UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS

UAPU N I V E R S I D A D A L A S P E R U A N A S__________________________________________________________________________________________________________Escuela Profesional de Ingeniera CivilFilial Huancayo

AO DE LA INVERSION PARA EL DESARROLLO RURAL Y LA SEGURIDAD ALIMENTARIAUNIVERSIDAD ALAS PERUANAS

ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL

CATEDRATICO:

ARQ. DANTE MANSILLA VILLANUEVA

ALUMNOS:

COLLAO GAMARRA, Alberts HUAMAN LIZANA, Artemio HUARCAYA BASTIDAS, Yrvin REYNOSO BASTIDAS, Sidman

SEMESTRE:

IX

2013 HUANCAYO PERMAYO 2013

CATEDRA:

CALIDAD EN LA CONSTRUCCION

TEMA:

METRO HUANCA

DEDICATORIA:El presente trabajo lo dedicamos a aquellas personas quienes hacen posible la realizacin de este trabajo, brindndonos su apoyo incondicional da a da para ser profesionales de xito en este mundo laboral competitivo.

INTRODUCCIN

Un pavimento de concreto o pavimento rgido consiste bsicamente en una losa de concreto simple o armado, apoyada directamente sobre una base o subbase. La losa, debido a su rigidez y alto mdulo de elasticidad, absorbe gran parte de los esfuerzos que se ejercen sobre el pavimento lo que produce una buena distribucin de las cargas de rueda, dando como resultado tensiones muy bajas en la subrasante.

La construccin de un pavimento rgido puede incluir operaciones de explanacin; construccin de capas de subbase y/o base granulares o estabilizadas; fabricacin, transporte, colocacin y acabado del concreto.

Las operaciones referentes a la explanacin y a la construccin de capas granulares o estabilizadas, son idnticas al pavimento flexible.

PAVIMENTOS RGIDOS

El mtodo de diseo AASHTO, originalmente conocido como AASHO, fue desarrollado en los Estados Unidos en la dcada de los 60, basndose en un ensayo a escala real realizado durante 2 aos en el estado de Illinois, con el fin de desarrollar tablas, grficos y frmulas que representen las relaciones deterioro-solicitacin de las distintas secciones ensayadas.

A partir de la versin del ao 1986, y su correspondiente versin mejorada de 1993, el mtodo AASHTO comenz a introducir conceptos mecanicistas para adecuar algunos parmetros a condiciones diferentes a las que imperaron en el lugar del ensayo original.Se ha elegido el mtodo AASHTO, porque a diferencia de otros mtodos, ste mtodo introduce el concepto de serviciabilidad en el diseo de pavimentos como una medida en su capacidad para brindar una superficie lisa y suave al usuario.

En este captulo se desarrollar en forma concisa los conceptos bsicos sobre pavimentos rgidos, para tener una idea general de los tipos de pavimentos, as como de los principales elementos que conforman el pavimento de concreto como son: subbase, losa de concreto, juntas, selladores, tipos de pavimento, etc. Asimismo, se describir brevemente cada uno de los factores o parmetros necesarios para el diseo de pavimentos rgidos segn elmtodo AASHTO 93.

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 disean y construyen bajo los criterios de esfuerzo-deformacin y para soportar las solicitaciones externas durante un perodo de tiempo.

Tipos de PCH

1. Pavimentos de Concreto Hidrulico Simple (PCH S)

a) Sin elementos de transferencia de carga.

b) Con elementos de transferencia de carga.

2. Pavimentos de Concreto Hidrulico con Refuerzo de Acero (PCH RA)a) Con refuerzo de acero no estructural.b) con refuerzo de acero estructural.

3. Pavimentos de Concreto Hidrulico con Refuerzo Continuo (PCH RC)

4. Pavimentos de Concreto Hidrulico Pre o Postensado (PCH PP)

5. Pavimentos de Concreto Hidrulico Reforzado con Fibras (PCH RF) 1 PAVIMENTOS DE CONCRETO HIDRULICO SIMPLE:

El concreto asume y resiste las tensiones producidas por el trnsito y las variaciones de temperatura y humedad

a) Sin elementos de Transferencia de Carga

Aplicacin: Trfico 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 transmisin de carga.

b) Con elementos de Transferencia de Carga o Pasadores:Pequeas barras de acero, que se colocan en la seccin transversal, en las juntas de contraccin. Su funcin estructural es transmitir las cargas de una losa a la losa contigua, mejorando las condiciones de deformacin en las juntas, evitando los dislocamientos verticales diferenciales (escalonamiento).

