Asignatura:
PAVIMENTOS Código asignatura: 8A0091
Profesor:
Ing. Juan Sánchez Guando Teléfono: 6830473, Celular: 975578989 email:
[email protected] [email protected]
Lima, 2015
ESTADO DE LAS VÍAS DEL PERÚ
RED VIAL NACIONAL
RED VIAL NACIONAL 1 / 24,500 19%
Red Vial Vecinal 79,000 63%
Red Vial Departamental 23,000 18%
Estado de la RED VIAL NACIONAL 30,000
MALO
REGULAR 23,838
25,000
20,000
17,857
16,857
6,320
23,903
6,520
BUENO
24,500
24,500
8,281 14,771
15,000
10,000
5,856
4,198
6,008
4,240
6,911
4,612 13,279
5,000 6,803 Km.
5,243
5,053
12,139 9,308
7,237
4,676
0 2005
2006
2007
2008
2009
2010P
Izcuchaca - Huanta
Puerto Bermúdez – Dv. San Alejandro
1.- TIPOS DE PAVIMENTOS Y CARGAS DE DISEÑO El diseño de pavimentos de carreteras y aeropuertos involucra el estudio de los suelos y materiales para la pavimentación, su comportamiento bajo cargas, y el diseño de los pavimentos con cargas y la influencia de las condiciones climáticas. Todo pavimento depende del soporte del suelo de cimentación, por lo que es necesario el conocimiento básico de la mecánica de suelos.
Antes de 1920, el diseño de pavimento consistía básicamente en la definición de espesores de capas de materiales que ofrecían resistencia y protección a una subrasante suave y débil. Los pavimentos eran diseñados para resistir las fallas de corte de la subrasante. Los ingenieros utilizaron su experiencia sobre la base de los éxitos y los fracasos de los proyectos anteriores.
Los ingenieros de caminos eran conscientes que el performance de los pavimentos es gran dependiente de los tipos de suelos sobre los que eran construidos los pavimentos. Como consecuencia, se establecen correlaciones entre la performance del pavimento con los tipos de subrasante. En general los estudios muestran que las carreteras construidas sobre suelos plásticos presenta alto grado de fatiga, que aquellos construidos sobre depósitos granulares. La acción de las heladas y condiciones de drenaje adversos son reconocido como dos causas primarias de la falla de los pavimentos.
Con el advenimiento de la segunda guerra mundial, las cargas de las aeronaves militares necesitaron un método racional mas aproximado. También, al mismo tiempo el tráfico de camiones se incrementó altamente con resultados de ruptura grave en los pavimentos. Quizás el mayor ímpetu para ajustar los procedimientos de diseño eran establecidos por Corps Of Engineers ( USACE). Enfrenta problemas de diseñar pavimentos para altas cargas de aeroplanos, iniciando estudios de varios principios para diseño.
Pavimento Rígido
Pavimento Flexible
Mayor durabilidad del pavimento rígido. Mayor costo de pavimento rígido.
Pavimento Mixto
Pavimento flexible antigua, recapeado con una carpeta asfáltica. Pavimento semirígido
Construido con ladrillos o adoquines.
Pavimento Flexible
Los pavimentos flexibles son construidos de asfalto y materiales granulares. El espesor del pavimento flexible incluye todos los componentes compactados sobre la subrasante. Entonces la subbase, base granular y la capa de rodadura son componentes estructurales del pavimento. Pavimento Rígido Los pavimentos rígidos son hechos de concreto de cemento portland y puede o no meter una base granular entre el pavimento y la subrasante. En los pavimentos rígidos la parte estructural la asume el concreto, no considerándose a la capa granular.
La diferencia esencial entre los dos tipos de pavimentos, flexible y rígido, es la manera en que cada uno de ellos distribuye las cargas sobre la subrasante.
