¡Descarga LONGITUD DE LA CARRERA INGENIERÍA CIVIL CARRETERAS y más Ejercicios en PDF de Ingeniería de Carreteras solo en Docsity!
PAVIMENTOS
DEFINICION .-
Es la estructura compuesta por una o más capas de materiales apropiados colocadas sobre la subrasante, cuyas funciones principales son las de proporcionar una superficie de rodamiento uniforme, de color y textura apropiados, resistente a la acción del tránsito a la del intemperismo y otros agentes perjudiciales así como transmitir adecuadamente a la subrasante los esfuerzos producidos por las cargas impuestas por el tránsito. Generalmente estas capas que conforman el pavimento son:
- La capa de rodadura
- La capa Base
- La Capa Sub base
A continuación se muestra un gráfico de las capas que componen el pavimento:
Sección típica de un pavimento. Fuente: Instituto Tecnológico de Aeronáutica, Ingeniería de Pavimentos, Brasil, 2000.
- Capa de Rodadura 5. Subrasante
- Capa Base 6. Sub-drenaje longitudinal
- Capa Sub-base 7. Revestimiento de Hombreras
- Suelo Compactado 8. Sub-base de Hombreras
La estructura o disposición de los elementos que lo constituyen, así como las características de los materiales empleados en su construcción, ofrecen una gran variedad de posibilidades, de tal suerte que puede estar formado por una sola capa o, más comúnmente por varias y a su vez dichas capas pueden ser de materiales naturales seleccionados sometidos a muy diversos tratamientos; su superficie de rodamiento o capa de rodadura propiamente dicha puede ser una carpeta asfáltica, una losa de hormigón (concreto hidráulico) o estar formada de materiales pétreos compactados. Actualmente la tecnología contempla una gama muy diversa de secciones estructurales diferentes y elegir la más apropiada para las condiciones específicas del caso no es una tarea sencilla para el especialista.
CLASIFICACIÓN DEL PAVIMENTO
Los pavimentos se diferencian y definen en términos de los materiales que están constituidos de cómo se estructuran esos materiales y por la forma en como distribuyen los esfuerzos y las deformaciones producidas por los vehículos a las capas inferiores.
Los pavimentos están divididos, en lo que se refiere a su capa de rodadura en dos grupos:
- Pavimentos Rígidos
- Pavimentos Flexibles
A lo anteriormente citado, se puede agregar un tercer tipo:
Esta clasificación es la más utilizada y difundida, aunque sea un poco arbitrario y con fines fundamentalmente prácticos; pues la rigidez o flexibilidad que un pavimento exhibe no es fácil de definir tan adecuadamente como para permitir una diferenciación precisa entre uno y otro tipo de pavimento.
DIFERENCIAS ENTRE PAVIMENTO RÍGIDO Y FLEXIBLE
El comportamiento del pavimento frente a las cargas es diferente de acuerdo a si el pavimento es flexible o rígido, siendo su principal diferencia cómo cada uno de ellos transmite las cargas a la subrasante.
En un pavimento rígido, debido a la consistencia de la superficie de rodadura, o sea, la alta rigidez de la losa de concreto le permite mantenerse como una placa y distribuir las cargas sobre un área mayor de la subrasante, transmitiendo presiones muy bajas a las capas inferiores.
Considerando que la capa de rodadura de hormigón soporta la mayor parte de los esfuerzos transmitidos por los vehículos puede obviarse las capas de base, sub base incluso apoyarse terrenos de fundación de baja capacidad de soporte.
Este tipo de pavimento se utiliza generalmente en proyectos destinados a soportar grandes cargas, intenso tráfico o incluso en terrenos de baja capacidad de soporte. Su mayor aplicación, hoy, está en la pavimentación de grandes carreteras, avenidas de intenso tráfico pesado, aeropuertos, áreas portuarias de movimiento de cargas pesadas, etc.
