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El proceso de diseño de pavimentos flexibles y rígidos mediante las metodologías AASTHO 93, PCA y IVANOV. Se abordan objetivos específicos, la composición típica de pavimentos, diferencias entre pavimentos rígidos y flexibles, datos necesarios para el diseño y conclusiones. La comprensión de este proceso permite optimizar materiales, mejorar la vida útil y aumentar la resistencia.
Tipo: Apuntes
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Jhonatan Miranda Rosales Josué Gabino Gutiérrez Aldunate Antoni Paolo Reynoso Canicani Heberson Juan Cotarma Soto Fernando Vladimir Llocclla Perez CURSO : DISEÑO DE PAVIMENTOS URBANOS DOCENTE : Ing. WILMER ANTONI LAGOS CARBAJAL
ÍNDICE GENERAL
ÍNDICE GENERAL.........................................................................................................................ii ÍNDICE DE TABLAS.....................................................................................................................iv ÍNDICE DE FIGURAS....................................................................................................................v RESUMEN......................................................................................................................................vi
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Tabla 1 Caracterización de la subrasante ...................................................................................... 18
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Figura 1 el pavimento como elemento estructural. Imagen tomada de Vivar Romero (1995). ..... 12 Figura 2 a) Esquema del comportamiento de pavimentos flexible y rigidos. b) Principios de distribucion de presiones en pavimentos. Imagen tomada de Vivar Romero (1995). .................... 14 Figura 3 Seccion de un pavimento flexible convencional. Imagen tomada de Vivar Huang (2011). ........................................................................................................................................................ 16 Figura 4 Seccion de un pavimento rígido convencional. Imagen tomada de Huang (2004). ........ 17
vii
En el presente documento se presenta una recopilación de información referido al proceso de diseño del pavimento flexible y rígido. Sabemos que, en la ingeniería civil, el pavimento es una estructura formada por distintas capas de materiales que permiten soportar las cargas vehiculares y/o de otros tipos. Además de resistir el tráfico también cumple otras funciones como la de proveer una superficie de rodadura uniforme, impermeable, antideslizante y resistente a los agentes del medio ambiente. El diseño de pavimentos consiste en la determinación de los espesores de cada capa que constituye la sección estructural del pavimento, la cual permitirá soportar las cargas durante un periodo de tiempo determinado. Existen diferentes métodos de diseño de pavimentos, los cuáles toman en cuenta principalmente los siguientes factores: tránsito o condiciones de carga, características del suelo de cimentación, características de los materiales que constituyen las capas del pavimento, agentes ambientales y periodo de diseño. Un diseño de pavimentos permite optimizar los volúmenes de materiales de construcción a utilizar, mejorar la vida útil esperada y/o incrementar la resistencia de la sección estructural del pavimento o de alguna de sus capas. Es decir, con un adecuado diseño de pavimentos se proyectan vías terrestres técnica y económicamente factibles. Con el diseño de pavimentos también se pueden comparar diferentes alternativas de materiales y de espesores de capa. Cada método de diseño tiene algún parámetro que permite identificar la calidad o la resistencia del pavimento, ya sea mediante un coeficiente o una equivalencia que representa el paquete estructural.
viii Para la adecuada comprensión del proceso de diseño del pavimento flexible y rígido, su contenido se presenta en tres capítulos: El capítulo I, desarrolla el marco referencial, presentando aquellos estudios relacionados al diseño de pavimentos que a la fecha se realizaron. El capítulo II, describe el planteamiento y formulación de los objetivos. Capítulo iii, Se desarrolla los enfoques teóricos sobre pavimentos y los tipos que existen, asimismo se detalla la metodología existente para su diseño. Capitulo IV, se desarrolla la aplicación de los métodos existentes en el diseño de un pavimento flexible y rígido en un proyecto de inversión pública. Finalmente se presenta los resultados, discusiones, conclusiones y recomendación referente a la información encontrada e identificadas producto de la investigación.
adversas a las que estará sometido y, de esta manera, modificar el diseño, procesos constructivos, seleccionar los materiales, que nos permitan tener mayor posibilidad de durabilidad.
