Post on 21-Jan-2016
PAVIMENTOSPAVIMENTOS
Concepto y Tipos de pavimentosConcepto y Tipos de pavimentosEstructura de los pavimentosEstructura de los pavimentos
Diseño de pavimentosDiseño de pavimentosMétodos de diseño de pavimentosMétodos de diseño de pavimentos
CBRCBRMódulo Resiliente Módulo Resiliente
Métodos y Pruebas de campoMétodos y Pruebas de campo
Concepto de PavimentoConcepto de Pavimento
Resistir y distribuir a capa de fundación Resistir y distribuir a capa de fundación ((subrasantesubrasante) esfuerzos verticales del tráfico) esfuerzos verticales del tráfico
Resistir esfuerzos horizontales haciendo más Resistir esfuerzos horizontales haciendo más durable superficie de rodamiento durable superficie de rodamiento
Mejorar condiciones de rodamiento en Mejorar condiciones de rodamiento en cuanto a comodidad y seguridadcuanto a comodidad y seguridad
Estructura conformada por un número de capas
(multicapa)
El Pavimento como EstructuraEl Pavimento como Estructura
Estructura Multicapa: diferentes capas de materiales Estructura Multicapa: diferentes capas de materiales con propiedades mecánicas diferentescon propiedades mecánicas diferentes
Estructura en faja: ancho y alto "finito"; largo "infinito"Estructura en faja: ancho y alto "finito"; largo "infinito" Cargas de tránsito: magnitud e intensidad variables; Cargas de tránsito: magnitud e intensidad variables;
previsión de evolución y vida útil aproximada previsión de evolución y vida útil aproximada Efectos intempéricos: afectan integridad del Efectos intempéricos: afectan integridad del
pavimento por degradación de capas pavimento por degradación de capas Falla de pavimento: Fatiga causada por efecto de Falla de pavimento: Fatiga causada por efecto de
cargas de tránsito (cargas de tránsito (cargas cíclicascargas cíclicas) e intemperismo ) e intemperismo Vida útil pequeñaVida útil pequeña
Tipos de Pavimentos según solicitacionesTipos de Pavimentos según solicitaciones
Pavimento AutoviarioPavimento Autoviario
Pavimento Aeroportuario
Pavimento
Ferroviario
Tipos de Pavimentos según estructuraTipos de Pavimentos según estructura
Pavimentos Autoviarios y AeroportuariosPavimentos Autoviarios y Aeroportuarios– Flexibles: revestimiento bituminoso (mezcla asfáltica)Flexibles: revestimiento bituminoso (mezcla asfáltica)– Rígido: revestimiento de hormigón (losas)Rígido: revestimiento de hormigón (losas)
Base
Revestimiento bituminoso
Sub-baseSubrasante
Pavimento Flexible Pavimento Rígido
Carpeta de hormigón
Sub-base
Subrasante
Estructura de Pavimento FlexibleEstructura de Pavimento Flexible
Carpeta AsfálticaCarpeta Asfáltica
BaseBase
Sub-baseSub-base
Función Estructural de cada CapaFunción Estructural de cada Capa
• Revestimiento: Recibe directamente cargas de tránsito. Resiste esfuerzos rasantes (horizontales) y proporciona superficie de rodamiento adecuada
• Base: Resiste y distribuye esfuerzos normales (verticales)
• Sub-base: Complementaria de Base (por economía) o Correctiva de Subrasante (transición)
• Subrasante: Capa de fundación de estructura. Resiste esfuerzos normales sin grandes deformaciones
Métodos de Diseño de PavimentosMétodos de Diseño de Pavimentos
Empíricos: Basados en parámetros que Empíricos: Basados en parámetros que correlacionan propiedades físicas de materialescorrelacionan propiedades físicas de materiales– Índice Soporte de California (CBR)Índice Soporte de California (CBR)– Coeficiente de BalastoCoeficiente de Balasto
Mecanísticos: Basados en análisis de Mecanísticos: Basados en análisis de comportamiento mecánico de materialescomportamiento mecánico de materiales– Teoría de Elasticidad (Boussinesq, Burmister)Teoría de Elasticidad (Boussinesq, Burmister)– Módulos ElásticosMódulos Elásticos
Índice Soporte de California (CBR)Índice Soporte de California (CBR)Porter (1929)Porter (1929)
Medida de la capacidad soporte de materiales granulares, Medida de la capacidad soporte de materiales granulares, denominada denominada Índice Soporte de CaliforniaÍndice Soporte de California (California (California
Bearing Ratio, Bearing Ratio, CBRCBR))
Ensayo que mide:– Resistencia a penetración
por punzonado de vástago en muestra de material compactado en molde rígido
– Expansión
Pistón de carga
comparador
suelo
molde
carga
CBRCBR
Relación entre tensión necesaria para penetrar 0,1 in Relación entre tensión necesaria para penetrar 0,1 in (0,25 cm) un material dado y tensión necesaria para (0,25 cm) un material dado y tensión necesaria para
