1.2 ¿QUE ES EL DISEÑO DE PAVIMENTOS?

ES EL PROCESO POR EL CUAL LOS COMPONENTES ESTRUCTURALES (SUPERFICIES DE RODADURA, BASE, SUBBASE, RELLENO SUBRASANTE, MEJORAMIENTOS, ETC) DE UN SEGMENTO DE CARRETERA O VIA SON DETERMINADOS PARA QUE LA VIA TENGA UN COMPORTAMIENTO ADECUADO PARA EL USUARIO. PARA EL DISEÑO SE TOMA EN COSIDERACION LA NATURALEZA DEL SUELO DE FUNDACION, LAS CONSIERACIONES AMBIENTALES, DENSIDAD Y COMPOSICION DEL TRAFICO, Y LAS CONDICIONES DE MANTENIMIENTO Y CONSTRUCCION.

EN FORMA RESUMIDA EL DISEÑO DE LA ESTRUCTURA DEL PAVIMENTO ES: ESTABLECER ESPESORES Y RIGIDECES DE LOS MATERIALES PARA MANTENER LA VIA BAJO UN CIERTO NIVEL DE DETERIORO, CONFORT, TRANSITABILIDAD Y SEGURIDAD.

1.3 ETAPAS DEL DISEÑO DE PAVIMENTOS

LAS ETAPAS DEL DISEÑO DEL PAVIMENTO DEPENDEN EN GRAN MEDIDA SI SE TRATA DE UNA ESTRUCTURA NUEVA O SI ES MAS BIEN UN MEJORAMIENTO O REHABILITACION DE UNA VIA EXISTENTE, A CONTINUACION SE PRESENTA LA SECUENCIA DE DISEÑO DE PAVIMENTO DE UNA VIA NUEVA:

- ESTUDIO DE LA SUBRASANTE (SUELO DE FUNDACION)-ESTUDIO GEOTECNICO.- DEFINICION DEL TIPO DE SUPERFICIE DE RODADURA Y LOS COMPONENTES

ESTRUCTURALES.- SELECCIÓN DE LOS MATERIALES.- ESTUDIO DEL TRÁFICO.- ESTUDIO DE LAS CONDICIONES AMBIENTALES Y DE DRENAJE.- SECTORIZACION DEL TRAMO.- DISEÑO DE LOS ESPESORES DE CADA CAPA.- ANALISIS DEL CICLO DE VIDA (INCLUIDO MANTENIEMIENTO Y CONSTRUCCION).- DETERMINACION DEL TIPO DE PAVIMENTO Y DE LOS ESPESORES FINALES.

1.4 FUNCIONES DE LA ESTRUCTURA DEL PAVIMENTO.

LAS PRINCIPALES FUNCIONES QUE CUMPLE UNA ESTRUCTURA DE PAVIMENTO SON LAS SIGUIENTES:

- PROPORCIONAR A LOS USUARIOS CIRCULACION SEGURA, COMODA, CONFORTABLE, CON ADECUADA REGULARIDAD (RUGOSIDAD), Y SUFICIENTE RESISTENCIA A LA FRICCION.

- PROPORCIONAR A LOS VEHICULOS ACCESO BAJO CUALQUIER CONDICION DE CLIMA.- CAPACIDAD DE CARGA SUFICIENTE DE LOS MATERIALES QUE COMPONEN LA

ESTRUCTURA.- REDUCIR Y DISTRIBUIR LA CARGA DE TRAFICO PARA QUE ESTA NO DAÑE LA

SUBRASANTE Y/O SUELO DE FUNDACION.- PROTEGER LA SUBRASANTE Y EL SUELO DE FUNDACION DEL CLIMA (AGUA,

CONGELAMIENTO).- CUMPLIR CON LOS REQUERIMIENTOS MEDIO AMBIENTALES Y ESTETICOS.- LIMITAR EL RUIDO Y LA CONTAMINACION DEL AIRE.- REDUCIR LOS COSTOS DE OPERACIÓN VEHICULAR, REDUCIR EL TIEMPO DE VIAJE Y

REDUCIR LOS ACCIDENTES.

- TENER SUFICIENTE DURABILIDAD PARA NO DETERIORARSE ANTES DE TIEMPO DEBIDO A LAS VARIABLES AMBIENTALES (AGUA, OXIDACION, EFECTOS DE LA TEMPERATURA).

