DISEÑO DE PAVIMENTOS RÍGIDOS PARA CALLES Y CARRETERAS

Transcripción

1 DISEÑO DE PAVIMENTOS RÍGIDOS PARA CALLES Y CARRETERAS

2 CONTENIDO Método de diseño PCA Método de diseño PCA simplificado Diseño de juntas

3 DISEÑO DE PAVIMENTOS RÍGIDOS PARA CALLES Y CARRETERAS BASES DE LOS CRITERIOS ACTUALES PARA EL DISEÑO DE PAVIMENTOS RÍGIDOS Los estudios teóricos del comportamiento de losas y los desarrollos recientes de análisis de esfuerzos y deformaciones en pavimentos rígidos Pavimentos experimentales sometidos a tránsito controlado, como los de Bates, Pittsburg, Maryland y AASHO El estudio del comportamiento bajo servicio de pavimentos normalmente construidos, sometidos a tránsito mixto, el cual ha constituido la mayor fuente de conocimiento

4 MÉTODOS DE DISEÑO MÉTODO DE DISEÑO PCA

5 MÉTODO DE DISEÑO PCA

6 MÉTODO DE DISEÑO PCA Generalidades Publicado en 1966 y actualizado en 1984 Es aplicable a: Pavimentos de concreto simple con juntas Pavimentos de concreto reforzado con juntas Pavimentos con refuerzo continuo

7 MÉTODO DE DISEÑO PCA Generalidades Los esfuerzos y deflexiones críticas se han calculado y combinado con criterios de diseño, para desarrollar tablas y gráficas de diseño Los criterios de diseño consideran: Análisis de fatiga Análisis de erosión

8 MÉTODO DE DISEÑO PCA ANÁLISIS DE FATIGA Reconoce que el pavimento puede fallar por fatiga del concreto Se basa en el cálculo de esfuerzos por cargas en el borde de las losas, a medio camino entre juntas transversales

9 MÉTODO DE DISEÑO PCA ANÁLISIS DE FATIGA Los esfuerzos debidos al alabeo no son considerados en el diseño La magnitud de los esfuerzos críticos se reduce si las bermas se anclan al pavimento El análisis de fatiga controla los diseños de pavimentos delgados para bajo tránsito, independientemente del tipo de transferencia de carga en las juntas transversales

10 ANÁLISIS DE FATIGA MÉTODO DE DISEÑO PCA La resistencia a la fatiga se basa en la relación de esfuerzos: Esfuerzo producido por Módulo de rotura la carga por del concreto Se considera que la resistencia a fatiga no consumida por una carga queda disponible para ser consumida por las repeticiones de otras cargas (Ley de Miner) eje

11 ANÁLISIS DE FATIGA MÉTODO DE DISEÑO PCA

12 MÉTODO DE DISEÑO PCA ANÁLISIS DE EROSIÓN Considera que el pavimento falla por bombeo, por erosión del soporte y por escalonamiento de las juntas La deflexión más crítica ocurre en la esquina de la losa, cuando la carga está situada en la junta, en cercanías de la esquina

13 MÉTODO DE DISEÑO PCA ANÁLISIS DE EROSIÓN La deflexión en la esquina de la losa se reduce si la berma está anclada al pavimento o si la losa es lo suficientemente ancha como para que las llantas circulen lejos del borde de la losa El análisis de erosión controla el diseño de los pavimentos espesos para tránsito medio y pesado cuando la transferencia de carga es por trabazón de agregados y controla el diseño para tránsito pesado cuando la transferencia es por varillas

14 MÉTODO DE DISEÑO PCA FACTORES DE DISEÑO DEL PAVIMENTO Factor Soporte Resistencia del concreto Cargas del tránsito Otros factores Medida Módulo de reacción (k) de la subrasante o del conjunto subrasante - subbase, si esta última se coloca Resistencia de tracción por flexión con carga en los tercios medios. Se utiliza una resistencia de diseño a 28 días de curado de la mezcla y se denomina módulo de rotura. Se debe conocer el espectro de cargas por eje y proyectarlo durante el periodo de diseño del pavimento. Las cargas incluyen un factor de seguridad según la intensidad del tránsito (1.0, 1.1, 1.2) Tipo de transferencia de carga en juntas transversales. Presencia de bermas de concreto ancladas al pavimento

15 MÉTODO DE DISEÑO PCA CONSIDERACIONES DE DISEÑO Soporte del pavimento La resistencia de cada suelo se debe expresar en términos del módulo de reacción (k) No se requiere realizar correcciones de k por efectos estacionales Se permite la determinación de k por correlación con el CBR CBR (%) k (pci)

