06.00 diseño de pavimentos rigidos aashto 93

1
DISEÑO DE PAVIMENTO RIGIDO
METODO AASHTO 93
06PAVIMENTOS
Ing. Augusto García
2
¿ QUE SON LOS PAVIMENTOS DE CONCRETO?
Son estructuras planas (losas), separadas (o no)
por juntas, que cumplen con las funciones de
resistencia y durabilidad.
Estando apoyadas en toda su superficie sobre el
terreno, se diseñan y construyen bajo los criterios de
esfuerzo-deformación y para soportar las
solicitaciones externas durante un período de
tiempo.

3
1. Pavimentos de Concreto Hidráulico Simple (PCH S)
1.a) Sin elementos de transferencia de carga.
1.b) Con elementos de transferencia de carga.
2. Pavimentos de Concreto Hidráulico con Refuerzo de Acero (PCH RA)
2.a) Con refuerzo de acero no estructural.
2.b) con refuerzo de acero estructural.
3. Pavimentos de Concreto Hidráulico con Refuerzo Continuo (PCH RC)
4. Pavimentos de Concreto Hidráulico Pre o Postensado (PCH PP)
5. Pavimentos de Concreto Hidráulico Reforzado con Fibras (PCH RF)
Tipos de PCH
4
El concreto asume y resiste las tensiones producidas por el tránsito y las variaciones de
temperatura y humedad
1.a) Sin elementos de Transferencia de Carga
Aplicación: Tráfico Ligero, clima templado y se apoya sobre la sub-rasante, en condiciones
severas requiere del Cimiento granular y/o tratado, para aumentar la capacidad de soporte
y mejorar la transmisión de carga.
1.b) Con elementos de Transferencia de Carga o Pasadores:
Pequeñas barras de acero, que se colocan en la sección transversal, en las juntas de
contracción. Su función estructural es transmitir las cargas de una losa a la losa contigua,
mejorando las condiciones de deformación en las juntas, evitando los dislocamientos
verticales diferenciales (escalonamiento).
Aplicación: Tráfico mayor de 500 Ejes Eq. de 18 Kips.
1. Pavimentos de Concreto Hidráulico Simple:

5
• Un pavimento en servicio, se encontrará sujeto a continuos cambios de temperatura y
humedad.
• Esto se traduce en la generación de gradientes de estos parámetros en la sección de la
losa que generan alabeos que se encontrarán restringidos por el peso propio de la losa.
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Pavimentos de Concreto Hidráulico Simple (PCH S)
Juntas Transversales
(con o sin dowels)
Junta Longitudinal
(con TIE BARS)L= 3.5 a 5.5 m
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Espesor
de Losa
(D)
Aserrado(3 mm a 6 mm )
Dowels
(fierro liso,
Lubricado, o
plastificado)
Ø, Ly e= f (D)
Vaciado simultáneo
Agrietamiento probable
D/4
D/2
L y e
Transverse Joints with DOWELS

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Espesor
de Losa
(D)
Aserrado(3 mm a 6 mm )
Fierro
Corrugado
Ø, Ly e= f (D)1er Vaciado
Agrietamiento probable
D/3
D/2
L y e
Cara recta
Longitudinal Join twith TIE BARS
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2. a) Con refuerzo de acero no estructural.
El refuerzo no cumple función estructural, su finalidad es resistir las tensiones de
contracción del concreto en estado joven y controlar los agrietamientos. Tienen el refuerzo
de acero en el tercio superior de la sección transversal a no menos de 5cm. Bajo la
superficie. La sección máxima de acero es de 0.3% de la sección transversal del
Pavimento.
Aplicación: Es restringida, mayormente a pisos Industriales.
2.b) con refuerzo de acero estructural.
El refuerzo de acero asume tensiones de tracción y compresión, por lo que es factible
reducir el espesor de la losa hasta 10 o 12 cm.
Aplicación: Pisos Industriales, las losas resisten cargas de gran magnitud.
2. Pavimentos de Concreto con Refuerzo de Acero

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JRCP -Pavimentos de concreto reforzado con juntas
Juntas Transversales
(con dowels) 7.5 a 15 m
Refuerzo con fibras de acero(entre20 y 80
kg/m3); mallas de alambre o barras
corrugadas(cuantías de 0.05 a 0.15%)
12
El refuerzo asume todas las deformaciones, en especial las de
temperatura, eliminando las juntas de contracción, quedando
solo las juntas de construcción y de dilatación en la vecindad
de alguna obra de arte.
La fisura es controlada por una armadura continua en el medio
de la calzada, diseñada para admitir una fina red de fisuras que
no comprometan el buen comportamiento de la estructura del
pavimento. Aplicación: Zonas de clima frío, recubrimientos en
pavimentos deteriorados
3. Pavimentos de Concreto Hidráulico con Refuerzo Continuo (PCH RC)
.

