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I unidad

Pavimentos

Diseño y construcción de pavimentos

1.1 historia de los pavimentos

Pavimentos

La primera vez que se emplea el firme es en Asia, en las vías que construyó el Imperio Hitita. En Creta en el Minoico Medio (2.300 – 1.700 a. de C.), se utilizó en la vía que discurre desde las proximidades del mar hasta el palacio deKnossos grandes losas de piedra asentadas sobre capas de arcilla, piedra y yeso.

En Babilonia (600 a. de C.), en la avenida procesional de Aibur- Shabu, se emplean también losas como pavimento. La base del firme consta de varias hiladas de bloques de terracota unidos por asfalto natural y como pavimento losas de piedra caliza achaflanadas en su parte inferior, selladas también con asfalto natural.

En Egipto, para la construcción de las pirámides, fue necesario construir caminos, empleando para ello losas de piedra toscamente labradas asentadas sobre terreno firme.

El sistema de urbanización y de comunicaciones más perfecto de la Edad Antigua corresponde al Imperio Romano por sus grandes detalles técnicos y funcionalidad de sus vías.

El primer pavimento construido con rocas asfálticas en la forma de asfalto fundido fue dado al tránsito en Paris en 1854.

En México por necesidad durante las civilizaciones maya y azteca, los primeros caminos fueron tipo peatonal (veredas) posteriormente los caminos peatonales tuvieron finalidades religiosas, comerciales y de conquista.

Al momento de la conquista, los españoles llegaron con caballos y carretas, y comenzaron a construir caminos más amplios, ya que las veredas les resultaban insuficientes. En 1522 Hernán Cortés ordenó que Álvaro López construyera un camino ancho entre Veracruz y Tenochtitlan, para poder aprovechar el uso de carretas, bestias de carga y soldados a caballo. El camino se volvió carretera en 1531, cuando Sebastián de Aparicio construyó las primeras carretas de bueyes para mover mercaderías entre el puerto y la capital.

Tenemos aproximadamente 95,000 km de caminos pavimentados y podría decirse que los pavimentos en nuestro país se iniciaron en 1925 con caminos que partían de la ciudad de México hacia Puebla, Pachuca, Cuernavaca y Toluca.

Las fundación definitiva de La Paz se debió principalmente para atener las actividades que como puerto natural se tenia, las primeras construcciones corresponden hoy al malecón paseo Álvaro Obregón desde la calle de La Paz y la antigua calle Muelle hoy de nombre Bañuelos Cabezud, Callejón del obispado (Zaragoza), calle Puerto (Agustín Arreola), 5 de Mayo, Revolución, 16 de Septiembre, Belisario Domínguez, Francisco I. Madero.

Calle Puerto.

Malecón.

Se conocen dos tipos de pavimentos:

Los pavimentos flexibles

Los pavimentos rígidos

1.2 TIPOS DE PAVIMENTOS

Pavimentos

PAVIMENTO FLEXIBLE Reciben este nombre ya que pueden flexionarse o dicho de otra manera son

elásticos. Estos pavimentos se encuentran sostenidos sobre un par de capas flexibles y de base granular. Este resulta muy costoso, tanto en la construcción, como en el mantenimiento. Es utilizado en zonas donde hay mucho tránsito, como calles, parques de estacionamiento, veredas, entre otros.

En este tipo de pavimentos se puede hacer una breve descripción de cada una de sus capas según su funcionalidad

Carpeta o capa de rodadura:

  es la capa mas superficial y tiene como principal función proporcionar una superficie segura, cómoda y estable en el transito vehicular;

La base:

  es la encargada de recibir los esfuerzos de la capa de rodadura y transmitirlo de forma adecuada a la subbase y a la subrasante.

 

La subbase:

  se considera una capa económica, debido a que el contenido de sus materiales son muy accesibles y económicos. Tiene la función de actuar como capa de transición entre la base y la subrasante, puesto que impide la penetración de materiales finos de la subrasante así, como la ascensión capilar.