1.5 PRINCIPIOS DEL DISEÑO DE PAVIMENTOS

1.5.1 DIFERENCIAS CON OTROS PROBLEMAS DE DISEÑO

LAS ESTRUCTURAS DE PAVIMENTO SON DISEÑADOS CONSIDERANDO QUE FALLARAN EN FORMA PROGRESIVA Y NO SUBITAMENTE, ES DECIR POR FATIGA O ACUMULACION DE DEFORMACION EN LOS COMPONENTES DE LA ESTRUCTURA Y LA SUBRASANTE. EN EL CASO DE LOS PAVIMENTOS EL COMPORTAMIENTO VARIA A LO LARGO DEL TIEMPO COMO CONSECUENCIA DE LA MODIFICACION EN LAS PROPIEDADES DE LOS MATERIALES, EL EFECTO AMBIENTAL Y LOS CAMBIOS EN LAS CONDICIONES DE CARGA DEL TRAFICO, ESTE ASPECTO OBLIGA A QUE SE TENGA QUE EFECTUAR EL PRONOSTICO DEL COMPORTAMIENTO FUTURO CONSIDERANDO LAS VARIACIONES DE LAS PROPIEDADES DEL MATERIAL CON EL TIEMPO.

POR LO TANTO, DURANTE EL DISEÑO DEBEMOS SER CAPACES DE PONOSTICAR EL DETERIORO ESTRUCTURAL Y FUNCIONAL DEL PAVIMENTO DURANTE EL PERIODO DE VIDA UTIL, DE TAL FORMA QUE SEA POSIBLE CORREGIR EN LA ETAPA DEL DISEÑO AQUELLOS ASPECTOS QUE REDUCIRAN LA VIDA UTIL DEL PAVIMENTO, O EN SU DEFECTO PREVER LAS ACTIVIDADES DE MATENIMIENTO QUE DEBERAN EFECTUARSE A FIN DE MANTENER LA CONDICION DEL MISMO.

1.5.2 RESPUESTA Y COMPORTAMIENTO

AUNQUE EN APARIENCIA LAS ESTRUCTURAS DE PAVIEMNTO SON SIMPLES, EN REAIDAD SON COMPLEJAS, DEBIDO A LA GRAN CANTIDAD DE VARIABLES QUE INFLUYEN SOBRE EL COMPORTAMIENTO DEL MISMO; POR ESTE MOTIVO LOS METODOS POR LO GENERAL CONSIDERAN UNA SERIE DE SIMPLIFICACIONES PARA PODER ANALIZAR LAS RESPUESTA Y COMPORATMIENTO DE UN PAVIMENTO.

LA RESPUESTA ESTARA DADA EN TERMINOS ESFUERZOS Y DEFORMACIONES EN CADA CAPA DEL PAVIMENTO, MIENTRAS QUE EL COMPORTAMIENTO EN TERMINO DE LAS CONDICIONES ESTRUCURALES Y FUNCIONALES SERA OBTENIDO A PARTIR DE RELACIONES MECANISTICAS-EMPIRICAS CON LA RESPUESTA DEL PAVIMENTO Y EL GRADO DE DETERIORO.

EN LOS ULTIMOS AÑOS SE HAN PRODUCIDO GRANDES AVANCES EN EL CONOCIMIENTO Y PRONOSTICO DEL COMPORTAMIENTO DE LAS ESTRUCTURAS DE PAVIMENTOS FORMULANDO DIVERSOS MODELOS MECANISTICOS AJUSTADOS A LAS MEDICIONES DE COMPORTAMIENTO REAL O LAS SIMULACIONES OBTENIDAS EN LABORATORIO, SIENDO EL ESTADO DEL ARTE LOS METODOS DE DISEÑO MECANISTICOS EMPIRICOS.

1.6 TIPOS DE PAVIMENTOS

SE TIENEN PRINCPALMENTE LOS SIGUIENTES TIPOS DE PAVIMENTOS: ASFALTICO O FLEXIBLE, DE CONCRETO PORTLAND O RIGIDO, COMPUESTOS, SEMIRIGIDOS O SEGMENTADOS, AFIRMADOS Y DE TIERRA.

LOS PAVIMENTOS SE DENOMINAN FLEXIBLES O RIGIDOS POR LA FORMA EN QUE TRANSMITEN LOS ESFUERZOS Y DEFORMACIONES A LAS CAPAS INFERIORES QUE DEPENDEN DE LA RELACION DE RIGIDECES RELATIVAS DE LAS CAPAS. UN PAVIMENTO

FLEXIBLE TRANSMITE ESFUERZOS CONCENTRADOS EN UNA PEQUEÑA AREA, MIENTRAS QUE UN PAVIMENTO RIGIDO DISTRIBUYE LOS ESFUERZOS EN UN MAYOR AREA.

A CONTINUACION SE DETALLA CADA UNA DE LOS TIPOS DE PAVIMENTOS.

