Diseño Pavimento Rígido Macajan

DISEO DE ESTRUCTURA DEL PAVIMENTOCONCRETO RGIDO CORREGIMIENTO DE LASPIEDRAS MUNICIPIO DE TOLUVIEJO,DEPARTAMENTO DE SUCRE.

Alcalda Municipal de ToluviejoSecretara de Planeacin

LESVI HERNANDEZ CARRASCALSecretario de Planeacin e Infraestructura

INTRODUCCIN

Los pavimentos de concreto se disean por fatiga (AASHTO) y por fatiga- erosin (PCA). La fatiga la podemos entender como el nmero derepeticiones ciclos de carga y descarga que actan sobre un elemento.En realidad al establecer una vida til de diseo, lo que estamoshaciendo es tratar de estimar de la manera ms acertada posible, enun perodo de tiempo, el nmero de repeticiones de carga a las que estarsometido el pavimento.

Factores importantes son tambin la geotecnia, donde se permite que elsuelo sea mejorado, al menos colocando una capa de subbase o baselo que nos permite incrementar en parte el valor de K (El mdulo dereaccin de suelo corresponde a la capacidad portante que tiene elterreno natural en donde se soportar el cuerpo del pavimento). El valordel mdulo de reaccin (K) se puede obtener directamente del terrenomediante la prueba de placa ASTM D1195 y D1196.

Este valor de K representa el soporte (terreno natural y terrapln si lo hay) y se puede incrementar al tomar la contribucin de la subbase. Cuando se disea un pavimento es probable que se tengan diferentes valores de K a lo largo del tramo por disear, el mtodo AASHTO recomienda utilizar el valor promedio de los mdulos K para el diseo estructural del suelo que deber usarse en el diseo de espesores de capa. El contar con una subbase permiteincrementar en parte el valor de soporte del suelo que deber usarse en el diseo de espesores. Si la subrasante es de material granular no tratada o mejorada, el incremento puede no ser significativo, mientras que con la presencia de capas de material granular este incremento permite disminuir espesores de losa que en un momento dado contribuyen a la optimizacin del diseo desde el punto de vista econmico. Para el caso de este trabajo, donde se analizar la conveniencia de usar subbase con caractersticas granulares o tratadas con aditivos que permitan una estabilizacin y aumento de la capacidad portante, mejora el comportamiento a largo plazo del suelo.1.0 DISEO DE ESTRUCTURA DEL PAVIMENTO CALLES URBANAS CORREGIMIENTO DE LAS PIEDRAS

Tomando como base la topografa entregada, el clculo del trfico queutilizar las calles a las cuales se les disear la presenteestructura de pavimento, nos aprestamos a aplicar los criterios de laPCA, es de anotar que el trazado de las calles es producto delcrecimiento urbanstico un tanto desordenado del corregimiento, y esentregado por el municipio.

1.1 GENERALIDADES

En el diseo de la estructura del pavimento de las vas urbanas delCorregimiento de LAS PIEDRAS se tom como base el mtododesarrollado por La Portland Cement Association PCA.

1.1.1 Formulacin del mtodo

El mtodo de diseo de la Portland Cement Association esexclusivamente un procedimiento de esbozo desarrollado parapavimentos de concreto hidrulico.

Teniendo como base el conocimiento de varias teoras depavimentos como Westergaard, Picket and Ray as como de elementosfinitos. Tambin la experiencia en el comportamiento de variaspruebas e investigaciones como la Arlington Test, Burmister ydiversos proyectos de la misma PCA. Y derivado de lo anterior se generfinalmente este mtodo de diseo.Parte del mtodo fue desarrollado interpretando los resultados delmodelo de elementos finitos basados en el comportamiento de unalosa de espesor variable y dimensiones finitas (180 x 144 pulgadas) a lacual se le aplicaron cargas al centro, de borde y de esquina,considerando diferentes condiciones de apoyo y soporte.

El mtodo de diseo de la PCA considera dos criterios deevaluacin en el procedimiento de diseo, el criterio de erosin de la sub-base por debajo de las losas y la fatiga del pavimento de concreto.

El criterio de erosin reconoce que el pavimento puede fallar por unexcesivo bombeo, erosin del terreno de soporte y diferencias deelevaciones en las juntas; mientras que el criterio del esfuerzo de fatigareconoce que el pavimento pueda fallar, presentando agrietamientoderivado de excesivas repeticiones de carga.

A diferencia del mtodo AASHTO el mtodo de diseo PCA, consider unvalor fijo de mdulo de elasticidad del Concreto (Ec) = 4.000.000 Pci queno lo hizo variar en relacin con la resistencia a la flexin del concreto(MR), as como tampoco vari el coeficiente de Poisson de 0.15.

Este mtodo considera algunas limitaciones en los valores de mdulo dereaccin K del suelo, en donde el rango de valores para los que el mtodofue desarrollado oscila entre los 597.4 y 682.7 Pci.

Una ventaja que se debe reconocer en el mtodo del PCA es que toma eltrfico real que estima circular sobre el pavimento, sin convertirlo a EjesSencillos Equivalentes.

1.1.2Variables

Las variables que intervienen en el diseo son:

Espesor Inicial del Pavimento. Mdulo de Reaccin K del suelo. Trfico. Transferencia de Carga y Soporte Lateral. Propiedades del Concreto. Mdulo de Ruptura (Considera una reduccin del 15% por Reguridad) Mdulo de Elasticidad Fijo Mdulo de Poisson Fijo.

