Requirements Analysis: Process
3.8.2 Supportability
El método AASHTO utiliza en su formulación el número de repeticiones esperadas de carga de ejes equivalentes, es decir, que antes de ingresar a los nomogramas debemos transformar los ejes de pesos normales, de los vehículos que circulan por las vías en ejes sencillos equivalentes de 18 kips (8.2 ton)
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conducente es realizar los cálculos para el carril de diseño seleccionado para estos fines por ser el que mejor representa las condiciones críticas de servicio de vía.
La vida útil mínima con la que se debe diseñar un pavimento rígido es de 20 años donde se deberá contemplar el crecimiento del tráfico durante su vida útil, que depende de gran medida del desarrollo económico-social de la zona en cuestión.
Tvu = Tpa * FCT
Dónde:
Tvu = Tráfico de vida útil
Tpa = Tráfico durante el primer año
FCT = Factor de Crecimiento del Tráfico, que depende de la tasa de crecimiento anual y de la vida útil.
Tasa de Crecimiento Anual
Depende de muchos factores, como el desarrollo económico-social, la capacidad de la vía. Es normal que el tráfico vehicular vaya aumentando con el paso del tiempo, hasta que llega a un punto tal de saturación en el que se mantiene prácticamente sin crecer.
Los valores de tasas de crecimiento ya los apreciamos en la tabla 7.5
L
La tasa de Crecimiento considerada para la presente tesis es g = 3%
Tabla N° 7.18. TRÁFICO ACTUAL
Factor de Crecimiento del Tráfico (FCT)
El factor de crecimiento del tráfico considera los años de vida útil, más un número de años adicionales debidos al crecimiento propio de la vía.
FCT = [(1 + g)
n1/ g]
En esta tesis se tiene: FCT = 26.87 Dónde:
Tasa de Crecimiento: g= 3% Años de vida útil: n=20 años
Factor de Sentido (FS)
Del total del tráfico que se estima para el diseño del pavimento deberá determinar el correspondiente a cada sentido de circulación.
Para la presente tesis el Factor de Sentido correspondiente a un sentido del carril de diseño:
FS = 0.50 Factor de Carril (FC)
Coeficiente que nos permite estimar qué tanto del tráfico en el sentido de diseño circula por el carril de diseño.
TABLA 7.19. FACTORES DE CARRIL NÚMERO DE CARRILES FACTOR DE CARRIL
1 1.00
2 0.80 a 1.00
3 0.60 a 0.80
4 0.50 a 0.75
Fuente: Manual de Diseño y Construcción de Pavimentos Germán Vivar Romero
En la presente tesis, para el carril de diseño, el Factor de Carril es:
FC = 1.00
b) Espesor: Para determinar las secciones de estructuras de pavimento rígido, se consideraron como espesor mínimo de losa de concreto 150
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c) Serviciabilidad
Habilidad de un pavimento para servir a los tipos de solicitaciones (estáticas o dinámicas) para los que han sido diseñados.; se mide en escala del 0 al 5, en donde 0 (cero) significa calificación para pavimento intransitable, y 5 (cinco) para un pavimento excelente.
El procedimiento de Diseño AASHTO predice el porcentaje de pérdida rá la capacidad de carga del pavimento antes de fallar.
PSI = Po Pt
Dónde:
Po = Serviciabilidad inicial, es la condición que tiene un pavimento inmediatamente después de la construcción del mismo.
El valor recomendado por AASHTO para un Pavimento de Concreto es:
Po = 4.50
Pt = Serviciabilidad final, tiene que ver con la calificación que esperamos que tenga el pavimento al final de su útil.
En la presente tesis, por tratarse de una vialidad urbana principal y de acuerdo a la tabla 7.9. Se considera usar:
Pt = 2.25
TABLA 7.20. VALORES DE PSI Y CALIFICACIÓN DE LA SERIVICIABILIDAD
d) Transferencia de Cargas:
Es la capacidad que tiene una losa del pavimento de transmitir fuerzas cortantes a sus losas adyacentes, para minimizar las deformaciones y los esfuerzos en la estructura del pavimento.
