Desarrollo de Alternativa de Diseño de Estructura de Pavimento de Concreto Hidráulico Mediante El Método Mecanicista Empírico en El Salvador
Desarrollo de Alternativa de Diseño de Estructura de Pavimento de Concreto Hidráulico Mediante El Método Mecanicista Empírico en El Salvador
Desarrollo de Alternativa de Diseño de Estructura de Pavimento de Concreto Hidráulico Mediante El Método Mecanicista Empírico en El Salvador
PRESENTADO POR:
INGENIERO CIVIL
RECTOR :
ING. MARIO ROBERTO NIETO LOVO
SECRETARIA GENERAL :
DECANO :
SECRETARIO :
ING. JULIO ALBERTO PORTILLO
DIRECTOR :
INGENIERO CIVIL
Titulo
Docentes Asesores :
Docentes Asesores :
nosotros las vimos cerradas y guiarnos a tomar las mejores decisiones con
cada día para llegar a ser profesionales de excelente calidad y ética. Y por
v
Muchas gracias por toda su colaboración y entrega para que este trabajo de
Jhony Gámez
Proverbios 1:7
LOS AUTORES.
vi
DEDICATORIA
“Ha sido largo el viaje” que emprendí en la Universidad, con muchos retos, con
muchas ilusiones y con toda la fe puesta en Dios que un día podría alcanzar la
meta, desafiando todas las adversidades que en esos momentos me querían
detener. Pero con firmeza comencé a construir mi camino con Jesucristo como
mi fundamento principal y con mucha satisfacción puedo decir “Al fin llegue”.
vii
A mi iglesia Tabernáculo Bíblico Bautista Sonsonate, y en especial a mi pastor
Bill Velis y su esposa Elin de Velis, les agradezco su apoyo, sus concejos,
gracias por ponerme retos y darme la guía de Dios para cumplirlos.
Al MINISTERIO 3:16 que son mi gran familia y que me han acompañado siempre,
me han visto crecer y me han dado ánimo para salir adelante y especialmente a
mis amigos y hermanos Franklin Zaldaña, Camilo Velis, Helena Pereira,
Carolina Vásquez, Michelle Marroquín, Astrid Alvarado.
A Francisco Ferrer, Gracias por estar conmigo en las buenas y en las malas,
por ayudarme en todos los trabajos que hicimos juntos (y aguantarme también) y
por brindarme tu amistad te quiero mucho.
viii
DEDICATORIA
cosas pasaron, buenas y malas, pero todo, al final, sirvió para bien. Y por ello
quiero agradecer:
momentos difíciles, me hizo saber que este anhelado día llegaría. Este triunfo, lo
pongo a tus pies Señor, y en agradecimiento, quiero servirte con este logro cada
día de mi vida.
A mis amados padres, Edgardo Elías Gómez y María del Carmen de Gómez y
mi hermana Wendy Marilyn Gómez por todo su apoyo incondicional, sin el cual
hasta aquí. Haré todo lo posible para hacerlos feliz cada día de mi vida. No hay
Arlene Macías Leiva. Gracias amigas, fuimos un buen equipo, y juntos hemos
logrado este triunfo. Les deseo lo mejor de la vida, mucha felicidad, éxitos y
ix
A los docentes asesores, ingenieros Mauricio Valencia, Mario Alejandro Avelar
esta investigación. Gracias por su tiempo, por su buena voluntad y por todas las
Salvador, a todos los que día a día hemos dado todo en pro de este sueño.
gran país.
x
DEDICATORIA
camino que seguí desde el inicio de mi carrera hasta el final y por darme la
ayudaron a definir lo que soy dándome cada una un ejemplo a seguir, mi eterna
alcanzarlos, mi Mami Gloria a ser fuerte y tenaz, mis tías Dinora y Maribel en
que me ha enseñado día a día como se sale adelante y el temor a Dios, a Dany
que como sea ha sido más un hermano para mí alguien con quien reír, a Jorge y
Tony mis tíos políticos que siempre me ayudaron y apoyaron los quiero mucho,
mi hermano mis primos la Gaby que ha sido mi compañía durante mucho tiempo
y a mi Tía Marina que ya no está con nosotros pero desde el cielo sé que me
sigue apoyando, cada uno de ellos mil gracias por hacerme una mejor persona
Ronald, Aldo, Carlos, Walter, Cony, que de cada uno de ellos aprendí tantas
cosas hombros en los que llore y también reí de muchas cosas, a los que hice a
xi
medida transcurrió el tiempo Wilfredo, Ledy, Reynaldo, Jhony, Ángel, Will jr,
con el que trabaje y tuve varias discusiones tratando de ver cuál era el mejor
punto de vista pero que siempre pudimos trabajar de una buena manera con
respeto, a mi querido Fran (mi Negrito) que hasta el día de ahora nos ayudó tanto
en todas las vueltas de esta tesis te quiero mucho por todas las cosas que hemos
compartido a lo largo de esta carrera, a todos que Dios los bendiga y los quiero
mucho.
veces fue difícil llegar a tomar alguna decisión pudimos superar varias cosas y
salir adelante, Milagro de vos he aprendido tantas cosas en realidad sos Arrecha
como dice mi abuelo, amiga estas un poco loca pero tenes los pies puestos sobre
algún aprieto en el trabajo y por todo el apoyo que nos brindaron y los sabios
Dejad en manos de Dios todo lo que haces, y tus proyectos se harán realidad.