1.1.3 Comparativa entre los mtodos de diseo

Ambos mtodos de diseo son apropiados para el diseo de espesoresde pavimentos rgidos en cualquier tipo de proyecto, sin embargo elmtodo AASHTO hace intervenir un mayor nmero de variables quenos ayudan a modelar de mejor manera las condiciones del proyectoal momento de estar diseando su espesor. Los resultados del mtodode la PCA son adecuados para cualquier tipo de proyecto a pesar deque no se puedan tomar en cuenta algunos factores importantescomo lo son la serviciabilidad inicial y final, pero en cambioconsidera de una manera ms real la contribucin del trfico en laformulacin.

1.2 TOPOGRAFA

La topografa del Corregimiento de las Piedras Municipio de Toluviejo Sucrees tpico del paisaje de Serrana. Est formado por superficies de relieveregular y ondulado, con pendiente variable y altitudes que van desde los50 a los 260 metros. Comprende los tipos de relieves denominadoshogbacks, barras y crestones constituidos por materiales de areniscascalcreas y calizas.

1.3 CARACTERSTICAS GENERALES DE LAS VAS OBJETO DEL PROYECTO

Longitud

El proyecto comprende el diseo geomtrico y de pavimento de lascalles del corregimiento de LAS PIEDRAS, Municipio de Toluviejo con unalongitud aproximada de 807 Metros lineales.

Las calles posiblemente por su estado actual presentan bajos volmenesde trfico y que corresponde de acuerdo a la descripcin y la observacinen campo a vas rurales con anchos variables producto del trazado un tantoirregular.

Ubicacin

La zona del proyecto est localizada en zona rural del Municipio de Toluviejo -SucreCorregimiento de LAS PIEDRAS.

Estado actual

El diseo de las calles objeto del proyecto de diseo y construccin depavimento rgido en el corregimiento de LAS PIEDRAS en el municipio deToluviejo - Sucre, comprende un ambiente residencial, con calles que en laactualidad presentan una superficie de rodadura de tipo afirmado enregulares condiciones que en sectores tiene baches por prdida de materialque en pocas de invierno dificultan el paso de vehculos.

1.1

DRENAJE

Se define como drenaje al conjunto de obras que sirven para captar,conducir y alejar del camino el agua que puede causarle problemas. As,entonces siendo el agua una de las causas que mayores problemasgeneran a las vas, ya que provocan la disminucin de la resistencia alcorte de los suelos razn por la cual se presentan fallas en terraplenes,taludes y superficies de rodamiento, se trata de encontrar soluciones atravs de los drenajes (bien sean cunetas, canales, encoles y descoles) detal forma que el agua se aleje lo ms rpido de la estructura del pavimento.

1.1.1Sardineles

Estos son elementos que se construyen en la va a manera de barrera, cuyafuncin es conducir el agua hacia los lugares para su disposicin final eimpedir que en el trayecto se produzcan infiltraciones por los bordes de lava.

1.2.2.Andenes

Espacio construido para el trnsito peatonal, ser de un (1) metrode ancho aproximadamente (variable por las condiciones fsicas de las

calles a ser intervenidas), y estar ubicado adyacente al sardinel, elmaterial de construccin es e n concreto.

1.2 DESCRIPCIN DE LAS CAPAS DE LAESTRUCTURA

La estructura del pavimento est constituida por una o ms capas,construidas sobre la subrasante con el fin de soportar adecuadamente losesfuerzos producidos por las cargas de trnsito, durante un perodo dediseo, sin que lleguen a presentar en ninguna de las capas, incluyendola subrasante que sirve de cimiento, tensiones o deformacionesexcesivas, que por carga sbita o fatiga, alcancen la rotura y falla de laestructura.

1.2.1Subrasante

Se entiende como subrasante a la parte superior de las explanacionessobre la cual se construye el pavimento su funcin bsica esproporcionar a la estructura del pavimento un cimiento adecuado.

Por lo general, para lograr las condiciones adecuadas de la subrasantese hace necesaria la optimizacin de la capa superior de esta por mediode compactacin, desechando el material inservible y reemplazndolopor uno que posea mejores condiciones o por medio de la adicin deestabilizantes que mejoren su resistencia.

1.3.2 Sub-base oBaseCuando las condiciones geotcnicas del suelo de subrasante no seanadecuadas para servir de apoyo directo a las losas se hace necesaria lacolocacin de una capa de subbase o base. En nuestro medio

generalmente los pavimentos de concreto hidrulico se colocan sobreuna base granular.

Entre las funciones principales de la sub-basetenemos:

Servir como capa de transicin y suministrar un apoyo uniformeestable y permanente al pavimento.

Mejorar el drenaje y reducir por tanto al mnimo la acumulacin de aguabajo el pavimento.

Ayudar a controlar los efectos perjudiciales producidos por los cambiosvolumtricos de los suelos de subrasante.

Mejorar en parte la capacidad de soporte del suelo de la subrasante. La funcin ms importante es impedir el fenmeno de bombeo.

1.2.2 Capa deRodadura

Es la que se coloca encima de la sub-base y est formada por losas de Concreto hidrulico.

El concreto es un material compuesto y por lo tanto, suscualidades varan naturalmente con la de sus elementos constitutivos, ascomo en las condiciones de produccin.

1.3 FACTORES DEDISEO

Luego de elegir el tipo de pavimento por construir, el tipo de sub-base el diseo se efecta teniendo en cuenta los factores siguientes:

Trfico.

Mdulo de Reaccin K del suelo.

Espesor Inicial del Pavimento.

Propiedades del Concreto.

Transferencia de Carga y Soporte Lateral.

Periodo de diseo 20 aos

Mdulo de Ruptura (Considera una reduccin del 15% por seguridad).