1.6.1 PAVIMENTOS FLEXIBLES:

PAVIMENTOS COMPUESTOS POR UNA O VARIAS CAPAS DE MEZCLA ASFALTICA EN CALIENTE (HMA), O POR TRATAMIENTOS SUPERFICIALES, DEPENDIENDO DEL ESPESOR DE LA CAPA DE RODADURA SE CLASIFICAN EN:

- TRATAMIENTOS SUPERFICIALES: MONOCAPAS (TSM), BICAPAS (TSB), TRICAPAS.- LECHADAS ASFALTICAS O SLURRIES.- CAPE SEALS.- MICROPAVIMENTOS.- CONVENCIONALES: CARPETA DE RODADURA DE MEZCLA ASFALTICA EN CALIENTE

(HMA), BASE GRANULAR Y SUB BASE GRANULAR.- DE PROFUNDIDAD PARCIAL: CARPETA DE RODADURA HMA, BASE ESTABILIZADA O

GRANULAR Y SUB BASE GRANULAR O ESTABILIZADA.- PROFUNDIDAD TOTAL (FULL DEPTH): TODAS LAS CAPAS HASTA EL NIVEL DE LA

SUBRASANTE ESTAN COMPUESTOS POR MATERIALES ASFALTICOS.

1.6.2 PAVIMENTOS RIGIDOS:

ESTAN COMPUESTOS POR UNA O VARIAS CAPAS DE CONCRETO HIDRAULICO APOYADO EN CAPAS GRANULARES, PUDIENDO SER:

- SIMPLE O MONOLITICO.- SIMPLE CON PASADORES O BARRAS DE TRANSFERENCIA (DOWELS) JPCP.- CON REFUERZO DISCONTINUO DISTRIBUIDO SIN FUNCION ESTRUCTURAL JRPC.- CON REFUERZO CONTINUO DISTRIBUIDO SIN FUNCION ESTRUCTURAL CRPC.- CON REFUERZO ESTRUCTURAL.- PREESFORZADO.

1.6.3 PAVIMENTOS COMPUESTOS:

- PAVIMENTO FLEXIBLE CON REFUERZO DE PAVIMENTO RIGIDO.- PAVIMENTO RIGIDO CON REFUERZO DE PAVIMENTO FLEXIBLE.

1.6.4 PAVIMENTOS SEMIRIGIDOS O SEGMENTADOS:

PAVIMENTOS COMPUESTO POR UNA SUPERFICIE DE RODADURA CONFORMADA POR UNIDADES DE PIEDRA, CONCRETO HIDRAULICO, LADRILLOS O MADERA QUE SON COLOCADOS SOBRE UNA CAPA DE ARENA, APOYADA EN UNA O VARIAS CAPAS GRANULARES.

- ADOQUINES.- EMBOQUILLADOS.

1.6.5 PAVIMENTOS AFIRMADOS Y DE TIERRA:

ESTE TIPO DE PAVIMENTOS TIENEN UNA SUPERFICIE DE RODADURA CONFORMADA POR MATERIAL GRANULAR SELECCIONADO (AFIRMADO) O DIRECTAMENTE EL SUELO NATURAL COMPACTADO.

TABLA 1.1 RESUMEN DE LOS TIPOS DE PAVIMENTO.

CLASIFICACION SUB CATEGORIA TIPO DE PAVIMENTO

Superficies pavimentadas y

selladas

Superficies de asfalto, tratamiento o capas no estructurales

Cape Seal.Tratamientos monocapa.Tratamiento superficialSobre geo textilRiego de niebla(fog seal)Micro pavimento.Tratamiento multiplex (bicapa, tricapa).Superficie con agregados de gradación abiertaSello de arena.Slurry o lechada asfáltica.Superficies ultradelgadas.

Superficies asfálticas con capas estructurales

Mezcla en frio. (OBSOLETO)Mezcla asfáltica en caliente(HMA)Mezcla asfáltica pigmentada.Mezcla asfáltica porosa.Mezcla asfáltica en relieve.Mezclas con asfalto modificados.

Superficie de concreto hidráulico

Concreto en celdas (celular PCC).Concreto hidráulico (PCP).Concreto con agregados expuestos.Concreto pigmentado.Concreto poroso.Concreto estampado.Concreto rodillado.Whitetopping.

Superficies con agregados y suelo

superficie mecánicamente estabilizadas

Con confinamento en celdas.Reforzado con fibras.Reforzado con geotextiles o geomallas.Grava.Arena.

Superficies estabilizadasClorurosArcilla y aditivos.Emulsiones.Enzimas.Resinas.

Capas estabilizadas(que no son superficie de rodadura) Escorias de altos hornos.

Cal.Cemento.

