Semana 9 Diseño de Pavimentos Rigidos

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Programa de Especialización en Gestión de 
Proyectos Viales
Semana 9
DISEÑO DE PAVIMENTOS RIGIDOS
Ing. Wilder Rodriguez
2021
ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL
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1.‐ PAVIMENTO RIGIDO
• Son aquellos formados por una losa de concreto Portland sobre una base granular,
una subbase granular o directamente sobre la subrasante. Transmite directamente
los esfuerzos al suelo en una forma minimizada, es autoresistente, siendo que
necesita de un adecuado control de la cantidad de cemento, por lo tanto del concreto
hidráulico
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1.‐ DIFERENCIAS ENTRE PAVIMENTOS
Pavimento Rígido 
Máximo 2 capas
losa de concreto que absorbe todo el 
esfuerzo.
Mayor costo inicial
Menores deformaciones 
Vida útil es mayor
Existe menor fricción en la superficie de 
rodadura
Menor costo de mantenimiento
Color gris claro
Se crea discontinuidad en la capa de 
rodadura, llamadas juntas
El tiempo de ejecución es menor
Pavimento Flexible
Está constituida por varias capas
Lleva carpeta asfáltica y cada capa absorbe cierta 
cantidad de esfuerzos.
Menos costo inicial
Mayores deformaciones
Vida útil es menor
Existe mayor fricción en la superficie de rodadura
Mayor costo de mantenimiento
Color gris oscuro o negro
La capa de rodadura es prácticamente continua
El tiempo de ejecución es mayor
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1.‐ MÉTODOAASHTO‐1993
➢La guía de diseño de pavimento rígido se desarrolló de forma similar a la 
guía de diseño de pavimento flexible basada en los resultados de la prueba 
de carreteraAASHO y el conocimiento adquirido.
➢Las ecuaciones básicas desarrolladas para pavimentos rígidos son similares 
y de la misma forma que los pavimentos flexibles, pero con constantes de 
ecuación de regresióndiferentes.
• Gt = þ ( logWt —logq )
þ = 100 +
3.63 L1 + L2
5.20
(D + 1)8.46 L23.52
logq = 5.85 + 7.35log (D + 1)— 4.62log (L1 + L2)
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1.‐ MÉTODOAASHTO‐1993
þ es la función del diseño y las variables de carga que dicta la forma de la curva q versus Wt.
q es la función de las variables de diseño y carga que relaciona el número esperado de 
aplicaciones de carga con un punto de 1.5 y q = Wt
Wt es la aplicación de carga por ejeal final del tiempo t.
L1 es la carga en un solo eje o en un conjunto de ejes en tándem (en kips); por ejemplo 18 para una 
carga equivalente de un solo eje de 18 kip; 32 kip para una carga de eje en tándem equivalente de 
32 kip
L2 es el código de eje; 1 usado para un solo eje; 2 usados para el eje en tándem, y 3 usados para 
tridem
tG = log
4.5 — pt
4.5 — 1.5
➢Gt es el logaritmo de la relación entre la pérdida en la capacidad de servicio en el 
tiempo t y la pérdida potencial en la capacidad de servicio tomada en un punto en el 
tiempo donde pt = 1.5; pt es la capacidad de servicio en cualquier momento t y, por 
lo tanto
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1.‐ MÉTODOAASHTO‐1993
➢En la prueba de carretera AASHO, a la capacidad de servicio inicial
para pavimentos rígidos se le asignó un valor de 4.5. Este valor es 
ligeramente más alto que para los pavimentos flexibles, que se tomó como
4.2; D es el espesor de la losa que reemplaza el término SN para pavimentos
flexibles. La ecuación se simplifica enormemente cuando se usa una carga
equivalente de un solo eje de 18 kip con L1 = 1 8 ; L2 = 1 .
log
4.5 — pt
LogWt18 = 7.35log(D + 1) — 0.06 +
4.5 — 1.5
1 +
1.624 × 107
(D + 1)8.46
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1.‐ MÉTODOAASHTO‐1993
➢Wt18 es el número de aplicaciones de carga de un solo ejede 18 kip para el 
tiempo t.
➢La ecuación original solo es aplicable a las condiciones presentes en la 
prueba de carreteraAASHO.