PAVIMENTO RÍGIDO

Está sostenido sobre una capa de material, está dotado de una losa de cemento hidráulica. Estos tienen la capacidad de soportar cargas pesadas gracias a su base de concreto. Estos tipos de pavimento son bastante económicos, sobre todo a la hora del mantenimiento

Así como se se hizo una breve descripción de cada una de las capas del pavimento flexible según su funcionalidad así mismo se hará una del pavimento rígido.

Losa de concreto:

 

La principal función de la losa de concreto es la misma de la carpeta asfáltica es decir, soportar los esfuerzos producidos por el flujo vehicular y transmitirlos de manera apreciable a las capas inferiores.

 

La subbase:

 

Tiene como objetivo impedir la fluencia de material fino con agua fuera de la estructura del pavimento, debido a la penetración de agua por medio de las juntas del pavimento. También actúa como un sistema de drenaje para evacuar gran parte del agua infiltrada.

PAVIMENTOS SEMIRÍGIDOS

En términos amplios, un pavimento semirígido ó compuesto es aquel en el que se combinan tipos de pavimentos diferentes, es decir, pavimentos “flexibles” y pavimentos “rígidos”, normalmente la capa rígida esta por debajo y la capa flexible por encima. Es usual que un pavimento compuesto comprenda una capa de base de concreto o tratada con cemento Portland junto con una superficie de rodadura de concreto asfáltico.

 

1.3 CARACTERÍSTICAS DE LOS TIPOS DE PAVIMENTOS

Pavimentos

CONCEPTOS BÁSICOS Los pavimentos son estructuras que consisten en capas

superpuestas de materiales procesados por encima del terreno natural con la finalidad de distribuir las cargas aplicadas por un vehículo a la subrasante.

Debe proveer Una calidad de manejo aceptable Una adecuada resistencia al ahuellamiento,

deslizamiento y agrietamiento Apropiados niveles de reflejo de luz, y un nivel bajo de

ruido.

El objetivo final de la estructura es transmitir las cargas de la llanta de tal manera que no se sobrepase la capacidad portante de la subrasante.

CARACTERÍSTICAS

FLEXIBLE Vida Estimada de

Servicio entre 10 a 20 años

Costos iniciales bajos Requiere

mantenimiento continuo

Reparación fácil pero continua si no se hace mantenimiento

RÍGIDO Vida Estimada de

Servicio entre 20 a 30 años (en Lima hasta 50)

Costos iniciales altos Requiere

mantenimiento continuo pero mínimo (primordialmente las juntas)

Reparación difícil pero esporádica

FLEXIBLE VS. RÍGIDO

FLEXIBLE Se puede añadir capas

en cualquier momento No pierde propiedades

antideslizantes Es mas suave y menos

ruidosa Soporta un mayor

rango de temperaturas

RÍGIDO Poner capas encima

produce grietas de reflejo

Soporta inundaciones y contaminación de la napa freática (JUL vs PEM)

Requiere capas inferiores bien niveladas

TRANSFERENCIA DE CARGA Pavimentos Flexibles

Las cargas son transmitidas de “grano a grano” a través de la estructura granular del pavimento.

Ya que es flexible tiene menor capacidad portante, y esta actúa como una capa elástica.

Pavimentos Rígidos Las cargas de la llanta son transmitidas a la

subrasante por la fuerza estructural del pavimento como conjunto que actúa como un plato rígido.

PAVIMENTOS FLEXIBLES La carga de la llanta se

distribuye de la zona de contacto a una área mucho más amplia a través de las capas.

Las deformaciones ocurridas en las capas bajas se reflejan en la superficie (ondulaciones, huecos, etc.).

PAVIMENTOS RÍGIDOS Estos pavimentos tienen

suficiente fuerza de flexión para transmitir la carga de la llanta a un área mas amplia en la capa inferior.