Proverbios 16:3
xii
CONTENIDO
CAPITULO I: GENERALIDADES...................................................................... 22
INTRODUCCION ............................................................................................. 1
ANTECEDENTES............................................................................................ 3
OBJETIVOS .................................................................................................. 11
ALCANCES ................................................................................................... 12
LIMITACIONES ............................................................................................. 13
JUSTIFICACION ........................................................................................... 14
xiii
3.1.1 TRÁNSITO ......................................................................................... 85
xiv
5.2 RECOMENDACIONES .......................................................................... 196
BIBLIOGRAFIA………………………………………………………………………198
ANEXOS ......................................................................................................... 200
xv
ÍNDICE DE TABLAS
xvi
Tabla 31 Esfuerzos evaluados en la prueba 2 ............................................... 172
Tabla 32 Iteraciones realizadas ...................................................................... 174
Tabla 33 Entrada general e parámetros de diseño para análisis estructural .. 176
Tabla 34 Esfuerzos evaluados en el diseño2 iteración 1 para las condiciones de
carga y eje descritos ....................................................................................... 177
Tabla 35 Datos para el análisis de deterioros ................................................. 179
Tabla 36 Entrada general de parametros de diseño para análisis estructural 182
Tabla 37 Esfuerzos evaluados en el diseño 3 ............................................... 183
Tabla 38 Datos para el análisis de deterioros ................................................. 185
Tabla 39 Resultados Pre-Diseño AASHTO 93 ............................................... 188
Tabla 40 Análisis Estructural. Nota: (+) para Tensiones, (-) para Compresiones.
........................................................................................................................ 189
Tabla 41 análisis de desempeño .................................................................... 190
Tabla 42 Análisis Comparativo ....................................................................... 192
xvii
ÍNDICE DE FIGURAS
xviii
Figura 26 Temperaturas máximas mensuales de San Salvador..................... 107
Figura 27 Temperaturas mínimas mensuales de San Salvador .................... 108
Figura 28 Estructura de pavimentos de concreto hidráulico ........................... 109
Figura 29 Diseño de Espesores ...................................................................... 119
Figura 30 Importancia estratégica del área metropolitana de San Salvador como
centro económico y logístico ........................................................................... 126
Figura 31 Descripción del proyecto................................................................ 128
Figura 32 Datos general para el cálculo de Esal´s .......................................... 128
Figura 33 Cálculo de Esal´s ............................................................................ 129
Figura 34 Diseño del pavimento de concreto hidráulico ................................. 130
Figura 35 Valor del módulo resiliente, a partir del CBR ................................. 131
Figura 36 Evaluación del módulo de Reacción de la Subrasante .................. 132
Figura 37 Estructura de pavimento de concreto hidráulico ............................. 132
Figura 38 Diseño de pavimento de concreto hidráulico .................................. 134
Figura 39 Estructura de pavimento de concreto hidráulico ............................ 135
Figura 40 Cálculo del módulo de reacción en la subrasante .......................... 136
Figura 41 Diseño del pavimento de concreto hidráulico ................................. 137
Figura 42 Estructura de pavimento de concreto hidráulico ............................. 137
Figura 43 Parámetros geométricos del pavimento a diseñar .......................... 141
Figura 44 Panel de entrada de propiedades mecánicas y estructurales de los
materiales de la estructura de pavimento rígido ............................................. 142
Figura 45 Parámetros geométricos de los ejes de rueda, eje tándem ............ 143
Figura 46 configuraciones de localización de ejes para el análisis de esfuerzos
........................................................................................................................ 144
Figura 47Panel de entrada de cargas de tráfico, características geométricas de
eje de rueda y cargas originada por el gradiente de temperatura actuante en la
losa. Eje Tándem ............................................................................................ 146
Figura 48 Panel de modelado de dovelas y pasadores en el proceso iterativo.
Primera iteración. ............................................................................................ 150
xix
Figura 49 Ventana de definición del modelo de trabazón de agregados
considerado en el análisis de esfuerzos ......................................................... 152
Figura 50 Panel de configuración del mallado para el análisis de esfuerzos
actuantes en las losas .................................................................................... 153
Figura 51 Evaluación en la primera iteración en la losa cargada en esquina con
eje tridem. Representación cromática............................................................. 154
Figura 52 Vista de los desplazamientos sufridos por la losa según las
condiciones de carga impuestas ..................................................................... 154
Figura 53 Presentación de resultados para esfuerzos obtenidos en losa ....... 156
Figura 54 Datos generales .............................................................................. 160
Figura 55datos de precipitaciones .................................................................. 161
Figura 56 Datos de diseño .............................................................................. 162
Figura 57 Diseño de mezcla ........................................................................... 162
Figura 58 diseño constructivo ......................................................................... 163
Figura 59 Condiciones climaticas (Termperaturas horarias) ........................... 163
Figura 60 Análisis a edad temprana (72horas) ............................................... 164
Figura 61Parametros de desempeño.............................................................. 165
Figura 62 diseño de dovelas y barras de amare ............................................. 165
Figura 63Esal´s de diseño .............................................................................. 166
Figura 64Espectro de carga del eje simple ..................................................... 166
Figura 65 Espectro de carga del eje tándem .................................................. 167
Figura 66 Espectro de carga de eje Tridem .................................................... 167
Figura 67 Tasa de crecimiento anual de 3% ................................................... 168
Figura 68 Analisis de deterioro: Escalonamiento ............................................ 168
Figura 69 Análisis de deterioro: Agrietamiento transversal ............................. 169
Figura 70analisis de deterioro: agrietamiento longitudinal .............................. 169
Figura 71 Analisis de deterioros IRI ................................................................ 170
Figura 72 Analisis de deterioro :Escalonamiento ............................................ 172
Figura 73 Análisis de deterioro: Agrietamiento transversal ............................. 173
xx
Figura 74 Análisis de deterioros: Agrietamiento Longitudinal ......................... 173
Figura 75 Analisis de deterioros :IRI ............................................................... 174
Figura 76 Analisis de Deterioro: Escalonamiento ........................................... 179
Figura 77 Análisis de deterioro: Agrietamiento transversal ............................. 180
Figura 78 análisis de deterioro: Agrietamiento longitudinal ............................. 180
Figura 79 Analisis de deterioros IRI ................................................................ 181
Figura 80 Analisis de deterioros: Escalonamiento .......................................... 186
Figura 81 Análisis de deterioros: Agrietamiento transversal ........................... 186
Figura 82 Análisis de deterioro: Agrietamiento longitudinal ............................ 187
Figura 83 Analisis de deterioro: IRI ................................................................. 187
xxi
CAPITULO I: GENERALIDADES
xxii
1
INTRODUCCION
En nuestro país, fuera del método empírico AASHTO 93, los métodos
condiciones son muy diferentes a aquellas para las cuales fue concebida.
