INTRODUCCIÓN A PAVIMENTOS Ing. Oscar Canchano Almanza
DESARROLLO HISTÓRICO Invención de la rueda: Las primeras ruedas que se conocen se dieron en Mesopotamia (3500 A.C y 3000 A.C) La rueda tenía forma de disco sólido en madera unido a un eje redondo con espigas de madera.
DESARROLLO HISTÓRICO Primer camino de gran longitud Darío I el Grande, en el siglo V A.C., ordenó la construcción de una carretera desde la capital de Lidia hasta Susa, en la actual Turquía para llevar el correo imperial mediante pistas ecuestres
DESARROLLO HISTÓRICO
DESARROLLO HISTÓRICO Calzadas Romanas Fueron diseñadas con fines militares y políticos, con el objetivo de controlar las zonas incorporadas al Imperio. Estas abarcan todo el Imperio Romano y por lo tanto ayudaron al desarrollo del comercio y las comunicaciones, adquiriendo gran importancia económica.
Alcanzaron
80.000 km, en 29 calzadas partiendo de Roma hacia las provincias conquistadas, incluyendo Gran Bretaña.
DESARROLLO HISTÓRICO Tenían
un espesor de 90 a 120 cm, conformadas por tres capas de piedras cada vez mas finas, con una capa de piedras bien encajadas en la parte superior.
DESARROLLO HISTÓRICO CALSADAS ROMANAS
MAPA GENERAL
DESARROLLO HISTÓRICO CALZADAS ROMANAS ACTUALMENTE
DESARROLLO HISTÓRICO Tabla de peutinger: Contiene algunos caminos del Imperio Romano y es el mas antiguo que existe. Hecho en los siglos XII o
XIII.
Consta de 11 hojas, abarcando 20.000 km de vías. Se encuentra en la Biblioteca Nacional de Austria.
DESARROLLO HISTÓRICO Parte de una
edición de la Tabla de Peutinger del siglo XVI
DESARROLLO HISTÓRICO PERSONAJES NOTABLES
Pierre-Marie Jérôme Tresaguet (1716-1796)
Tubo en cuenta que las cargas las debe soportar el suelo de fundación, mas no las capas de la calzada. Su sistema comprendía una capa gruesa de piedras de igual tamaño, cubierta por otras de menor tamaño y bajo espesor.
DESARROLLO HISTÓRICO
Thomas Telford (1757-1834)
Basándose en Trésaguet, Telford consideró que las piedras de gran tamaño deberían ser seleccionadas (100 mm de ancho y hasta 180 mm de altura), y sobre estas las de menor tamaño.
DESARROLLO HISTÓRICO John
Loudon McAdam (1756-1836)
Levantó caminos con una capa de piedras de igual tamaño (según Loudon, ninguna partícula que no quepa en la boca de un hombre puede ir en el camino), cubierta por partículas mas pequeñas, hasta formar una capa de rodadura densa e impermeable.
DESARROLLO HISTÓRICO
Edmund J. DeSmedt
El 29 de Julio de 1870, este químico colocó el primer verdadero pavimento asfáltico, en los Estados Unidos de America (New Jersy).
DESARROLLO HISTÓRICO
George Bartholomew
Construyó en América (Bellefontaine, Ohio) en 1891 el primer pavimento de concreto.
DESARROLLO HISTÓRICO
Edouard Michelin (1859-1940)
Inventó el neumático inflable para automóvil. Condujo el primer automóvil con este tipo de llantas en la carrera París-Burdeos-París.
DESARROLLO HISTÓRICO PRIMERA CARRETERA COLOMBIANA PARA EL TRÁNSITO VEHICULAR. Fue desarrollada por el Ministerio de Obras Públicas en Bogotá-Santa Rosa de Viterbo (1905-1908), con una longitud de 247 km en la presidencia de Rafael Reyes.
DESARROLLO HISTÓRICO PRIMERA GRAN CARRETERA DEL MUNDO El ingeniero Piero Puricell (18831951), construyo en Autostrada dei laghi la primera carretera del mundo con diseño geométrico apto para altas velocidades y control de accesos. Esta vincula a Milán con Varese.
DESARROLLO HISTÓRICO CAMINOS Y PISTAS DE PRUEBA
Maryland Road Test (1950-1951)
Estudió el comportamiento sobre los pavimentos de concreto hidráulico, bajo el efecto de 2 configuraciones de ejes, cada uno con dos cargas diferentes.
