Unidad III Diseño de Pavimentos Flexibles .
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Unidad III Diseño de Pavimentos Pavimentos Flexibles.
Pavimentos fexibles.
Un pavimento fexible se dene como la capa o conjunto de capa ca pass de ma mate teri rial ales es apro apropi piad ados os co comp mpre rendi ndida dass entr entre e el nive nivell supe superi rior or de las las terr terrac acerí erías as (cal (calle less de tier tierra) ra) y la supe super rci cie e de rodamiento cuya unción es proporcionar una supercie uniorme, de color y textura apropiados, resistente y para transmitir a las terrac terracerí erías as los esuer esuerzos zos produci producidos dos por cargas cargas impue impuesta stass en el trnsito!
Características del pavimento fexible.
Un pavimento fexible se adapta a las cargas! "a estructura de pavimento fexible est compuesta por varias capas de material! #ada capa recibe cargas, se extiende en ella, y pasa a estas cargas, a la siguiente capa inerior! $or lo tanto, la capa ms abajo en la estructura del pavimento, recibe menos carga! #on el n de aprovec%ar al mximo esta propiedad, las capas son generalmente dispuestas en orden descendente de capacidad de carga, por lo tanto la capa superior ser la &ue posee la mayor
capacidad de carga de material (y la ms cara) y la de ms baja capacidad de carga de material (y ms barata) ira en la parte inerior!
Elementos del pavimento fexible.
"a 'ubrasante s la ca capa pa del del ter terreno eno de una una ca carr rret eter era a &ue &ue so sopo port rta a la estructura de pavimento! 'e extiende %asta una proundidad &ue no aecte la carga &ue corresponde al trnsito previsto! sta puede estar ormada en corte o relleno y una vez compactada debe tener las las se secc ccio ione ness trans transve vers rsal ales es y pend pendie ient ntes es es espe peci cic cada adass en los los planos nales de dise*o! l espesor del pavimento depender, en buena parte, de la calidad de la subrasante, por lo &ue es recomendable &ue sea resistente, incompresible e inmune a cambios por %umedad! 'on ideales los materiales granulares, con porcentajes de %inc%amiento &ue cumpla cumplan n con la ++'-. ++'-. - /01! /01! 2urant 2urante e la constr construcc ucción ión,, un espe speso sorr
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%omogenizarse, mezclarse, conormarse y compactarse totalmente, %asta alcanzar la densidad mxima denida en la ++'-. + +'-. -/34! "a 'ubbase 'e encarga de soportar y distribuir uniormemente las cargas aplicadas en la rodadura de pavimento! 2ebe por lo tanto ser capaz
de controlar los cambios de volumen y elasticidad, &ue puedan da*ar el pavimento! 'irve como capa de drenaje y controla la ascensión capilar, lo &ue protege la estructura de pavimento! n su construcción se recomienda el empleo de materiales granulares! n los pavimentos fexibles esta capa sirve como material de transición! l material de la subbase debe tener un #56 mayor &ue el de la subrasante y su espesor puede variar por tramos, de acuerdo con la calidad de la subrasante! $ara su construcción se vericar &ue los materiales cumplan con la ++'-. -7/01sobre una muestra saturada seg8n ++'-. -/34, sin blo&ues mayores &ue 9:1 del espesor de la capa, vericando el ;$ seg8n ++'-. -704 y límites seg8n ++'-. -30, adems de estar libre de impurezas! 'e colocan en capas de 94 cm mximo, %omogenizadas, conormadas y compactadas, %asta alcanzar su mxima densidad! "a 5ase s la &ue distribuye las cargas a la subbase, por lo &ue se la debe construir con piedra de buena calidad, triturada y mezclada con material de relleno, o bien con suelo y grava! 'u estabilidad depender de la graduación de las partículas, su orma, densidad relativa, ricción interna y co%esión, por lo &ue el material debe cumplir con las normas ++'-. -/01, ++'-. -/34 y ++'-. /01< estar libre de impurezas orgnicas, y la porción retenida en el tamiz => ? debe cumplir con la prueba de desgaste ++'-. -0@! $or su parte, el porcentaje &ue pasa la malla => ?4 debe cumplir con los límites indicados en ++'-. -04 A -30 y el porcentaje &ue
pasa la malla 944 debe ser menor &ue la mitad del porcentaje &ue pasa el tamiz =o!?4! 2urante su construcción, si el espesor de la base es mayor &ue 94 cm, la compactación se %ar por capas no mayores de 94 cm ni menores a /4 cm, %umedeciendo la supercie de contacto entre ellas! n el caso de los materiales estabilizados, sus características mecnicas cambian y se incrementa signicativamente el módulo de resilencia! 'e debern realizar estudios de laboratorio para determinar las cantidades y límites razonables a utilizar!