13
CRCP -Pavimentos de Concreto con Refuerzo Contínuo sin juntas
Refuerzo Longitudinal
Continuo(Cuantías de 0.5 a 0.7%)
Varios cientos de metros
Espaciamiento Típico
de Grietas(0.9 a 2.4 m)
14
Su desarrollo es limitado, la primera experiencia es en el Aeropuerto de Orly (Paris-
1948) y posteriormente en el Aeropuerto de Galeao (Río de Janiero).
El diseño trata de compensar su costo vs. disminución del espesor, presenta
problemas en su ejecución y mantenimiento.
4. Pavimentos de Concreto Hidráulico Pre o Postensado (PCH PP)
Incorpora fibras metálicas, de propileno, carbón, etc. con excelentes resultados en
Aeropuertos y sobre capas delgadas de refuerzo.
El diseño es mas estructural y de buen comportamiento mecánico, pero sus costos
y los cuidados requeridos en su ejecución, dificultan su Desarrollo.
5. Pavimentos de Concreto Hidráulico Reforzado con Fibras

Diseño de espesores de losa
AASHTO PCA
Fatiga, para mantener los esfuerzos
del pavimento producidos por la
acción repetida de las cargas, y con
ello prevenir la fatiga por
agrietamiento.
Erosión, para limitar los efectos de la
deflexión del pavimento en los bordes
de las losas, juntas y esquinas. Se
previene bombeo, desnivel entre losas
y deterioro de las bermas.
Servicialidad, para
mantener el servicio del
pavimento según el tipo de
tráfico. Es una medida
subjetiva que va de 0 a 5,
dónde 0 significa una
condición intransitable y 5
excelente.
AASHTO recomienda
valores de 4.5 para el inicio
de la vida del pavimento de
concreto
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DISEÑO DE
PAVIMENTOS
RÍGIDOS
METODO AASHTO
93
Diseño de pavimentos rígidos método AASHTO 93

El método esta desarrollado en
la publicación del AASHTO,
“Guide for Design of Pavement
structures”.
En esencia, el procedimiento
incluido en la guía AASHTO
determina el espesor D de un
pavimento W18, de ejes
equivalentes de 82 KN sin que
se produzca una disminución
en el índice de servicio PSI
superior a un cierto valor.
17
18

19
20
Log 10 W82 =Z1S0+7.35 log 10(D+25.4) – 10.39 + Log10
∆PSI
4.5-1.5
1 + 1.25 x 10 19
(D+25.4)8.46
+ (4.22 – 0.32 Pt). Log10
Mr.Cdx (0.09.D0.75-1,132)
1.51 . J . 0.09.D0.75 - 23.24
(Ec/K)0.25
ECUACIÓN DE DISEÑO PARA PAVIMENTO RIGIDO AASTHO 93
W82
Z1
So
D
K
Numero previsto de ejes equivalente de 8.2 a lo largo
del periodo de diseño.
Desviación normal estándar.
Error estándar combinado en la predicción del transito
y en la variación del comportamiento esperado del
pavimento
Espesor del pavimento de concreto en mm.
Modulo de reacción en Mpa/m de la superficie.
APSI
Pt
Mr
Cd
J
Ec
Diferencia entre los índices de servicio inicial y
final.
Índice de servicio final.
Resistencia media del concreto (en Mpa) o
flexotracción a los 28 días.
Coeficiente de drenaje.
Coeficiente de transmisión de carga en juntas.
Modulo de elasticidad del concreto, Mpa.