El análisis se hace usando la teoría de placas en vez de la teoría de capas usada en los pavimentos flexibles

La carga de la llanta se transmite por la capacidad de doblarse de la losa

APLICACIONES TÍPICAS DE PAVIMENTOS FLEXIBLES

Carreteras y avenidas en ciudad en general Líneas auxiliares Rampas Estacionamientos Caminos paralelos a autopistas

APLICACIONES TÍPICAS DE PAVIMENTOS RÍGIDOS

Líneas de trafico con volumen alto Conexiones entre carreteras Puentes Rampas de carreteras y/o autopistas

FUNCIONES DE BASE Y SUB-BASE Pavimentos Flexibles

1) Soporte Estructural2) Drenaje3) Prevencion/Control del Congelamiento4) Reducir el efecto del cambio del volumen de la

subrasante

Pavimentos Rígidos1) Drenaje2) Prevención del bombeo3) Prevencion/Control del Congelamiento4) Reducir el efecto del cambio del volumen de la

subrasante5) Plataforma de construcción

CARACTERÍSTICAS ÚNICAS DE LOS PAVIMENTOS COMO ESTRUCTURA

Deterioro Continuo y Rápido con el Tiempo Comparado con estructuras como edificios, los

pavimentos se deterioran mucho mas rápido Edificios o represas tienen tiempos de vida útil mayor a

los 50 o 100 años.

Sufre cargas repetidas (dinámicas) Edificios tienen cargas estáticas y dinámicas Carreteras y aeropuertos no tienen cargas estáticas

CARACTERÍSTICAS ÚNICAS DE LOS PAVIMENTOS COMO ESTRUCTURA Cambio de las propiedades de los materiales

con el ambiente Temperatura Lluvia Envejecimiento del asfalto Congelamiento/descongelamiento

DAÑOS TÍPICOS EN LOS PAVIMENTOS FLEXIBLES Agrietamiento por fatiga (piel de cocodrilo) Ahuellamiento Agrietamiento térmico Rugosidad

Otros daños Ondula miento Otros agrietamientos

DAÑOS TÍPICOS EN LOS PAVIMENTOS RÍGIDOS Los daños en estos pavimentos pueden ser:

Agrietamiento Longitudinal Transversal

Bombeo Desnivel entre losas Deterioro de losas Rotura / quiebre de losa Falla de Juntas

1.4 ESTRUCTURA DEL PAVIMENTO

Pavimentos

1.4: ESTRUCTURA DEL PAVIMENTO

Un pavimento está constituido por un conjunto de capas superpuestas, relativamente horizontales, que se diseñan y construyen técnicamente con materiales apropiados y adecuadamente compactados.

Los pavimentos se dividen en flexibles y rígidos, mismos que se comportan muy diferente al aplicarles una carga:

ESQUEMA DEL COMPORTAMIENTO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES Y RÍGIDOS

PAVIMENTO FLEXIBLE

Carga

Superficie derodadura Grandes

Deformaciones

Capa de Base

Capa de Subbase

Capa de Subrasante

Grandes tensionesen Subrasante

Carga

Superficie de rodadura

Pequeñasdeformaciones

Capa de Subbase

Capa de Subrasante

Pequeñas tensionesen Subrasante

PAVIMENTO RÍGIDO

PAVIMENTO

FLEXIBLE

PAVIMENTO RÍGIDO

OPERACIONES PRELIMINARES

Desbroce, Desbosque y Limpieza: Consiste en el retiro de todos los árboles, arbustos, troncos, matorrales y capa vegetal de la superficie del terreno; trabajo que se efectúa dentro de los límites de construcción y hasta 10 m por fuera de estructuras en las líneas exteriores de taludes.

 

• Excavación y Relleno: Comprenden la excavación y el emparejamiento de todos los materiales que requieran este proceso en la zona donde debe formarse la subrasante de la vía. Todos los materiales que resulten deberán utilizarse en lo posible.

OPERACIONES PRELIMINARES

Excavación: Hacer en el terreno hoyos, zanjas o pozos, para efectos de pago se acostumbran a clasificar en:

• Taludes: La terminación de los taludes será de modo que queden razonablemente lisos y uniformes, de acuerdo con las líneas y pendientes señaladas en los planos, y tomando en cuenta las tolerancias especificadas en el MOP – 001 – F – 2002.

Excavación sin clasificar. Excavaciones en roca. Excavación marginal. Excavaciones en fango. Excavación de suelo.

OPERACIONES PRELIMINARES

• Compactación: El grado de compactación consiste en relacionar el peso unitario seco del suelo compactado en obra, con el máximo peso unitario seco obtenido en laboratorio

• Terraplén: En los terraplenes se formarán capas debidamente emparejadas, hidratadas y compactadas de acuerdo con los requerimientos de los documentos contractuales.

TERRAPLÉN

ESPECIFICACIONES Para su construcción, se debe tomar en cuenta

los siguiente:

Estar concluidas todas las obras de drenaje señaladas en los planos.

La capa superior de 15 cm de espesor existente por debajo de un terraplén de altura inferior a 2 m, deberá compactarse con la misma exigencia requerida para el material a colocarse en el terraplén.

Cuando el terraplén se coloca encima de un camino existente, desde la capa superficial de este camino, hasta una profundidad de 15 cm se debe escarificar y compactar según indicaciones del fiscalizador.

ENSAYOS

Para verificar si este material es apto para su uso se deben realizar los ensayos de granulometría, límite líquido, límite plástico, valor soporte CBR.

MATERIALES

El material y el espesor de la capa serán

determinados por el fiscalizador. Cada capa será humedecida para lograr el contenido de humedad óptimo y el material de mejor calidad será utilizado en las capas superiores del terraplén.

Cuando se utilice material pedregoso cada capa será emparejada con material fino, para llenar los espacios vacíos del material pétreo y luego se compactada.

MATERIALES Si el material de las capas presenta

más del 25% de material pétreo de tamaño superior a 15 cm de diámetro, serán colocadas en capas de espesor no mayor a 60 cm.

Se seguirá este método de construcción hasta una altura no mayor a 60cm, bajo el nivel de la subrasante del camino, el resto se hará en capas de 20 cm de espesor, donde no se permite piedras mayores a 10 cm de diámetro.

COMPACTACIÓN El número de pasadas que se requiere para obtener una

compactación adecuada depende de los espesores de las capas:

Para un espesor menor a 25 cm sin compactar, el equipo deberá efectuar un mínimo de 3 pasadas.

Para un espesor de 60 cm sin compactar, el equipo deberá efectuar un máximo de 8 pasadas.

En suelos arenosos con finos poco plásticos los rodillos neumáticos son los que rinden mejores resultados.

En limos poco plásticos los rodillos neumáticos resultan también eficientes.

COMPACTACIÓN Para compactar grandes masas de arcilla el mejor

método es el uso de los rodillos pata de cabra.

En la práctica se ha encontrado que el número económico de pasadas fluctúa entre 5 y 10, según el caso.

El material por compactar se deposita por capas, generalmente de espesor comprendido entre 10 y 30 cm, siendo común el de 20 cm.

En obras importantes se recomienda recurrir a secciones experimentales que permiten determinar el espesor de las capas y el número de pasadas, para obtener el grado de compactación deseado.

COMPACTACIÓN

COMPACTACIÓN RELATIVA (%)

SUPERFICIES O CAPAS

90Terreno natural en zonas de relleno

95Terreno natural en zonas de corte

95 Terraplenes o rellenos

95Subrasante formado por suelo seleccionado.

El grado de compactación deberá cumplir con los requisitos establecidos en las especificaciones descritas en la tabla:

COMPACTACIÓN

Los materiales que tengan más del 50% de material pétreo con un diámetro mayor a 15 cm, cada capa deberá ser compactada por una unidad de equipo que pese por lo menos 22 Ton cuando el espesor de la capa es menor de 40 cm.

Cuando la capa tenga un espesor de 40 a 60 cm, se deberá utilizar un equipo que pese por lo menos 34 Ton.

1.5 DIFERENCIA ENTRE PAVIMENTOS RÍGIDOS Y FLEXIBLES

Flexible

Vida Estimada de servicio entre 10 a 20 años

Costos iníciales bajos �

Requiere mantenimiento continuo �

Reparación fácil pero continua si no se hace mantenimiento

Se puede añadir capas en cualquier momento

No pierde propiedades �antideslizantes �

Es mas suave y menos ruidosa �

Soporta un mayor rango de temperaturas

Rigido

Vida Estimada de Servicio entre 20 a 30 años �

Costos iníciales altos �Requiere mantenimiento continuo pero mínimo

� Poner capas encima produce grietas de reflejo

Soporta inundaciones y �contaminación

Requiere capas inferiores bien �niveladas