Capitulo 14 - Diseño De Pavimentos Articulados.pdf

UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA DE COLOMBIA

FACULTAD DE INGENIERÍA ESPECIALIZACIÓN EN INFRAESTRUCTURA VIAL CURSO DISEÑO AVANZADO DE PAVIMENTOS

DISEÑO DE PAVIMENTOS ARTICULADOS Ing. Ricardo Ochoa Díaz. Esp. MSc.

DEFINICIÓN Un pavimento articulado es formado por elementos prefabricados de pequeñas dimensiones que individualmente son muy rígidos y se asientan sobre una capa de arena, y a su vez se asientan sobre una base o subbase granular o estabilizada.

DISEÑO AVANZADO DE PAVIMENTOS

MODELO ESTRUCTURAL DE UN PAVIMENTO ARTICULADO

FIGURA 1 MODELO ESTRUCTURAL DE UN PAVIMENTO ARTICULADO Adoquines Capa de arena

Base o subbase Subrasante

80-100 mm

h mm

VENTAJAS DE LOS PAVIMENTOS ARTICULADOS Las principales ventajas son las siguientes.        

Estética: variedad de formas colores y texturas Resistencia a la acción agresiva de combustibles y aceites Facilidad para el mantenimiento localizado Proceso constructivo sencillo Posibilidad de reparación de redes Soportar cargas muy altas: Puertos e instalaciones industriales Alta resistencia al deslizamiento Entrar al transito inmediatamente después de su construcción

LIMITACIONES DE LOS PAVIMENTOS ARTICULADOS Los pavimentos articulados presentan las siguientes limitaciones: -No recomendable su utilización en vías con velocidades superiores a 65 Km/hora, por su alta rugosidad. - Rendimiento de construcción baja.

APLICACIÓN DE LOS PAVIMENTOS ARTICULADOS Los pavimentos articulados tienen gran cantidad de aplicación, como son en:

- En obras viales - Obras arquitectónicas - Zonas industriales - Plataformas de aeropuertos - Patios de carga en terminales - Estacionamiento

MÉTODOS DE DISEÑO DE PAVIMENTOS ARTICULADOS . DISEÑO NORMA MOPT

. DISEÑO DEL INSTITUTO ARGENTINO DE PRODUCTORES DE CEMENTO

DISEÑO DE PAVIMENTOS DE ADOQUINES DE CONCRETO, ESPECIFICACIÓN – MOPT DE - 5- 04

1. CAPACIDAD PORTANTE DE LA SUBRASANTE

La capacidad portante de la subrasante se determina por medio del ensayo de CBR

2. EL TRÁNSITO DE DISEÑO

2. EL TRÁNSITO DE DISEÑO El NTD, empleado por el método de diseño, es el mismo que emplea el método de diseño del Instituto del Asfalto y se calcula de la siguiente manera: NTD  TPD

A B x xFCxFA 100 100

Donde: TPD = Tránsito promedio diario de vehículos, esperado durante el primer año de servicio del pavimento. A = Porcentaje de vehículos comerciales (buses y camiones) en el flujo vehicular. B = Porcentaje de los vehículos comerciales que se esperan empleen el carril de diseño. Este valor depende del número de carriles que constituye la calzada. La Tabla 1 presenta los valores propuestos por el Instituto del Asfalto.

2. EL TRÁNSITO DE DISEÑO TABLA 1 DISTRIBUCIÓN DEL TRÁNSITO DE VEHICULOS COMERCIALES EN EL CARRIL DE DISEÑO SEGÚN EL INSTITUTO DEL ASFALTO

Número total de carriles 2 4 6 o más

% de vehículos comerciales en el carril de diseño 50 35 – 48 25 – 48

2. EL TRÁNSITO DE DISEÑO

3. DETERMINACIÓN DE ESPESORES El método propuesto por el Instituto Colombiano de Productores de Cemento – ICPC se basa en los resultados de investigaciones de John Knapton, según las cuales la capacidad estructural del conjunto de adoquines (de 80 mm de espesor) y capa de arena (de 50 mm) es equivalente a la de una capa de concreto asfáltico compactado de 160 mm de espesor.

3. DETERMINACIÓN DE ESPESORES

Partiendo de este concepto y evaluado los parámetros de diseño (CBR y NTD), se calcula el espesor que requiere la capa de subbase, con la fórmula.

