DISEÑO PAVIMENTOS Rígidos y Flexibles

CRITERIOS DE DISEÑO Tipos de pavimentos Criterios de diseño Rígidos Flexibles Criterios de diseño Empírico Mecanicista Modelo matemático

CARACTERÍSTICAS FÍSICO-ESTRUCTURALES

DISTRIBUCION DE CARGA SEGÚN TIPO DE PAVIMENTO

METODOS DE DISEÑO DISEÑO PAVIMENTO RIGIDO DISEÑO PAVIMENTO FLEXIBLE 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. METODO DE KANSAS. METODO DE HVEEN. EXPERIMENTO VIAL A.A.S.H.O.

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 ΔPSI o IRI, por lo cual se recomiendan definidos criterios* de serviciabilidad. IRI ΔPSI 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 • Tasa de Crecimiento. • Estratigrafía de carga (Tipo de vehículos pesados) Con esta información se propone una metodología simplificada para la estimación de los Ejes Equivalentes de diseño. La información debe ser lo más cercana a la realidad y no se recomienda aplicar factores de seguridad propios debido a que el método resume la información en cinco rangos de Ejes Equivalentes.

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.

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.

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.

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.

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.

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

EJEMPLO ESQUEMA CRITERIO SELECCIÓN PAVIMENTOS

PARAMETROS DE ENTRADA VIDA ÚTIL DEL PAVIMENTO Tránsito Se 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. Confiabilidad La 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 congelación Si 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 serviciabilidad La 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.

PARAMETROS DE ENTRADA PAVIMENTOS 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.

CRITERIOS DE DISEÑO ALGUNOS CÁLCULOS

MÉTODO ABREVIADO Uso de criterios del Manual de Carreteras Uso de tablas Uso de gráficos