Aplicacin: Trfico mayor de 500 Ejes Eq. de 18 Kips.

Un pavimento en servicio, se encontrar sujeto a continuos cambios de temperatura y humedad.

Esto se traduce en la generacin de gradientes de estos parmetros en la seccin de la losa que generan alabeos que se encontrarn restringidos por el peso propio de la losa.

TRANSFERENCIA DE CARGA

Las cargas de trnsito deben ser transmitidas de una manera eficiente de una losa a la siguiente para minimizar las deflexiones en las juntas. Las deflexiones excesivas producen bombeo de la subbase y posteriormente rotura de la losa de concreto.El mecanismo de transferencia de carga en la junta transversal entre losa y losa se lleva a efecto de las siguientes maneras:

Junta con dispositivos de transferencia de carga (pasadores de varilla lisa de acero) con o sin malla de refuerzo por temperatura.

Losa vaciada monolticamente con refuerzo continuo, (acero de refuerzo de varilla corrugada armada en ambas direcciones) no se establece virtualmente la junta transversal, tomndose en cuenta para el clculo del acero estructural la remota aparicin de grietas transversales.

Junta transversal provocada por aserrado cuya transferencia de carga se lleva a efecto a travs de la trabazn entre los agregados.La transferencia de cargas se puede definir usando deflexiones o tensiones en la junta. La transferencia de cargas por deformaciones es:

Se observa que una transferencia de cargas es nula, cuando la losa no cargada no experimenta ninguna deflexin, todo lo contrario sucede cuando hay una transferencia de cargas perfecta donde la deflexin de la losa no cargada es igual a la de la losa cargada.

La capacidad de una estructura de pavimento de concreto para transferir (distribuir) cargas a travs de juntas o grietas es tomado en cuenta en el mtodo AASHTO 93 por medio del coeficiente de transferencia de carga J. Los dispositivos de transferencia de carga, trabazn de agregados y la presencia de bermas de concreto tienen efecto sobre ste valor.

Establece rangos de los coeficientes de transferencia de carga para diferentes condiciones desarrolladas a partir de la experiencia y del anlisis mecanstico de esfuerzos.

Como se puede apreciar en esta tabla el valor de J se incrementa a medida que aumentan las cargas de trfico, esto se debe a que la transferencia de carga disminuye con las repeticiones de carga

El uso de bermas de concreto unidas o losas ensanchadas reducen las tensiones y deformaciones en una losa. Es por eso que se usan valores menores de J. La razn para tomar J menores en pavimentos con bermas de concreto unida es porque se supone que los vehculos no transitarn por la misma. Es necesario tener en cuenta que la zona crtica de la losa es la esquina y con esta premisa las cargas se alejan de ella, permitiendo una reduccin de espesores.

JUNTAS

La funcin de las juntas consiste en mantener las tensiones de la losa provocadas por la contraccin y expansin del pavimento dentro de los valores admisibles del concreto; o disipar tensiones debidas a agrietamientos inducidos debajo de las mismas losas.Son muy importantes para garantizar la duracin de la estructura, siendo una de las pautas para calificar la bondad de un pavimento. Por otro lado, deben ser rellenadas con materiales apropiados, utilizando tcnicas constructivas especficas. En consecuencia, la conservacin y oportuna reparacin de las fallas en las juntas son decisivas para la vida til de un pavimento.De acuerdo a su ubicacin respecto de la direccin principal o eje del pavimento, se denominan como longitudinales y transversales. Segn la funcin que cumplen se les denomina de contraccin, articulacin, construccin expansin y aislamiento. Segn la forma, se les denomina, rectas, machimbradas y acanaladas.

JUNTAS DE CONTRACCIN

Su objetivo es inducir en forma ordenada la ubicacin del agrietamiento del pavimento causada por la contraccin (retraccin) por secado y/o por temperatura del concreto. Se emplea para reducir la tensin causada por la curvatura y el alabeo de losas. Los pasadores se pueden usar en las juntas de contraccin para la transferencia de cargas, bajo ciertas condiciones. Sin embargo, se espera que la transferencia de cargas se logre mediante la trabazn entre los agregados.

