PAVIMENTOS DE CEMENTO PORTLAND MÉTODO PCA-98 - FACTOR DE CRECIMIENTO

El método de la PCA considera un crecimiento de tráfico constante, con un tránsitov promedio que corresponde a la mitad del periodo de diseño. En la tabla siguiente se registran los valores del factor de crecimiento para periodos de diseño de 20 y 40 años, y tasas de crecimiento anual del 1 al 6%.

PAVIMENTOS DE CEMENTO PORTLAND MÉTODO PCA-98 - FACTOR DE DISTRIBUCIÓN POR CARRIL

Es un factor que se utiliza para determinar el tránsito que corresponderá al carril de diseño, cuando la vía pavimentada sea diseñada con 2 ó más carriles por dirección. Los valores de este factor se pueden obtener de la figura IX.1.

PAVIMENTOS DE CEMENTO PORTLAND MÉTODO PCA-98 - DISTRIBUCIÓN DEL TRÁFICO DE ACUERDO A LOS EJES

Se considera el tránsito ordenado por rangos de cargas por eje, normalmente 2 kips (1 Ton) en el caso de ejes simples, de 2 y 4 kips (1 y 2 Ton) en ejes dobles. El número de pasadas de cada grupo de vehículos se representa en miles, tal como se muestra en el ejemplo de la Tabla IX.13. Se desprecian los vehículos livianos (camiones de cuatro llantas y en general los vehículos de 2 ejes).

PAVIMENTOS DE CEMENTO PORTLAND MÉTODO PCA-98 - TRÁNSITO

Representa el número de ejes que pasan por el carril de diseño, clasificado por tipo y carga por eje. Para su cálculo se toman en cuenta los parámetros siguientes:
- La distribución de pesos por eje, por cada 1.000 vehículos.
- Las tasas de crecimiento.
- Los factores de distribución del tránsito pesado en el carril de diseño.
Los valores del tránsito promedio diario anual T.P.D.A. deben ser afectados por el factor de distribución por carril, por el factor direccional y por el factor de crecimiento. Para el crecimiento del tráfico se usan los factores de crecimiento mostrados en la Tabla IX.3, teniendo en cuenta que el factor de crecimiento se ve afectado por:
a. Impacto de obra nueva: el tránsito se desviará a la nueva ruta, cuando se conozcan las facilidades y la seguridad que ofrece su pavimento.
b. Crecimiento normal de usuarios: que corresponde al crecimiento normal producido por el aumento de la población y del parque automotor.
c. Tránsito inducido: es el que se genera por la recomendación y la propaganda que realizan los usuarios regulares de la nueva carretera.
d. Tránsito nuevo generado: es el que se origina en la nueva redistribución del uso del suelo, producida por la construcción de la nueva vía.
Es conveniente tener en cuenta que no todos los componentes del tráfico crecen en la misma proporción, por ejemplo los vehículos livianos pueden crecer el doble de los camiones pesados de tres o más ejes, y que la tasa de crecimiento adoptada puede no mantenerse constante a lo largo de la vida de proyecto, lo cual podrá producir valores exagerados o irreales del tráfico de diseño.

PAVIMENTOS DE CEMENTO PORTLAND MÉTODO PCA-98 - FACTORES DE DISEÑO

a. Tránsito
b. Resistencia de diseño del concreto
c. Módulo de reacción de la subrasante
d. Tipo de acotamientos y juntas transversales
- Si el acotamiento está o no pavimentado
- Si existen pasajuntas
e. Periodo de diseño
f. Criterio de fatiga
g. Criterio de erosión

Tabla IX.2. Esfuerzo Equivalente [kg/cm²] acotamiento pavimentado

Tabla IX.1. Esfuerzo Equivalente [kg/cm²] acotamiento sin pavimentar

PAVIMENTOS DE CEMENTO PORTLAND MÉTODO PCA-98 (III)

POSICIONES CRITICAS DE LOS CAMIONES:

Solamente un pequeño porcentaje de camiones circula cerca al borde del carril externo de un camino, generalmente las llantas pasaran a una distancia de las orillas del carril, la cual de acuerdo a estadísticas de la PCA es de 60 centímetros. En el análisis se considera que el 6% del total de camiones pesados circula con la llanta externa cerca o sobre el borde del pavimento. A medida que la carga se aleja de los bordes los esfuerzos se reducen considerablemente, se incrementa la frecuencia de las pasadas permisibles, y disminuyen los esfuerzos y deflexiones del pavimento.

En el análisis por fatiga se consideran los esfuerzos para posiciones incrementales de carga hacia el interior de la losa. Mediante esta variación de posiciones se determina el factor de esfuerzo de orilla equivalente. Este factor cuando se multiplica por los esfuerzos de orilla da el mismo valor de consumo de fatiga producida por una distribución de posiciones de tránsito pesado.
En este método se utiliza el 6% como condición más crítica, para la repetición del tránsito pesado en las orillas. Este porcentaje sobre los bordes ocasiona el mismo deterioro que toda la distribución vehicular que circula en el carril de diseño.
En el análisis por erosión se utilizó también el 6%. Cuando el pavimento no cuenta con acotamientos, rige la condición más crítica en las esquinas, es decir el 6% del tránsito pesado. Cuando se proveen acotamientos, el remanente de tránsito del 94%, que circula hacia el interior de las losas será el que provoca la falla por deflexiones excesivas (erosión).

El porcentaje de consumo por erosión se calcula utilizando la siguiente ecuación:

PAVIMENTOS DE CEMENTO PORTLAND MÉTODO PCA-98 (II)

ESFUERZOS CRÍTICOS DE ORILLA:

Se producen cuando las cargas móviles se sitúan cerca al borde longitudinal del pavimento, relativamente lejos de las juntas transversales, por lo tanto éstas tienen poca influencia en los esfuerzos resultantes, los cuales serán independientes del mecanismo de transferencia de carga. La construcción de acotamientos ligados al pavimento reducirá considerablemente los esfuerzos resultantes en los bordes.

ESFUERZOS CRÍTICOS DE ESQUINA:

Cuando las cargas móviles se sitúan cerca de la junta transversal y del borde del pavimento, la transferencia de carga en la junta será la que determine, en mayor medida, los esfuerzos resultantes.

PAVIMENTOS DE CEMENTO PORTLAND MÉTODO PCA-98 (I)

El Método de Diseño de la Asociación del Cemento Portland de los Estados Unidos “PCA”, considera dos criterios de análisis, por fatiga y por erosión:

CRITERIO POR FATIGA:

Establece que los esfuerzos inducidos a las losas de hormigón deben mantenerse dentro de límites aceptables.

CRITERIO DE EROSIÓN:

Tiene la finalidad de controlar los efectos de la deflexión del pavimento en las zonas críticas, como orillas y esquinas, provocados por la erosión de la capa de apoyo en estos sectores, además de limitar el agrietamiento en zonas de juntas.
Un pavimento sometido a tráfico pesado puede fallar por fenómenos de bombeo (pumping), erosión de la base y escalonamiento de las juntas, antes que por la fatiga que produce la repetición de cargas.

PROBLEMA 2. Pavimento de hormigón para una autopista urbana.

PROBLEMA 1. Pavimento de hormigón simple para ruta colectora.