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