Metodo diseno-estructural-pavimento-adoquines

Diseño Estructural de Pavimento de Adoquines
Diseño: PJCM / EICG – Presentación: PJCM

DISEÑO ESTRUCTURAL DE PAVIMENTOS URBANOS CON ADOQUINES DE CONCRETO

MÉTODO DE DISEÑO
El método de Diseño empleado para el Proyecto es el sugerido en el Anexo F de la Norma
Técnica CE. 010 para Pavimentos Urbanos del Ministerio de Vivienda, Construcción y
Saneamiento.
El procedimiento de diseño está basado en la Guía ASSHTO para el diseño de estructuras de
pavimento.
Procedimiento que considera la distribución de cargas y modos de fallas del pavimento con
adoquines, con un comportamiento similar a los que ocurren en pavimentos flexibles.

Por lo tanto, la metodología empleada para el diseño sigue los lineamientos de una estructura
de pavimento flexible, como lo indica el reglamento.

MÉTODO DE DISEÑO DE ESTRUCTURA DE PAVIMENTO FLEXIBLE – AASHTO

⎡ ΔPSI ⎤
Log10 ⎢
⎣ 4.2 − 1.5 ⎥ + 2.32 * Log ( MR) − 8.07

Log10 (W18 ) = Zr * So + 9.36 * Log10 ( SN + 1) − 0.20 +
⎦
10
1094
0.4 +
( SN + 1) 5.19

donde:

W18   Número proyectado de carga equivalente de 18 kip (18000 lb) de aplicación de carga
axial simples (ESAL)
Zr   Desviación estándar normal
So   Error estándar combinado del tráfico proyectado y del comportamiento proyectado.
∆PSI Diferencia entre índice de serviciabilidad inicial (Po) y el índice de serviciabilidad
terminal (Pt)
Mr   Módulo Resiliente (psi)
SN Número estructural indicativo del espesor total del pavimento requerido

INGRESO DE DATOS:

NIVEL DE CONFIANZA (R) R 95
Zr ‐1.645

PROBABILIDAD So So 0.45

ÍNDICE DE SERVICIALIDAD (PSI) Al inicio de la Obra 4.20
Al término de la Obra 2.25

PSI 1.95

EJES DE CARGA EQUIVALENTE (ESAL) W18 494,720

MÓDULO RESILIENTE (Mr) CBR 20
Mr 19,307.36

______________________________________________________________________________________________
MEJORAMIENTO DE PISTAS Y VEREDAS EN EL CENTRO HISTÓRICO DE LA CIUDAD DE HUAMANGA – SECTOR CENTRAL


VALOR N DE EJES PROYECTADOS

Año de evaluación del tráfico: 2009 Años de trámites:   1
Año de elaboración del estudio: 2011 Al 1er año de servicio:   2012

DETALLE LIGEROS URBANO CARGA (C3) IMD acum.
IMDi 833 143 11 987
FDi 0.0003 0.1267 2.2388

EJES EQUIVALENTES EE = IMDi * Fdi IMD acum.
EE al 2009 0.2499 18.1181 24.6268 43

TASAS (r) 4.1 4.1 4.1

ACTUALIZACIÓN EE (2009) = EE (2003) * (1+ r)^n IMD acum.
EE al 2011 0.2708 19.6342 26.6876 47

servicio AÑO (i) N = 365 * (EE 2009) * ((1+r)^n‐1)/r IMD acum. N
0 2012 98.85 7,166.50 9,740.97 17,006.32 1.7E+04
5 2017 657.30 47,654.85 64,774.26 113,086.41 1.1E+05
10 2022 1,340.01 97,152.41 132,053.19 230,545.61 2.3E+05
15 2027 2,174.63 157,663.84 214,302.60 374,141.07 3.7E+05
20 2032 3,194.97 231,639.88 314,853.60 549,688.45 5.5E+05

donde: N   Número de ejes equivalentes acumulados
IMD Índice Medio Diario
FD Factor Destructivo
∆PSI Diferencia entre índice de serviciabilidad inicial (Po) y el índice de
serviciabilidad terminal (Pt)
Mr   Módulo Resiliente (psi)
SN Número estructural indicativo del espesor total del pavimento
requerido
r Tasa de crecimiento
n Periodo de diseño
EE Ejes equivalentes informados o actualizados