El método AASHTO considera la transferencia de cargas mediante el factor de transferencia de cargas (J). La efectividad de la transferencia de cargas entre losas adyacentes depende de la cantidad de tráfico, de la utilización de pasajuntas, y del soporte lateral de las losas.
Según sea el caso del tipo de bermas a construir, la Guía AASHTO recomienda el uso de un coeficiente de transferencia de carga, teniendo en cuenta además el tipo de pavimento y la existencia o no de dispositivos de transferencia de carga, de acuerdo al siguiente Cuadro.
TABLA 7.21. COEFICIENTES DE TRANSFERENCIA DE CARGAS
BERMA ASFALTO PPC unido Dispositivos de Transferencia de Carga SI NO SI NO
TIPO DE PAVIMENTO
Simple con juntas y Reforzado con juntas 3.2 3.8-4.4 2.5-3.1 3.6-4.2 CRCP (Pavimento de Concreto Continuamente
Reforzado) 2.9-3.2 N/A 2.3-2.9 N/A
El coeficiente de transferencia de carga, corresponde al intervalo 2.5 y 3.1 de un concreto simple para bermas de concreto, se adopta un valor J promedio.
J = 2.8
e) Propiedades del Concreto:
Son dos las propiedades del concreto que influyen en el diseño de un pavimento de concreto y en su comportamiento a lo largo de su vida útil.
Módulo de Elasticidad del Concreto (Ec).
Módulo de Ruptura (MR)
Debido a que los pavimentos de concreto trabajan principalmente a flexión, es
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eso el diseño considera la resistencia del concreto trabajando a flexión, que se
Ruptura (MR) normalmente especificada a los 28 días.
Los valores recomendados para el Módulo de Ruptura varían desde los 41 Kg/cm2 (583 psi) hasta los 50 Kg/cm2 (711 psi) a 28 días. En seguida se muestran valores recomendados, que el diseñador deberá elegir de acuerdo a un buen criterio. En la presente tesis, para el pavimento en zonas urbanas principales el MR recomendado es:
MR = 597.4 psi (42 Kg/cm2) TABLA 7.22. MÓDULOS DE RUPTURA RECOMENDADOS
TIPO DE PAVIMENTO MR recomendado Kg/cm2 PSI Autopistas Carreteras Zonas Industriales Urbanas Principales Urbanas Secundarias 48.0 48.0 45.0 45.0 42.0 628.7 628.7 640.1 640.1 597.4
Módulo de Elasticidad (Ec)
El módulo de Elasticidad del Concreto para cualquier tipo de material puede también ser estimado usando correlaciones desarrolladas por el departamento de transportes del estado o por cualquier otra agencia reputada. La siguiente es una correlación recomendada por el American Concrete Institute para el concreto de peso normal de cemento portland:
Dónde:
En nuestra tesis el Ec= 3.11x106 psi.
f) Resistencia de la Sub-rasante:
La resistencia de la sub-rasante es considerada dentro del método por medio del Módulo de Reacción del Suelo (K), que corresponde a la capacidad portante que tiene el terreno natural en donde se soportará el cuerpo del pavimento. Esta constante depende del tipo de suelo, del grado de compactación y del contenido de humedad. Se determina mediante una prueba de placa cuyo resultado se expresa en kg/cm3 ó lb/pulg3.
Debido a que en muchos lugares no se cuenta con el equipamiento necesario para la realización de una prueba de placa, se han registrado correlaciones apropiadas para la estimación de este módulo a partir de los ensayos de CBR. Los resultados obtenidos son válidos debido a que no se requiere una exacta determinación del valor K, ya que variaciones normales no afectan significativamente los requerimientos de espesor del pavimento.