la misma penetración en un material arbitrario, la misma penetración en un material arbitrario, adoptado como patrónadoptado como patrón
100(%)"1,0
"1,0 patrón
muestraCBR
Material Patrón: Piedra triturada de California de la que se conoce tensiones necesarias para producir penetraciones preestablecidas
Tensión – Penetración del Vástago para Tensión – Penetración del Vástago para Muestra PatrónMuestra Patrón
Penetración Tensión aplicada
cm pulgadas kg/cm2 lb/pulg2
0,25 0,1 70,3 1000
0,50 0,2 105,5 1500
0,75 0,3 133,6 1900
1,00 0,4 161,7 2300
1,25 0,5 182,0 2600
Tensión – Penetración del Vástago para Muestra PatrónTensión – Penetración del Vástago para Muestra Patrón
703,0100
3,70(%) "1,0"1,0 muestramuestraCBR
Ensayo de CBREnsayo de CBRASTM D1883; AASHTO ASTM D1883; AASHTO T193T193
3 probetas compactadas con 3 probetas compactadas con diferentes energías, en moldes de 6 diferentes energías, en moldes de 6 in, a humedad óptima de Ensayo in, a humedad óptima de Ensayo ProctorProctor– 12 golpes por capa12 golpes por capa– 25 golpes por capa25 golpes por capa– 56 golpes por capa (PUSM)56 golpes por capa (PUSM)• Probetas se sumergen en agua 4 días con sobrecarga (“saturación de muestras”)
• Se mide expansión en 4 días
• Probetas saturadas se cargan por punzonado en prensa
– Vástago de 3 in2 (19,4 cm2)
– Velocidad de penetración 0,05 in/min (0,127 cm/min)
Curva Tensión - PenetraciónCurva Tensión - Penetración
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0,000 0,050 0,100 0,150 0,200 0,250 0,300 0,350 0,400 0,450 0,500
Penetración (in)
Tens
ión
(kg/
cm2)
12 Golpes 25 Golpes 56 Golpes
Se compara CBR0,1" y CBR0,2" adoptándose valor mayor
Ensayo CBR
Ensayo Ensayo CBRCBR
Curva CBR–PUS y CBR–Humedad de Compactación
Ensayo Ensayo CBRCBR
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
17,5 18,0 18,5 19,0 19,5 20,0 20,5
PUS (kN/m3)
CB
R (%
)
PUSM
Curva CBR – PUS
Crítica del Ensayo CBRCrítica del Ensayo CBR
Condición saturada: Condición saturada: – Se da en materiales granulares (arenas y Se da en materiales granulares (arenas y
gravas)gravas)– No se da en materiales finos (arcillas y limos)No se da en materiales finos (arcillas y limos)
Condición del ensayo:Condición del ensayo:– Drenado para materiales granularesDrenado para materiales granulares– No drenado para materiales finosNo drenado para materiales finos
Se comparan materiales ensayados en condiciones diferentes
Crítica del Ensayo Crítica del Ensayo CBRCBR
Carece de significado físicoCarece de significado físico
No es medida directa de capacidad soporte de No es medida directa de capacidad soporte de materiales (Porter, 1950)materiales (Porter, 1950)
Es un ensayo de corte, siendo indicador de Es un ensayo de corte, siendo indicador de resistencia al corte de suelos (Turnbull, 1950)resistencia al corte de suelos (Turnbull, 1950)
Debe ser considerado como Debe ser considerado como ensayo indicativo ensayo indicativo de resistencia al cortede resistencia al corte... principios de diseño ... principios de diseño de pavimentos están basados en prevención de de pavimentos están basados en prevención de falla al corte de subrasantesfalla al corte de subrasantes de pavimentos de pavimentos (Simposio de la ASCE, 1950(Simposio de la ASCE, 1950))
Crítica del Ensayo CBRCrítica del Ensayo CBR
Compactación en laboratorio Compactación en laboratorio Compactación en Compactación en campo (campo (estructuras distintasestructuras distintas))
Aplicación de carga en laboratorio (Aplicación de carga en laboratorio (estáticoestático) ) Aplicación de carga real (Aplicación de carga real (tránsitotránsito) ) respuestas respuestas mecánicas diferentesmecánicas diferentes
Parámetro de diseño de pavimentos sencillo y rápido Parámetro de diseño de pavimentos sencillo y rápido pero que conduce a estructuras sobredimensionadaspero que conduce a estructuras sobredimensionadas
Parámetros Mecanísticos de Diseño de Parámetros Mecanísticos de Diseño de PavimentosPavimentos
Módulos de deformabilidadMódulos de deformabilidad– Variables en función de nivel de Variables en función de nivel de y y – Para nivel de Para nivel de muy bajo módulo tangencial muy bajo módulo tangencial
módulo secantemódulo secante– Menor nivel de Menor nivel de mayor rigidez mayor rigidez
a (%)a (%)
Módulo Tangente
Módulo Secante
• Comportamiento no lineal de suelos y materiales granulares
Módulo ResilienteMódulo Resiliente