Mdulo de Elasticidad Fijo = 4000000 Pci.

Mdulo de Poisson Fijo = 0.15.

1.4.1 Trfico

La composicin del trfico de la va es de tipo A (automviles, camperos, camionetas), buses B y C2 (pequeos de dos ejes).

1.4.2 Ensayo de CBR sobre muestras Inalteradas

El CBR es una medida del esfuerzo cortante del suelo, bajo condiciones de humedad y densidad controladas.

El valor del CBR se obtiene sometiendo una muestra representativa delsuelo de subrasante, a un ensayo de penetracin de un pistn normalizado.

Este tipo de ensayos se realiza generalmente sobre material desubrasante para obtener una correlacin de la humedad en el terrenocon la utilizada en el diseo tambin se puede realizar para efectos dediseo cuando la compactacin no es un factor que se pueda controlar.

1.4.3 Resultados

De acuerdo a las caractersticas del terreno, se hizo el ensayo de CBR en Siete (07) puntos especficos y representativos de la obra, obtenindose valores de CBR que varan un poco de un punto a otro considerablemente pero mantenindose en el promedio en con respecto al sector de donde hallaron las muestras.

1.4.4 Resistencia de diseo delconcreto

Debido a que los pavimentos de concreto trabajan principalmente aflexin es recomendable que su especificacin de resistencia sea acordecon ello, por eso el diseo considera la resistencia del concretotrabajando a flexin, que se le conoce como resistencia a la flexin portensin (Sc) o Mdulo de Ruptura (MR) normalmente especificada a los 28das.

El mdulo de ruptura se mide mediante ensayos de vigas de concretoaplicndoles cargas en los tercios de su claro de apoyo. Esta prueba estnormalizada por la ASTM C78. Existe una prueba similar con la aplicacinde la carga al centro del claro que genera resultados diferentes deresistencia a la tensin (aproximadamente 15% a20% mayores) pero que no son los que considera AASHTO parael diseo.

Para el diseo de mezcla tendremos en cuenta los siguientes

factores: Mdulo de rotura MR 43 K/cm2

- Especificacin del Mdulo de Rotura Recomendado

Los valores recomendados para el Mdulo de Rotura varan desde los 38kg/cm2 (550 psi) hasta los 50 kg/cm2 (711 psi) a 28 das dependiendo deluso que vayan a tener y a las condiciones de produccin del concreto.

En siguiente tabla N 01 se muestran valores recomendados para mdulode ruptura, sin embargo para este diseo se elige el pavimento en vasUrbana Secundarias con un MR igual 43.

Tabla N 01. Modulo deRotura

Pavimento Mdulo de RoturaKg./Cm2 psi

Autopistas 48.00 682.7

Carreteras 48.00 682.7Zonas industriales 45.00 642.1Urbanas principales

Urbanas secundarias 40.00 597.4

- Mdulo de Rotura Promedio

La metodologa de diseo de PCA permite utilizar la resistencia a la flexinpromedio, que se haya obtenido del resultado de ensayos a flexin delas mezclas diseadas para cumplir la resistencia especfica del proyecto.Estos resultados dependen de las condiciones de control y calidad quetenga el fabricante de concreto en sus procesos. En el mejor de los casosse recomienda que sea Concreto Premezclado.

El mtodo PCA considera una reduccin de un 15% en el mdulo deruptura como factor de seguridad en el concreto, eso lo hace mediante el"Coeficiente de Variacin del Concreto".

- Factor de Seguridad Adicional.

El concreto contina ganando resistencia con el paso del tiempo, como lomuestra la siguiente grfica. Esta ganancia de resistencia es mostrada en lacurva que representavalores de mdulo de rotura (MR) promedio para varias series depruebas de laboratorio, pruebas de vigas curadas en campo y seccionesde concreto tomadas de pavimentos en servicio.

Figura N 01. Resistencia del concreto a la flexin a los 28 das conrelacin a la edad del concreto.

El factor de seguridad de cargas considera las variaciones ysobrecargas que se pueden tener dentro del trfico de diseo.

Las cargas del trfico debern ser multiplicadas por el Factor de Seguridad

de Cargas(FSC).

La serviciabilidad final tiene que ver con la calificacin que esperamostenga el pavimento al final de su vida til.1.4.5 Diseo de pavimento de concretohidrulico

Al disear un pavimento rgido lo que se hace es obtener una estructuraque responda a un balance entre las variables que intervienen para sudiseo. Dichas variables son: espesor de la losa, resistencia a la flexin delconcreto (MR), capacidad de soporte de carga (K) del conjunto Subrasante ysub-base, trafico circulante durante la vida til del pavimento. Las primerasvariables son impuestas por el diseador y la ltima es decir el trfico esimpuesto por las condiciones externas.

2.0 DISEO GEOMTRICO

2.1 CRITERIOS DE DISEO GEOMTRICO

2.1.1 Planimetra

Para este aspecto las consideraciones fundamentales del diseo son:

Velocidad de diseo: La velocidad de diseo tomada para la va es de 40 Km/h.

Calzada variable entre 4 y 6 m, que permitan un manejo adecuado delas aguas lluvias, adems se contempla no involucrar el espacioalrededor de las calles, la va no involucra afectaciones en los prediosaledaos.

Un mnimo en lo posible, de puntos de interseccin PI dentro en lascalles de estudio manteniendo las caractersticas calles urbanas

residenciales.

Bombeo: 2%.

2.1.2. Altimetra

Para este aspecto las consideraciones fundamentales son:

Respetar en lo posible los niveles actuales las estructurasinvolucradas en el proyecto, como lo son pozos de inspeccin dealcantarillado.

