Pavimentos

UNIVERSIDAD AUTONOMA DEL ESTADO DE HIDALGO INSTITUTO DE CIENCIAS BSICAS E INGENIERA

INGENIERA CIVL

DISEO Y CONSTRUCCCIN DE PAVIMENTOS M.I. P. Estanislao Santander Pastn

[ESCRIBA TEXTO] [ESCRIBA TEXTO]2

Agosto de 2015 UNIDAD No. 1 Antecedentes histricos de los pavimentos.

Se dice que los egipcios fueron grandes ingenieros, ya que sus grandes obras de ingeniera as lo confirman. No es la excepcin la ingeniera de pavimentos, ya que existen vestigios de caminos pavimentados por los cuales arrastraban los bloques con los cuales construyeron sus grandes templos.

Dentro de las obras civiles de la cultura romana resaltan las calzadas romanas, se dice que una de las obras cumbre fueron; la gran red de calzadas que se

Construyeron por Tolomeo Filadelfo en los aos 300 antes de Cristo. En Mxico existen caminos actuales que fueros pavimentados por las culturas prehispnicas, que datan de los tiempos antes de Cristo como; las calles que se ubican dentro de los centros ceremoniales mayas; o la Calzada de los Muertos que se localiza en el centro arqueolgico de Teotihuacn. La etapa constructiva en nuestro pas en materia de caminos, se inicio en 1925, con las siguientes obras;

Mxico - Puebla, que despus se prolong a Veracruz y Oaxaca. Mxico - Pachuca, que despus llego hasta Nuevo Laredo, Tamaulipas. Mxico - Cuernavaca, continuando despus hasta Acapulco, Gro. Mxico - Toluca, prolongndose con posterioridad hasta Guadalajara, Jal.

En el ao de 1927, con el fin de reglamentar el proyecto y construccin de carreteras, se edit la primera versin de las especificaciones de caminos que hubo en Mxico, las cuales por ser en gran parte una adaptacin de las normas en vigor de uno de los estados de la Unin Americana, no resultaban adecuadas a nuestras condiciones y necesidades, por lo que en 1957, despus de diez aos de preparacin y estudio, se publicaron las primeras especificaciones generales de construccin , editadas por la "SCOP" , que constituyen la base y marcaron una etapa decisiva de la construccin de Mxico, ya que proporcionaron los recursos tcnicos requeridos para estas actividades, pero apegadas a la realidad de nuestro medio y aprovechando la muy valiosa experiencia de los ingenieros mexicanos.. Posteriormente y en forma continua se han estado revisando dichas normas para actualizarlas y hacerlas cada vez ms acordes con los alcances tecnolgicos de esta rea. En el ao 2000, el Instituto Mexicano del Transporte, emiti la primera edicin de la Normatividad Para la Infraestructura del Transporte, que son las especificaciones vigentes para las obras de la Secretara de Comunicaciones y transportes, las cuales se han complementado ao tras ao y en algunas normas se han actualizado en forma individual. A finales del siglo pasado un ingeniero norteamericano de nombre Mac Adam, clasifico un material granular en diferentes tamaos y lo coloco en un camino, depositando los tamaos ms grandes en la parte inferior y as sucesivamente hasta quedar las partculas ms pequeas en la parte superior. Con esto logro que las partculas gruesas dieran un mayor soporte al material y que las partculas finas proporcionaran una textura ms cerrada que da mayor confort a las ruedas de los carros, a lo que le dio el nombre del Mac Adam. Estableciendo unas sencillas especificaciones y procedimientos para su construccin. Por ello a Mac Adam se le asigno la Existen varias definiciones de lo que es un pavimento, ya que cada texto maneja su propia definicin, pero todas las existentes consideran los elementos bsicos con los cuales debe cumplir un pavimento. Una definicin sencilla de pavimento, que involucra las caractersticas del mismo, sera la siguiente "Es una estructura constituida por una o varias capas de materiales seleccionados, que tienen por objeto permitir y soportar el trnsito de vehculos, en forma cmoda, segura y eficiente, con un costo mnimo.


Caractersticas de los pavimentos El pavimento deber de cumplir con las siguientes caractersticas:

a) Ser estable ante los agentes del intemperismo, b) Ser resistente a la accin de las cargas impuestas por el trnsito. c) Tener textura apropiada al rodamiento de vehculos. d) Ser durable. e) Tener condiciones adecuadas en lo referente a permeabilidad.

f) Ser econmico. De acuerdo a los esfuerzos que influyen en el conjunto de capas de un pavimento y a su comportamiento ante la presencia de cargas se pueden clasificar a los pavimentos en dos grandes grupos: flexibles y rgidos. Los pavimentos flexibles han sido los ms empleados en Mxico debido a la aparente abundancia de petrleo en nuestro pas, ya que la capa ms flexible es la carpeta que est construida con un material ptreo estabilizado con un producto asfltico, que es un producto derivado del petrleo. Debido a la flexibilidad que tienen las capas de este pavimento, sus teoras de diseo, se fundamentan en la teora de esfuerzo deformacin. Por su parte los pavimentos rgidos- hasta la dcada de los noventas han tenido su mayor construccin en Mxico. Este tipo de pavimentos, est constituido por una losa de concreto hidrulico que absorbe la mayor parte de los esfuerzos debido a su alta rigidez. Por lo que las teoras de diseo, se fundamentan en el mdulo de reaccin del concreto hidrulico. Comportamiento de los pavimentos Las caractersticas superficiales de los pavimentos son las relacionadas con las capas de rodamiento. Su importancia deriva de la influencia que tienen en la funcionalidad de la carretera. Su duracin depende del proyecto inicial, de los materiales empleados, de la calidad de construccin y del, Desgaste o deterioro ejercido por el trnsito y los factores cismticos, entre otros. Todos los pavimentos de las carreteras sufren un proceso de degradacin bajo la accin del trnsito, resultando este proceso ms lento, si el pavimento est bien diseado y bien construido. Por otro lado, los cambios trmicos diarios y estacionales, la humedad, la insolacin y el rgimen de lluvias originan modificaciones en los materiales de la capa de rodamiento con tendencias a la fragilizacin y a la prdida de calidad. Durante el periodo de servicio, un pavimento se deteriora de formas diferentes. La aptitud de reparto de cargas y de resistencia a las deformaciones y a la fisuracin, bajo la accin repetida de cargas del trnsito, causa defectos en la superficie del pavimento, tales como fisuras, agrietamiento, roderas o deformaciones y otros. Si no se detiene a tiempo la degradacin, puede llegar a resentirse la estructura total del pavimento, lo que obligar a una reconstruccin Las propiedades superficiales de un pavimento deben mantenerse en condiciones aceptables durante la vida de la carretera. El deterioro de estas caractersticas es a veces independiente de la falla estructural del pavimento; de esta manera hay que prever acciones sobre la carretera tendientes nicamente al mantenimiento de las caractersticas superficiales. Las caractersticas superficiales Interesan al usuario de la infraestructura carretera, ya que de ellas depende, en gran medida, su seguridad, comodidad de circulacin, tiempo de recorrido y los costos de operacin. En el medio urbano, estas caractersticas interesan incluso a los habitantes del lugar. Adems de que existen diversos factores que afectan la seguridad al transitar por un camino (tipo y condiciones mecnicas de vehculo, estado de los neumticos, conductor, factores ambientales, caractersticas geomtricas del


camino, sealamiento, etc.), la superficie de una carretera debe reunir ciertas caractersticas que minimicen el riesgo de que sea el estado del pavimento una de las causas que provocan accidentes. Se pueden citar algunas caractersticas superficiales de los pavimentos Regularidad superficial Resistencia al deslizamiento o derrapamiento Resistencia al rodamiento Influencia del contacto neumtico-pavimento en el consumo de combustible Propiedades reflexivas y de color Resistencia al ataque de aceites y combustibles Drenaje superficial y permeabilidad Ruido de contacto neumtico-pavimento Proyeccin de agua al paso de los vehculos Estas caractersticas influyen sobre los diversos aspectos relativos a la funcionalidad de las carreteras, siendo- los ms notables:

Seguridad Confort Costos de operacin Dinmica de los vehculos.

Las exigencias de los usuarios de las carreteras van aumentando en forma continua y lo que ahora se considera de calidad excepcional puede evaluarse dentro de un cierto tiempo como de calidad media. Como resultado de la comparacin con mejores pavimentos, se advierte ya una cierta presin sobre los ingenieros responsables de la construccin, conservacin y operacin de las carreteras, principalmente en lo referente a las autopistas de cuota en el pas Tipos de pavimentos Pavimentos flexibles Los pavimentos flexibles estn formados por una serie de capas (seccin estructural) constituidas por materiales con resistencia y deformabilidad decreciente con la profundidad, de modo anlogo a las disminucin de la presiones transmitidas desde la superficie. La carpeta asfltica es la parte superior del pavimento, soporta directamente las solicitaciones del trnsito y aporta las caractersticas funcionales de la carretera. Estructuralmente, absorbe los esfuerzos horizontales y parte de los esfuerzos verticales Debido al comportamiento viscoelastoplstico de las mezclas asflticas, el paso de la carga, especialmente en condiciones de altas temperaturas o bajas velocidades, va produciendo una acumulacin de deformaciones de tipo plstico, Si la Mezcla asfltica no tiene las caractersticas reolgicas adecuadas, puede darse incluso una verdadera fluencia del material. Este fenmeno tiene su manifestacin ms tpica en las denominadas roderas, que son deformaciones plsticas longitudinales que se pueden llegar a producir en determinadas zonas de rodamiento de los vehculos pesados o por la canalizacin excesiva del trnsito. En ocasiones, el fenmeno de deformaciones plsticas se pone de manifiesto mediante ondulaciones o resaltos transversales. Esto puede ocurrir en zonas en las que los esfuerzos tangenciales son muy fuertes (zonas de desaceleracin, paradas ante semforos o topes, etc.)