16 MÉTODO DE DISEÑO PCA CONSIDERACIONES DE DISEÑO Soporte del pavimento La colocación de una subbase para prevenir el bombeo (granular o estabilizada) y para brindar un apoyo más uniforme a las losas, se traduce en un incremento del módulo de reacción del soporte (k), el cual se aprovecha en el diseño del espesor de las losas

17 MÉTODO DE DISEÑO PCA CONSIDERACIONES DE DISEÑO Soporte del pavimento

18 MÉTODO DE DISEÑO PCA CONSIDERACIONES DE DISEÑO Resistencia del concreto Los esfuerzos que sufre un pavimento rígido bajo carga son de compresión y tensión Los esfuerzos de compresión son muy bajos respecto de la resistencia a la compresión del concreto Los esfuerzos de tensión pueden representar una fracción importante de resistencia a flexión, razón por la cual son éstos los que se consideran en el diseño del pavimento

19 MÉTODO DE DISEÑO PCA CONSIDERACIONES DE DISEÑO Resistencia del concreto a flexión

20 MÉTODO DE DISEÑO PCA CONSIDERACIONES DE DISEÑO Resistencia del concreto El diseño hace uso del valor de fatiga del concreto bajo flexión repetida El criterio de fatiga se basa en la hipótesis de que la resistencia a fatiga no consumida por las repeticiones de una determinada carga queda disponible para las repeticiones de las demás El consumo total de fatiga no deberá exceder de 100% La ecuación de fatiga está incorporada en las gráficas de diseño

21 MÉTODO DE DISEÑO PCA CONSIDERACIONES DE DISEÑO Cargas del tránsito El método exige el conocimiento del espectro de cargas por eje, discriminado por tipo de eje (simple, tándem, triple) El espectro actual debe proyectarse al futuro de acuerdo con la tasa de crecimiento anual de tránsito, para determinar el número esperado de aplicaciones de cada grupo de carga por eje durante el periodo de diseño que, generalmente, es 20 años

22 MÉTODO DE DISEÑO PCA CONSIDERACIONES DE DISEÑO Cargas del tránsito Las magnitudes de las cargas por eje se deben afectar por un factor de seguridad: Vías con un flujo importante de tránsito pesado, FSC=1.2 Vías con moderado volumen de tránsito de vehículos pesados, FSC= 1.1 Vías residenciales y otras con bajo volumen de tránsito, FSC = 1.0

23 I - Tipo de transferencia de carga en las juntas transversales El método considera dos sistemas: Por varillas para la transferencia de carga (pasadores) Por trabazón de agregados MÉTODO DE DISEÑO PCA CONSIDERACIONES DE DISEÑO Otros factores

24 MÉTODO DE DISEÑO PCA CONSIDERACIONES DE DISEÑO Otros factores I - Tipo de transferencia de carga en las juntas transversales La inclusión de varillas para la transferencia de carga (pasadores) en la juntas trasversales de contracción mejora el comportamiento del pavimento en relación con la posibilidad de falla por escalonamiento, en particular cuando los volúmenes de tránsito son elevados

25 MÉTODO DE DISEÑO PCA CONSIDERACIONES DE DISEÑO Otros factores I - Tipo de transferencia de carga en las juntas transversales VARILLAS DE TRANSFERENCIA

26 MÉTODO DE DISEÑO PCA CONSIDERACIONES DE DISEÑO Otros factores I - Tipo de transferencia de carga en las juntas transversales TRABAZÓN DE AGREGADOS

27 Otros factores II - Uso de bermas de concreto MÉTODO DE DISEÑO PCA CONSIDERACIONES DE DISEÑO El empleo de bermas de concreto ancladas al pavimento produce alguna transferencia de carga que da lugar a reducciones en los esfuerzos de flexión y en las deflexiones producidas por las cargas de los vehículos, las cuales se pueden traducir en una disminución del espesor de diseño

28 MÉTODO DE DISEÑO PCA CONSIDERACIONES DE DISEÑO Otros factores II - Uso de bermas de concreto

29 MÉTODO DE DISEÑO PCA TABLAS Y GRÁFICAS DE DISEÑO

30 MÉTODO DE DISEÑO PCA TABLAS Y GRÁFICAS DE DISEÑO

31 MÉTODO DE DISEÑO PCA TABLA PARA EL CÁLCULO DEL ESFUERZO EQUIVALENTE PARA EJE SENCILLO EN UN PAVIMENTO SIN BERMAS DE CONCRETO (PARCIAL) (EJE SIMPLE/EJE TÁNDEM) Espesor k combinado (lb/pg3) losas(pg) / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / /207

32 MÉTODO DE DISEÑO PCA GRÁFICA PARA ANÁLISIS DE FATIGA

33 MÉTODO DE DISEÑO PCA TABLA PARA EL CÁLCULO DEL FACTOR DE EROSIÓN PARA EJE SIMPLE EN UN PAVIMENTO CON SISTEMA DE TRANSFERENCIA POR VARILLAS Y SIN BERMAS DE CONCRETO (PARCIAL) (EJE SIMPLE/EJE TÁNDEM) Espesor k combinado (lb/pg3) losas(pg) / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / /3.07