Lo anterior significa conservar el promedio de las pendientesexistentes en el terreno natural, salvo en aquellos casos en que lageometra mnima no lo permite.

Pendiente mnima de diseo: 0,5%.

Pendiente mxima de diseo: 9,5%

Respetar al mximo el rea actual de funcionamiento de las calles.

En el caso particular del diseo geomtrico para este proyecto, ms quecriterios de carcter tcnico en cuanto a distancias mnimas y visibilidad,se trata de ajustar lo existente a una geometra que garantice unasuperficie regular, para que no se modifique de manera significativa lascondiciones de trnsito de los usuarios.

2.2 METODOLOGAEMPLEADA

2.2.1 Levantamientotopogrfico

La toma de datos fue realizada por una comisin topogrfica queefecto el levantamiento con una estacin total y prisma.

2.2.2 Poligonal deControl

Dentro de las actividades de topografa, se levant una poligonal abierta,empleando como origen de referencia unas marcas de campo, concoordenadas extradas del plan de ordenamiento territorial del municipio, apartir de esta poligonal se levantaron deltas y se tomaron detalles sobretoda el rea de estudio.

2.2.3 Determinacin y localizacin deejes

La localizacin del eje actual se realiz directa y conjuntamente con ellevantamiento de detalles. Una vez levantada procesada y dibujada la

informacin de campo; en oficina se determin la seccin tpica de lacalle a regir en el diseo tomando como base el eje levantado y teniendoen cuenta los siguientes criterios:

Verificacin de la seccin existente; de acuerdo los bordes de la calzada y estructuras.

Verificacin a lo largo de cada calle la no afectacin predial de las zonas aledaas.

Verificacin del ancho disponible para lascunetas.

2.3 DISEO ENPLANTA

Con el eje definitivo localizado y definida la seccin (calzada, sardinel yandn), se procedi al procesamiento, clculo y posterior elaboracin deldiseo geomtrico.

Debido a las diferencias en los anchos de calzada se estima necesaria ladefinicin precisa de los empalmes que ayuden a que los recorridosde los usuarios se mantengan en niveles de seguridad restringiendo lasvelocidades de marcha en los lmites permitidos y disminuir en lo posiblelas posibles colisiones por cambio sbito en los anchos de carril.

2.4 DISEO ENPERFIL

El diseo en perfil mostrado en los planos, se cie a los requerimientosbsicos para el diseo. Teniendo como punto de partida lasrecomendaciones encontradas en el Estudio Geotcnico, complementadocon puntos de estudio donde se realizaron apiques para determinacinde propiedades ndices, clasificacin y CBR. Se trat de trazar la rasanteteniendo en cuenta los niveles del terreno natural con relacin a las

condiciones observadas de cotas de inundacin mxima posible y nivelesde algunas viviendas.

3.0 PROCEDIMIENTO DE DISEO CUANDO NO SE CONOCE LA DISTRIBUCIN DE CARGAS POR EJE

Usando el software de Cemex en lnea en elsitio,

ht t p : / / w w w . cem ex m e x ic o. c o m / p a v i m e nt o s /L o gin _ C a p t ur a .a s p?fl=3 se leintroduce un conteo realizado en seis das en una calle de las que se leconstruir la pavimentacin. Este nos calcula el trafico promedio diarioanualizado, las repeticiones de carga de cada uno de los ejes, y de cadauno de los vehculos que utilizaran la va en el futuro, y as mismo alimentael software, al cual ante se le ha cargado con la otras variables necesarias,para que nos indique si cumple con el porcentaje de erosin y de fatiga,una vez obtenido los resultados ptimos de fatiga y erosin se da porterminado el procedimiento, siendo esos los resultados con los que alfinal la estructura de pavimento queda diseada.

Es prctica comn el determinar o estimar el trfico que circular por lava en el perodo de un ao, siguiendo las recomendaciones para el TPDA.El trfico estimado para el primer ao de servicio se le multiplica por elnmero de aos de vida til ms algunos aos adicionalescorrespondientes a la tasa de crecimiento de la va.

Tvu = Tpa x FCT;donde:

Tvu = Trfico en la vidatil;Tpa = Trfico durante el primeraoFCT = Factor de crecimiento del trfico, que depende de la Tasa deCrecimiento Anual y de la Vida til.A continuacin se presentan los resultados del conteo del trfico, el clculodel TPDA, y las repeticiones de carga, en las tres siguientes tablas.

Tabla N 02. Clasificacin vehicular yconteos

Tabla N 03. Datos del trafico y TPDA

Tabla N 04. Clasificacin de los vehculos con repeticionesde carga

3.1 VALORES APROXIMADOS DE K PARA DIFERENTES TIPOS DESUELO DELASUBRASANTE.

El mdulo de reaccin del suelo corresponde a la capacidad portanteque tiene el terreno natural en donde se soportar el cuerpo delpavimento. El valor del mdulo de reaccin (K) se puede obtenerdirectamente del terreno mediante la prueba de placa ASTM D1195 yD1196 o mediante el ensayo CBR en sitio o remoldeado porcorrelacin.

El valor de K representa el soporte (terreno natural y terrapln si lo hay) yse puede incrementar al tomar la contribucin de la subbase.

Cuando se disea un pavimento es probable que se tengan diferentesvalores de K a lo largo del tramo por disear, el mtodo AASHTOrecomienda utilizar el valor promedio de los mdulos K para el diseoestructural.

