El pavimento : una estructura
Facultad de Ingeniera
Programa de Ingeniera Civil
Ingeniera de vas
Autor Ing. Omar Blanco Vargas
Pavimento
Estructura de capas de diferentes materiales colocada sobre el
suelo, para permitir la circulacin de vehculos y personas de
manera segura, cmoda y econmica.
Ing. Omar Blanco Vargas
Estructuras equivalentes
Ing. Omar Blanco Vargas
Elementos estructura de pavimento
Ing. Omar Blanco Vargas
Subrasante
Es la fundacin del pavimento y soporta las cargas que este le transmite,
provenientes del trfico.
El diseo de espesores busca que las cargas le lleguen con una
magnitud tal que las pueda soportar.
Deben estar sometidas a bajos esfuerzos, transferidos por la estructura
del pavimento
Se debe controlar su compactacin
Ing. Omar Blanco Vargas
Subrasante
Base y Subbase
Capas colocadas debajo de la rodadura, contribuyen a la capacidad estructural del pavimento.
Tipos: Granulares, estabilizadas con cemento (suelo-cemento), concreto magro, concretos porosos, morteros de densidad controlada, y otras alternativas.
Ing. Omar Blanco Vargas
Principal componente de la estructura del pavimento
Distribuye las cargas de las llantas a la sub-base y a la subrasante
Debe resistir presiones verticales que producen consolidacin
Debe resistir cambios de volumen causados por cambios en humedad
Para clculo de espesores de pavimentos la base debe tener un CBR
mnimo de 80
Ing. Omar Blanco Vargas
Base Granular
Se incluye como parte integral de la estructura de los pavimentos
flexibles, excepto cuando se encuentren subrasantes con CBR mayores
de 20
Funcin similar a las de las bases
Requerimientos de material menos estrictos que los de las bases y su
CBR es variable
Ing. Omar Blanco Vargas
Sub-base granular
Mezcla asfltica colocada sobre una base y una sub-base,
cuando se requiera segn las condiciones de la subrasante, la
cual a su vez debe soportar toda la estructura del pavimento.
Ing. Omar Blanco Vargas
Pavimentos flexibles
Pavimentos flexibles
Placa de concreto, colocada sobre una sub base
granular o estabilizada, que es soportada por una
subrasante compactada
Ing. Omar Blanco Vargas
Pavimentos rgidos
Capa de Rodadura
Soporta la abrasin del trfico, la intemperie, contribuye a la estructura y
le da su nombre.
Las rodaduras ms comunes son: Losas de concreto, carpetas de
asfalto y capas de adoquines (articulado).
Ing. Omar Blanco Vargas
En el pavimento de adoquines, la capa de rodadura est conformada por
tres materiales: Los adoquines de concreto, la capa de arena y el sello
de arena, unidos por friccin (compactacin), sin ligantes.
Ing. Omar Blanco Vargas
Pavimento articulado
Capa revestida en asfalto
Superficie lisa y bien compacta
Previene penetracin del agua a la base granular
De alta estabilidad y durabilidad
Resistente a esfuerzos inducidos por vehculos
Ing. Omar Blanco Vargas
Superficie de Mezcla Asfltica
Confinamiento
Impide el desplazamiento de la rodadura por el empuje del trfico,
especialmente en el permetro del pavimento.
Ing. Omar Blanco Vargas
SUELOS
Ing. Omar Blanco Vargas
Meteorizacin Erosin
Transporte - Acumulacin
Compactacin Cementacin
Formacin de Suelo
Perfil de Meteorizacin
Suelo
Roca
Meteorizada
Roca
Fracturada
Roca Sana
Proceso de meteorizacin: formacin de los suelos
Ing. Omar Blanco Vargas
Suelos, rocas, agregados
Ing. Omar Blanco Vargas
Elementos bsicos del conocimiento de los suelos
Exploracin subsuelo
Estudio de suelos
K 67+000 K 72+000
PERFIL DE SUELOS: FUNDACION RIO ARIGUANI, BOSCONIA
ROCA METEORIZACIN SUELO
-Clasificacin ASSHTO
-Clasificacin Unificada (Grueso, fino y orgnico).
-Ensayos de caracterizacin
Clasificacin de los suelos
S.U.C.S.: Sistema Unificado de Clasificacin de Suelos (ASTM D- 2487 )
Basado en el tamao de grano y en subgrupos sobre caractersticas de
plasticidad (A. Casagrande 1942)
AASHTO: American Association of State Highway and Transportation Officials
Ing. Omar Blanco Vargas
Clasificacin de
suelos segn
AASHTO
Ing. Omar Blanco Vargas
Clasificacin de
suelos segn
SUCS
Ing. Omar Blanco Vargas
Clasificacin de los suelos: SUCS
Clasificacin de los suelos: SUCS
Son por lo general suelos arcillosos que presentan cambios volumtricos significativos con los
cambios de humedad
Producen movimientos diferenciales que causan rugosidad y craqueo al pavimento
Ilitas y Caolinitas producen hinchamiento por cambio volumtrico
Usualmente con LL > 40 y IP > 25
Suelos con cambios volumtricos > 3% en el CBR, requieren tratamiento:
Remocin del suelo
Estabilizacin
Controles sobre compactacin y humedad
Adecuado drenaje
Ing. Omar Blanco Vargas
Suelos Sensibles
Correlacin tipo de
suelo con valores de
capacidad de carga
Ing. Omar Blanco Vargas
LOS AGREGADOS:
clasificacin
propiedades
y
caracterizacin
Ing. Omar Blanco Vargas
Agregados naturales:
derivados de extracciones de fuentes naturales, tales como depsitos de
arrastres fluviales o de glaciares y de canteras de diversas rocas.
Agregados artificiales:
Conseguidos a travs de procesos industriales tales como: escorias de alto
horno, clinker, limadura de hierro, aligerados y otros.
Agregados reciclados:
Conseguidos a travs de procesos de recuperacin secundaria: demolicin
de concretos, reciclado de pavimentos.
Clasificacin segn su procedencia
Ing. Omar Blanco Vargas
Clasificacin segn uso
Agregados para Concretos
Agregados para Morteros
Agregados para Pavimentos
Sin ligantes
Con ligantes
Balastos para Ferrocarril
Material para Filtros
Ing. Omar Blanco Vargas
Clasificacin petrogrfica
Clasifica los agregados partiendo de caractersticas comunes (Norma BS 812 Parte 1):
Grupo Basalto
Grupo Pedernal
Grupo Gabro
Grupo Granito
Grupo Arena
Grupo Hornfels
Grupo Calizas
Grupo Prfido
Grupo Cuarcita
Grupo Esquisto
Ing. Omar Blanco Vargas
Clasificacin de forma, tamao y texturas:
Clasificacin Descripcin
Redondeado Completamente desgastada por agua o friccin
Irregular
Naturalmente irregular, o parcialmente moldeada por friccin o por
borde pulidos
Escamosa
Material cuyo espesor es pequeo en relacin con las otras dos
dimensiones
Angular
Posee bordes bien definidos formados en la interseccin de las
caras planas.
Alargada
Material angular en el que la longitudes considerablemente mayor
que las otras dos dimensiones
Escamosa y alargada
Material con longitud considerablemente mayor que el ancho y
ancho considerablemente mayor que el espesor.
Forma
Ing. Omar Blanco Vargas
Clasificacin por tamao (granulometra)
Tamao de las
partculas (mm)Denominacin Clasificacin
D < 0,002 Arcilla
0,002 < D < 0,074 Limo
0,074 < D < 4,76 Arena Agregado fino
4,76 < D < 19,1 Gravilla
19,1 < D < 50,8 Grava
50,8 < D < 152,4 Piedra
D > 152,4 Rajn o piedra bola.
Fraccin muy fina
Agregado grueso
Tamiz No. 200
Tamiz No.4
Ing. Omar Blanco Vargas
Textura
Grupo Textura de la superficie Caractersticas
1 Vidriosa Fracturada concoidal
2 Pulida Desgastada por agua, o debido a fractura de laminado o
roca de grano fino
3 Granulosa Fracturas que muestran granos uniformes +/- pulidos
4 Rugosa fractura rugosa de roca granular fina - o media - que tiene constituyentes cristalinos que no se pueden ver fcilmente.
5 Cristalina Contiene constituyentes cristalinos fcilmente visibles.
6 Panal de abeja con cavidades y poros visibles.
Ing. Omar Blanco Vargas
Ensayo de materiales
Ensayos
Granulometra
Tamao mximo
Superficie especifica
Porosidad y absorcin
Masa unitaria suelta
Resistencia
Ing. Omar Blanco Vargas
Modulo de finura
Tamao mximo nominal
Densidad
Masa unitaria compacta
Adherencia
Dureza
Materiales para concretos asflticos e hidrulicos
Ensayo de materiales
Materiales para bases y subbases granulares
Ensayos de Campo y Laboratorio
Ing. Omar Blanco Vargas
Lmites de Atterberg
Desgaste
Equivalentes de arena
Pesos Unitarios, Especficos y Absorcin
Forma
Ensayos de Placa
Granulometra
Proctor
Solidez
Azul de Metileno
Adherencia
CBR
A continuacin se realiza una breve descripcin
de algunos de los ensayos destinados a la
evaluacin de los ensayos de suelos
Ensayos de laboratorio
Granulometra
Ensayo mediante el cual se logra determinar la distribucin de los
distintos tamaos de las partculas que conforman un suelo.
Este ensayo se basa en la discriminacin de partculas retenidas en
unas mallas de aberturas normalizadas en orden descendente.
Ing. Omar Blanco Vargas
Gradacin
Los tamices son mallas de
aberturas normalizadas
que permiten el paso de las
partculas y las clasifican.
Ing. Omar Blanco Vargas
Lmites de Atterberg
Este ensayo permite conocer el punto en el cual un suelo afectado
por la presencia de agua cambia su estado o consistencia.
Se identifican los limites realizando unas pruebas de cohesividad del
material adicionando agua de forma progresiva, hasta lograr el
cambio de estado.
Ing. Omar Blanco Vargas
Cazuela de Casagrande
Este equipo permite
conocer las condiciones
de consistencia de los
suelos evaluados,
buscando sus lmites
lquido y plstico
Ing. Omar Blanco Vargas
Proctor
Con este ensayo se pretende determinar la capacidad de un
suelo para ser compactado, obligando a las partculas a
cohesionarse entre s, con la variacin de la humedad, hasta
alcanzar el porcentaje ideal de compactacin.
Ing. Omar Blanco Vargas
Mquina de Proctor
Mquina para simular la
compactacin del suelo
utilizado en la prueba, la
cual ser medida
posteriormente
Ing. Omar Blanco Vargas
Desgaste
Es un ensayo que permite correlacionar la prdida de material
al someterla a condiciones simuladas de abrasin e impacto
con su dureza; sta se cuantifica mediante tamizado posterior
del material determinando la susceptibilidad al desgaste o
dureza del material.
Ing. Omar Blanco Vargas
C.B.R.
El ensayo de C.B.R. mide la resistencia al corte ( esfuerzo
cortante) de un suelo, bajo condiciones de densidad y humedad
controladas.
Esta evaluacin se logra haciendo penetrar un pistn a una
velocidad especfica, comparando el comportamiento con una
muestra patrn.
Ing. Omar Blanco Vargas
Equivalente de Arena
Permite determinar, de las partculas de arena que componen un suelo, cuntas
corresponden a material arcilloso, limos y dems finos que presentan retraccin
en la ausencia de humedad (fenmeno indeseable en los componentes de la
estructura de un pavimento).
El ensayo se basa en la dilucin de una muestra de arena en un fluido, con una
solucin floculante que aglutina los finos, los decanta y permite cuantificarlos
comparados con el volumen de muestra ensayada.
Ing. Omar Blanco Vargas
Equivalente de Arena
Elementos utilizados en la
evaluacin del equivalente
de arena en los suelos
Ing. Omar Blanco Vargas
Azul de Metileno
Es un ensayo basado en la comparacin colorimtrica para
determinar especficamente el contenido de arcillas expansivas en
una muestra de arena, haciendo que estas partculas en su
superficie adsorban el azul de metileno diluido en una solucin
acuosa, permitiendo calcular el porcentaje de estas arcillas
contenido en la muestra.
Ing. Omar Blanco Vargas
Pesos Unitarios, Especficos y Absorcin
Mediante esta evaluacin se logra determinar la
concentracin de masa por unidad de volumen de los
materiales evaluados, ya sea teniendo en cuenta o no
los intersticios entre las partculas
Ing. Omar Blanco Vargas
Pesos Unitarios
Es la relacin entre la cantidad de masa que cabe en un recipiente
de volumen conocido, teniendo en cuenta los espacios vacos entre
las partculas.
A mejor acomodacin de estas partculas, menor cantidad de
espacios vacos, y mayor concentracin de masas por unidad de
volumen.
Ing. Omar Blanco Vargas
Pesos Unitarios
Con un recipiente de
volumen conocido y una
balanza, podemos
calcular la relacin de
masa ocupando un
volumen
Ing. Omar Blanco Vargas
Pesos Especficos
Es la misma relacin de masa por unidad de volumen,
pero basados en el desplazamiento de agua cuando
un cuerpo es sumergido, calculando los espacios
vacos entre partculas para ser descontados del valor
obtenido.
