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Capitulo I. Generalidades del Pavimento Flexible

Se denominan Pavimentos flexibles a aquellos cuya estructura total del

pavimento se deflacta o flexiona, un pavimento flexible se adapta a las cargas.

Este tipo de pavimentos son de amplio uso en zonas de tráfico constante como

vías, aceras, parking etc.

La estructura de pavimento flexible está compuesta por varias capas de

material. Cada capa recibe las cargas por encima de la capa, se extiende en ella,

entonces pasa a estas cargas a la siguiente capa inferior. Por lo tanto, la capa

más abajo en la estructura del pavimento, recibe menos carga.

Con el fin de aprovechar al máximo esta propiedad, las capas son generalmente

dispuestas en orden descendente de capacidad de carga, por lo tanto la capa

superior será la que posee la mayor capacidad de carga de material (y la más

cara) y la de más baja capacidad de carga de material (y más barata) ira en la

parte inferior.

El pavimento flexible resulta más económico en su construcción inicial,

tiene un periodo de vida de entre 10 y 15 años, pero tienen la desventaja de

requerir mantenimiento constante para cumplir con su vida útil. Este tipo de

pavimento está compuesto principalmente de una carpeta asfáltica, de la base y

de la sub-base.

1.1 Características del pavimento flexible

Un pavimento flexible se adapta a las cargas. La estructura de

pavimento flexible está compuesta por varias capas de material. Cada capa

recibe cargas, se extiende en ella, y pasa a estas cargas, a la siguiente capa

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inferior. Por lo tanto, la capa más abajo en la estructura del pavimento, recibe

menos carga.

Con el fin de aprovechar al máximo esta propiedad, las capas son

generalmente dispuestas en orden descendente de capacidad de carga, por lo

tanto la capa superior será la que posee la mayor capacidad de carga de

material (y la más cara) y la de más baja capacidad de carga de material (y más

barata) ira en la parte inferior.

Un pavimento flexible debe satisfacer los siguientes propósitos:

Resistir y distribuir las cargas producidas por el transito

Ser impermeable

Resistir la acción destructora de los vehículos

Tener resistencia ante los agentes atmosféricos

Poseer superficie de rodamiento cómoda segura y fácil de los vehículos

Presentar flexibilidad para adaptarse a algunas fallas de base o sub-base

1.2 Modelación mecanicista de un pavimento flexible

Existen en general dos clases de estructuras de pavimento, los flexibles

y los rígidos; la principal diferencia entre estos es la forma como reparten las

cargas. Desde el punto de vista de diseño, los pavimentos flexibles están

formados por una serie de capas y la distribución de la carga está determinada

por las características propias del sistema de capas. Los rígidos tienen un gran

módulo de elasticidad y distribuyen las cargas sobre un área grande, la

consideración más importante es la resistencia estructural del concreto

hidráulico.

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Capitulo II. Tratamientos Superficiales

2.1 Tipos de Tratamientos Superficiales

Los tratamientos superficiales abarcan desde una simple y ligera

aplicación de cemento asfáltico o emulsión bituminosa, a múltiples aplicaciones

de materiales asfálticos sobre las que se distribuyen agregados pétreos.

También se consideran tratamientos superficiales algunos tipos de

mezcla asfáltica−agregados. Todos los tratamientos superficiales sellan y

prolongan la vida de los caminos. Cada tipo tiene una o más propósitos

especiales. La siguiente es una clasificación de tratamientos superficiales

asfálticos de acuerdo a su aplicación y preparación.

Tratamientos superficiales con aplicación de asfalto y distribución de

agregados.

Tratamientos superficiales simples.

Tratamientos superficiales dobles.

Tratamientos superficiales con aplicación única de asfalto.

Riego de imprimación.

Paliativos de polvo.

Road rolling.

Riegos de liga.

Riego pulverizado (Fog seal).

