Proyecto de Pavimentos de Hormigón para vías Urbanas

Transcripción

1 JORNADA TÉCNICA Proyecto de Pavimentos de Hormigón para vías Urbanas Ing. Sergio Fernandez Dpto. Técnico de Pavimentos 14 de Diciembre de 2012 Honorable Concejo Deliberante de Bahía Blanca Provincia de Buenos Aires

2 ÍNDICE DE LA PRESENTACIÓN

3 Componentes Principales del Sistema Junta Longitudinal Espesor Cordón Cuneta Junta Transversal Calzada de Hormigón Barras de Unión Subrasante Pasadores Subbase o base

4 Componentes Principales del Sistema CALZADA DE HORMIGÓN: Corresponde a la capa superior del Sistema, conformando la capa de rodadura y brindando en gran medida la resistencia estructural requerida para la aplicación. Funciones: Estructurales: Resistencia Espesor Funcionales: Fricción Confort Drenaje superficial

5 Componentes Principales del Sistema JUNTAS: Son las que finalmente determinarán las dimensiones de las losas del pavimento y permiten controlar la formación de fisuras intermedias, tanto a edad temprana como en servicio. Funciones: Delimitar el tamaño de losas. Brindar Transferencia de carga. Permitir el movimiento. Dividir la construcción.

6 Componentes Principales del Sistema PASADORES: Son barras de acero lisas colocadas en las juntas transversales para transferir cargas, sin restringir el movimiento horizontal de las losas. BARRAS DE UNIÓN: Se colocan en las juntas longitudinales para mantener ancladas las mismas garantizando de esta manera que éstas provean una transferencia de carga.

7 Componentes Principales del Sistema BASE: Es la capa ubicada inmediatamente debajo de la calzada de hormigón. Función Principal: prevención de la erosión de la interfase losa apoyo de uso obligatorio en vías de tránsito pesado. Otros beneficios: Mejora la distribución de cargas. Contribuye al drenaje subsuperficial. Protege de la acción de heladas. Garantiza un soporte uniforme. Plataforma de trabajo.

8 Componentes Principales del Sistema SUBBASE: En algunas situaciones puede indicarse una segunda capa entre la subrasante y la calzada para: Control de cambios volumétricos Subdrenaje Plataforma de trabajo. SUBDRENAJE: Su función es la de eliminar rápidamente el agua que se infiltra en la estructura del pavimento No suelen ser habituales en pavimentos urbanos.

9 Componentes Principales del Sistema Soporte de Bordes (Cordón Cuneta Banquinas): La condición de soporte en los bordes de calzada tiene una singular importancia en el comportamiento ya que permitirá transferir parte de las cargas aplicadas, reduciendo las tensiones y deflexiones debidas a cargas.

11 COMPORTAMIENTO ESTRUCTURAL Los pavimentos de Hormigón se caracterizan por conformar una estructura rígida, capaz de distribuir las cargas actuantes en una gran superficie, con bajas deflexiones, transmitiendo bajas tensiones a la subrasante. Las losas de hormigón por si mismas cuentan con la capacidad de soportar las solicitaciones impuestas por el paso de cargas, siempre y cuando el apoyo sea continuo, homogéneo y permanente.

12 SUBRASANTE Cualquier fundación de pavimentos rígidos deberá verificar el cumplimiento de los siguientes requisitos: Uniformidad: No deberá existir cambios abruptos en las características de los materiales (zonas débiles o de elevada rigidez) Control de subrasantes expansivas para asegurar un soporte uniforme tanto en temporadas o estaciones húmedas como secas. Control de hinchamientos por congelamiento en zonas expuestas a esta condición. CUALQUIER PAVIMENTO DE HORMIGÓN EXPERIMENTARÁ PROBLEMAS CON SUBRASANTES Y SUBBASES NO APROPIADAMENTE DISEÑADAS Y CONSTRUIDAS

