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DISEÑO DE PAVIMENTOS DE HORMIGÓN
EJEMPLOS PRÁCTICOS Ing. Diego Calo
Santa Fe, 3 y 4 de Junio de 2015
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ÍNDICE DE LA PRESENTACIÓN 2
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DATOS
• Proyecto: Duplicación de calzada existente.
• Subrasante: Suelo A-6 (CBR = 3%).
• Período de diseño = 25 años.
• Tránsito:
TMDA = 6500 veh/día.
Prop VP´s = 40%.
Tasa de Crecimiento = 2.5%.
• Resistencia del hormigón: s/PETG de la DNV.
• Empleo de Pasadores en Juntas Transversales.
• Banquina Pavimentada
Ejemplo (Método de la P.C.A.) 3
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Distribución de cargas por eje
Simples Dobles Triples
Carga R/1000 Carga R/1000 Carga R/1000
16 0.048 30 0.000 39 0.002
15 0.475 28 0.002 36 0.032
14 3.316 26 0.042 33 0.370
13 16.380 24 0.603 30 2.440
12 57.809 22 5.106 27 9.216
11 147.862 20 25.674 24 20.340
10 279.825 18 77.554 21 27.389
9 402.564 16 143.969 18 24.386
8 453.542 14 171.278 15 15.685
7 410.246 12 138.729 12 7.343
6 301.449 10 80.226 9 2.301
5 178.910 8 32.809 6 0.496
Total 2377 Total 687 Total 110
Ejemplo (Método de la P.C.A.) 5
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SOLUCIÓN
SUBRASANTE
• CBR medio = 3,0%
• Correlación con módulo de reacción (k) = 2,7 kg/cm3
Ejemplo (Método de la P.C.A.) 6
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Kcombinado (subrasante / subbase) = 3.9 kg/cm3
Espesor de subbase 100 mm 150 mm 230 mm
Valor K de subrasante
1.4 1.7 2.1 2.4
2.8 3.6 3.9 4.4
5.5 6.1 6.4 7.5
Ejemplo (Método de la P.C.A.)
SUBBASE
• En estos casos resulta conveniente incorporar una capa de subbase que permitirá:
• Mejorar la condición de apoyo – uniformidad y homogeneidad.
• Incrementar el control de cambios volumétricos en subrasante.
• Conformar una plataforma de trabajo adecuada, menos susceptible a las condiciones climáticas y apta para la circulación de los vehículos de obra.
• Mediante Tablas se determina el módulo de reacción combinado Subrasante/subbase.
2.7 3.9
7
200 mm
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Kcombinado (subrasante / subbase / base) = 13.8 kg/cm3
Espesor de subbase 100 mm 150 mm 200 mm
Valor K de subrasante
1.4 4.7 6.4 8.6
2.8 7.8 11.1 14.4
5.5 13.0 17.7 23.0
Ejemplo (Método de la P.C.A.)
BASE
• Uso obligatorio por tránsito pesado (mayor de 100 a 200 VP/día).
• Se emplea una Base Granular Cementada de 15 cm de espesor.
• Mediante Tablas se determina el módulo de reacción combinado Subrasante/subbase.
3.9 13.8
8
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Ejemplo (Método de la P.C.A.)
RESISTENCIA DEL HORMIGÓN
Resistencia mínima efectiva = 315 kg/cm2 (R=90%)
Consideramos un C.V. = 10%
Entonces, aplicando la fórmula de la P.C.A. para agregados Triturados
2kg/cm 48 MPa 4,72MPa 34,80,8MR
1,282)0,10(1kg/cm2 315σbm
MPa 34,8 kg/cm2 355σbm
9
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TRÁNSITO
• TMDA = 6500 veh/día
• Prop. Vehículos Pesados = 40%.
• Tasa de Crec.: 2.5%. TMDD = 8881 v/día (3550VP/d).
• Factor de seguridad de cargas: 1,2.
• Factor de Distribución por dirección (FDD) = 50%.
• Factor de Distribución por Trocha (FDT) = según el siguiente nomograma:
Ejemplo (Método de la P.C.A.) 10
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1
10
100
50 60 70 80 90 100
Camiones en carril derecho (%)
TM
DA
(u
na
dir
ec
ció
n),
en
mil
es
87%
4440
2 carriles en una dirección
3 carriles en una dirección
Ejemplo (Método de la P.C.A.) 11
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Ejemplo (Método de la P.C.A.)
TRANSFERENCIA DE CARGA
Juntas Transversales:
• Debido al elevado volumen de vehículos pesados (Mayor de 80 a
120 VP/día) resulta obligatorio la colocación de pasadores.
• Se evaluará la incidencia de prescindir de los pasadores.
Bordes de Calzada:
• Banquina Externa Flexible (no existe transferencia de carga en los
bordes de calzada).
• Evaluar la factibilidad de incorporar Sobreancho o Banquina
Vinculada.
12
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Ejemplo (Método de la P.C.A.) 13
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Ejemplo (Método de la P.C.A.) 14
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Análisis de Sensibilidad 15
12,0
14,0
16,0
18,0
20,0
22,0
24,0
26,0
28,0
10 100 1000 10000
Esp
eso
r d
e C
alza
da,
cm
Tránsito Pesado Medio Diario Anual (Diseño) - Esc. Log.
