Introducción. (pavimento flexible)

Un pavimento debe ser diseñado de tal manera que las cargas impuestas por el tránsito no generen deformaciones permanentes excesivas. En el caso de los pavimentos flexibles estas deformaciones se producen en cada una de las capas. Los métodos de diseño de pavimentos descritos suponen que las deformaciones permanentes ocurren solamente en la subrasante. Sin embargo, en vías donde se construyen capas asfálticas delgadas o de baja rigidez (vías de bajo tráfico) las capas granulares soportan el esfuerzo aplicado casi en su totalidad y la magnitud de dichos esfuerzos puede llegar a generar valores altos de deformación permanente.

Por lo tanto, las metodologías de diseño deben comenzar a tener en cuenta las deformaciones que se producen en estas capas, y los modelos para predecir dichas deformaciones, deben ser capaces de reproducir el comportamiento de estos materiales bajo diversas trayectorias de carga cíclica y condiciones del medio ambiente

Diseño de pavimento flexibles.

Definición

Las metodologías de diseño de pavimentos flexibles son generalmente de carácter empírico o mecánico – empíricas. En el caso de los métodos empíricos se correlaciona el comportamiento de los pavimentos in situ, a través de observaciones y mediciones de campo, con los factores que causan los mecanismos de degradación en estas estructuras. Los factores más importantes son las cargas impuestas por el tránsito, las condiciones ambientales (principalmente temperatura y precipitación) a las cuales se encuentra sometida la estructura, el tipo de suelo o terreno de fundación (subrasante), la calidad de los materiales empleados y deficiencias durante el proceso constructivo. Todos estos factores son controlados y medidos durante las fases de estudio para correlacionarlos con los mecanismos de degradación y crear así el método de diseño.

Características.

Para cumplir con sus funciones los pavimentos deben tener varias características funcionales y estructurales, siendo las primeras las que afectan directamente la calidad del servicio que proporcionan al usuario de la vialidad, mientras que las segundas se refieren a las propiedades, sobre todo mecánicas de los materiales que conforman la estructura del pavimento.

Regularidad superficial: Está referida a las deformaciones, tanto longitudinales como transversales, con respecto a la superficie ideal. Provoca movimientos verticales en la suspensión de los vehículos y por lo mismo la que genera más incomodidad a los usuarios y a su vez la que más afecta a los costos de operación vehicular. Afecta también en la seguridad ya que las deformaciones pueden provocar descontrol al conductor además de dificultar el desalojo de agua de la superficie de rodamiento con lo cual se incrementa el riesgo de acuaplaneo.

Resistencia al derrapamiento: La textura de la superficie de rodamiento debe ser tal que aporte un coeficiente de fricción suficiente para la operación eficiente de los vehículos a la velocidad de proyecto de la vía aún en presencia de precipitaciones.

Drenaje superficial: La combinación de regularidad superficial, pendiente transversal y textura debe evitar que se presente una lámina de agua en la superficie del pavimento, ya que esta facilita el fenómeno de acuaplano además de que el rocío que generan las llantas de un vehículo al circular reducen a la visibilidad de los que lo siguen.

Reducir el ruido: El ruido es un problema ambiental que genera problemas serios en la salud, un pavimento bien diseñado y construido puede reducir el ruido de manera considerable el ruido que se percibe tanto en el interior de los vehículos como en su entorno.

Elementos que lo constituyen.

Una vez terminada las operaciones preliminares necesarias para la construcción de una obra vial, se procede a la descripción de los elementos que constituyen un pavimento como son:

Subrasante: Capa de la estructura del pavimento, que tiene como objetivo recibir las cargas de la base o sub-base y distribuirlas adecuadamente a las capas de pavimento subsecuentes. La función principal es proporcionar soporte al pavimento, por lo que resulta indispensable evaluar las propiedades de los suelos para llevar un control de calidad adecuado.

