tipos de pavimentos

PAVIMENTOSIng. Menley Paredes

semana 1: Introducción a la

Ingeniería de Pavimentos

CONCEPTOS BÁSICOSLos pavimentos son estructuras que consisten en

capas superpuestas de materiales procesados por encima del terreno natural con la finalidad de distribuir las cargas aplicadas por un vehículo a la subrasante.

La estructura del pavimento debe ser capaz de proveer:Una calidad de manejo aceptableUna adecuada resistencia al ahuellamiento,

deslizamiento y agrietamientoApropiados niveles de reflejo de luz, y un nivel bajo

de ruido.

El objetivo final de la estructura es transmitir las cargas de la llanta de tal manera que no se sobrepase la capacidad portante de la subrasante.

Cargas de Llanta

Carpeta

Base

Subrasantes

PAVIMENTOS

TIPOS DE PAVIMENTOSBásicamente hay tres tipos

Flexible (asfalto) Concreto asfaltico Superficie estabilizadas con asfalto Superficie asfáltica de uso ligero

Rígido (concreto)Compuesto (ambos)

Rehabilitación concreto sobre asfalto Rehabilitación asfalto sobre concreto

Los términos se refieren a como los materiales en los respectivos pavimentos transmiten los esfuerzos y las deflexiones a las capas subsecuentes

PAVIMENTOS FLEXIBLESEstructura típica Subrasante

Compactada (hasta 10 cm)

NaturalSe puede encontrar

roca madre en cualquier nivel

Dependiendo de la carretera, a veces no se necesita subbase

Concreto Asfaltico (CA) consiste enLigante Asfaltico = 4% – 6%Agregados = 94% – 96%

Base

Concreto Asfaltico

Subbase

Subrasante

Riego de Liga

Capa Sellante

Geotextil

Calentados a 150oC, mezclados y luego compactados

PAVIMENTOS FLEXIBLESCapa Base

EstabilizadaCTB = Cement Treated Base o Base

Estabilizada con CementoBTB o ATB = Bitumen/Asphalt Treated

Based o Base Estabilizada con Betumen/Asfalto

No Estabilizada (solo agregados)Los agregados en la capa base por lo general

no son mayores a 1 pulgada = 2.5 cmCapa Subbase

Agregados, con mejores propiedades que la subrasante

SubrasanteNormalmente se compactan las primeras capas

(10 cm)

PAVIMENTOS FLEXIBLESDiseño de Pavimentos

Se determinan los espesores de las diversas capas

Espesores típicos Capa de rodadura (asfaltos): 1” a 12” (2.5 a 30 cm) Base: 4” a 12” (10 cm a 30 cm) Subbase: 4” a 20” (10 cm a 50 cm)

Diseño de MezclasSe determinan las proporciones de los

materiales a usar en cada capaResistencia de la capa de rodadura (asfaltos)Resistencia de los agregados y de la capa

existente (subrasante)

PAVIMENTOS RÍGIDOSLa capa de rodadura de concreto

de cemento Portland (PCC) puede ser:

Normal o convencionalReforzado (acero)

SubbaseEstabilizada con cemento o

asfaltoNo estabilizada

Subrasante compactada y natural

Subbase

Concreto Portland

Subrasante

6”-14” (15 cm – 35 cm)

6”-12” (15 cm – 30 cm)

SER O NO SERLa pregunta típica es Concreto o Asfalto?

La respuesta es DEPENDE

En Perú, los pavimentos de concreto son casi inexistentes:

Motivos?Primordialmente por el deseo de

construir carreteras y los flexibles son mas baratos (de manera inicial) comparados con los de concreto POLÍTICA

FLEXIBLE vs. RÍGIDOFLEXIBLEVida Estimada de

Servicio entre 10 a 20 años

Costos iniciales bajos

Requiere mantenimiento continuo

Reparación fácil pero continua si no se hace mantenimiento

RÍGIDOVida Estimada de

Servicio entre 20 a 30 años (en Lima hasta 50)

Costos iniciales altosRequiere

mantenimiento continuo pero mínimo (primordialmente las juntas)

Reparación difícil pero esporádica

FLEXIBLE vs. RÍGIDOFLEXIBLESe puede añadir

capas en cualquier momento

No pierde propiedades antideslizantes

Es mas suave y menos ruidosa

Soporta un mayor rango de temperaturas

RÍGIDOPoner capas encima

produce grietas de reflejo

Soporta inundaciones y contaminación de la napa freática (JUL vs PEM)

Requiere capas inferiores bien niveladas

TRANSFERENCIA DE CARGAPavimentos Flexibles

Las cargas son transmitidas de “grano a grano” a través de la estructura granular del pavimento.

Ya que es flexible tiene menor capacidad portante, y esta actúa como una capa elástica.

Pavimentos RígidosLas cargas de la llanta son transmitidas a la

subrasante por la fuerza estructural del pavimento como conjunto que actúa como un plato rígido.

PAVIMENTOS FLEXIBLESLa carga de la llanta se

distribuye de la zona de contacto a una área mucho más amplia a través de las capas.

Las deformaciones ocurridas en las capas bajas se reflejan en la superficie (ondulaciones, huecos, etc.).

PAVIMENTOS RÍGIDOSEstos pavimentos

tienen suficiente fuerza de flexión para transmitir la carga de la llanta a un área mas amplia en la capa inferior.