13 CUÁNDO ES NECESARIO UNA BASE? El empleo de una base es necesaria cuando: Cuando la combinación de suelos de subrasante, disponibilidad de agua y tránsito pesado prevé riesgo de bombeo y la presencia de deterioros asociados a la misma. Cuando se requiere garantizar un apoyo uniforme y estable al pavimento o para facilitar las tareas constructivas. Excepciones: Tránsito: Cuando el tránsito medio diario previsto de vehículos pesados es inferior de 200 VP/día ó cuando la cantidad de ejes equivalentes de diseño es inferior de EE s de 8,2 T. Drenaje Natural: Un suelo de subrasante que es naturalmente drenante no bombeará debido a que el agua percolará a las capas inferiores a través de la subrasante y no permanecerá por debajo del pavimento.

14 BASES GRANULARES Este tipo de bases suelen estar constituidas por una mezcla bien graduada de diferentes tipos de suelos y agregados. El criterio principal para emplear una subbase granular en un pavimento de hormigón es el de limitar el contenido de finos para evitar: que la capa acumule agua y que estos sean erosionados por el fenómeno de bombeo.

15 BASES TRATADAS CON CEMENTO Corresponde a la mezcla de suelo (en el mas amplio sentido de su definición) con cemento, la cual es compactada por medios mecánicos. Ej: suelo cemento, suelo arena- cemento, grava - cemento, ripio- cemento, estabilizado granular con cemento, etc.). Ventajas: Aprovechamiento de los materiales locales. Incremento de la resistencia a la erosión. Evita la consolidación por cargas. Menores deflexiones. Mejor transferencia de carga. Incremento de la rigidez de apoyo.

16 BASES DE HORMIGÓN POBRE Este tipo de bases se han popularizado en los últimos años, en especial para vías donde existe tránsito pesado. Se diferencian de las anteriores en que no requieren compactación mecánica, lo que en ámbitos urbanos permite reducir las molestias a los vecinos. Suelen ejecutarse de forma similar y con el mismo equipamiento que se emplea en los pavimentos de hormigón. A diferencia del pavimento, no requieren la ejecución de juntas intermedias, y es recomendable interponer un ruptor de adherencia con la calzada.

17 CALZADA DE HORMIGÓN El espesor de calzada es la principal variable en estudio durante la etapa de proyecto, dado que es la que en mayor medida incide en la capacidad estructural del pavimento y en el costo global de la estructura. Un criterio sano de ingeniería implica la elección de espesores de diseño que equilibren adecuadamente los costos iniciales y los de mantenimiento.

18 MÉTODOS DE DISEÑO Materiales Clima Tránsito Suelos

19 MÉTODOS DE DISEÑO En función del tipo de análisis que realizan, las metodologías de diseño estructural se dividen en: Empíricas: se basa en la performance evidenciada en experiencias y/o experimentos de pavimentos. Este tipo de aproximaciones son comunes, desde las muy simples (empleo de soluciones conocidas) a las muy complejas (AASHTO 93). Mecanicistas: Es una aproximación puramente científica, basada a partir del mecanismo de respuesta estructural del pavimento cuando es solicitado por cargas. Dado lo complejo que resulta el comportamiento de los pavimentos, no existen metodologías netamente empíricas. Empírico- mecanicistas: Combinan aspectos de ambas metodologías (ej. Método PCA 1984, ACPA StreetPave).

20 CATÁLOGOS (ej: Alemania) Categoría de Ruta Cantidad de Ejes Equivalentes de 10 T previstos (30 años) Tipo de Base 1.1, 1.2 y 1.3 : Base Tratada con cemento. 2 : Base asfáltica. 3 : Base granular.

21 METODO AASHTO 1993 AASHO Road Test ( ) Tercer ensayo a gran escala en pavimentos. Se evaluaron secciones de pavimento rígido y flexible. Se evaluaron distintas configuraciones de carga, espesores de calzada y subbase. Se estudiaron secciones de pavimentos de hormigón simple y reforzado. Objetivo central: desarrollar relaciones entre cargas de tránsito pesado aplicadas, estructura del pavimento y pérdida de Serviciabilidad.

