DISEСO PAVIMENTOS Rнgidos y Flexibles

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DISEÑO PAVIMENTOSRígidos y Flexibles
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CRITERIOS DE DISEÑO

• Tipos de pavimentos
• Rígidos
• Flexibles
• Criterios de diseño
• Empírico
• Mecanicista
• Modelo matemático

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CARACTERÍSTICAS FÍSICO-ESTRUCTURALES
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DISTRIBUCION DE CARGA SEGÚN TIPO DE PAVIMENTO
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METODOS DE DISEÑO

• DISEÑO PAVIMENTO RIGIDO
• PCA (Portland Cement Association)
• Básicamente considera dos criterios de evaluación
  en el procedimiento de diseño, el criterio de
  erosión de la sub-base por debajo de las losas y
  la fatiga del pavimento de concreto.
• El criterio de erosión reconoce que el pavimento
  puede fallar por un excesivo bombeo, erosión del
  terreno de soporte y diferencias de elevaciones
  en las juntas. El criterio del esfuerzo de fatiga
  reconoce que el pavimento pueda fallar,
  presentando agrietamiento derivado de excesivas
  repeticiones de carga.
• DISEÑO PAVIMENTO FLEXIBLE
• AASHTO (American Association of State Highways
  and Transportation Officials)
• Básicamente se considera el módulo de reacción
  del suelo es una constante matemática que muestra
  la rigidez del suelo de fundación. Este
  parámetro del suelo se utiliza para el diseño de
  cimientos sobre suelos de comportamiento
  elástico.
• METODO DEL INSTITUTO DEL ASFALTO DE EE.UU.
• METODO C.B.R.
• METODO DEL INDICE DE GRUPO.
• METODO DE LA F.A.A.
• METODO Mc. LEOD.

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VARIABLES DEL DISEÑO

• CRITERIOS Y SELECCIÓN DE PARÁMETROS DE DISEÑO
• Serviciabilidad
• Los criterios de falla de los métodos de diseño
  mecanicistas utilizados no se relacionan con el
• concepto de serviciabilidad ?PSI o IRI, por
  lo cual se recomiendan definidos criterios de
• serviciabilidad.
• IRI
• ?PSI
• Tránsito de Diseño
• Se consideran sólo los vehículos pesados para
  estimar la cantidad de solicitaciones que
  afectarán
• al camino durante su vida de servicio.
  Se utiliza para el diseño los Ejes
  Equivalentes
• acumulados para el período de diseño y para su
  cálculo se requiere de la siguiente
  información
• Período de diseño estructural
• TMDA

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VARIABLES DEL DISEÑO

• Período de Diseño Estructural
• Se definen dos períodos de diseño estructural de
  tal forma de otorgar una mayor flexibilidad a la
  metodología de diseño. Los períodos son de 5 y 10
  años.
• Estratigrafía de Carga
• Se definen dos tipos de estratigrafía de carga,
  una para caminos de tránsito liviano (Eliv) y
  otra para caminos de tránsito pesado (Epes). En
  Chile, el peso del eje estándar para el cálculo
  de los Ejes Equivalentes de diseño (EEq) está
  definido en 80 KN (17,98 kip).
• No obstante lo anterior, es necesario mencionar
  el problema que existe para controlar las normas
  de cargas máximas para los vehículos pesados,
  sobretodo a lo largo de la red vial de bajo
  volumen de tránsito.

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VARIABLES DEL DISEÑO

• Estratigrafía para caminos de tránsito liviano
  (Eliv) Utilizada en caminos con transito liviano
  y un porcentaje menor al 15 de buses y camiones
  de 2 ejes. Esta estratigrafía está asociada a
  caminos por los cuales transitan automóviles y
  vehículos pesados de servicios básicos.
• Estratigrafía para caminos de tránsito pesado
  (Epes) Utilizada en caminos con un
  porcentaje mayor al 15-20 de vehículos pesados y
  que poseen vehículos pesados de más de 2 ejes.
  Esta
• estratigrafía está asociada a caminos en que el
  flujo de tránsito es compartido por vehículos
  livianos de servicio y camiones asociados a
  operaciones industriales, agrícolas, ganaderas,
  forestales y mineras. Esta estratigrafía no
  corresponde a una de caminos exclusivos de
  explotación.

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VARIABLES DEL DISEÑO

• TMDA y Tasas de Crecimiento
• La estimación de los flujos de tránsito es una
  de las etapas críticas durante el proceso de
  diseño estructural de pavimentos, debido a la
  gran incertidumbre que existe sobre el
  comportamiento del flujo vehicular en caminos de
  bajo volumen, luego del mejoramiento de estándar
  del camino.
• La estimación del tránsito generado que producen
  los cambios de estándar de caminos de bajo
  volumen de tránsito, son uno de los mayores
  problemas a los cuales se enfrenta el diseñador
  al momento de estimar los flujos futuros de
  tránsito.
• Si bien existen casos especiales en que este
  aspecto se transforma en un problema real, los
  estudios internacionales analizados en general no
  consideran este efecto significativo, debido a
  que la tasa de crecimiento tiende a estabilizarse
  en los años posteriores al cambio de estándar.
• El método considera este efecto por medio del
  manejo de las tasas de crecimiento en el cálculo
  de los flujos totales de tránsito para todo el
  período de diseño. De esta forma, las tasas de
  crecimiento utilizadas son de 4 para el caso
  normal y de 7 para el caso de existir tránsito
  nuevo generado.