II.1. Objetivos II.1.1. Objetivo general Conocer los conceptos teóricos y prácticos para el diseño de un pavimento II.1.2. Objetivos específicos Conocer las bases teóricas sobre diseño de pavimentos y las metodologías existentes. Conocer la normatividad técnica referente a la construcción de pavimentos, normas técnicas de suelos, renaglemnto nacional de edificaciones y las directivas del ministerio de transportes y comunicaciones. Realizar el diseño del pavimento flexible mediante la aplicación de las metodologías American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO) y la del Instituto del Asfalto (IA). Realizar el diseño del pavimento rígido mediante la aplicación de las metodologías de la American Associationof State Highway and Transportation Officials (AASHTO) y la de la Portland Cement Association (PCA). Comparar los resultados obtenidos por ambos métodos de diseño
III.1. Pavimento Rico y Del Castillo (2008) señala que un pavimento puede definirse como el conjunto de capas, cuyas principales funciones son las de proporcionar una superficie de rodamiento uniforme, de color y textura apropiados, resistentes a la acción del tránsito, a la del intemperismo y otros agentes perjudiciales, así como transmitir adecuadamente a las terracerías los esfuerzos producidos por las cargas impuestas por el tránsito (p. 5). Asimismo, PROCCSA, (2022), refiere que en la ingeniería civil, el pavimento es una estructura formada por distintas capas de materiales que permiten soportar las cargas vehiculares y/o de otros tipos. Además de resistir el tráfico también cumple otras funciones como la de proveer una superficie de rodadura uniforme, impermeable, antideslizante y resistente a los agentes del medio ambiente. Del mismo modo Vivar (1995), define al pavimento como un elemento estructural monocapa o multicapa, apoyado en toda su superficie, diseñado y construido para soportar cargas estáticas y/o móviles durante un periodo de tiempo predeterminado, durante el que necesariamente deberá recibir algún tipo de tratamiento tendiente a prolongar su vida de servicio.
III.2. Clasificación de los pavimentos Según Vivar (1995), los pavimentos pueden clasificarse, de manera genérica, de acuerdo a los siguientes parámetros: a. La calidad de los materiales empleados en su construcción: afirmados, estabilizados, aglomerados o mezclas asfálticas y de cemento Portland. b. El tipo de solicitación que soportarán a lo largo de su vida de servicio o el uso al que estarán destinados: urbanos, industriales, de carreteras, de aeropuertos, o deportivos. c. El periodo de vida para el que son diseñados y construidos: temporales y definitivos. d. La forma en que distribuyen las cargas al terreno: Rígidos, flexibles y semirrígidos. Pese a que las denominaciones de rígido y flexible parecieran guardar relación con las calidades de los aglomerantes de cemento Portland y asfalto utilizados en la fabricación de ambos pavimentos respectivamente, es posible encontrar pavimentos asfálticos de gran espesor, el cual les confiere una rigidez mucho mayor a la normal; así como también es posible apreciar en los pavimentos de concreto reforzado y en ciertas losas de concreto de cemento Portland, grietas, lo cual indica un comportamiento flexible que difiere grandemente del comportamiento rígido para el que supuestamente fueron diseñadas y construidas. Por ello, “los pavimentos se denominan flexibles o rígidos por la forma en que transmiten los esfuerzos y deformaciones a las capas inferiores que dependen de la
relación de rigideces relativas de las capas. Menéndez (2012), indica que un pavimento flexible transmite esfuerzos concentrados en una pequeña área, mientras que un pavimento rígido distribuye los esfuerzos en una mayor área. En la imagen se ilustra el principio de distribución de presiones en los pavimentos flexibles y rígidos. Se conoce que en términos de módulo de elasticidad la relación entre un pavimento flexible y el suelo de subrasante que lo soporta es del orden de 4 a 1, mientras que esa misma relación sube a aproximadamente 265 a 1 en el caso de los pavimentos rígidos. Figura 2 a) Esquema del comportamiento de pavimentos flexible y rigidos. b) Principios de distribucion de presiones en pavimentos. Imagen tomada de Vivar Romero (1995).