Utilización del pavimento fexible
"a
utilización
de
los
pavimentos
fexibles
se
realiza
undamentalmente en zonas de abundante trco como puedan ser vías, aceras o parBings! Ventaas ! desventaas Ventaas" •
•
6esulta ms económico en su construcción inicial! -iene un periodo de vida de entre /4 y /C a*os!
Desventaas" •
6e&uiriere mantenimiento constante para cumplir con su vida 8til!
•
"as cargas pesadas producen roderas y dislocamientos en el asalto y son un peligro potencial para los usuarios! sto constituye un serio problema en intersecciones, casetas de cobro de cuotas de peaje, rampas, donde el trco est constantemente renando y arrancando! "as roderas llenas de agua de lluvia en estas zonas, pueden causar derrapamientos, pDrdida de control del ve%ículo y por lo tanto, dar lugar a accidentes y a lesiones personales!
•
"as roderas, dislocamientos, agrietamientos por temperatura, agrietamientos
tipo
piel
de
cocodrilo
(atiga)
y
el
intemperismo, implican un tratamiento recuente a base de selladores de grietas y de recubrimientos superciales! •
l %idroplaneo@ es tambiDn un problema serio en caminos con roderas, sobre todo en rutas interestatales y primarias!
•
xisten estudios donde se demuestra &ue las distancias de renado para supercies de concreto son muc%o mayores &ue para las supercies de asalto sobre todo cuando el asalto esta %8medo y con roderas!
•
Una vez &ue se %an ormado roderas en un pavimento de asalto, la experiencia %a demostrado, &ue la colocación de una sobrecarpeta de asalto sobre ese pavimento no evitara &ue se vuelva a presentar!
•
"as roderas reaparecen ante la incapacidad de lograr una compactación adecuada en las roderas &ue dejan las ruedas y:o ante la imposibilidad del asalto de resistir las presiones
actuales de los neumticos y los vol8menes de trco de %oy en día! •
"a refexión de grietas es otra orma de alla de sobrecarpetas de asalto, &ue puede reducir apreciablemente la vida 8til esperada!
•
n la mayor parte de los casos, el asalto sub dise*ado de la primera etapa se deteriora antes de poder colocar el primer reencarpetado
proyectado!
"as
sobrecarpetas
delgadas
subsecuentes no se comportaron bien por&ue la alla original del asalto, se refeja rpidamente a travDs del citado reencarpetado! +un cuando se especi&ue una sobrecarpeta de
asalto
ms
gruesa,
los
resultados
no
mejoran
apreciablemente! 'e %a demostrado &ue en las sobrecarpetas ms gruesas, se orman ms roderas &ue en recubrimientos delgados! •
"a presencia de un nivel retico alto y:o de suelos dDbiles subyaciendo a un pavimento asltico &ue %a allado, es muy probable &ue necesiten excavarse y rellenarse en un espesor a veces de ms de un metro como etapa previa a la construcción!
•
"as restricciones en cuanto a cargas por eje (de camiones) resultan diíciles de aplicar, y es recuente ver &ue los camiones &ue exceden los pesos restringidos circulan sobre los pavimentos aslticos!
#$todo de diseño
l mDtodo considera las siguientes variables de dise*o E #aracterísticas de la subrasante o undación! E 6epeticiones de cargas! E =ivel de alla o comportamiento del pavimento! E #onabilidad estadística! E structura de pavimento y materiales disponibles!