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VARIABLES DEL DISEÑO

• SUELO DE SUBRASANTE
• Las estructuras de pavimentos se han diseñado por
  el método mecanicista de multicapas, el cual
  utiliza como parámetro de diseño para la
  subrasante el Módulo Resiliente. Sin embargo por
  simplicidad, la guía utiliza el valor de soporte
  CBR (California Bearing Ratio) para la
  caracterización de la capacidad de soporte del
  suelo de subrasante o suelo de fundación.

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VARIABLES DEL DISEÑO

• El clima puede tener diversos efectos sobre la
  estructura del pavimento. Los principales
  elementos del clima usualmente considerados en el
  diseño de pavimentos son las temperaturas
  extremas y el agua. Así, afectan a
• Al Módulo de Rigidez,
• A la estabilidad de las mezclas
• En las dilataciones
• Por los Ciclos H-DH, penetración de la helada
• Zonas lluviosas o de inundaciones
• Estos problema se debe resolver por medio de un
  adecuado diseño de drenaje el cual otorga la
  capacidad a la estructura para evacuar el agua
  que se infiltra en las diferentes capas
  granulares y la subrasante. Complementariamente,
  el problema se puede resolver diseñando para
  condiciones estructurales saturadas lo que
  conlleva a mayores espesores de capas.
• Existen cartillas complementaria de diseño, para
  aquellas estructuras con capas granulares, donde
  se considera la situación saturada de la
  estructura.
• El método considera tres condiciones de clima
• Solución para condición seca.
• Solución para condición normal.
• Solución para condición saturada.

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DRENAJES

• El drenaje de un pavimento, para efectos del
  diseño estructural, es evaluado por medio del
  tiempo que demora una determinada estructura en
  drenar el agua libre a partir de un estado de
  humedad dado. El tiempo que una estructura de
  pavimento permanece con humedades cercanas a la
  saturación dependerá principalmente de los
  siguientes factores
• Tipo de Material de Subrasante
• Ancho de Base (ancho plataforma)
• Pendiente Transversal (bombeo)
• Existencia de Terraplén
• Precipitación Media Anual

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EJEMPLO ESQUEMA CRITERIO SELECCIÓN PAVIMENTOS
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PARAMETROS DE ENTRADA

• VIDA ÚTIL DEL PAVIMENTO
• TránsitoSe usa el número de repeticiones de ejes
  equivalentes de 18 Kips o ESALs. La conversión de
  una carga dada por eje de ESAL se hace a través
  de los factores equivalentes de carga.
• ConfiabilidadLa confiabilidad (R) puede ser
  definida como la probabilidad de que la
  estructura tenga un comportamiento real igual o
  mejor que el previsto durante la vida de diseño
  adoptada.
• Subrasantes expansivas o sometidas a expansión
  por congelaciónSi se tiene una subrasante
  expansiva, o bien sometida a expansión por
  congelamiento, habrá una perdida adicional de
  serviciabilidad que debe ser tenida en cuenta.
  Esto se hace analizando la perdida de
  serviciabilidad por esta causa en función del
  tiempo
• Criterios de adopción de niveles de
  serviciabilidadLa serviciabilidad de un
  pavimento se define como la capacidad de servir
  al tipo de transito para el cual ha sido
  diseñado. Así se tiene un índice de
  serviciabilidad presente PSI mediante el cual el
  pavimento es calificado entre 0 (pésimas
  condiciones) y 5 (perfecto). En el diseño del
  pavimento se debe elegir la serviciabilidad
  inicial y final. La inicial esta en función del
  diseño del pavimento y de la calidad de
  construcción. La final o terminal es función de
  la categoría del camino.

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PARAMETROS DE ENTRADAPAVIMENTOS RÍGIDOS

• Variables de diseño
• Espesor
• Serviciabilidad (inicial y final)
• Tráfico (ejes equivalentes)
• Transferencia de carga
• Propiedades del concreto (módulos de ruptura y
  elasticidad)
• Resistencia de la subrasante (módulo de reacción)
• Drenaje
• Confiabilidad (confiabilidad y desviación
  estándar)
• Para la utilización/aplicación de las fórmulas
  de cálculo, se obtienen los valores de cada
  variable desde tablas y/o registros
  preestablecidos.

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CRITERIOS DE DISEÑOALGUNOS CÁLCULOS
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MÉTODO ABREVIADO

• Uso de criterios del Manual de Carreteras
• Uso de tablas
• Uso de gráficos