DISEÑO SEGUN NORMATIVA ESPAÑOLA (PARTE 6)

Tipos de concreto a utilizar en pavimentos rígidos

Cuando se utilizan cementos con un elevado contenido de adiciones activas, los valores anteriores suelen reducirse en un 15%, para tener en cuenta su ganancia más lenta de resistencias a corta edad.

La categoría de tránsito pesado determina el espesor de la losa de concreto que, en principio, es de concreto vibrado en masa tipo HP-45 para TO, Tl y T2 y de tipo HP-40 para T3 y T4. Los espesores para cada una de las categorías se resumen en la Tabla 21. Se acepta, sin embargo, que en el Pliego de prescripciones técnicas particulares se prescriban respectivamente concretos para pavimentos HP-40 y HP-35, en cuyo caso será necesario aumentar el espesor nominal de las secciones tipo en 2 cm. Ello posibilita elaprovechamiento de determinados agregados. De este modo el espesor de la losa varia

entre 20 y 30 cm.

Hay que destacar que los espesores indicados son mínimos en cualquier punto del carril de diseño, por lo que el espesor medio colocado ha de ser necesariamente 1-2 cm más alto.

Las secciones estructurales del catálogo fueron comprobadas por los métodos de diseño usuales (Portland Cement Association, AASHTO) y cotejadas con otros catálogos europeos (Alemania, Francia, Gran Bretaña) para asegurar que eran adecuadas. De todos modos es conveniente señalar que estos cálculos no pueden ser más que aproximados debido a las diferentes variables usadas en cada método. Compárese, por ejemplo, la resistencia característica a flexotracción del concreto con cargas al tercio de la luz, con la resistencia media a flexotracción con carga central; o las subrasantes definidas por la Instrucción y el Pliego PG3, con las definidas por un módulo de reacción k; o bien la importancia de la distribución de cargas por eje en un método basado en la no fisuración de los pavimentos por fatiga (PCA), respecto a otro método de tipo empírico que evalúa el pavimento por la satisfacción del usuario (AASHTO).

En pavimentos con dos o más carriles por sentido de circulación será posible diseñar por separado cada carril.

La categoría de tránsito pesado en el carril más interior no podrá diferir en más de una unidad de la del carril más exterior, y la variación de espesores será transversalmente lineal, manteniéndose el espesor mínimo normalizado en el borde izquierdo de cada carril.

Así, por ejemplo, en el caso de una autopista de tránsito Tl (carril de diseño) y dos carriles por sentido, el pavimento de concreto vibrado HP-45 puede tener un espesor uniforme de 25 cm o bien tener una sección trapezoidal. En este caso, y como el carril inferior ha de tener un espesor mínimo de 23 cm (para tránsito T2) en el borde izquierdo del carril y 25 cm en el eje, las losas tendrán 27 cm en el borde derecho. La cantidad de concreto es la misma, pero con una distribución estructuralmente más favorable.

Si se trata de una autopista urbana de tres carriles y tránsito Tú en el carril de diseño, la sección transversal, también con HP-45, tendrá 30 cm en el borde derecho y 25 cm en el borde izquierdo, con lo que se cumplirá con los mínimos prescritos en los bordes izquierdos de los 3 carriles (28,3, 26,6 y 25 cm).

DISEÑO SEGUN NORMATIVA ESPAÑOLA (PARTE 5)

5.2.4 Estructuras de pavimentos rígidos en calzada

Hay 7 soluciones básicas como máximo, que van desde pavimentos totalmente asfálticos a pavimentos de concreto vibrado. Entre ambos se sitúan los pavimentos mixtos con capas estabilizadas o tratadas con cemento, incluyendo también entre estas últimas las de concreto compactado con capa de rodadura bituminosa. Las secciones de pavimento se destinan con números de tres cifras así: La primera, según la categoría de tránsito pesado, la segunda, según la categoría subrasante y la tercera es una cifra de orden: Las secciones que terminan en 6 ó 7 tienen pavimento de concreto vibrado.

Hay que indicar que la Instrucción proporciona además unos esquemas de soluciones de pavimentos de vía y berma exterior para cada tipo de sección de catálogo, tema que será abordado posteriormente con más detalle. Para las capas de concreto vibrado se admite el empleo de tres tipos de concreto, los cuales se definen por su resistencia característica a flexotracción a los 28 días de edad (método de carga en los tercios de la luz).