Pavimento semiflexible
Comportamiento estructural. Desde el punto de vista estructural, los pavimentos de adoquines de hormigón constituyen un caso intermedio entre los pavimentos rígidos y los flexibles, con respecto a estos últimos fundamentalmente en lo que se refiere a las propiedades de distribución de tensiones y desarrollo de deformaciones. Por ello la falla típica de los pavimentos de adoquines de hormigón intertrabados es la acumulación de deformaciones permanentes (ahuellamiento). Los métodos de diseño propuestos se basan, en general, en los usados para pavimentos flexibles ó en extrapolaciones de los resultados obtenidos en pavimentos urbanos y conducen a diseños que mostraron muy buen comportamiento en la práctica. Las capas que constituyen el pavimento de adoquines, son las siguientes: A) Capa de rodamiento constituida por los adoquines de hormigón. B) Capa de nivelación de arena para el asiento adecuado de los adoquines y el drenaje de las aguas que puedan acumularse debajo de los mismos. C) Capa de base y/o sub-base para transferir las cargas a la subrasante. Los espesores de estas capas dependen de las condiciones de tránsito (cargas y frecuencia) y del valor soporte del suelo de la subrasante. Puede decirse con carácter general que las condiciones del transito determinan el espesor de la capa de rodamiento (adoquines), y las de la subrasante las características y espesores de las capas de base y/o sub-base. Este tipo de pavimento se comporta elásticamente como un pavimento flexible gozando simultáneamente de las cualidades del hormigón. (www.arqhys.com/arquitectura/pavimentos.html).
Pavimento Flexible
Es la estructura compuesta por una o más capas de agregados, generalmente una capa de sub base, base y como capa de rodadura (concreto asfáltico (mezclado en caliente o en frío), tratamiento superficial, micropavimento, etc).
Los pavimentos flexibles se caracterizan por su baja resistencia al esfuerzo de corte, dependiendo del espesor de sus capas componentes del diseño para transformar las cargas recibidas por la superficie de rodado a las cargas que pueden soportar el suelo de fundación.
Los pavimentos flexibles elaborados a partir de la mezcla de áridos y cemento asfáltico resultan mas económicos en su construcción inicial, tiene un periodo de vida de entre 10 y 20 años, pero tienen la desventaja de requerir mantenimiento constante para cumplir con su vida útil.
VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE UN PAVIMENTO FLEXIBLE; RIGIDO
Entre las ventajas y desventajas de la utilización de cada uno de los tipos de pavimentos, podemos citar entre otras las siguientes:
- Su desgaste es bajo, por lo que su vida útil es mayor que la de un pavimento flexible, en promedio de 30 a 40 años.
- El hormigón resiste sin sufrir deterioros los derrames de gasolina y diesel, así como los efectos de la intemperie.
- Los pavimentos de hormigón transmiten bajas presiones al suelo de fundación.
- El hormigón no es afectado por el calor, no se vuelve pegajoso, ni se volatilizan algunos de sus ingredientes (no es contaminante). En zonas calurosas, (especialmente en áreas urbanas) se mantiene fresco, reduciendo la temperatura del entorno.
- En las zonas de frenado y arranque de vehículos pesados, el hormigón no se deforma.
- La superficie del pavimento de hormigón se puede hacer tan segura (antiderrapante) como se quiera, gracias a las diversas técnicas disponibles para darle textura, ya sea durante la construcción o una vez que el pavimento ha estado en servicio y requiera de una mayor resistencia al deslizamiento.
- El hormigón reduce sustancialmente el espesor de la capa base, reduciendo el impacto ambiental y solicitando menores volúmenes de materiales pétreos. Esta cualidad también reduce los volúmenes de excavación.
- La superficie clara de hormigón es tres veces más reflejante que la de asfalto. Se puede ahorrar hasta un 30% de energía y se brinda mayor seguridad durante la noche, debido a que los faros de los vehículos, reflejan mejor la luz en el hormigón.
- No se requiere calentar ninguno de los ingredientes para elaborar el hormigón (se ahorra combustibles). En la elaboración del concreto asfáltico, los agregados y el asfalto deben calentarse a temperaturas elevadas, manteniendo altas temperaturas dependiendo del tiempo de transporte y colocado.
Desventajas:
- Proporciona un rodado suave, un poco más ruidoso que los pavimentos flexibles.
- Para reparar losas defectuosas, se debe cambiar el total de la losa.
- Tiene un alto costo de repavimentación. Si la solución usada para repavimentar es rígida, el valor remanente del pavimento antiguo es muy bajo. Si la solución es flexible, su espesor de diseño estará determinado, generalmente por la reflexión de las grietas existentes, dando espesores mayores que los requeridos por el diseño estructural.
- Se requiere un tiempo mínimo para el curado (mínimo 20días) y para que el mismo sea entregado al uso
Cabe mencionar que las ventajas y desventajas que se presentan en los pavimentos rígidos y flexibles, merecen de un análisis exhaustivo de acuerdo a la particularidad de cada proyecto; por lo que las enunciadas anteriormente deben ser analizadas cuidadosamente y no aplicadas como una norma inmodificable.
INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO DEL PAVIMENTO RÍGIDO Y FLEXIBLE
La investigación internacional de temas referidos a la tecnología del hormigón y flexible constantemente obtiene nuevos resultados, de mejora y optimización de la utilización de ambos pavimentos:
Por Ejemplo en Pavimento Rígidos tenemos que:
- Los equipos para la ejecución del hormigón son más eficientes y digitalizadas.
- El uso de aditivos para disminuir el tiempo de curado y que el mismo entre en servicio los más antes posible.
- El desarrollo de sobrecapas ultradelgadas de hormigón de alta resistencia, reforzado con fibras sintéticas de entre 7,5 a 10 cm de espesor, colocadas sobre asfalto deteriorado, conforma un “paquete estructural compuesto” de excelentes características y a un precio menor al de un recapamiento asfáltico y por supuesto, con mayor durabilidad.
Por Ejemplo en Pavimento Flexibles:
- La utilización de polímeros en el cemento asfáltico con el fin de mejorar sus características mecánicas, es decir, su resistencia a las deformaciones por factores climatológicos y del tránsito (peso vehicular).
- Los últimos equipos para la mezcla de asfaltos, son digitalizados y consideran la reducción de la emisión de gases que afectan el medio ambiente.
FUNCIONES PRINCIPALES DE LAS CAPAS QUE COMPONEN UN PAVIMENTO FLEXIBLE
Terreno de fundación (capa de subrasante).-
Superficie superior terminada sobre la cual se construye el pavimento. Los materiales que componen la capa del terreno de fundación deben cumplir ciertos requisitos de calidad.
De su capacidad de soporte depende en gran parte, el espesor que debe tener un pavimento, sea este flexible o rígido. Si el terreno de fundación es pésimo,
Sub - Base
Es la capa de material seleccionado que se coloca encima de la subrasante (terraplén) y que está formada por un material de mejor calidad que el material del terreno de fundación (capa de subrasante), obtenido en la generalidad de los casos de préstamos cercanos a la obra.
Tiene por objeto:
- Servir de capa de drenaje al pavimento.
- Controlar o eliminar en lo posible, los cambios de volumen, elasticidad y plasticidad perjudiciales que pudiera tener el material de la subrasante. Es decir proteger a la base aislándola del material del terreno de fundación (terraplén) ya que cuando ella está formada por material fino y plástico (generalmente es el caso) y cuando la base es de textura abierta, de no existir el aislamiento dado por el material de sub base, el material del terreno de fundación se introduciría en la base pudiendo provocar cambios volumétricos perjudiciales al variar las condiciones de humedad, a la vez que se disminuiría la capacidad estructural de la capa base. El aislamiento producido por la sub base no sólo consiste en evitar que los finos plásticos del terreno de fundación se introduzcan en la base de la textura abierta, sino también en evitar la revoltura de ambos materiales cuando se usan piedras trituradas o gravas de río para formar la base.
- Controlar la ascensión capilar del agua proveniente de las napas freáticas cercanas, o de otras fuentes, protegiendo así el pavimento contra los hinchamientos que se producen en épocas de heladas. Este hinchamiento es causado por el congelamiento del agua capilar, fenómeno que se observa especialmente en suelos limosos donde la ascensión capilar es grande.
- Reducir el costo del pavimento disminuyendo el espesor de la base que se construye, generalmente, con materiales de mayor costo por tener que cumplir especificaciones más rígidas.
El material de la sub base, debe ser seleccionado y tener mayor capacidad de soporte que el terreno de fundación compactado, estos materiales pueden ser gravas naturales, mezcla de agregados de diferentes yacimientos o agregados triturados, etc.
Las especificaciones técnicas de cada proyecto vial precisan las características de calidad que deben tener el material de la capa Sub base a ser usado, como por ejemplo algunas especificaciones técnicas solicitan las siguientes características:
Características de calidad Rango deseables Tipo de Suelo (Clasificación AASHTO) A1; A2 o A Expansión Máx. 1% Límite Líquido (LL) Máx. 25%
Índice Plástico (IP) Máx. 6% Grado de Compactación 95 - 100% de la densidad seca máxima del ensayo AASHTO T-
Humedad de compactación +/- 2% de la humedad óptima Desgaste de los ángeles Máx. 40% (se admite hasta 50%) Equivalente de arena Mín 40% Índice de soporte de California Mín. 40%
En cuanto a la Granulometría la ABC utiliza las fajas de la Asociación Americana de Autoridades de Vialidad Transporte de los Estados (AASHTO), quienes recomienda que la granulometría del material para sub base deberá encuadrarse a modo orientativo dentro de unas fajas granulométricas indicadas en la tabla :
Tamiz % en Peso que pasa. Tipo de Gradación Pulg Mm A B C 3 76,20 100 100 100 2 ½ 63,50 90 - 100 90 - 100 90 - 100 Nº 4 4,75 35 - 70 40 - 90 50 - 100 Nº 200 0,075 0 - 20 0 - 25 0 - 30
Base
Es la capa de material que se construye sobre la sub base o a falta de está sobre el terreno de fundación, debiendo estar formada por materiales de mejor calidad que el de la sub base.