#aracterísticas 2e "a 'ubrasante . Fundación l valor soporte de la subrasante o undación del pavimento debe caracterizarse en tDrminos de Gódulo 6esilente (Gr) en unción de las condiciones de %umedad a &ue estaría sometido el suelo a lo largo del a*o, ya &ue esta condición aecta su valor soporte, en especial en suelos nos arcillosos! 6epeticiones 2e #argas "a demanda o cargas sobre el sistema se estiman en unción del n8mero de repeticiones de jes &uivalentes () a /3!444 lbs, esperadas durante el periodo de dise*o! =ivel 2e Falla . #omportamiento 2el $avimento
sta variable considera el nivel de calidad de rodaje (serviceabilidad) considerado como nivel de alla uncional del pavimento! #onabilidad stadística l mDtodo usa un procedimiento estadístico &ue permite incluir un actor de seguridad &ue corrige el dise*o en unción del nivel de conabilidad deseado! s importante destacar &ue la determinación del valor soporte de la subrasante y la estimación del trco o repeticiones de carga esperados son las variables ms importantes y signicativas en el proceso de dise*o!
structura 2e $avimento A Gateriales 2isponibles "a estructura re&uerida del pavimento, o =umero structural ('=), debe conormarse en unción de los materiales disponibles en la zona para su construcción, estos deben caracterizarse en tDrminos de su coeciente estructural, el cual es un indicador de su resistencia o propiedades mecnicas! ste aspecto ser discutido ms adelante! #$todo de %%&'()
l mDtodo de dise*o ++'-. es uno de mDtodos ms utilizados a nivel internacional para el dise*o de pavimentos de concreto %idrulico!
"a prueba de pavimentación &ue en su momento se conoció como ++'., por sus siglas en inglDs y debido a &ue en a&uel entonces no estaba integrado el departamento del transporte de U a esta organización! Fue concebida y promovida gracias a la organización &ue a%ora conocemos como ++'-. (H+merican +ssociation o 'tateig%Iay and -ransportation.JcialsK) para estudiar el comportamiento de estructuras de pavimento de espesores conocidos, bajo cargas móviles de magnitudes y recuencias conocidas y bajo el eecto del medio ambiente! Fue ormulada por el consejo de investigación de carreteras de la academia
nacional
de
ciencias,
consejo
nacional
para
la
investigación, la planeación empezó en /0C/, la construcción del proyecto comenzó en/0C@ muy cerca de .ttaIa, ;llinois! " trco controlado de la prueba se aplicó de octubre de /0C3 a noviembre de /0@4, o sea, durante ms de dos a*os!
l objetivo principal de las pruebas consistía en determinar relaciones signicativas entre el comportamiento de varias secciones de pavimento y las cargas aplicadas sobre ellas, o bien para determinar las relaciones signicativas entre un n8mero de repeticiones de ejes con cargas, de dierente magnitud y disposición, y el comportamiento de dierentes espesores de pavimentos, conormados con bases y sub7bases, colocados en suelos de características conocidas! #$todo %%&'() Para El Diseño De Pavimentos Flexibles
l mDtodo ++'-.7/001 para el dise*o de pavimentos fexibles, se basa primordialmente en identicar un Hn8mero
estructural ('=)K para el pavimento, &ue pueda soportar el nivel de carga solicitado! $ara determinar el n8mero estructural, el mDtodo se apoya en una ecuación &ue relaciona los coecientes, con sus respectivos n8meros estructurales, los cuales se calculan con ayuda de un sotIare, (++'-. 01) el cual re&uiere unos datos de entrada como son el n8mero de ejes e&uivalentes, el rango de serviciabilidad, la conabilidad y el módulo 6esiliente de la capa a analizar! #$todo Venezolano
n el caso del pavimento fexible de carreteras, actualmente en Lenezuela se aplica el GDtodo ++'-.701 y el GDtodo G-#731, y para el caso de pavimento fexible para aeropuertos se conoce el GDtodo del #56 y el GDtodo de la F++! n la experiencia de pavimentos dise*ados y construidos en el país, el GDtodo ++'-.701 %a tenido buena aceptación y aplicación! Mste mDtodo ue introducido por primera vez en /0@9 como una Nguía provisional de dise*oN, y se perecciona en los a*os /0O9, /03/ y nuevamente en /03@< posteriormente en el a*o /001, se actualiza el procedimiento de dise*o de re%abilitaciones (pero se mantiene igual al del a*o /03@)! n Lenezuela el GDtodo ++'-. 701 ue adaptado y validado para las condiciones particulares del país por el 2r! +ugusto Pugo, en el a*o /00O! $ara el a*o 9449 se esperaba una nueva versión de este mDtodo, la cual sin embargo, solo ue dada a conocer a los proesionales de Dsta rea de investigación en el a*o 944?, y se
espera &ue estD disponible como %erramienta de dise*o para el a*o 94/C!
