INTRODUCCIN A LA INGENIERA DEL TRANSPORTE

PAVIMENTOSUniversidad Continental

Dr. Ing. Andrs Sotil ChvezClase 2 13 de Agosto del 2013Parte 1 Introduccin a la Ingeniera de Pavimentos

CONCEPTOS BSICOSLos pavimentos son estructuras que consisten en capas superpuestas de materiales procesados por encima del terreno natural con la finalidad de distribuir las cargas aplicadas por un vehculo a la subrasante.

La estructura del pavimento debera ser capaz de proveer:Una calidad de manejo aceptableUna adecuada resistencia al deslizamientoApropiados niveles de reflejo de luz, y Un nivel bajo de ruido.

El objetivo final de la estructura es transmitir las cargas de la llanta de tal manera que no se sobrepase la capacidad portante de la subrasante.Prof. Andres SotilCargas de LlantaCarpetaBaseSubrasantesPAVIMENTOSProf. Andres SotilTIPOS DE PAVIMENTOSBsicamente hay tres tiposFlexible (asfalto)Concreto asfalticoSuperficie estabilizadas con asfaltoSuperficie asfltica de uso ligeroRgido (concreto)Compuesto (ambos)Rehabilitacin concreto sobre asfaltoRehabilitacin asfalto sobre concretoLos trminos se refieren a como los materiales en los respectivos pavimentos transmiten los esfuerzos y las deflexiones a las capas subsecuentesProf. Andrs SotilPAVIMENTOS FLEXIBLESEstructura tpica SubrasanteCompactada (hasta 10 cm)NaturalSe puede encontrar roca madre en cualquier nivelDependiendo de la carretera, a veces no se necesita subbaseConcreto Asfaltico (CA) consiste enLigante Asfaltico = 4% 6%Agregados = 94% 96% BaseConcreto AsfalticoSubbase SubrasanteRiego de LigaCapa SellanteGeotextil Calentados a 150oC, mezclados y luego compactados5PAVIMENTOS FLEXIBLESCapa BaseEstabilizadaCTB = Cement Treated Base o Base Estabilizada con CementoBTB o ATB = Bitumen/Asphalt Treated Based o Base Estabilizada con Betumen/AsfaltoNo Estabilizada (solo agregados)Los agregados en la capa base por lo general no son mayores a 1 pulgada = 2.5 cmCapa SubbaseAgregados, con mejores propiedades que la subrasanteSubrasanteNormalmente se compactan las primeras capas (10 cm)Prof. Andrs SotilPAVIMENTOS FLEXIBLESDiseo de PavimentosSe determinan los espesores de las diversas capas Espesores tpicosCapa de rodadura (asfaltos): 1 a 12 (2.5 a 30 cm)Base: 4 a 12 (10 cm a 30 cm)Subbase: 4 a 20 (10 cm a 50 cm)Diseo de MezclasSe determinan las proporciones de los materiales a usar en cada capaResistencia de la capa de rodadura (asfaltos)Resistencia de los agregados y de la capa existente (subrasante)

Prof. Andrs SotilPAVIMENTOS RGIDOSLa capa de rodadura de concreto de cemento Portland (PCC) puede ser:Normal o convencionalReforzado (acero)SubbaseEstabilizada con cemento o asfaltoNo estabilizadaSubrasante compactada y naturalSubbase Concreto PortlandSubrasante6-14 (15 cm 35 cm)6-12 (15 cm 30 cm)8SER O NO SERLa pregunta tpica es Concreto o Asfalto?

La respuesta es DEPENDE

En USA, existen datos de cuantos pavimentos son de que tipo

Prof. Andrs SotilINVENTARIO DE CARRETERAS RURALES

kms10

INVENTARIO DE CARRETERAS URBANASkms11SER O NO SERLa pregunta tpica es Concreto o Asfalto?

La respuesta es DEPENDE

En Per, los pavimentos de concreto son casi inexistentes:

Motivos?Primordialmente por el deseo de construir carreteras y los flexibles son mas baratos (de manera inicial) comparados con los de concreto POLTICAProf. Andrs SotilFLEXIBLE vs. RGIDOFLEXIBLEVida Estimada de Servicio entre 10 a 20 aosCostos iniciales bajosRequiere mantenimiento continuoReparacin fcil pero continua si no se hace mantenimiento

RGIDOVida Estimada de Servicio entre 20 a 30 aos (en Lima hasta 50)Costos iniciales altosRequiere mantenimiento continuo pero mnimo (primordialmente las juntas)Reparacin difcil pero espordicaProf. Andrs SotilFLEXIBLE vs. RGIDOFLEXIBLESe puede aadir capas en cualquier momentoNo pierde propiedades antideslizantesEs mas suave y menos ruidosaSoporta un mayor rango de temperaturas

RGIDOPoner capas encima produce grietas de reflejoSoporta inundaciones y contaminacin de la napa fretica (JUL vs PEM)Requiere capas inferiores bien niveladas

Prof. Andrs SotilTRANSFERENCIA DE CARGAPavimentos FlexiblesLas cargas son transmitidas de grano a grano a travs de la estructura granular del pavimento.Ya que es flexible tiene menor capacidad portante, y esta acta como una capa elstica.