Ing. Omar Blanco Vargas
Absorcin
Es la cuantificacin de la capacidad que tiene un cuerpo
de retener agua en sus poros. Este trmino se asocia a la
permeabilidad de los materiales.
Ing. Omar Blanco Vargas
Elementos para calcular las densidades
Elementos necesarios
para la determinacin de
la densidad y absorcin de
los materiales.
Ing. Omar Blanco Vargas
A continuacin se realiza una breve descripcin de
algunos de los ensayos destinados a la evaluacin de los
agregados para asfaltos, concretos hidrulicos y capas
estructurales de pavimentos
Ensayos de laboratorio
Granulometra:
Distribucin de los tamaos de las partculas que conforman los agregados. Se
determina mediante un anlisis granulomtrico dividiendo una muestra del
agregado en fracciones de igual tamao. (NTC 32)
Propiedades Fsicas de los Agregados
Ing. Omar Blanco Vargas
Modulo de finura: es el promedio logartmico de la distribucin de tamaos de
las partculas. Este factor emprico permite estimar que tan fino o grueso es un
material.
Tamao mximo: indica la partcula ms grande que podemos encontrar dentro
del agregado. Esta definido como la abertura de menor tamiz que permite el
paso del 100% del material.
Tamao mximo nominal: definido como la abertura de tamiz inmediatamente
superior al que retenga el 15 % o ms de material. Indica el tamao promedio de
las partculas ms grandes.
Factores derivados del anlisis granulomtrico:
Ing. Omar Blanco Vargas
Superficie especfica:
Es la relacin que hay entre la superficie exterior de una partcula y el volumen que ocupa esta partcula. Por lo tanto a mayor tamao mximo de una masa de agregado es menor su superficie especfica.
Densidad:
es la relacin entre el peso y el volumen de una masa determinad de agregado.
Densidad absoluta
Densidad nominal
Densidad aparente
Ing. Omar Blanco Vargas
Aspecto relevante ya que a mayor porosidad, menor dureza, y mayor absorcin. El grado de absorcin de las partculas de los agregados vara aproximadamente entre
0% y 5%.
100% xPs
PsPsssabsorcin
Donde,
Psss peso material saturado superficialmente seco
Ps peso del material seco
Porosidad y absorcin:
Ing. Omar Blanco Vargas
Masa unitaria compacta:
Es el grado de acomodamiento de las partculas cuando se esta
sometiendo a vibracin el agregado.
Masa unitaria suelta:
masa unitaria del material en estado normal de reposo.
Ing. Omar Blanco Vargas
Resistencia:
La resistencia a trituracin de los agregados es obtenida mediante
ensayos a muestras de roca o mediante valores de trituracin de
muestras a granel, los cuales dan una idea acerca del
comportamiento de los agregados.
Propiedades mecnicas de los Agregados
Ing. Omar Blanco Vargas
Mquina de los ngeles
Equipo que permite simular
las condiciones de abrasin
e impacto para determinar el
desgaste de un material
ptreo.
Ing. Omar Blanco Vargas
Adherencia:
Derivada de fuerzas de origen fsico-qumicas que ligan las partculas del
agregado con la pasta (cemento + agua). La adherencia depende del
tamao, forma, rigidez y textura de las partculas de agregado as como de la
calidad de la pasta.
Ing. Omar Blanco Vargas
Propiedades mecnicas de los Agregados
Dureza:
Propiedad que depende de la constitucin
mineralgica, la estructura y la procedencia
del agregado. Se evala mediante el ensayo
de resistencia al desgaste en mquina de los
ngeles NTC 90
Ing. Omar Blanco Vargas
Propiedades mecnicas de los Agregados
Evaluacin de la Forma
Alargamiento: Este ensayo se basa en la comparacin de las
partculas retenidas por un tamiz, contra una medida patrn que
indica cuan alargada es o no una partcula.
Aplanamiento: Este ensayo se basa en la comparacin de las
partculas retenidas por una tamiz, pasndolas por una abertura en
una plantilla, que discrimina el aplanamiento de estas.
Ing. Omar Blanco Vargas
Medidas patrn para la evaluacin de forma
Basados en unas plantillas,
podemos comparar y evaluar
la forma de las partculas que
componen una muestra.
Ing. Omar Blanco Vargas