Unidad IV Diseño de Pavimentos *í+idos Pavimentos *í+idos
'on a&uellos ormados por una losa de concreto $órtland sobre una base, o directamente sobre la sub7rasante! -ransmite directamente los esuerzos al suelo en una orma minimizada, es auto7resistente, y la cantidad de concreto debe ser controlada! Características
"os pavimentos rígidos se caracterizan por tener una larga vida 8til y puedes ser dise*ada para todo tipo de trco y uso, como avenida, aeropuerto y otros usos! 2e igual modo esta tienes numerosas ventajas sobre los pavimentos fexibles! Elementos Del Pavimentos *í+idos
"a 'ubrasante s la capa del terreno de una carretera &ue soporta la estructura de pavimento! 'e extiende %asta una proundidad &ue no aecte la carga &ue corresponde al trnsito previsto! sta puede estar ormada en corte o relleno y una vez compactada debe tener las secciones transversales y pendientes especicadas en los planos nales de dise*o!
l espesor del pavimento depender, en buena parte, de la calidad de la subrasante, por lo &ue es recomendable &ue sea resistente, incompresible e inmune a cambios por %umedad! 'on ideales los materiales granulares, con porcentajes de %inc%amiento &ue cumplan con la ++'-. - /01! 2urante la construcción, un espesor
e&uivalente
a
la
subrasante
deber
escaricarse,
%omogenizarse, mezclarse, conormarse y compactarse totalmente, %asta alcanzar la densidad mxima denida en la ++'-. -/34! "a 'ubbase 'e encarga de soportar y distribuir uniormemente las cargas aplicadas en la rodadura de pavimento! 2ebe por lo tanto ser capaz de controlar los cambios de volumen y elasticidad, &ue puedan da*ar el pavimento! 'irve como capa de drenaje y controla la ascensión capilar, lo &ue protege la estructura de pavimento! n su construcción se recomienda el empleo de materiales granulares! n los pavimentos fexibles esta capa sirve como material de transición! l material de la subbase debe tener un #56 mayor &ue el de la subrasante y su espesor puede variar por tramos, de acuerdo con la calidad de la subrasante! $ara su construcción se vericar &ue los materiales cumplan con la ++'-. -7/01sobre una muestra saturada seg8n ++'-. -/34, sin blo&ues mayores &ue 9:1 del espesor de la capa, vericando el ;$ seg8n ++'-. -704 y límites seg8n ++'-. -30, adems de estar libre de impurezas! 'e colocan en capas de 94 cm mximo, %omogenizadas, conormadas y compactadas, %asta alcanzar su mxima densidad! 'upercie de rodadura
s la capa superior de la estructura de pavimento, construida con concreto %idrulico, por lo &ue debido a su rigidez y alto módulo de elasticidad, basan su capacidad portante en la losa, ms &ue en la capacidad de la subrasante, dado &ue no usan capa de base! n general, se puede indicar &ue el concreto %idrulico distribuye mejor las cargas %acia la estructura de pavimento! Uso Del Pavimento *í+ido
l uso de los pavimentos rígidos se remonta a ms de /44 a*os! Qeorge 5art%olomeI, un norteamericano de .%io, realizó las primeras pruebas en una aja experimental de 9!?? metros de anc%o! ste descubrimiento dio inicio al proyecto de obras p8blicas ms grande en la %istoria de la %umanidad el sistema de carreteras inter7estatal de los stados
Unidos
de =orteamDrica, con
aproximadamente 9O!C44 Rm de longitud! l pavimento rígido puede ser dise*ado para calles, avenidas, carreteras y aeropuertos, para cual&uier nivel de trco y prcticamente sobre cual&uier tipo de suelo, con tal de &ue la sub7 rasante sea razonablemente uniorme! Ventaas ! Desventaas Ventaas" •
l mantenimiento &ue re&uiere es mínimo y solo se eect8a (com8nmente) en las juntas de las losas!