CANTIDAD PRONOSTICADA DE REPETICIONES DEL EJE DE CARGA EQUIVALENTE DE 18 KIPS
PARA EL PERIODO ANALIZADO (ESAL = W18)

NÚMERO DE PORCENTAJE PARA
W18 = DD x DL x EAL = 494,719.60 LÍNEAS EN CADA EJES DE 8.2 TN EN
DIRECCIÓN CADA DIRECCIÓN
1 100
EAL:   Número de ejes equivalentes a 8.2 tn en el periodo de diseño 2 80 ‐ 100
DD:   Distribución direccional crítica (50% del tránsito a cada dirección) 3 60 ‐ 80
DL: Factor de Distribución por carril 4 50 ‐ 60

______________________________________________________________________________________________


DESVIACIÓN ESTÁNDAR NORMAL (Zr)

Cofiabilidad R en Desviación estándar normal
porcentaje Zr
90 ‐1.282
92 ‐1.405
93 ‐1.476
95 ‐1.645
Valores de la desviación estándar normal, Zr, correspondiente a los niveles de confiabilidad

Nivel de confiabilidad R, recomendado
Clasificación funcional
URBANA RURAL
Colectoras 80 ‐ 95 75 ‐ 95
Locales 50 ‐ 80 50 ‐ 80
valores sugeridos de confiabilidad de acuerdo a la clasificación funcional del camino

MÓDULO RESILIENTE (Mr)
1
( BCR / 0.0624) 1.176

Mr ( psi ) =
0.007

NÚMERO ESTRUCTURAL INDICATIVO DEL ESPESOR TOTAL DEL PAVIMENTO REQUERIDO (SN)

Memoria de cálculo:

K1 = Log10 (W18 ) − Zr * So + 0.20 + 8.07
J1 = 9.36 * Log10 ( SN + 1)

⎡ ΔPSI ⎤
K 2 = Log10 ⎢ K2
⎣ 4.2 − 1.5 ⎥
⎦ J2 =
1094
0.40 +
K 3 = 2.32 * Log10 ( Mr ) ( SN + 1) 5.19

K2
K1 − K 3 = 9.36 * Log10 ( SN + 1) +
1094
0.40 +
( SN + 1) 5.19

K1 − K 3 = J 1 + J 2

Determinación de las constantes:

K1 K2 K3 K1 ‐ K3
14.70460912 ‐0.141329153 9.94287709 4.761732029

______________________________________________________________________________________________


ITERACIÓN SN J1 J2 J1+J2 CONTROL
1 2.400 4.9746427 ‐0.061227 4.9134156 ‐0.1517
2 2.380 4.9506603 ‐0.059693 4.8909676 ‐0.1292
3 2.350 4.9144194 ‐0.057432 4.8569871 ‐0.0953
4 2.320 4.8778525 ‐0.055222 4.8226304 ‐0.0609
5 2.300 4.8532905 ‐0.053777 4.7995138 ‐0.0378
6 2.280 4.8285792 ‐0.052354 4.7762252 ‐0.0145
7 2.260 4.8037167 ‐0.050954 4.7527627 0.0090
8 2.261 4.8049635 ‐0.051024 4.7539399 0.0078
9 2.262 4.8062098 ‐0.051093 4.7551168 0.0066
10 2.263 4.8074558 ‐0.051163 4.7562932 0.0054
11 2.264 4.8087014 ‐0.051232 4.7574692 0.0043
12 2.265 4.8099466 ‐0.051302 4.7586447 0.0031
13 2.266 4.8111914 ‐0.051372 4.7598198 0.0019
14 2.267 4.8124359 ‐0.051441 4.7609945 0.0007
15 2.2676 4.8131824 ‐0.051483 4.761699 0.0000