Tipo de concreto

Resistencia característica mínima fckf a flexotracción a 28 días

(método de carga en tercios de la luz)

HP-45 HP-40 HP-35

4,5Mpa 4,0Mpa 3,5MPa

DISEÑO SEGUN NORMATIVA ESPAÑOLA (PARTE 4)

b) Drenaje

El criterio seguido es categórico en cuanto a la necesidad de asegurar un drenaje adecuado a la subrasante y al pavimento. Se exige que la subrasante quede al menos a 60 cm por encima del máximo nivel freático donde el suelo sea seleccionado, a 80 cm donde sea adecuado y a loo cm donde sea tolerable. Cuando ello no suceda se adoptarán las medidas adecuadas de elevación de rasante, profundización, de cunetas, colocación de drenes subterráneos, interposición de geotextiles o de una capa de drenantes, etc.

También se llama la atención sobre el interés de asegurar la evacuación de las aguas in filtradas a través de las capas del pavimento de la vía y bermas o a través de la junta entre éstos.

5.2.3 El factor clima

Aunque el clima se reconozca como un factor a considerar en el comportamiento de los pavimentos, son muy pocos los métodos que tienen en cuenta algún aspecto del mismo por la dificultad de estimar cuantitativamente su influencia. En la Instrucción únicamente se dan directrices relacionadas con el clima al que va a estar sometido el pavimento al tratar de juntas transversales de contracción del mismo.

Se distinguen en España dos zonas pluviométricas - zona lluviosa y zona poco lluviosa según que la precipitación media anual sea o no superior a 800 mm, y que a grandes rasgos separa la España húmeda de la España seca (Figura 16). Se podría hacer también una clasificación basada en el número anual de días con lluvia, pero el resultado no seria muy diferente.

DISEÑO SEGUN NORMATIVA ESPAÑOLA (PARTE 3)

5.2.2 El factor subrasante

Los criterios generales, ya adoptados en las Normas publicadas en lg75, pueden resumirse en los siguientes puntos:

Los pavimentos deben asentarse sobre subrasantes constituidas por materiales que reúnan unos requisitos mínimos, claramente establecidos.

Son capas de pavimento las de rodadura, base y subbase, pudiendo no existir esta última.

El tratamiento a dar los terraplenes, terraplenes y cortes deben ser congruentes. La situación anterior a 1975 era en este punto especialmente desigual, pues mientras en los terraplenes se exigía una coronación de 0,50 m de materiales adecuados y un núcleo de materiales tolerables, con unas prescripciones rigurosas, en los cortes no se exigía a los suelos de la subrasante una cierta calidad ni un espesor determinado.

La escasez de materiales locales apropiados y la cada vez más obligada utilización de los materiales de la propia explanación, hacen recomendable el empleo de los suelos estabi lizados con cemento o con cal.

La capacidad de soporte de la subrasante se evalúa mediante el CBR.

Se considera fundamental el adecuado drenaje de la subrasante, no aceptando la posibilidad de un drenaje deficiente a compensar con un mayor espesor del pavimento.

Las características de los materiales quedan especificadas en el Pliego de Prescripciones

Técnicas Generales y en las prescripciones complementarias señaladas en la Instrucción.

a) Clasificación de las subrasantes

La categoría le corresponde a las subrasantes normales, utilizadas hasta ahora, por ejemplo en terraplenes con coronación de suelo adecuado. A partir de 1986 este tipo de subrasante se considera como insuficiente para carreteras importantes con un tránsito pesado e intenso, como las autopistas y autopistas, por lo que no se admiten.

En 1975 se aplicó el método or19inal CBR de cálculo de espesores de pavimento al caso de un terraplén constituido por un núcleo y una capa de coronación de diferentes CBR, obteniéndose el espesor de material necesario sobre cada zona del terraplén para un tránsito dado. Por diferencia se calculó el espesor de la capa de coronación (de CBR da-do) para el CBR del núcleo.

Los espesores así hallados dan la pauta de los valores mínimos exigidos en la clasificación de cortes. En cambio en los terraplenes y pedraplenes se mantuvo el espesor tradicional de 50 cm de la coronación, criterio algo conservador, particularmente con núcleos de buena calidad y coronaciones de calidad estricta. El diferente tratamiento dado a terraplenes y cortes justifica por la mayor repercusión económica que tendría el criterio citado en los cortes, al obligar a una mayor excavación y sustitución de materiales. En el caso de los terraplenes, se tratará en general de una adecuada distribución de los suelos excavados.