3.1.1 Estimaciones y Correlacionesde K.

En base a un gran nmero de muestras y estudios se han podidodesarrollar algunos valores estimativos del mdulo de reaccin delsuelo en funcin a diferentes propiedades.

Segn los estudios de laboratorio del Ingeniero Civil ISMAEL FRANCISCOHERNANDEZ HERAZO , se realizaron siete apiques, para quince C.B.R.donde encontr los siguientes resultados:

Tabla No 05 Resultados valor de CBR de los apiquesApique Valor de CBR (%)Apique N 1 13.80%Apique N 2 10,26%Apique N 3 9,26%Apique N 4 Fuera rangoApique N 5 12,03%Apique N 6 13,71%Apique N 7 11,22%

Con base en estos datos, el promedio como lo recomienda la AASHTO es de

10,65% de la figura siguiente, se encuentra el mdulo de reaccin de lasubrasante K (pci).

California Bearing Ratio(CBR).

Modulus Of Subgrade Reaction -K (Pci)

Figura 02. Relacin aproximada entre los valores deResistencia y la clasifcacin del suelo. Fuente PCA

Tabla 06. Interpolacin con los datos de la grfca y otra nomostrada

CBR (%) 3 % 5 % 10 % 20 % 25 % 38 % 50 % 60 % 80 % 8.6

K1 (Pci) 100 150 200 250 290 400 500 580 710 185.5K2 (Pci) 80 150 200 280 315 370 400 415 460 185.5

ValorPromedio 185.5

3.1.2 Soporte conjunto Suelo-Subbase

El contar con una subbase permite incrementar en parte el valor de K

del suelo que deber usarse en el diseo del espesor, para este proyectose recomienda un espesor de subbase segn la tabla 06 que nos arrojaaproximadamente 25 cms, entonces se toma:Espesor de Subbase Granular = 25 cm, la cual debe cumplir norma INV.Art. 320-07 Si la subrasante es de material granular no tratada omejorada, el incremento puede no ser muy significativo.

Los valores mostrados en la tabla de bases granulares estn basadosen anlisis hechos por Burmister de un sistema de dos capas y cargadoen pruebas de placas para determinar los valores de K del conjuntosuelo-subbase en losas de prueba completas.

Las bases tratadas con cemento aportan mayor capacidad de carga y sucomportamiento a largo plazo en mucho mejor.

Tabla 07. Incremento el valor K del suelo, segn el espesor de unasub base granular y una tratada con cemento

** Bases granularesK Suelo-Subbase (Pci)

K Suelo Espesor Subbase

(Pci) 4 In. 6 In. 9 In. 12 In.50 65 75 85 110100 130 140 160 190200 220 230 270 320300 320 330 370 430

Bases tratadas con cement

o3.2 DISEO DEJUNTAS

Adems de los esfuerzos generados por el trfico, el pavimento debecontrolar esfuerzos causados por los movimientos de contraccin oexpansin del concreto y los gradientes por temperatura y humedad, entrela superficie y el apoyo de la losa.

Dichos esfuerzos se controlan con un dimensionamiento correcto de laslosas, o sea, diseando las juntas del pavimento.Todas estas juntas pueden estar atravesadas con barras de acero, llamadaspasadores o dovelas y que tienen por objeto transferir cargas de una losa aotra, en cuyo caso se denominan pasadores de transferencia, o mantenerfija una losa con otra, tomando el nombre de pasadores de anclaje.

Como conclusin, las juntas transversales y longitudinales se elaboranpara impedir una fisuracin aleatoria y nada esttica, que hacemuy difcil su sellado y mantenimiento.

Por lo tanto, el ingeniero de pavimentos lo que hace es anticiparse a laformacin de las grietas disponiendo juntas en aquellos sitios crticosdonde se espera fisuramiento o se induce para poder controlarlo.

3.2.1 Clasificacin deJuntas

Juntas Longitudinales: Alabeo,Construccin.

Juntas Transversales: Contraccin, Alabeo, Expansin,Construccin.

3.2.1.1 JuntasLongitudinales

Las juntas longitudinales de construccin, tienen como objetivo bsico

K Suelo-Subbase (Pci)K Suelo Espesor Subbase

(Pci) 4 In. 6 In. 8 In. 10 In.50 170 230 310 390

100 280 400 520 640200 470 640 830 -

controlar las fisuras que se pueden presentar en los pavimentos cuando seconstruyen con anchos superiores a los 4,5 m, para este caso de 5.0 my es comn en nuestro medio construir los pavimentos por carriles,dependiendo de las condiciones del proceso constructivo definido.

Las juntas longitudinales ayudan a impedir el desplazamiento de las losasde un carril, respecto a las del otro. Los aceros deben cumplir con elArtculo INV 500-07, se admiten aceros con resistencia de 187,5 MPa(40000 psi) y 280 MPa (60000 psi).

Para la seleccin del dimetro, separacin, longitud y resistencia de lasbarras de anclaje se ha tomado la Tabla 6-1 del Manual de diseo depavimentos de concreto para bajos, medios y altos volmenes de trnsito.

As entonces se recomiendan barras 0,85m de longitud en acero de 1/2 ycon Fy=280MPa, separados a una distancia de1,20m.

Tabla 08. Longitud de las barras deanclaje

3.2.1.2 JuntasTransversales

El diseo de las juntas transversales se realiza, con el fin de controlar lasfisuras del concreto por contraccin y alabeo; por lo tanto, elespaciamiento entre ellas, debe ser menor que seis (6) metros.