Subbase: Es la capa de estructura del pavimento destinada fundamentalmente a soportar, transmitir, y distribuir con uniformidad las cargas aplicadas a la superficie de rodadura del pavimento. Debe controlar los cambios de volumen y elasticidad puedan causar daños al pavimento; se coloca entre la subrasante y la capa de base, sirviendo como material de transición en los pavimentos.

Base: Es la capa de pavimento que tiene como función primordial, distribuir y transmitir las cargas ocasionadas por el tránsito, a la subbase y a través de ésta a la subrasante. Por ser la parte estructural más importante, sus materiales constitutivos deben ser de alta calidad para prevenir fallas a causa de la concentración de elevados esfuerzos debajo de la capa de rodadura.

Importancia.

El usuario aprecia la calidad y condición de servicio de una carretera de acuerdo a su estado superficial, seguridad de tránsito y economía en su operación. Todos estos factores han sido resumidos en un índice llamado “Índice de Servicio o de Serviciabilidad” (según la “pista de prueba” de la AASHTO).

Este Índice de Servicio (I.S.) mide las irregularidades superficiales, deterioro, grietas, ahuellamiento, etc.; defectos que dependen en forma relevante de la estructura del pavimento. La variación del óptimo Índice de Servicio (I.S.) hasta el valor más bajo tolerable por el usuario determina la vida útil del pavimento. Es así que una estructuración insuficiente acortará esta vida útil. Por otra parte, los diseños se proyectan para una duración de su estructura llamada horizonte o vida de diseño. Esta condición tampoco será cumplida en la realidad, si el diseño no representa en forma adecuada su entorno y parámetros solicitantes.

Esta situación quedará reflejada en una diferencia entre la vida útil y el tiempo de duración estimado en el proyecto.Al producirse un acortamiento de la vida útil, se habrá perdido a su vez los resultados obtenidos de los estudios de pre factibilidad y de priorización de la inversión que fueron determinados sobre la base de un diseño poco acertado.

Analizada la importancia del diseño estructural desde otro punto de vista, se recuerda que el costo total de una carretera es:

CT = Cconstr. + Cmant. + Coper ± Vr

Dónde:CT= Costo TotalCconstr.= Costo de ConstrucciónCmant. = Costo de ConservaciónCoper. = Costo de OperaciónVr. = Valor residual de la carretera después de la vida útil.

Se considera que el Costo de Operación es el 80% aproximadamente del total; a su vez el de Construcción con su mantención asociada es de un 10% y finalmente el Valor Residual utilizable es otro 10%. Estos porcentajes dependen del desarrollo del país. Así se tiene que en países desarrollados los valores de construcción y mantención no superan el 6% del costo total.

Esto significa que la construcción con un diseño poco eficiente, cuyo valor no es más allá de un 10% del total, habrá ocasionado un cuantioso daño a la economía nacional representada mayoritariamente por la pérdida en el Costo de Operación.

Utilización.

El procedimiento de diseño consiste en escoger una adecuada combinación de espesores de capas y características de materiales para que los esfuerzos y deformaciones causados por las solicitaciones a que se somete la estructura, permanezcan dentro de los límites admisibles durante la vida útil de la estructura que están constituyendo. En términos generales, con las leyes de fatiga de los materiales se puede encontrar las deformaciones, esfuerzos y deflexiones admisibles de los materiales y con la teoría de esfuerzo y deformación en una masa de suelo se encuentran las deformaciones, esfuerzos y deflexiones actuantes en la estructura de pavimento.

Teniendo en cuenta la gran capacidad de las herramientas computacionales actuales y con una adecuada caracterización delos materiales, se pueden programar las ecuaciones diferenciales para calcular los esfuerzos, deformaciones y deflexiones a las que está sometido el pavimento y la subrasante por acción de las cargas impuestas por el tránsito; en nuestro medio se tiene fácil acceso a programas, que realiza estos cálculos; obtenidos los esfuerzos, deformaciones y deflexiones pueden ser comparados con los límites admisibles obtenidos por medio de las leyes de la fatiga de losmateriales.

Con los valores de los módulos y espesores de las capas y empleando programas de computador que determinan las tensiones, deformaciones y desplazamientos se comprueba si la estructura del pavimento está bien dimensionada con las suposiciones hechas inicialmente, esto se denomina cálculo directo4; la solución a la que se llega de esta manera es única.