Por ello, ésta investigación, está orientada hacia la realización de una alternativa
ANTECEDENTES
La disponibilidad de infraestructura vial idónea es de alta relevancia para el
pavimentos.
Así, con el transcurso de los años, las estructuras de pavimentos se han ido
campo y laboratorio efectuadas en la ingeniería vial. Esto hace que cada vez se
que las tensiones producidas por las cargas en el pavimento no den lugar a
4
AASHTO, para estructuras de pavimento 1972. Para 1981 se hizo una revisión
estructuras de pavimento”.
siendo esta guía la que se sigue utilizando en nuestro país (El Salvador). En el
pavimentos”.
Así surgió la necesidad de analizar estos temas y desarrollar una nueva Guía
sido dada a conocer para que sea aprobada y evaluada por los usuarios
Costa Rica, México entre otros han tratado de llevar a cabo diseños de
1993, siendo algunos países de Sur América los primeros en adaptar dicha
pavimento, ante las acciones del clima y del tránsito vehicular), son teorías de
desarrollo.
Latinoamérica dado que ésta guía se desarrolló para los EE.UU. donde por
nuestra región.
diseño propuesta, de tal forma que se constituya ésta en pionera del diseño de
Salvador
11
OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL:
Desarrollar una alternativa de diseño de estructuras de pavimentos de
OBJETIVOS ESPECÍFICOS:
Salvador.
1998.
12
ALCANCES
LIMITACIONES
mecanicista- empírico.
realización.
14
JUSTIFICACION
pavimentos los parámetros a evaluar son más exigente, ya que no solo se toma
estructura del pavimento, es por esto que la guía de diseño AASHTO MEPDG
por esta razón que se realizara esta investigación creando una alternativa de
datos de diseño, para que el resultado sea más apegado a las condiciones
sobre una capa intermedia de apoyo (base o Subbase), elaborada con materiales
granulares o estabilizado.
por la losa de concreto hidráulico, por lo que son necesarias menos capas en la
estructura de pavimento.
transferencia de carga
Los diferentes métodos de diseño, como AASHTO 93, 98 y PCA 84, considera al
concreto hidráulico:
- Subrasante
- Subbase o base
2.1.2.1 Subrasante
el cual puede ser un corte o un relleno, la cual sirve como fundación para todo el
por lo que esta debe cumplir con los requisitos de resistencia, incompresibilidad
a) Materiales
aparezcan áreas con este tipo de material deberá remplazarse por otro que llene
b) Compactación
dicho suelo que puedan afectar a la Subbase. La Subbase debe de controlar los
a) Materiales
en la subrasante.
Los materiales de Subbase deben ser suelos del tipo granular que llenen los
siguientes requisitos:
debe ser mayor de 2/3 del espesor de esta y los porcentajes que
pasan los tamices No. 40 y No. 200, deben ser según AASHTO T-
11 y T-27.
176.
21
b) Compactación
estas son:
Base granular
Base Granular:
Material constituido por piedra de buena calidad, triturada y mezclada con
material de relleno o bien por una combinación de piedra o grava, con arena y
suelo, en su estado natural. Todos estos materiales deben ser clasificados para
centímetros, se tendrá que hacer la compactación por capas, siempre que estas
humedecer la superficie entre capas, para conseguir una mejor adhesión entre
Requisitos generales
P200<15%
Recomendaciones
medios mecánicos. Entre las ventajas que ofrece este tipo de base es el
rigidez de apoyo
Contenidos de cemento: de 2% a 5%
pavimento.
o más capas.
general, se puede indicar que el concreto hidráulico distribuye mejor las cargas
soporte de esta.
La losa puede ser de concreto hidráulico simple o con acero de refuerzo continuo.
transferencia de carga.
problemas posteriores
triturada.
térmica.
El uso del pavimento de concreto hidráulico se ha ido incrementando con los años
ya que tiene diversas ventajas como su periodo de duración que puede oscilar
mínima y esto hace que el índice de servicio sea alto durante su vida útil.
Las juntas son longitudinales y transversales y tienen el rol de inducir fisuras por
estructuras fijas.
27
De dilatación
De construcción longitudinal
De retracción - flexión
De construcción transversal
Barras de amarre
Diseño de pavimentos:
Métodos de diseño
complejas (AASHTO´93).
Road Test, llevada a cabo durante el periodo de 1958 a 1960 en Ottawa Illinois.
29
de diseño de pavimentos.
configuraciones de ejes simples y tándem, los cuales eran conducidos por las
utilizados, con cargas de ejes simple que variaban de las 2,000lb a las 30,000 lb
y con cargas de ejes tándem que variaban de las 24,000 lb a las 48,000 lb. Luego
1961.