El pavimento rígido, por su rigidez y por su alto módulo de elasticidad, tiende a distribuir la carga sobre una amplia área de suelo; entonces, una mayor porción de capacidad estructural es suministrada por la misma losa; considerándose sólo una pequeña influencia de los esfuerzos de la subrasante en la capacidad estructural del pavimento. Las capas de base son usadas bajo el pavimento rígido para: control de bombeos, control de acción de heladas, drenaje, control de encogimiento y expansión de suelo. La capacidad para transportar o distribuir cargas de un pavimento flexible es afectado por las características de distribución de carga del sistema. El pavimento flexible consiste de una serie de capas con alta calidad de materiales; por lo tanto la resistencia de un pavimento flexible es el resultado de sus espesores, así como la distribución de las cargas sobre la subrasante, mas que por la acción a la flexión de las capas. Los espesores de diseño son influenciados por la resistencia de la subrasante. La calidad de los elementos componentes del pavimento deben ser distribuidos de mayor calidad en la superficie del pavimento a los de menor calidad sobre la subrasante.
Debido a gran extensión de zona en estudio, se encuentra gran variedad de suelos.
Sectorizar carretera por tipo de suelo Estabilización mecánica (compactación)
Cuando se trata de suelos débiles, se debe efectuar mejoramiento.
Mezcla con materiales de mejores características. Reemplazo total del material. Estabilización con productos químicos, orgánicos, etc.
2.- MODELOS PARA DISEÑAR PAVIMENTOS Modelos empíricos Son aquellos procedimientos que cuentan con modelos desarrollados a partir de la experimentación u observaciones de durabilidad de pavimentos ya construidos. Originalmente en Estados Unidos se desarrolló estos métodos sin información referida a esfuerzos de las estructuras, empleándose como referencia sólo la clasificación de los suelos, desde las primeras (Terzaghi en 1929), hasta las actuales (Highway Research Board en 1945). Reportes donde son relacionados esfuerzos en los suelos corresponden al California Highway Departament (1950), donde los espesores de pavimento eran relacionados a los CBRs. La desventaja de los métodos empíricos es que puede ser aplicado sólo a un conjunto específico de condiciones ambientales, materiales y cargas. Si estas condiciones son cambiadas, el diseño es poco válido.
2.- MODELOS PARA DISEÑAR PAVIMENTOS Modelos empíricos
Pista experimental AASHO
2.- MODELOS PARA DISEÑAR PAVIMENTOS Modelos empíricos
Pista experimental AASHO
Modelos empíricos
CEDEX – España Pista de Ensayo Acelerado de Firmes a Escala Real
Experiencia brasileña
Experiencia brasileña
Modelos mecanísticos Son métodos que incorporan modelos basados en principios de ingeniería mecánica para evaluar el estado de esfuerzos de un pavimento, predecir su respuesta, comportamiento y durabilidad (performance). Existe dependencia de observaciones de performance porque solo la teoría no es suficiente para diseñar realisticamente pavimentos. Kerkhoven and Dormon (1953) sugirieron el uso de esfuerzos compresivos en la superficie de la subrasante, como un criterio de falla para reducir la deformación permanente; mientras que Saal y Pell (1960) recomendaron el uso de esfuerzo de tensión horizontal en la parte inferior de la carpeta asfáltica para evitar las fisuras por fatiga. El uso de estos conceptos para diseño de pavimentos, fue presentado en los estados Unidos por Dormon and Metcalf (1965).
Modelos mecanísticos
Propiedades de los materiales (capa asfáltica, capas granulares no tratadas y subrasante): E, u.
Modelos analíticos Se usan modelos para predecir el estado de esfuerzos en un pavimento bajo simulación de cargas de rueda y clima. La mayoría de estos modelos están basados en la teoría multicapa y/o en el análisis de elementos finitos. Older, Goldbeck, Westergaard, Pickett, Zienkiewicz.
Modelos multicapa Predicen el comportamiento del pavimento bajo cargas de rueda, más no las variaciones del clima. En este modelo se trabajan las siguientes hipótesis: todas las capas se tratan como sólidos elásticos (evitándose así las teorías de las placas); las interfaces entre las capas pueden escogerse como pegadas o despegadas, y se pueden analizar tanto unas como las otras; Se puede aplicar el caso de cargas múltiples (ejes simples, tandem y tridem).