DIMENSIONADO DE LA ESTRUCTURA DEL PAVIMENTO

Transformación del SN a Capas Estructurales:

SN = a1D1 + a2 D2m 2 + a3D3m3

ai: coeficiente estructural de la capa i
Di: espesor de la capa i
mi: coeficiente de drenaje de la capa i

Coeficientes Estructurales:

COMPONENTE DEL PAVIMENTO OBSERVACIÓN ai
CAPA SUPERIOR
Carpeta concreto asfáltico tipo superior 0.17 /cm.
BASE
Base granular ‐ grava arenosa CBR = 80% 0.06 /cm.
SUB BASE
Grava arenosa CBR = 40% 0.045 /cm.

Coeficientes de Drenaje:

% del tiempo donde la estructura del pavimento está expuesta a humedad
Calidad Drenaje cercanos a la saturación
menos de 1% 1 ‐ 5% 5 ‐ 2 5% Más de 25%
Buena 1.35 ‐ 1.25 1.25 ‐ 1.15 1.15 ‐ 1.00 1.00
Regular 1.25 ‐ 1.15 1.15 ‐ 1.05 1.00 ‐ 0.80 0.80
Pobre 1.15 ‐ 1.05 1.05 ‐ 0.80 0.80 ‐ 0.60 0.60

______________________________________________________________________________________________


Números Estructurales:

SN diseño = 2.2676
SN requerido = 2.2676

Alternativa de Diseño:

a1 = 0.17 D1 = 6.7
a2 = 0.06 D2 = 20.0 m2 = 0.60
a3 = 0.045 D3 = 15.0 m3 = 0.60

ARPETA ASFÁLTICA
C 7.00 cm
ASE GRANULAR
B 20 cm, para un CBR de 80%
UB BASE
S 15 cm, para un CBR de 40%
           Espesor Total = 41.70 cm

CONVERSIÓN DEL MODELO DISEÑADO A UNA ESTRUCTURA DE PAVIMENTO SEMI‐
ARTICULADO DE ADOQUINES DE CONCRETO

Definición ‐ Pavimento de Adoquines
Pavimento formado, típicamente por una base granular, una capa o cama de arena de asiento,
los adoquines intertrabados de concreto, la arena de sello, los confinamientos laterales y el
drenaje, construido sobre una sub‐rasante de suelo preparado para recibirlo.
Dichos pavimentos se construyen de tal forma que las cargas verticales de los vehículos se
transmitan a los adoquines intertrabados adyacentes por corte a través de la arena de sello de
las juntas.

______________________________________________________________________________________________


TIPO DE PAVIMENTO
ELEMENTO ADOQUINES
95% de compactación:
Suelos granulares‐Proctor Modificado
Suelos cohesivos‐Proctor Estándar
SUB‐RASANTE
Espesor compactado:
≥ 250 mm ‐ Vias locales y colectoras
≥ 300 mm ‐ Vias arteriales y expresas
CBR ≥ 30%
SUB‐BASE 100% compactación Proctor Modificado
_________________________________________________
BASE CBR ≥80%
100% compactación Proctor Modificado
Imprimación/cama de apoyo Cama de arena, de espesor comprendido
entre 25 y 40 mm.
Vías locales ≥ 60 mm
Espesor de la capa
Vías colectoras ≥ 80 mm
de rodadura
Vías colectoras (380 kg/cm2)
Vías colectoras (380 kg/cm2)
Requisitos Mínimos para Pavimento de Adoquines ‐ Norma CE.010

Diseño de adoquines para tráfico vehicular
Se ha tomado la aproximación desarrollada por Knapton, Norma BS 7533 (Reino Unido ‐
publicación de 1992) – Guía para el Diseño Estructural de Pavimentos Construidos con
Adoquines de Concreto de Arcilla.
Este es uno de los pocos métodos de diseño disponibles en la actualidad y su principal virtud
radica en la sencillez de su aplicación. La metodología propuesta para la concepción y diseño
de pavimentos sigue los mismos principios del método de diseño para pavimentos en general,
pero se presenta al diseñador de una manera tal que le sea más práctica y directa para utilizar.