34 MÉTODO DE DISEÑO PCA GRÁFICA PARA ANÁLISIS DE EROSIÓN

35 MODELO DE HOJA DE CÁLCULO Proyecto: Espesor: cm Juntas con dovelas: k sist. : MPa/m Bermas de concreto: MÉTODO DE DISEÑO PCA PROCEDIMIENTO DE DISEÑO f ctm,k : MPa Período de diseño (años): Fsc: ANÁLISIS DE FATIGA ANÁLISIS DE EROSIÓN CARGAS CARGAS NÚMERO NÚMERO CONSUMO NÚMERO DAÑOS POR POR EJE POR EJE REPETICIONES REPETICONES DE FATIGA REPETICIONES EROSIÓN (kn) x Fsc ESPERADAS ADMISIBLES (%) ADMISIBLES (%) EJES SENCILOS Esf. equivalente: Factor de erosión: Factor de relación de esfuerzo: EJES TÁNDEM Esf. equivalente: Factor de erosión: Factor de relación de esfuerzo: EJES TRÍDEM Esf. equivalente: Factor de erosión: Factor de relación de esfuerzo: TOTAL TOTAL

36 MÉTODO DE DISEÑO PCA PROCEDIMIENTO DE DISEÑO Inclusión de datos de entrada en la hoja de cálculo Espesor de tanteo de losas de concreto Módulo de reacción de la subrasante o del conjunto subrasante - subbase Módulo de rotura promedio del concreto

37 MÉTODO DE DISEÑO PCA PROCEDIMIENTO DE DISEÑO Inclusión de datos de entrada en la hoja de cálculo Factor de seguridad de carga adoptado Sistema de transferencia de carga en las juntas transversales Presencia o ausencia de bermas de concreto Periodo de diseño del pavimento

38 MÉTODO DE DISEÑO PCA PROCEDIMIENTO DE DISEÑO Inclusión de datos de entrada en la hoja de cálculo Esfuerzo equivalente para ejes simples, tomado de la tabla que corresponda (pavimento con o sin berma) en función del espesor de tanteo y del k de diseño Relación de esfuerzos para ejes simples = Esfuerzo equivalente para ejes simples / Módulo de rotura del concreto Factor de erosión para ejes simples, tomado de la tabla que corresponda, según los tipos de confinamiento y transferencia de carga, en función del espesor de tanteo y del k de diseño

39 MÉTODO DE DISEÑO PCA PROCEDIMIENTO DE DISEÑO Inclusión de datos de entrada en la hoja de cálculo Esfuerzo equivalente, relación de esfuerzos y factor de erosión para ejes tándem con un procedimiento similar al de los ejes simples Inclusión del espectro de cargas elegido (columna 1) Multiplicación de cada valor de carga x FSC (columna 2) Inclusión de número de repeticiones esperadas de cada carga por eje (columna 3)

40 Análisis de fatiga MÉTODO DE DISEÑO PCA PROCEDIMIENTO DE DISEÑO Para cada una de las cargas por eje simple de la columna 2 y la relación de esfuerzos para ejes simples, se determina el número admisible de repeticiones de carga en la gráfica de análisis de fatiga y se coloca en la casilla correspondiente de la columna 4 Si el número de repeticiones admisible resulta superior a 10,000,000, se escribirá ilimitado en la casilla correspondiente

41 Análisis de fatiga MÉTODO DE DISEÑO PCA PROCEDIMIENTO DE DISEÑO Se procede de manera similar con las cargas por eje tándem Se calcula el consumo de fatiga de cada una de las cargas por eje simple y tándem, dividiendo los valores de la columna 3 por los valores de la columna 4. Se coloca cada resultado en la columna 5, como porcentaje La suma de todos los valores de la columna 5 será el consumo total de fatiga, correspondiente al espesor de tanteo escogido

42 MÉTODO DE DISEÑO PCA Análisis de erosión PROCEDIMIENTO DE DISEÑO Para cada una de las cargas por eje simple de la columna 2 y el factor de erosión para ejes simples, se determina el número de repeticiones admisibles por este concepto en la gráfica que corresponda (según si el pavimento tiene o no bermas de concreto) y se coloca en la casilla correspondiente de la columna 6 Para repeticiones mayores de 100,000,000, se escribe ilimitado

43 Análisis de erosión MÉTODO DE DISEÑO PCA PROCEDIMIENTO DE DISEÑO Se procede de manera similar con las cargas por eje tándem Se calcula el daño relativo por erosión, relacionando, en porcentaje, los valores de las columnas 3 y 6 Se colocan los valores calculados en la columna 7 La suma de todos los valores de la columna 7 es el daño total por erosión correspondiente al espesor de tanteo escogido