Lechadas asfálticas

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2.2 Tratamiento Superficial Simple

Consiste en una sola aplicación uniformemente distribuida de ligante

bituminoso, seguido de una aplicación de árido de tamaño tan uniforme como

sea posible. Esta se realiza sobre una superficie acondicionada y con una

estructura apropiada a las condiciones de so-licitación a que va a estar

expuesta.

2.3 Tratamiento Superficial Doble

Son dos riegos alternados y uniformemente distribuidos de ligante

bituminoso y árido sobre una superficie acondicionada previamente. El tamaño

medio del árido de cada distribución sucesiva es la mitad o menos del tamaño

medio de la capa precedente. El espesor total es aproximadamente igual al

tamaño máximo nominal del árido de la primera aplicación.

2.4 funciones de los tratamientos superficiales

Un tratamiento superficial por sí mismo no es considerado un

pavimento. Básicamente brinda una cubierta impermeable a la superficie

existente de la calzada y resistencia abrasiva del tránsito. Algunas de las

funciones más comunes con:

Proveer una superficie económica y duradera para caminos con bases

granulares que tienen tránsitos ligeros y de mediano volumen.

Prevenir la penetración superficial de agua en bases granulares y

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pavimentos viejos que han comenzado a desintegrarse por el tiempo o a

fisurarse.

Rellanar huecos, recubrir y ligar partículas minerales desprendidas y

restaurar la superficie del pavimento.

Renovar superficies y restaurar la resistencia al deslizamiento de

pavimentos deteriorados por el tránsito en los cuales los agregados

superficiales han comenzado a pulirse.

Restaurar capas de rodamientos afectadas por los agentes climáticos y dar

nueva vida a superficies de pavimentos resecas.

Proveer una cubierta temporaria en los casos de construcción de pavimentos

incompletos y demorados o cuando se trata de una construcción por etapas.

Paliar el polvo.

Asegurar la adherencia de las capas asfálticas superiores con las bases

granulares (riego de imprimación).

Asegurar la trabazón entre la superficie que está siendo pavimentada y la

capa superior (riego de liga).

Capítulo III. Diseño de pavimentos

Los pavimentos de carreteras se dividen en dos categorías principales:

rígidos y flexibles. La superficie de rodamiento de un pavimento rígido se suele

construir en concreto de cemento portland, para que funcione como una viga

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sobre las irregularidades que haya en el material de soporte. Por otra parte, la

superficie de rodamiento de los pavimentos flexibles se suele construir en

materiales bituminosos, de tal modo que permanezcan en contacto con el

material subyacente, aunque haya pequeñas irregularidades. En general, los

pavimentos flexibles consisten en una superficie bituminosa soportada por una

capa de material granular y una capa de una mezcla adecuada de materiales

gruesos y finos.

Las cargas del tránsito se transfieren desde la superficie de rodamiento

a los materiales de subyacentes de soporte, atreves del contacto de los

agregados, el efecto friccionante de los materiales granulares y la cohesión de

los materiales finos.

Los pavimentos flexibles se subdividen en tres subgrupos: tipo alto, tipo

intermedio, y tipo bajo. Los pavimentos de tipo alto tienen superficies de

rodamiento que soportan en forma adecuada la carga esperada de tránsito, sin

deterioro visible debido a desgate, y no son susceptibles a las condiciones del

tiempo.

Los pavimentos de tipo intermedio tienen superficies de rodamiento

que van desde las de superficie tratada hasta aquellos cuyas calidades son un

poco inferiores a las de los pavimentos de tipo alto. Los pavimentos de tipo bajo

se usan principalmente en camino de bajo costo y sus superficies de

rodamiento van desde las no tratadas, pasando por materiales naturales

sueltos, hasta tierra con superficie tratada.

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3.1 Principios generales de diseño de pavimento flexible

En el diseño de pavimentos flexibles se suele considerar a la estructura

del pavimento como un sistema elástico de varias capas, estando caracterizado

el material de cada capa por ciertas propiedades físicas, que puede incluir el

módulo de elasticidad, de resiliencia y la relación de poisson.