Se ingresa en la Figura n° 3.16. CBR vs K, con nuestro CBR y se obtiene directamente el valor de Módulo de Reacción del Suelo (K) en Kg/cm3,el cual convertimos a pci (1Kg/cm3= 36.13lib/pulg3=36.13pci).
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El valor anterior de K, es del terreno natural, y como tenemos una sub-base sub-base resulta de un incremento al K del suelo, según la Tabla siguiente:
TABLA 7.23. INCREMENTO EN EL VALOR DE K
K DEL SUELO SUB-BASE (pci)
K del suelo (pci) Espesor de la Sub-base Granular (pulg)
100 140 160
200 230 270
g) Medio Ambiente:
Dos de los principales factores del medio ambiente que afectan el comportamiento de la estructura del pavimento, son la temperatura y la lluvia.
Son muchos los efectos negativos que ocasionan las variaciones de temperatura. Por ejemplo, el concreto como otros materiales, se dilata y se contrae cuando la temperatura aumenta o disminuye. La variación de la temperatura diaria y de las estaciones, y la diferencia de humedad entre las partes superior e inferior de la losa, introducen una tendencia a inclinarse o curvarse.
Sin embargo, considerando las dificultades para cuantificarlos, muchas agencias consideran el uso de una capa granular sobre el suelo de fundación para contrarrestar estos efectos, que en nuestro caso estaría siendo asumido por el espesor de sub-
la capacidad portante del terreno de fundación.
Para la elaboración de la mezcla de concreto, el ACI considera que se trabaja en condiciones normales cuando la temperatura oscila entre 5°C y 30°C, en el Distrito de La Victoria no supera dichos límites en horarios normales de trabajo.
h) Drenaje:
La metodología de diseño AASHTO 93 incorpora el coeficiente de drenaje (Cd) para considerarlo en el diseño.
Las condiciones de drenaje representan la probabilidad de que la estructura bajo la losa de concreto mantenga agua libre o humedad por un cierto tiempo. En general el nivel de drenaje de las capas intermedias depende de los tipos de drenaje diseñados, el tipo y permeabilidad de las capas de subbase, tipo de subrasante, condiciones climáticas, grado de precipitaciones, entre otras.
Los valores recomendados para el coeficiente de drenaje (Cd) deberán estar entre 1.0 y 1.10.
TABLA 7.24. CALIDAD DE DRENAJE
El sistema de drenaje adoptado para esta vía, estará orientado básicamente a la evacuación rápida de las aguas superficiales, considerándose que tendrá un drenaje bueno.
Para este estudio consideramos el promedio:
Cd = 1.05
i) Desviación Estándar (So):
Error estándar combinado de la predicción del tráfico y de la predicción del comportamiento. Es un factor estadístico que determina el comportamiento de los pavimentos. Según la Guía AASHTO 1993, recomienda valores So para Pavimentos Rígidos de 0.30 a 0.40.
Para la presente tesis, se considera el promedio: CALIDAD DEL DRENAJE
% DEL TIEMPO QUE LA ESTRUCTURA DEL PAVIMENTO ESTÁ EXPUESTA A NIVELES DE
HUMEDAD CERCANOS A LA SATURACIÓN
<1 1-5 5-25 >25 Excelente 1.25-1.20 1.20-1.15 1.15-1.10 1.1 Bueno 1.20-1.15 1.15-1.10 1.10-1 1 Regular 1.15-1.10 1.10-1 1- 0.90 0.9 Pobre 1.10-1 1- 0.90 0.90-0.80 0.8 Muy pobre 1- 0.90 0.90-0.80 0.80-0.70 0.7
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j) Confiabilidad (R)
Es la probabilidad de que un pavimento desarrolle su función durante su vida útil en condiciones adecuadas para su operación. Teniendo una viabilidad urbana de cierta importancia se considera usar un valor de confiabilidad de: R = 90%, según la Tabla N° 7.7