Esta capa tiene por finalidad absorber los esfuerzos transmitidos por las cargas de los vehículos y además de repartir uniformemente estos esfuerzos a la sub base y al terreno de fundación.
Los principales requisitos que debe satisfacer la capa base son:
- Tener en todo tiempo la resistencia estructural para soportar las presiones que le sean transmitidas por los vehículos estacionados o en movimiento.
- Tener el espesor necesario para que dichas presiones al ser transmitidas a la sub base o a la subrasante no excedan la resistencia estructural de éstas.
- No presentar cambios volumétricos perjudiciales al variar las condiciones de humedad.
- Las bases pueden ser gravas naturales, gravas con agregados triturados, o bien estar formadas por mezclas bituminosas, mezclas con cemento etc.
Las especificaciones técnicas de cada proyecto vial establecen las características técnicas de calidad que debe tener el agregado pétreo que se emplee en la base; al respecto se recomienda que dicho material tenga las siguientes características:
Características de calidad Rango deseables Tipo de Suelo (Clasificación AASHTO) A1; A
consiguiente, el diseño de un pavimento es esencialmente el ajuste de la carga de diseño por rueda a la capacidad de la subrasante.
Se considera como la cimentación del pavimento y una de sus funciones principales es la de soportar las cargas que transmite el pavimento en parte y darle sustentación, así como evitar que el terraplén contamine al pavimento y que sea absorbido por las terracerías.
Subbase
Es la capa de la estructura de pavimento destinada fundamentalmente a: Proporcionar apoyo uniforme a la losa de concreto; Incrementar la capacidad portante de los suelos de apoyo, respecto a la que es común en las terracerías y capa subrasante; Reducir a un mínimo las consecuencias de los cambios de volumen que puedan tener lugar en el suelo que forme las terracerías o la subrasante, reducir a un mínimo las consecuencias de la congelación en los suelos de las terracerías o de la capa subrasante, evitar el bombeo; dada la rigidez comparativa de las losas de concreto y su resistencia, los esfuerzos que se transmiten a la sub base son pequeños por lo que la resistencia no suele ser un requisito importante.
Losa de concreto
Losa (superficie de rodadura).- Es la capa superior de la estructura de pavimento, construida con concreto hidráulico, por lo que debido a su rigidez y alto módulo de elasticidad, esta capa es la que absorbe en gran parte la carga de los vehículos por lo que las capas inferiores que se coloquen (base y/o sub base) no tienen la misma función de transmitir cargas a las capas inferiores, sino de un apoyo uniforme y resistente a la erosión; de la misma manera el terreno de fundación, su capacidad de soporte influye menos en el dimensionamiento de la estructura que en el pavimento flexible.
Características de la capa de rodadura que conforma el pavimento flexible
Las capas de rodamiento en pavimento flexibles pueden ser entre otros:
Carpeta asfáltica (Generalmente tiene un mínimo de 5 cm de espesor).
Es la capa de material pétreo mezclado con asfalto que se coloca sobre la base para satisfacer las funciones siguientes:
- Proporcionar una superficie de rodamiento adecuada que permita, en todo tiempo, un tránsito fácil y cómodo de los vehículos.
- Impedir la infiltración del agua de lluvia hacia las capas inferiores, para impedir que el agua disminuya su capacidad para soportar cargas.
- Resistir la acción destructora de los vehículos y de los agentes climatéricos.
Tratamiento superficial simple
Es la aplicación de una película de material asfáltico seguida de una capa de agregado pétreo; penetración inversa del ligante, espesor es < 12,5 mm. Superficie a tratar: bituminosa, granular, suelo estabilizado, concreto.