JUNTAS DE CONSTRUCCIN

Las juntas de construccin separan construcciones contiguas colocadas en diferentes momentos, tales como la colocacin al final del da o entre fajas de pavimentacin. La transferencia de cargas se logra mediante el empleo de pasadores. Pueden ser transversales o longitudinales. En la figura se observan los diferentes tipos de juntas de construccin.

JUNTAS DE EXPANSIN O AISLACIN

Se usan para aislar pavimentos que se interceptan con la finalidad de disminuir los esfuerzos de compresin en stos, cuando se expanden por el aumento de temperatura.Tambin se utilizan para aislar estructuras existentes. En la figura se muestran los diferentes tipos de juntas de expansin.

SELLOS

La funcin principal de un sellador de juntas es minimizar la infiltracin de agua a la estructura del pavimento y evitar la intrusin de materiales incompresibles dentro de las juntas que pueden causar la rotura de stas (descascaramientos).

En la seleccin del sello se debe considerar su vida til esperada, el tipo se sell, tipo de junta, datos climticos y el costo de control de trnsito en cada aplicacin del sello, en todo el perodo econmico de anlisis. El tipo de junta es muy influyente en la seleccin del material de sello. Las juntas longitudinales entre pistas o en la unin berma-losa no generan las mismas tensiones sobre el sello que ejercen las juntas transversales, debido a que sus movimientos son considerablemente menores. Se podra optimizar enormemente el costo del proyecto considerando esto en la seleccin del sello.Todo material de sellos de juntas de pavimentos de concreto, deben cumplir con las siguientes caractersticas:

Impermeabilidad Deformabilidad Resiliencia Adherencia Resistencia Estable DurableFinalmente, el sellado se har antes de la entrega al trnsito y previa limpieza de la junta, con la finalidad de asegurar un servicio a largo plazo del sellador. Los siguientes puntos son esenciales para las tareas de sellado:

Inmediatamente antes de sellar, se deben limpiar las juntas en forma integral para librarlas de todo resto de lechada de cemento, compuesto de curado y dems materiales extraos.

Para limpiar la junta, se puede usar arenado, cepillo de alambre, chorro de agua o alguna combinacin de estas herramientas. Las caras de la junta se pueden imprimar inmediatamente despus de la limpieza.

Es necesario usar el soplado con aire como paso final de la limpieza.

Cabe mencionar que la limpieza solo se har | sobre la cara donde se adherir el sellador.

SELLOS LQUIDOS

La performance a largo plazo de este tipo de sello, depende de su capacidad de adhesin con la cara de la junta. Los sellos lquidos pueden ser de asfalto, caucho colocado en caliente, compuesto elastomricos, siliconas y polmeros. Los materiales son colocados en las juntas en forma lquida, permitindoseles fraguar.

Cuando se instalan los sellos lquidos es necesario el uso de un cordn o varilla de respaldo, la cual no debe adherirse ni al concreto ni al sellador ya que si esto sucede se induce tensin en el mismo. Tambin ayuda a definir el factor de forma y a optimizar la cantidad de sello a usar. El dimetro del cordn debe ser 25 % ms grande que el ancho del reservorio para asegurar un ajuste hermtico.

El factor de forma (relacin ancho/profundidad) del sellador es una consideracin muy importante a tener en cuenta, ya que si ste no es el adecuado, se pueden generar esfuerzos excesivos dentro del sello que acortan la vida til de ste. Un sellador con un factor de forma inferior a uno desarrolla menos esfuerzos que un sellador con un factor de forma mayor a uno.

SELLOS ELASTOMRICOS PREFORMADOS

La performance a largo plazo de este tipo de sello, depende de su capacidad de recuperacin a la compresin. Son sellos de neopreno extruido que tienen redes internas que ejercen una fuerza hacia fuera contra las caras de la junta. A diferencia de los sellos lquidos que experimentan esfuerzos de compresin y tensin, los sellos preformados solo se disean para esfuerzos de tensin.La profundidad y ancho del reservorio dependen de la cantidad de movimiento esperado en la junta. Como regla general, la profundidad del reservorio debe exceder la profundidad del sello preformado.Los reservorios de sellador por compresin estn conformados para proporcionar un promedio de compresin del sellador de un 25 % en todo momento. En la figura se observan los diferentes tipos de selladores.