Criterio de Fatiga Criterio de Erosión
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INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
Análisis de Sensibilidad 16
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
20 MPa/m 60 MPa/m 100 MPa/m 140 MPa/m 180 MPa/m
Esp
eso
r d
e C
alza
da,
cm
Módulo de reacción combinado (subrasante/subbase)
Criterio de Fatiga Criterio de Erosión
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INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
Análisis de Sensibilidad 17
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
1,00 1,10 1,20 1,30
Esp
eso
r d
e C
alza
da,
cm
Factor de Seguridad de Cargas
Criterio de Fatiga Criterio de Erosión
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INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
Análisis de Sensibilidad 18
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
3,8 4,0 4,2 4,4 4,6 4,8 5,0 5,2 5,4 5,6
Esp
eso
r d
e C
alza
da,
cm
Resistencia a Flexión, MPa
Criterio de Fatiga Criterio de Erosión
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INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
Análisis de Sensibilidad 19
12
14
16
18
20
22
24
26
28
30
32
1 10 100 1000 10000
Esp
eso
r d
e C
alza
da,
cm
Tránsito Pesado Medio Diario Anual (Esc. Log.)
Sin Pasadores y Sin Banquina de Hº
Con Pasadores y Sin Banquina de Hº
Sin Pasadores y Con Banquina de Hº
Con Pasadores y Con Banquina de Hº
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Variantes según Condición de
Transferencia de Carga
20
VARIANTE A – BANQUINA FLEXIBLE
VARIANTE B – BANQUINA RÍGIDA / SOBREANCHO
JUNTAS TRANSVERSALES
• Con Pas → E: 24,6 cm.
• Sin Pas → E: 29,1 cm.
JUNTAS TRANSVERSALES
• Con Pas → E: 20,3 cm.
• Sin Pas → E: 24,9 cm.
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Y si consideramos otro tipo de Base? 21
VARIANTE C - Base granular asfáltica + subbase granular
Ventajas:
• Permite alcanzar una rigidez intermedia, brindando un adecuado comportamiento (balance) frente a cargas de Tránsito y Medioambientales
• Elevada Resistencia a la Erosión (similar al Hormigón Pobre)
• Poca dependencia de la fase constructiva
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Espesor de subbase 100 mm 150 mm 230 mm
Valor K de subrasante
1.4 1.7 2.1 2.4
2.8 3.6 3.9 4.4
5.5 6.1 6.4 7.5
Recálculo del Módulo de reacción combinado SUBBASE GRANULAR
• Mediante Tablas se determina el módulo de reacción combinado Subrasante/subbase.
3.9
22
4.9
BASE GRANULAR ASFÁLTICA
• Mediante Tablas puede determinarse también el módulo de reacción combinado.
Espesor de subbase 100 mm 150 mm 230 mm
Valor K de subrasante
1.4 2.3 3.1 4.3
2.8 4.2 5.4 7.2
5.5 7.7 9.5 12.2 4.9
50 mm
5.3
Kcombinado (subrasante / subbase / base) = 5.3 kg/cm3
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Variante C – Base Asf + Subbase Gran. 23
VARIANTE C – BANQUINA FLEXIBLE
VARIANTE C – BANQUINA RÍGIDA / SOBREANCHO
JUNTAS TRANSVERSALES
• Con Pas → E: 25,6 cm.
• Sin Pas → E: 32,3 cm.
JUNTAS TRANSVERSALES
• Con Pas → E: 21,8 cm.
• Sin Pas → E: 27,1 cm.
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DATOS
• Idem Anterior.
• Calidad de drenaje: Regular.
• Proporción de tiempo con niveles próximos a la saturación: 5% - 25%.
Ejemplo (Método AASHTO’93)
SOLUCIÓN
SERVICIABILIDAD
• Serviciabilidad Inicial (Po): 4.5.
• Serviciabilidad Final (Po): 2.5.
PROPIEDADES DEL HORMIGÓN • MR: 4.8 MPa; Rcompresión media: 35 MPa. • E: 6.750 · MR: 32 GPa.
24
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Ejemplo (Método AASHTO’93) DRENAJE
• Calidad de drenaje: Regular.
• Próximo a la saturación: 25%. Cd: 1.0 (Por tabla).
TRÁNSITO
FP365)Feq(%VTMDAESALsn
1iiiTOTALES
años 34,16año
días365
1000VP
sEE'4330
Veh
VP0.4
día
veh6500ESALsTOTALES
FDTFDDESALsESALs TOTALESC.DISEÑO
sEE'106.110.870.5sEE'101.40ESALs 78C.DISEÑO
25
i
1
ni)(1FP
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Ejemplo (Método AASHTO’93)
SUBRASANTE /SUBBASE
• Subbase: Estabilizado Granular c/ Cemento.
• LOS: 0 Kc: 130 MPa/m
TRANSFERENCIA DE CARGA
• Con Pasadores y Sin Banquina de Hormigón J: 3.2
DESVÍO ESTÁNDAR GLOBAL y CONFIABILIDAD
• So: 0.39 (Consideramos variación del tránsito futuro).