DESARROLLO HISTÓRICO PRINCIPALES HALLAZGOS DEL MARYLAND ROAD TEST El alabeo se producía generalmente en las esquinas de las losas. El ¨bombeo¨ se dio en losas que se encontraban apoyadas sobre suelos finos, mas no en bases granulares. En la mayor parte de los pavimentos rígidos, cuando aumentaba la magnitud de la carga, mayor era el agrietamiento. El ¨bombeo¨ también presentó mayores deflexiones en las esquinas de las losas. Los daños en el pavimento se logran reducir con altas velocidades.
DESARROLLO HISTÓRICO PISTAS Y CAMINOS DE PRUEBA
Washo Road Test (1952-1954)
Se construyeron pavimentos con espesores totales entre 150 y 550 mm, con capa asfáltica de 50 mm y 100 mm. Fue construida en Madrid (Idaho) con el fin de medir el comportamiento de pavimentos asfálticos con cuatro configuraciones de ejes diferentes.
DESARROLLO HISTÓRICO PISTAS Y CAMINOS DE PRUEBA
DESARROLLO HISTÓRICO PRINCIPALES HALLAZGOS DEL WASHO ROAD TEST Los daños en los carriles exteriores son mayores cuando las bermas no están pavimentadas. Ejes tándem
con una carga aprox. Igual a 1.5 veces la carga de un eje simple, causaban el mismo deterioro.
Ejes
tándem con una carga aprox. Igual a 1.5 veces la carga de un eje simple, producían igual deflexión máxima.
Los daños aumentan con la magnitud de
la carga.
DEFINICIONES – GENERALIDADES Un
pavimento consta de un conjunto de capas de materiales apropiados comprendidas entre la subrasante y la superficie de rodamiento.
La función de un
pavimento es proporcionar una superficie de rodamiento de acuerdo al tránsito y distribuir las cargas aplicadas por el mismo.
A
su vez, un pavimento debe proporcionar resistencia a los agentes de intemperismo.
DEFINICIONES – GENERALIDADES
Las condiciones necesarias para un adecuado funcionamiento son las siguientes: anchura, trazo horizontal y vertical, resistencia adecuada a las cargas para evitar las fallas y los agrietamientos, además de una adherencia adecuada entre el vehículo y el pavimento aun en condiciones húmedas.
Puesto que los esfuerzos en un pavimento decrecen con la profundidad, se deberán colocar los materiales de mayor capacidad de carga en las capas superiores.
DEFINICIONES – GENERALIDADES Por temas de seguridad vial, la textura superficial del pavimento debe adaptarse a las velocidades en la que circularan los vehículos. Asimismo debe ser resistente al desgaste producido por las llantas de los vehículos.
Un
pavimento debe cumplir con las condiciones anteriores; adicional a esto, un pavimento se debe caracterizar por proporcionar la seguridad y la confiabilidad máxima posible a un precio moderado.
DEFINICIONES El objetivo del diseño de un pavimento es obtener el espesor mínimo de las capas, en las cuales se cumplan los requisitos anteriores, teniendo en cuenta el costo de las mismas para conseguir la solución técnico-económica más conveniente.
TIPOS DE PAVIEMNTOS PAVIMENTOS ASFÁLTICOS
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PAVIMENTOS RÍGIDOS
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PAVIMENTOS ARTICULADOS
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Flexibles Semi-Rígido Concreto simple con juntas Concreto reforzado con juntas Concreto con refuerzo continuo Concreto con refuerzo estructural Adoquines de concreto Adoquines de arcilla Otros
PAVIMENTOS ASFÁLTICOS Pavimento conformado por una carpeta de rodadura que consta de una mezcla de materiales granulares y asfalticos, apoyadas generalmente sobre dos capas base y subbase.
Cuando la capa base es granular, el pavimento se llama flexible. Por el contrario, si una de las capas se encuentra compuesta por algún aditivo (asfalto, cemento, cal, emulsión y químicos), se llama semi-rígido.
ESTRUCTURA TÍPICA DE UN PAVIMENTO ASFÁLTICO
VISTA GENERAL DE UN PAVIMENTO ASFÁLTICO
FUNCIONES DE LAS CAPAS DEL PAVIMENTO FLEXIBLE Carpeta de rodadura: Proporciona una superficie uniforme y estable al tránsito, haciéndolo mas resistente. Debe impedir en paso del agua al interior del pavimento. Debe ser resistente a la tensión ayudando a la capacidad estructural del pavimento.