22 METODO AASHTO 1993 Factores involucrados en el diseño Serviciabilidad Inicial (po). Serviciabilidad final (pt). Período de diseño Tránsito en ejes equivalentes (W18) Factor de transferencia de carga (J) Módulo de rotura del Hormigón (MR) Módulo de elasticidad del Hormigón ( E c ) Módulo de reacción de la subrasante (k, LOS) Coeficiente de drenaje (C d ) Confiabilidad (R, Z R ). Desvío Global (s o ).

23 PORTLAND CEMENT ASSOCIATION 1984 Procedimiento Empírico- Mecanicista basado en respuestas de pavimentos matemáticamente calculadas. Calibrado con Ensayos de campo y rutas en servicio. Lanzado originalmente en 1966 y revisado en Se basa en un análisis de las tensiones y deflexiones generadas en las juntas, esquinas y bordes del Pavimento. Considera a las losas con dimensiones Finitas y ubicación variable de las cargas. Recientemente fue actualizado para vías de bajo tránsito pesado (Pavimentos Urbanos y rutas locales) y relanzado como el Método ACPA StreetPave).

24 ACPA STREETPAVE Factores involucrados en el diseño Valor soporte de los suelos de subrasante. Tipos, espesores y Módulos de las distintas capas (kc). Propiedades mecánicas del hormigón (MR, E). Período de diseño. Tránsito. Configuración de cargas por eje. Crecimiento, Distribución, etc. Transferencia de cargas en juntas transversales (pasadores / trabazón entre agregados). Transferencia de carga en bordes (Tipo de banquina / sobreanchos de calzada). Confiabilidad. Porcentaje de Losas Fisuradas (aceptable al final del período de servicio).

25 DISPOSICIÓN DE JUNTAS El objetivo es copiar el patrón de fisuración que naturalmente desarrolla el pavimento en servicio mediante un adecuado diseño y ejecución de juntas transversales y longitudinales, e incorporar en las mismas mecanismos apropiados para la transferencia de cargas. Un adecuado diseño de las juntas permitirá: Prevenir la formación de fisuras transversales y longitudinales. Proveer transferencia de carga adecuada. Prevenir la infiltración de agua y de materiales incompresibles a la estructura del pavimento. Permitir el movimiento de las losas contra estructuras fijas e intersecciones

26 TIPOS DE JUNTAS JUNTAS TRANSVERSALES Contracción: n: Controlan la formación n de fisuras Construcción: n: Juntas de fin de jornada o por imposibilidad de continuar con el hormigonado. Aislación n / Dilatación: permite movimientos relativos con estructuras fijas u otros pavimentos. JUNTAS LONGITUDINALES Contracción: n: Controlan la formación n de fisuras Construcción: n: Pavimentación n por fajas.

27 SEPARACION ENTRE JUNTAS Separaciones Recomendadas Sep. Máxima recomendada: 6,0 m. Bases Cementadas: 21 x E Bases Granulares: 24 x E Otras Consideraciones Relación largo/ancho < 1,5 (Recomendado 1,25). Otros factores que influyen: Coef. Dilatación Térmica del Hº, Rigidez de la base, Condiciones Climáticas, etc. DEBE PRIMAR LA EXPERIENCIA LOCAL

28 Es FUNDAMENTAL observar el comportamiento de pavimentos similares construidos en la zona. Para incorporar las LECCIONES APRENDIDAS a los nuevos diseños.