En este caso la transmisin de cargas se da por la trabazn de agregados,pues no se contempla la colocacin de dovelas. Para los cortes de las losas.Se recomienda que la relacin largo ancho est entre 1.0 y 1.3(aceptndose el rango de 0.7 a 1.4 para concretos con buenos controlesde calidad), dado que se tienen carriles de ancho variable, serecomienda hacer los cortes de acuerdo a las sugerencias de cada tramopara mantener un factor de forma adecuado, que permite controlarprcticamente todas las fisuras y el comportamiento del pavimento a lolargo de su vida de servicio ser mejor.

Teniendo en cuenta la construccin de juntas con un factor de forma 2:1con corte inicial de 3mm y ampliacin a 6mm, se recomienda para elsellado un producto con una deformacin admisible entre el 20% y el30%, que cumplan con los requisitos establecidos en las normascorrespondientes. Los imprimantes y cordones de respaldo sern losadecuados y compatibles con el sellador.

Cuando las losas estn sujetas a retraccin por disminucin detemperatura y su movimiento est restringido por la friccin, se puedenagrietar transversalmente. Una manera de controlar estos agrietamientosconsiste en disminuir la longitud de la losa mediante juntas transversales,que en este caso se llamaran juntas de contraccin.

Las juntas transversales de construccin se hacen coincidir con las decontraccin la transferencia de carga de una losa a la vecina se realizapor medio de trabazn de agregados, ya que as fue considerado en eldiseo y result aceptado para la solucin No 2.

3.2.1.3 Corte dejuntas

Despus de realizar el procedimiento de curado de las losas, elcual se recomienda se realice con productos que eviten el dao porprdida sbita de humedad (tipo antisol o productos similares) seproceder al corte de las juntas transversales y longitudinales condiscos abrasivos o con discos de diamante que se enfran con agua.

El corte de las juntas deber comenzar por las transversales decontraccin, e inmediatamente despus continuar con las

longitudinales. Este corte deber realizarse cuando elconcreto presente las condicionesde endurecimiento propicias

para su ejecucin y antes de que se produzcan agrietamientos nocontrolados (en ambientes clidos como el del corregimiento de LASPIEDRAS municipio de Toluviejo est en el rango de 4 a 8 horas luego decolocado el concreto)

Para el corte se debe elegir el momento propicio para efectuarestaactividad sin que se presente prdida de agregado en la junta o

despostillamientos de la losa; sin embargo, una vez comenzado elcorte deber continuarse hasta finalizar todas las juntas. El inicio

de los trabajos deber iniciar entre las 4 6 horas de haber colocadoel concreto y deber terminar antes de 12 horas.

En el procedimiento se realiza un corte inicial con un ancho de 3 mmy a una profundidad de 1/3 del espesor de la losa de concreto con elfin de inducir la falla controlada. Posteriormente, se realiza unensanchamiento del corte para poder alojar el cordn de respaldo y elmaterial de sello. En lo posible se recomienda que cuando se requiera decortes de juntas en dos etapas (escalonados), el segundo corte nodeber realizarse antes de 48 horas despus de la fundicin. Adems,se debe asegurar que en el procedimiento de procedimiento de corte segarantice la limpieza final total de la junta y la eliminacin de todos losresiduos.

3.2.1.4 Sello de juntas

El sistema de sellado de juntas para pavimentos de concreto debegarantizar la hermeticidad del espacio sellado, la adherencia del sello

a lascaras de la junta, la resistencia a la fatiga por traccin ycompresin, el arrastre por las llantas de los vehculos, laresistencia a la accin del agua, solventes y dems que puedanafectarla, ojal colocando materiales estables y elsticos.

Para sellar las juntas se emplean llenantes elastomricasautonivelantes a base de poliuretanos o siliconas vaciadas en fro, quecumplan con los requisitos y especificaciones previstas para el material desello.

Adems, el sello contempla la tirilla de respaldo que impide efectivamentela adhesin del sellador a la superficie inferior de la junta. La tirilla derespaldo debe ser de espuma de polietileno y de las dimensionesindicadas en los documentos de construccin.

3.2.1.4 Casos especficos proceso constructivo tiles para elproyecto

- Presencia de Estructuras Hidrulicas

En la presencia de estructuras hidrulicas propias de calles y trazadosurbanos tales como pozos de inspeccin, se debe ajustar lamodulacin de las losas manteniendo la relacin de esbeltez, con elfin que la Junta transversal coincida con dichas estructuras y asprevenir las fisuras que aparecern por retraccin del concreto.

A continuacin se esquematizan algunosprocedimientos tiles:

Junta de Expansin

Modulacin deLos asporpresencia depozos de inspeccin

Para el caso en que el pozo de inspeccin coincida con la juntaLongitudinal, se ajusta la modulacin, con el fin que la junta transversalcoincida con el pozo, como es el caso A de la siguiente figura.

As mismo cuando se tienen varios pozos de inspeccin, se deberemodular con el objeto que estos coincidan dentro de la misma losa, lacual debe de ser reforzada mediante una parrilla, como se muestra enel caso B. Igualmente ocurre en las intersecciones donde se cambia la forma yse tienen ngulos diferentes a 90 y se debe reforzar la losa con acero de enambos sentidos a cada 20 cm.