El procedimiento de diseño consiste en escoger una adecuada

combinación de espesores de capas y características de materiales (E,m ,h) para

que los esfuerzos y deformaciones (z, e z y e t) 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 de los 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 como el DEPAV del paquete INPACO del

Instituto de Vías de la Universidad del Cauca, también existen otros programas

como ALIZE III, BISAR, CHEVRON, ELSYM 5, KENLAYER, EVERSTRESS, FLAC3D

2.00 (Modelo elástico no lineal), etc., que realiza estos cálculos; obtenidos los

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esfuerzos, deformaciones y deflexiones pueden ser comparados con los límites

admisibles obtenidos por medio de las leyes de la fatiga de los materiales.

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 directo; 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 de los módulos de los

materiales que están constituyendo el pavimento; esto se conoce con el nombre

de cálculo inverso en el que la solución no es exacta ni única y se requieren de

varias reiteraciones y del criterio de ingeniero para ajustar la solución

definitiva; para el cálculo inverso también existen programas de computador

como el EVERCAL 5.0, MODULUS 5.1, que hacen las iteraciones necesarias

automáticamente y no manual mente como se ha hecho hasta la actualidad en

nuestro medio. En el siguiente esquema se muestra el proceso del cálculo

directo e inverso.

3.2 Componentes estructurales de un pavimento flexible.

Los componentes del pavimento flexible son: subransante o afirmado,

sub base, la base y la superficie de rodamiento. El funcionamiento del

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pavimento depende del funcionamiento satisfactorio de cada componente, para

lo cual se requiere una evaluación adecuada por separado de las propiedades

de cada componente.

Subrasante (afirmado)

La subrasante suele ser del material natural ubicado a lo largo del

alineamiento horizontal del pavimento y sirve como cimiento de la estructura

del pavimento. También puede estar hecha de una capa de materiales

adecuados de préstamos, bien compactados hasta las especificaciones

establecidas. Se podrá necesitar tratar el material de la subrasante, para

alcanzar ciertas propiedades de resistencia que se requieren para el tipo de

pavimento que se esté construyendo.

Capa de sub base

Inmediatamente arriba del terraplén, el componente sub base consiste

en material de una calidad superior a la que en general se usa en la

construcción de la subrasante. Los requisitos para materiales de sub base se

suelen especificar en términos de la granulometría, características plásticas y

resistencia. Cuando la calidad del material de la subrasante cumple con los

requisitos del material sub base, se puede omitir la sub base como componente.

En caso en que no se consigue con facilidad un material adecuado para la sub

base el material disponible puede tratarse con otros, para alcanzar propiedades

necesarias. A este proceso de tratar suelo para mejorar sus propiedades

técnicas se le llama estabilización.

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Capa de base

La capa base queda inmediatamente arriba de la sub base. Se tiende de

inmediato sobre el terraplén en caso de no usarse capa de sub base. La capa de

base suele consistir en materiales granulares, como piedra triturada, escoria

triturada o no triturada, grava triturada o no triturada y arena. Entre las

especificaciones de los materiales para la capa de base se suelen encontrar

requisitos estrictos en comparación con los de los materiales de la sub base, en

especial en lo que concierne a su plasticidad, granulometría y resistencia. Los

materiales que no tienen propiedades requeridas se pueden usar como

materiales de base, si se estabilizan en forma adecuada con cemento portland,

asfalto o cal. En algunos casos, también se puede tratar los materiales gruesos

para base de alta calidad, con un asfalto o con cemento portland para mejorar

las características de rigidez de los pavimentos de uso rudo.