Pavimentos RgidosLas cargas de la llanta son transmitidas a la subrasante por la fuerza estructural del pavimento como conjunto que acta como un plato rgido.

Prof. Andres SotilPAVIMENTOS FLEXIBLESLa carga de la llanta se distribuye de la zona de contacto a una rea mucho ms amplia a travs de las capas.Las deformaciones ocurridas en las capas bajas se reflejan en la superficie (ondulaciones, huecos, etc.).

Prof. Andres SotilPAVIMENTOS RGIDOSEstos pavimentos tienen suficiente fuerza de flexin para transmitir la carga de la llanta a un rea mas amplia en la capa inferior.El anlisis se hace usando la teora de placas en vez de la teora de capas usada en los pavimentos flexiblesLa carga de la llanta se transmite por la capacidad de doblarse de la losaProf. Andres Sotil

TIPOS DE PAVIMENTOS FLEXIBLESPavimentos Flexibles ConvencionalesMateriales caros colocados en las capas superiores y los baratos en las partes bajasPavimentos de Profundidad Total (Pavimentos Perpetuos)Las capas bituminosas se colocan enciman de la subrasante sin necesidad de bases o subbases. Esto es apropiado cuando no hay materiales disponibles y el trafico es muy pesadoCapas asflticas con rocaSe colocan capas de agregados entre dos capas asflticasDe esta manera se protege mas la subrasante y la parte superior del pavimento.Prof. Andres SotilTIPOS DE PAVIMENTOS RGIDOSLosas de Concreto Simple (JPCP)Pavimentos construidos con concreto simple y con juntas de contraccin espaciadas de manera continua (5 a 10 metros)Barras de refuerzo o mecanismos de agarre son usados para transferir la carga de una capa a otra.Losas de Concreto Reforzado (JRCP)Las losas son reforzadas con barras de acero, que aunque no aumentan la capacidad portante de la losa, aumenta el espaciamiento de las juntas de 10 m a 30 m.Pavimento Continuamente Reforzado (CRCP)Proceso mecanizado en la cual se elimina las juntas de contraccinProf. Andres SotilJunta de ConstruccinPortland Concrete Barra de TransferenciaAcero de RefuerzoJunta RellenadaBarra de TransferenciaJPCPJRPCCRCPJunta de ExpansinTIPOS DE PAVIMENTOS RGIDOSProf. Andrs SotilBarra de TransferenciaAPLICACIONES TPICAS DE PAVIMENTOS FLEXIBLESCarreteras y avenidas en ciudad en generalLneas auxiliaresBermasRampasEstacionamientosCaminos paralelos a autopistasProf. Andres SotilAPLICACIONES TPICAS DE PAVIMENTOS RGIDOSLneas de trafico con volumen altoConexiones entre carreterasPuentesRampas de carreteras y/o autopistasProf. Andres SotilFUNCIONES DE BASE Y SUBBASEPavimentos FlexiblesSoporte EstructuralDrenajePrevencion/Control del CongelamientoReducir el efecto del cambio del volumen de la subrasante

Pavimentos RgidosDrenajePrevencin del bombeoPrevencion/Control del CongelamientoReducir el efecto del cambio del volumen de la subrasantePlataforma de construccin

Prof. Andrs SotilCARACTERSTICAS NICAS DE LOS PAVIMENTOS COMO ESTRUCTURADeterioro Continuo y Rpido con el TiempoComparado con estructuras como edificios, los pavimentos se deterioran mucho mas rpidoEdificios o represas tienen tiempos de vida til mayor a los 50 o 100 aos.

Sufre cargas repetidas (dinmicas)Edificios tienen cargas estticas y dinmicasCarreteras y aeropuertos no tienen cargas estticasProf. Andrs SotilCARACTERSTICAS NICAS DE LOS PAVIMENTOS COMO ESTRUCTURADiferentes configuraciones de carga se aplican al pavimento

El pavimento sufre diferentes magnitudes de cargaTrafico totalmente impredecible con diferentes tipos de suspensinTrafico canalizado

Prof. Andrs SotilUniaxialUna RuedaUniaxialDos RuedasBiaxialDos RuedasAeronavesCARACTERSTICAS NICAS DE LOS PAVIMENTOS COMO ESTRUCTURACambio de las propiedades de los materiales con el ambiente TemperaturaLluviaEnvejecimiento del asfaltoCongelamiento/descongelamientoDiferencia de propiedades de la subrasante con la distanciaEj. Carretera Central o PanamericanaSistema multicapaCuantas capas tiene la pared de un edificio? O la columna o la viga?Prof. Andrs SotilCARACTERSTICAS NICAS DE LOS PAVIMENTOS COMO ESTRUCTURADefinicin no convencional de fallaCuando falla una columna?Cuando falla un edificio?Cuando falla un puente?Cuando falla un pavimento?