A continuacin se esquematiza los diferentes tipos de Juntas para los pozos de Inspeccin:

Cuando la junta de expansin alrededor de las tapas de los pozos coincide con lajunta transversal y la junta longitudinal se construye como se describe:

Cuando la junta de expansin alrededor de las tapas de los pozos coincide con lajunta transversal y la junta longitudinal se construye como se describe:

Junta longitudinal

0 cm

Junta transversal Junta de expansin

Cuando la junta de expansin alrededor de las tapas de los pozos no coincide con la junta

longitudinal, se debe ajustar la modulacin para que la junta transversal coincida con el eje del

pozo:

Junta longitudinal

Junta Transversal30cm

Junta de expansin

Repblica de ColombiaDepartamento de Sucre

Municipio de ToluviejoSecretara de Planeacin e Infraestructura

NIT 800.100.751-44.0 DISEO DE PAVIMENTO RGIDO METODO PCA

4.1 SOLUCIN N 01.



NIT 800.100.751-4



NIT 800.100.751-44.2 SOLUCIN N 02.

DISEO DE PAVIMENTOS DE CONCRETO - CEMEX

PROYECTO:

Mtodo PCA

FACTOR DE SENTIDO (FS): 0.5TRANSITO PROMEDIO DIARIO ANUAL(TPDA): 108

Perodo de Aforo:

Inicio: 18/05/2011

Fin: 23/05/2011

Total de das Aforado 6

AFORO COMPOSICION VEHICULAR

Tipo deVehculo Normales Extras

Total en el Perodo Aforado

Total Diario % % Cargados % Vacos

A2 492 0 492 82.0044 75.93 100 0A2 72 0 72 11.9988 11.11 60 40B2 48 0 48 8.0028 7.41 60 40C2 36 0 36 6.0048 5.56 60 40TASA DE CRECIMIENTO ANUAL: 3.2 %PERIODO DE DISEO:

MODULO DE REACCION(K): 239

Pci MODULO DE RUPTURA (MR): 597.4

Psi FACTOR DE SEGURIDAD DE CARGA (FSC): 1

MODULO DE ELASTICIDAD DEL CONCRETO (Ec): 4000000 Pci

MODULO DE POISSON (): 0.15

FACTOR 2: 0.9587

FACTOR 3: 0.894

FACTOR 4: 0.953



NIT 800.100.751-4RESULTADOS:

SEPARACIN MXIMA DE JUNTAS TRANSVERSALES: 4.39 metrosRANGO DE SEPARACION DE JUNTAS

LONGITUDINALES: 3 .0 a 4.5 metros

Espesor = 7.20 in - MR = 597.40 psi - S/Sop. Lateral - S/Pasajuntas Anlisis de Fatiga Anlisis de Erosin

Cargadel Eje

porFS=1.3

Cargadel Eje en Kips

RepeticionesEsperadas

EsfuerzoActuante

Esf. Act./MR

RepeticionesPermisibles

% deFatiga

RepeticionesPermisibles

% deDaof1 Trabajo

L = 27.0141 in - Fact2 = 0.9587 - Fact3 = 0.8940 - Fact4 = 0.9530

EJES SENCILLOS Msen = 2823.3 FEsen = 0

2.2 2.86 896307 0.1411 37.65 0.063 ilimitadas 0 0.82 ilimitadas 02.64 3.43 26240 0.1674 44.69 0.0748 ilimitadas 0 1.18 ilimitadas 02.86 3.72 26240 0.1805 48.18 0.0807 ilimitadas 0 1.39 ilimitadas 03.74 4.86 39341 0.2323 62 0.1038 ilimitadas 0 2.37 ilimitadas 0

6.6 8.58 13139 0.3962 105.75 0.177 ilimitadas 0 7.38 ilimitadas 07.7 10.01 30619 0.458 122.24 0.2046 ilimitadas 0 10.05 861221981 0

8.36 10.87 39341 0.4948 132.06 0.2211 ilimitadas 0 11.85 157761034 0.0212.1 15.73 45929 0.7004 186.95 0.3129 ilimitadas 0 24.82 5490975 0.8415.4 20.02 17481 0.8786 234.51 0.3926 ilimitadas 0 40.2 1221611 1.43

22 28.6 45929 1.2286 327.93 0.5489 128328 35.79 82.04 159420 28.81Subtotal Ejes Sencillos =

35.79 %Subtotal Ejes Sencillos = 31.1

%

EJES TANDEM Mtan = 2347.2 FEtan = 0

Subtotal Ejes Tndem = % Subtotal Ejes Tndem = %

EJES TRIDEM Mtri = 2354.4 FEtri = 0

Subtotal Ejes Tridem = 0 % Subtotal Ejes Tridem = 0 %

RESUMENSubtotal Ejes Sencillos =

35.79 %Subtotal Ejes Sencillos = 31.1

%

Subtotal Ejes Tndem = % Subtotal Ejes Tndem = %

Subtotal Ejes Tridem = 0 % Subtotal Ejes Tridem = 0 %

Total Fatiga = 35.79 % Total Erosin = 31.1 %

BARRAS DE AMARRE



NIT 800.100.751-4Separacin en cms., segn la distancia al extremo libre.

EspesorPavimento

(cms.)Dimetro (in) Longitud(cms.)

Distancia al Extremo Libre (m)

3.05 m 3.66 m 4.27 m 7.32 mhasta 14 1/2 64 76 76 76 64hasta 18 1/2 71 76 76 76 51

hasta 21.6 1/2 79 76 76 71 41hasta 25.4 5/8 81 91 91 91 56hasta 30.5 5/8 91 91 91 79 46

x = 4.39 metros y1 = 3.0 metros y2 = 4.5 metros *

1) DETALLE DE JUNTA DE CONTRACCION TRANSVERSAL ASERRADA CON DISCO DE DIAMANTE DE 1/8" DE ESPESOR



NIT 800.100.751-42) DETALLE DE JUNTA LONGITUDINAL

3) DETALLE DE JUNTA DE CONSTRUCCION



NIT 800.100.751-4

4.3 DIMENSIONAMIENTO DE LAS CAPAS DEPAVIMENTO

El mtodo considera diferentes variables en el diseo del pavimento,entre ellas:

Perodo de diseoestructural

Trnsito Condicin de resistencia de lasubrasante

Los resultados se presentan en funcin de las variables seleccionadas yla seleccin del espesor se hace seleccionando en primer lugar el trnsito,luego se escoge el tipo de suelo a partir de la capacidad de soporte de lasubrasante, a continuacin se define si el pavimento tendr dovelas o no yla presencia de bermas laterales.