Capa superficial

La capa superficial, carpeta o revestimiento es la capa superior del

pavimento y se construye inmediatamente arriba de la base. La capa superficial

en los pavimentos flexibles suele consistir en una mezcla de agregados

minerales y materiales asfalticos. Debe ser capaz de resistir altas presiones de

neumáticos, así como las fuerzas abrasivas del tránsito y proporcionar una

superficie de manejo resistente a los derrapes y poder evitar la penetración del

agua superficial a las capas subyacentes. El espesor de la superficie de

rodamiento puede variar desde 3 pulgadas hasta más de 6, dependiendo del

tránsito esperado.

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Capítulo IV. Duración de un Pavimento Flexible

Para pavimentos flexibles, la estrategia de diseño seleccionado deberá

presentar un mínimo inicial de duración de ocho años antes de que sea

obligatoria la superposición de otra capa. En general la duración óptima

debería estar diseñada para un período de 20 años.

Cuanto mayor sea el módulo que se añada a la capacidad estructural de las

capas de pavimento. La carga se distribuye a lo largo de un área más amplia de

la sub-base o suelo de apoyo.

Capítulo V. Identificación de agentes que afectan el pavimento

flexible

Para poder solucionar este problema debemos tomar en cuenta los

diversos aspectos que pueden afectar o beneficiar en la investigación, como

son:

a) La resistencia estructural

b) La deformabilidad

c) La durabilidad

d) El costo

e) Los requerimientos de conservación

f) La comodidad

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A) La resistencia estructural

La primera condición que debe cumplir el pavimento es soportar las

cargas impuestas por el transito dentro del nivel de deterioro y destrucción

prevista por el proyecto.

B) La deformabilidad

Con respecto a la deformación, dada la naturaleza de los materiales que

forman las capas del pavimento, la deformabilidad suele crecer así a abajo, la

deformabilidad interesa sobre todo a niveles relativamente profundos ya que

las capas superiores son más resistentes que las inferiores, soportando así,

mayores niveles de deformación.

C) La durabilidad

Es difícil determinar cuál será la durabilidad deseable de nuestro

pavimento en cualquier caso dado, ya que está ligada a una serie de diversos

factores económico y sociales, como lo son el tipo de materiales que se utilicen,

o el uso y mantenimiento que tenga nuestro pavimento.

D) El costo

Como todas las estructuras el pavimento representa un balance entre

satisfacción de requisitos de resistencia y estabilidad en general, por un lado y

el costo por el otro. Un diseño correcto diseño será el que llegue a satisfacer los

necesarios requerimientos del servicio a costos mínimos.

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E) Los requerimientos de conservación

Hay que tomar en cuenta una gran cantidad de factores que se plantean

en la conservación del pavimento, factores climáticos, la intensidad del tránsito,

el comportamiento de las terracerías, deformaciones, derrumbes, entre otros,

ya que los pavimentos sufren falta de conservación sistemática y su vida se

acorta que es lo que queremos evitar.

F) La comodidad

Los problemas y métodos del diseño de los pavimentos deben verse

afectados por la comodidad que el suelo requiere para transitar a la velocidad

del proyecto, dentro de este requisito quedan también, la seguridad que es el

más importante de ellos, la estética y el impacto psicológico en el conductor.

El pavimento flexible suele ser una de las mejores opciones en el caso

de que se tenga que aplicar sobre zonas deformables, suelos fangosos, y todo

tipo de lugares en el que sea necesario un tipo de carretera resistente hacia

todos los factores de deformabilidad mencionados.

Tomando en cuenta todos los aspectos mencionados, se tratara de

provocar un impacto social favorable y con la menor cantidad de desagrados

hacia la población, mejorando el tipo de pavimento, con esto lo que se pretende

es que sea más durable y no tenga las incomodidades del mantenimiento que

comúnmente se le debe tener.

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Capítulo VI. Causas de un pavimento flexible defectuoso.

