Tabla IX.10. Factor de Erosión, Junta sin Pasajuntas - Acotamiento sin pavimentar

Tabla IX.9. Factor de Erosión, Junta con Pasajuntas – Acotamiento sin pavimento

PAVIMENTOS DE CEMENTO PORTLAND MÉTODO PCA-98 - CRITERIO DE EROSIÓN (III)

El concepto de este enfoque establece, que al tener configuraciones deformadas más pequeñas, una losa más delgada es más susceptible de ser fracturada, debido a su baja rigidez. De lo cual se deduce que: “para iguales solicitaciones p.ws, iguales velocidades de camiones pesados, más delgada sea la losa, mayor será la velocidad de trabajo desarrollada (o la potencia variará más rápidamente), en cm-kg/segundo”.
Al igual que en el Criterio de Fatiga la sumatoria de todos los consumos de todos los grupos de carga, relacionados con la erosión, no debe ser mayor a 100%.
La erosión que se presenta en las esquinas de las losas produce esfuerzos críticos, cuya magnitud está determinada, en mayor medida, por el tipo y la disposición de juntas. Por esta razón el método nos presenta tablas de diseño para las dos condiciones: juntas con pasajuntas, y juntas por fricción de agregado. Además toma en cuenta si el pavimento tiene o no acotamientos ligados.
En la tabla IX.9 se muestran los factores de erosión para el caso de pavimentos con pasajuntas y sin acotamientos, en la tabla IX.10 para el caso de juntas por fricción de agregado sin acotamientos.
En las tablas IX.11 y IX.12 se muestran los factores de erosión correspondientes a los pavimentos que tienen acotamientos ligados, también de concreto. Una vez determinado el factor de erosión, se procederá a determinar el número de repeticiones admisibles utilizando las figuras IX.3 y IX.4.
Los valores de las figuras ya están divididos entre C2, por lo tanto no es necesario multiplicar el número de repeticiones por C2, de acuerdo a la ecuación IX.1.

PAVIMENTOS DE CEMENTO PORTLAND MÉTODO PCA-98 - CRITERIO DE EROSIÓN (II)

El criterio de erosión establecido por este método, está basado en las correlaciones obtenidas en los tramos de prueba de la AASHTO, que demuestran que las fallas de los pavimentos de concreto están más relacionadas con las deflexiones excesivas y con los problemas de bombeo por erosión de la capa sub-base, que con los esfuerzos flexionantes. El cálculo de deflexiones mediante el método de elementos finitos se correlaciona mejor con las observaciones de los tramos de prueba, si las deflexiones calculadas “w” se multiplican por la presión calculada en la interfase losa-capa de apoyo. En el criterio de erosión se utiliza el concepto de “velocidad de trabajo” inducido por las cargas, que la PCA denomina “Potencia”. La potencia se define como la velocidad de trabajo con que una carga por eje deforma una losa.

Figura IX.4. Método PCA 1984, análisis por erosión - acotamiento pavimentado.

Figura IX.3. Método PCA 1984, análisis por erosión - acotamiento sin pavimento

Figura IX.2. Método PCA 1984, análisis por fatiga. Acotamiento con y sin pavimento.

PAVIMENTOS DE CEMENTO PORTLAND MÉTODO PCA-98 - CRITERIO DE EROSIÓN (I)

Además de limitar el número de repeticiones de las cargas, para evitar que los esfuerzos flexionantes ocasionen agrietamientos por fatiga, es necesario verificar que no se produzca erosión debajo de las losas. Esto ocurre cuando se reblandece la capa de apoyo o sub-base como consecuencia del ingreso de agua a través de las juntas y grietas, y cuando el suelo tiene un alto contenido de finos. Esta deficiencia se presenta principalmente en pavimentos sin pasajuntas.