3. DETERMINACIÓN DE ESPESORES

Donde: FE = Factor de equivalencia del material de subbase, el cual permite transformar un determinado espesor de concreto asfáltico en otro de diferente material, que aporte la misma capacidad estructural. Este factor puede tomar un valor de 1.2 si la subbase es estabilizada con cemento y 2.0 si es de tipo granular.

Ejemplo de aplicación. Diseño de pavimentos de adoquines de concreto – MOPT – DE 5-04

EJEMPLO DE APLICACIÓN Diseñar un pavimento articulado con base a la siguiente información: Tránsito:       

Tránsito promedio diario, TPD = 1200 vehículos Composición vehicular: A = 58%, B = 12% y C = 30% Composición de los camiones: C2P = 15.7%, C2G = 50%, C3-C4 = 7.5%, C5 = 9.9% y C6 = 16.9% Periodo de diseño, n = 20 años Tasa anual de crecimiento, r = 3% Carril más cargado: derecho con el 65% de los vehículos comerciales Vía de dos carriles, uno por sentido.

EJEMPLO DE APLICACIÓN

Resistencia de la subrasante: • Subrasante constituida por un material limoso, ML • CBR de la unidad de diseño, CBR = 5% • Existen buenas condiciones de drenaje

EJEMPLO DE APLICACIÓN Tipo de material:

• Adoquín de concreto de 80 mm de espesor • Arena media para asentar el adoquín

EJEMPLO DE APLICACIÓN – SOLUCION 1. Determinación del tránsito de diseño  Calculo del factor camión global, FC Con los datos de la composición del tránsito se determina el factor camión global – FC, mediante la siguiente expresión: FC 

%BxFeB  %C(%C2PXFeC2P  %C2GxFeC2G  %C3C4xFeC3C 4  %C5XFeC5  %C %B  %C 

Utilizando los factores de equivalencia (Fe), obtenidos en la Investigación Nacional de Pavimentos, realizada por la Universidad del Cauca y reemplazando los valores de los porcentajes en partes por uno se tiene: FC 

0.12x1.0  0.3x(0.157 x1.14  0.5x3.44  0.075x3.74  0.099x4.40  0.169x4.72) 0.42

 2.72

EJEMPLO DE APLICACIÓN – SOLUCION 

Cálculo del factor de ajuste, FA

Reemplazando los valores del periodo de diseño (n = 20 años) y la tasa de crecimiento (r = 3%) se determina el factor de ajuste.

FA 

(1 r) n 1 20r 20

FA 

(1 0.03) 1  1.34 20X 0.03

EJEMPLO DE APLICACIÓN – SOLUCION 1. Determinación del tránsito de diseño



Cálculo del tránsito de diseño

NTD80KN  TPDO x%VCxFCxFdxFcaxFA Donde: NTD80KN =Número diario de ejes equivalentes de 80 KN en el carril de diseño durante el periodo de diseño. TPDo = Tránsito promedio diario %VC = Porcentaje de vehículos comerciales (buses + camiones) = 12% + 30% = 42% FC = Factor camión global = 2.72 Fd = Factor de distribución por sentidos: Carril más cargado es el derecho con el 65% de los vehículos comerciales. Fca = Factor de distribución por carril (un carril por sentido) = 1.0 FA = Factor de ajuste o de proyección del tránsito = 1.34

EJEMPLO DE APLICACIÓN – SOLUCION 1. Determinación del tránsito de diseño

NTD80KN  1200x0.42x2.72x0.65x1.0x1.34  1194

NTD80KN = 1194 Número promedio diario de ejes simples de 80 KN que se esperan circulen por el carril de diseño durante el periodo de diseño.

EJEMPLO DE APLICACIÓN – SOLUCIÓN 2. Cálculo del espesor de la capa de subbase granular

Reemplazando los valores de los parámetros de diseño en la expresión de cálculo se tiene:

 233.4  100xLogNTD      160 xFE, mm Esb     CBR 0.4  233.4  100xLog(1194   Esb    160  x2.0  248mm  25cm 0.4    5 Esb = 25 cm de subbase granular

EJEMPLO DE APLICACIÓN – SOLUCIÓN 3. Estructura del pavimento

Alternativa : Considerando una capa de subbase granular

MODELO ESTRUCTURAL DEL PAVIMENTO ARTICULADO DISEÑADO Adoquines Capa de arena

80 mm 50 mm

Subbase granular

250 mm

Subrasante

DISEÑO ESTRUCTURAL DE UN PAVIMENTO ARTICULADO POR EL MÉTODO DEL INSTITUTO PORTLAND ARGENTINO

1. FÓRMULA DE DISEÑO

El espesor total del pavimento constituido por un material granular, se determina mediante la siguiente expresión, denominada fórmula de Peltier:

100  150P  e 0.5

CBR  5

Donde: e = Espesor total del pavimento constituido por un material granular en centímetros. P = Carga por rueda en toneladas, predominante del proyecto CBR = Capacidad de soporte de la unidad de diseño del proyecto, en porcentaje.