Tabla 9 Definicin y diseo de espesores de capas del pavimento

Solucin N 1 Solucin N 2

Espesor losa: 15 cm Espesor losa: 16 cm

SBG: s SBG: S

MR: 42 MPa. MR: 43 MPa.

Dovelas: S Dovelas: No



NIT 800.100.751-4Bordillos: s Bordillos:

Recomendable



NIT 800.100.751-45.0 CONCLUSIONES

Acometer este diseo result interesante toda vez que se logr conun diseo mnimo para condiciones mximas, resultado este que setransformara en economa para el propietario del mismo y comoprincipio de la ingeniera en la bsqueda de soluciones a problemasdel entorno.

En primer lugar, para la construccin del pavimento se recomienda lautilizacin de las Especificaciones de construccin definidas por

el Instituto Nacional de Vas, especialmente para el manejo decapas granulares y concretos. Seguidamente, como efecto de larealizacin de este trabajo, se tiene como resultados algunosparmetros a tomar en cuenta para la materializacin en campo delproyecto: se cortar el terreno natural, hasta alcanzar la cota de sub-rasante propuesta en planos y en los estudios de suelo del Ing.ISMAEL FRANCISCO HERNNDEZ HERAZO, una vez terminado estetrabajo se compactar dicha subrasante hasta lograr introducir todoel material suelto. Seguido se coloca el material de Subbase con elespesor recomendado para cada una de las unidades de diseo ycon el tratamiento recomendado para cada una de las dosalternativas de diseo.

La solucin No 1 contempla una capa granular de subbase de 25cm cumpliendo norma INV Art 320-07, compactando al 95% delproctor modificado, ensayo este de laboratorio que se le realizar almaterial de subbase, y que dependiendo del equipo usado para lacompactacin, as ser el espesor de cada capa a colocar hastaalcanzar el espesor recomendado.



NIT 800.100.751-4La solucin No 2 contempla una capa subbase estabilizada de 20 cmmejorada con un 3% de hidrxido de Sodio (Na(OH)2), con relacinal peso del material granular a emplear, que corresponde

aproximadamente a 60 kg de Na(OH)2) por cada 5 m2 de superficie.Para lograr una buena optimizacin de esta mezcla se debenensayar con anterioridad los materiales a usar en un tramo de prueba.Las pendientes del terreno fueron las sealadas en el estudiotopogrfico; las cuales cumplen para este tipo de vas urbanas,teniendo en cuenta que en algunos tramos se aceptaron pendientescercanas al 5,5% que an as dado el bombeo lateral y lacapacidad de escorrenta de la superficie de pavimento evitaproblemas de retencin que genere aumento de humedad ydeformacin en las capas granulares. Adems, con la definicin dealgunos tramos de cunetas laterales en forma de v se asegura lasalida del agua hacia los descoles y no se queda suficiente tiempopara ingresar a las capas del estructura.

Los anchos de calzada y de anden (variable) tambin fueronsugeridos en el PBOT urbanstico y as se respetaron, cumpliendotambin para la condicin de vas urbanas; se deja anotado que elespesor de andenes es de 10 cm, colocados sobre un relleno de 10 cmde material seleccionado tipo afirmado, la altura de sardinel es de15 cm en altura y de seccin variable desde abajo en 15 cm y arribaen 12 cm, la altura es de 45 cm en concreto de 210 kg/cm reforzadocon tres varillas 3/8 y estribos a cada 20 cm.

El espesor de losa es de 15 cm, para la solucin No 1 y de 16 cmpara la solucin No 2, con un concreto que arroje mnimo un MR=42kg/cm Y 43 kg/ cm , donde se debe destacar que la presencia debordillos y andenes mejora el confinamiento de las capas de laestructura de pavimento y que se convierte en principio fundamental



NIT 800.100.751-4para la definicin de la solucin No 2.

La construccin de las losas se puede realizar por ancho carril o porancho de calzada, solo depende del equipo de compactacin que seuse durante la fundicin, en todo caso las juntas sern acerradas aun ancho de 3 mm y una profundidad promedio de 1/3 del espesor dela losa con ampliacin a 6mm en una profundidad de 25 mm como sepuede ver en la figura 1 del detalle de junta de contraccintransversal aserrada, el sello de las juntas se har con tirilla o cordnde respaldo y con silicona para la parte superior, para todo esteprocedimiento constructivo, deben remitirse a la norma INV Art 500-07.

Teniendo en cuenta todas las anotaciones realizadas se recomienda laalternativa N2 puesto que es la ms econmica y garantiza con lacolocacin de bordillos y andenes el confinamiento de las losas.

Por ltimo, el diseador sugiere que se mantengan los controles enlos materiales tanto de subrasante como se capas granulares ypara la fabricacin de concretos, puesto que si existen cambios enlas condiciones en las cuales ha sido definido el diseo se debenhacer los ajustes correspondientes.

Atentamente,



NIT 800.100.751-4Ingeniero Civil

M.P. No

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Diseño Pavimento Rígido Macajan