44 MÉTODO DE DISEÑO PCA PROCEDIMIENTO DE DISEÑO Análisis de resultados El espesor de losas escogido para el tanteo se considera inadecuado si el consumo total de fatiga o el daño total por erosión superan 100% En este caso, se realiza otro tanteo con un espesor de losas mayor Si los totales son mucho menores que 100%, se debe realizar otro tanteo con un espesor menor

45 Análisis de resultados MÉTODO DE DISEÑO PCA PROCEDIMIENTO DE DISEÑO Para disminuir el número de tanteos, el efecto del espesor sobre los daños por fatiga y erosión se ajusta a una proyección geométrica Por ejemplo, si el consumo de fatiga para un espesor de 20 cm resultó 178% y para uno de 24 cm fue 33%, el consumo de fatiga para 22 cm será 178 *33 77%

46 MÉTODO DE DISEÑO PCA PROCEDIMIENTO DE DISEÑO HOJA DE CÁLCULO CON TANTEO DE DISEÑO

47 MÉTODO DE DISEÑO PCA OTRAS POSIBILIDADES DEL MÉTODO DE LA PCA El método contempla la posibilidad de incluir capas de subbase de concreto pobre e incluye gráficas de diseño para ello Se tiene en cuenta la presencia de ejes triples, los cuales se procesan en una hoja de cálculo extra Se considera que cada eje triple equivale a 3 ejes simples, cada uno de ellos con una carga igual a la tercera parte del eje triple y se emplean las tablas y escalas gráficas correspondientes a los ejes simples para los cálculos de fatiga y erosión

48 MÉTODO DE DISEÑO PCA DISEÑO MEDIANTE PROGRAMAS DE CÓMPUTO Existen programas de cómputo que realizan los tanteos con gran rapidez, a partir de los parámetros básicos de diseño (ejemplo: programa BS-PCA)

49 MÉTODO DE DISEÑO PCA PROGRAMA BS-PCA PANTALLA CON INFORMACIÓN SOBRE TRÁNSITO

50 MÉTODO DE DISEÑO PCA PROGRAMA BS-PCA PANTALLA CON DATOS DE ENTRADA Y RESULTADOS

51 MÉTODOS DE DISEÑO MÉTODO DE DISEÑO PCA SIMPLIFICADO

52 MÉTODO SIMPLIFICADO DE DISEÑO PCA Generalidades Este método se aplica cuando no se dispone de datos sobre el espectro de cargas La PCA ha generado unas tablas de diseño basadas en volúmenes de tránsito mixto que representan diferentes categorías de calles y carreteras de los Estados Unidos de América Su aplicación en otros medios debe ser cuidadosa, debido a las diferencias en las costumbres del tránsito, en particular las cargas máximas por eje

53 MÉTODO SIMPLIFICADO DE DISEÑO PCA Generalidades El tránsito y el soporte se caracterizan de manera diferente al método general de la PCA El módulo de rotura del concreto y las condiciones de transferencia de carga y confinamiento lateral se analizan de la misma manera Los factores de seguridad de carga están incorporados en las tablas de diseño, las cuales han sido elaboradas para un periodo de diseño de 20 años

54 MÉTODO SIMPLIFICADO DE DISEÑO PCA CLASIFICACIÓN DEL TRÁNSITO Categoría CATEGORIAS DE CARGA POR EJE Tránsito Descripción de la vía TPD (ADT) * TPD VC (ADTT) Calles residenciales ó - Carreteras secundarias de tránsito bajo y medio Calles colectoras Carreteras secundarias de mayor tránsito Vias arterias de bajo tránsito Vías arterias y carreteras primarias de tránsito medio (2 carriles) Vias expresas de tránsito bajo y medio (4 carriles) Vias arterias primarias y expresas de alto tránsito (2 carriles) (4 carriles o más) Máximas cargas por eje, kips (t) Ejes simples Ejes tándem 22 (10) 36 (16) 26 (12) 44 (20) 30 (14) 52 (24) 34 (16) 60 (27) * Se excluye todo vehículo de 2 ejes y 4 llantas

55 MÉTODO SIMPLIFICADO DE DISEÑO PCA CLASIFICACIÓN DEL TRÁNSITO Consideraciones sobre TPD (ADT) y TPDvc (ADTT) TPD (ADT) es el tránsito promedio diario en ambas direcciones, el cual incluye todos los vehículos TPDvc (ADTT) es el tránsito promedio diario en ambas direcciones, de vehículos comerciales (vehículos con 6 o más llantas)