Pavimentos rgidos En los pavimentos rgidos, la losa de concreto hidrulico es la capa de mayor responsabilidad estructural y funcional; las capas inferiores del pavimento tienen por misin asegurar un apoyo uniforme y estable para la losa (Figura 2). La rigidez de la capa de concreto hidrulico supone que el pavimento es resistente a elevadas presiones de contacto de los vehculos pesados. Por ello estos pavimentos no pueden sufrir roderas viscoplsticas, incluso en condiciones severas de trnsito pesado, intenso y con elevadas temperaturas Por otra parte, las tensiones verticales originadas por las cargas se distribuyen ampliamente en la base de apoyo de la losa, de modo que la tensin mxima transmitida es slo una fraccin pequea de la mxima presin de contacto. La resistencia al deslizamiento se consigue empleando una capa de arena silcica y dando al concreto fresco una textura superficial adecuada, mediante el arrastre de una arpillera y por cepillado, estriado, ranurado, etc. La macro textura debe ser rugosa para altas velocidades de circulacin y puede ser ms lisa para velocidades moderadas o bajas El tipo de textura influye en el ruido producido en el rodamiento, percibido tanto dentro como fuera de los vehculos. En la regularidad superficial obtenida influyen factores tales como la puesta a punto de la pavimentadora, la homogeneidad del concreto, el camino de rodamiento de la maquinaria, los elementos de guiado y la regularidad de la puesta en obra (Figura 3). La retraccin inicial del concreto hidrulico y las variaciones de volumen hacen necesaria la disposicin de juntas para evitar la aparicin aleatoria de fisuras en el pavimento, muchas de las cuales se despostillan bajo la accin directa del trnsito; al propio tiempo, las fisuras ms abiertas permitirn la entrada de agua y se puede presentar el fenmeno de bombeo, el cual, con la expulsin de partculas finas de las capas inferiores hacia la parte superior del pavimento, puede llegar a generar problemas serios, pues algunos bloques pueden quedar inestables. Por otro lado, tambin son necesarias las juntas para facilitar el alabeo de las losas debido a los gradientes trmicos. Esta solucin de continuidad del pavimento no debe afectar, sin embargo a las cualidades estructurales y funcionales. Es necesario asegurar con las juntas una cierta transmisin de cargas de una losa a la siguiente y evitar un escalonamiento durante el periodo de servicio. En todo caso las juntas deberan ser imperceptibles para los usuarios El concreto hidrulico aumenta su resistencia con el tiempo y si la concepcin del pavimento ha sido correcta, su ndice de servicio disminuye ms lentamente que el que presentan pavimentos con carpeta asfltica. Otras caractersticas que reciben cada vez ms atencin por razones de seguridad y economa, son las propiedades pticas reflejantes de los pavimentos. El color claro de la superficie seca del concreto hidrulico proporciona una mejor visibilidad nocturna, lo que se traduce en un aumento en la seguridad de operacin. rea de contacto, presin de contacto y tiempo de carga La caracterizacin de las solicitaciones producidas por el trnsito sobre una infraestructura carretera es bastante compleja, debido no slo a la variabilidad de los distintos vehculos existentes, sino tambin a las interacciones vehculo - pavimento que producen fenmenos con solicitaciones adicionales a las propias cargas estticas del trnsito. Para dicha caracterizacin se pueden estudiar independientemente los siguientes aspectos: a) Forma geomtrica de cada solicitacin sobre el pavimento, rea de contacto y reparto de presiones sobre la misma. b) Velocidad de los vehculos y el tiempo de solicitacin en un punto, c) Magnitud de las cargas segn la composicin del trnsito (tipos de ejes que circulan).


d) Estado tensional que producen las cargas, en funcin de la magnitud y tipologa (verticales, tangenciales, fenmenos de impacto, etc.) y las caractersticas de las capas del pavimento Los neumticos de los vehculos se apoyan sobre el pavimento produciendo una huella de forma distinta para cada tipo de neumtico, presin de inflado, carga por rueda, velocidad y estado de la superficie. Cuando estn en movimiento, adems de variar la forma de la huella, aparecen solicitaciones distintas a las verticales, que son las que existen cuando el vehculo est detenido o con movimiento uniforme: aparecen esfuerzos horizontales debidos al rozamiento y a las cambios de trayectoria, succiones de agua contenida en la seccin estructural y esfuerzos verticales de impacto por efectos del movimiento del vehculo y las irregularidades de la carretera. La distribucin de presiones dentro del rea de contacto no es uniforme. Aunque las presiones, localizadas pueden tener importancia en la aparicin de los deterioros, suele admitirse la hiptesis de que es suficiente considerar una presin de contacto media igual al cociente de la carga de la rueda y la superficie del rea de contacto aparente. Esta presin no es idntica a la de inflado del neumtico, pero la mayora de los fabricantes proporcionan bacos o tablas que relacionan las dos cuando el vehculo est detenido, dependiendo del tipo de neumtico. Los efectos dinmicos de los vehculos en movimiento se transforman en impactos y vibraciones en los que intervienen el estado superficial del pavimento y del tipo de suspensin del vehculo. En general, los vehculos en marcha transmiten al neumtico una carga de magnitud variable, segn el movimiento oscilatorio de la masa suspendida, cuya frecuencia vara con la velocidad y tipo de pavimento. Los mximos pueden ser un cuarenta o un cincuenta por ciento (40 o 50%) superiores a los normales con carga esttica. Este aumento de cargas se refleja sobre el pavimento en forma de presin de contacto y/o incremento de la superficie de huella. La duracin de la carga o el tiempo de aplicacin equivalente es inversamente proporcional a la velocidad del vehculo. Este tiempo de carga es importante al estudiar la respuesta de los supuestos materiales viscoelsticos (terreno de cimentacin, capas granulares y mezclas asflticas). Los esfuerzos horizontales de aceleracin y frenado o en curvas de pequeo radio, que se pueden producir en zonas localizadas, influyen tambin en el estado tensodeformacional del pavimento. Cuando en la superficie de un pavimento se originan tensiones tangenciales, deben ser resistidas por los 8 - 1 0 cm superiores, pero en general no afectan a las capas inferiores. Por ello, la forma prctica con la que se resuelven estos problemas, es proyectar capas de rodamiento cuya resistencia al esfuerzo cortante sea suficientemente alta para garantizar que no se produzcan roturas o deformaciones por cizallamiento. Una clasificacin genrica de los pavimentos y sus caractersticas principales sera la siguiente.

Tipo de pavimento Denominacin Caracteristicas

Flexibles

Con carpetas a base de riegos. La carpeta es construida, con uno, dos o tres riegos de sello.

Con carpetas a base de tratamientos superficiales.

Sobre la base se coloca un tratamiento superficial, como puede ser: poreos con arena, riegos asflticos (negros), morteros asflticos Open Graded.

Con carpetas de mezcla asfltica elaborada en fri.

La carpeta es construida con un agregado ptreo y una emulsin asfltica y elaborada en el lugar de construccin.

Con carpetas de concreto asfltico, elaboradas en planta.

La carpeta es construida con una mezcla asfltica elaborada con cemento asfltico y un agregado ptreo, los cuales son mezclados en una planta de concreto asfltico a temperaturas aproximadas de 170C,

Con carpetas de asfaltos modificados. La carpeta es elaborada en una planta en caliente, pero el asfalto modificado antes de su mezclado con el agregado.

Con bases y/o estabilizadas. La carpeta es construida por cualquiera de los mtodos anteriores, pero la o las capas de base y/o sub-base, son estabilizadas con algn producto.

De seccin invertida. Como base de soporte para la estructura del pavimento flexible, se coloca una capa de suelo estabilizado con cemento Prtland.

Rgidos

Con losa de concreto hidrulico. Sobre la capa de sbase, se coloca una losa de concreto hidrulico

Hite topping. Sobre un pavimento flexible, se coloca una losa de concreto hidrulico.


Concreto compactado con rodillo CCR

Sobre La sbase, se coloca una capa de concreto hidrulico, que es mezclada en el lugar y compactada con un rodillo liso vibratorio.

Adoquines. Sobre la base, se coloca una cama de arena que sirve de apoyo para la colocacin de los adoquines.

Empedrados Sobre la sub-base, se colocan fragmentos chicos de roca, que son junteados con lodo o mortero hidrulico.

De carpetas delgadas Sobre la sbase, se coloca una losa de concreto hidrulico en espesor pequeo, de 5 a 6 cm.

Estampados. La losa de concreto hidrulico con colorizante y en estado fresco, es troquelada con una cimbra flexible para proporcionar figuras.

La estructura de los pavimentos


Diferencia entre pavimentos rgidos y flexibles

Concepto Pavimento rgido Pavimento Flexible Material Concreto hidrulico Concreto asfltico Sistema estructural Losa / sub-base Multicapa Sistema de carga La losa toma la mauro

parte de los esfuerzos producidos por las cargas y transmite muy pocos a las capas subyacentes

Los esfuerzos son distribuidos gradualmente en forma descendente a cada una de las capas que forman la estructura.

Mtodo de anlisis Teora de placa Teora de capa Mtodo de diseo Basado en el mdulo de

reaccin efectivo. Basados en el mdulo elstico de cada capa

Estrategia para realizar la pavimentacin.

En una sola capa sin rehabilitacin.

Rehabilitacin de cada 3 a 8 aos

Periodos de diseo Hasta 50 aos Hasta 20 aos. Desempeo funcional Bajas deformaciones

superficiales. Altamente deformable

Desempeo estructural Estructura altamente rgida

Estructura de baja rigidez.

Costos Inversin Inicial

Mayor Menor

Conservacin Nulo Inversin continua


UNIDAD 2 Caractersticas de los asfaltos. El asfalto, es un material bituminoso de color negro, constituido principalmente por asfltenos, resinas y aceites, elementos que proporcionan caractersticas de consistencia, aglutinacin y ductilidad; es slido o semislido y tiene propiedades cementantes a temperaturas ambientales normales. Los materiales asflticos se emplean en la elaboracin de carpetas, morteros, riegos y estabilizaciones, ya sea para aglutinar los materiales ptreos utilizados, para ligar o unir deferentes capas del pavimento o bien para estabilizar bases o sub-bases. Tambin se pueden usar para construir, fabricar o impermeabilizar otras estructuras, tales como algunas obras complementarias de drenaje, entre otras. Los materiales asflticos se clasifican en cementos asflticos, emulsiones asflticas y asfaltos rebajados aterial asfltico Vehculo para su aplicacin Usos ms comunes

Cemento asfltico

Calor

Se utiliza en la elaboracin en caliente de carpetas, morteros y estabilizaciones, as como elemento base para la fabricacin de emulsiones asflticas y asfaltos

rebajados.

Emulsin asfltica Agua

Se utiliza en la elaboracin en fro de carpetas, morteros, riegos y estabilizaciones.

Asfalto rebajado Solventes

Se utiliza en la elaboracin en fro de carpetas y para la impregnacin de sub-bases y bases hidrulicas.

Usos ms comunes de los productos asflticos.