Figura 3 Seccion de un pavimento flexible convencional. Imagen tomada de Vivar Huang (2011). III.2.2. Pavimentos rígidos Los pavimentos rígidos se encuentran constituidos por una losa de concreto apoyada directamente sobre la subrasante o sobre una capa de material seleccionado. Como solo existe una capa entre la losa de concreto y la subrasante, esta puede ser llamada base. La necesidad de utilizar la base surge solo si la subrasante no tiene las condiciones necesarias como para resistir las cargas de tráfico; es decir, que no actúe como un soporte adecuado. Según Montejo (2012), la capacidad estructural de un pavimento rígido depende de la resistencia de las losas y, por lo tanto, el apoyo de las capas subyacentes ejerce poca influencia en el diseño del espesor del pavimento. Según Huang (2004), la sección de un pavimento rígido se encuentra conformado por 2 capas como se observa a continuación en la siguiente imagen:
Figura 4 Seccion de un pavimento rígido convencional. Imagen tomada de Huang (2004). III.3. Datos necesarios para el diseño Existen estudios técnicos que son necesarios realizar debido a que proveen las principales variables que deben considerarse para el diseño, construcción y el comportamiento de las estructuras del pavimento, y estos son: III.3.1. Estudio de tráfico En el diseño de los pavimentos, el dato más importante a determinar es el flujo vehicular; es decir, los tipos de vehículos que transitarán en la zona y la frecuencia con que lo harán. El objetivo del estudio de tráfico es el de expresar este flujo vehicular en términos de un parámetro conocido como ESAL (Equivalent Single Axle Load) o carga equivalente de eje simple que representa la sumatoria del total de repeticiones por día de todos los grupos de carga durante el periodo de diseño del pavimento, para el caso de la metodología de la AASHTO. En el capítulo 4 se explicará de manera detallada el cálculo del ESAL correspondiente al estudio de tráfico; tanto para el pavimento flexible como para el pavimento rígido. Cabe resaltar que para el caso de la metodología de diseño de la
6%. En este caso, el suelo de la subrasante tiene un CBR de 6%, por lo que no se considerará ningún tipo de reemplazo o mejoramiento del suelo de la subrasante. Como se mencionó anteriormente, el estudio de mecánica de suelos sobre la subrasante era de importancia pues servía para obtener la capacidad de soporte de la misma (módulo de resilencia y módulo de reacción, para pavimentos flexibles y rígidos respectivamente) haciendo una correlación con el ensayo de CBR. Para el caso de los pavimentos flexibles, el módulo de resilencia (Mr) se halla haciendo uso de la siguiente fórmula de acuerdo al AASHTO 2015: Mr (psi) = 2555 x CBR(%)0. De manera que, considerando un CBR de 6% se tiene un Mr de 8,043 psi. Este valor será usado para el diseño de los pavimentos flexibles tanto por la metodología AASHTO como por la metodología del Instituto del Asfalto. Para el caso de los pavimentos rígidos la metodología de la AASHTO y la metodología de la PCA presentan algunas diferencias entre sí en el cálculo del módulo de reacción de la subrasante por lo que este punto se desarrollará a detalle en el capítulo de diseño por dichas metodologías. III.3.2.2. Subbase granular Según el Ministerio de Transportes y Comunicaciones, el material de la subbase debe ajustarse a una de las franjas granulométricas indicadas en la siguiente tabla:
Además, el material también deberá cumplir con los siguientes requisitos de calidad:
