2. CONCEPTOS BASICOS PAVIMENTOS.pdf

INVEAS Ing. Augusto Jugo B.

Construcción e Inspección de Pavimento Pavimentoss Versión 1.1

2. CONCEPTOS BASICOS DE PAVIMENTOS

En este capitulo se presenta una discusión general sobre aspectos de diseño y comportamiento de los pavimentos, nomenclatura y mecanismos de trabajo y de falla. La fig. 2.1, ilustra el concepto básico de diseño de un pavimento.

Los pavimentos se han clasificado –convencionalmente- en flexibles y rígidos. Esta distinción obedece al tipo de superficie de rodamiento, aunque la principal diferencia se refiere a la forma cómo cada uno trabaja, cómo soporta y distribuye los esfuerzos producidos por las cargas, además de los materiales que lo conforman. Un pavimento flexible clásico  clásico  esta conformado por una delgada capa de rodamiento asfáltica, la cual se apoya en una base y subbase granulares, las que a su vez descansan sobre la subrasante. Con el tiempo esta conformación clásica se modificó incorporando el uso de bases estabilizadas. Es importante clarificar que la capa de rodamiento o desgaste es –por definición- de poco espesor y requiere características especiales, como buena resistencia a la fricción y al medio ambiente, no exigibles a la capa base subyacente. Esta condición puede –en casos- requerir el empleo de agregados o una mezcla especial no necesarios para otras capas. En muchos países es normal que una capa de sello –con agregados especiales- constituya la capa o superficie de rodamiento, siempre que el resto de las capas aporten la resistencia necesaria.

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Por su parte, un pavimento rígido esta conformado por una losa de concreto hidráulico apoyado sobre una base o directamente sobre la subrasante. En todo pavimento, es la subrasante la que finalmente soporta tanto la estructura, como las cargas impuestas. Alguna definición de pavimento dice, que el pavimento tiene como función principal proteger la subrasante , que es el punto más débil débil del sistema. La fig.2.2, muestra esquemáticamen esquemáticamente te los tipos de pavimentos.

En el siguiente capitulo se discute la importancia de la subrasante y de su preparación para lograr un buen comportamiento de la estructura.

Pavimentos Pavimentos asfáltic os Los pavimentos asfálticos son conformados por capas cuya calidad es mayor de arriba hacía abajo, de esta forma las capas superiores mas resistentes distribuyen las cargas de tal forma que no se exceda la resistencia de ninguna de las capas inferiores ni de la subrasante. La distribución de las cargas se logra en función del espesor de las capas, en este sentido debe tenerse en cuenta que los materiales granulares tienen baja resistencia y poder de distribución, si se comparan con materiales cementados. En estos pavimentos el único material cementado, que puede alcanzar alta rigidez es la mezcla

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en los que todas las capas son asfálticas y los semi-rígidos, semi-rígidos , con bases estabilizadas estabilizada s con cal o cemento. Cada estructura tiene su forma de trabajar lo que debe ser considerado en el diseño, construcción y mantenimiento; mantenimiento ; ver fig. 2.2.b.

La caracterización de los materiales –generalmente- se hace de acuerdo a los siguientes parámetros: Mezclas asfálticas Base y SB granular Bases cementadas Subrasante

Estabilidad y propiedades Marshall Ensayo CBR Compresión a 7 días Ensayo CBR o Módulo Resilente (Mr)

Pavimentos Pavimentos rígidos Los pavimentos rígidos trabajan en forma diferente que los asfálticos; la alta rigidez del concreto de cemento Pórtland, hace que sea la losa la que prácticamente absorba los esfuerzos de las cargas y muy poco se trasmite a la subrasante. Por esta razón, además de aspectos constructivos y de costos, estos pueden o no tener una base, bien granular o estabilizada. El punto más débil de una losa de pavimento, es generalmente la esquina; de aquí que se consideren mecanismos de transmisión de cargas entre losas con la finalidad de reforzar estos puntos, mejorar el comportamiento del pavimento y en casos

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Concreto Base granular Bases cementadas Subrasante

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Resistencia a flexión (Módulo de Ruptura, MR) Ensayo CBR Compresión a 7 días Módulo de reacción (k)