➢Las condiciones en la prueba de carretera incluyeron: el módulo de 
elasticidad del concreto EC = 4.2 × 10
6; el módulo de ruptura del concreto 
SC = 690 psi, módulo de reacción de la subrasante k = 60 pci, el 
coeficiente de transferencia de la carga conjunta J = 3.2 y el coeficiente de 
drenaje Cd =1.0.
➢En 1972, AASHTO adoptó una modificación desarrollada usando la 
ecuación de Spangler (1942) para considerar la carga de esquinas y 
extender la ecuación original de la prueba de carreteraAASHO a otras 
condiciones.
➢Otras modificaciones incluyen el coeficiente de drenaje Cd,Z = EC/k, y el 
término de confiabilidad ZRS0, reemplazando el término (4.5 — pt) por 
ΔPSI.
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2.‐PARÁMETROS DE ENTRADA DE DISEÑO
Confiabilidad
➢La ecuación original planteada por la AASHTO está basada en valores medios
significando que hay un 50% de posibilidad de que el pavimento no alcance su
vida útil.
➢El término de confiabilidad en la ecuación deAASHTO es el producto del ZRS0.
➢AASHTO recomienda un rango de valores para S0 entre 0.3 y 0.4.
➢Cuando se considera la variabilidad en el tráfico, entonces S0 = 0.39; de lo 
contrario, se usa típicamente un S0 = 0.40
ClasificaciónFuncional Urbano Rural
Carretera interestatal oAutopista 85‐99.9 80‐99.9
Red Principal oFederal 80‐99 75‐95
Red Secundaria oColectores 80‐95 75‐95
RedLocal 50‐80 50‐80
NIVELES DE CONFIABILIDADRECOMENDADOS
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2.‐PARÁMETROS DE ENTRADA DE DISEÑO
Serviciabilidad
La capacidad de servicio inicial p0 es una estimación de la condición de
uniformidad percibida del pavimento por parte del usuario.
➢Para las condiciones de prueba de carreteraAASHO, se estableció un 
valor de p0 = 4.5 para pavimentos rígidos y p0 = 4.2 para pavimentos 
flexibles.
➢Estos valores pueden variar según las condiciones locales.
➢El índice de serviciabilidad final pt es el nivel más bajo aceptable de 
conducción percibida tolerarada antes de realizar una rehabilitación 
mayor.
pt de 2.5 para vías importantes y pt 2.0 para vías con menor tránsito
➢El término ΔPSI es la pérdida total en capacidad de servicio. Esto 
podría deberse al tráfico o al deterioro del soporte de la base en función 
de condiciones ambientales.
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2.‐PARÁMETROS DE ENTRADA DE DISEÑO
Coeficiente de drenaje (Cd)
➢El efecto del drenaje es críticamente importante para el
rendimiento de los pavimentos rígidos.
➢La calidad del drenaje podría afectar dificultando de bombeo, 
la pérdida de capacidad de carga, el daño por heladas y la
deformación entre otros.
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2.‐PARÁMETROS DE ENTRADA DE DISEÑO
Coeficiente de transferencia de carga (J)
➢Tiene en cuenta la capacidad que presenta la junta del pavimento rígido 
de distribuir lacarga.
➢El valor de Jdepende del tipo de pavimento (JPCP, JRCP o CRCP), si se 
usan dispositivos de transferencia tales como pasadores; y el tipo de 
concreto o asfalto atado al hombro
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2.‐PARÁMETROS DE ENTRADA DE DISEÑO
Módulo de reacción de sub‐rasante (k)
➢Es un valor compuesto basado en un valor k anual promedio 
ajustado estacionalmente que se modifica para el tipo y grosor de 
subbase, pérdida de soporte debido a la erosión y proximidad a
cimientos rígidos y roca madre.
Donde:
Los valores de k están en pci
Los valores de Mr están en psi
k =
Mr
19.4
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Estimar el módulo compuesto 
de reacción de la subrasante. 
GuíaAASHTO para el Diseño de 
Estructuras de Pavimentos, 
AASHTO, Washington, DC, © 
1993. Usado conpermiso).
Módulo Compuesto de Reacción si existe una subbase.
Si existe una subbase entre 
la losa y la subrasante, el 
módulo compuesto de 
reacción de la subrasante 
puede determinarse a partir 
del siguiente ábaco
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Módulo CompuestodeReacciónsi existeuna subbase.
