INTRODUCCION:

Debe reconocerse que los pavimentos que Mxico necesita en sus carreteras no son hoy los mismos que fueron en otras pocas. Circunscribiendo las ideas a la red nacional pavimentada, tal como es el objetivo del presente trabajo, debe aceptarse un muy importante cambio de circunstancias entre el momento actual y las pocas en que las carreteras mexicanas empezaron a ser construidas y en que en buena parte se desarrollaron.El gran crecimiento del transporte nacional en nmero y peso de los vehculos presenta entonces nuevas condiciones, que han de ser tomadas en cuenta por los actuales diseadores y constructores de pavimentos asflticos. 8 Es en este panorama histrico y conceptual en el que se ha pensado que un trabajo como el presente pudiera tener utilidad, al expresar la realidad del ambiente en que se desarrolla la construccin de nuevas carreteras y la conservacin de las existentes, los cambios que seguramente resultarn tiles y necesarios en la conceptualizacin de proyectos de nuevos pavimentos o de refuerzos y los mtodos con que hoy se cuenta o que estn en una etapa de desarrollo avanzado, para disear en detalle las secciones estructurales de las carreteras que han de soportar un transporte nacional que, sin duda, ser siempre creciente.El volumen de trfico cada vez mayor en las carreteras y la creciente demanda de los pavimentos ms fuertes, ms duraderos y ms seguros han llevado a la bsqueda de nuevos materiales para pavimentos, procedimientos de diseo y soluciones ms rentables. Como resultado de ests investigaciones, hay constantemente innovaciones en los procedimientos de diseo ytcnicas de construccin. Una extensa red de carreteras y pistas de aterrizaje construidas conpavimentos de larga duracines esencial para el crecimiento y desarrollo de una economa, que depende en gran medida del transporte eficiente para el trfico comercial y de personas, lospavimentos flexiblesson el tipo ms comn de eleccin.

PAVIMENTOS FLEXIBLES

Se denominapavimentosflexibles a aquellos cuya estructura total se deflecta o flexiona dependiendo de las cargas que transitan sobre l. El uso de pavimentos flexibles se realiza fundamentalmente en zonas de abundante trfico como puedan ser vas, aceras o parkings.Laconstruccinde pavimentos flexibles se realiza a base de varias capas de material. Cada una de las capas recibe cargas por encima de la capa. Cuando las supera la carga que puede sustentar traslada la carga restante a la capa inferior. De ese modo lo que se pretende es que poder soportar la carga total en el conjunto de capas.Las capas de un pavimento flexible que conforman unsuelose colocan en orden descendente en capacidad de carga. La capa superior es la que mayor capacidad de soportar cargas tiene de todas las que se disponen. Por lo tanto la capa que menos carga puede soportar es la que se encuentra en la base. La durabilidad de un pavimento flexible no debe ser inferior a 8 aos y normalmente suele tener una vida til de 20 aos.

PAVIMENTO RIGIDOPAVIMENTO FLEXIBLE

CAPAS DEL PAVIMENTO FLEXIBLE:

La tpica estructura de unpavimento flexibleconsta de las siguientes capas: Capa superficial: Esta es la capa superior y la capa que entra en contacto con el trfico. Puede estar compuesta por uno o varias capas asflticas. Base:Esta es la capa que se encuentra directamente debajo de la capa de Superficial y, en general, se compone de agregados (ya sea estabilizado o sin estabilizar). Capa Sub-base: Esta es la capa (o capas), estn bajo la capa de base. La Sub-base no siempre es necesaria.

1.CARACTERISTICAS:

Entre las caractersticas principales que debe cumplir un pavimento flexible se encuentran las siguientes:

Resistencia estructural. Deformabilidad. Durabilidad. Costo. Requerimientos de conservacin. Comodidad.

1.1. Resistencia estructural

Debe soportar las cargas impuestas por el trnsito que producen esfuerzos normales y cortantes en la estructura. En los pavimentos flexibles se consideran los esfuerzos cortantes como la principal causa de falla desde el punto de vista estructural. Adems de los esfuerzos cortantes tambin se tienen los producidos por la aceleracin, frenaje de los vehculos y esfuerzos de tensin en los niveles superiores de la estructura (Rico y Del Castillo 1984).