•
+l realizar la pavimentación con cimbras deslizantes la principal ventaja es el %ec%o de &ue una m&uina, bajo el control de un
solo operador reemplaza los diversos elementos &ue orman el acomodo de la ma&uinaria de pavimentación convencional! •
"a sobre carpeta de concreto proporciona ventajas a largo plazo para los usuarios de caminos y para los organismos encargados de carreteras debido a &ue la supercie de concreto reduce drsticamente el tiempo y los retrasos, &ue generalmente acompa*an al mantenimiento constante de una supercie de asalto!
•
Una supercie de concreto es durable, resistente y re&uiere muc%o menos tiempo de mantenimiento y dinero!
•
"as sobre carpetas de concreto son particularmente eectivas, en proyectos donde las restricciones en el presupuesto anual y altos niveles de trco, %acen &ue las interrupciones recuentes en la circulación y los costos de mantenimiento sean intolerables!
•
-ambiDn se puede colocar una sobre carpeta de concreto para aumentar la seguridad de una supercie de concreto!
•
"as cargas pesadas no orman roderas ni dislocamientos en el concreto, el cual conserva una alta resistencia antiderrapante!
•
"as sobre carpetas de concreto no desarrollan las allas típicas presentes en los reencarpetados de asalto!
•
l concreto puede cubrir uniormemente las roderas en el asalto y corregir el perl de la supercie!
•
2ebido a la capacidad &ue tiene la losa de concreto para puentear los problemas subyacentes, no ocurrir la refexión &ue se presenta en las sobre carpetas de asalto!
•
-ambiDn se %an usado sobre carpetas de concreto sobre pavimentos de asalto existentes, como una alternativa a la Nconstrucción por etapasN de pavimentos fexibles!
•
"os anlisis de los costos de re%abilitación y mantenimiento a largo plazo correspondientes a la Nconstrucción por etapasN, representa la solución ms duradera de bajo riesgos!
•
Una sobre carpeta de concreto permite &ue la construcción se %aga directamente sobre la supercie fexible existente, sin tener &ue eliminar o reparar la sub7base o la subrasante en toda la extensión del proyecto! l espesor gradual para ligarse a un puente o a estructuras en línea se logra rebajando con resadora el asalto existente %asta obtener la pendiente adecuada!
•
"a colocación de una sobre carpeta de concreto directamente sobre un pavimento de asalto, tambiDn puede a%orrar costos de construcción cuando %ay mal tiempo! 2espuDs de una lluvia uerte, la construcción de nuevos pavimentos se puede retrasar varios días, mientras la subrasante se seca %asta alcanzar una condición adecuada! #on la sobre carpeta de concreto el contratista usa una barredora mecnica, para eliminar el agua en exceso acumulada en las roderas dejadas por las ruedas! $or lo tanto, en muc%os casos la construcción de pavimentos de concreto sobre el asalto se puede reanudar inmediatamente despuDs de &ue deja de llover!
•
'u período de vida varía entre 94 y ?4 a*os
Desventaas" •
-iene un costo inicial muc%o ms elevado &ue el pavimento fexible!
•
'e debe tener cuidado en el dise*o!
Di,erencias de los pavimentos rí+idos ! fexibles
"a dierencia entre estos tipos de pavimentos es la resistencia &ue presentan por fexión! sto &uiere decir &ue por ejemplo el concreto rígido va a soportar con mayor acilidad el peso ve%icular, ya &ue estos se dise*an para &ue tengan un largo periodo de vida 8til! "os pavimentos rígidos estn %ec%os con concreto %idrulico, generalmente se cuelan en losas y se reuerzan con varillas de acero! "os pavimentos fexibles estn %ec%os de compuestos aslticos mezclados con agregados pDtreos l comportamiento del pavimento rente a las cargas es dierente de acuerdo a si el pavimento es fexible o rígido, siendo su principal dierencia cómo cada uno de ellos transmite las cargas a la subrasante! n un pavimento rígido, debido a la consistencia de la supercie de rodadura, o sea, la alta rigidez de la losa de concreto le permite mantenerse como una placa y distribuir las cargas sobre un rea mayor de la subrasante, transmitiendo presiones muy bajas a las capas ineriores!
