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DISEÑO Y REHABILITACIONDE PAVIMENTOS

ANALISIS DISEÑO

DEAVIMENTOS RIGUIDOS SEMINARIO MUNDACA, ESMIR TANTALENA URIARTE, ALBERTO TANTARICO VASQUEZ, MARIO TERRONES

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PAVIMENTOS RÍGIDOS

Son aquellos que fundamentalmente estánconstituidos por una losa de concretohidráulico, apoyada sobre la subrasante osobre una capa, de material seleccionado, lacual se denomina subbase del pavimentorígido.

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Debido a la alta rigidez del concreto hidráulico así comode su elevado coeciente de elasticidad, la distribuciónde los esfuerzos se produce en una zona muy amplia.

demás como el concreto es capaz de resistir, en ciertosgrados, esfuerzos a la tensión, el comportamiento de unpavimento rígido es sucientemente satisfactorio auncuando e!istan zonas d"biles en la subrasante.

#!isten tres tipos de pavimentos de concreto$

%avimentos de concreto simple con &untas y sin &untas %avimentos de concreto reforzado con &untas %avimentos de concreto continuamente reforzados

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a) PAVIMENTOS DE CONCRETO SIMPLE

a.1) Sin a!a"#$%!

Son pavimentos que no presentan refuerzo de acero ni elementospara transferencia de cargas, "sta se logra a trav"s de la trabazónde los agregados entre las caras agrietadas deba&o de las &untasaserradas o formadas. %ara que esta transferencia sea efectiva, esnecesario que se use un espaciamiento corto entre &untas.

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a.&) C#n a!a"#$%! .

'os pasadores (do)els* son peque+as barras de acero liso, quese colocan en la sección transversal del pavimento, en las &untasde contracción. Su función estructural es transmitir las cargas deuna losa a la losa contigua, me&orando así las condiciones dedeformación en las &untas. De esta manera, se evitan losdislocamientos verticales diferenciales (escalonamientos*.

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') Pa(i%n*#! "% +#n+$%*# $%#$-a"# +#n /n*a!

'os pavimentos reforzados con &untas contienen además del

refuerzo, pasadores para la transferencia de carga en las &untasde contracción. #ste refuerzo puede ser en forma de mallas debarras de acero o acero electrosoldado. #l ob&etivo de laarmadura es mantener las grietas que pueden llegar a formarsebien unidas, con el n de permitir una buena transferencia decargas y de esta manera conseguir que el pavimento se

comporte como una unidad estructural.

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+) Pa(i%n*#! "% +#n+$%*# +#n $%/%$-# +#n*in0#

diferencia de los pavimentos de concreto reforzado con &untas, "stos se construyen sin &untas de contracción, debido aque el refuerzo asume todas las deformaciones,especícamente las de temperatura. #l refuerzo principal es elacero longitudinal, el cual se coloca a lo largo de toda lalongitud del pavimento. #l refuerzo transversal puede no ser

requerido para este tipo de pavimentos.

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UNCIONES DE LAS CAPAS DE UNPAVIMENTO RÍGIDO.

SUBRASANTE

• 'a subrasante es el soporte natural, preparado ycompactado, en la cual se puede construir un pavimento. 'afunción de la subrasante es dar un apoyo razonablemente

uniforme,

LOSA DE CONCRETO

• 'as funciones de la losa en el pavimento rígido son lasmismas de la carpeta en el e!ible, más la funciónestructural de soportar y transmitir en nivel adecuado los

esfuerzos que le apliquen.

SUBBASE• 'a función más importante es impedir la acción del bombeo

en las &untas, grietas y e!tremos del pavimento. Se entiende porbombeo a la uencia de materiales no con agua fuera de laestructura del pavimento,

• Servir como capa de transición y suministrar un apoyouniforme, estable y permanente del pavimento.

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ACTORES A CONSIDERAR EN ELDISEÑO DE PAVIMENTOS

#l transito$ interesa para el dimensionamiento de lospavimentos las cargas más pesadas por e&es esperados en elcarril de dise+o solicitado, que determinara la estructura delpavimento de la carretera durante el periodo de dise+oadoptado.

#l clima$ los factores que en nuestro medio más afectan aun pavimento son las lluvias y los cambios de temperatura.'as lluvias por su acción directa en la elevación del nivelfreático inuyen en la resistencia, la compresibilidad y loscambios volum"tricos de los suelos de subrasanteespecialmente.

'a subrasante$ de la calidad de esta capa depende engran parte el espesor que deber tener un pavimento, sea estee!ible o rígido. -omo parámetro de evaluación de esta capase emplea la capacidad de soporte o resistencia a ladeformación por esfuerzo cortante ba&o las cargas de tránsito.

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METODOLOGÍADE DISEÑO

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1. METODOLOGÍA DE DISEÑOAASHTO 23

'as metodologías de dise+o de pavimentos empíricos S/0, sebasan en los resultados e!perimentales obtenidos en el S01oad /est, en 0tta)a, proyecto que data desde el a+o 2342 y queinicio construcción de tramos de prueba en 2345. #l ob&etivoprincipal de la prueba fue el de obtener relaciones conables en

los pavimentos e!perimentales despu"s de que se les aplicarácargas controladas de tránsito.

6ediante un proceso iterativo, se asumen espesores de losa deconcreto hasta que la ecuación S/0 2337 llegue al equilibrio.#l espesor de concreto calculado debe soportar el paso de unn8mero determinado de cargas sin que se produzca un deteriorodel nivel de servicio inferior al impuesto.

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PAR4METROS DE DISEÑO'os parámetros que intervienen en la 6etodología dedise+o S/0 37 son$

a* %eriodo de Dise+o

#n el manual de dise+o para pavimentos rígido del 6/- 9:27, seconsidera un periodo de 9: a+os como mínimo. #l ;ngeniero dedise+o de puede a&ustar el periodo seg8n las condiciones

especícas del proyecto y lo requerido por la entidadadministradora vial. Sin embargo, no debe perderse el hecho deque S/0 37 no incorpora directamente el efecto del periodoen el dise+o, tampoco en la fórmula empírica.

b* #l tránsito (#S's*

#l periodo está ligado a la cantidad de tránsito asociada en esemismo periodo para el carril de dise+o. <na característica propia delm"todo S/0 37 es la simplicación del efecto del tránsitointroduciendo el concepto de e&es equivalentes.

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<na característica propia del m"todo S/0 37 es la simplicacióndel efecto del tránsito introduciendo el concepto de e&esequivalentes. #s decir, transforma las cargas de e&es de todo tipo devehículo en e&es simples equivalentes de =.9 /on de peso,

com8nmente llamados #S's (equivalent single a!le load, por sussiglas en ingl"s*. %ara el caso del tráco y del dise+o de pavimentosrígidos, se denen tres categorías$

a* -aminos de ba&o volumen de tránsito, de 24:,::2 hasta2>:::,::: ##, en el carril y periodo de dise+o.

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b* -aminos que tienen un tránsito, de 2>:::,::2 ## hasta7:>:::,::: ##, en el carril y periodo de dise+o.

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c* -aminos que tienen un tránsito mayor a 7:>:::,::: ##, enel carril y periodo de dise+o. #sta categoría de caminos, noestá incluida en el presente manual, el dise+o de pavimentosserá materia de #studio #special por el ;ngeniero %royectista,analizando diversas alternativas de pavimento equivalentes y

&usticando la solución adoptada.

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%ara el caso del tránsito y del dise+o de pavimentosrígidos, en el manual de dise+o 6/- 9:27, se denen lasfórmulas para el cálculo del ?actor -amión,

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c * Serviciabilidad

#ste parámetro sintetiza el criterio de dise+o S/0$

Servicio, o serviciabilidad. S/0 37 caracteriza el serviciocon dos parámetros$ índice de servicio inicial (%i* e índice deservicio nal o /erminal (%t*. #n la ecuación se ingresa ladiferencia entre los valores de servicialidad inicial y nal,determinándose una variación o diferencial entre ambosíndices (@ %S;*.'a serviciabilidad se dene como la capacidad del pavimentode servir al tránsito que circula por la vía, y se magnica enuna escala de : a 4, donde : signica una calicación deintransitable y 4 una calicación de e!celente que es un valorideal que en la práctica no se da. #l valor de : es un indicadormuy pesimista, pues S/0 37 emplea el valor de 2.4 comoíndice de serviciabilidad terminal del pavimento.

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#l valor @ %S; depende de la calidad de la construcción. #nel S0 1oad /est se alcanzó el valor de %i A B.4 para elcaso de pavimentos rígidos.

#l índice de serviciabilidad de un pavimento es un valorde apreciación con el cual se eval8an las condiciones dedeterioro o confort de la supercie de rodadura de unpavimento.

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d* 'a conabilidad C1 y ladesviación estándar (So*

#l concepto de conabilidad hasido incorporado con elpropósito de cuanticar lavariabilidad propia de losmateriales, procesosconstructivos y de supervisión

que hacen que pavimentosconstruidos de la Cmismaforma presentencomportamientos de deteriorodiferentes.#l rango típico sugerido porS/0 está comprendidoentre :.7: E So E :.B:, para l

caso de pavimentos deconcreto se recomiendatraba&ar con un So A :.74. 'ossiguientes valores deconabilidad en relación alF8mero de 1epeticiones de

#S's son sugeridos por el

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e* #l suelo y el efecto de las capas de apoyo (Gc*

#l parámetro que caracteriza al tipo de subrasante esel módulo de reacción de la subrasante (G*.

dicionalmente se contempla una me&ora en el nivelde soporte de la subrasante con la colocación decapas intermedias granulares o tratadas, efecto queme&ora las condiciones de apoyo y puede llegar areducir el espesor calculado de concreto. #sta me&orase introduce con el módulo de reacción combinado(Gc*.