1.2. Durabilidad

La durabilidad est ligada a factores econmicos y sociales. La durabilidad que se le desee dar al camino, depende de la importancia de este. Hay veces que es ms fcil hacer reconstrucciones para no tener que gastar tanto en el costo inicial de un pavimento.

1.3. Requerimientos de conservacin

Los factores climticos influyen de gran manera en la vida de un pavimento. Otro factor es la intensidad del trnsito, ya que se tiene que prever el crecimiento futuro. Se debe de tomar en cuenta el comportamiento futuro de las terraceras, deformaciones y derrumbes. La degradacin estructural de los materiales por carga repetida es otro aspecto que no se puede dejar de lado. La falta de conservacin sistemtica hace que la vida de un pavimento se acorte.

1.4. Comodidad

Para grandes autopistas y caminos, los mtodos de diseo se ven afectados por la comodidad que el usuario requiere para transitar a la velocidad de proyecto. La seguridad es muy importante al igual que la esttica.

1.5. Base y Sub - base

Segn Olivera (1994), aunque las bases y las sub - bases tienen caractersticas semejantes, las sub - bases son de menor calidad. La sub - base es la capa de material que se construye directamente sobre la terracera y su funcin es:

Reducir el costo de pavimento disminuyendo el espesor de la base. Proteger a la base aislndola de la terracera, ya que, si el material de la terracera se introduce en la base, puede sufrir cambios volumtricos generados al cambiar las condiciones de humedad dando como resultado una disminucin en la resistencia de la base. Proteger a la base impidiendo que el agua suba por capilaridad. Transmitir y distribuir las cargas a las terraceras.

Las caractersticas de calidad que se buscan en los materiales de sub base, se muestran en la tabla 2.1

Tabla 2.1: Materiales de Sub - Base.Fuente: SCT (2006)Materiales de Sub base

CaractersticasZonas en que se clasifica el material de acuerdo con su granulometra

Lmite lquido mximo25%

Lmite plstico mximo6%

Compactacin mnima100%

Valor relativo de soporte estndar saturado, en porcentaje50 mn

Equivalente de arena, en porcentaje30 mn

La base es la capa de material que se construye sobre la sub - base. Los materiales con los que se construye deben de ser de mejor calidad que los de la sub base, segn Olivera (1994) la funcin de la base es:

Tener la resistencia estructural para soportar las presiones transmitidas por los vehculos. Tener el espesor suficiente para que pueda resistir las presiones transmitidas a la sub - base. Aunque exista humedad la base no debe de presentar cambios volumtricos perjudiciales.Las caractersticas de calidad que se buscan en los materiales para base, se muestran en la tabla 2.2.

Tabla 2.2: Materiales de Base.Fuente: SCT (2006)Materiales de Base

CaractersticasZonas en que se clasifica el material de acuerdo con su granulometra

Lmite lquido, en porcentaje (mx)25%

ndice plstico mximo6%

Partculas alargadas y lageadas mximo35%

Compactacin100%

Valor relativo de soporte estndar saturado, en porcentaje100 mn

Equivalente de arena, en porcentaje50 mn

Indice de durabilidad, en porcentaje40 mn

Figura 2.1: Zona de especificaciones granulomtricas para materiales de sub base y base

Fuente: Estructuracin de vas terrestres, 1994

Para construir bases y sub - bases, es necesario :

Realizar una exploracin de la zona para elegir los bancos. Analizar la calidad de los materiales que se encontraron. Extraer y acarrear los materiales. Hacer tratamientos previos como el cribado, la trituracin y en algunos casos estabilizar. Despus de los tratamientos previos, es necesario que se acarreen a la obra y se les d un tratamiento que incluye estabilizaciones mecnicas, disgregado y mezclado con motoconformadora para homogenizar el material. Compactar el material para que alcance 95% 100% del P.V.S.M.Por ltimo, se d un riego de impregnacin. Este se aplica despus de dejar secar la base durante varios das. Se aplica el riego distribuyendo el asfalto. El riego sirve para tener una zona de trancisin entre la base y la carpeta asfltica. El asfalto debe penetrar en la base mnimo 3 mm.