30
1962, la cual a su vez fue evaluada y revisada por el Comité de Diseño AASHTO
pavimentos rígidos, (capítulo III). [AASHTO, 1993, P: II-3]. Entre 1984y 1985, el
deficiencias que tenían las anteriores publicaciones dela guía AASHTO con lo
multiplicarlos por valores grandes, como los que resultan de los procedimientos
diseñados.
comportamiento de los materiales a usar durante la vida útil y una relación directa
Las variables que intervienen para el diseño de pavimentos rígidos son tomadas
a) Espesor. (D)
b) Tráfico.
cuales toman en cuenta estas incertezas en la predicción de las cargas del tráfico
apéndice D. El factor de eje equivalente convierte los pesos según cada eje de
causar cada eje en relación al daño que causa el paso de un eje estándar.
niveles adecuados para las cargas del tráfico y condiciones ambientales, así
que pudiesen surgir en el periodo para el cual se diseñe una vía. La confiabilidad
nivel de seguridad o factor de seguridad (FR) para que el pavimento resista las
carga por unidad de área de superficie horizontal del suelo con el asentamiento
adecuadamente ante todo tipo de tráfico que circula en la vía, se mide en una
tenga un pavimento al final del periodo de diseño. La AASHTO sugiere que para
ΔPSI = P0 - Pt
ruptura)
losa del pavimento al transmitir fuerzas cortantes a las losas adyacentes, esto
tiene por objeto minimizar las deformaciones y los esfuerzos en la estructura del
acero lisas incrustadas en las losas en las juntas transversales, aunque puede
continuación:
subrasante
locales.
pavimentos rígidos.
del diseño utiliza las reacciones del pavimento para predecir la vida del mismo
variables son las mismas que la guía de diseño AASHTO 93, las cuales ya fueron
El tránsito (W18).
siguiente, través del siguiente diagrama de flujo, para el diseño del espesor de
losa.
VARIABLES DE DISEÑO
Se detallará las nuevas variables de diseño de la guía AASHTO 98, que no han
Clima.
Los parámetros directos del clima que afectan a un pavimento de hormigón son
en el comportamiento del pavimento por medio del alabeo que produce en las
bombeo de finos.
siguiente zonificación:
Variabilidad.
los parámetros que se definen en el diseño, con respecto a los valores que se
Cada una de estas variables pueden variar en un rango muy amplio, por esta
a. Razón de Poisson.
y la unitaria axial, causada por una carga en el sentido axial. Su valor puede
En la mayoría de los materiales tratados con cemento, su valor varía entre 0.10
y 0.25.
un valor de 0.15.
A principios de siglo XX, uno de los primeros investigadores que estudió los
esfuerzos producidos por los efectos de las cargas de ruedas sobre pavimentos
semiempiricas para calcular el esfuerzo provocado por las cargas y además, otra
la siguiente:
Donde:
Donde:
área circular (cuyo diámetro estará comprendido entre 15 y 76 cm) para producir
siguiente:
Donde:
1984 (la versión vigente del método), basado en un análisis de elemento finito,
elemento finito.
la Bates Test Road, the Pittsburg Test Highway, the Maryland Road Test, the
normal.
49
erosión de la sub-base por debajo de las losas y el criterio del esfuerzo de fatiga.
que el pavimento puede fallar por un excesivo bombeo (erosión del terreno de
b) El criterio del esfuerzo de fatiga, el cual reconoce que el pavimento pueda fallar
Erosión.
bordes de las losas de concreto, juntas y esquinas del pavimento por efecto del
de la losa, como resultado de la presión del agua. El agua acumulada por debajo
Fatiga.
El análisis del criterio de fatiga es utilizado para evaluar los esfuerzos producidos
en las losas del pavimento, ante la aplicación de cargas sobre las losas, lo cual
continuación:
Para los pavimentos con juntas, la PCA determinó las posiciones críticas de las
carga del eje está posicionada en la junta, con las llantas en o muy cerca de la
cargas de las llantas del tráfico pesado en la parte externa del borde del
pavimento crea condiciones más severas que cualquier otra posición de carga;
al mover hacia dentro la posición de las llantas, unas pocas pulgadas desde el
Para el análisis por esfuerzo de fatiga, la PCA toma la condición más severa: 6%
esquina de la losa, la PCA asume el caso más severo, otra vez 6% de tráfico
pesado en el borde. Donde no hay apoyo lateral, las cargas en las esquinas son
las críticas (6% del tráfico pesado); y donde hay apoyo lateral, el mayor número
de cargas hacia el interior desde la esquina del pavimento son las críticas (94%
1958, los cuales mostraron que muy poco del tráfico pesado circula justo en el
borde del pavimento, para carriles de 12 pies con hombros sin pavimentar, la
mayoría del tráfico pesado circula con sus llantas exteriores ubicadas
3. Periodo de diseño.
(Tráfico).
de la PCA,
“Thickness Design for Concrete Highway and Street Pavements”, entre otros.
puntos tercios).
3. Periodo de diseño
4. Tráfico
Para poder conocer estos valores tendremos que conocer varios factores
del tráfico, el factor de sentido, el factor de carril y el período de diseño, los cuales
paneles y pick-ups.