56 MÉTODO SIMPLIFICADO DE DISEÑO PCA CLASIFICACIÓN DEL TRÁNSITO Consideraciones sobre TPD (ADT) y TPDvc (ADTT) Los valores de TPD y TPDvc que se usan para el diseño deben ser valores promedio durante el periodo de diseño, por lo que los valores iniciales deben ser afectados por factores de proyección que dependen de la tasa anual de crecimiento del tránsito

57 MÉTODO SIMPLIFICADO DE DISEÑO PCA CLASIFICACIÓN DEL SOPORTE Tipo de soporte Bajo Tipo de suelo Suelo de grano fino donde predominan Rango típico de k (pci) partículas de limo y arcilla Medio Arenas y mezclas de grava y arena con cantidades moderadas de partículas finas Alto Arenas y mezclas de gravas y arenas relativamente libres de finos plásticos Muy alto Subrasantes protegidas con subbases tratadas con cemento

58 MÉTODO SIMPLIFICADO DE DISEÑO PCA PASOS PARA EL DISEÑO Se elige una categoría de tránsito Lo correcto es basarse en la descripción del tipo de vía y las cargas máximas esperables por eje, más que en los valores de TPD y TPDvc, los cuales han sido incluidos para ilustrar valores típicos Se determina el tipo de soporte

59 MÉTODO SIMPLIFICADO DE DISEÑO PCA PASOS PARA EL DISEÑO Se establecen las características de transferencia de carga y confinamiento lateral del pavimento Se escoge la tabla de diseño apropiada para los parámetros citados Se halla el espesor de losas de concreto requerido, según el módulo de rotura de diseño de la mezcla

60 MÉTODO SIMPLIFICADO DE DISEÑO PCA Datos del problema EJEMPLO DE DISEÑO Vía arteria de dos carriles TPD de diseño = 6,200 vehículos TPDvc de diseño = 630 vehículos comerciales No se espera la acción de cargas inusualmente altas o bajas Suelo de subrasante arcilloso (k = 80 lb/pg 3 ) Subbase granular de 4 pulgadas de espesor Módulo de rotura del concreto = 650 lb/pg 2 Transferencia de cagas por varillas Pavimento confinado por berma de concreto

61 MÉTODO SIMPLIFICADO DE DISEÑO PCA Solución del problema EJEMPLO DE DISEÑO Considerando el tipo de vía y el hecho de que no habrá cargas excepcionales, se escoge la Categoría 3 de tránsito Para la combinación de subrasante y subbase granular, en encuentra un k combinado de 120 pci, al cual corresponde un Soporte Bajo Se escoge la tabla de diseño adecuada a los datos del problema (categoría de tránsito, tipo de transferencia de carga y existencia de confinamiento)

62 MÉTODO SIMPLIFICADO DE DISEÑO PCA EJEMPLO DE TABLA DE DISEÑO DEL PAVIMENTO Módulo rotura concreto (lb/pg2) 650 PAVIMENTO CON BERMAS DE CONCRETO Espesor SOPORTE SUBRASANTE - SUBBASE losas (pg) Bajo Medio Alto Muy alto

63 MÉTODO SIMPLIFICADO DE DISEÑO PCA EJEMPLO DE DISEÑO Solución del problema (cont.) Para un módulo de rotura de 650 psi, la tabla muestra que 7.5 pulgadas de losas soportan un TPDvc hasta de 320 vehículos comerciales 8.0 pulgadas de losas soportan un TPDvc hasta de 1600 vehículos comerciales Como el TPDvc del problema es 630, se concluye que el espesor de losas requerido es 8.0 pulgadas

64 SENSIBILIDAD DE LOS FACTORES DE DISEÑO CAPACIDAD DE SOPORTE Si se duplica el módulo de reacción de diseño, se logra una disminución media de 2 cm en el espesor de losas si el soporte es bajo o medio La disminución es del orden de 1 cm para soportes de mejor calidad

65 SENSIBILIDAD DE LOS FACTORES DE DISEÑO RESISTENCIA DE DISEÑO DEL CONCRETO Tránsito Junta Resistencia del concreto Medio a No tiene influencia. El control lo ejerce la muy Sin pasadores erosión pesado Con pasadores En promedio, un aumento de 3 kg/cm2 reduce 1 cm el espesor Liviano a medio Con y sin pasadores En promedio, un aumento de 3 kg/cm2 disminuye 1 cm el espesor BERMA PAVIMENTADA EN CONCRETO Su consideración permite disminuir, en promedio, 3 cm el espesor del pavimento

66 SENSIBILIDAD DE LOS FACTORES DE DISEÑO COLOCACIÓN DE PASADORES EN JUNTAS TRANSVERSALES Tránsito Resistencia del concreto Efecto de los pasadores Pesado y muy Alta Permite reducir el espesor en 5 cm pesado Media y baja Permite reducir el espesor en 2 cm Medio Alta Permite reducir el espesor de 2 a 3 cm Media y baja No influye Liviano a medio Alta a baja No influye Liviano Alta a baja No influye