29 TRANSFERENCIA DE CARGA TRABAZÓN ENTRE AGREGADOS Interacción de corte entre partículas de agregados de las caras de la junta por debajo del aserrado primario. Resulta aceptable para vías de bajo tránsito pesado (80 a 120 VP/d) El grado de transferencia de carga se encuentra afectado por: Espesor de losa. Separación entre juntas (abertura de juntas) Empleo de agregados triturados. Agregados con TM > 25 mm. Subbases Rígidas. Condiciones de soporte en bordes. Trabazón entre agregados por debajo del aserrado primario

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31 TRANSFERENCIA DE CARGA - PASADORES Deben emplearse en vías de Tránsito Pesado (donde no es suficiente la transferencia de carga por trabazón). Características: Tipo de acero Superficie Longitud Diámetro Separación Ubicación Tipo I (AL-220) Lisa, libre de óxido y con tratamiento que impida la adherencia al hormigón. 45 cm. 25 mm para E 20 cm 32 mm para 20 < E 25 cm 38 mm para E > 25 cm 30 cm. de centro a centro 15 cm. de centro a borde Paralelo al eje de calzada Mitad del espesor de losa Mitad a cada lado de la junta transversal

32 TRANSFERENCIA DE CARGA - PASADORES

33 TRANSVERSALES DE CONSTRUCCIÓN Se efectúan al final de la jornada de trabajo o en interrupciones programadas (puentes, estructuras fijas, intersecciones) o por imposibilidad de continuar con el hormigonado. La transferencia de carga se efectúa a través del pasador. Principales fuentes de rugosidad. Minimizar su empleo. Intensificar los controles con la regla de 3 m. Espesor de losa "E" 1/2 E Pasador

34 LONGITUDINALES DE CONSTRUCCIÓN Se ejecutan cuando la calzada es construida por fajas. En caso de posibles ampliaciones, dejar los bordes con machimbre. No ejecutar el aserrado primario. Prestar especial atención a las condiciones de terminación de los bordes. Barra de Unión corrugada E E/2 Machihembrado semicircular o trapezoidal

35 JUNTAS DE DILATACIÓN Aíslan el pavimento de otra estructura, tal como otra zona pavimentada o una estructura fija. Ayudan a disminuir tensiones de compresión que se desarrollan en intersecciones en T y asimétricas. Su ancho debe ser de 12 a 25 mm, ya que mayores dimensiones pueden causar movimientos excesivos en las juntas cercanas. La transferencia de carga se efectúa a través del pasador, sino debe realizarse sobre espesor de hormigón. En pavimentos sin pasadores las 3 o 4 juntas próximas a la de dilatación deben ejecutarse con pasadores.

36 JUNTAS DE DILATACIÓN Pasador D= 25, 32 o 38 mm Material de Sellado Cápsula (30 mm de carrera libre) 1/2 E Espesor de losa "E" 20 mm Material de Relleno

37 JUNTAS DE DILATACIÓN

38 JUNTAS DE DILATACIÓN Boca de registro con marco romboidal exterior Boca de registro con marco circular exterior Junta de aislación Junta de aislación

39 Buenos Ejemplos

41 SECCIONES TÍPICAS PARTICULARIDADES DEL ANÁLISIS: Método PCA Subrasante (4 Categorías) Designación CBR Módulo de reacción [kg/cm 3 ] Observaciones I 3% - 5% 2,8 Mala Calidad II 5% - 10% 3,9 Calidad Regular III 10% - 15% 5,4 Buena Calidad IV > 15% 6,3 Muy Buena calidad Tipo de Base: No Tratada / Tratada con Cemento Período de diseño : 25 años. Resistencia a Flexión del H : 45 kg/cm2

42 SECCIONES TÍPICAS PARTICULARIDADES DEL ANÁLISIS (continuación): Tránsito Categoría TPMDA [VP/día] Tipo de Camión Config. de ejes Prop. A Inferior a 5 Ómnibus % B De 5 a 10 C De 10 a 50 Camión sin acoplado % % D De 50 a 100 E De 100 a 500 Camión c/acoplado % Semirremolque % Transferencia de Carga: Pasadores en Categoría D y E. FSC: 1,10. No se considera aporte del Cordon, o Cordón Cuneta.