Espesores para pavimentos de adoquines de concreto para tráfico vehicular urbano

Capa de Rodadura de Adoquines
Las primeras investigaciones de Knapton dieron como resultado que una capa de rodadura de
adoquines 80mm de espesor y 40mm de arena tenía una capacidad de distribución de carga de
1.3 veces la de una capa de concreto asfáltico de 100mm. de espesor. Por ello, en países como
Colombia y Honduras trabajaban con factores de hasta 1.6; sin embargo, se ha reducido este
factor a una cifra más cercana a 1, con el fin de poder dar cabida a las imprecisiones de diseño,
de caracterización de los materiales y constructivas que se puedan presentar.

______________________________________________________________________________________________


Según este factor de 1, la equivalencia es de:
100mm de concreto asfáltico para adoquines de 60mm y capa de arena de 40mm
120mm de concreto asfáltico para adoquines de 80mm y capa de arena de 40mm

Espesores mínimos
Desde el punto de vista constructivo, se sugieren los siguientes espesores mínimos en función
de la capacidad portante de la subrasante o capa inferior, de acuerdo a la siguiente tabla:

Propuesta de Diseño
En nuestra alternativa de diseño, para un pavimento con un tráfico esperado de 20 años de
550,000 ejes estándar (vía colectora), se propone:

CAPA DE ADOQUINES   80mm
CAPA DE ARENA 40mm
ASE GRANULAR
B 200mm, para un CBR de 80%
UB BASE
S 150mm, para un CBR de 40%
           Espesor Total = 470mm  =  47.0 cm

Considerando los espesores mínimos acostumbrados para los materiales de base y sub‐base de
vías colectoras, de nuestro reglamento.

CONSIDERACIONES FINALES

Lo expuesto en el presente diseño para el cálculo del espesor de la capa de rodadura de
adoquines, se ha realizado de manera comparativa en función a la información recabada del
método de diseño de pavimentos de adoquines utilizados en el Reino Unido (Norma BS 7533),
que se fundamenta en pruebas de laboratorio con adoquines de 80mm de espesor con una
cama de arena de 40mm. Por lo que la propuesta se ciñe a dichos principios base.

Sin embargo, este no es el único método de diseño existente, ya que cada país tiene
desarrollado sus propios métodos; realidad con la que no contamos en la actualidad en
nuestro país, razón por la cual como se recomienda en nuestro reglamento hacemos

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BIBLIOGRAFÍA

• NORMA CE.010 – PAVIMENTOS URBANOS
Reglamento Nacional de Edificaciones ‐ RNE
Publicación Oficial / Lima, Perú – 2010

• DISEÑO DE PAVIMENTOS DE ADOQUINES DE CONCRETO PARA DIFERENTES
CONDICIONES DE TRÁFICO
Instituto Colombiano de Productores de Cemento – XI Simposio Colombiano sobre
Ingeniería de Pavimentos
Germán Guillermo Madrid Mesa – ICPC
Medellín, Colombia – Mayo, 2000.

• GUIDE FOR A STRUCTURAL DESING OF PAVEMENTS CONSTRUCTED WITH CLAY OR
CONCRETE BLOCK PAVERS
British Standard Institution
John Knaptpon
Londres, Reino Unido – 1992.

• GUIDE FOR DESIGN OF PAVEMENTS STRUCTURES
American Association of State Highway and Transportation Officials ‐ AASHTO
Edición 1993

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