67 ELEMENTOS AUXILIARES DISEÑO DE JUNTAS EN PAVIMENTOS RÍGIDOS

68 DISEÑO DE JUNTAS 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 combinados del alabeo y las cargas del tránsito Permitir los movimientos de las losas Asegurar una adecuada transferencia de carga Proveer espacio para el material de sello

69 DISEÑO DE JUNTAS 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 de tracción que causan un patrón de fisuramiento transversal a intervalos del orden de 10 a 45 metros

70 DISEÑO DE JUNTAS FISURACIÓN INICIAL DEL CONCRETO Debido a la acción de gradientes térmicos, los segmentos en los cuales se ha dividido el pavimento tienden a alabearse, generándose esfuerzos de flexión 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

71 DISEÑO DE JUNTAS FISURACIÓN INICIAL DE UN PAVIMENTO RÍGIDO TÍPICO SIN JUNTAS

72 DISEÑO DE JUNTAS 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

73 DISEÑO DE JUNTAS TIPOS DE JUNTAS EN PAVIMENTOS RÍGIDOS

74 DISEÑO DE JUNTAS TIPOS DE JUNTAS EN PAVIMENTOS RÍGIDOS

75 DISEÑO DE JUNTAS TIPOS DE JUNTAS EN PAVIMENTOS RÍGIDOS

76 DISEÑO DE JUNTAS TIPOS DE JUNTAS EN PAVIMENTOS RÍGIDOS

77 DISEÑO DE JUNTAS DIMENSIONES MÍNIMAS DE LOS PASADORES DE CARGA PCA (1975) Espesor del diámetro del pasador * longitud separación entre pavimento (mm) mm pg (mm) centros (mm) ,2 7/ , ,6 1 1/ ,8 1 1/ ,9 1 3/ ,1 1 1/

78 DISEÑO DE JUNTAS DIMENSIONES MÍNIMAS DE LOS PASADORES DE CARGA Existe una regla según la cual el diámetro de la varilla no puede ser menor de 1/8 del espesor de la losa (PCA, 1975) La PCA (1991) recomienda diámetros de 1 y ¼ para espesores de losa menores de 250 mm y 1 y ½ para espesores iguales o mayores a 250 mm Existen recomendaciones según las cuales las losas de menos de 170 mm no requieren pasadores, debido a que corresponden a vías de tránsito liviano

79 DISEÑO DE JUNTAS RECOMENDACIONES SOBRE VARILLAS DE ANCLAJE GRADO 60 EN LAS JUNTAS LONGITUDINALES DE PAVIMENTOS RÍGIDOS Espesor losa (mm) Long (mm) varillas de 1/2" varillas de 5/8" Separación entre centros (m) Long (mm) Separación entre centros (m) Carril 3.05 m Carril 3.35 m Carril 3.65 m Carril 3.05 m Carril 3.35 m Carril 3.65 m 150 1,20 1,20 1,20 1,20 1,20 1, ,20 1,20 1,20 1,20 1,20 1, ,20 1,20 1, ,20 1,20 1, ,20 1,20 1,20 1,20 1,20 1, ,20 1,15 1,10 1,20 1,20 1,20 No se deben colocar varillas de anclaje a menos de 38 cm de la junta transversal

80 SEPARACIÓN ENTRE JUNTAS DISEÑO DE JUNTAS Los registros locales de comportamiento constituyen la mejor guía para establecer la separación entre juntas que controlen efectivamente los agrietamientos transversal y longitudinal 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

81 DISEÑO DE JUNTAS RECOMENDACIONES SOBRE LONGITUDES MÁXIMAS DE LOSAS EN PAVIMENTOS DE CONCRETO SIMPLE

82 DISEÑO DE JUNTAS EJEMPLO DE APLICACIÓN DEL CRITERIO FHWA LONGITUDES DE LOSA RESULTANTES PARA UN RANGO NORMAL DE ESPESORES DE LOSAS Y MÓDULOS DE RELACIÓN DE SOPORTE DE MANERA QUE L/l = 5 Espesor de losa (pg) k=100 pci k=200 pci k=800pci l (pg) L (pie) l (pg) L (pie) l (pg) L (pie) De acuerdo con la tabla, si los soportes son rígidos (subbases estabilizadas) la longitud de las losas debe ser menor Del orden de 12 pies para losas de 9 pulgadas de espesor, y del orden de 15 pies para losas de 13 pulgadas

83 DISEÑO DE JUNTAS COMPARACIÓN DE LONGITUDES MÁXIMAS DE LOSAS SEGÚN DIVERSOS CRITERIOS (espesor = 9 pulgadas) Criterio FHWA FAA PCA Fordyce Longitud máxima k= 100 pci; L = 17.5 pies (5.3 m) k= 200 pci; L = 14.7 pies (4.5 m) k= 800 pci; L = 10.4 pies (3.2 m) L= 2x9 = 18 pies (5.5 m) L=25*9/12 = pies (5.7 m) depende del tipo de agregado grueso