Cuando hay que estimar la capacidad estructural de un pavimento en servicio que está llegando al final de su período de diseño se recurre a medir el

desplazamiento vertical del pavimento (deflexión) bajo una carga estándar predeterminada; esta estimación se hace conociendo los espesores y las deflexiones en uno o en varios puntos donde se aplica dicha carga; con estas deflexiones y espesores se pueden determinar los valores correspondientes.

Ventajas y Desventajas.

Ventajas:

Resulta más económico en su construcción inicial y tiene un periodo de vida de entre 10 y 15 años.

Absorbe la humedad con facilidad. Dado tiene capas que pueden retener más el agua.

Resiste y distribuye adecuadamente las cargas producidas por el tránsito. Cuenta con la impermeabilidad necesaria y tiene resistencia a los agentes

atmosféricos. resiste a la acción destructora de los vehículos. resiste a la acción destructora de los vehículos y tiene la superficie de

rodamiento adecuada que permita en todo tiempo un tránsito fácil y cómodo de los vehículos.

Los métodos de dimensionamiento son muy diversos. Aumenta la vida útil, elimina agrietamiento por fatiga y disminuye la presión

sobre la subrasante; además de facilita el reciclaje.

Desventajas:

Requiere mantenimiento constante para cumplir con su vida útil. Las cargas pesadas producen roderas y dislocamientos en el asfalto y son

un peligro potencial para los usuarios. Las roderas llenas de agua de lluvia en estas zonas, pueden causar

derrapamientos, pérdida de control del vehículo y por lo tanto, dar lugar a accidentes y a lesiones personales.

El costo final de los pavimentos flexibles, considerando los mismos períodos que los pavimentos rígidos, es sustancialmente mayor.

Son frecuentes los baches, hundimientos y roderas. Ellos causan daños a los vehículos.

Las deformaciones y deterioros que sufren disminuyen comodidad y seguridad. La resistencia tiende a disminuir, principalmente en climas calientes.

Requiere mayores excavaciones, movimiento de tierras, y son más las capas a colocar.

Las acciones rutinarias de conservación y reparaciones frecuentes interrumpen el tráfico y hacen más costosa la carretera.

Superficie que pierde textura rápido, principalmente en condición húmeda.

Método de diseño AASHTO.

El actual método de la AASHTO, versión 1993, describe con detalle losprocedimientos para el diseño de la sección estructural de los pavimentos flexibles yrígidos de carreteras. En el caso de los pavimentos flexibles, el método estableceque la superficie de rodamiento se resuelvesolamente con concreto asfáltico ytratamientos superficiales, pues asume que tales estructuras soportarán nivelessignificativos de tránsito (mayores de 50,000 ejes equivalentes acumulados de 8.2ton durante el período de diseño), dejando fuera pavimentosligeros para tránsitosmenores al citado, como son los caminos revestidos o de terracería.

Método de diseño.

Los procedimientos involucrados en el actual método de diseño, versión 1993, estánbasados en las ecuaciones originales de la AASHO que datan de 1961, producto delas pruebas en Ottawa, Illinois, con tramos a escala natural y para todo tipo depavimentos. La versión de 1986 y la actual de 1993 se han modificado para incluirfactores o parámetros de diseño que no habían sido considerados y que sonproducto de la experiencia adquirida por ese organismo entre el método original y suversión más moderna, además de incluir experiencias de otras dependencias yconsultores independientes.El diseño está basado primordialmente en identificar o encontrar un “númeroestructural SN” para el pavimento flexible que pueda soportar el nivel de cargasolicitado. Para determinar el número estructural SN requerido, se involucran los siguientes parámetros:

El tránsito en ejes equivalentes acumulados para el período de diseño seleccionado.

El parámetro de confiabilidad.

La desviación estándar global.

El módulo de resiliencia efectivo, del material usado para la subrasante.

La pérdida o diferencia entre los índices de servicios inicial y final deseados.