CEMENTOS ASFLTICOS Los cementos asflticos son asfaltos obtenidos del proceso de destilacin del petrleo para eliminar solventes voltiles y parte de sus aceites. Su viscosidad vara con la temperatura y entre sus componentes, las resinas le producen adherencia con los materiales ptreos, siendo excelentes ligantes, pues al ser calentados se licuan, lo que les permite cubrir totalmente las partculas del material ptreo Componentes principales del cemento asfltico

R ESIN AS

ACEITES


Clasificacin Viscosidad a 60C Pas (P [1]) Usos ms comunes

AC-5 50 10 (500 100)

En la elaboracin de carpetas de mezcla en caliente dentro de las regiones indicadas como Zona 1 en la Figura 1.

En la elaboracin de emulsiones asflticas que se utilicen para riegos de impregnacin, de liga y poreo con arena, as como en estabilizaciones.

AC-10 100 20 (1 000 200)


En la elaboracin de emulsiones asflticas que se utilicen en carpetas y morteros de mezcla en fro, as como en carpetas por el sistema de riegos, dentro de las regiones indicadas como Zona 1 en la Figura 1.

AC-20 200 40 (2 000 400)


En la elaboracin de emulsiones asflticas que se utilicen en carpetas y morteros de mezcla en fro, as como en carpetas por el sistema de riegos, dentro de las regiones indicadas como Zona 2 en la Figura 1.

AC-30 300 60 (3 000 600)


En la elaboracin de emulsiones asflticas que se utilicen en carpetas y morteros de mezcla en fro, as como en carpetas por el sistema de riegos, dentro de las regiones indicadas como Zonas 3 y 4 en la Figura 1.

En la elaboracin de asfaltos rebajados en general, para utilizarse en carpetas de mezcla en fro, as como en riegos de impregnacin.

[1] Poises

CLASIFICACIN DE LOS CEMENTOS ASFLTICOS SEGN SU VISCOSIDAD DINMICA A 60C

Regiones geogrficas para la utilizacin de asfaltos clasificados segn su viscosidad dinmica a 60C

Zona 1

Zona 1

Zona 2Zona 2

Zona 2

Zona 3

Zona 3

Zona 3

Zona 4

Zona 4

Zona 3

Zona 3

NOTA: D ent r o de una misma zona, l a s condiciones de cl ima y t opogr a fa en un r ea det er minada pueden va r ia r , l o que se debe t oma r en cuent a pa r a el egir e l mat er ia l asf l t ico adecuado.


Requisitos de los cementos asflticos

Caractersticas CLASIFICACIN AC-5 AC-10 AC-20 AC-30

Del cemento asfltico original:

Viscosidad dinmica a 60C; Pas (P [1]) 50 10 (500 100)

100 20 (1 000 200)

200 40 (2 000 400)

300 60 (3 000 600)

Viscosidad cinemtica a 135C; mm/s, mnimo (1 mm/s = 1

centistoke) 175 250 300 350

Viscosidad Saybolt-Furol a 135 C; s, mnimo 80 110 120 150

Penetracin a 25C, 100 g, 5 s; 10-1 mm, mnimo 140 80 60 50

Punto de inflamacin Cleveland; C, mnimo 177 219 232 232

Solubilidad; %, mnimo 99 99 99 99

Punto de reblandecimiento; C 37 - 43 45 - 52 48 - 56 50 58

Del residuo de la prueba dela pelcula delgada:

Prdida por calentamiento; %, mximo 1 0,5 0,5 0,5

Viscosidad dinmica a 60C; Pas (P [1]), mximo 200 (2 000)

400 (4 000)

800 (8 000)

1 200 (12 000)

Ductilidad a 25C y 5 cm/min; cm, mnimo 100 75 50 40

Penetracin retenida a 25 C; %, mnimo 46 50 54 58

[1] Poises

Requisitos de calidad para cemento asfltico clasificado por viscosidad dinmica a 60C


ASFALTOS REBAJADOS Los asfaltos rebajados, que regularmente se utilizan para la elaboracin de carpetas de mezcla en fro, as como en impregnaciones de bases y subbases hidrulicas, son los materiales asflticos lquidos compuestos por cemento asfltico y un solvente, clasificados segn su velocidad de fraguado como se indica en la Tabla Clasificacin de los asfaltos rebajados

Caractersticas Grado FM-1 FR-3 Del asfalto rebajado

Punto de inflamacin Tag; C, mnimo 38 27 Viscosidad Saybolt-Furol a 50C; s 75 - 150 --- Viscosidad Saybolt-Furol a 60C; s --- 250 - 500 Contenido de solvente por destilacin a 360C, en volumen; %

Hasta 225C 20 mx 25 mn Hasta 260C 25 65 55 mn Hasta 315C 70 - 90 83 mn

Contenido de cemento asfltico por destilacin a 360C, en volumen, %, mnimo

60 73

Contenido de agua por destilacin a 360C, en volumen, %, mximo 0,2 0,2 Del residuo de la destilacin

Viscosidad dinmica a 60C; Pas (P [1]), mximo 200 40 (2 000 400)

200 40 (2 000 400)

Penetracin a 25C, en 100 g y 5_s; 10-1 mm 120 300 80 120

Ductilidad a 25C; cm, mnimo 100 100

Solubilidad; %, mnimo 99,5 99,5

[1] Poises

Requisitos de calidad para asfaltos rebajados

GASOLINA O N AFTA

KER OSEN O

CEMEN TO ASFALTICO

CEMEN TO ASFALTICO

CEMEN TO ASFALTICO

FR AGUAD O R P ID O FR AGUAD O

MED IO FR AGUAD O LEN TO

FR FM FL

ACEITES LIGER OS


EMULSIONES ASFLTICAS Las emulsiones asflticas son los materiales asflticos lquidos estables, constituidos por dos fases no miscibles, en los que la fase continua de la emulsin est formada por agua y la fase discontinua por pequeos glbulos de cemento asfltico. Se denominan emulsiones asflticas aninicas cuando el agente emulsificante confiere polaridad electronegativa a los glbulos y emulsiones asflticas catinicas, cuando les confiere polaridad electropositiva.

Las emulsiones asflticas pueden ser de los siguientes tipos:

De rompimiento rpido, que generalmente se utilizan para riegos de liga y carpetas por el sistema de riegos, a excepcin de la emulsin ECR-60, que no se debe utilizar en la elaboracin de stas ltimas.

De rompimiento medio, que normalmente se emplean para carpetas de mezcla en fro elaboradas en planta, especialmente cuando el contenido de finos en la mezcla es menor o igual a dos (2) por ciento, as como en trabajos de conservacin tales como bacheos, renivelaciones y sobrecarpetas.

De rompimiento lento, que comnmente se utilizan para carpetas de mezcla en fro elaboradas en planta y para estabilizaciones asflticas.

Para impregnacin, que particularmente se utilizan para impregnaciones de subbases y/o bases hidrulicas.

Superestables, que principalmente se emplean en estabilizaciones de materiales y en trabajos de

recuperacin de pavimentos

Requisitos de calidad para emulsiones asflticas catinicas.

EMULSION TIPO DE CARGA

Aninicas Positiva Catinocas Negativa No Inicas Sin Carga

Nombre de las emulsiones asflticas, de acuerdo a su carga.

COMPONENTES POR CIENTO

Asfalto 57 a 60 Agua 35 a 43

Emulsificante 0.15 a 1.8 Por ciento de los componentes de una emulsin asfltica.

GLOBULOS D E ASFALTO

AGUA Y EMULSIFICAN TE

Figura No. 41.- Componentes de una emulsin asfltica.


Caracteristicas de la emulsin Clasificacin

ECR-60 ECR-65 ECR-70 ECM-65 ECL-65 ECI-45 ECS-60 Contenido de cemento asfltico

en masa; , mnimo 60 65 68 65 65 60 60

Viscosidad Saybolt-Furol a

25C; s, mnimo --- --- --- --- 25 5 25

Viscosidad Saybolt-Furol a

50C; s, mnimo 5 40 50 25 --- --- ---

Asentamiento en 5 das;

diferencia en , mximo 5 5 5 5 5 10 5

Retenido en malla N 20 en la

prueba del tamiz; , mx 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1

Pasa malla N 20 y se retiene

en malla N 60 en la prueba

del tamiz; , mximo 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25

Cubrimiento del agregado seco;

, mnimo --- --- --- 90 90 --- 90

Cubrimiento del agregado

hmedo; , mnimo --- --- --- 75 75 --- 75

Carga elctrica de las

partculas ( + ) ( + ) ( + ) ( + ) ( + ) ( + ) ( + )

Disolvente en volumen; ,

mximo --- 3 3 5 --- 15 ---

ndice de ruptura; 100 100 100 80 140 120 --- 120

Del residuo de la destilacin

Viscosidad dinmica a 60C; Pas

(P [1]) 50 10

(500 100) 50 10

(500 100) 50 10

(500 100) 50 10

(500 100) 50 10

(500 100) 50 10

(500 100) 50 10

(500 100)

Penetracin [2] a 25C, en

100g y 5 s; 10-1 mm 110250 110250 110250 100-250 100-250 100-400 100-250

Solubilidad; , mnimo 97,5 97,5 97,5 97,5 97,5 97,5 ---

Ductilidad a 25C; cm, mnimo 40 40 40 40 40 40 ---

[1] Poises [2] En climas que alcancen temperaturas iguales o mayores de 40C, la penetracin en el residuo de la destilacin de las emulsiones ECR-65, ECR-70,

ECM-65 y ECL-65, en el proyecto se puede considerar de 50 a 90 10-1 mm.


Factores que afectan el rompimiento de una emulsin. El rompimiento de una emulsin asfltica, esta en funcin de las siguientes propiedades, y se define como rompimiento; el tiempo que tarda en llevarse a cabo el enlace inico o elctrico de los glbulos del asfalto con las partculas del agregado ptreo. Por ello, el rompimiento de las emulsiones, estar en funcin, entre otros, de los siguientes factores 1.- Composicin,( Mas emulsificante, menor tiempo de rompimiento ).