FACTORES DE DISEO

El diseo del pavimento rgido involucra el anlisis de diversos factores: trfico, drenaje, clima, caractersticas de los suelos, capacidad de transferencia de carga, nivel de serviciabilidad deseado, y el grado de confiabilidad al que se desea efectuar el diseo acorde con el grado de importancia de la carretera. Todos estos factores son necesarios para predecir un comportamiento confiable de la estructura del pavimento y evitar que el dao del pavimento alcance el nivel de colapso durante su vida en servicio.

La ecuacin fundamental AASHTO para el diseo de pavimentos rgidos es:

Dnde:

W18 = Nmero de cargas de 18 kips (80 kN) previstas.

ZR = Es el valor de Z (rea bajo la curva de distribucin) correspondiente a la curva estandarizada, para una confiabilidad R.

S0 = Desvo estndar de todas las variables.

D = Espesor de la losa del pavimento en pulg.PSI = Prdida de serviciabilidad prevista en el diseo.

Pt = Serviciabilidad final.

'c S = Mdulo de rotura del concreto en psi.

J = Coeficiente de transferencia de carga.

Cd = Coeficiente de drenaje.

EC = Mdulo de elasticidad del concreto, en psi.

K = Mdulo de reaccin de la subrasante (coeficiente de balastro), en pci (psi/pulg).

Para una mejor descripcin de las variables, stas se han clasificado de la siguiente manera:

Variables de diseo.

Esta categora se refiere al grupo de criterios que debe ser considerado para el procedimiento de diseo.

Criterio de comportamiento. Representa el grupo de condiciones de fronteras especificado por el usuario, dentro del que un alternativa de diseo deber comportarse.

Propiedades de los materiales para el diseo estructural.

Esta categora cubre todas las propiedades de los materiales del pavimento y del suelo de fundacin, requeridas para el diseo estructural.

Caractersticas estructurales. Se refiere a ciertas caractersticas fsicas de la estructura del pavimento, que tienen efecto sobre su comportamiento.

VARIABLES DE DISEO

VARIABLES DE TIEMPO

Se consideran dos variables: perodo de anlisis y vida til del pavimento. La vida til se refiere al tiempo transcurrido entre la puesta en operacin del camino y el momento en el que el pavimento requiera rehabilitarse, es decir, cuando ste alcanza un grado de serviciabilidad mnimo. El perodo de anlisis se refiere al perodo de tiempo para el cual va a ser conducido el anlisis, es decir, el tiempo que puede ser cubierto por cualquier estrategia de diseo. Para el caso en el que no se considere rehabilitaciones, el perodo de anlisis es igual al perodo de vida til; pero si se considera una planificacin por etapas, es decir, una estructura de pavimento seguida por una o ms operaciones de rehabilitacin, el perodo de anlisis comprende varios perodos de vida til, el del pavimento y el de los distintos refuerzos.

Para efectos de diseo se considera el perodo de vida til, mientras que el perodo de anlisis se utiliza para la comparacin de alternativas de diseo, es decir, para el anlisis econmico del proyecto. Los perodos de anlisis recomendados son mostrados en la tabla

Gua AASHTO Diseo de estructuras de pavimentos, 1993.

TRNSITO

En el mtodo AASHTO los pavimentos se proyectan para que stos resistan determinado nmero de cargas durante su vida til. El trnsito esta compuesto por vehculos de diferente peso y nmero de ejes que producen diferentes tensiones y deformaciones en el pavimento, lo cual origina distintas fallas en ste. Para tener en cuenta esta diferencia, el trnsito se transforma a un nmero de cargas por eje simple equivalente de 18 kips (80 kN) ESAL (Equivalent Single Axle Load), de tal manera que el efecto daino de cualquier eje pueda ser representado por un nmero de cargas por eje simple.