Modos de falla de los pavimentos. Otra definición de pavimento dice: un pavimento sirve para permitir la operación de vehículos en una forma confortable, económica y segura , a lo que se puede agregar, protegiendo adecuadamente la subrasante, subrasante , el punto más débil del sistema. De esta definición puede desprenderse que existe primeramente un modo de falla funcional, funcional , que aplica cuando el pavimento deja de cumplir sus funciones básicas, permitir una operación confortable y segura, que afecta al usuario. Normalmente, este modo de falla es acompañada de una falla estructural. estructural. Por otra parte las fallas pueden ser, asociadas o no asociadas con cargas; cargas ; mientras que las causas se refieren a: estructural, estructural, cuando se presenta un deficiencia de la estructura o un exceso de cargas, control de calidad, por deficiencia en la calidad de algún producto o proceso que induce debilidad en algún punto o sector del pavimento, y medio ambiente, que ambiente, que produce esfuerzos térmicos, oxidación de algunos materiales, así como infiltraciones infiltracio nes de agua que debilitan la estructura. Las figuras 2.3, muestran muestran -en forma forma esquemática esquemática-- el mecanismo de distribución de cargas en los pavimentos flexibles y los esfuerzos que se consideran consideran críticos en estos pavimentos.

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Esfuerzos en pavimentos flexibles: (a) esfuerzos de tracción, tracción, en la parte inferior de la capa asfáltica debido a deflexiones producidas por cargas que inducen tracción, que por repetición producen falla por fatiga en las capas cementadas. (b) esfuerzos verticales en las capas no cementadas, de materiales granulares y suelos, que inducen fallas de corte tanto en las bases como en la subrasante.

Esfuerzos en pavimentos rígidos: (Figura 2.4) (a) son críticos los esfuerzos de flexión o flexión o tracción indirecta en la parte superior de la losa, especialmente en las esquinas y bordes lo que ocasiona la fractura del concreto cuando el esfuerzo excede su resistencia a flexión o módulo de ruptura (MR). La figura 2.4, muestra la forma de distribución de esfuerzos en pavimentos rígidos, y el esfuerzo de flexión considerado crítico en este tipo de estructuras.

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Por lo general los mecanismos de falla de los pavimentos se asocian con los esfuerzos antes indicados, sin embargo aunque el problema –a primera vistaluce relativamente sencillo la teoría y comprensión de la distribución de esfuerzos y deformaciones en estructuras –generalmente multicapas- es considerablemente compleja. Por otra parte los pavimentos tienen una gran variedad de usos por lo que son sometidos a distintas cargas y esfuerzos, aun cuando los materiales que los conformen sean similares. Los conceptos de

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Variables Variables de diseño de pavimentos En forma genérica, el concepto de diseño de pavimentos pudiera resumirse de la siguiente forma; “la “ la definición de una estructura que construida sobre una determinada subrasante, se comporte adecuadamente en un medio ambiente especifico, al ser sometida a cargas durante un período de tiempo preestablecido” Los métodos de diseño de pavimentos han sido considerablemente dinámicos en el tiempo, en Venezuela el procedimiento mas empleado es la Guía de Diseño AASHTO-93. Por otra parte debe destacarse el Método de Diseño Venezolano, también conocido como método MTC (1983), desarrollado por un destacado grupo de ingenieros venezolanos bajo la coordinación del Ing. Luis Salamé R, con la asesoría del Dr. Matt Witczak. Recientemente, se ha presentado un nuevo procedimiento Empirico-Mecanístico 2002, aun en fase de análisis y validación, además de considerablemente considerablemen te complejo. El método AASHTO considera, fundamentalmente, que se listan y comentan brevemente a continuación: •

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las variables de diseño

Tráfico: en términos de repeticiones y magnitud de cargas esperadas en el periodo de diseño. Valor soporte soporte de subrasante: variable de gran significación significación por ser el punto más débil de la estructura, susceptible a la humedad y estar sujeta a significativa variación a lo largo de una vía. Materiales disponibles y utilizables en la zona en la que se ejecuta la obra, propiedades, aporte estructural, costos. Medio ambiente: posibilidad de saturación y susceptibilidad susceptibili dad de los materiales, temperaturas. Comportamiento: Comportamiento : duración del periodo de diseño, serviceabilidad final. Drenaje: obras de drenaje; precipitación precipitaci ón y drenaje natural en la zona. Confiabilidad Confiabilidad estadística: estadística: nivel de confiabilidad confiabilidad considerado considerado en el