TIPO DE ROMPIMIENTO CANTIDAD DE EMULSIFICANTE EN KG/TON

Rpidas 1.8 a 2.5 Medias 4.0 a 6.0 Lentas 8.0 a 10.0 Super estables 10.0 a 14.0 Cantidad de emulsificante en la emulsiones asflticas. 2.- El Ph. De las emulsiones, afecta el rompimiento, de acuerdo a lo que se indica en el siguiente esquema: Rompimiento de las emulsiones, en funcin del Ph. 3.- Naturaleza del agregado ptreo. Entre mayor carga posea el agregado, de acuerdo a su composicin mineral, mayor ser el enlace inico con los glbulos del asfalto, y menor ser el tiempo de rompimiento de la emulsin. 4.- Granulometra del agregado, entre mayor contenido de partculas finas contenga un agregado ptreo, mayor es el rea que se tiene que cubrir con el asfalto, y se presenta un mayor aglutinamiento del mismo, con esas partculas finas, lo que se manifiesta en un menor tiempo en el rompimiento de la emulsin. 5.- Temperatura, al aumentar la temperatura del agua (parte continua) que contiene la emulsin, se excita el fluido, que a su vez acelera la unin de los glbulos de asfalto por el aumento de la energa cintica, que se manifiesta en un menor tiempo en el rompimiento de la emulsin. Las Temperaturas inferiores a los 5C, congelas el agua, cristalizando sus molculas y provocan el rompimiento de la emulsin. 5.- Los movimientos bruscos en una emulsin asfltica, excitan los glbulos del asfalto, perdiendo su estabilidad y provocando el rompimiento de la misma.

TRANSPORTE DE MATERIALES ASFLTICOS

Los materiales asflticos se transportarn desde el lugar de adquisicin hasta el de almacenamiento, utilizando pipas, carros-tanque de ferrocarril o buques-tanque, que cuenten con los equipos que permitan calentar el producto cuando as se requiera. Los tanques sern hermticos, y tendrn tapas adecuadas para evitar fugas y contaminaciones. El transporte se

P h = 0 P h = 7 P h = 14

ACID OS ALCALIN OS

N EUTROS

CATIONICAS ANIONICAS

R OMP IMIEN T R OMP IMIEN T


har observando las Normas Oficiales Mexicanas aplicables, sujetndose en lo que corresponda, a las leyes y reglamentos de proteccin ecolgica vigentes.

Antes de cargar el material asfltico, los tanques han de ser limpiados cuidadosamente, eliminando residuos de productos transportados anteriormente, grasas, polvo o cualquier otra sustancia que lo pueda contaminar. Una vez cargado el material asfltico, las tapas y llaves del tanque se sellarn en forma inviolable. Los sellos se retirarn en el momento de la descarga del material en el almacenamiento. No se aceptar el material en el caso de que los sellos hayan sido violados.

ALMACENAMIENTO DE MATERIALES ASFLTICOS

Los materiales asflticos se almacenarn en depsitos adecuadamente ubicados, con la capacidad suficiente para recibir cada entrega, que renan los requisitos necesarios para evitar la contaminacin de los productos que contengan, que estn protegidos contra incendios, fugas y prdida excesiva de disolventes o emulsivos y que cuenten con los equipos adecuados para calentar el producto cuando as se requiera, as como con los elementos necesarios para su carga, descarga y limpieza.

Antes de utilizar los depsitos, estos han de ser limpiados cuidadosamente, eliminando natas o residuos de otros productos, materiales extraos o materiales asflticos de tipo diferente al que se va almacenar. Esta operacin se repetir cada vez que sea necesario para evitar la contaminacin del producto.

En el caso de emulsiones asflticas, se utilizarn tanques verticales equipados con dispositivos para la recirculacin del material, para evitar lo ms posible el asentamiento y la formacin de natas.

Tratndose de emulsiones asflticas, con el propsito de que no se contaminen con la nata que pudiera haberse formado sobre la superficie del material previamente almacenado, el llenado de los depsitos de almacenamiento ha de efectuarse desde el fondo de estos, evitando que el producto caiga sobre la superficie del material ya almacenado, rompiendo dicha nata.

Cada depsito de almacenamiento se identificar, indicando en un lugar visible, su capacidad, el tipo de material asfltico que contiene y, cuando se trate de recipientes, origen del material y fecha de produccin. Asimismo, para cada depsito, se llevar un registro en el que se indiquen las fechas y volmenes de los suministros recibidos y de las salidas del material.

En el caso de emulsiones de rompimiento rpido, es importante que la temperatura de almacenamiento no sea mayor de ochenta (80) grados Celsius en el punto de contacto

CRITERIOS PARA ACEPTACIN O RECHAZO Para que un material asfltico sea aceptado, antes de su utilizacin, el proveedor cuando se trate de emulsiones asflticas, entregar un certificado de calidad por cada lote o suministro, que garantice el cumplimiento de todos los requisitos establecidos, segn el tipo de material asfltico establecido en el proyecto, expedido por su propio laboratorio o por un laboratorio externo. Adems, con objeto de controlar la calidad del material asfltico durante la ejecucin de la obra, el Contratista de Obra realizar las pruebas necesarias, en muestras obtenidas, que


verifiquen que las caractersticas indicadas y que cumplan con los valores establecidos en las Normas, entregando los resultados de dichas pruebas Asfaltos modificados. Causas por las cuales, se requiere el modificar un asfalto: Mejorar la resistencia a la deformacin permanente por las altas temperaturas o por el trnsito. Aumentar la flexibilidad a bajas temperaturas. Aumentar la resistencia a la tensin y a la fatiga. Mejorar la adherencia con los agregados ptreos y disminuir la susceptibilidad con la humedad. Mejorar la elasticidad del asfalto. Mayor resistencia al cortante. Retardar la aparicin de grietas. Mantener por mayor tiempo la impermeabilidad de la carpeta. Conservar el coeficiente de rugosidad en la carpeta por mayor tiempo. Disminuir el ruido del transito. Disminuir los costos de operacin en el transporte. Evitar las exudaciones de asfalto en la superficie de rodamiento. Evitar el pulimento de los agregados superficiales. Mejorar en s la calidad de los cementos asflticos. Aumentar la vida de un pavimento. Modificadores actualmente utizados. 1.- Polmeros tipo SBS. (Estireno Butadieno Estireno) Son los mas frecuentemente utilizados y existe una gama amplia de productos tanto en marca como en presentacin, la incorporacin al asfalto es similar a los resultados obtenidos tanto en el asfalto como en la mezcla, son excelentes, con buen comportamiento en altas y bajas temperaturas, as como la intensidad de cargas, es el modificador que d mejores resultados, pero su costo es el mas elevado. 2.- Polmeros tipo SBR SBRS. (Estireno Butadieno Hule y Estireno Butadieno Hule Estireno) Su cobertura es mas limitada as como los resultados obtenidos, sin embargo con algunos materiales y en lugares especficos pueden ser mas ventajosos, sobre todo los SBRS. 3.- Hule molido de neumticos. Este producto se obtiene de la trituracin de los neumticos usados, es barato y da estupendos resultados en carpetas delgadas y de riegos, y su empleo ayuda a resolver un problema ecolgico ya que propicia el reciclado de un gran nmero de neumticos que se desechan anualmente. La incorporacin del producto al asfalto es difcil y se requiere equipo especializado y de alto costo. 4.- Asfltenos naturales Gilsonita. Es un producto econmico, fcil de mezclar, que mejora la resistencia en las mezclas, teniendo el inconveniente de su empleo en climas fros ya que en temperaturas inferiores a los cero grados centgrados, el asfalto se rigidiza y las propiedades adquiridas se pierden. 5.- Modificador Chemcrete. Los resultados de laboratorio son excelentes en las mezclas con ptreo, incrementando notablemente la resistencia a la tensin en la mezcla, sin embargo en el asflto modificado los resultados de laboratorio no reflejan la mejora, debido posiblemente a que en forma masiva y ante la falta de oxigeno, la mezcla asfalto-catalizador no reacciona. 6.- Fibras cortas de asbesto. Estas fibras se emplean para modificar la mezcla asfltica, y actuan como un esfuerzo. En algunos paises de Europa, se incluye para la construccin de carpetas delgadas de granulometra descontinua. El problema de utilizar esta fibra es de tipo mdico, ya que su manejo afecta directamente la salud de los operarios, siendo necesario tener estrictas medidas de seguridad para su aplicacin


UNIDAD 3

Diseo de pavimentos flexibles para carreteras. Criterios de diseo. Generalmente debemos de considerar en el diseo de los pavimentos, las variables de diseo y las variables de comportamiento, que al relacionarlas para diferentes condiciones se establecen las bases para el diseo.

Fatiga. La fatiga o cansancio de un pavimento, ocurre cuando en alguna de las capas se ha llegado a niveles de esfuerzos y deformaciones tales que se presentan agrietamientos prematuros o deformaciones excesivas, al rebasarse los valores mximos admisibles de las resistencias o deformaciones de los materiales constitutivos, despus de un cierto nmero de repeticiones de carga. En 1993 se inicio en Mxico la evaluacin estructural de los pavimentos, a partir de la medicin de desplazamientos verticales con el deformmetro de impacto. Para medir los mdulos elsticos de las diversas capas, que servirn para simular cualquier alternativa de estructuracin nueva y de reforzamiento o rehabilitacin que se requiera

CAPA MDULO ELASTICO (E) kg/cm2

Carpeta asfltica 30,000 a 40,000 Base granular 3,000 a 5,000 Sub-base granular 2,000 a 4,000 Subrasante e inferiores 300 a 1,500 Sub-base rigidizada 70,000 a 120,000 Valor Relativo de Soporte de Diseo Para determinar el VRS crtico o de diseo que se debe considerar en los mtodos de diseo, se puede calcular por los mtodos Grafico, Estadstico o Promedio, en los cuales nos arrojan diferentes valores. Considerando los Valores Relativos de Soporte, obtenidos durante el estudio de Geotecnia, para el terreno natural y para las capas de subrasante, sub-base y base, se debe determinar el VRS crtico o de diseo para cada una. Mtodo grafico. Este mtodo se aplica para calcular el Valor Relativo de Soporte Crtico o de Diseo, cuando los valores obtenidos del estudio de Geotecnia o del Estudio de los Bancos de materiales es menor a 30 valores. Se obtiene el VRS, equivalente al Percentil que corresponda al nivel de confianza considerado en el diseo

No. De determinaciones VRS del menor a mayor VRSs, mayores o iguales que. Frecuencia acumulada Tabla de frecuencias para calcular la ojiva porcentual.


Mtodo estadstico. Se aplica cuando en nmero de valores de VRS obtenidos en la Geotecnia o el estudio de bancos de materiales, para el clculo del VRS, es superior o igual a 30 determinaciones:


Mtodo del Instituto de Ingeniera de la UNAM, versin DISPAV 5.2, para el diseo de pavimentos flexibles. Las carreteras constituyen uno de los elementos bsicos para el desarrollo social y econmico de un pas. A partir del ao 1925 en que prcticamente se contaba con comunicaciones ferroviarias, Mxico ha prestado particular atencin al proyecto y construccin de caminos, Desde el punto de vista internacional, Mxico ocupa un lugar importante, tanto por su reconocido nivel tcnico como por el desarrollo de su red de caminos. Sin embargo, considerando el rpido progreso de nuestro pas, que lo construido a la actualidad es una extensa red nacional. Las Posibilidades de crecimiento son casi ilimitadas, dependiendo en gran parte de la capacidad econmica actual y futura. Es de gran importancia la investigacin aplicada,. En los aspectos de diseo y construccin de carreteras, obtenindose grandes economas a travs de estructuras mas eficientes. A partir del ao de 1962, el Instituto de Ingeniera de la UNAM, inicio una serie de estudios, con objeto de establecer criterios aplicables al diseo de los pavimentos flexibles. Los trabajos se realizaron en colaboracin con la Secretara de Obras Pblicas, que promovi y patrocin su desarrollo. Siendo la carretera una estructura destinada a permitir el paso de vehculos, que le transmiten una serie de cargas concentradas a travs de sus ejes, es lgico pensar que en las formulas de diseo deben aparecer como argumentos fundamentales, la intensidad de las cargas por eje y el nmero de repeticiones correspondientes contra las caractersticas estructurales de los pavimentos. El trnsito equivalente, puede definirse como el nmero de repeticiones de una carga por eje sencillo de intensidad determinada (por ejemplo, 18,000 libras en las grficas AASHTO) que produce el mismo efecto que una o varias cargas de diferente intensidad y disposicin. La equivalencia puede basarse en caractersticas tales como deflexiones, esfuerzos, dao del pavimento, etc. Variando en cada caso los coeficientes de conversin. Por tanto, existen niveles de referencia variable, tanto en la equivalencia de cargas como en la evaluacin del dao. De hecho, se puede considerar como falla desde la aparicin de la primera grieta o defecto, hasta la destruccin total del pavimento, dependiendo del criterio de la persona que califique el dao Datos de entrada para el diseo. Trnsito diario promedio anual ( TDPA ) Distribucin vehicular Vida de proyecto en aos (n) Tasa de crecimiento anual ( r ) Tipo de camino. Valores Relativos de Soporte en por ciento del Terreno natural, la subrasante, la sub-base y la base. Proyeccin del trnsito.

Para calcular la cantidad de vehculos que circularan en la vida de proyecto de una carretera, considera la aplicacin de una formula de inters compuesto para obtener la proyeccin a la vida de proyecto del pavimento:

Donde: Ct = Factor de proyeccin del trnsito. r = Tasa de crecimiento anual en decimales. N = vida de proyecto del pavimento en aos. La distribucin del trnsito en el carril de proyecto para el diseo del pavimento, est en funcin del nmero de carriles que tiene la carretera, sin embargo, para el diseo del pavimento, solo se considera un carril para el proyecto, siendo este el mas crtico por la cantidad de esfuerzos a que estar sometido, por ello siempre debemos elegir como carril de proyecto el derecho o de baja velocidad

Ct = 365 (1+r) n -1

r


No. De carriles Factor de distribucin del trnsito en el carril de

proyecto (FDT) 2 carriles 0.50 4 carriles 0.45

6 mas carriles 0.40 Debido a la complejidad que resulta durante la realizacin del aforo vehicular de determinar los vehculos que circulan cargados y vacos, el mtodo recomienda considerar la siguiente recomendacin:

Carga Por ciento a considerar Carga mxima 90

Vacos 10 Anlisis del trnsito. Para realizar el anlisis del trnsito en lo referente a los coeficientes de dao de cada uno de los vehculos para determinar el dao equivalente a ejes estndar de 18,000 libras (8.2 Toneladas), se debe realizar la siguiente tabla:

Vehculo Por ciento

Por ciento de vehculos cargados y

vacos

Coeficientes de dao Dao equivalente a 8.2 toneladas

Z=0 Z=15

Z=30 Z=60

Z=0 Z=15 Z=30 Z=60

1 2 Cargados (3) A B C D 3*A 3*B 3*C 3*D Vacos (4) E F G H 4*E 4*F 4*G 4*H El clculo de ejes equivalentes a ejes estndar de 8.2 toneladas, se realiza con la siguiente formula: Donde: (z i) = Suma de ejes equivalentes estndar a profundidades de Z= 0. 15.30 y 60 cm. TDPAC/P = Trnsito Diario Promedio Anual, el carril de proyecto.

Ct = Coeficiente de proyeccin del trnsito. 8.2 = Sumatoria de dao equivalente a ejes estndar para cada una de las profundidades.

(z i) = ( TDPAC/P ) * (Ct ) * ( 8.2 )


Nivel de confianza El nivel de confianza que se debe de considerar para el diseo del pavimento, estar en funcin del tipo de camino sobre el cual se requiere disear el pavimento:

Tipo de camino Nivel de confianza

recomendado en por ciento. (Qu)

Riesgo de diseo

A2, A4, A4-S, A6-S 90 Se corre el 10 % de incertidumbre de que falle el pavimento y el 90 % de certeza de sobrediseo.

B y Calles urbanas 80 Se corre el 20 % de incertidumbre de que falle el pavimento y el 80 % de certeza de sobrediseo.

C 70 Se corre el 30 % de incertidumbre de que falle el pavimento y el 70 % de certeza de sobrediseo.

D y E 60 Se corre el 40 % de incertidumbre de que falle el pavimento y el 60 % de certeza de sobrediseo.

Caracterizacin de la Estructura en equilibrio del pavimento.

Subrasante

Carpeta

Base

Sub-base

Terrapln, Subyacente o T. natural

Z=0

Z=15

Z=30

Z=60


Factores de Grava equivalente. La grava equivalente, es un material estndar con caractersticas universales que debe ser un agregado ptreo producto de la trituracin de una roca que debe tener una buena composicin granulomtrica y un Valor Relativo de Soporte del 100 % ( una resistencia ala penetracin de 1360 kg/cm2), que es el valor estndar de penetracin de capas compactadas.

Materiales Factor de grava equivalente propuestos Concreto asfltico para carpetas nuevas. 2.0

Mezcla asfltica elaborada en fro, para carpetas nuevas. 1.5 Base de grava triturada con VRS mayor o igual al 100 % 1.0 Sub-base Granular con VRS mayor al 20 %. 0.8 Base o sub-base estabilizada con cemento Portland. 1.8 Base o Sub-base de concreto asfltico 2.0 Base o sub-base estabilizada con emulsin asfltica 1.4 Subrasante con un VRS mayor o igual al 10 % 0.6


Mtodo del Instituto del Asfalto de los Estados Unidos de Norteamrica, para el diseo de pavimentos flexibles. Este mtodo considera que el vehculo A2 es ligero y que no genera un dao considerable sobre el pavimento, por ello nicamente considera en el diseo los vehculos pesados. Los datos de entrada requeridos para disear el pavimento, son los siguientes. Trnsito diario promedio anual ( TDPA ) Distribucin vehicular Vida de proyecto en aos (n) Tasa de crecimiento anual ( r ) Tipo de camino. Valores Relativos de Soporte en por ciento del Terreno natural y la subrasante. La distribucin del trnsito en el carril de proyecto para el diseo del pavimento, est en funcin del nmero de carriles que tiene la carretera, sin embargo, para el diseo del pavimento, solo se considera un carril para el proyecto, siendo este el ms crtico por la cantidad de esfuerzos a que estar sometido, por ello siempre debemos elegir como carril de proyecto el derecho o de baja velocidad.

No. De carriles Factor de distribucin del trnsito en el carril de proyecto (FDT)

2 carriles 0.50 4 carriles 0.45

6 ms carriles 0.40 Clculo de vehculos pesados. Donde N = Nmero de Vehculos pesados A = Por ciento de vehculos pesados B = Por ciento de vehculos pesados en el carril de proyecto Peso promedio de diseo de los vehculos pesados. El por ciento de vehculos pesados, se iguala al 100 %, para calcular el nuevo porcentaje de los mismos. Adems, se determina el peso en condiciones de carga mxima de los vehculos de las tablas del apndice para vehculos pesados.

Vehculo Por ciento Nuevo Por ciento de vehculos pesados

Determinacin del Nmero de Trnsito Inicial (NTI) En el monograma de la figura No 67.- se entra con el valor del peso promedio de vehculos pesados en toneladas (D), Se traza una recta que una este punto con la recta ( C ) en el Nmero de vehculos pesados, la cual se prolonga hasta la lnea pivote ( B ). En la lnea ( E ), se ubica el punto para la carga limite simple, que generalmente es para ejes estndar de 8.2 toneladas y se une con el punto sealado de la lnea pivote ( B ), prolongando la recta hasta la lnea ( A), en donde se determina el Nmero de Transito Inicial.

N = ( A/ 100 ) * ( B / 100 ) * ( TDPA )

Pvp = (% V1)*(Peso del V1)+ (% V2)*(Peso del V2)+. (% Vi)*(Peso del Vi)


Factor de correccin al NTI

Tabla para determinar el factor de correccin al NTI. Clculo del Nmero de Trnsito de Diseo: Donde:

NTD = Nmero de Trnsito de Diseo. NTI = Nmero de Trnsito Inicial. Fp = Factor de Proyeccin del Trnsito. Determinacin de espesores. Se obtiene mediante el siguiente monograma, el consiste en unir al punto que equivale al Nmero de Trnsito de Diseo (NTD) en la lnea ( C ), con el punto en la lnea ( B ) que corresponda al VRS de diseo, para el terreno natural y la subrasante, prolongando la recta hasta la lnea ( A ), para determinar en esta, el espesor de recubrimiento en centmetros de concreto asfltico requeridos sobre la capa

NTD = NTI * Fc


El espesor de recubrimiento est expresado en centmetros de concreto asfltico, por lo que al realizar la determinacin de los espesores reales de la estructura del pavimento y de la subrasante, se debern de convertir


primeramente a centmetros de grava equivalente y posteriormente a centmetros de cada uno de los materiales que constituyen las capas Estructura de equilibrio del pavimento. Mtodo de la American Association of State Highway and Transportation (AASHTO) para el diseo de pavimentos flexibles. Este mtodo es reconocido a nivel mundial, y se ha venido aplicando y desarrollando desde mas de 30 aos en los EU.A., extendindose a muchos piases donde la tecnologa de carreteras ha evolucionado considerablemente. Este mtodo se aplica en Mxico, como alternativa al mtodo mexicano El mtodo fue publicado en 1972, revisado en 1981 y con las investigaciones realizadas public dos documentos importantes, como la versin actualizada a sus mtodos de diseo en 1996. Los datos de entrada requeridos para disear el pavimento, son los siguientes.

Trnsito diario promedio anual ( TDPA ) Distribucin vehicular Vida de proyecto en aos (n) Tipo de camino. Valores Relativos de Soporte en por ciento de la Sub-base y base. Estabilidad de la mezcla asfltica de la carpeta. Nivel de servicio de diseo al terminar la construccin del pavimento. Nivel de servicio de rechazo, al termino de la vida til del pavimento. Caractersticas de drenaje de los materiales de base y sub-base. La distribucin del trnsito en el carril de proyecto para el diseo del pavimento, est en funcin del nmero de carriles que tiene la carretera, sin embargo, para el diseo del pavimento, solo se considera un carril para el proyecto, siendo este el mas crtico por la cantidad de esfuerzos a que estar sometido, por ello siempre debemos elegir como carril de proyecto el derecho o de baja velocidad Determinacin de los ejes equivalentes de 18,000 libras, esperados durante la vida de proyecto W18.

Vehculos Por ciento Peso a carga

mxima por ejes. (Ton.)

Peso equivalente a 18,000 lb.

(8.2 Ton)

Ejes esperados diarios de 18,000

lb. (8.2 Ton)

1 2 3 4 TDPAcp* 2 * 4

Carpeta, base y sub-base

Subrasante

Subyacente, terraplen o terreno natural

R pav.

R pav.


Donde:

W18 = Ejes de 18,000 lb, esperados en la vida de proyecto. 365 = Das del ao. n = Vida de proyecto en aos. Nivel de confianza R. Se entiende por confiabilidad, como la probabilidad de que la serviciabilidad de una carretera, se mantenga dentro de niveles de servicio adecuadas desde el punto de vista del usuario, durante toda se vida de desempeo.

Clasificacin Niveles recomendados de confianza Urbanas Federales propuestos

Autopistas y carreteras interestatales A4-S Y A4 85 99.9 80 99.9 90

Carreteras principales A2 Y B 80 - 99 75 - 95 90

Carreteras secundarias C 80 - 95 75 - 95 80 Carreteras locales D y E 50 - 80 50 - 80 70

Nivel de servicio. Una forma de medir el comportamiento de un pavimento, es un base al ndice de servicio actual o serviciabilidad, desde el punto de vista del usuario; o bien se puede cuantificar de acuerdo al mtodo AASHTO.

El ndice de servicio de una carretera queda comprendido dentro de la escala de 0 a 5, ubicndose desde muy malo

Estado Escala del nivel de servicio

Muy bueno 4.1 a 5.0 Bueno 3.1 a 4.0

Regular 2.1 a 3.0 Malo 1.1 a 2.0

Muy malo 0.0 a 1.0 Nivel de servicio de diseo Po. Este nivel de servicio de diseo, es aquel con el cual queremos que la carretera funcione en su serviciabilidad cuando este puesta en operacin, recin construido el pavimento, y los valores ms recomendables estarn entre 4.0 a 5.0. Considerando que la carretera de mayor importancia debe tener un ndice ms alto, pero los costos sern mayores para aumentar el ndice, ya que se debern tener mayor control en los procesos de construccin Nivel de servicio de Rechazo Pt.

W18 = WDIARIOS * 365 * n


Este nivel de rechazo o de serviciabilidad terminal, para el diseo de los pavimentos flexibles, es aquel que se considera que debe llegar el pavimento al trmino de su vida til, y en el cual requiere de una reconstruccin.

Carretera Nivel de rechazo

Principales 3.0 Secundarias 2.5 Perdida del nivel de servicio durante el periodo proyectado del pavimento APSI. La prdida del nivel de servicio, estar definido por la siguiente expresin.

Donde: APSI = Perdida en el nivel de servicio. Po = Nivel de servicio de diseo. Pt = Nivel de servicio de rechazo. Error combinado estndar So. El error combinado estndar, es el porcentaje decimal de la prdida de servicio de llegar del nivel de diseo, al nivel de rechazo. Y estar dado por la siguiente funcin. Mdulo resilente Mr. La caracterstica que requiere este mtodo para el diseo de del pavimento, es el Mdulo resilente,que se puede estimar en funcin del Valor Relativo de Soporte, con la siguiente funcin. Donde: Mr = Mdulo resilente. 1500 = Factor de conversin de VRS, a Mr. VRS = Valor Relativo de Soporte de diseo. 1000 = Factor de conversin de lb/in2 a Kilo libras sobre pulgada cuadrada. KPSI.

APSI = Po - Pt

So = Po - Pt Po

Mr = 1500 * VRS 1000


Coeficientes estructurales de las capas.


Factores de drenaje ( mi ) Para modificar los coeficientes de capa de la base y Sub-base granulares , en funcin del drenaje de los materiales que se emplean ( m2 ym3 ), estarn en funcin de los siguientes factores: Calidad del drenaje en el tiempo que tarna para que la capa del pavimento drene. El por ciento del tiempo en que la estructura del pavimento est expuesta a niveles cercanos a la saturacin.

Calidad del drenaje. Tiempo en que el agua libre es removida Excelente 2 Horas Buena 1 Da

Regular 1 Semana Pobre 1 Mes

Muy Pobre Agua retenida que no drena. .

Valores de (mi ), recomendados para modificar los coeficientes estructurales en base y sub-base sin tratar y para pavimentos flexibles.

Calidad del drenaje

Por ciento del tiempo en que la estructura esta expuesta a niveles cercanos a la saturacin.

Menor que 1 % 1 a 5 % 5 a 25 % Mayor del 25 % Excelente 1.4 1.35 1.35 1.30 1.30 1.20 1.2 Buena 1.35 1.25 1.25 1.15 1.15 1.0 1.0 Regular 1.25 1.15 1.15 1.05 1.0 0.8 0.8 Pobre 1.15 1.05 1.05 0.08 0.8 0.6 0.6 Muy Pobre 1.05 0.95 0.95 0.75 0.75 0.4 0.4 Nmeros estructurales de diseo ( Sn ). El nmero estructural, es un valor abstracto, que expresa la resistencia estructural de un pavimento, para una combinacin dada de soporte del suelo, del trnsito expresado en nmero d ejes equivalentes a 8.2 toneladas de carga, incluyendo los niveles de servicio inicial y terminal, as como las condiciones ambientales.

Los Nmeros estructurales de diseo, para las capas de Subrasante, Sub-base y Base, se obtienen de la ecuacin bsica de diseo, propuesta por la AASHTO, o por el monograma propuesto por el mtodo.

Log 10 (W18) = Zr * So + 9.36 * log10 ( Sn + 1) 0.2 log 10 ((APSI)/(4.2 1.5)) / ((0.4)+(1094)/((Sn+1)E 5.19)) + log10 (Mr)-8.07


Diagrama de equilibrio de la estructura del pavimento. Frmulas para determinar los espesores de la estructura del pavimento.

D*1 SN1 / a1 SN1* = a1x D1 SN1 D*2 SN2 SN*1 / a2 x M2 SN*2 = D*2 x a2 D*3 SN*3 (SN2 + SN1 ) / a3 x D3 SN*3 = D3 x a3

Car pet a

Base M2 * a2

Sub-base M3 * a3

Subr asant e.

D 1 SN 2

SN 3

SN 1

D 2

D 3

30.0 cm.


Unidad . 4 Diseo de pavimentos Rgidos Los pavimentos de concreto hidrulico han tomado una relevante importancia en Mxico en los ltimos aos, a mediados de la dcada de los aos noventa, se inicio la construccin de pavimentos de concreto hidrulico, con el libramiento a la ciudad de Ticoman, en el estado de Morelos. Anteriormente, la inversin inicial de la construccin de estos pavimentos, era de aproximadamente el 300 % del costo de un pavimento flexible, esto se deba al proceso constructivo de la colocacin del concreto por medio de losas alternadas, el cual se emplea a la fecha en carreteras secundarias y en calles en zonas urbanas. Mediante este procedimiento el costo es alto, por la gran cantidad de mano de obra que se requiere, adems de lo lento que es el construir losas alternadas y el acabado es muy irregular, debido a que su calidad depende de la destreza de los trabajadores. La incursin en Mxico de la nueva tecnologa para colocar el concreto hidrulico por medio de una pavimentadota, a disminuido los costos en un 50 % aproximado del costo del proceso de colocacin por losas alternadas. La pavimentadota de concreto, es una maquina autopropulsada con cimbra deslizante y un alto rendimiento. En la actualidad cada vez ms se emplea este procedimiento en la pavimentacin de carreteras mexicanas, proporcionando una mayor durabilidad, un menor costo de construccin y mantenimiento, con la pavimentacin de ms vas de comunicacin en menor tiempo. Durante la construccin de los pavimentos de concreto hidrulico, se deben tener mas cuidados que los flexibles, ya que por sus condiciones cementantes del concreto, se debe proporcionar una textura superficial adecuada para evitar el acuaplaneo, asimismo el curado del concreto se debe de prever durante su construccin, ya que es complejo curar continuamente un volumen tan alto de concreto. Cada proyecto de pavimento es nico, con caractersticas propias y requisitos especficos en cuanto a requerimientos funcionales y estructurales, plazo de ejecucin, costo, etc. Por lo tanto, para que el proyecto de un pavimento pueda llevarse a cabo con xito, no slo deben cubrirse varios aspectos relacionados con el espesor y el dimencionamiento propiamente dicho de las losas, sino tambin habr que atender los aspectos vinculados con la calidad de los materiales, los tipos de juntas, los lineamientos constructivos, las caractersticas de acabado, entre otros.

Mtodo AASHTO para diseo de Pavimentos Rgidos A partir de la investigacin realizada en el tramo de prueba AASHO, a finales de los 50s, desarrollo una Gua Provisional para el Diseo de los Pavimentos Flexibles. Esta Gua, se ha ido actualizando de acuerdo con la investigaciones y en 1993, evita la versin que corrige y aclara algunos conceptos relativos al proyecto, de capas de refuerzo de los pavimentos , y es la versin que se utiliza en este captulo para describir el mtodo AASHTO. Este mtodo se basa en ecuaciones de regresin desarrolladas a partir de los resultados de tramos de prueba. Los datos de entrada requeridos para disear el pavimento, son los siguientes.

Trnsito diario promedio anual ( TDPA ) Distribucin vehicular Vida de proyecto en aos (n) Tasa de crecimiento anual. Tipo de camino. Valores Relativos de Soporte en por ciento del terreno natural, la subrasante y la sub-base. Nivel de servicio de diseo al terminar la construccin del pavimento. Nivel de servicio de rechazo, al termino de la vida til del pavimento. Caractersticas de drenaje de los materiales sub-base.


Mdulo de ruptura del concreto a la tensin generada por la flexin. Mdulo elstico del concreto hidrulico. La distribucin del trnsito en el carril de proyecto para el diseo del pavimento, est en funcin del nmero de carriles que tiene la carretera, sin embargo, para el diseo del pavimento, solo se considera un carril para el proyecto, siendo este el mas crtico por la cantidad de esfuerzos a que estar sometido, por ello siempre debemos elegir como carril de proyecto el derecho o de baja velocidad Factor de Proyeccin del trnsito Fp. Para calcular la cantidad de vehculos que circularan en la vida de proyecto de una carretera, considera la aplicacin de una formula de inters compuesto para obtener la proyeccin a la vida de proyecto del pavimento: Donde:

Fp = Factor de proyeccin del trnsito. r = Tasa de crecimiento anual en decimales. n = vida de proyecto del pavimento en aos. Determinacin de los ejes equivalentes de 18,000 libras, esperados durante la vida de proyecto W18.

Vehculos Por ciento Peso a carga

mxima por ejes. (Ton.)

Peso equivalente a 18,000 lb.

(8.2 Ton)

Ejes esperados diarios de 18,000

lb. (8.2 Ton)

1 2 3 4 TDPAcp* 2 * 4 Donde:

W18 = Ejes de 18,000 lb, esperados en la vida de proyecto. 365 = Das del ao. Fp = Factor de proyeccin del trnsito. Mdulo de ruptura a la tensin por flexin Mr.

Fp = (1+r) n -1

r

W18 = WDIARIOS * 365 * Fp

Mr = 0.13 fc


Donde: Mr = Mdulo de ruptura a la tensin por flexin de trabajo, propuesto o esperado del concreto a la edad d 28 das , aplicando las cargas en los tercios del claro, lb/in2 fc = Resistencia a la compresin a los 28 das de especmenes cilndricos de , lb/in2.

Mdulo elstico del concreto hidrulico Ec. Donde: Ec = Mdulo elstico del concreto hidrulico, lb/in2 Fc = Resistencia a la compresin a los 28 das de especmenes cilndricos de , lb/in2. Mr = Mdulo de ruptura a los 28 das aplicando cargas en los tercias del claro Mdulo efectivo de reaccin de la subrasante y de la sub.base K. ara el diseo de pavimentos rgidos, se requiere determinar la resistencia de la subrasante, o del terreno natural, expresada como mdulo de reaccin ( K ) , obtenidos mediante pruebas de placa ( AASHTO T 222 ).

Grafica para determinar el mdulo de reaccin (K ), del terreno natural y de la subrasante

Ec = 57,000 ( fc ) o Mr = 6750 Sc 0. 5


Tabla para calcular el mdulo de reaccin de la sub-base, en funcin del material y del espesor. Coeficiente de transferencia de carga J. Dentro de los tres tipos bsicos de pavimentos de concreto se tienen diferencias en la forma en que se pretende controlar el desarrollo natural de los agrietamientos, existiendo para cada caso diferentes niveles de transferencia de carga de uno a otro lado de una grieta o junta del pavimento. Pavimentos sin refuerzo y sin pasajuntas en las juntas transversales, en los cuales la transferencia de cargas

depende nicamente de la friccin entre los agregados en las caras de las grietas, o bajo la grieta inducida por un corte en la losa para formar una junta serrada. Este tipo de pavimento, se recomienda generalmente para casos en que el volumen de transito es de tipo mediano o bajo (menos de 20 semitrailers por da); sin embargo se aplica a carreteras importantes.

Pavimentos con pasajuntas en las juntas transversales , que pueden incluir adems la utilizacin de una malla

de refuerzo. Pavimentos con refuerzo continuo, en el cual no existen juntas, disendose el refuerzo para que las grietas se

mantengan cerradas.

Tabla para determinar los coeficientes de transferencia de carga ( J ), en funcin del trnsito y el tipo de pavimento.


Factores de drenaje ( mi ) Para modificar los coeficientes de capa de la base y Sub-base granulares , en funcin del drenaje de los materiales que se emplean ( m2 ym3 ), estarn en funcin de los siguientes factores: Calidad del drenaje en el tiempo que tarda para que la capa del pavimento drene. El por ciento del tiempo en que la estructura del pavimento est expuesta a niveles cercanos a la saturacin.

Calidad del drenaje. Tiempo en que el agua libre es removida Excelente 2 Horas

Buena 1 Da Regular 1 Semana Pobre 1 Mes Muy Pobre Agua retenida que no drena. . Valores de (mi ), recomendados para modificar los coeficientes estructurales en base y sub-

base sin tratar y para pavimentos flexibles.

Calidad del drenaje

Por ciento del tiempo en que la estructura esta expuesta a niveles cercanos a la saturacin.

Menor que 1 % 1 a 5 % 5 a 25 % Mayor del 25 % Excelente 1.4 1.35 1.35 1.30 1.30 1.20 1.2 Buena 1.35 1.25 1.25 1.15 1.15 1.0 1.0 Regular 1.25 1.15 1.15 1.05 1.0 0.8 0.8 Pobre 1.15 1.05 1.05 0.08 0.8 0.6 0.6 Muy Pobre 1.05 0.95 0.95 0.75 0.75 0.4 0.4 Nivel de confianza R. Se entiende por confiabilidad, como la probabilidad de que la serviciabilidad de una carretera, se mantenga dentro de niveles de servicio adecuadas desde el punto de vista del usuario, durante toda se vida de desempeo.

Clasificacin Niveles recomendados de confianza

Urbanas Federales propuestos Autopistas y carreteras interestatales A4-S Y A4 85 99.9 80 99.9 90

Carreteras principales A2 Y B 80 - 99 75 - 95 90

Carreteras secundarias C 80 - 95 75 - 95 80

Carreteras locales D y E 50 - 80 50 - 80 70


Nivel de servicio. Una forma de medir el comportamiento de un pavimento, es un base al ndice de servicio actual o serviciabilidad, desde el punto de vista del usuario; o bien se puede cuantificar de acuerdo al mtodo AASHTO. El ndice de servicio de una carretera queda comprendido dentro de la escala de 0 a 5, ubicndose desde muy malo hasta muy bueno, de la siguiente manera:

Estado Escala del nivel de

servicio Muy bueno 4.1 a 5.0 Bueno 3.1 a 4.0 Regular 2.1 a 3.0 Malo 1.1 a 2.0 Muy malo 0.0 a 1.0 Nivel de servicio de diseo Po. Este nivel de servicio de diseo, es aquel con el cual queremos que la carretera funcione en su serviciabilidad cuando este puesta en operacin, recin construido el pavimento, y los valores mas recomendables estarn entre 4.0 a 5.0. Considerando que la carretera de mayor importancia debe tener un ndice mas alto, pero los costos sern mayores para aumentar el ndice, ya que se debern tener mayor control en los procesos de construccin Nivel de servicio de Rechazo Pt. Este nivel de rechazo o de serviciabilidad terminal, para el diseo de los pavimentos flexibles, es aquel que se considera que debe llegar el pavimento al termino de su vida til, y en el cual requiere de una reconstruccin.

Carretera Nivel de rechazo

Principales 3.0 Secundarias 2.5 Perdida del nivel de servicio durante el periodo proyectado del pavimento APSI. La perdida del nivel de servicio, estar definido por la siguiente expresin.

Donde: APSI = Perdida en el nivel de servicio. Po = Nivel de servicio de diseo. Pt = Nivel de servicio de rechazo. Error combinado estndar Desviacin Estndar Integral So. El error combinado estndar, es el porcentaje decimal de la prdida de servicio de llegar del nivel de diseo, al nivel de rechazo. Y estar dado por la siguiente funcin.

APSI = Po - Pt

So = Po - Pt Po


Mtodo de la Portland Cement Association (PCA ), para el diseo de pavimentos rgidos. La primera versin de diseo de este mtodo, fue publicada el 1966 y desde entonces se han desarrollado nuevas tcnicas y procedimientos de construccin de pavimentos que fueron incorporadas en las siguientes versiones, hasta llegar a la publicada en 1984, en la cual se refleja en el diseo la experiencia acumulada, en cuanto a comportamiento, investigacin, incluyendo correlaciones con el comportamiento de los pavimentos del tramo de prueba AASHTO y otros estudios especiales. Los datos de entrada requeridos para disear el pavimento, son los siguientes.

Trnsito diario promedio anual ( TDPA ) Distribucin vehicular Vida de proyecto en aos (n) Tasa de crecimiento anual.( r ) Tipo de camino. Valores Relativos de Soporte en por ciento del terreno natural, la subrasante y la sub-base. Mdulo de ruptura del concreto a la tensin generada por la flexin La distribucin del trnsito en el carril de proyecto para el diseo del pavimento, est en funcin del nmero de carriles que tiene la carretera, sin embargo, para el diseo del pavimento, solo se considera un carril para el proyecto, siendo este el mas crtico por la cantidad de esfuerzos a que estar sometido, por ello siempre debemos elegir como carril de proyecto el derecho o de baja velocidad. Factor de proyeccin del trnsito Fp.


Factor de seguridad de las cargas por eje de los vehculos.

Repeticiones de ejes esperados en la vida de proyecto.

Vehculos Por ciento Peso por eje en

(KLB) Peso poe eje

multiplicado por el factor de seguridad

Ejes esperados en la vida de proyecto.

1 2 3 4 (TPPA CP) ( FDT ) (%) ( 365) ( Fp)

Clculo del Valor Relativo se Soporte de Diseo. Este mtodo considera que el diseo del pavimento se debe de realizar con el VRS promedio de los valores determinados en el estudio de Geotcnia o en el estudio de los bancos de materiales. Donde: VRS = Valor Relativo de Soporte de Diseo. VRSi = Cada uno de los Valores Relativos de Soporte determinados. n = Nmero de determinaciones de los Valores Relativos de Soporte. Mdulo efectivo de reaccin de la subrasante y de la sub.base K. Para el diseo de pavimentos rgidos, se requiere determinar la resistencia de la subrasante, o del terreno natural, expresada como mdulo de reaccin ( K ) , obtenidos mediante pruebas de placa ( AASHTO T 222 ).

VRS = VRS1 + VRS2 + VRSi n


Diseo de juntas de construccin. Las junta en los pavimentos de concreto pueden clasificarse , de acuerdo con sus funciones , en tres tipos fundamentales: de contraccin, de construccin y de Expansin, constituyendo un sistema que tiene los siguientes propositos. Controlar los inevitables agrietamientos del concreto en los sentidos longitudinal y transversa. Permitir los movimientos de expansin y contraccin del concreto, sin menoscabo de las adecuadas

condiciones de transferencia de cargas; y Dividir al pavimento en porciones de dimenciones prcticas para su construccin y convenientes para su correcto desempeo


Separacin mxima entre juntas transversales de contraccin para pavimentos de carreteras.