Las causas de un pavimento flexible defectuoso pueden ser:

-Agrietamiento -Superficie ondulada

-Desgarramiento -Segregación

Los tipos de obra en donde se pueden aplicar este tipo de pavimentos

flexibles son en calles aun con tierra que normalmente se le conoce como

terracería, avenidas, calles, etc.

Capítulo VII. Fallas en pavimentos flexibles

En pavimentos, la palabra falla se utiliza tanto para verdaderos colapsos

como deterioros simples. El concepto de deterioro o falla está asociado al nivel

de servicio que depende de la exigencia del consumidor. Una falla es algo que se

aparta de lo que se consideró perfecto. Las fallas de los pavimentos pueden

dividirse en tres grupos:

Falla por insuficiencia estructural.

Falla por defectos constructivos.

Falla por fatiga.

7.1.1 Falla por insuficiencia estructural

Pavimentos construidos con material inapropiado en cuanto a

resistencia. Se pueden utilizar materiales con buena calidad pero espesores

insuficientes. Esta falla se produce por la combinación de la resistencia al

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esfuerzo cortante de cada capa y sus espesores.

7.1.2 Falla por defectos constructivos

Pavimentos bien proporcionados y con materiales de buena calidad

pero que en su construcción se cometieron errores.

7.1.3 Falla por fatiga

Pavimentos que originalmente estuvieron bien proporcionados y

construidos, con el paso del tiempo y la continua repetición de cargas sufren

efectos de fatiga, degradación estructural, pérdida de resistencia y acumulan

deformaciones.

Aparte de estos tres grupos, también se agrupan por su origen, es

decir por el modo en que suceden y se manifiestan. Se separan en tres nuevos

grupos que son: por fracturamiento, por deformación y por desintegración. Se

relacionan con el efecto del tránsito, las características y estructuración del

pavimento y el apoyo que proporciona la terracería.

Las fallas por insuficiencia estructural, defecto constructivo o fatiga

pueden ser a fin de cuentas causadas por el fracturamiento, la deformación y la

desintegración.

7.2 Fallas comunes en los pavimentos

Existen distintas fallas comunes en los pavimentos, entre ellas, se

encuentra el agrietamiento en “piel de cocodrilo”, deformación permanente en

la superficie del pavimento, fallas por cortante, agrietamiento longitudinal,

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consolidación del terreno de cimentación.

7.2.1 Agrietamiento en “Piel de cocodrilo”

Es un agrietamiento que se extiende sobre toda la superficie de

rodamiento. Se da por el movimiento excesivo de una o más capas del

pavimento o por fatiga de la carpeta. Es común en pavimentos construidos en

terracerías resilientes. Es típico de bases débiles o insuficientemente

compactadas. Puede formarse en lugares donde existe el congelamiento o en

lugares que se requiere sub-drenaje. Este fenómeno puede ser progresivo

generando la destrucción del pavimento, que comienza por desprenderse de la

carpeta y la remoción de los materiales granulares expuestos. Es importante

estudiar la causa, ya que si es por fatiga el progreso es muy lento, en cambio si

es por deficiencia estructural o por exceso de agua el progreso es muy rápido.

7.2.2 Deformación permanente en la superficie del pavimento

La deformación permanente en la superficie del pavimento está

asociada al aumento de compacidad en las capas de base o sub - base, debida a

cargas excesivas, cargas repetidas o rotura de granos. También puede darse por

consolidación en la subrasante. Por lo general, el ancho del surco es mayor al

ancho de una llanta.

7.2.3 Fallas por cortante

Se debe a la falta de resistencia al esfuerzo cortante de la base o sub -

base. En rara ocasión por falta de resistencia en la subrasante. Generalmente se

hacen surcos profundos y bien marcados cuyo ancho no excede al de una llanta.

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7.2 .4 Agrietamiento longitudinal

Grietas longitudinales de una abertura aproximada de 0.5 cm. en el área

de circulación de las cargas más pesadas. Se deben a movimientos en las capas

del pavimento en dirección horizontal.