En secciones a media ladera se adoptará para el corte la misma solución que para el terraplén.

Actualmente se encuentra en revisión, pues las distintas alternativas no pueden considerarse estrictamente equivalentes; y por otra parte, los avances experimentados por los equipos de estabilización de suelos permiten obtener con total garantía espesores de capas estabilizadas muy superiores a los 15 cm contemplados en la Instrucción.

Una clasificación de la subrasante más tradicional en los pavimentos rígidos basada, por ejemplo, en el módulo de reacción k, no mejoraría el diseño del pavimento y complicaría el trabajo del diseñador, en particular al estudiar soluciones equivalentes de pavimentos rígidos y flexibles. Por ello el factor subrasante tiene la misma consideración para ambos tipos de pavimento. Salvo justificación en contrario, las subrasantes se dividirán de forma que cada tramo de una cierta categoría tenga al menos una longitud de 500 m.

En la tabla 18 se relacionan los posibles materiales a utilizar, para los que el pliego de prescripciones técnicas particulares deberá tener en cuenta las complementarias que se expresan en dicha tabla. Se aceptan también otros materiales como escorias o cenizas volantes, que han de clasificarse por analogía o mediante estudios especiales.

DISEÑO SEGUN NORMATIVA ESPAÑOLA (PARTE 2)

c) Vehículos pesados

Para efectos de diseño, sólo se consideran los vehículos pesados. La estructura del pavimento es función de la intensidad media diaria de los vehículos pesados (IMDp) que se

prevé para el carril de diseño en el año de puesta en servicio. La IMDp inicial ha de estimarse a partir de los aforos existentes y de los datos disponibles para prever su evolución, especialmente del tránsito inducido y generado después de la puesta en servicio, que puede cambiar la categoría de tránsito pesado.

d) Categorías de tráfico

Estimada la intensidad media diaria de vehículos pesados lMDp en el carril y periodo de diseño, se establecen 5 categorías de tránsito pesado, definiendo unos intervalos que suponen un saldo significativo pero pequeño, en el espesor de pavimento necesario (2-3 cm para pavimentos de concreto).

TABLA16. Categorías de tránsito pesado (instrucción española).

Los pavimentos de autopistas y autopistas han de proyectarse como mínimo para la categorja Ti, es decir que la lMDp inicial mínima considerada para estas vías es de 800 vehiculos pesados en cada sentido.

Se considera también la posibilidad de adoptar una categoría de tránsito pesado inmediatamente superior (en las inferiores Tú) cuando se está cerca del limite superior de la

categoría o donde se justifique que los ejes de los vehículos pesados estén especialmente sobrecargados. Desde 1g83 se vienen realizando en España aforos de pesaje con báscula dinámica portátil para conocer la distribución de cargas por eje.

Por último, en las vías con dos o más carriles de circulación por sentido, la categoría de tránsito pesado de los carriles que no sean el exterior no puede ser inferior en más de una a la del carril exterior. Esta cláusula es particularmente conservadora en pavimentos con 3 ó más carriles de circulación.

DISEÑO SEGUN NORMATIVA ESPAÑOLA (PARTE I)

5.2 Factores de diseño

El tránsito y la subrasante son dos factores fundamentales que afectan el comportamiento de los pavimentos, y todos los métodos modernos de diseño los califican mediante patrones similares que, en esencia, miden respectivamente el tránsito pesado que ha de resistir el pavimento y la capacidad de soporte de la subrasante. Se examina también breve-

mente el factor climatológico, que en España tiene un carácter secundario.

5.2.1 El factor tránsito pesado

La Instrucción da las reglas sobre el periodo y el carril de diseño, estableciendo finalmente unas categorías de tránsito pesado para el diseño de los pavimentos.

a) periodo de servicio

Los pavimentos se proyectan para el tránsito previsto durante un cieno periodo de servicio, concepto teórico difícil de definir exactamente. Puede decirse que es el periodo durante el cual se espera que los fallos producidos por el tránsito en el pavimento que se proyecta no alcancen un grado incompatible con la comodidad del usuario. Dicho de otra manera, se supone que durante el periodo de servicio no será necesario un refuerzo de cierta consideración, es decir, más allá de los supuestos de la conservación ordinaria o, como mucho, de una rehabilitación.