PAVIMENTOS DE CEMENTO PORTLAND MÉTODO PCA-98 - CRITERIO DE FATIGA

Las curvas de diseño están elaboradas en función de las repeticiones permisibles y la relación de esfuerzos Si un grupo de cargas no consume la totalidad de fatiga permisible, el remanente estará disponible para los otros grupos, teniendo cuidado de que la sumatoria de todos los consumos de fatiga nunca sea mayor a 100%.
En este método los esfuerzos por fatiga se determinan en las orillas, de manera que los pavimentos sin acotamiento tendrán mayores concentraciones de esfuerzos; por este motivo la PCA presenta dos tablas para obtener los esfuerzos equivalentes, que resultan ser los esfuerzos de orilla multiplicados por un factor igual a 0,894.
Una vez obtenidos los esfuerzos equivalentes, la relación de esfuerzos se determina dividiendo estos esfuerzos entre la resistencia a la flexión. Posteriormente con ayuda de la figura IX.2 se obtienen las repeticiones admisibles, en función del módulo de ruptura a los 28 días. Esta figura incluye la solución de los dos casos, de pavimentos con y sin
pasajuntas.
En caso de que el número de repeticiones admisibles se ubique fuera de los límites de la gráfica, se asume que el número de repeticiones es ilimitado.

Tabla IX.8. Valores de K para sub-base de concreto asfáltico.

Tabla IX.7. Valores de diseño de K para bases tratadas con cemento.

Tabla IX.6. Efecto de las Sub-bases no tratadas sobre los valores de K.

Tabla IX.5. Valores de K para sub-base de suelo cemento.

PAVIMENTOS DE CEMENTO PORTLAND MÉTODO PCA-98 - MÓDULO DE REACCIÓN DE LA SUB-BASE

El soporte combinado de la sub-base y la subrasante produce un incremento en el módulo de reacción K, el cual depende del espesor adoptado de sub-base y de los materiales elegidos para su construcción, pudiendo ser sub-base granular sin tratar, o sub-base de materiales estabilizados. En las Tablas IX.4 a IX.8 se presentan los valores corregidos del módulo de reacción del terreno, para diferentes espesores y tipos de subbases.

PAVIMENTOS DE CEMENTO PORTLAND MÉTODO PCA-98 - MÓDULO DE REACCIÓN DE LA SUBRASANTE

La calidad del suelo que conforma la subrasante es un factor de relativa importancia en el diseño de espesores de un pavimento de hormigón. Esta, usualmente, se caracteriza por el módulo de reacción de la subrasante K, que representa la presión de una placa circular rígida de 76 cm de diámetro dividida por la deformación que dicha presión genera. Su unidad de medida es el kg/cm3. Si no es posible realizar el ensayo correspondiente, generalmente se calcula correlacionándolo con otro tipo de ensayo más rápido, tal como el ensayo CBR. Para fines prácticos se proponen las siguientes categorías de subrasante:

PAVIMENTOS DE CEMENTO PORTLAND MÉTODO PCA-98 - RESISTENCIA DEL CONCRETO

Al igual que el método AASHTO, el de la PCA utiliza la resistencia a la flexión a los 28 días. Es importante aclarar que en el caso del tránsito pesado no gobierna la resistencia del concreto sujeto a fatiga, si no es que el diseño está regido por el criterio de erosión.
En el caso de tránsito medio, el factor de resistencia solo influye en caso de que se usen pasajuntas en las juntas transversales. Finalmente en el caso de tráfico liviano el factor determinante para el diseño es la fatiga.
Generalmente el diseño de pavimentos de concreto se realiza utilizando la resistencia a la flexión a los 28 días, sin embargo se debe considerar que el concreto aumenta su resistencia con la edad, por ejemplo el incremento de resistencia de los 28 días a los 90 días puede ser de 1,13 a 1,25%. Por esta razón algunos proyectistas utilizan la resistencia a la flexión a los 90 días.

PAVIMENTOS DE CEMENTO PORTLAND MÉTODO PCA-98 - REPETICIONES PERMISIBLES DE LAS CARGAS

PAVIMENTOS DE CEMENTO PORTLAND MÉTODO PCA-98 - DAÑO ACUMULADO EN EL PERIODO DE DISEÑO

PAVIMENTOS DE CEMENTO PORTLAND MÉTODO PCA-98 - FACTORES DE SEGURIDAD:

Los factores de seguridad recomendados por el método se eligen de la tabla siguiente: