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PAVIMENTOS
Ing. Henry Landaeta
Pavimentosusmbarinas.blogspot.com
Universidad Santa Maria
Pavimentos
Es la superestructura de una vía, construida
sobre la subrasante, y compuesta normalmente
por la sub-base, la base y la capa de rodamiento,
cuya función principal es soportar las cargas
rodantes y transmitir los esfuerzos al terreno,
distribuyéndolos en tal forma que no se
produzcan deformaciones perjudiciales, así
como proveer una superficie lisa y resistente
para los efectos del tránsito.
ESTRUCTURA DE LOS PAVIMENTOS
Un pavimento es un operador que funciona a base de respuestas,
cuando es activado por funciones de excitación.
Físicamente el pavimento es un sistema multicapa, construido
por materiales de características mecánicas conocidas, dispuestos
en capas de espesor conocido.
De esta manera, el pavimento esta caracterizado por las
propiedades, disposición y cantidad de los materiales utilizados,
así como de la calidad de la construcción.
Cuando actúan sobre el pavimento funciones tales como las
cargas producidas por el tránsito, se generan respuestas
inmediatas del pavimento que obedecen leyes casi identificadas
como estados de esfuerzos, deformaciones unitarias y
deflexiones.
TIPOS DE PAVIMENTOS
PAVIMENTOS RIGIDOS:
La superficie de rodamiento está
constituida por una mezcla de concreto-
cemento.
PAVIMENTOS FLEXIBLES:
Cuando la superficie de rodamiento está
constituida por una mezcla asfáltica.
Las mezclas pueden ser de concreto
asfaltico
Consideraciones Mecánicas de
Pavimentos Flexibles
Un pavimento está compuesto por un sistema
Multicapas.
Los materiales en cada capa son homogéneos.
Cada capa tiene espesor finito, excepto la subrasante.
Todas las capas, sin embargo son infinitas en la
dirección lateral.
El material que conforma cada capa es isotrópico, es
decir las propiedades del material en el punto ai son
iguales en cualquier dirección.
Se desarrolla una completa fricción entre las capas a
nivel de las diversas interfaces.
No ocurren esfuerzos cortantes en la capa de
rodamiento.
Los esfuerzos para cualquier material se definen
mediante dos propiedades:
- La relación de Poisson (μ).
- Módulo de Elasticidad (E)
Consideraciones Mecánicas de
Pavimentos Flexibles
Factores que influyen en el diseño de
un Pavimento
Está conformado por dos grandes categorías:
Conocimiento de las características de los materiales y
mezclas que serán empleadas en el pavimento.
Determinación de los espesores de capas.
Los espesores se determinan considerando:
1. Tráfico:
Magnitud de la carga aplicada, configuración de la
carga representativa del tráfico mixto a la cual se
encontrara sometida la carretera, repeticiones de
carga, velocidad de desplazamiento, presión de
inflado/ área de contacto.
Factores que influyen en el diseño de
un Pavimento
2. Condiciones Ambientales:
Precipitación pluvial, temperatura o altura sobre el nivel
del mar de la unidad de diseño, drenaje del área en
estudio, pendiente longitudinal promedio de la unidad
de diseño.
3. Suelo de fundación:
Resistencia o estabilidad, densidad densidad, contenido
de humedad, textura y estructura, grado de
confinamiento.
Factores que influyen en el diseño de
un Pavimento
4. Materiales a ser empleados en la estructura del
pavimento:
• Tipo de subbase: resistencia o estabilidad, densidad,
contenido de humedad, textura y estructura, grado de
confinamiento, disponibilidad, costo.
• Tipo de base: resistencia o estabilidad, densidad, contenido
de humedad, textura y estructura, grado de confinamiento,
disponibilidad, costo.
• Tipo de rodamiento: resistencia o estabilidad, densidad,
durabilidad, disponibilidad, costo.
Factores que influyen en el diseño de
un Pavimento
5. Nivel de servicio:
Seguridad/comodidad,
capacidad de servicio,
durabilidad del pavimento,
mantenimiento durante el
periodo de servicio, métodos
constructivos.
6. Costos:
Costos de construcción,
costo anual de
mantenimiento
Factores que influyen en el diseño de un Pavimento
7. Método de diseño: deben tomarse en consideración los
conceptos teóricos empleados para predecir los parámetros de
falla y los métodos de evaluación de las propiedades de los
materiales o mezclas que participaran en la estructura del
pavimento.
Factores relacionados con el proceso
de diseño del pavimento
Necesid.
de un
pavim.
Decidir
el tipo de
pavim.
Valores
de diseño
tránsito y
subras.
Diseño
simplifi.
a base de
tablas
Selecc de
materi.
usables
Especific
. planos
y escritos
Inspecci.
y control
de
calidad
Apertura
al
tránsito
Evalua-
ción de
pavimen.
Aparició
n de
fallas
Conserva
-ción
preventiv
Vigilanc.
continua
del
pavim.
Renovac.
de
paviment
CICLO DE DISEÑO
SIMPLIFICADO DE UN
PAVIMENTO
EV
AL
UA
CIÓ
N Y
RE
NO
VA
CIÓ
N
Tipos de fallas en los pavimento
Falla Estructural : colapso o rotura de uno o más de los componentes del pavimento, de una magnitud tal que lo hacen incapaz de soportar las cargas impuestas.
Falla funcional: Condición del pavimento que causa incomodidad o inseguridad al usuario, o grandes esfuerzos sobre los vehículos al transitar por el pavimento. Disminución al rozamiento. Puede convertirse en falla estructural
Razones de fallas en los pavimentos
Las causas de las fallas son comunes a ambos tipos y pueden provenir de varias causas como son:
• Sobrecargas: debido a las cargas totales de los vehículos, repeticiones del paso de los camiones muy por encima de las estimaciones iniciales y elevadas presiones de contacto entre el caucho y el pavimento.
• Efectos de las condiciones ambientales: lo cual progresiva e irremediablemente irán deteriorando la estructura.
• Defectos en la construcción: que harán que los materiales resulten con niveles de calidad menores a los supuestos en el diseño.
• Variabilidad propia de los materiales: que podrá conducir también a sectores del pavimento con niveles de calidad inferiores a los deseados.
Fallas en los pavimentos
• Mantenimiento inadecuado: lo cual conducirá a un desarrollo exponencial de una falla inicialmente de fácil corrección.
• Mala construcción
• Baja compactación
o Resistencia inadecuada de los
materiales.
o Falta de control de calidad
• Capilaridad del suelo del terraplén
o Permite ascensión de agua
Razones de falla de los Pavimentos
• Aguas Superficiales
o Flujo en superficie y taludes causa socavación.
• Falta de espesor para soportar las cargas y sus repeticiones. Aumento de tráfico y cargas.
• Grietas en la carpeta asfáltica por fatiga
o Penetración de agua superficial
Parámetros mínimos a considerar
para el diseño de la Sub-Base y Base
Resistencia o Estabilidad
Densidad
Contenido de Humedad
Textura y Estructura
Grado de Confinamiento
Disponibilidad
Costo
Fuente de los Agregados para Sub-
Base y Bases
Agregados Naturales: Son gravas y
arenas encontradas en depósitos de ríos
o minas, las cuales son empleadas sin
procesamiento, salvo tamizado o lavado,
en caso necesario.
Agregados Procesados: son gravas o
rocas que se someten a procesos de
trituración y cernido para lograr
incrementar su resistencia, mejorar su
granulometría, reducir el tamaño
máximo de las partículas, cambiar la
forma de las partículas y mejorar la
textura superficial de los granos.
Fuente de los Agregados para Sub-Base y
Bases Agregados Estabilizados: Son materiales locales, que
por lo no lograr alcanzar propiedades físicas que les permitan ser empleados en las capas del pavimento, son mejorados mediante la incorporación de agentes externos tales como; cemento, cal, asfaltos líquidos o emulsionados o aceites sulfonados.
Agregados Artificiales o Sintéticos: La escoria de acería: sub-producto de la elaboración del acero, que se produce en SIDOR. La escoria es un material no metálico que consiste esencialmente en silicatos y alúminas silicatos de cal y que se produce simultáneamente con la obtención del hierro. En estos agregados también se encuentran: : Aliven (arcilla expansivas muy porosa), magnesio de calcio y vidrio.
Chequeo de intrusión de finos
La utilización de materiales granulares no
tratados en la construcción de bases y
subbases deben ser verificados en el
sentido de chequear si se produce el
fenómeno de intrusión, esto es, la
migración de los finos de la subrasante
hacia tales capas superiores.
Chequeo de intrusión de finos
Existe un criterio que establece que cuando la
relación D15/D85>5 implica que se hace
necesario tomar medidas preventivas para la
intrusión.
D15 =tamaño de partícula, en la base o sub-base
que cumple la condición de que el 15% del
material es más fino que este tamaño.
D85 =tamaño de partícula, en el material de
subrasante, que cumple la condición de que el
85% del material es más fino que este tamaño.
Medidas preventivas para disminuir el
fenómeno de intrusión
Las medidas preventivas que pudieran
considerarse son:
• Colocación de una membrana geotextil.
• Colocación de una capa de aproximadamente
10 cm. de espesor con un material adecuado.
Una u otra medida proporcionarían una
barrera entre la subrasante y el material
grueso que es susceptible a la intrusión.
CAPACIDAD DE SOPORTE SUBRASANTE (CBR)
El CBR de un material es función de su densidad, textura, humedad de compactación, humedad después de la saturación, su grado de alteración y su granulometría.
El CBR es una medida comparativa de la resistencia al corte de un suelo, material granular o estabilizado, y se define como la relación porcentual entre la carga unitaria requerida para penetrar un pistón normalizado, una profundidad determinada dentro de una muestra del material bajo ensayo, y la carga unitaria requerida para penetrar el mismo pistón, y a la misma profundidad, en una mezcla patrón de piedra picada; es decir:
100*
patrón picada piedra la de unitaria Carga
ensayo bajo material del unitaria arg aCCBR
CAPACIDAD DE SOPORTE “CBR”
SELECCIÓN DEL “CBR” EN LA SUB-RASANTE.
(Criterio del percentil de diseño).
Se recomienda hacer un mínimo de 5 ensayos por
unidad de diseño, ya que un menor número puede
llevar a errores de estimación que se reflejarán en la
durabilidad y costo del pavimento
El CBR se determinará en base al número de ensayos
realizados y al número de cargas equivalentes totales
(Repeticiones de Ejes Equivalentes REE), que se ha
estimado que ocurran durante el período de diseño.
CAPACIDAD DE SOPORTE “CBR”
SELECCIÓN DEL “CBR” EN LA SUB-RASANTE.
(Criterio del percentil de diseño).
Una vez seleccionado el "Valor del percentil de diseño"
de la Tabla # 1, se ordenan los resultados de los CBR
de las muestras de la Unidad de Diseño en forma de
menor a mayor. La relación del "número de ensayos
con valor de CBR igual o mayor", expresada en forma
porcentual al total de ensayos del tramo, se grafica el
valor de CBR —vs— % de muestras con CBR igual o
mayor al considerado.. De este gráfico, y en función del
valor percentil de diseño, se selecciona el
correspondiente "CBR de diseño".
Criterio de determinación del "Percentil de
diseño para el CBR“ (Tabla # 1)
Rep. Ejes Equiv.
“REE”
Percentil Diseño
sub-rasante
Perc. Diseño Sub-
rasante mejorada
<10 E +5 75 85
>10 E+5≤10 E+6 80 90
>10 E+6≤10 E+7 85 90
>10 E+7≤10 E+8 90 95
>10 E+8 95 95
EJEMPLO
Se tienen 10 resultados de ensayos de
“CBR” de la subrasante de una unidad de
diseño comprendida desde la progresiva
0 +100,00 hasta la progresiva 2 + 800,00
Del estudio de Ingeniería de Tránsito se
estimaron para el período de diseño
5.500.000 REE
Ensayo Nº Progresiva CBR (%)
1 0 + 100 3,8
2 0 + 400 7,3
3 0 + 700 5,5
4 1 + 000 6,0
5 1 + 300 3,8
6 1 + 600 3,8
7 1 + 900 2,8
8 2 + 200 7,0
9 2 + 500 6,6
10 2 + 800 6,0
Se ordenan los resultados de menor a mayor y se calculan los porcentajes de muestras
con CBR igual o mayor al valor considerado
Ensayo
Progresiva CBR (%) # Mues. con
CBR≥
%Mues. con
CBR ≥
7 1 + 900 2,8 10 100
1 1 + 100 3,8
9
90 5 1 + 300 3,8
6 1 + 600 3,8
3 0 + 700 5,5 6 60
4 1 + 000 6,0
5
50 10 2 + 800 6,0
9 2 + 500 6,6 3 30
8 2 + 200 7,0 2 20
2 0 + 400 7,3 1 10
Valor CBR- vs. -% Muestras con CBR ≥ al considerado
MODULO RESILIENTE PARA SUBRASANTE
ECUACIONES DE CORRELACIÓN ENTRE MODULO
RESILIENTE Y EL CBR.
241*4326%20
*000.3%20%2,7
*500.1%2,7
65,0
LnCBRMRCBR
CBRMRCBR
CBRMRCBR