• Ejemplo:
• Dado un DSB de espesor de subbase de 6 pulg. (152 mm), un módulo 
resiliente de subbase de 20,000 psi (138 MPa) y un módulo elástico de 
suelo de la carretera Mr de 7000 psi (48 MPa), determine el módulo 
compuesto de la reacción de subrasante k∞.
• Solución
• El módulo compuesto de la reacción de la subrasante se
puede determinar de la siguiente manera.
• En el ábaco, dibuje una línea vertical desde DSB =6 in. hasta la
curva de ESB = 20,000 psi.
• La misma línea se dibuja hacia abajo hasta que se cruza con Mr = 7000 
psi, y luego se traza una línea horizontal desde el punto en el paso 1, y una 
línea vertical desde el punto en la línea de giro en el Paso 2. La 
intersección de estas dos líneaś daunk∞ de400 pci.
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Módulo Compuesto de Reacción con fundación rígida a mayor profundidad
Si la base rígida se encuentra 
debajo de la subrasante y la 
profundidad de la subrasante 
a la base rígida DSB es menor 
de 10 pies (3 m), entonces el 
módulo de la reacción de la 
subrasante debe modificarse 
usando el siguiente ábaco 
(AASHTO, 1993
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Módulo de Reacción Efectivo de la Sub‐Rasante
El módulo efectivo de la reacción de la subrasante es un módulo 
equivalente que daría como resultado el mismo daño si se usaran 
valores estacionales durante todo el año. El daño relativo a los 
pavimentos rígidos (ur) está dado por la siguiente ecuación:
ur = ( D
0.75
— 0.39k
0.25
)
3.42
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Ejemplo
Dado D = 9 in y k = 540 
pci, determine elur
ur = ( 90.75 — 0.39× 5400.25) 3.42 = 60.3
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2.‐PARÁMETROS DE ENTRADA DE DISEÑO
Resistencia a la flexión por tensión del concreto (Sc)
El módulo de ruptura o rotura (Mr) es requerido para el diseño del 
pavimento. El módulo de ruptura se determina utilizando la prueba de flexión
(ASTM C78) para una muestra curada de 28 días.
Módulo de elasticidad de concreto (Ec)
El módulo de elasticidad Ec para el concreto de cemento
Portland se estima utilizando la ecuación de ACI:
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3.‐ CÁLCULOAASHTO‐93
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Ejemplo.
Diseñe un pavimento rígido nuevo utilizando el método AASHTO‐93 
para una carreta interestatal urbana, para un período de diseño de 10 
años. Considere un nivel de serviciabilidad inicial de 4.5 y final de 2.5. Se 
proyecta un tránsito acumulado de ESAL = 2.0 × 106 en la pista de 
diseño. Considere un nivel de confiabilidad de 99% y una desviación 
estándar de 0.49. Se estima que el agua tarda aproximadamente una 
semana en drenarse desde el interior del pavimento, y que la estructura 
del pavimento será expuesta a niveles de humedad que se acercan a la 
saturación, el 30% del tiempo de vida de servicio. Considerar:
• CBR de la sub rasante=6%
• Resistencia a la compresión del concreto f¨c=300 kg/cm2
• Módulo de ruptura del concreto Sc=650 psi
• Coeficiente de transmisión de carga J=2.5
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Módulo dereaccióndel terrenoK
Datos
• Periodo de diseño n=10 años
• ESAL de diseño W18 = 2 . 0 × 106
• po=4.5
• pt=2.5
• Nivel de confianza99%
• S0 = 0.49
• CBRSR = 6 %
• f¨c = 300 kg/cm2
• Sc = 650 psi
• J = 2.5
MétodoAASHTO: M r (psi) = 1 5 0 0 × ( C B R ) = 1 5 0 0 × 6 =9000psi
El módulo de reacción de la sub rasante está relacionada con el módulo de resiliencia
Con estos datos utilizamos en 
nomograma AASHTO para el 
diseño estructural depavimento.