Capa base: Formada de material granular de buena calidad. Su función fundamental es proporcionar un elemento resistente que trasmita a la subbase y la subrasante los esfuerzos ocasionados por el tránsito. Capa subbase: Compuesta también por suelo granular, aunque en menor proporción que en la base, de tal forma que se admite un suelo de menor calidad, con mayor contenido de finos. Lo anterior se debe a que ésta capa se encuentra mas alejada de la superficie de rodamiento, por lo que recibe esfuerzos de menor intensidad.
1.Deformación por compresión Ahuellamiento de las capas asfálticas 2.Deformación por tensión Agrietamiento por fatiga de las capas asfálticas 3.Deformación por compresión Ahuellamiento en la base y subbase granular 4. Deformación por compresión Ahuellamiento en la subrasante
PAVIMENTOS FLEXIBLES El pavimento flexible debe proporcionar una superficie de rodadura uniforme, resistente a la acción del tránsito, a la del intemperismo y otros agentes perjudiciales. Entre las características principales que debe cumplir un pavimento flexible se encuentran las siguientes:
Resistencia estructural. Deformabilidad. Durabilidad. Costo. Requerimientos de conservación. Comodidad.
PAVIMENTOS FLEXIBLES
Resistencia estructural: Deben resistir las cargas impuestas por el tránsito que producen esfuerzos en la estructura de pavimento.
Requerimientos de conservación: Dentro de los requerimientos de conservación que mas se destacan son los factores climáticos, el tránsito esperado, la degradación estructural de los materiales producto de la aplicación de la carga, entre otros.
PAVIMENTOS FLEXIBLES
Durabilidad: La durabilidad está ligada a factores económicos y sociales. La durabilidad que se le desee dar al pavimento va a depender de la importancia de la vía.
Comodidad: Para grandes autopistas y caminos, los métodos de diseño se ven afectados por la comodidad que el usuario requiera para transitar a la velocidad del proyecto.
PAVIMENTOS RIGÍDOS Están
conformados por una losa de concreto hidráulico, que se puede construir directamente sobre la subrasante preparada o sobre una capa intermedia, de material seleccionado o estabilizados o también con un concreto pobre.
Su
capacidad estructural depende de las resistencia de las losas, por lo que, el apoyo sobre las capas inferiores tiene poca influencia en el diseño del espesor del pavimento.
ESTRUCTURA TÍPICA DE UN PAVIMENTO RÍGIDO
VISTA GENERAL DE UN PAVIMENTO RÍGIDO
FUNCIONES DE LAS CAPAS DEL PAVIMENTO RÍGIDO
Losa de concreto: Proporciona una durabilidad satisfactoria para las condiciones de servicio previstas. cumplir con la Debe resistencia a la flexión deseada.
Subbase del pavimento rígido: Formada de material granular de buena calidad. Su función mas importante es impedir el bombeo en las juntas, grietas y extremos del pavimento. Sirve como capa intermedia que proporciona un apoyo uniforme y permanente del pavimento. Ayuda a controlar los cambios volumétricos de la subrasante. Mejorar el drenaje y disminuir la acumulación de agua debajo del pavimento. Facilitar los trabajos de pavimentación.
Subrasante: Es necesario que el suelo de la subrasante posea características y densidad uniformes. El soporte que la subrasante presta al pavimento se expresa con el valor del módulo de reacción “k” de la subrasante y puede hallarse mediante ensayos de carga en el terreno o por correlación con valores soportes establecidos mediante otros ensayos.
Pavimentos de concreto simple con juntas
Pavimentos de concreto simple con juntas El
espaciamiento entre las juntas transversales varia entre 4.5 y 7.5 metros.
Este tipo de
pavimento no contiene acero de refuerzo.
Contiene
la cantidad de juntas adecuadas para manejar la aparición de grietas previsibles.
Puede
tener varillas lisas en las juntas transversales y varillas corrugadas en las juntas longitudinales.
Pavimentos de concreto reforzado con juntas
Pavimentos de concreto reforzado con juntas La longitud de las
losas varia entre 7.5 y 15 metros, por lo que se recurre al acero de refuerzo para conservar unidas las grietas transversales que se producen.
La
función del acero de refuerzo no es recibir los esfuerzos de tensión desarrollado por las cargas del tránsito.
Es
poca la cantidad necesaria de acero, de 0.1% a 0.2% de la sección transversal del pavimento.
Pavimentos de concreto reforzado con juntas
Pavimentos de concreto con refuerzo continuo
Pavimentos de concreto con refuerzo continuo Requiere
mayor cantidad de acero de refuerzo variando entre 0.5% a 0.8% del área transversal del pavimento. No requiere de juntas transversales de contracción a intervalos regulares.