2. CARPETA ASFLTICA

La carpeta asfltica es la parte superior de un pavimento flexible. Es una capa de material ptreo cementado con asfalto que se coloca sobre la base.Olivera (1994) cita que los materiales ptreos son suelos inertes que se consiguen en ros, arroyos o depsitos naturales. Para poder ser empleados en la carpeta asfltica deben cumplir con ciertas caractersticas dadas por la granulometra, dureza, forma de la partcula y adherencia con el asfalto.El contenido ptimo de asfalto para una carpeta, es la cantidad de asfalto que se necesita para formar alrededor de la partcula una membrana con un espesor suficiente para resistir los elementos del intemperismo, para que el asfalto no se oxide. El espesor no debe ser muy grande porque se pierde resistencia y estabilidad.Se recomienda que las partculas que se utilizen tengan forma esfrica, ya que las que son en forma de laja o de aguja pueden romperse muy fcilmente y afectar la granulometra.Las funciones de la carpeta asfltica son las siguientes : Proporcionar una superficie de rodamiento que permita un trnsito fcil y cmodo para los vehculos. Impedir la infiltracin de agua de lluvia hacia las capas inferiores. Resistir la accin de los vehculos.

2.1. Cemento asfltico

El asfalto, llamado cemento asfltico, es el ltimo residuo de la destilacin del petrleo. A temperaturas normales, es slido y posee un color caf oscuro.Para poder mezclarlo con los materiales ptreos, ste debe tener una temperatura de 140 C (Olivera, 1994).

2.2. Rebajados asflticos

Los rebajados asflticos se utilizan para fluidificar al cemento asfltico y poderlo trabajar a menores temperaturas. Para fabricar los rebajados asflticos, se diluye el concreto asfltico en gasolina, tractolina, diesel o aceites ligeros. Los que son diluidos en gasolina, forman rebajados de fraguado rpido. Los que se diluyen en tractolina son de fraguado medio y los que se diluyen en diesel o en aceites ligeros son de fraguado lento. Los tres fraguados FR, FM y FL se pueden utilizar con diferentes proporciones de cemento asfltico y de solventes.

2.3. Emulsiones asflticas

Segn el Ingeniero Carlos Crespo, las emulsiones asflticas tienen grandes ventajas ya que son fciles de emplear. La finalidad de las emulsiones es trabajar a temperatura ambiente con asfalto que a esta temperatura no es manejable debido a que es semi - slido. Las emulsiones asflticas son lquidos de color chocolate casi tan fluidos como el agua y de la cual contienen entre 40% y 50%.Si se usan emulsiones, puede existir un problema de adherencia entre el material ptreo y el cemento asfltico ya que contienen gran cantidad de agua. Las cargas elctricas que recubren a las gotas de cemento asfltico pueden favorecer dicha adherencia si existe diferencia de signos entre los ridos y las gotas de cemento.Las emulsiones catinicas o cidas estn cargadas positivamente, por lo que sentirn una gran afinidad por materiales ptreos negativos. Cuando las partculas de cemento asfltico son atradas por la superficie del material ptreo, la emulsin deja de mantenerse estable y rompe, quedando el cemento asfltico incorporado en forma de pelcula fina al material ptreo y el agua queda libre para evaporarse. Las catinicas resisten mayor humedad en los ptreos. Las aninicas rompen por deshidratacin por lo que en temperaturas fras o hmedas el tiempo de curado se prolonga mucho. Las emulsiones pueden ser de rompimiento rpido, medio y lento dependiendo del porcentaje de cemento asfltico (Ing. Carlos Crespo). Las caractersticas de la emulsin utilizada se pueden ver en las pginas XXIII y XXIV, del anexo A.