Mientras que para los pavimentos flexibles y semirrigidos se ha considerado un periodo de diseño de 20 años, en los pavimentos rígidos es en cambio de 30 años. En este último caso se trata de un plazo mínimo, dada la gran durabilidad de este tipo de pavimentos y la ínfima repercusión que tendría un plazo menor en el espesor de los mismos (a lo sumo un par de centímetros de concreto).

b) Carril de diseño

En general el espesor del pavimento es uniforme aun cuando no lo sea la solicitación del tránsito a lo ancho de la calzada. Como carril de diseño de adopta aquél por el que circula el mayor número de vehículos pesados, que son los determinantes en el diseño del pavimento. Cuando hay dos o más carriles por sentido, existe la posibilidad de estudiar por separado carriles y de llegar a una sección transversal con capas del pavimento de espesor variable linealmente.

CATÁLOGOS DE PAVIMENTOS: LA NORMATIVA ESPAÑOLA

Introducción

Como ya se ha mencionado, varios países europeos han desarrollado unos catálogos de estructuras de pavimentos, en los que en lugar de variar de forma continua los espesores en función del tránsito de diseño (como ocurre, al menos en teoría, en el método inglés), este último se divide en una serie de intervalos, a cada uno de los cuales se asigna un espesor fijo de cada una de las capas que componen el pavimento, can independencia del valor del tránsito dentro de dicho intervalo. Esta tendencia se inició en Francia en l971, habiendo sido seguida por España y Alemania en 19g75, y después por otros países

(entre ellos Japón) y algunos estados de USA. Como ejemplo de uno de estos catálogos,

se va a exponer a continuación con detalle el español, del que la versión vigente en la

actualidad está contenida en la Instrucción 6.1 y 2-lC "Secciones de firme" (1989), aprobada por O-M- de 23 de mayo de 1989.

Se recoge en la misma la experiencia de los 14 años transcurridos desde la publicación en lg75 de las anteriores Normas 6.1 y 6.2 1C para firmes flexibles y rígidos respectivamente, en las que por primera vez se adoptó en España un método de diseño en forma de catálogo. Se tiene también en cuenta la evolución del tránsito y de los materiales constitutivos de las distintas unidades de obra. Algunas de ellas de empleo más reciente, como el concreto y el concreto compactado.

En la citada Instrucción se encarece a los ingenieros que concentren su atención en la selección de las subrasantes y secciones estructurales más adecuadas entre las tipificadas en función de las disponibilidades locales de materiales, con independencia del tipo de pavimento. Se unifican los criterios de diseño y se dan directrices para redactar los pliegos de prescripciones técnicas particulares.

La instrucción se aplica a pavimentos de nueva construcción y también, en general, a la reconstrucción total de pavimentos existentes. Para los refuerzos de pavimento sigue en principio vigente la Norma 6.3 1C, actualmente en fase de revisión.

EL MÉTODO INGLÉS PARA EL DISEÑO

Como se ha visto en los numerales anteriores, al aplicar el método AASHTO como el de la PCA se realiza un proceso de cálculo más o menos complicado, que requiere en ambos casos un conocimiento previo de las cargas por eje que van a circular sobre el pavimento. Por otra parte, la determinación del módulo de reacción k de la superficie de apoyo de las losas de concreto supone también una cierta complicación; y en muchos de los parámetros a introducir (sobre todo en método AASHTO), la elección del valor más adecuado es muy subjetiva. Por ello, en varios paises europeos se han desarrollado métodos tendientes a simplificar el diseño, basados en general en la utilización de dos únicas variables: El volumen de vehículos pesados (normalmente el tránsito medio diario en el año de puesta en servicio) y la categoría de subrasante, la cual se caracteriza mediante un solo parámetro (por ejemplo, el índice CBR). Se dan indicaciones muy precisas en cuanto a los espesores de las capas a disponer entre el pavimento de concreto y la subrasante, en casos de ser necesarias, así como sobre las características de los materiales a utilizar. Con ello se pretende facilitar la labor del ingeniero diseñador, de forma que éste pueda concentrarse en otros temas tales como la disponibilidad de materiales y la comparación entre distintas alternativas.

Estos métodos simplificados pueden presentarse en forma de curvas continuas o bien como catálogo de estructuras. Un ejemplo de los primeros es el utilizado actualmente en Gran Bretaña, el cual está recogido én la Department Standard HD 14/87 "Structural Design of New Road Pavements" del Departamento de Transporte. En su redacción se tuvieron en cuenta las experiencias y resultados obtenidos en distintos tramos de ensayo, así como la teoría del cálculo estructural.