#l ensayo para determinar el módulo de reacción de lasubrasante, llamado tambi"n ensayo de placa, tiene porob&etivo determinar la presión que se debe e&ercer para lograr

una cierta deformación, que para este caso es de 27 mm. #lensayo esta normado en S/6 D H 2235 y S/0 / H 999. 'asunidades de G son 6pa I m.

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#l 6anual de Dise+o 6/- 9:27, considera comomateriales aptos paralas capas de la subrasante, suelos con -J1 igual o mayor

de 5K. #n caso de ser menor (subrasante pobre osubrasante inadecuada*, se procederá a la estabilizaciónde los suelos, para lo cual se analizarán alternativas desolución, como la estabilización mecánica, el reemplazodel suelo de cimentación, estabilización química de

suelos, estabilización con geosint"ticos u otros productosaprobados por la entidad, elevación de la rasante,cambiar el trazo vial, eligi"ndose la más conveniente.

'a presencia de la sub base granular o base granular, de

calidad superior a la subrasante, permite aumentar elcoeciente de reacción dedise+o, en tal sentido se recomienda considerar lassiguientes ecuaciones$

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f* 1esistencia a e!o tracción del concreto (6r*

Debido a que los pavimentos de concreto L%-% traba&anprincipalmente a e!ión es que se introduce este parámetro en la

ecuación S/0 37.#l módulo de rotura (6r* esta normalizado por S/6 - H M=. #n elensayo el concreto es muestreado en vigas. los 9= días las vigasdeberán ser ensayadas aplicando cargas en los tercios y forzandola falla en el tercio central de la viga. 0bviamente, a mayor 6r,menor espesor de pavimento.

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e* 6ódulo elástico del concreto

#l módulo de elasticidad del concreto es un parámetro

particularmente importante para el dimensionamiento deestructuras de concreto armado. 'a predicción del mismo sepuede efectuar a partir de la resistencia a compresión oe!otracción, a trav"s de correlaciones establecidas.#n el caso de concretos de alto desempe+o, resistencia acompresión superior a B: 6pa, la estimación utilizando las

fórmulas propuestas por distintos códigos puede ser inciertapuesto que e!isten variables que no han sido contempladas, loque las hace ob&eto de continuo estudio y a&uste.S/0>37 indica que el módulo elástico puede ser estimadousando una correlación, precisando la correlación recomendadapor el -;$

#s conveniente recalcar que el 6r es el parámetro de dise+o paraS/0 37, pero no es un buen parámetro de control durante lae&ecución, es necesario orrelacionarlo estadísticamente al fNc parapoder traba&arlo en obra.

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f * Drena&e (-d*

'a presencia de agua o humedad en la estructura del

pavimento trae consigo los siguientes problemas$

#rosión del suelo por migración de partículas blandamiento de la subrasante por saturaciónprolongada, especialmente en situaciones de congelamiento Degradación del material de la carpeta de rodadura por

humedad Deformación y suración creciente por p"rdidade capacidad estructural

'a metodología de dise+o S/0 37 incorpora el coecientede drena&e (-d* para considerarlo en el dise+o. 'as condicionesde drena&e representan la probabilidad de que la estructura

ba&o la losa de concreto mantenga agua libre o humedad por uncierto tiempo.

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&* /ransferencia de cargas (L*

#s un parámetro empleado para el dise+o de pavimentos deconcreto que e!presa la capacidad de la estructura comotransmisora de cargas entre &untas y suras. Sus valoresdependen del tipo de pavimento de concreto a construir, lae!istencia o no de berma lateral y su tipo, la e!istencia o no dedispositivos de transmisión de cargas.

#l valor de L es directamente proporcional al valor nal delespesor de losa de concreto. #s decir, a menor valor de L,menor espesor de concreto.

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#n función a los parámetros requeridos porS/0 37 y especicados en los cuadrosanteriores, se han eterminado los espesores de laslosas requeridos, para cada rango de tránsito

e!presado en e&es equivalentes (#S's* y rangode tipo de suelos (-J1*, seg8n se presenta en elOráco 7 .%ara determinar las secciones de estructuras depavimento rígido, se consideraron como espesormínimo de losa de concreto de 24: mm y espesorde subbase granular de 24: mm.

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