$or sí misma, la losa proporciona la mayor parte de la capacidad estructural del pavimento rígido! "o contrario sucede en un pavimento fexible, construido con materiales dDbiles y menos rígidos (&ue el concreto), ms deormables, &ue transmiten a la subrasante las cargas de manera ms concentrada! "a supercie de rodadura al tener menos rigidez, se deorma ms y se producen mayores tensiones en la subrasante! $or todo lo antes mencionado, el pavimento fexible normalmente re&uiere ms capas y mayores espesores para resistir la transmisión de cargas a la subrasante!
"os bajos niveles de esuerzo bajo el pavimento, %acen innecesario contar con materiales de cimentación resistentes, inclusive %ace posible la colocación de la losa directamente sobre la subrasante cuando la calidad de tipo de suelo lo permite! s de vital importancia &ue el terreno de apoyo para el pavimento sea uniorme, sin cambios bruscos en su capacidad de soporte! n la re%abilitación de pavimentos, tanto rígidos como fexibles, existen casos puntuales en &ue se est comenzando a emplear sobre carpetas de concreto %idrulico &ue adems de restituir la capacidad de las vialidades y carreteras, mejoran su seguridad y conort! #$todo de Diseño.
l dise*o del pavimento rígido involucra el anlisis de diversos actores trco, drenaje, clima, características de los suelos, capacidad de transerencia de carga, nivel de serviciabilidad deseado, y el grado de conabilidad al &ue se desea eectuar el dise*o acorde con el grado de importancia de la carretera! -odos estos actores son necesarios para predecir un comportamiento conable de la estructura del pavimento y evitar &ue el da*o del pavimento alcance el nivel de colapso durante su vida en servicio! "a metodología &ue se utiliza para el dise*o del pavimento rígido es la $#+, la cual considera dos criterios de evaluación en el proceso de dise*o #riterio de erosión de la subbase 'e basa en el anlisis de alla del pavimento por bombeo excesivo, erosión del suelo de soporte y dierencia en elevaciones de las juntas! Fatiga del pavimento de concreto l pavimento puede allar por excesivas repeticiones de carga! l procedimiento de dise*o de la $#+ est basado en inormación
obtenida
de
dierentes
uentes,
incluyendo
investigaciones, desarrollos teóricos, ensayos de pavimentos a escala real, y el monitoreo de la perormance de pavimentos en servicio! Un programa de investigación llevado a cabo por la $ortland #ement+ssociation correlacionó la inormación de dise*o de estas uentes obteniendo como resultado un procedimiento desarrollado 8nicamente para pavimentos suelo cemento! #$todo %%&'()
l mDtodo se basa en los resultados experimentales obtenidos vía tramos de prueba en .ttaIa! l objetivo principal ue obtener relaciones y correlaciones conables entre el comportamiento de pavimentos dise*ados con los mismos criterios, apoyados en suelos similares y transito igual! "as supercies construidas ueron • •
#arpetas aslticas! "osas de concreto %idrulico sin reuerzo!
"osas de concreto reorzado de manera continua! #on base a esto, se propuso la ecuación de dise*o para pavimento rígido, la cual %a sido modicada desde /0@4 seg8n propiedades del concreto, las condiciones de apoyo y el ambiente! n caso de los pavimentos fexibles se obtuvo una ecuación e&uivalente! "as condiciones de dise*o de este mDtodo son las siguientes #omportamiento del pavimento • • •
Funcional! structural! 'eguridad!
+ partir de los tramos de prueba, se introdujo el concepto de servicialibidad y comportamiento con calicación de /7C &ue se le asigne por consenso al usuario, con esto el índice de servicio (;') puede
establecerse con
textura, rugosidad, suramiento
y:o
agrietamiento de la supercie de rodamiento! l índice de servicio inicial (condición original de pavimento) corresponde a un Sndice $resente de 'ervicio (;$') mayor a ?!9 y ?!C para pavimento fexible y rígido respectivamente! l Sndice de
'ervicio Final o de rec%azo es a&uel en el &ue existen muc%as &uejas del usuario y no cubre los parmetros de dise*o (9 a 9!C) siendo el ultimo el ms recomendado para pavimentos fexibles! "os parmetros con &ue se dise*e para cada caso deben ser ajustados para cada región en particular!
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