El método de diseño exige que las cargas reales esperadas se multipliquen por
factores de seguridad de carga (FSC o LSF por sus siglas en inglés, Load
de 1.2.
tan alto como 1.3, para mantener un nivel de serviciabilidad mayor que el normal
Design for Concrete Highway and Street Pavements, PCA [1984: p.47].
de los totales del factor de fatiga y de erosión son mayores al 100%; por lo que
habrá que utilizar un espesor mayor para hacer otra iteración; si la absorción total
de fatiga y el daño total de erosión fueran mucho menores que 100%, será
necesario utilizar un espesor menor para hacer una nueva iteración; seguir
iterando hasta obtener un espesor de losa de concreto óptimo con ambos totales
tránsito pesado.
vías de bajo tránsito pesado. Asimismo, debido a que se consideró que para
Fatiga es el que permite mantener los esfuerzos del pavimento, producidos por
de las losas, controlando así la erosión de los materiales de las capas inferiores.
envolvente del límite inferior de las repeticiones admisibles para cada relación de
confiabilidad
VARIABLES DE ENTRADA
Las variables de entrada que emplea la metodología para la verificación
Subrasante
.Subbase
Período de diseño
Procedimiento de verificación
62
relación entre las repeticiones esperadas de cada eje y las admitidas, constituye
el consumo de fatiga o daño por erosión específico para cada uno de las cargas
previstas.
o erosión individuales para las cargas previstas supera el 100 %. En este caso,
hasta que los mismos no superen el 100 %. Si estos valores están muy por debajo
hasta acercarse lo más posible al límite máximo del 100 %, tanto para Fatiga
más cercano.
observado en los pavimentos actuales. Una de las principales razones para las
AASHO.
pavimento.
manera:
65
Esta guía, ofrece al usuario una interfaz para el diseño; el aspecto de ésta es la
siguiente:
Módulos de datos
—Módulo de tránsito
—Módulo de clima
—Módulo de materiales
Módulo de salidas
67
servicio (IRI inicial), así como los valores límites de comportamiento admisibles
Pavimento Rígido
IRI terminal (pulgadas/millas)
Agrietamiento transversal (% de losas
agrietadas)
Escalonamiento promedio en las juntas
(pulgadas)
Puzonamiento en pavimentos con refuerzo
continuo (por milla)
MODULO DE TRÁNSITO
Configuración
Presión de inflado. Pasa de 85 psi (AASHO Road Test) a 115- 120 psi.
– Sin crecimiento
– Crecimiento lineal
– Crecimiento compuesto
del año.
De tal forma, que los datos puedan ingresarse a través del siguiente cuadro de
dialogo:
70
en AASHTO ’93.
carga por tipo de eje (simple, tándem, tridem) para cada clase de camión.
Número de ejes por tipo de eje y por clase de camión: Número promedio
Presión de inflado: presión del aire caliente dentro del neumático. 10%
mayor que la presión en frío. Valor adoptado por defecto = 120 psi
MODULO DE CLIMA
de clima”(EICM)
internamente todos los cálculos requeridos por ésta y alimenta las salidas
o Materiales
o Respuestas estructurales
o Predicción de comportamiento
Precipitación
Radiación solar
Humedad relativa
promedio estacional
de entrada de datos
74
No hay
Menor 10% del agua lluvia se infiltra.
Se aplica cuando la calzada y el hombro
de un pavimento flexible esta integradas o
cuando un pavimento rígido tiene hombro
de concreto ancladas y la junta bien
sellada
Moderada 50% del agua lluvia se infiltra
Situaciones normales diferentes de las
anteriores.
Extensa 100% del agua lluvia se infiltra.
Generalmente inaplicable a pavimentos
nuevos.
agua desde que toca la superficie del pavimento hasta el punto donde sale de la
misma. Queda definida por una línea que depende de las pendientes
que tarda en drenar una capa de base o Subbase que se encuentre saturada
fijando los tipos de materiales y los espesores de las diferentes capas para un
MÓDULO DE MATERIALES
en tres grupos:
pavimento
diferencia incide en los esfuerzos de flexión por alabeo que afectan a los
pavimentos de concreto simple. El programa trae por defecto 10ºF, que es el valor
Diseño de juntas:
Soporte lateral:
de ella)
Propiedades de la base
Tipo de base
Propiedades generales
Peso unitario
Relación de Poisson
Propiedades térmicas
Conductividad térmica
Capacidad calórica
Tipo de cemento
Relación agua/cemento:
Tipo de agregado
Esta etapa está comprendida por un cómputo analítico, donde en las pantallas
apertura al tránsito. Ello permite al software coordinar los datos ambientales a las
78
MODULO DE SALIDAS
deterioro
Una tabla resumen que compara los valores finales de los deterioros con
su aplicabilidad en El Salvador.
Como parte del proceso de diseño, ésta etapa resulta trascendental, ya que las
considerado para otras evaluaciones tales como el análisis del costo del ciclo de
vida.
Salvador.
son:
Trafico
Condiciones Climáticas
dicho análisis estructural seria realizado por medio del software EverFe, esto lo
con los parámetros límites y verificar así que el desempeño del pavimento es
aceptable o no; en el caso de que este cumpla con las condiciones se acepta el
3.1.1 TRÁNSITO
determinado período de tiempo. Los pesos de cada eje determinado con pesaje,
es tabulado según eje de carga a que corresponda (simple, sencillo dual, tándem
y trídem) de acuerdo a los pesos máximos establecidos para esos cuatro tipos
de ejes. Estos ejes son contabilizados, y representados como una fracción del
Acajutla, Zacatecoluca y una estación móvil durante los años 2012 y 2013.