El método se basa en varias curvas de diseño, se han representado las correspondientes a pavimentos en masa y con refuerzo continuo. Se incluye también curvas para pavimentos con una capa de rodadura bituminosa y para pavimentos reforzados con juntas, estos últimos prácticamente en desuso. Todas ellas llegan hasta 10.000 vehículos comerciales por sentido y día en el año de apertura al tráfico. En Inglaterra la carga máxima por eje simple es de lo t, lo que hay que tener en cuenta al comparar los espesores con los de otros países. Para los pavimentos de concreto se adopta un periodo de diseño de 40 años, con un crecimiento anual de tránsito del 2%.

En las soluciones rígidas, los espesores obtenidos mediante las curvas son para pavimentos que se extienden al menos 1 m más allá del borde exterior de carril de vehículos pesados, ocupando parte de la berma. De no ser así, hay que aumentar el espesor de las. Se dan también unas curvas de mayoración del tránsito de diseño en caso de tratarse de pavimentos bidireccionales.

En todos los casos, los espesores obtenidos mediante las curvas deben redondearse hasta los primeros milimetros más próximos.

Bajo el pavimento se disponen 15 cm de base de grava-cemento o de concreto pobre (wet lean concrete), la cual se extiende directamente sobre la subrasante si el CBR de la misma es superior a 15. En caso contrario hay que disponer una subbase granular, cuyo espesor es función del CBR de la subrasante.

En general las obras se sacan a concurso dando al contratista 4 opciones de pavimento:

Rígido, rígido compuesto (con base de con refuerzo continuo y lo cm de pavimento bituminoso), flexible compuesto (con base tratada con cemento) y flexible.

Diseño de pavimentos rigidos segun la PCA

3.2.2 Factores de diseño

Después de la selección previa del tipo de pavimento de concreto, el tipo de base necesaria y el tipo de berma (de concreto o no), el espesor de diseño se determina en función de cuatro factores:

1. Resistencia a flexotracción del concreto (módulo de rotura MR) mediante el ensayo de carga en los tercios medios de la luz.

2. Capacidad de soporte conjunta de la subrasante y de la base (módulo de reacción k)

3. Periodo de diseño, usualmente 20 años, si bien puede ser mayor o menor

4. Tráfico: Pesos, frecuencia y tipos de ejes que el pavimento va a soportar

En lo que se refiere al segundo de ellos, es decir, el módulo de reacción conjunto del apoyo de las losas, se dan unas tablas para la obtención del mismo cuando sobre la subrasante se disponga una subbase granular o bien tratada con cemento.

Se proporcionan también unos criterios para el diseño de pavimentos sobre bases de concreto pobre.

En este método se desarrollan dos procedimientos de cálculo distintos según haya datos o no del número y tipo de ejes pesados. En el caso de que se conozcan los mismos, las cargas por eje se multiplican por un "factor de seguridad de carga" (L.S.F.) que toma los siguientes valores:

L-S-F- = 1,2 Para pavimentos de varios carriles, con tránsito ininterrumpido y elevada intensidad de tránsito pesado.

L-S-F- = 1,1 Para carreteras y calles arteriales con una moderada intensidad de tránsito pesado.

L-S-F- = 1,0 Para carreteras, calles residenciales u otro tipo de calles con poco tránsito pesado.

En casos especiales puede justificarse el uso de un L-S-F- > 1,2, sobre todo cuando se quiere una seguridad más alta de lo normal, a fin de reducir las posibles interrupciones de tránsito los gastos de conservación.

El método de Portland Cement Association (PCA - 1984)

3.2.1 Introducción.

La versión actual del método de la PCA fue publicada en 1984. En la misma se han introducido numerosos cambios con respecto a la anterior, aparecida en 1966. Para ello se han aprovechado los avances en los métodos de análisis de pavimentos, los cuales han permitido estudiar la influencia de una serie de factores que no pudieron ser considerados de forma adecuada en la versión precedente, tales como pavimentos con pasadores en las juntas, bases de concreto pobre, bermas de concreto, deterioro del pavimento debidos a la erosión de la base, vehículos pesados con ejes tridem, etc.