Tratamiento superficial doble
De penetración invertida; es un tratamiento constituido por dos aplicaciones de material asfáltico cubierto cada una por un agregado pétreo, espesor < 20 mm. Se puede aplicar en superficies bituminosas, granular, suelo estabilizado o concreto.
Tratamiento superficial triple
De penetración invertida es un revestimiento constituido por tres aplicaciones de material asfáltico, cubierto cada una por un agregado petreo, espesor < 38 mm siendo la más común el espesor < 25 mm. La superficie a tratar puede ser bituminosa, granular, suelo estabilizado o concreto.
Los tratamientos superficiales como generalmente no excede de 1" no aporta ningún valor resistente
MÉTODOS PARA EL DIMENSIONAMIENTO DE LOS PAVIMENTOS FLEXIBLES
Existen diversos métodos para el dimensionamiento de pavimentos; para mostrar su evolución indicaremos a continuación los siguientes:
1).- En función de las características físicas del terreno:
a).- Espesor recomendado por la Public Roads Administratión b).- Espesor recomendado por la Civil Areonatic Administratión c).- Espesor recomendado por la Highway Research Board d).- Espesor en función de la clasificación de suelos e).- Método del Indice de grupo
2).- Métodos basados en la resistencia del terreno a penetración
a).- Método del CBR (California) b).- Método de North Dakota
W 18 = Número de aplicaciones de carga de 80 KN (kilo newton) ó Carga de Eje Equivalente Simple (ESALs) (Equivalent Single Axle Load) ZR = Abcisa correspondiente a un área igual a la confiabilidad R en la curva de distribución normalizada para un nivel de confiabilidad R So = Desviación estándar de todas las variables ∆PSI = Pérdida de serviciabilidad o diferencia entre los índices de servicio inicial y el final deseado MR = Módulo de resiliencia efectivo de la subrasante (psi = lb/pulg^2 )
Abaco de diseño para pavimentos flexibles
VARIABLES DEL MÉTODO
A continuación se describe las variables que intervienen en el método AASHTO.
Periodo de diseño.-
Es el periodo para el cual se diseña el pavimento y el tiempo por el cual las condiciones del mismo no se alteran desproporcionadamente. La AASHTO recomienda los siguientes:
Periodos de diseño en función del tipo de carretera
Tipo de carretera Periodo de diseño Urbana con altos volúmenes de tránsito 30 -50 años Interurbana con altos volúmenes de tránsito (Rural)
20- 50 años
Pavimentada con bajos volúmenes de tránsito 15 – 25 años
Revestidas con bajos volúmenes de tránsito 10 – 20 años
Vida útil del pavimento .-
Es aquel tiempo que transcurre entre la construcción del mismo y el mismo que alcanza el mínimo de serviciabilidad.
Tráfico.-
1.- Definiciones:
- Eje es el conjunto de dos o más ruedas que transmiten el peso al camino.
- Eje delantero: Eje que se encuentra en la parte delantera del vehículo.
- Eje central: Eje que se encuentra en la parte central del vehículo.
- Eje posterior: Eje que se encuentra en la parte posterior del vehículo.
2.- Carga en los vehículos
En las carreteras circulan vehículos de pasajeros y vehículos comerciales; Desde el punto de vista de diseño geométrico se toma en cuenta el tráfico total, pero para el diseño de pavimentos el tráfico de vehículos comerciales (tipo de vehículos) tiene un efecto preponderante por las cargas que transmite al pavimento.
Las cargas de los vehículos comerciales son transmitidas al pavimento a través de las ruedas en la mayoría de los casos simples o gemelas. Según la AASHTO los ejes se clasifican en ejes simples, tándem y tridem.
- Ejes simples.- Es un conjunto de dos o más ruedas cuyos centros están en un plano transversal vertical. constituido por un solo eje no articulado a otro, puede ser: motriz o no, direccional o no, anterior, central o posterior
Peso máximo admisible para un eje tandem de 6 neumáticos es de 14000 Kg (31 Kips).
Peso máximo admisible para un eje tandem de 8 neumáticos es de 18000 Kg (40 Kips).
- Ejes tridem.- Se denomina eje Tridem al elemento constituido por tres ejes articulados al vehículo por dispositivos comunes, separados por distancias menores a 2,4 metros. Estos reparten la carga sobre los tres ejes. Los ejes de este tipo pueden ser motrices, portantes o combinados.
Peso máximo admisible para un eje tridem de 6 neumáticos es de 17000 Kg (37 Kips).
Peso máximo admisible para un eje tridem de 10 neumáticos es de 21000 Kg (46 Kips).