El acero pretende forzar el agrietamiento a intervalos pequeños, entre 1 y 2 metros y conserva mas firmemente unidas las grietas que se desarrollan.
Pavimentos de concreto con refuerzo continuo
Pavimentos de concreto con refuerzo estructural
Pavimentos de concreto con refuerzo estructural Se
emplean dimensiones semejantes a las de pavimentos de concreto simple, teniendo en cuenta que el acero no debe pasar la junta transversal previniendo fisuras.
En
estos pavimentos resulta posible reducir los espesores de las losas debido a que el acero recibe tensiones de tracción y compresión.
Generalmente
se emplea para pisos industriales, en donde se requiere que las losas soporten altas cargas.
PAVIM VIMENTOS ENTOS FLEX FLEXIBLES IBLES Vs PAVIM VIMENTOS ENTOS RÍG RÍGIDOS IDOS FLEXIBLES Color os oscuro: Baja ca capacidad reflectiva Menor costo de construcción Mayor comodidad en la circulación
RÍGIDOS Color cl claro: Al Alta ca capacidad reflectiva Mayor costo de construcción Menos comodidad de circulación
Alto Alto man mante teni nimi mien ento to dur duran ante te prim primer eros os año añoss
Bajo Bajo man mante teni nimi mien ento to dur duran ante te prim primer eros os año añoss
Cuando se ahuella se puede producir hidroplaneo Baja resitencia a los ataques químicos El parcheo tiene bajo costo Las operaciones de rahabilitación son menos costosas
Resistente a las deformaciones deformaciones permanentes Alta resistencia a los ataques químicos El parcheo es costoso Las operaciones de rehabilitación son mas costosas
PAVIMENTO ARTICULADO Compuesto por una capa de rodadura constituida por un conjunto de boques de concreto prefabricados con espesor uniforme e iguales entre sí, formando una superficie continua.
Los adoquines pueden estar apoyados sobre una delgada capa de arena que, a su vez, descansa sobre una capa de base (granular o estabilizada) y sobre una subbase granular o directamente sobre la subrasante.
ESTRUCTURA TÍPICA DE UN PAVIMENTO ARTICULADO
VISTA GENERAL DE UN PAVIMENTO ARTICULADO
FUNCIONES DE LAS CAPAS DEL PAVIMENTO ARTICULADO
Capa base: Es la capa que se coloca directamente sobre la subrasante. Su función es darle mayor espesor y capacidad estructural al pavimento. Capa de arena: Capa de arena gruesa y limpia que sirve de asiento para los adoquines y como filtro para el agua que se penetra por las juntas
Adoquines: Deben tener una resistencia de acuerdo a las cargas del tránsito y por lo tanto el desgaste que se genera. Sello de arena: Compuesto por arena fina que se ubica entre los adoquines, ayuda como sello de las juntas y aporta al funcionamiento de la capa de rodadura.
FACTORES QUE INTERVIENEN EN EL DISEÑO DE PAVIMENTOS EL TRANSITO
LA SUBRASANTE
EL CLIMA
LOS MATERIALES DISPONIBLES
EL TRANSITO
EL TRANSITO Se tiene en cuenta el peso y numero de vehículos que circularán durante su vida útil. En este caso se recurre a hipótesis que se ajusten a la realidad. Se ha verificado la importancia de la repetición de cargas y la influencia de la fatiga en la falla de los pavimentos. Se debe conocer el área y la presión de contacto, además de las velocidades a la que circularán los vehículos. El volumen y carácter del tránsito intervienen en el ancho del pavimento. El peso y la frecuencia de las cargas de los ejes o de las ruedas de los vehículos, afectan el espesor, entre otras características del diseño estructural.
LA SUBRASANTE
LA SUBRASANTE Para evaluar esta capa, se emplea el parámetro de la capacidad de soporte, que se obtiene a partir del ensayo CBR.
Es
necesario conocer la sensibilidad del suelo a la humedad, ya que se debe evitar que se presenten cambios de volúmenes en esta capa. Este problema que generalmente se presenta en suelos expansivos, puede enfrentarse con la permeabilización del suelo o estabilizándolo con algún aditivo.
EL CLIMA
EL CLIMA Este es quizás uno de los factores mas influyentes en el diseño de pavimentos, además que resulta difícil controlarlo.
Las
precipitaciones aumentan el nivel freático y afectan la resistencia, compresibilidad y cambios volumétricos especialmente en la subrasante.