1. FÓRMULA DE DISEÑO

La FÓRMULA de Peltier es válida cuando la frecuencia de la carga P no sea excesiva: Frecuencia de la carga predominante, P>106 entonces e = e x 1.25

Frecuencia de la carga predominante, P>107 entonces e = e x 1.35

2. DETERMINACIÓN DE LAS DIFERENTES CAPAS DE LA ESTRUCTURA DEL PAVIMENTO Para determinar las equivalencias y definir las capas de la estructura del pavimento se utiliza la siguiente ecuación:

e  e1  k1e2  k 2 e3 Donde: e = Espesor total del pavimento constituido por un material granular, en centímetros. e1 = Espesor de la capa de arena, en centímetros e2 = Espesor de la capa de la subbase, en centímetros e3 = Espesor del adoquín de concreto, en centímetros k1 = Coeficiente de correlación. Para subbase granular K1 = 1.0 y para suelo cemento K1 = 2.0 k2 = Coeficiente de equivalencia entre el espesor del material granular y el espesor equivalente de bloques de concreto. Para adoquines de concreto k2 = 2.5

EJEMPLO DE DISEÑO DE UN PAVIMENTO CON ADOQUINES DE CONCRETO

Calcular el espesor de un pavimento urbano en bloques de concreto de 10 centímetros de espesor, para una carga por rueda predominante de 4 toneladas, si la subrasante tiene un CBR de 3% y es de baja calidad.

EJEMPLO DE DISEÑO DE UN PAVIMENTO CON ADOQUINES DE CONCRETO SOLUCIÓN



Cálculo del espesor total (e)del pavimento, constituido por un material granular

100 150P  100 150(4ton)  50,cm e 0.5

CBR  5

0.5

(3  5)

EJEMPLO DE DISEÑO DE UN PAVIMENTO CON ADOQUINES DE CONCRETO - SOLUCIÓN



Cálculo de las diferentes capas de la estructura del pavimento

e  e1  k1e 2  k 2 e3 50,cm  5,cm  1.0xe2  2.5x10,cm e2  20,cm

EJEMPLO DE DISEÑO DE UN PAVIMENTO CON ADOQUINES DE CONCRETO - SOLUCIÓN 

Estructura del pavimento

Para las condiciones del tránsito de diseño y la resistencia de la subrasante se propone la siguiente estructura de pavimento:

Alternativa No.1: Considerando una capa se subbase granular MODELO ESTRUCTURAL DEL PAVIMENTO ARTICULADO DISEÑADO Adoquines Capa de arena

100 mm

Subbase granular

200 mm

Subrasante

50 mm

TALLER DE APLICACIÓN

Diseñar un pavimento articulado con base a la siguiente información: Tránsito:       

Tránsito promedio diario, TPD = 1100 vehículos Composición vehicular: A = 50%, B = 15% y C = 35% Composición de los camiones: C2P = 17.7%, C2G = 48%, C3-C4 = 8.5%, C5 = 8.9% y C6 = 16.9% Periodo de diseño, n = 15 años Tasa anual de crecimiento, r = 3.8% Carril más cargado: derecho con el 55% de los vehículos comerciales Vía de dos carriles, uno por sentido.

TALLER DE APLICACIÓN

Resistencia de la subrasante:   

Subrasante constituida por un material limoso, ML CBR de la unidad de diseño, CBR = 2.5% Existen buenas condiciones de drenaje

Tipo de material:   

Adoquín de concreto de 80 mm de espesor Arena media para asentar el adoquín Subbase granular sin tratar y tratada con cemento (Analice las dos opciones)

FIN CAPITULO 12 Ricardo Ochoa Díaz Ingeniero en Transporte y Vías Especialista en Geotecnia Vial Magister en Infraestructura Vial Ph.D (c) en Ingeniería Cel: 3138284131 E-mail: [email protected]