Método venezolano.

Dentro del área de estudio del diseño de pavimentos, se distinguen dos vertientes fundamentales,el diseño de pavimentos para carreteras yel diseño de pavimentos para aeropuertos.

En el caso del pavimento flexible de carreteras, actualmente en Venezuela se aplica el MétodoAASHTO-93 y el Método MTC-83, y para el caso de pavimento flexible para aeropuertos seconoce el Método del CBR y el Método de la FAA.

En la experiencia de pavimentos diseñados y construidos en el país, el Método AASHTO-93 hatenido buena aceptación y aplicación. Éste método fue introducido por primera vez en 1962 comouna "guía provisional de diseño", y se perfecciona en los años 1972, 1981 y nuevamente en 1986;posteriormente en el año 1993, se actualiza el procedimiento de diseño de rehabilitaciones (perose mantiene igual al del año 1986).

En Venezuela el Método AASHTO -93 fue adaptado y validado para las condiciones particularesdel país por el Dr. Augusto Jugo, en el año 1997.Para el año 2002 se esperaba una nueva versión de este método, la cual sin embargo, solo fuedada a conocer a los profesionales de ésta área de investigación en el año 2004, y se espera queesté disponible como herramienta de diseño para el año 2015.

Conclusión. (pavimento flexible)

Un diseño de pavimento debe enfocarse a que el mismo preste el servicio requerido, optimizando los costos de manera que la solución propuesta sea rentable. El análisis de costos debe contemplar no solamente los costos de construcción, además de estos en dicho análisis deben incluirse los costos de conservación, los de operación vehicular y los costos de la reconstrucción del pavimento una vez que llegue a su vida útil, cuando se comparan diversas alternativas de pavimentación es necesario que los análisis comparativos se lleven más allá de la vida de proyecto de la opción de más larga duración, de manera que al hacer el estudio se incluya al menos una reconstrucción de esta alternativa.

Aunque en la práctica actual de las vías terrestres existe una gran gama de opciones de pavimentación, se identifican tres grandes familias de pavimentos para el tránsito vehicular, conforme a la manera en que se estructuran para resistir las cargas del tránsito y a su vez transmitir estas solicitaciones a las

terracerías.

Anexos

Unidad II

Diferencia entre pavimento flexible y rígidos.

Las diferencias en la concepción de los dos tipos principales de pavimento han forjado una necesidad natural de comparar ambos a fin de establecer cuál es el más adecuado para la gestión de infraestructura vial, de tal manera que permita optimizar los recursos disponibles brindando a los usuarios el mejor valor a cambio de las inversiones que se realizan.

De entrada podemos decir que no hay una solución perfecta, ambos sistemas tienen múltiples virtudes y ejemplos de buen funcionamiento y, dependiendo quién haga el análisis, características en los que son mejores que el competidor, pero también es innegable que ambos sistemas tienen algunos inconvenientes y que existen ejemplos donde el desempeño que se logra con ellos no ha sido el esperado.

Se hará a continuación un resumen de los atributos que a nuestro juicio tienen cada uno de ellos, relacionándolos con las características que deben tener los pavimentos.

Pavimento Flexible:

Regularidad: Con los nuevos equipos de transporte y tendidoes posible lograr acabados muy tersos, mediante tiros continuos sin juntas de construcción más que al inicio y fin de cada jornada. Sin embargo en la práctica todavía se aplica tecnología antigua, en la selección de materiales, en el diseño de las mezclas asfálticas como en los procesos constructivos lo que dificulta lograr buenos acabados, además estas mismas condiciones aunadas a deficiencias en el proyecto generan que algunos pavimentos flexibles presenten deformaciones plásticas prematuramente, afectando así las condiciones de durabilidad.

Resistencia al Derrapamiento y Drenaje Superficial: La resistencia al derrapamiento se da primordialmente por la textura de la capa de rodadura que permite proporcionar un buen coeficiente de fricción neumático pavimento y por un buen drenaje superficial que impida la formación de una lámina de agua sobre la superficie de rodamiento, evitando así el acuaplano. Sin embargo en la práctica nacional persiste la costumbre de emplear agregados locales por razones de costo inicial, aunque no tengan características adecuadas, además que las nuevas tecnologías de diseño y construcción de mezclas aún no están lo suficientemente extendidas.