Módulo de deformabilidad recuperable representa adecuadamenteMódulo de deformabilidad recuperable representa adecuadamente comportamiento de materiales de pavimentoscomportamiento de materiales de pavimentos
• Carga de tránsito
– Tensiones bajas Deformaciones bajas
– Tiempo de aplicación de carga casi instantáneo
– Carga de intensidad gradual y de aplicación cíclica
Módulo Resiliente (Hveem, 1955)
– Resiliente X Elástico para diferenciar
– En realidad Resiliencia es energía potencial de deformación (similar a resorte)
Determinación del Módulo Resiliente Determinación del Módulo Resiliente
Simular cargas de tránsito Simular cargas de tránsito Ensayo de carga repetida Ensayo de carga repetida (cíclico)(cíclico)– Carga de compresión aplicada en mismo sentidoCarga de compresión aplicada en mismo sentido
– Intensidad de carga gradualmente variable 0 Intensidad de carga gradualmente variable 0 q qmáxmáx 0 0
– Tiempo de aplicación de carga pequeño (fracción de Tiempo de aplicación de carga pequeño (fracción de segundos)segundos)
Reproducción de condiciones realesReproducción de condiciones reales– Amplitud = Carga de vehículo (rueda)Amplitud = Carga de vehículo (rueda)– Tiempo de pulso = Velocidad de vehículoTiempo de pulso = Velocidad de vehículo– Frecuencia de aplicación = Volumen de tránsitoFrecuencia de aplicación = Volumen de tránsito
Determinación del Módulo Resiliente Determinación del Módulo Resiliente
rr: Deformación recuperable : Deformación recuperable (Resiliente)(Resiliente)
pp: Deformación permanente (Plástica): Deformación permanente (Plástica)
q: Tensión desviadora (q: Tensión desviadora (h: Deformación vertical máximah: Deformación vertical máxima
hh00: Altura inicial de probeta: Altura inicial de probeta
rp rp
q
0r h
h
prt
rR
qM
Módulo Resiliente
Ensayos de cargas cíclicasEnsayos de cargas cíclicas
Triaxial cíclico (Seed et al., 1955)Triaxial cíclico (Seed et al., 1955)(AASHTO T274-82)(AASHTO T274-82)
PresiónPresión de cámara ( de cámara (33): agua o ): agua o aireaire
Tensión desviadora (Tensión desviadora (dd): cíclica): cíclica
Compresión diametral cíclica
(Schmidt, 1972)
Ensayos de Campo Ensayos de Campo
Parámetros empíricosParámetros empíricos– CBR in situ (ASTM D4429)CBR in situ (ASTM D4429)– Prueba de Carga de PlacaPrueba de Carga de Placa– Penetrómetro Dinámico de Cono (DCP)Penetrómetro Dinámico de Cono (DCP)
Parámetros mecanísticos (deflexiones)Parámetros mecanísticos (deflexiones)– Viga BenkelmanViga Benkelman– Deflectógrafo de LacroixDeflectógrafo de Lacroix– Deflectómetro de Caída de Pesa (FWD)Deflectómetro de Caída de Pesa (FWD)
Prueba de Carga de Placa (McLeod, 1948) Prueba de Carga de Placa (McLeod, 1948)
Módulo de reacción de subrasante (k):Módulo de reacción de subrasante (k):
: tensión que transmite placa al suelo: tensión que transmite placa al suelo
: deformación fijada previamente: deformación fijada previamente
k
Penetrómetro Dinámico de Cono (DCP)
Espesor de capas, peso Espesor de capas, peso específico, resistencia a específico, resistencia a la penetraciónla penetración
Pesa de 8 kgPesa de 8 kg Caída libre de 575 mmCaída libre de 575 mm Índice de Penetración (IP)Índice de Penetración (IP)
: Penetración del cono: Penetración del conoN: Número de golpesN: Número de golpes
NIP
Viga Benkelman (Benkelman, 1953) Viga Benkelman (Benkelman, 1953)
Deflexión por recuperación elásticaDeflexión por recuperación elástica Camión con 8,2 ton (80 kN) en eje trasero y 80 Camión con 8,2 ton (80 kN) en eje trasero y 80
psi (550 kPa) de presión de inflado de ruedaspsi (550 kPa) de presión de inflado de ruedas
Viga Benkelman Viga Benkelman
Deflectógrafo de Lacroix (LCPC) Deflectógrafo de Lacroix (LCPC)
Deflexión máxima por carga transmitida por dos pares de Deflexión máxima por carga transmitida por dos pares de ruedasruedas
Medidas automáticas por palpadores colocados en trineos Medidas automáticas por palpadores colocados en trineos Medidas casi continuasMedidas casi continuas
Falling Weight Deflectometer (FWD)Falling Weight Deflectometer (FWD)(Sorensen & Hayven, 1982)(Sorensen & Hayven, 1982)
Deflexión por carga de impacto producida por pesos Deflexión por carga de impacto producida por pesos que caen sobre placa apoyada en pavimentoque caen sobre placa apoyada en pavimento
Medidas automáticas por sensores de velocidad Medidas automáticas por sensores de velocidad Simula carga de tránsito a velocidad de 70 – 80 km/hSimula carga de tránsito a velocidad de 70 – 80 km/h