Falla vs. DaoDao: ahuellamiento, grietasFalla: condiciones inaceptables de daos.Prof. Andrs SotilFALLAS TPICAS EN LOS PAVIMENTOS FLEXIBLESLa Nueva Gua de Diseo de Pavimentos de los EEUU (MEPDG Mechanistic Empiric Pavement Design Guide) ha sido elaborada teniendo en cuenta las 4 grandes fallas de un pavimento flexible:Agrietamiento por fatiga (piel de cocodrilo)AhuellamientoAgrietamiento trmicoRugosidad (IRI International Roughness Index)Otras fallasSangradoOndulamientoOtros agrietamientosProf. Andres SotilFALLAS TPICAS EN LOS PAVIMENTOS RGIDOSLas fallas en estos pavimentos pueden ser:AgrietamientoLongitudinalTransversalBombeoDesnivel entre losas (faulting)Deterioro de losasRotura / quiebre de losaSulfatadosFalla de Juntas

Prof. Andres SotilCOMPORTAMIENTO DE LOS PAVIMENTOSProf. Andrs SotilEDAD (Tiempo, Trafico)CONDICIN (PCI, PSI, %)DONDE SE DETERMINA LA FALLA?

HASTA DONDE SE PUEDE CONSIDERAR ACEPTABLE UN PAVIMENTO?Debido a esta incertidumbre, los ingenieros de pavimentos y las universidades se han dedicado por los ltimos 60 aos a investigar a fondo los pavimentosINVESTIGACIONES EN USAAASHO Road TestAmerican Association of State Highway OfficialsRealizado entre los 50s y 60s en Ottawa, ILDe los resultados de la prueba resultaron los mtodos de diseo de la AASHTO de 1961, 1972, 1986 y 1993Mtodos extrapolados en todo el mundo

SHRP Strategic Highway Research ProgramRealizada entre 1987 y 1993 por aprox US$ 150 millonesIncluyo investigaciones en asfalto ($50 millones), concreto y construccin, operacin de carreterasLTPP: Long Term Pavement Performance (20 aos)Prof. Andrs SotilINVESTIGACIONES EN USAFederal Highway AdministrationAccelerated Loading Facility (ALF) en Virginia, USAConsiste en pruebas aceleradas para evaluar la resistencia de diversos tipos de material bajos condiciones controladasInvestigaciones Estatales con el apoyo universitarioMinnesota Department of Transportation (MnRoad)National Center of Asphalt Technology (NCAT, Alabama)WesTrack (Nevada)Arizona Department of Transportation (ADOT) Caltrans (California Department of Transportation)

Prof. Andrs SotilINVESTIGACIONES EN EUROPAEspaaCentro de Estudios y Experimentacin de Obras Publicas (CEDEX)www.cedex.esFranciaLaboratoire Central des Ponts et Chaussees (LCPC)www.lcpc.frReino UnidoNottingham Asphalt Research Consortium (NARC)www.nottingham.ac.uk/narc

Prof. Andrs SotilINVESTIGACIONES EN LATINOAMRICACosta RicaLaboratorio Nacional de Materiales y Modelos Estructurales de la Universidad de Costa Ricawww.lanamme.ucr.ac.crArgentinaChileColombiaBrasilProf. Andrs SotilCARRETERAS vs. AEROPUERTOSLos aeropuertos tienen caractersticas y condiciones diferentes a las carreterasLa definicin de falla es mucho mas exigente que en las carreterasAdems de la va, se requiere espacios dedicados a 75 pies del eje de la pista de aterrizaje y a 37.5 pies del eje de la calle de rodajeLas magnitudes mximas:En las carreteras son hasta de 22,000 libras por ejeEn los aeropuertos llegan a 100,000 libras por ejeProf. Andrs SotilCARRETERAS vs. AEROPUERTOSDiferencia en la frecuencia de cargaCarreteras: 1000 a 2000 camiones por daAeropuertos: 20000 a 40000 usos durante la vida til

Distribucin de cargasEjes en las carreteras, con poca desviacin (canalizado)Carga central con mayor variacin en los aeropuertos, segn el tipo de avin usado

Prof. Andrs SotilCONFIGURACIN DE AEROPUERTOS

Prof. Andrs Sotil

Tacna (TCQ SPTN)Arequipa (AQP SPQU)LeyendaCiudad (Denominacin OACI Denominacin IATA)CONFIGURACIN DE AEROPUERTOSProf. Andrs Sotil

Juliaca (JUL SPJL)Ayacucho (AYP SPHO)Puerto Maldonado (PEM SPTU)AEROPUERTOSDe la pista de aterrizajeSector A: los primeros 300 metrosSector B: los ltimos 300 metrosSector C: el medio de la pista (longitud varia con pista)

Longitud de la pista depende de los aviones que usan la pistaDireccion de la pista depende de la direccin predominante del vientoEl aterrizaje y despeje se hace en contra del vientoProf. Andrs SotilPARA LA PRXIMA CLASECuales son las variables que se necesitan para caracterizar el comportamiento de pavimentos?TraficoCondiciones climatolgicasMateriales in-situMateriales granulares (base y subbase)Materiales capa de rodadura (flexible y rgido)Condiciones previas (histricas)DrenajeVariabilidad

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