Superficies unitarias o segmentadas

Bloques de arcilla.Piedras naturales.Unidades de concreto.Unidades de concreto porosas

Reciclado Alternativas de recicladoReciclado en frio en el lugar.Reciclado en caliente en el sitio.Reciclado y rehabilitación de pavimento de concreto.Reciclado de mezcla asfáltica en caliente.

Reciclado en toda la profundidad

Superficie temporal de cemento.Emulsión asfáltica.Asfalto espumado.Pulverización.

1.7 FACTORES DE DISEÑO DE PAVIMENTOS

LOS FACTORES DE DISEÑO PUEDEN SER DIVIDIDOS EN CUATRO CATEGORIAS: TRÁFICO Y CARGA, MEDIO AMBIENTE, MATERIALES Y CRITERIOS DE FALLA, HUANG (2004).

LOS FACTORES DE DISEÑO SON MOSTRADOS EN EL SIGUIENTE CUADRO. SIN EMBARGO, SE DEBE INDICAR QUE LOS METODOS DE DISEÑO CONSIDERAN SOLAMENTE PARTE DE ELLOS EN EL PROCESO DE DISEÑO DEBIDO A LAS SIMPLIFICACIONES INTRODUCIDAS EN LA METODOLOGIA O EN OTROS CASOS POR LA COMPLEJIDAD DEL ANALISIS SE TENDRIA QUE CONSIDERAR TODAS LAS VARIABLES O FACTORES QUE AFECTAN EL DISEÑO DE UN PAVIMENTO.

TABLA 1-2. FACTORES DE DISEÑO DE PAVIMENTOS

Trafico y carga

Carga por eje: ejes simples, eje simple dual, eje tándem y eje tridemNumero de repeticiones: por cada tipo de eje(espectro de cargas) o en ejes equivalentesÁrea de contacto del neumáticoPresión del contacto del neumáticoVelocidad del vehículo

Medio ambiente

Temperatura del medio ambiente y en cada capaGradiente térmico: variación horaria de la temperaturaPrecipitación pluvialNivel freáticoRadiación solar

Materiales

Capacidad de soporte de la subrasante: módulo resilente, CBR, módulo de reacción.Características de los mejoramientosBases y subbases granulares: CBR módulo resilente y módulo de poisson.Materiales estabilizados: resistencia a la compresión, módulo resilente.Mezcla asfáltica en caliente: modulo dinámico, propiedades de fatiga y parámetros de deformación permanente.Concreto hidráulico: coeficiente de expansión, módulo de rotura, propiedades de fatiga y módulo de elasticidad.Acero de refuerzo: esfuerzo de fluencia Mezclas asfálticas en frio

Criterios de falla y condiciones de servicio

Fisuras de fatigaAhuellamientoFisurasErosión o bombeorugosidadDeslizamientoFallas en juntas

LA RELACION ENTRE LOS DIFERENTES FACTORES QUE AFECTAN EL PAVIMENTO ES COMPLEJA, POR LO GENERAL SE PUEDE INDICAR QUE EL FACTOR QUE MAYOR INCIDENCIA TIENE EN EL COMPORTAMIENTO DE LA ESTRUCTURA DEL PAVIMENTO ES EL TRAFICO, LUEGO SE TIENE EL MEDIO AMBIENTE QUE MODIFICA EL COMPORTAMIENTO DE LOS

MATERIALES Y LUEGO LA ESTRUCTURACION, LA CONSTRUCCION Y EL MANTENIMIENTO. EN LA SIGUIENTE FIGURA SE PRESENTA LA RELACION ENTRE LOS FACTORES Y SU INFLUENCIA EN LA SERVICIABILIDAD O EN LA CONDICION DE LA VIA.

TEMAS:

1. SUELO DE FUNDACION Y SUBRASANTE…….(09/09/2015).

2. MATERIALES GRANULARES Y AGREGADOS….(16/09/2015).

3. MESCLAS ASFALTICAS………(23/09/2015).

4. CONCRETO HIDRAULICO…..(30/09/2015).

5. TRAFICO…..(14/10/2015).

6. DRENAJE EN PAVIMENTOS….(21/10/2015).

7. DISEÑO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES….(28/10/2015).

8. DISEÑO DE PAVIMENTOS RIGIDOS Y SEMIRIGIDOS….(04/11/2015).

9. GEOTEXTILES Y GEOMALLAS…(11/11/2015).

10. PROCESO CONSTRUCTIVO EN PAVIMENTOS FLEXIBLES….(18/11/2015).

11. PROCESO CONSTRUCTIVO EN PAVIMENTOS RIGIDO Y SEMIRIGIDO….(25/11/2015).