84 DISEÑO DE JUNTAS 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

85 DISEÑO DE JUNTAS RECOMENDACIONES GENERALES PARA LA DISPOSICIÓN DE JUNTAS EN PAVIMENTOS DE CONCRETO SIMPLE 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 45 cm Se deben hacer ajustes menores en la distribución de juntas donde haya sumideros o pozos de inspección y las losas donde ellos queden incluidos suelen armarse en la parte superior

86 DISEÑO DE JUNTAS EJEMPLO DE DISTRIBUCIÓN DE JUNTAS EN PAVIMENTOS DE CONCRETO SIMPLE reforzadas

87 DISEÑO DE JUNTAS EJEMPLO DE DISTRIBUCIÓN DE JUNTAS EN PAVIMENTOS DE CONCRETO SIMPLE reforzadas

88 DISEÑO DE JUNTAS EJEMPLO DE DISTRIBUCIÓN DE JUNTAS EN PAVIMENTOS DE CONCRETO SIMPLE

89 DISEÑO DE JUNTAS EJEMPLOS DE DISPOSICIÓN DE JUNTAS AISLADORAS EN PAVIMENTOS DE CONCRETO SIMPLE

90 DISEÑO DE JUNTAS REFUERZO DE LOSAS DE FORMA IRREGULAR O CON ESTRUCTURAS FIJAS EN SU INTERIOR

91 DISEÑO DE JUNTAS ESQUEMA DE TRANSICIÓN ENTRE PAVIMENTOS ASFÁLTICO Y RÍGIDO

92 DISEÑO DE JUNTAS DISEÑO DEL SELLO DE LAS JUNTAS Las juntas deben ser selladas para minimizar la infiltración de agua superficial y de materiales incompresibles dentro de ellas Las características requeridas de un sellador son diferentes para los distintos tipos de juntas. Un sellador para una junta longitudinal no requiere ser tan elástico como para una junta transversal

93 DISEÑO DE JUNTAS DISEÑO DEL SELLO DE LAS JUNTAS Las dimensiones de las cajas de las juntas son un factor importante en la selección y comportamiento de los selladores Las dimensiones de las cajas se establecen para ayudar a los materiales selladores a soportar los movimientos de apertura y cierre de las juntas Las estimaciones de los movimientos de las juntas transversales se hacen con la ecuación: DL = CL ( a Dt + d)

94 DISEÑO DE JUNTAS DISEÑO DEL SELLO DE LAS JUNTAS Cajas para selladores líquidos El ancho de la caja para alojar el sello debe ser como mínimo de 6 mm y como máximo de 10 mm El ancho de corte con la sierra y la profundidad de inserción del cordón de respaldo determinan la forma del sellador El factor de forma (relación profundidad/ancho) es crítico para el éxito a largo plazo de los selladores líquidos

95 DISEÑO DE JUNTAS DISEÑO DEL SELLO DE LAS JUNTAS Cajas para selladores líquidos Los movimientos de expansión y contracción de las losas inducen deformaciones en el material de sello y tensiones en sus áreas de adherencia con la caja Un factor de forma menor de 1.0 produce tensiones más bajas en el sellador, lo que minimiza la pérdida de adherencia con las paredes de la junta

96 DISEÑO DE JUNTAS DISEÑO DEL SELLO DE LAS JUNTAS Cajas para selladores líquidos

97 DISEÑO DE JUNTAS DISEÑO DEL SELLO DE LAS JUNTAS Cajas para selladores líquidos Los selladores líquidos de vertido en caliente soportan hasta un 20% de alargamiento con respecto a su ancho original, mientras las siliconas y otros materiales de bajo módulo soportan hasta el 100% En consecuencia, el sellador se debe escoger de acuerdo con su alargamiento máximo esperado a causa de la retracción del concreto

98 DISEÑO DE JUNTAS DISEÑO DEL SELLO DE LAS JUNTAS Cajas para selladores líquidos Ejemplo Si se tienen los siguientes datos: C = 0.8; L = 4 metros; α = 10-5 ; ΔT = 25ºC y δ = : Y se emplea la ecuación: DL = CL ( a Dt + d) Se obtiene la siguiente abertura máxima de la junta: DL = 0.8*4*1000 ( 10-5 * ) = 2.24 mm

