existente y la superposicin se pueden leer en el grfico.

La diferencia entre el espesor combinado y el espesor del pavimento existente es el espesor de

capa necesario. Para desarrollar la tabla de diseo, los mdulos de elasticidad del hormign

existentes correspondientes a las tres curvas se calcularon por la ecuacin. 13 .15 en los valores D

desde 6000 hasta 7000. Los mdulos de elasticidad del hormign nuevo se supone que a partir de 4

x 106 a 5 x 106 psi (28 a 25 GPa), los mdulos de ruptura de 600 a 650 psi (4.1-4.5 MPa).


36/36

La tabla no se puede aplicar cuando el mdulo de rotura del hormign existente es inferior a 426

psi (2,9 MPa) o superior a 575 psi (4,0 MPa).

Por otra parte, un pavimento existente con un bajo mdulo de ruptura podra estar en una

condicin tan angustiosa o similar al uso de una plataforma sin unir o colocados directamente.

Cabe sealar que el espesor mximo en condiciones de servidumbre o superposicin recomendadaes de 5 pulgadas (127 mm). Cuando el espesor de recubrimiento en condiciones de servidumbre es

superior a 5 en. (127 mm), el uso de sobrecapa no adheridas podra ser ms rentable.

EJEMPLO 13.10:

Un pavimento de hormign existente es de un espesor de 7.5 pulgadas (191 mm) despus de la molienda. La

resistencia a la traccin media es de 440 psi (3MPa ) y una desviacin estndar de 50 psi (345 kPa). Si el

espesor requerido para una nueva profundidad total del pavimento es de 10 in. (254 mm) y las condiciones

utilizados para desarrollar la tabla de diseo son satisfechas, determinar el espesor de la sobre capa

necesaria.

Resistencia a la traccin media ft = 440 psi (3MPa )

Desviacin estndar S=50 psi (345 kPa).

Constante de regresin A=1.45

Factor de dao B=0.9

Espesor requerido = 10 pulg

Solucin:

De la ecuacin. 13.13, el Esfuerzo de tensin Efectiva:

fte = ft

1 .65*sfte = 440-1,65 x 50 = 358 psi (2,5 MPa).De la ecuacin. 13.14 valor de la constante A =1,45 y B=0.9El modulo de rotura esta dado por:Se =AB*fteS = 1,45 X 0,9 x 358 = 467 psi (3,2 MPa).

De la figura 13.14, el espesor combinado de pavimento existente es de 11.5. (381 mm), por lo que el espesorde la superposicin = 11,5-7,5 = 4 (102 mm).Sobre capa =4 (102 mm).

diseÑo de sobrecapas (grupo nº4).docx

Documents