2.4. Carpetas asflticas

Antes de explicar los diferentes tipos de carpetas asflticas, es importante saber que para construir cualquiera de ellas, se debe contar con una base debidamente conformada, compactada, impregnada y seca. (Olivera, 1994)

2.5. Carpetas asflticas de uno, dos y tres riegos

Sobre la base impregnada, se pone una serie de capas sucesivas de productos asflticos y ptreos. Los materiales ptreos que se utilizan deben tener una granulometra uniforme, es decir que su gama de tamaos sea corta.De acuerdo con Olivera (1994), el procedimiento para construirlas es el siguiente; Sobre la base impregnada se da un riego de producto asfltico que se cubre con un riego del material ptreo ms grueso que se vaya a utilizar. Se pasa una compactadora de rodillo liso de 10 toneladas. Se le da un acomodo cubriendo tres veces la superficie. Por lo regular, despus de hacer este procedimiento, se tiene que esperar una semana para que frage el producto asfltico. Una vez que ha transcurrido la semana se necesita barrer para retirar el material que no est adherido a la estructura.Se pueden crear carpetas de un riego en donde slo se lleva a cabo este procedimiento una vez. Se da un riego de producto asfltico a razn de 0.6 a1.0 L/m, e inmediatamente se cubre con material ptreo nmero 3, a razn de 8 a 11 L/m. Esta carpeta es aconsejable para un trnsito inferior a los 200 vehculos por da. Segn Olivera (1994), existen tambin las carpetas de dos riegos, donde el procedimiento se tiene que llevar a cabo dos veces. Para la primera capa se da un riego de producto asfltico a razn de 0.6 a 1.0 L/m, el material ptreo es nmero 2 a razn de 8 a 12 L/m. Para construir la segunda capa, se debe esperar de 2 a 3 das. El producto asfltico se riega a razn de 0.8 a 1.1 L/m, el material ptreo es nmero 3 a razn de 6 a 8 L/m. Este tipo de carpeta es aconsejable para un trnsito inferior a los 600 vehculos por da.En las carpetas de tres riegos, el procedimiento se tiene que ejecutar tres veces. Para la primera capa se utiliza producto asfltico a razn de 0.6 a 1.1 L/m, material ptreo nmero 1. A razn de 20 a 25 L/m. Dos o tres das despus se coloca la segunda capa con producto asfltico a razn de 1.1 a 1.4 L/m, material ptreo nmero 2. A razn de 8 a 12 L/m. Para la ltima capa se utiliza producto asfltico a razn de 0.7 a 2.0 L/m, material ptreo nmero 3. A razn de 6 a 8 L/m. Este tipo de carpeta puede resistir 1,000 vehculos por da (Olivera, 1994).En la tabla 2.3 se muestran las especificaciones para materiales ptreos que se emplean en carpetas asflticas por el sistema de uno, dos y tres riegos.Tabla 2.3: Especificaciones granulomtricas para materiales ptreos.Fuente: Olivera (1994)Especificaciones granulomtricas para materiales ptreos

Denominacin del material ptreoPor ciento que pasa la malla

32.0mm25.4mm19.0mm12.7mm9.51mm6.35mm4.76mm2.38mm0.420mm

1 1/4 "1 "3/4 "1/2 "3/8 "1/4 "Nm. 4Nm. 8Nm. 40

110095 mn5 mx0

210095 mn5 mx0

3 - A10095 mn5 mx0

3 - B10095 mn5 mx0

Para hacer una carpeta por riegos se utilizan rebajados asflticos y emulsiones de rompimiento medio.

2.6. Carpetas asflticas de mezclas en el lugar o en fro

Olivera (1994) cita que, la granulometra del material ptreo utilizado debe de ser continua. El material ptreo se mezcla a temperatura ambiente con motoconformadoras. Generalmente se usan rebajados asflticos o emulsiones de rompimiento medio.Para poder construir mezclas en el lugar o en fro se tiene que hacer lo siguiente:

Se hace una exploracin de la zona para elegir los bancos. Extraer el material de los bancos. Hacer tratamientos previos como el cribado y el triturado. Transportar el material a la obra y con motoconformadoras acamellonarlo y calcular la cantidad de producto asfltico que se requiere. Abrir el material ptreo con la motoconformadora y regar asfalto con la petrolizadota, esto se debe hacer las veces que sea necesario hasta tener incorporado todo el asfalto. Posteriormente, la motoconformadora mezclar el material ptreo y el asfalto ponindolos a un lado de la corona hasta que se encuentre completamente homogenizado. Sobre la base impregnada y barrida, se da un riego de liga con rebajado asfltico y de inmediato se extiende la mezcla. Compactar con rodillos lisos o neumticos con peso entre 8 y 15 tons. hasta alcanzar 95% del P.V.S.M.Si la permeabilidad de la carpeta, es mayor al 10% se dar un sello que tambin sirve para mejorar la friccin.

2.7. Carpetas de concreto asfltico

Olivera (1994) define a las carpetas de concreto asfltico como mezclas de materiales ptreos y cemento asfltico. Como el cemento asfltico es slido a temperatura ambiente, es necesario calentarlo. Este aumento en la temperatura, se tiene que hacer en plantas, ya que la temperatura del cemento asfltico necesita llegar a 140 C y la temperatura de los materiales ptreos necesita llegar a 160C.Este tipo de carpetas, deben de ser construidas sobre bases hidrulicas o sobre bases asflticas impregnadas. Si se llegan a construir sobre bases naturales con mdulos de elasticidad bajos, sufrir deformaciones ante las cargas del trnsito, la resistencia no ser la deseada y su ruptura ser frgil. El riego de impregnacin que se dio en el proyecto se ve en el anexo A, pginas XXV y XXVI.En las carpetas de concreto asfltico, las normas granulomtricas son muy exigentes, ya que slo hay una zona como se muestra en la figura 2.2.Para conocer el contenido ptimo del concreto asfltico se utiliza la prueba Marshall.Figura 2.2: Zona de especificacin granulomtrica para materiales ptreos en concretos asflticos.

Fuente: Estructuracin de vas terrestres, 1994.

La zona de especificacin granulomtrica para materiales ptreos se puede ver en las pginas XXIX, XXX, XXXI, XXXII, XXXIII y XXXIV del anexoLos resultados de la prueba Marshall del proyecto se puede ver en el anexo A, pgina XXXVI.Para poder construir las carpetas de concreto asfltico, se deben de seguir los siguientes pasos: Elegir los bancos de material ptreo y llevarlos al laboratorio para poder elegir el banco adecuado. Hacer el proyecto granulomtrico en el laboratorio para encontrar el contenido ptimo de cemento asfltico. Extraer el material. Proporcionar ptreos en fro a la planta de mezclado. Transportar el material al cilindro de calentamiento y secado donde alcanzar una temperatura entre 150 C y 170 C. Alcanzada la temperatura deseada, el material ptreo se sube a la unidad de mezclado, donde se mezcla con el cemento asfltico que se encuentra entre los 130 C y 140 C. Llevar la mezcla al tramo con una temperatura mnima entre 110C y 120C. La mezcla debe descargarse en la finisher que se encarga de extenderlo y darle una ligera compactacin. La compactacin debe iniciarse a una temperatura mayor a los 90C. con un rodillo de 7 ton. para dar un primer armado y evitar desplazamiento de la mezcla. Despus con uno de 15 ton. El grado mnimo de compactacin es de 95% del peso volumtrico del proyecto.Para ver la calidad del cemento asfltico con el que se trabaj, el control del tendido del concreto asfltico y la compactacin de la carpeta se pueden revisar las pginas XXXV,XXXVII, XXXVIII, XXXIX, XL y XLI del anexo A.Olivera (1994) dice que una carpeta asfltica debe ser impermeable, de no ser as, se debe dar un riego de sello. El riego de sello sirve como superficie de desgaste para mejorar el coeficiente de rugosidad. Se utiliza material ptreo del nmero 3 y rebajados o emulsin de rompimiento medio. Las pginas XLII, XLIII, XLIV, XLV, XLVI y XLVII del anexo A, muestran la permeabilidad en la carpeta asfltica, las caractersticas fsicas y mecnicas del material ptreo para sello y el control del riego, efectuadas en el proyecto.Una carpeta que tiene menos asfalto del necesario, se desgranar, en el caso contrario, el asfalto brotar a la superficie hacindola lisa y resbaladiza.