Estas tablas son generadas contabilizando o muestreando los ejes que cumplen
con los pesos establecidos para cada uno de los tipo de eje de carga (simple,
EJE SIMPLE
Lim. Inf Lim. Lim. Lim. Media Media (ton) Muestra Espectro
Sup Inf Sup (lb) normalizado
>=0 <1000 0 1000 500 0.5 0 0
0.7
Porcentajes 0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
0 5 10 15 20 25 30 35 40
-0.1 ton
0.1
eje tandem
0.05
0
0 10 20 30 40
-0.05
EJE TANDEM
Lim. Lim. Lim. Lim. Media Media Muestra Espectro
Inf Sup Inf Sup (ton) normalizado
>0 <=1000 0 1000 500 0.5 0 0
Porcentajes
EJE TÁNDEM
0.25
0.2
0.15
0.05
0
0 10 20 30 40 ton
-0.05
EJE TRIDEM
Lim. Lim. Lim. Lim. Media Media Muestra Espectro
Inf Sup Inf Sup (ton) normalizado
>0 <=1000 0 1000 500 0.5 0 0
EJE TRIDEM
0.3
0.25
0.2
0.15
Eje tridem
0.1
0.05
0
ton
0 10 20 30 40 50
-0.05
Además, se han tomado como base estudios realizados para la zona norte del
y 19+760, que forma parte del Estudio de Diseño Final para el Mejoramiento de
para períodos de diseño para diferentes tipos de vías. Para este proyecto se ha
diseño. Las tasas de crecimiento por tipo de vehículo en los 20 años de análisis
3.1.1.4 TPDA
Para el diseño de estructuras de pavimento es necesario conocer el número de
vehículos que pasan por un punto dado. Para el efecto se realizan estudios de
volúmenes de tránsito, los cuales pueden variar desde los más amplios en un
puentes,
túneles
intersecciones de carreteras.
De ahí, dado que se considera año de apertura 2015, el TPDA a utilizar es el que
variación mensual en el tráfico de vehículos dentro del año base. Estos valores
Naturalmente, el promedio de las relaciones para los 12 meses del año base
por todos los meses para todas las clases del vehículo). Por tanto el factor de
cada clase de vehículo (clases 4 a 13) dentro del TPDA para el año base. La
suma de los porcentajes de TPDA de todas las clases de vehículos debe igualar
100.
de los dos puede ser el carril de diseño, ya que forzosamente se canaliza por ese
carril.
Para carreteras de dos o más carriles por sentido, la Guía AASHTO 93,
Fuente: Guía para Diseño de Estructuras de Pavimento, AASHTO, 1993 Pag. 11-9
vehículo es el mismo por defecto derivado de los datos del LTPP (provistos en la
guía MEPDG).
siguientes:
país los límites de velocidad oscilan entre los 70 y 80 km/h, por lo que se tomaría
3.1.2 CLIMA.
Las condiciones climáticas tienen un efecto muy trascendente en el diseño
materiales y el pavimento.
funcionalidad.
Integrado (EICM). Este es un programa dimensional acoplado del flujo del calor
deshielo.
aplicar así como se encuentra, dado que ésta opera con configuraciones
que tendrán los pavimentos, y las posibles fallas que se darán después de estar
sometidos a estos.
106
diario, ya que en cuestión de clima las variaciones que se dan no son muy
continuación:
estos datos son de los más importantes que debemos conocer para predecir las
San Salvador
Febrero 31 18.1 0
Abril 31 19.8 60
3.1.3 MATERIALES
y las propiedades de los materiales para cada una de ellas, para el diseño de
concreto hidráulico, una base tratada con materiales cementantes o con asfalto,
109
esta, de lo contrario solo tendría una capa intermedia, una capa de subrasante
compactada, otra sin compactar y por último la roca madre. La roca madre sólo
hidráulico.
110
losa será calculado en el pre diseño realizado por medio del método
AASHTO 93.
ecuación:
Poisson.
111
Tipo de cemento
hidráulico es el que obedece a la norma ASTM C – 1157 que es del tipo HE, que
características:
112
Tipo de cemento HE
Expansión al autoclave, máx. % 0.80
Tiempo de fraguado, prueba Vicat
Inicial, min.(minutos) 45
Final, máx.(minutos) 420
Donde:
de tensión en la losa.
tiempo y los cambios que ocurren en la rigidez del mismo son considerados por
Módulo de ruptura: Valor que debe ser calculado por medio de ensayos de
vigas en laboratorio.
formulas:
𝐸𝑐 = 57000(𝑓´𝑐) 0.5
𝐸𝑐 = 6750*MR (psi)
115
Donde:
Laboratorio.
siguiente manera:
módulos.
Luego por medio del Abaco del módulo compuesto de reacción de la subrrasante,
para cada uno de los meses, se estima el valor de k, que es el efecto combinado
de la subrasante y base o sub base; esto es, suponiendo que la capa rígida se
presenta dos opciones: concreto simple con juntas (con o sin pasadores de
120
reforzado.
simple con juntas, por ser el tipo más comúnmente utilizado en América Latina.
Para dichos pavimentos, los deterioros que se verifican son los siguientes:
Agrietamiento transversal
Agrietamiento longitudinal
Escalonamiento
IRI
porcentaje de fatiga.
que se generan fisuras en la losa. Estas fisuras por fatiga pueden originarse de
a las cargas sobre las juntas transversales bajo alabeo cóncavo de la losa que
condiciones climáticas bajo las cuales se aplicaron las sucesivas cargas. De allí
b) Escalonamiento
entre ambas caras de dichas juntas, especialmente cuando ocurre alguna de las
una cierta variación del posicionamiento de las cargas respecto al borde externo,
c) IRI
La evolución del IRI a lo largo del período de diseño es función del IRI inicial con
del hormigón simple con juntas. Los modelos de predicción del IRI incorporados
programado realizar este paso por medio del programa HiperPave, el cual es una
tiempo de vida útil del pavimento para las condiciones antes mencionadas, luego
123
valor límite de cada uno de los deterioros a revisar y ahí mismo se comprueba si
4.1 GENERALIDADES
importancia que tendrá, donde será construida y con qué lugares va a conectar,
para saber que clasificación tendrá, cuál será la geología del lugar y el
en el AMSS, y por ende debe contar con una excelente red vial. Esto se puede
4.2.1 Diseño 1
Datos de entrada generales para WinPass
Tasa de crecimiento 3%
Confiabilidad 90%
Estos datos son los que se han utilizado, para realizar la propuesta de diseño por
vamos a auxiliar de él. Lo primero que se hace es definir los datos generales de
El resultado total de los Esal´s de diseño nos da de 27, 608,125 y esto se utilizara
continuación.