Un aspecto que se destaca en la versión de 1984 es la introducción del criterio de erosión, el cual reconoce que un pavimento (especialmente si está sometido a un tránsito pesado) puede fallar por fenómenos de bombeo o "pumping", erosión de la base y escalonamiento de las juntas, antes que por fatiga debida a excesivas repeticiones de carga.

La filosofía básica del método de la PCA es la de la denominada "Ley de Miner", formulada por dicho investigador en 1945. Cada pavimento tiene una cierta resistencia a la fatiga frente a las tensiones de tipo mecánico provocadas por las distintas cargas. Si el número total de repeticiones de una carga p; que puede soportar el pavimento hasta que se produzca su ruptura es igual a Nf, y el número previsto de repeticiones de la misma es n,, la

citada ley de Miner supone que dicha carga p, consume un porcentaje de la resistencia

total a fatiga del pavimento igual a

El pavimento se encuentra en buenas condiciones frente a la fatiga si, para el conjunto de las diferentes cargas, se verifica que:

Aunque la ley de Miner fue formulada inicialmente para las tensiones de tipo mecánico provocadas por las cargas, la PCA ha adoptado también la misma para evaluar la resistencia frente a la erosión de un pavimento (o, mejor dicho, de la superficie de apoyo de las losas de concreto). De forma similar a lo supuesto en el análisis a fatiga, si un pavimento puede aguantar un cierto número de repeticiones Ne, ; de una determinada carga Pi antes de que se produzca la erosión de dicha superficie de apoyo, el pavimento se encuentra en buenas condiciones frente a la erosión si, para el conjunto de las cargas, se verifica que:

Hay que indicar que, para cada carga p;, el número de repeticiones admisibles frente a la fatiga Nf, i, no tiene por que coincidir con el de las admisibles frente a erosión Ne, y por depender en cada caso de factores diferentes.

Por otra parte, debe mencionarse que si bien el análisis a fatiga del método de la PCA se basa en modelos teóricos haciendo uso del método de los elementos finitos, por la que su utilización no presenta ningún tipo de restricciones. Por el contrario, para el análisis frente a la erosión se ha empleado un modelo de evolución de la misma deducido a partir del comportamiento de una serie de pavimentos de USA, por lo que en principio su aplicación a otros países con circunstancias diferentes, por ejemplo en lo que se refiere agradientes térmicos o cargas de tránsito superiores a las de USA, debería contemplarse con precaución.

Diseño de pavimentos reforzados

Como se señaló anteriormente, en la que se indican los valores del coeficiente J de transmisión de cargas, para los pavimentos en masa y reforzados con juntas puede suponerse el mismo espesor, a igualdad de los restantes factores, puesto que los valores de J recomendados son iguales en ambos casos. Por el contrario, con los pavimentos con refuerzo continuos puede admitirse una reducción de espesores, al ser más pequeños los valores de J.

El refuerzo longitudinal, en el caso de los pavimentos con refuerzo continuo, se calcula de

forma que cumpla simultáneamente tres criterios:

· Separación entre fisuras

· Ancho de las fisuras

· Tensión del trabajo del acero

Determinación del espesor del pavimento (PARTE 6)

h) Determinación del espesor del pavimento.

Ya definidos los valores de los distintos parámetros, entrando con los mismos en la ecuación general del método AASHTO o bien en la Figura 4 se obtiene el espesor de losa necesario.

Módulo de elasticidad del concreto Ec = 5 x 106 psi (350.000 kg/cm2)

Resistencia media del concreto a flexotracción S,c = 650 psi (45,5 kg/cm2 de resistencia

media, o unos 38 kg/cm2 de resistencia característica)

Coeficiente de transmisión de cargas J = 3,2 (puede corresponder a un pavimento de concreto en masa, con pasadores en las juntas y bermas flexibles)

Coeficiente de drenaje Cd = 1,0 (representativo, p, ej., de un drenaje de calidad mediana,

y un 5% de porcentaje de tiempo en el que el pavimento está expuesto a niveles de humedad próximos a la saturación)

Desviación típica conjunta Sa = 0,2g

Confiabilidad n = 95%

Descenso APSI del índice de servicios: 1,7, deducido a partir de un valor inicial de 4,2 y

un valor final igual a 2,5

Número total W18 de ejes equivalentes de 18.000 libras = 5.100.000

Con los valores anteriores, y siguiendo los pasos indicados en la Figura 4, se obtiene un

espesor de pavimento de lo pulgadas (25 cm).