Los
excesivos cambios de temperatura, en pavimentos rígidos generan esfuerzos elevados. En pavimentos flexibles, producen un cambio en el módulo de elasticidad, generando grietas o deformaciones que afectan el servicio de la vía.
LOS MATERIALES DISPONIBLES
LOS MATERIALES DISPONIBLES La
disponibilidad de los materiales influyen en la selección de una estructura de pavimento mas adecuada técnica y económicamente.
Se
debe tener muy en cuenta la calidad requerida, incluyendo la homogeneidad, el volumen disponible aprovechable, la facilidad de explotación y el precio. Es posible que en la zona de construcción del pavimento se ofrezcan materiales en abundancia, y que el problema se su selección apropiada, pero también es posible que carezcan de tal manera que obligue al proyecto a adaptarse a los que existan.
EL DRENAJE Las
estructuras de drenaje tienen como objetivo controlar el agua que llega a la vía y la afectan tanto por escurrimiento superficial, así como por infiltración en las capas de la estructura de pavimentos. Las obras de drenaje y subdrenaje mas comunes son:
Obras de drenaje: El
bombeo. Los bordillos. Las cunetas. La vegetación. Las zanjas de coronación.
Obras de subdrenaje: Subdrenes longitudinales. Capas
drenantes.
EQUIPOS EMPLEADO EN LA CONSTRUCCIÓN DE PAVIMENTOS
BULDOZER El
buldózer, o topador, es un tractor equipado con una cuchilla frontal fijada al tractor-oruga por medio de dos largueros.
Con
amplia tradición en construcción de carreteras debido a su gran rendimiento, puede encontrarse sobre llantas o sobre orugas, siendo estos últimos los más comunes.
Los
equipos son diesel, se emplean principalmente para el corte y empuje de material. Es muy apropiado para la excavación en línea recta, para empujar, para el amontonamiento y para recoger la materia excavada.
CARGADOR El
cargador es un tractor equipado con un cucharón. Está diseñado para mover materiales finos y gruesos. Hay dos configuraciones: sobre orugas y sobre ruedas, siendo los últimos los más usados.
Su ciclo es muy simple: carga, transporta, descarga, retorna y repite el ciclo antes mencionado.
Tiene
varias limitaciones, como por ejemplo, que el material debe estar suelto, blando o fragmentado; requiere espacio de maniobra; la eficiencia disminuye en superficies mojadas, presenta poca estabilidad y visibilidad.
MOTONIVELADORA Es
un tractor sobre ruedas del que sale un brazo donde hay una corona sobre la cual está montada una cuchilla de perfil curvo que puede girar sobre los ejes vertical y horizontal pudiendo ocupar cualquier posición en el espacio y cuya longitud determina el modelo y la potencia del aparato.
Las
anteriores características, la hacen una máquina versátil e ideal para la conservación de vías, nivelación, mezcla y esparcimiento de material, limpieza de terrenos y cunetas, peinado de taludes, y, operaciones ligeras de escarificación.
El
ciclo completo está determinado por las siguientes maniobras: posicionamiento, pasada, detención, vuelta o retroceso, y nuevamente el posicionamiento.
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RETROEXCAVADORA Es
una máquina de excavación, sobre ruedas o sobre orugas en la cual el cucharón empuja hacia atrás en vez de empujar hacia adelante como la pala mecánica.
La
retroexcavadora es idónea para excavaciones bajo la superficie (es más eficaz trabajando encima del talud), y, además, trabaja eficazmente en terrenos relativamente duros.
UNIDADES DE ACARREO Estos
equipos son utilizados para el transporte de material a grandes distancias.
En
esta categoría están incluidos los camiones medios, pesados y fuera de carretera, carro - tanques, los camiones flauta y vagones.
Los
camiones cisterna en vez de una caja, tienen un tanque para almacenar líquido (agua o asfalto), los llamados "flauta", atrás tienen una tubería horizontal perforada, y permiten regular la velocidad de salida del flujo mediante un sistema de bomba.
EQUIPO DE TRITURACIÓN Las
trituradoras se utilizan para reducir las rocas a tamaños menores y uniformes.
Esta
labor en construcción de vías es sumamente útil para la producción de agregados y material pétreo.
La
operación se efectúa por presión, impacto, corte o una combinación de los métodos anteriores.
EQUIPOS DE COMPACTACIÓN Tienen
como función proporcionar la energía de compactación necesaria para densificar los suelos, y con esto, mejorar las propiedades mecánicas del mismo.
Los compactadores pueden ser de rodillos metálicos, pata de cabra y neumáticos.