130
pulgadas, lo que equivale a 26.11 cm, por lo que el diseño se lleva hasta los 30
En este diseño cabe mencionar que se está proponiendo una base granular, y
Otros estudios (Indiana, Ohio) han demostrado una correlación tan baja como
800*CBR y que van desde 750 hasta 3.000 veces el valor de CBR. Este rango
continuación.
Todos estos datos los toma el programa y resolvemos para el espesor de la losa,
93.
30 cm
20 cm
4.2.2 Diseño 2
Datos de entrada generales para WinPass
Tasa de crecimiento 3%
Confiabilidad 90%
La mayoría de los datos de diseño son los mismos, pero en esta ocasión
25 cm.
135
25 cm
20 cm
4.2.3 Diseño 3
El diseño 3 comprende una prueba de estructura de pavimento utilizando una
base estabilizada con materiales cementantes y usando los datos que vemos a
continuación:
Tasa de crecimiento 3%
Confiabilidad 90%
25 cm.
25 cm
20 cm
del pavimento y analizar el deterioro que tendrá a lo largo del periodo de diseño,
4.3.1 DISEÑO 1
Ever Fe 2.24.
Diseño 1 (Iteración 1)
PARAMETRO DATO
LOSA
Longitud 4.00 m
Ancho 3.5 m
Espesor 30 cm
SUB BASE
SUB RASANTE
K 0.125 MPa/mm
Dovelas
nu Dovelas 0.30
Una vez que se tienen los datos generales de entrada se procede a realizar el
Borde, esquina y centro; esto para los cuatro tipos de ejes de carga de rueda
GEOMETRY (GEOMETRIA)
combinaciones posibles presentado en este caso hemos utilizado para la losa 3.5
MATERIALES
de los materiales para las losas de concreto, dovelas, las capas de base o Sub
CARGAS (LOADING)
en el capítulo 3 de esta investigación para los picos del espectro simple, dual,
S 1250 mm 1250 mm
para trafico como para la carga originada por la temperatura a las que el
ese punto. Los cambios de temperatura se supone que es lineal a través del
PASADORES (DOWEL)
es de 1,000 Mpa.
es 0 MPa.
pavimentos rígidos:
CONFIGURACION DE DOVELAS
10 1.27 25 30
11-13 1.90 30 30
14-15 1.91 35 30
16-18 2.22 35 30
148
19-20 2.54 35 30
21-23 2.86 40 30
24-25 3.18 45 30
26-28 3.49 45 30
29-30 3.81 50 30
W ∗ b ∗ fa
As =
fs
pavimento.
El espaciamiento de varillas:
12
S= A∗
As
149
Longitud de varillas:
A
L = [2 ∗ fs ∗ ]+2
350 ∗ P
L = longitud de varillas
único para la rigidez de juntas, parámetro que se aplica para cada junta
MESHING (MALLADO)
elementos en cada fila y columna puede ser muy útil cuando se modelan losas
que no sean de interés primordial, ya que con menos elementos para estas
una simulación dada, y debe ser menor que la memoria RAM disponible durante
analisis.
implica que el máximo esfuerzo que debe admitirse en las losas debe ser de 2.1
Mpa para el Modulo de Ruptura de 4.2 MPa considerado en este análisis. Para
este efecto, se realizan procesos iterativos a fin de determinar los espesores que
1923) que un esfuerzo de flexión inducida podría ser repetida indefinidamente sin
presentan los resultados obtenidos para esfuerzos máximos por losa, en donde
que el valor de z es positivo hacia abajo por tanto donde se encuentra el valor de
que más influyen en la losa, es decir los que generan más daño y se presentan
EJE SIMPLE
EJE DUAL
EJE TANDEM
EJE TRIDEM
ANÁLISIS DE DETERIOROS
- Despostillamiento
- Fisuras
- IRI
Pave, el cual es un soft ware de uso libre, con el que se puede verificar diferentes
pavimento falle o este bajo condiciones de daños que deban ser reparadas.
Parametro Dato.
Confiabilidad 90%
Escalonamiento 3 mm
Fisuras transversales 5%
Fisuras longitudinales 5%
Serviacibilidad 2.5
fueron tomados del pre diseño que se realizó. Luego se colocan los datos
para realizar la mezcla de concreto a usar, así como los datos de las juntas
y de las dovelas.
162
5%, el IRI máximo es del 5.5 m/km y el serviciabilidad mínima de 2.5 PSI, todos
estos datos los tomamos del trabajo de graduación elaborado por el Ing. Pablo
Con los resultados obtenidos podemos observar que con un espesor de losa de
Diseño 1 (Iteración 2)
Para hacer una mejor verificación y tratar de optimizar la estructura del
pavimento, se realiza una nueva prueba, con los mismos datos de diseño, pero
EJE SIMPLE
EJE DUAL
EJE TANDEM
EJE TRIDEM
1 30 20 Si
2 25 20 SI
4.3.2 DISEÑO 2
a continuación:
DISEÑO 2 (Iteración 1)
PARAMETRO DATO
LOSA
Longitud 4.00 m
Ancho 3.5 m
Espesor 25 cm
SUB BASE
Coeficiente de 0.35
Poisson base
SUB RASANTE
K 0.125 MPa/mm
Dovelas
nu Dovelas 0.30
MR = 4.5 Mpa.