En el caso de que por disponerse bermas de concreto atados al pavimento, se pudiese disminuir el valor del coeficiente J de transmisión de cargas a 2,75, el espesor de pavimento resultante seria del orden de 9 pulgadas (22,5 cm).

Si, por el contrario, se hubiesen conservado las bermas flexibles pero se hubiesen suprimido los pasadores, y se hubiese adoptado por ello para J un valor igual a 4, el espesor necesario de pavimentos se habría incrementado a 11 pulgadas (27,5 cm).

Determinación del espesor del pavimento (PARTE 5)

g) Módulo de elasticidad Ec del concreto

Se recomienda determinarlo de acuerdo con el procedimiento descrito en la Norma ASTM C469, o en su efecto, correlacionarlo con otras características del material, como puede ser su resistencia a compresión. A este respecto el Código Colombiano de Construcciones Sismoresistentes indica que para cargas instantáneas, el valor del módulo de elasticidad Eo, a 1días puede considerarse.

h) Factor de pérdida de soporte LS

Este parámetro viene a indicar la pérdida de apoyo potencial de las losas debido bien a la

erosionabilidad de la subbase o bien de asentamientos diferenciales de la subrasante; y aunque no aparece de forma explícita en la fórmula de diseño para la obtención del espesor, si interviene de forma directa a través de una reducción del módulo de reacción efectivo G de la superficie en la que se apoyan las losas.

G) Módulo de reacción k de la superficie en la que se apoya el pavimento (o módulo efectivo de la subrasante)

El valor del mismo depende de varios factores:

. El módulo resistente de la subrasante.

. El módulo de subbase.

. El módulo de elasticidad de la subbase.

Para la determinación del módulo de elasticidad de la subbase pueden utilizarse una serie

de correlaciones con otros parámetros:

En el caso de bases o subbases granulares, el índice CBR, el valor R utilizado en California o el resultado del ensayo triaxial de Texas. Se recomienda, no obstante, que el método de elasticidad de una subbase granular no sea más de 4 veces superior al de la subrasante sobre la que se apoya.

En el caso de bases tratadas con cemento, la resistencia a compresión a los 7 días.

En el caso de una base asfáltica, la estabilidad Marshall.

Dado que el valor del módulo resistente de la subrasante puede variar a lo largo del año, sobre todo en el caso de muchas zonas de Estados Unidos con suelos afectados por ciclos de congelamiento - descongelamiento, para determinar el valor del módulo k hay que realizar un proceso iterativo:

Se divide el año en intervalos homogéneos dentro de los cuales el coeficiente de variación del módulo resistente no sea superior a 0,15. En el caso de bases y subbases granulares no hay que olvidar que su módulo de elasticidad puede variar asimismo a lo largo del año.

En el caso de que bajo la subrasante haya un estrato de roca a una profundidad menor de 3 m, el módulo de reacción compuesto obtenido en el paso anterior se corrige utilizan do las curvas.

Se adopta un valor inicial arbitrario para el espesor de la losa.

Determinación del espesor del pavimento (PARTE 4)

e) Coeficiente de drenaje Cd

El valor del mismo depende de dos parámetros: La calidad del drenaje, que viene determinada por el tiempo que tarda el agua infiltrada en ser evacuada del pavimento, y el porcentaje de tiempo a lo largo del año durante el cual el pavimento está expuesto a niveles de humedad aproximándose a la saturación. Dicho porcentaje depende de la precipitación media anual y de las condiciones de drenaje, la Guía define cinco calidades de drenaje.

f) Coeficiente de transmisión de cargas J

Este factor se introduce para tener en cuenta la capacidad del pavimento de concreto para transmitir las cargas a través de las discontinuidades (untas o grietas). Su valor depende de varios factores:

El tipo de pavimento (en masa, reforzado con juntas, con armadura continua...). El tipo de berma (de concreto cosido al pavimento o flexible)

La existencia o no de dispositivos de transmisión de cargas (pasadores en los pavimentos con juntas, acero en los armados con refuerzos continuos)

Dentro de cada intervalo de variación se recomienda adoptar los valores más altos cuando menor sea el módulo de reacción de la subrasante k, más elevado el coeficiente de dilatación térmica del concreto y más amplias las variaciones de temperatura. Por el contrario, en los casos de carreteras de poco tráfico, soportando un número reducido de

camiones, puede irse a los valores más bajos de J, puesto que entonces habrá menos pérdida del efecto de engranaje entre los áridos.