El análisis se hace usando la teoría de placas en vez de la teoría de capas usada en los pavimentos flexibles

La carga de la llanta se transmite por la capacidad de doblarse de la losa

TIPOS DE PAVIMENTOS FLEXIBLESPavimentos Flexibles Convencionales

Materiales caros colocados en las capas superiores y los baratos en las partes bajas

Pavimentos de Profundidad Total (Pavimentos Perpetuos)Las capas bituminosas se colocan enciman de

la subrasante sin necesidad de bases o subbases.

Esto es apropiado cuando no hay materiales disponibles y el trafico es muy pesado

Capas asfálticas con rocaSe colocan capas de agregados entre dos capas

asfálticasDe esta manera se protege mas la subrasante y

la parte superior del pavimento.

TIPOS DE PAVIMENTOS RÍGIDOSLosas de Concreto Simple (JPCP)

Pavimentos construidos con concreto simple y con juntas de contracción espaciadas de manera continua (5 a 10 metros)

Barras de refuerzo o mecanismos de agarre son usados para transferir la carga de una capa a otra.

Losas de Concreto Reforzado (JRCP)Las losas son reforzadas con barras de acero,

que aunque no aumentan la capacidad portante de la losa, aumenta el espaciamiento de las juntas de 10 m a 30 m.

Pavimento Continuamente Reforzado (CRCP)Proceso mecanizado en la cual se elimina las

juntas de contracción

Junta de ConstrucciónPortland Concrete

Barra de Transferencia

Acero de Refuerzo

Junta Rellenada

Barra de Transferencia

JPCP

JRPC

CRCP

Junta de Expansión

TIPOS DE PAVIMENTOS RÍGIDOS

Barra de Transferencia

APLICACIONES TÍPICAS DE PAVIMENTOS FLEXIBLESCarreteras y avenidas en ciudad en generalLíneas auxiliaresBermasRampasEstacionamientosCaminos paralelos a autopistas

APLICACIONES TÍPICAS DE PAVIMENTOS RÍGIDOSLíneas de trafico con volumen altoConexiones entre carreterasPuentesRampas de carreteras y/o autopistas

FUNCIONES DE BASE Y SUBBASEPavimentos Flexibles

1) Soporte Estructural2) Drenaje3) Prevencion/Control del Congelamiento4) Reducir el efecto del cambio del volumen de la

subrasante

Pavimentos Rígidos1) Drenaje2) Prevención del bombeo3) Prevencion/Control del Congelamiento4) Reducir el efecto del cambio del volumen de la

subrasante5) Plataforma de construcción

CARACTERÍSTICAS ÚNICAS DE LOS PAVIMENTOS COMO ESTRUCTURADeterioro Continuo y Rápido con el Tiempo

Comparado con estructuras como edificios, los pavimentos se deterioran mucho mas rápido

Edificios o represas tienen tiempos de vida útil mayor a los 50 o 100 años.

Sufre cargas repetidas (dinámicas)Edificios tienen cargas estáticas y dinámicasCarreteras y aeropuertos no tienen cargas

estáticas

CARACTERÍSTICAS ÚNICAS DE LOS PAVIMENTOS COMO ESTRUCTURADiferentes configuraciones de carga se aplican

al pavimento

El pavimento sufre diferentes magnitudes de carga

Trafico totalmente impredecible con diferentes tipos de suspensión

Trafico canalizado Prof. Andrés Sotil

UniaxialUna

RuedaUniaxial

Dos Ruedas

BiaxialDos

Ruedas

Aeronaves

CARACTERÍSTICAS ÚNICAS DE LOS PAVIMENTOS COMO ESTRUCTURACambio de las propiedades de los materiales

con el ambiente TemperaturaLluviaEnvejecimiento del asfaltoCongelamiento/descongelamiento

Diferencia de propiedades de la subrasante con la distanciaEj. Carretera Central o Panamericana

Sistema multicapaCuantas capas tiene la pared de un edificio? O la

columna o la viga?

CARACTERÍSTICAS ÚNICAS DE LOS PAVIMENTOS COMO ESTRUCTURADefinición no convencional de falla

Cuando falla una columna?Cuando falla un edificio?Cuando falla un puente?Cuando falla un pavimento?

Falla vs. DañoDaño: ahuellamiento, grietasFalla: condiciones inaceptables de daños.

DAÑOS TÍPICOS EN LOS PAVIMENTOS FLEXIBLESLa Nueva Guía de Diseño de Pavimentos de

los EEUU (MEPDG – Mechanistic Empiric Pavement Design Guide) ha sido elaborada teniendo en cuenta los 4 grandes daños de un pavimento flexible:Agrietamiento por fatiga (piel de cocodrilo)AhuellamientoAgrietamiento térmicoRugosidad (IRI – International Roughness

Index)Otros daños

SangradoOndulamientoOtros agrietamientos

DAÑOS TÍPICOS EN LOS PAVIMENTOS RÍGIDOSLos daños en estos pavimentos pueden ser:

Agrietamiento Longitudinal Transversal

BombeoDesnivel entre losas (faulting)Deterioro de losasRotura / quiebre de losaSulfatadosFalla de Juntas

COMPORTAMIENTO DE LOS PAVIMENTOS

EDAD (Tiempo, Trafico)

CO

ND

ICIÓ

N (P

CI,

PSI,

%)

DONDE SE DETERMINA LA

FALLA?

HASTA DONDE SE PUEDE

CONSIDERAR ACEPTABLE UN

PAVIMENTO?

Debido a esta incertidumbre, los ingenieros de pavimentos y las universidades se han dedicado por los últimos 60 años a investigar a fondo los pavimentos

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