EJE SIMPLE
EJE DUAL
EJE TANDEM
EJE TRIDEM
Parametro Dato.
Confiabilidad 90%
Escalonamiento 3 mm
Fisuras transversales 5%
Fisuras longitudinales 5%
Serviacibilidad 2.5
Con los datos de entrada del diseño se pasa a analizar el comportamiento que
4.3.3 DISEÑO 3
El diseño 3 da un resultado de 25 cm de espesor de losa y 20 cm de espesor de
DISEÑO 3 (Iteración 1)
DATOS GENERALES DE ENTRADA PARA DISEÑO 3
PARAMETRO DATO
LOSA
Longitud 4.00 m
Ancho 3.5 m
Espesor 25 cm
SUB BASE
SUB RASANTE
k 0.27 MPa/mm
Dovelas
nu Dovelas 0.30
EJE SIMPLE
ESFUERZOS PRINCIPALES ABSOLUTOS( MPa)
BORDE ESQUINA CENTRO
Fondo (Tensión) 0.39 0.26 0.37
Superficie (Compresión) -0.48 -0.27 -0.45
EJE DUAL
ESFUERZOS PRINCIPALES ABSOLUTOS( MPa)
BORDE ESQUINA CENTRO
Fondo (Tensión) 0.66 0.66 0.56
Superficie (Compresión) -0.71 0.7 -0.66
EJE TANDEM
ESFUERZOS PRINCIPALES ABSOLUTOS( MPa)
BORDE ESQUINA CENTRO
Fondo (Tensión) 0.48 0.41 0.37
Superficie (Compresión) -0.53 -0.41 -0.45
EJE TRIDEM
ESFUERZOS PRINCIPALES ABSOLUTOS( MPa)
BORDE ESQUINA CENTRO
Fondo (Tensión) 0.35 0.21 0.35
Superficie (Compresión) -0.38 -0.36 -0.43
Parametro Dato.
Confiabilidad 90%
Escalonamiento 3 mm
Fisuras transversales 5%
Fisuras longitudinales 5%
Serviacibilidad 2.5
Con los datos de entrada del diseño se pasa a analizar el comportamiento que
2 25 20 Granular 4.5 Borde 0.42 -0.50 0.82 -0.89 0.52 -0.55 0.53 -0.53
3 25 20 Estabilizad 4.2 Borde 0.39 -0.48 0.66 -0.71 0.48 -0.53 0.35 -0.48
a con
Material
Centro 0.37 -0.45 0.56 -0.66 0.37 -0.45 0.35 -0.45
Cementant
e
Esquina 0.26 -0.27 0.66 -0.70 0.41 -0.41 0.21 -0.27
Tabla 35 Análisis Estructural. Nota: (+) para Tensiones, (-) para Compresiones.
190
Espesor Espesor
Tipo de MR
Diseño de de Base Análisis estructural Análisis de desempeño
Base (MPa)
Losa(cm) (cm)
Al realizar el análisis
estructural para el caso del
diseño 1, podemos Análisis por desempeño
observar que satisfactorio los valores
estructuralmente el de escalonamiento,
espesor de losa propuesto Grietas tanto longitudinal
por el pre diseño en como transversal e IRI
AASHTO 93 cumple con el cumple con los
1 30 20 Granular 4.2
parámetro de aceptación parámetros de
(esfuerzos menores al aceptación de diseño por
50% del MR) por lo que se lo que se procede a la
procedió a continuar con el siguiente parte del
diseño propuesto por la diseño que es la
alternativa mecanicista aceptación del mismo.
empírica y pasar al análisis
por desempeño.
Análisis por desempeño
satisfactorio,
Análisis estructural escalonamiento, grietas
2 25 20 Granular 4.5 satisfactorio esfuerzos longitudinales, grietas
menores al 50% del MR transversales, IRI
cumplen con los
parámetros de
192
CAPITULO 5: CONCLUSIONES Y
RECOMENDACIONES.
194
5.1 CONCLUSIONES
soporte de las capas del pavimento rígido y cargas de tráfico. En virtud de eso,
los espesores obtenidos a través de este método son indicativos de los espesores
como la cargas del tráfico y la cargas del clima propias para las
este documento.
Las solicitaciones de carga para los ejes de rueda a los que ha sido
Al analizar los resultados del análisis estructural para los tres diseños
5.2 RECOMENDACIONES
mejor manera los espesores de losa, y así aprovechar los recursos del
país.
para absorber los esfuerzos que puede llegar a tener la losa de concreto
hidráulico.
197
estructural del pavimento por lo que se recomienda obtener este valor por
BIBLIOGRAFIA
AMERICAN ASSOCIATION OF STATE HIGHWAY AND TRANSPORT
pavimento.
Noviembre, 2002.
RÍGIDOS
MSc. Ing. Oscar Víctor Cordo, Dr. Ing. Marcelo Gastón Bustos, MSc. Ing.
93
Ing Angel Baltazar García Vargas, Ing Felipe Alberto Gutiérrez Romero,
Universidad de El Salvador.
Universidad de El Salvador.
Matazano)),
2008
200
ANEXOS
201
ESFUERZOS EN EVERFE2.24
DISEÑO 1 ITERACION 1
DISEÑO 2 ITERACION
DISEÑO 3 ITERACION 1