Efecto del trafico
Esta basado en las cargas esperadas y acumulativas de un eje equivalente a
18,000 lbs. durante el periodo de análisis. Para cualquier situación de
diseño donde la estructura inicial del pavimento se espera que dure todo el
periodo de análisis sin ninguna obra de rehabilitación todo lo que se
requiere es el ESAL acumulado en todo el periodo de análisis.
22
Efecto del trafico

23
Efecto del trafico
1.1) Periodo de análisis
Este debe de ser superior a los 20 años, con el fin de poder evaluar
diferentes alternativas a largo plazo, se recomienda incluso que el
periodo de análisis incluya al menos una rehabilitación.
Tipo de carretera. Periodo de diseño en años
Urbano de transito elevado 30-50
Interurbano de transito elevado 20-50
Pavimentación de baja intensidad de transito. 15-25
De baja intensidad de transito pavimentación
con grava.
10-20
Periodo de diseño a adoptar en función del tipo de carretera

1.2) Carril de diseño
El transito a tener en cuenta es el utiliza el carril de diseño. Se admite que en
general, en cada dirección circula el 50% del transito total (aunque en
ocasiones puede variar entre el 30% al 70%) y que dependiendo del numero
de carriles en cada dirección, puede suponerse que sobre el carril de diseño
circula un porcentaje del transito de la dirección elegida.
Nº de carriles en cada dirección. Porcentaje de ejes simples equivalentes de
82 KN en el carril de diseño.
1 100
2 80-100
3 60-80
4 50-75
Distribución de transito en función del numero de carriles
2) Desviación normal estándar
Para un determinado conjunto de
variables que definen un
pavimento, el transito que puede
soportar a lo largo de un
determinado periodo de diseño
sigue una ley de distribución de
normal, con una media Mt y una
desviación típica So, un nivel de
confiabilidad R, de tal forma que
haya una probabilidad igual a 1-
R/100 de que el transito realmente
soportado sea inferior al valor Zr.So
Valores de Zr en función de la confiabilidad
Confiabilidad R, % Desviación Normal
estándar
50 -0.000
60 -0.253
70 -0.524
75 -0.674
80 -0.841
85 -0.1037
90 -1.282
91 -1.340
92 -1.405
93 -1.476
94 -1.555
95 -1.645
96 -1.751
97 -1.881
98 -2.054
99 -2.327
99.9 -3.090
99.99 -3.750

2.1) CONFIABILIDAD
La Confiabilidad se requiere al nivel de probabilidad que tiene una
estructura de pavimento diseñada para durar a través de análisis. La
confiabilidad del diseño toma en cuenta las posibles variaciones de
trafico previstas, así como en las variaciones del modelo de
comportamiento AASHTO, proporcionando un nivel de confiabilidad (R)
que asegure que las secciones del pavimento duren el periodo para el
cual fueron diseñadas.
Tipo de carretera Niveles de confiabilidad
Urbana Interurbana
Autopistas y carreteras importantes 85-99.9 85-99.9
Arteria principal 80-99 75-95
colectoras 80-95 75-95
locales 50-80 50-80
3) Error estándar combinado So
Representa la desviación estándar conjunta que conjuga la desviación
estándar de la ley de predicción del transito en el periodo de diseño con
la desviación estándar de la ley de predicción de comportamiento del
pavimento, es decir, del numero de ejes que puede soportar el
pavimento hasta que su índice descienda por debajo de un determinado
valor Pt.
Pavimentos Rígidos: 0.30 – 0.40
0.35 = construcción nueva.
0.40 = sobrecapas.
Pavimentos Flexibles: 0.40 – 0.50
0.45 = construcción nueva.
0.50 = sobrecapas

4) SERVICIABILIDAD
La serviciabilidad se define como la habilidad
del pavimento de servir al tipo de tráfico (autos y
camiones) que circulan en la vía, se mide en una
escala del 0 al 5 en donde 0 (cero) significa una
calificación para pavimento intransitable y 5
(cinco) para un pavimento excelente.
La serviciabilidad es una medida subjetiva de la
calificación del pavimento, sin embargo la
tendencia es poder definirla con parámetros
medibles como los son: el índice de perfil,
índice de rugosidad internacional, coeficiente de
fricción, distancias de frenado, visibilidad, etc.
4) SERVICIABILIDAD
El procedimiento de Diseño AASHTO predice el porcentaje de pérdida de
serviciabilidad (Δ PSI) para varios niveles de tráfico y cargas de ejes.
Entre mayor sea el Δ PSI, mayor será la capacidad de carga del
pavimento antes de fallar.
Po : depende de la calidad de la
construcción.
Po =4.5 pavimento concreto.
Po = 4.2 pavimento flexible
Pt : índice mas bajo que puede ser tolerado
antes de que sea necesario efectuar una
rehabilitación un refuerzo o una
reconstrucción.
Pt = 2.5 alto trafico
Pt = 2.0 bajo trafico.