3. FALLAS EN PAVIMENTOS FLEXIBLES

Segn Rico y Del Castillo (1984), la tecnologa que se ha desarrollado para pavimentos, tiene como meta evitar deterioros y fallas. Se han logrado establecer relaciones de causa - efecto, para desarrollar normas de criterio de proyecto y conservacin. En pavimentos, la palabra falla se utiliza tanto para verdaderos colapsos como deterioros simples. El concepto de deterioro o falla est asociado al nivel de servicio que depende de la exigencia del consumidor. Una falla es algo que se aparta de lo que se consider perfecto. Las fallas de los pavimentos pueden dividirse en tres grupos: Falla por insuficiencia estructural. Falla por defectos constructivos. Falla por fatiga.

3.1. Falla por insuficiencia estructural

Pavimentos construidos con material inapropiado en cuanto a resistencia. Se pueden utilizar materiales con buena calidad pero espesores insuficientes. Esta falla se produce por la combinacin de la resistencia al esfuerzo cortante de cada capa y sus espesores.

3.2. Falla por defectos constructivos

Pavimentos bien proporcionados y con materiales de buena calidad pero que en su construccin se cometieron errores.

3.3. Falla por fatiga

Pavimentos que originalmente estuvieron bien proporcionados y construidos, con el paso del tiempo y la continua repeticin de cargas sufren efectos de fatiga, degradacin estructural, prdida de resistencia y acumulan deformaciones.Aparte de estos tres grupos, tambin se agrupan por su origen, es decir por el modo en que suceden y se manifiestan. Se separan en tres nuevos grupos que son: por fracturamiento, por deformacin y por desintegracin. Se relacionan con el efecto del trnsito, las caractersticas y estructuracin del pavimento y el apoyo que proporciona la terracera. Las fallas por insuficiencia estructural, defecto constructivo o fatiga pueden ser a fin de cuentas causadas por el fracturamiento, la deformacin y la desintegracin (Rico y Del Castillo, 1984).

3.4. Fallas comunes en los pavimentos

Existen distintas fallas comunes en los pavimentos, entre ellas, se encuentra el agrietamiento en piel de cocodrilo, deformacin permanente en la superficie del pavimento, fallas por cortante, agrietamiento longitudinal, consolidacin del terreno de cimentacin.

3.4.1. Agrietamiento en Piel de cocodrilo

Es un agrietamiento que se extiende sobre toda la superficie de rodamiento. Se da por el movimiento excesivo de una o ms capas del pavimento o por fatiga de la carpeta. Es comn en pavimentos construidos en terraceras resilientes. Es tpico de bases dbiles o insuficientemente compactadas. Puede formarse en lugares donde existe el congelamiento o lugares que se requiere subdrenaje. Este fenmeno puede ser progresivo generando la destruccin del pavimento, que comienza por desprenderse de la carpeta y la remocin de los materiales granulares expuestos. Es importante estudiar la causa, ya que si es por fatiga el progreso es muy lento, en cambio si es por deficiencia estructural o por exceso de agua el progreso es muy rpido.

3.4.2. Deformacin permanente en la superficie del pavimento

De acuerdo con Rico y Del Castillo (1984), la deformacin permanente en la superficie del pavimento est asociada al aumento de compacidad en las capas de base o sub - base, debida a cargas excesivas, cargas repetidas o rotura de granos. Tambin puede darse por consolidacin en la subrasante. Por lo general, el ancho del surco es mayor al ancho de una llanta.

3.4.3. Fallas por cortante

Se debe a la falta de resistencia al esfuerzo cortante de la base o sub - base. En rara ocasin por falta de resistencia en la subrasante. Generalmente se hacen surcos profundos y bien marcados cuyo ancho no excede al de una llanta (Rico y Del Castillo, 1984).

3.4.5. Agrietamiento longitudinal

Grietas longitudinales de una abertura aproximada de 0.5 cm. en el rea de circulacin de las cargas ms pesadas. Se deben a movimientos en las capas del pavimento en direccin horizontal. Este fenmeno, se da en la base, en la sub - base y con regularidad en la subrasante. El fenmeno se da por congelamiento, deshielo o por cambios volumtricos en la variacin de agua en la subrasante.

3.4.6.Consolidacin del terreno de cimentacin

La consolidacin del terreno de cimentacin produce distorsin del pavimento independientemente de los espesores o de su condicin estructural. Se pueden producir agrietamientos longitudinales y agrietamientos con trayectoria circular.