• R: 80%.
26
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INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
Análisis de Sensibilidad 27
10 E+06
30 E+06
50 E+06
70 E+06
90 E+06
110 E+06
23
25
27
29
31
33
35
37
3,8 4 4,2 4,4 4,6 4,8 5 5,2 5,4 5,6
Eje
s Eq
uiv
ale
nte
s, W
18
Esp
eso
r d
e c
alza
da,
cm
Módulo de Rotura, MPa
Espesor Ejes Equivalentes
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INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
Análisis de Sensibilidad 28
10 E+06
30 E+06
50 E+06
70 E+06
90 E+06
110 E+06
23
25
27
29
31
33
35
37
20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
Eje
s Eq
uiv
ale
nte
s, W
18
Esp
eso
r d
e c
alza
da,
cm
Módulo de reacción combinado, MPa/m
Espesor Ejes Equivalentes
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INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
Análisis de Sensibilidad 29
10 E+06
30 E+06
50 E+06
70 E+06
90 E+06
110 E+06
23
25
27
29
31
33
35
37
26 28 30 32 34 36 38 40 42
Eje
s Eq
uiv
ale
nte
s, W
18
Esp
eso
r d
e c
alza
da,
cm
Módulo de Elasticidad, GPa
Espesor Ejes Equivalentes
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Análisis de Sensibilidad 30
10 E+06
30 E+06
50 E+06
70 E+06
90 E+06
110 E+06
23
25
27
29
31
33
35
37
0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2 1,3
Eje
s Eq
uiv
ale
nte
s, W
18
Esp
eso
r d
e c
alza
da,
cm
Coeficiente de Drenaje
Espesor Ejes Equivalentes
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Análisis de Sensibilidad 31
10 E+06
30 E+06
50 E+06
70 E+06
90 E+06
110 E+06
23
25
27
29
31
33
35
37
50 60 70 80 90 100
Eje
s Eq
uiv
ale
nte
s, W
18
Esp
eso
r d
e c
alza
da,
cm
Confiabilidad
Espesor Ejes Equivalentes
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Análisis de Sensibilidad 32
000 E+00
40 E+06
80 E+06
120 E+06
160 E+06
200 E+06
240 E+06
280 E+06
320 E+06
24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36
Eje
s Eq
uiv
ale
nte
s d
e 8
,2 T
Espesor de calzada, cm
Con Pasadores y Sin Banquina de Hº
Con Pasadores y Con Banquina de Hº
Sin Pasadores y Con Banquina de Hº
Sin Pasadores y Sin Banquina de Hº
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Variantes según Condición de
Transferencia de Carga
33
VARIANTE A – BANQUINA FLEXIBLE
VARIANTE B – BANQUINA RÍGIDA / SOBREANCHO
JUNTAS TRANSVERSALES
• Con Pas → E: 29,7 cm.
• Sin Pas → E: 34,8 cm.
JUNTAS TRANSVERSALES
• Con Pas → E: 27,0 cm.
• Sin Pas → E: 31,7 cm.
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Variante C – Base Asf + Subbase Gran. 34
VARIANTE C – BANQUINA FLEXIBLE
VARIANTE C – BANQUINA RÍGIDA / SOBREANCHO
JUNTAS TRANSVERSALES
• Con Pas → E: 31,0 cm.
• Sin Pas → E: 36,1 cm.
JUNTAS TRANSVERSALES
• Con Pas → E: 28,3 cm.
• Sin Pas → E: 32,9 cm.
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Que otra variante podríamos analizar? 35
VARIANTE D – Incorporación de una estructura de Subdrenaje
Objetivo:
• Eliminar el agua que pudiera infiltrarse dentro de la estructura del pavimento
• Mayor confiabilidad en la prevención del bombeo de finos desde las capas inferiores.
Calidad de drenaje Regular Excelente Coef. De drenaje 1,00 1,15
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Variante D – Subdrenaje 36
VARIANTE D – BANQUINA FLEXIBLE Opción 1: con Dren Longitudinal SIN SOBREANCHO
JUNTAS TRANSVERSALES
• Con Pas → E: 27,5 cm.
• Sin Pas → E: 32,3 cm.
VARIANTE D – BANQUINA FLEXIBLE Opción 2: Extendida hasta el talud
CON SOBREANCHO
JUNTAS TRANSVERSALES
• Con Pas → E: 25,0 cm.
• Sin Pas → E: 29,4 cm.
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37
Ejemplo (ACPA StreetPave12)
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38
Ejemplo (ACPA StreetPave12)
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39
Ejemplo (ACPA StreetPave12)
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40
Ejemplo (ACPA StreetPave12)
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41
Ejemplo (ACPA StreetPave12)
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42
Ejemplo (ACPA StreetPave12)
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43
Ejemplo (ACPA StreetPave12)
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44
Ejemplo (ACPA StreetPave12)
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45
Ejemplo (ACPA StreetPave12)
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46
Ejemplo (ACPA StreetPave12)