La informacin de trfico requerida por la ecuacin de diseo utilizado en este mtodo son: cargas por eje, configuracin de ejes y nmero de aplicaciones.Para la estimacin de los ejes simples equivalentes (ESALs), se debe tener en cuenta los siguientes conceptos:

a) Factor equivalente de carga (LEF, por sus siglas en ingles)

La conversin se hace a travs de los factores equivalentes de carga (Fec), que es el nmero de aplicaciones ESALs aportadas por un eje determinado. As, el Fce es un valor numrico que expresa la relacin entre la prdida de serviciabilidad causada por la carga de un eje estndar de 18 Kips y la carga producida por otro tipo de eje.

Por ejemplo, la aplicacin de un eje simple de 12 kips causa un dao aproximadamente igual a 0.23 aplicaciones de una carga por eje simple de 18 kips, por lo tanto se necesitan cuatro aplicaciones de un eje simple de 12 kips para provocar el mismo dao (o reduccin de la serviciabilidad), que el de una aplicacin de un eje simple de 18 kips.

b) Factor camin (TF, por sus siglas en ingles)

El factor camin (FC) da una manera de expresar los niveles equivalentes de dao entre ejes, pero para el clculo de ESALs es conveniente expresar el dao en trminos del deterioro producido por un vehculo en particular, es decir los daos producidos por cada eje de un vehculo son sumados para dar el dao producido por ese vehculo. As nace el concepto de factor camin que es definido como el nmero de ESALs por vehculo.

El factor camin, puede ser computado para cada clasificacin general de camiones o para todos los vehculos comerciales como un promedio para una configuracin dada de trnsito, pero es ms exacto considerar factores camin para cada clasificacin general de camiones.

CONFIABILIDAD

La confiabilidad es la probabilidad de que el pavimento se comporte satisfactoriamente durante su vida til o perodo de diseo, resistiendo las condiciones de trfico y medio ambiente dentro de dicho perodo. Cabe resaltar, que cuando hablamos del comportamiento del pavimento nos referimos a la capacidad estructural y funcional de ste, es decir, a la capacidad de soportar las cargas impuestas por el trnsito, y asimismo de brindar seguridad y confort al usuario durante el perodo para el cual fue diseado. Por lo tanto, la confiabilidad esta asociada a la aparicin de fallas en el pavimento.

La confiabilidad (R) de un pavimento puede definirse en trminos de ESALs como:

R (%) = 100 P(Nt > NT)

Dnde:

Nt = Nmero de ESALs de 80 kN que llevan al pavimento a su serviciabilidad final.

NT = Nmero de ESALs de 80 kN previstos que actuarn sobre el pavimento en su Perodo de diseo (vida til).

Como Nt y NT tienen una distribucin normal, la diferencia entre ambas, tambin tendr una distribucin normal, como se puede apreciar en la figura 1.10.

Por lo tanto la probabilidad de falla es:

Pf = P (NT > Nt) = P (d < 0)

d = Nt NT

Ilustracin de los conceptos de probabilidad de falla y de confiabilidad*

Es fcil deducir que si el nmero de ESALs previstos es menor que el nmero de ESALs reales, la vida til del pavimento se acortar. Por lo tanto, la variabilidad en el diseo, en la construccin afecta en gran medida la bondad de un diseo, por ejemplo: La variacin en las propiedades de los materiales a lo largo del pavimento, produce como resultado una variacin en el desarrollo de fallas y rugosidades en ese pavimento.Las fallas localizadas en zonas dbiles, dan como resultado una disminucin en la vida til del pavimento.

La variacin de la ubicacin de los pasadores en las juntas y profundidad de colocacin de la armadura da como resultado una variacin en el desarrollo de fallas y rugosidades. La variacin entre los datos de diseo del pavimento y los reales puede significar un aumento o disminucin de la vida til del mismo.Es por esto que se necesario una variable (S0 Desviacin Estndar) que acote la variabilidad de todos stos factores dentro de unos lmites permisibles, con el fin de asegurar que la estructura del pavimento se comporte adecuadamente durante su perodo de diseo.

La desviacin estndar es la desviacin de la poblacin de valores obtenidos por AASHTO que involucra la variabilidad inherente a los materiales y a su proceso constructivo. En la se muestran valores para la desviacin estndar.

La Confiabilidad se requiere al nivel de probabilidad que tiene una estructura de pavimento diseada para durar a travs de anlisis. La confiabilidad del diseo toma en cuenta las posibles variaciones de trfico previsto, as 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 diseadas.