Determinación del espesor del pavimento (PARTE 3)

b) Parámetro ZR

Si se supone que para un determinado conjunto de variables definiendo un (espesores de las capas, características de los materiales que de drenaje...) el tránsito que puede soportar el mismo a lo largo de un determinado do de diseño sigue una ley de distribución normal, con una media Mi y una desviación pica So, mediante la tabla de dicha distribución se puede obtener el valor ZR asociado un nivel de confiabilidad R, de forma que haya una probabilidad igual a 1-R/100 de que tránsito realmente soportado sea inferior al valor N - Z.So. Por ejemplo, para un nivel confiabilidad R del 95%, ZR es igual 1,96; valor que se incrementa a 2,58 si R = 99%.

C) Desviación estándar So

Tal y como se ha indicado en el párrafo anterior, representa la desviación estándar junta que conjuga la desviación estándar de la ley de predicción del tránsito en el de diseño, y con la desviación estándar de la ley de predicción del comportamiento pavimento, es decir, del número de ejes que puede soportar el pavimento hasta que índice de servicio descienda por debajo de un determinado valor Pi.

La Guía AASHTO recomienda adoptar para So valores comprendidos dentro de los siguientes intervalos:

. Pavimentos rígidos: 0,30 - 0,40.

. Pavimentos flexibles: 0,40 - 0,50.

d) Índice de servicio final pt y variación APSI en el índice de servicio:

La selección del índice de servicio final pise debe basar en el índice más bajo que ser tolerado antes de que sea necesario efectuar una rehabilitación, un refuerzo o una construcción. Se sugiere para el mismo un valor de 2,5 o incluso superior para las carreteras de mayor tránsito y de 2,0 para tráficos menos importantes. En cuanto al índice servicio inicial Po, que a su vez interviene para determinar la variación APSI = Po - Pt, éste depende de la calidad de la construcción. En los pavimentos del ensayo AASHTO, Po alcanzó un valor medio de 4,5 en las soluciones rígidas, y de 4,2 en las flexibles.

Determinación del espesor del pavimento (PARTE 2)

a) W18 (ejes simples equivalentes de 18 kips) a lo largo del periodo de diseño

El método AASHTO requiere la transformación a ejes simples equivalentes a 18 kips de los ejes de diferentes pesos que circularán sobre el pavimento a lo largo del periodo de diseño. Para ello, en la Guía se han incluido una serie de tablas con factores de conversión, las cuales dependen de varios parámetros: Clase de pavimento (flexible o rígido), tipo de ejes (simple, tándem, tridem), índice de servicio final y, en el caso de pavimentos rígidos, espesor del pavimento. Para estos últimos se han preparado nueve tablas, combinando cada uno de los tres tipos de ejes con tres valores del índice de servicio final:

2,0, 2,5 y 3,0. La Tabla 1 es un ejemplo de las mismas, correspondiente a la combinación: Eje simple e índice de servicio final igual a 2,5.

Si bien el exponente puede oscilar entre valores cercanos a 4: 3'8, 45...

En lo que se refiere al periodo de diseño, se indica que en general éste debe ser superior a 20 años, a fin de poder evaluar las distintas alternativas a largo plazo. Se recomienda incluso que el periodo de análisis incluya al menos una rehabilitación. Según el tipo de carretera, se sugieren los períodos de diseño indicados en la Tabla 2.

Tipo de carretera Periodo de diseño

(años)

Urbana de tránsito elevado 30 - 50

Interurbana de tránsito elevado 20 - 50

Pavimentada de baja intensidad de tránsito 15 - 25

De baja intensidad de tránsito pavimentación con grava 10 - 20

TABLA 2. Períodos de diseño a adoptar en función del tipo de carretera

El tránsito a tener en cuenta es el que utiliza el carril de diseño. Se admite que en general, en cada dirección circula el 50% del tránsito total (aunque en ocasiones puede variar entre el 30% y el 70%) y que, dependiendo del número de carriles en cada dirección, puede suponerse que sobre el carril de diseño circulan los porcentajes del tránsito en dicha dirección que figuran en la Tabla 3.N° de carriles en cada Porcentaje de ejes simples equivalentes de 18 kips en dirección el carril de diseño

1 l00

2 80 – l00

3 60 - 80

4 50 - 75

5

TABLA 3. Distribución del tránsito en función del número de carriles