5) Coeficientes de drenaje
El valor de mismo depende de dos parámetros:
1. Calidad del drenaje, que viene determinando por el tiempo que
tarde al agua infiltrada en ser evacuada del pavimento.
2. El porcentaje de tiempo a lo largo del año durante el cual el
pavimento esta expuesto a niveles de humedad aproximándose a la
saturación.
Dicho porcentaje depende de la precipitación media anual y de las
condiciones de drenaje
mi = coeficientes de drenaje
La calidad del drenaje se define en términos del tiempo en que el agua
tarda en ser eliminada de las capas granulares (capa base y sub-base):

mi = coeficientes de drenaje
6) COEFICIENTE DE TRANSMISION 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 (juntas o grietas), su valor
depende de varios factores:
El tipo de pavimento:
• Simple
• Reforzado con juntas.
• Con armadura
El tipo de berma:
•De concreto unida al pavimento.
•De asfalto.
Berma. De asfalto De concreto
Dispositivo de transmisión de
carga
Sí. No Sí. No
Tipo de pavimento
1. No reforzado o reforzado con
juntas
3.2 3.8 – 4.4 2.5 -3.1 3.6 – 4.2
2. Reforzado continuo 2.9 – 3.2 2.3 – 2.9

7) Modulo de ruptura del concreto (Mr.)
La resistencia a la flexión es una medida de la
resistencia a la tracción del concreto
(hormigón). Es una medida de la resistencia a la
falla por momento de una viga o losa de
concreto no reforzada.
Se mide mediante la aplicación de cargas a vigas de
concreto de 6 x 6 pulgadas (150 x 150 mm) de
sección transversal y con luz de 750 mm.
La resistencia a la flexión se expresa como el
Módulo de Rotura (MR) en libras por pulgada
cuadrada (MPa) y es determinada mediante los
métodos de ensayo ASTM C78 (cargada en los
puntos tercios) o ASTM C293 (cargada en el
punto medio).
Compressive Strength f’c.
Mr = 8-10 √ f’c.
f’c: resistencia a la compresión del
concreto en psi
Mr: resistencia a la flexión psi
7) Modulo de ruptura del concreto (Mr.)
P/2 P/2 Gradiente de esfuerzo
supuesto lineal
l/3 l/3 l/3
f`c
Especimen
l = 3h ft= Pl/bd2
M
h=b

P/2 P/2 Gradiente de esfuerzo
supuesto lineal
l/3 l/3 l/3
f`c
Especimen
l = 3h ft= Pl/bd2
M
h=b
Criterios de aceptación, resistencia
8) Modulo de elasticidad Ec del concreto
Modulo de elasticidad
Ec= 6750.Mr
Ec = 57,000 (f’c)0.5
Modulo de rotura Mr Modulo elástico
600 psi 3,900,000 psi
650 psi 4,200,000 psi
700 psi 4,600,000 psi

39
8) FACTOR DE PERDIDA
DE SOPORTE Ls
Tipo de base o subbase Factor de
perdida soporte
Ls
Bases granulares tratadas con
cemento
(E:7,000 a 14,000 MPa)
0,0 a 1,0
Subases tratadas con cemento
(E:3,500 a 7,000 MPa) 0,0 a 1,0
Bases Asfálticas
(E:2,500 a 7,000 MPa 0,0 a 1,0
Subbases estabilizadas con
asfalto.
(E:300 a 2,000 MPa)
0,0 a 1,0
Estabilización con cal
(E:150 a 1,000 MPa) 1,0 a 3,0
Materiales granulares sin tratar.
(E:100 a 300 MPa) 1,0 a 3,0
Suelos finos y subrasante natural.
(E:20 a 300 MPa) 2,0 a 3,0
Este parámetro viene a indicar
la perdida de apoyo potencial
de las losas a la
erosionabilidad de la subbase o
bien por asentamiento
diferenciales de la subrasante.
No interviene directamente en
la formula, pero si afecta al
modulo de reacción efectivo de
la superficie en la que se apoya
la losa