43 SECCIONES TÍPICAS Tránsito Categoría A (Hasta 5 Vehículos Pesados/día) Categoría B (De 5 a 10 Vehículos Pesados/día) Subrasante Subbase de S.S. ó Suelo Cal / Sin Subbase Subbase Cementada Subbase de S.S. ó Suelo Cal / Sin Subbase Subbase Cementada TIPO I CBR 3-5% (Mala Calidad) Calzada 19 cm Calzada 16 cm Calzada 19 cm Calzada 17 cm S.S. ó S.Cal 15 cm S. Cemento 15 cm S.S. ó S.Cal 15 cm S. Cemento 15 cm TIPO II CBR 5-10% (Calidad Regular) Calzada 18 cm Calzada 16 cm Calzada 19 cm Calzada 16 cm S.S. ó S.Cal 15 cm S. Cemento 15 cm S.S. ó S.Cal 15 cm S. Cemento 15 cm TIPO III CBR 10-15% (Buena Calidad) Calzada 18 cm Calzada 15 cm Calzada 18 cm Calzada 16 cm Subrasante S. Cemento 15 cm Subrasante 15 cm S. Cemento 15 cm TIPO IV CBR > 15% (Muy Buena Calidad) Calzada 18 cm Calzada 15 cm Calzada 18 cm Calzada 16 cm Subrasante S. Cemento 15 cm Subrasante 15 cm S. Cemento 15 cm

44 SECCIONES TÍPICAS Tránsito Categoría C (De 10 a 50 Vehículos Pesados/día) Categoría D (De 50 a 100 Vehículos Pesados/día) Subrasante Subbase Granular Subbase Cementada Subbase Granular Subbase Cementada TIPO I CBR 3-5% (Mala Calidad) Calzada 21 cm Calzada 18 cm Calzada 21 cm Calzada 19 cm Granular 15 cm S. Cemento 15 cm Granular 15 cm S. Cemento 15 cm TIPO II CBR 5-10% (Calidad Regular) Calzada 20 cm Calzada 17 cm Calzada 21 cm Calzada 18 cm Granular 15 cm S. Cemento 15 cm Granular 15 cm S. Cemento 15 cm TIPO III CBR 10-15% (Buena Calidad) Calzada 19 cm Calzada 17 cm Calzada 20 cm Calzada 17 cm Granular 15 cm S. Cemento 15 cm Granular 15 cm S. Cemento 15 cm TIPO IV CBR > 15% (Muy Buena Calidad) Calzada 19 cm Calzada 17 cm Calzada 20 cm Calzada 17 cm Granular 15 cm S. Cemento 15 cm Granular 15 cm S. Cemento 15 cm

45 SECCIONES TÍPICAS Tránsito Categoría E (de 100 a 500 Vehículos Pesados/día) Subrasante Subbase Granular Subbase Cementada TIPO I CBR 3-5% (Mala Calidad) Calzada 22 cm Calzada 20 cm Granular 15 cm S. Cemento 15 cm TIPO II CBR 5-10% (Calidad Regular) Calzada 22 cm Calzada 19 cm Granular 15 cm S. Cemento 15 cm TIPO III CBR 10-15% (Buena Calidad) Calzada 21 cm Calzada 19 cm Granular 15 cm S. Cemento 15 cm TIPO IV CBR > 15% (Muy Buena Calidad) Calzada 21 cm Calzada 19 cm Granular 15 cm S. Cemento 15 cm

46 SECCIONES TÍPICAS (FUERA DE ESCALA) 2 Carriles 3 Carriles PLANTA PLANTA PLANTA L L L 1/3 Ancho 1/3 Ancho Hasta 8,0 m De 8,0 a 12,0 m De 10 a 12,5 m SECCIÓN Cordón Integral Cordón Cuneta Cordón Integral Cordón Cuneta Cordón Integral Cordón Cuneta Nota: El ancho de losa nunca debe superar la máxima separación entre juntas transversales recomendada

47 MUCHAS GRACIAS Ing. Sergio A. Fernández I.C.P.A. - Dto. Técnico de Pavimentos sergio.fernandez@icpa.gov.ar