Capacidad Estructural: En Venezuela tradicionalmente los pavimentos flexibles se han concebido para vidas de proyecto estimadas entre 10 y 15 años, sin embargo, errores en los proyectos, el empleo de materiales con calidad insuficiente, procesos de construcción obsoletos, control de calidad insuficiente, falta de control en los pesos vehiculares, entre otros factores han provocado que sea frecuente que los pavimentos no lleguen a la vida útil esperada.

Mantenimiento: Como cualquier obra de ingeniería civil los pavimentos flexibles requieren que las acciones de mantenimiento sean adecuadas y oportunas para que brinden un buen servicio durante la vida útil proyectada. Los equipos modernos de auscultación pueden proporcionar información abundante y precisa para observar las condiciones en que se encuentran, tanto en lo estructural como en lo funcional, así como la evolución de estas características. Los avances en la tecnología brindan una gama muy amplia de alternativas de mantenimiento, tanto con materiales de mejor calidad como en procedimientos más eficientes, adicionalmente los sistemas de gestión, alimentados con información adecuada pueden ser una herramienta muy valiosa para optimizar la aplicación de los recursos disponibles.

Pavimento Rígido:

Regularidad: Con equipos modernos de pavimentación se pueden lograr acabados muy buenos en los pavimentos de concreto hidráulico, además su gran capacidad estructural permite que se mantengan sin deformaciones de consideración a lo largo de su vida útil. Sin embargo la presencia de las juntas afecta de alguna manera a la regularidad. Por otra parte en calles y caminos secundarios es común encontrar tanto proyectos deficientes como procedimientos constructivos inadecuados, generando problemas de regularidad por agrietamientos, escalonamientos, rotura de losas, etc.

Resistencia al Derrapamiento y Drenaje Superficial: La textura en un pavimento de concreto de logra mediante un escobillado, por sus características el agregado grueso normalmente no queda expuesto al contacto con los neumáticos por lo que el aporte de la microtextura a la resistencia al derrapamiento, asimismo el aporte de la macro textura se da en la pasta (arena-cemento) del concreto, por la naturaleza del cemento portland es un material susceptible al pulido, por lo que la pérdida de resistencia al deslizamiento es relativamente rápida. Existen equipos de fresado con discos de diamante), que permiten, en acciones de mantenimiento, dar un nuevo texturizado a los pavimentos rígidos con problemas de derrapamiento. Por lo que hace al drenaje superficial al no ser susceptible a la formación de roderas un pavimento rígido bien construido permite un drenaje superficial muy eficiente.

Capacidad Estructural: En la práctica internacional es frecuente que los pavimentos de concreto hidráulico sean proyectados para vidas útiles de 40 a 50 años, en Venezuela son frecuentes las vidas de proyecto de 25 a 30 años. Un pavimento de concreto bien diseñado y construido, y con mantenimiento adecuado tiene capacidades estructurales excelentes, sin embargo puede presentar fallas prematuras por defectos de construcción, como sellado de juntas eficiente, aserrado a destiempo de las mismas, curado insuficiente o pasa juntas mal colocados, también puede ser afectado por el exceso de carga de los vehículos que circulan por la vía.

Mantenimiento: El mantenimiento que requiere un pavimento rígido es mínimo, pero no por ello deja de ser primordial, las juntas sin el sello

adecuado o agrietamientos no atendidos a tiempo, pueden provocar problemas de bombeo, despostillamientos y hasta rotura de losas. Es muy importante que el mantenimiento se haga con los materiales y las técnicas adecuadas, es común encontrar que a despostillamiento en juntas se les atiende colocando mezcla asfáltica, la cual se convierte en un obstáculo a la libre expansión de las losas al subir la temperatura provocando que el problema se incremente.

Jiménez Crucita C.I. 20645743