41
1. Proporcionar una plataforma uniforme y
estable para la construcción.
2. Reducir los esfuerzos de pandeo en la losa.
3. Reducir las deflexiones en juntas y en grietas.
4. Proteger de los hinchamientos por heladas y
por arcillas expansivas.
5. Mejorar el drenaje del pavimento.
6. Servir como capa anticontaminante.
7. Permitir un espesor uniforme de las losas.
Funciones de la Sub-Base
42
9) MODULO DE REACCION K

9) MODULO DE REACCION K
EL modulo de reacción compuesto
de la subrasante, se obtiene a
conociendo el valor del modulo de
resiliencia de la subrasante, el
espesor y el coeficiente de
elasticidad de la subrasante.
Utilizar el siguiente monograma.
EJEMPLO.
Espesor de la subbase: 6 pulg.
Modulo de elasticidad de la
subbase:
Esb = 15,000 psi.
Modulo de Resilencia:
Mr = 1000 psi.
Modulo de reacción combinado
Kd = 70 psi.
44
Monograma del AASHTO ( Primera parte)
K=70 psi Ec = 5x106psi Mr= 650 psi
J=3.5 Cd = 1

45
Monograma del AASHTO ( Primera parte)
K=70 psi Ec = 5x106psi Mr= 650 psi
J=3.5 Cd = 1
46
Monograma del AASHTO
(segunda parte)
R=95% So = 0.30
Esal = 5.1 x106
∆PSI =4.5 – 2 =2.5
D = 250 mm

47
10) JUNTAS EN PAVIMENTOS RIGIDOS
En las losas de pavimentos rígidos se presentan diversas clases de
esfuerzos:
Los mas elevados son los generados por la circulación de los vehículos,
estas se controlan con el correcto diseño del espesor de la losa con la
selección adecuada de la resistencia del concreto y al calidad de la
construcción.
Otros esfuerzos generados en el pavimento se deben a los movimientos
de contracción y expansión del concreto y las diferencias de
temperatura y humedad que sucede entre la superficie y el plano de
apoyo de la losa. ( alabeo).
Las juntas, transversales y longitudinales, se construyen para impedir que
se presente fisuración del pavimento.
48
Las Juntas longitudinales son frecuentes ya que se suele construir el pavimento
rígido por carriles.
Juntas transversales se efectúan al final de la jornada de trabajo o en
interrupciones programadas (puentes, estructuras fijas, intersecciones) o por
imposibilidad de continuar con el vaciado del concreto.
La transferencia de carga se efectúa a través del pasador.
La interrupción debe de ser tan larga como para que el concreto ya colocado
haya alcanzado su fraguado final.
JUNTAS TRANSV. DE CONSTRUCCIÓN

49
El diseño de juntas transversales se
realiza con el fin de controlar la
fisuración del concreto por contracción
y alabeo, por lo tanto, el espaciamiento
entre ellas debe de ser menor a 6 m.
Se ha demostrado que cuando la
separación se aproxima a 4.5 m,
permite controlar prácticamente
controlar todas las fisuras y el
comportamiento del pavimento a lo
largo de su tiempo de vida útil es mejor.
JUNTAS TRANVERSALES.
50
Juntas transversales de dilatación

51
Espesor del
pavimento
Diámetro del
pasador
Longitud
total
Separación
entre
centros
mm mm Pulg. mm mm
0-100 13 1/2 250 300
110-130 16 5/8 300 300
140-150 19 3/4 350 300
160-180 22 7/8 350 300
190-200 25 1 350 300
210-230 29 1 1/8 400 300
240-250 32 1 ¼ 450 300
260-280 35 1 3/8 450 300
290-300 38 1 1/2 500 300
Recomendaciones para
el uso de pasadores de
carga.
Fuente: American Association of
state of highway and
Transportation AASHTO, guide
for Design of Pavements
structures 1986.
52

53
El objetivo básico de estas juntas es
controlar las fisuras que se pueden
presentar en los pavimentos cuando se
construyen con anchos superiores a los 5
m.
En nuestro medio, existe la tradición de
construir por carril , con un ancho no
mayor a 3.60 m , las juntas longitudinales
son normalmente de construcción.
La transmisión de cargas se hace en
estos casos por trabazón de concreto, y
es usual colocar barras de anclaje que
mantengan unidas las caras de las juntas
y garantice su eficiencia.
Juntas longitudinales.
54
Juntas longitudinales de contracción

55
Juntas longitudinales de construcción
56
Juntas longitudinales de construcción

06.00 diseño de pavimentos rigidos aashto 93

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