UNIDAD 5

Refuerzo de pavimentos flexibles Los pavimentos flexibles, por sus caractersticas requieren de una conservacin continua, debido a que son deteriorables con la humedad, el trnsito y la intemperie, la combinacin de agua y carga cuando se conjugan desarrollan esfuerzos muy altos en los pavimentos, los cuales los van deteriorando en forma rpida, por lo que es necesario aplicar medidas continuas de conservacin, tanto en forma peridica como rutinaria. Los tratamientos superficiales y las renivelacines o sobrecarpetas, se deben programar durante la vida de proyecto de un pavimento, ya que sin este mantenimiento, se hace imposible que este llegue a la duracin que se proyecto en su diseo.

Medida de conservacin peridica Periodo de aplicacin Tratamientos superficiales, como; riego de sello, riego de taponamiento, poreo, mortero asfltico, micro carpeta, etc. Cada 3 aos Renivelacin con mezcla asfltica o sobrecarpeta

Cada 7 aos Para tomar la decisin a la hora de revisar un pavimento, podemos tener dos casos: El primero, si este requiere una revisin estructural, debido a que este fallada alguna capa subyacente de la estructura, por problemas de agrietamiento, saturacin, agrietamiento, compactacin o alteracin de los materiales. Para poder definir este criterio y realizar una revisin de toda la estructura del pavimento y definir un procedimiento de rehabilitacin, ya sea de la estructura o de las terracerias, existe una regla emprica que dice: si las deformaciones permanentes en las zonas de roderas de un pavimento, son mayores de 2.5 centmetros, significa que la huella de la deformacin, representa una falla en alguna o algunas d las capas de la estructura del pavimento, y en este caso se debe realizar un estudio para rehabilitar el pavimento. El segundo caso es aquel en el cual si las deformaciones permanentes en las zonas de roderas de un pavimento, son menores o igual a 2.5 centmetros, significa que la huella de la deformacin, representa una falla el la carpeta asfltica que seguramente esta fatigada y por ello se deber realizar un estudio para calcular nicamente un refuerzo superficial como una sobre carpeta., Deflexiones con la viga Benkelman.

Principio de la Viga Benkelman En muchos pases se presenta con frecuencia la necesidad de analizar el estado de un pavimento construido anteriormente, a fin de decidir sobre la necesidad de repararlo y sobre el monto de la reparacin. Para describir dichos mtodos es necesario obtener las deflexiones sobre el pavimento mediante la viga de Benkelman, a la cual se le aplica una carga de 8.2 ton., la cual consiste bsicamente en lo siguiente Un brazo D fijo se sita nivelado sobre el pavimento apoyado en 3 puntos ( un punto A y dos puntos B Un brazo mvil D, est acoplado al brazo fijo por una articulacin rotatoria en el punto que se seala. Cuando las llantas de un camin cargado se colocan de manera que el punto C del brazo mvil quede centrado entre ellas, dicho punto bajar una cierta cantidad por la deformacin provocada en el pavimento por el peso de las llantas. Por tal causa el brazo D girar en torno a la articulacin con respecto al brazo D, previamente nivelado y de esta manera el extensmetro que se seala har una lectura, Si se retiran ahora las llantas cargadas, el punto C se recuperar en lo que a deformacin elstica se refiere y por el mismo mecanismo anterior el extensmetro har otra lectura.


Con las dos lecturas del extensmetro es posible saber cunto se movi el punto E en la operacin y con la geometra de la viga se obtendr correspondientemente la recuperacin elstica de C al quitar las llantas, tal como se ilustra en el croquis operativo que aparece en la fig 112., ntese que en realidad se ha medido la recuperacin de C al remover la carga y no la deformacin al colocar sta.

Figura No. 112 .- Esquema del principio de la Viga Benkelman. Mtodo del instituto del asfalto de los E.U.A. para determinar el refuerzo de un pavimento flexible. Datos requeridos:

Tipo de carretera indicando el No. de carriles. (T.D.P.A..) transito diario promedio anual en ambos sentidos. Composicin vehicular indicando el tipo de vehculo y su por ciento. Tasa de crecimiento anual vehicular en por ciento. Perodo de diseo en aos. Deflexiones obtenidas con la viga benkelman. Espesores de la(s) capa(s) asfalticas y df la base, temperaturas dp: lacarpeta y del aire.

Anlisis del transito, para determinar la carga de ejes equivalentes. A).-se consideran nicamente los camiones pesados, desechando los vehculos ligeros 0 automvlles (a2). B).-se elabora una tabla de clculo que incluye los siguientes valores. Ttipo de vehculo Nmero de

vehculos en el primer ao

Factor de carga

Factor de crecimiento

C.E.E.

(1) (2) (:3) (1 x2x3) c) En la columna del tipo de vehiculo, se anotan todos los camiones pesados, excluyendo los vehculos ligeros. d) En el nmero de vehculos en el primer ao se determina multiplicando el T.D.P.A. por el porcentaje del transito total en el carril de diseo, por el percentil: que corresponde a ese tipo de vehculo, por los 365 das del ao.


(T.D.P.A. - F.D.T. - % - 365) Porcentaje del transito total en el carril de diseo Numero de carriles (en dos direcciones) Porcentaje del transito

en el carril de proyecto 2 50 4 45

6 o ms 40 e) El factor de carga se anota el correspondiente para cada uno, siguiente tabla' Factores de carga por tipo de vehculo para carreteras urbanas e interurbanas.

Tipo de vehculo Factores de carga.

(Promedio) (Intervalo)

A'2 0.02 0.01 -0.07 C2, 0.21 0.15 -0.32 C3,C4 0.73 0.29-1.59 B3,B4 0.73 0.29-1.59

T2-S2, T3.S2, T3-S3 0.48 0.33-0.78 C2-R2, C3-R3, C3.R2 0.73 0.43 - 1.32 T2-SL-R2, T2-S2-R2, T3-SL-R2, T3-S2-R2, T3-S2 R3, T3-S2-R4

0.95 0.63-1.53

f) La carga de eje equivalente (C.E.E.), se obtiene multiplicando el nmero de vehculos en el primer ao, por el factor de carga, por el factor de crecimiento. g) Al final se obtiene el total de la carga de ejes equivalentes sumando todos los c. e. e. para cada vehculo. Calculo de la deflexin caracterstica. Realizar una tabla para analizar los datos obtenidos en las mediciones de las deflexiones con la viga Benkelman. km

Rodera Lecturas del micrmetro

Diferencia Correccin

por brazo de palanca

factor de correccin por temperatura

Deflexin corregida

Entrada

Salida (a) (b) (c) (d) (e) = c-d (f) (g) (h) = exfxg


En la columna de kilometraje, se anotaran cada una deas estaciones del tramo de prueba en donde se realizaron las mediciones de la deflexin pudiendo ser a cada 20.0 mts., 0 a 10.0 mts., y si la geografa del camino lo requiere.

Se anotara el lugar de la rodada del camin en donde se determino la deflexin debindose alternar la

derecha y la izquierda, respectivamente.

En la columna de lectura de entrada se anotaran las milsimas de pulgada del micrmetro de la viga que se le dan a la entrada, debiendo ser la suficiente para medir el rebote elstico, pudiendo ser de 100 0 200 milsimas de pulgada.

En la columna de salida se anotan las deflexiones medidas en el micrmetro de la viga despus de la

recuperacin del pavimento.

La diferencia se calcula restando la lectura de salida a la lectura de entrada (entrada- salida),

La relacin del brazo de palanca en las vigas comerciales es de 1:2, teniendo una longitud del. pivote al palpador de 2.438 mts. y del pivote al micrmetro de 1.219 mts. en el- caso de que la viga empleada tenga otro brazo de palanca, se deber determinar el factor de correccin dividiendo la distancia del pivote al palpador, entre la distancia del pivote al micrmetro, y el resultado ser el factor de correccin.

Factor de correccin por temperatura:

(-0.4186)

F = 3.3135 (temperatura media)

La deflexin corregida ser el producto de la diferencia de las lecturas del micrmetro (e), por la correccin por el brazo de palanca, por el factor de correccin por temperatura

La deflexin caracterstica (c), se calcula sumando la media, de las deflexiones corregidas ms el doble

de la desviacin estndar, afectndola por el factor de ajuste por periodo critico.

c = (x + 2)

Donde:

x Promedio de los valores individuales corregidos, por temperatura. Desviacin estndar Factor de ajuste por periodo crtico. El valor de las deflexiones puede variar de hora en hora, de da en da, de la poca de lluvias a la de estiaje de un ao 0 de un ao a otro durante la misma poca. debido a la perdida de resistencia [)e los suelos cuando estos se


saturan, durante los periodos de lluvia intensa. las deflexiones, resultan mximas durante dichos periodos. en ausencia de informacin experimental que permita definir, el factor de ajuste por periodo crtico, las mediciones de las deflexiones en cualquier poca del ao, debern ajustarse empleando el juicio ingenieril, de tal suerte que un factor c= 1, corresponder al periodo considerado critico (mayor perdida de resistencia por saturacin de los materiales) y un factor mayor de 1 a las mediciones realizadas fuera del periodo critico, cuando la resistencia de los suelos aumenta y por lo tanto las deflexiones medidas son menores (se estima que en poca de estiaje, el factor por periodo crtico podra ser del orden de c = 1.5

Tabla para determinar los factores de crecimiento del trnsito, por el mtodo del Instituto del Asfalto.


Grafica para determinar el espesor de refuerzo por el mtodo del Instituto del Asfalto. Mtodo de California par el calculo de refuerzo de pavimentos flexibles. El mtodo, consiste el establecer un lmite mximo de deflexin que puede permitirse a la estructura del pavimento como una medida de su capacidad estructural; dicho lmite es una funcin del espesor de la capa asfltica de rodamiento y del nmero de aplicaciones de carga que ha de soportar el pavimento. Los datos necesarios son los siguientes: TDPA., clasificacin vehicular, tipo de camino, la vida de proyecto, la tasa de crecimiento anual del trnsito, el espesor de la carpeta, la temperatura de la carpeta y los factores de carga que propone el mtodo, los cuales se presentan en la tabla siguiente:

Nmero de ejes Factor de carga

2 280 3 460 4 680

5 mas. 920


Anlisis del trnsito. El trnsito, se evala de acuerdo con el criterio para determinar la carga equivalente que circula durante la vida de proyecto en el carril de diseo del pavimento.

a). - El tipo de vehculo y el porcentaje se obtienen de la clasificacin vehicular.

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