∆PSI = 2
K = 9000 psi / 19.4 = 464 pci
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Características delconcreto
Ec = 5 7 0 0 0 4267 = 3.72 ×
106psi
Sc = 650 psi
J = 2.5
¨Parámetros para dimensionar el
espesor del concreto de cemento
portland
El módulo de elasticidad Ec del concreto de cemento Portland se estima 
utilizandola ecuación de ACI:
Ec = 57000 ƒ ′c psi = 4730 ƒ ′c MPa
ƒ ′c =300 kg/cm2 ƒ ′c = 4267 psi
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Coeficiente de drenajeCd
Cd = 0.90
Como se estima que el agua tarda aproximadamente una 
semana en drenarse desde el interior del pavimento, y
que la estructura del pavimento será expuesta a niveles 
de humedad que se acercan a la saturación, el 30% del 
tiempo de vida de servicio
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ESTRUCTURACIÓN DEL PAVIMENTO RÍGIDO AASHTO‐93
W18 =2.0 × 106
R= 99%
S0 =0.49
k= 464pci
∆PSI = 2
Ec = 3.72 × 106psi
Sc = 650psi
J = 2.5 
Cd = 0.90
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W18 =2.0 × 106
R= 99%
S0 =0.49
k= 464pci
∆PSI = 2
Ec = 3.72 × 106psi
Sc = 650psi
J = 2.5 
Cd = 0.90
D = 8.5" =
21.6cm
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CARACTERÍSTICAS Y TIPOS DE PAVIMENTOS RÍGIDOS
Hay tres tipos convencionales de pavimentos de concreto: 
Pavimento de concreto liso (JPCP),
Pavimento de concreto reforzado (JRCP),
Pavimento de concreto continuamente reforzado (CRCP).
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CARACTERÍSTICAS Y TIPOS DE PAVIMENTOS RÍGIDOS
Hay tres tipos convencionales de pavimentos de concreto: 
Pavimento de concreto liso (JPCP). Más comunes y
económicos. Pavimento de concreto reforzado o concreto 
armado (JRCP), Pavimento de concreto continuamente
reforzado (CRCP).
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CARACTERÍSTICAS Y TIPOS DE PAVIMENTOS RÍGIDOS
Pavimento de concreto liso (JPCP). son el tipo más común de pavimentos rígidos 
debido a su costo y simplicidad.
➢Las juntas de contracción generalmente se construyen cada 12‐20 pies de separación para
controlar el agrietamiento de la losa central.
➢En JPCP,no se usa ningún refuerzo de losa excepto por barras de pasador colocadas en 
uniones transversales o barras de unión en las juntas longitudinales.
➢Los pasadores se utilizan para la transferencia de carga a través de las juntas 
transversales y permiten que las juntas se muevan a lo largo del eje longitudinal del 
pasador. Por el contrario, las barras de unión mantienen unidas las juntas longitudinales.
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CARACTERÍSTICAS Y TIPOS DE PAVIMENTOS RÍGIDOS
Los pavimentos de concreto armado (JRCP) son similares a JPCP,excepto por las 
losas más largas y el refuerzo de luz añadido en la losa.
➢El espaciamiento de las juntas suele ser de 25‐40 pies, aunque se han utilizado 
espaciamientos de juntas de 100 pies (Huang, 2004).
➢Para las losas más largas y el espaciamiento de las juntas, se recomiendan los 
pasadores ya que las aberturas de las juntas serán más anchas y el enclavamiento 
agregado no será efectivo para la transferencia de carga a través de la junta.
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CARACTERÍSTICAS Y TIPOS DE PAVIMENTOS RÍGIDOS
Los pavimentos de hormigón armado continuo (CRCP) son losas de concreto 
fuertemente reforzado sin juntas de contracción.
➢Las grietas finas ocurren en CRCP pero no son una preocupación para el rendimiento del 
pavimento (Huang,2004).
➢Este patrón de fisuración característico consiste en grietas típicamente espaciadas cada 
2.0‐8.0 pies.
➢La cantidad de acero de refuerzo utilizado en la dirección longitudinal es típicamente del 
0,6% ‐0,8% del área de la sección transversal del concreto.
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Valores de J
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Diseñe un pavimento rígido, que tendrá 15 cm de subbase granular
que cumpla las especificaciones técnicas requeridas en normas
peruanas. La subrasante tiene un CBR promedio de 16.5% al 100%
MDS y 0.1” de penetración. La Serviciabilidad inicial es de 4.5 y la
serviciabilidad final es 2.0. La pérdida de soporte es 1. La
resistencia del concreto será de 245 kg/cm2, el Módulo de rotura a
flexión de 47 kg/cm2. La transferencia de carga J=2.8. El Trafico
4.67x10^6. Confiabilidad 90%, So=0.40
EJERCICIO
GRACIAS