99 DISEÑO DE JUNTAS DISEÑO DEL SELLO DE LAS JUNTAS Cajas para selladores líquidos De acuerdo con recomendaciones de ACPA, el ancho mínimo de la caja para alojar el sello debe ser de 6 mm Como según el ejemplo, la abertura de la junta será de 2.24 mm, después de la contracción del concreto el reservorio tendrá un ancho de = 8.24 mm, lo que hace que el material de sello deba tener un porcentaje de alargamiento mayor de 2.24/6.0 = 0.37 (37 %), con el fin de soportar, sin desprenderse, el movimiento de la junta en sentido horizontal

100 DISEÑO DE JUNTAS DISEÑO DEL SELLO DE LAS JUNTAS Cajas para selladores líquidos

101 Cajas para selladores preformados DISEÑO DE JUNTAS DISEÑO DEL SELLO DE LAS JUNTAS Los selladores preformados se colocan para permanecer en compresión dentro de la junta durante su vida útil, aun cuando la junta esté abierta a su máxima anchura Ello es necesario para mantener la presión de contacto requerida entre la junta y el sellador, de manera que éste se conserve en su lugar Si la junta se abre hasta un ancho mayor que el del sellador, éste fallará, por cuanto caerá dentro de la junta o será expulsado por el tránsito

102 Cajas para selladores preformados DISEÑO DE JUNTAS DISEÑO DEL SELLO DE LAS JUNTAS Es muy importante elegir el tamaño correcto de sellador y que éste mantenga sus propiedades elásticas El sellador debe permanecer en compresión, transmitiendo esfuerzos a las caras de la junta a través de sus nervaduras Si la junta se hace muy estrecha y los esfuerzos de compresión sobre el sellador son muy altos, éste pierde su elasticidad y el sello falla cayendo al fondo de la junta o siendo expulsado de ésta

103 Cajas para selladores preformados DISEÑO DE JUNTAS DISEÑO DEL SELLO DE LAS JUNTAS

104 DISEÑO DE JUNTAS DISEÑO DEL SELLO DE LAS JUNTAS Procedimiento para elegir el tamaño del sellador preformado El primer paso consiste en calcular la abertura que puede tener la junta: DL = CL ( a Dt + d) Determinadas las aberturas máxima y mínima de la junta, se establece el rango de trabajo del sellador, de manera que éste se encuentre comprimido por lo menos 20%, pero no más de 60 % Estimado el rango de trabajo, se determina el ancho que requiere el sellador

105 DISEÑO DE JUNTAS DISEÑO DEL SELLO DE LAS JUNTAS Ejemplo de cálculo del tamaño del sellador preformado Datos: Temperatura en el instante de colocar el sellador = 28 ºC Temperatura máxima del pavimento = 45 ºC Temperatura mínima del pavimento = 0 ºC Longitud de losa = 4.50 metros Coeficiente de dilatación térmica del concreto (α) = 10-5 /º C Coeficiente de contracción por secado (δ) = Factor de ajuste por fricción = 0.8

106 DISEÑO DE JUNTAS DISEÑO DEL SELLO DE LAS JUNTAS Ejemplo de cálculo del tamaño del sellador preformado Determinación de la mayor abertura de la junta (frío): DL = 0.8*4.5*1000 [ 10-5 * (28-0) ] = 2.63 mm Determinación de la menor abertura de la junta (calor): DL = 0.8*4.5*1000 [ 10-5 * (45-28) ] = 2.23 mm Si el ancho de corte de la junta es 10 mm, las aberturas máxima y mínima de la caja serán: D máx. = = mm D mín. = = 7.77 mm

107 DISEÑO DE JUNTAS DISEÑO DEL SELLO DE LAS JUNTAS Ejemplo de cálculo del tamaño del sellador preformado Determinación del rango de trabajo del sellador preformado Si el sello debe permanecer comprimido no menos de 20% cuando la junta está abierta, ni más de 60% cuando está cerrada, su rango de trabajo se determina así: Ancho máximo del sello = Ancho mínimo de junta*5.0 Ancho mínimo del sello = Ancho máximo de junta*1.2

108 DISEÑO DE JUNTAS DISEÑO DEL SELLO DE LAS JUNTAS Ejemplo de cálculo del tamaño del sellador preformado Determinación del rango de trabajo del sellador preformado Ancho máximo del sello = 7.77*5.0 = 38.9 mm Ancho mínimo del sello = 12.63*1.2 = 15.2 mm

109 DISEÑO DE JUNTAS DISEÑO DEL SELLO DE LAS JUNTAS Ejemplo de cálculo del tamaño del sellador preformado Determinación del ancho del sellador preformado Un criterio es tomar el promedio de estos dos extremos (27 mm), aunque una regla general es tomar el doble del ancho de corte en el momento de sellado, si cumple los criterios del cálculo. De acuerdo con esta regla, el ancho sería 10*2 = 20 mm (3/4 ) y su rango de trabajo: Máximo = *20 = 16 mm (20% de compresión) Mínimo = *20 = 8 mm (60% de compresión)