Curso Basico de Pavimentos - Sabogal

CURSO BÁSICO DE

DISEÑO DE PAVIMENTOS

FERNANDO SANCHEZ SABOGAL

Ingeniero Civil

PRIMERA PARTE - PRINCIPIOS FUNDAMENTALES

MÓDULO 1 - INTRODUCCIÓN AL DISEÑO DE PAVIMENTOS

MÓDULO 2 - ESFUERZOS Y DEFORMACIONES EN PAVIMENTOS

ASFÁLTICOS

MÓDULO 3 - ESFUERZOS EN PAVIMENTOS RÍGIDOS

MÓDULO 4 - CARACTERIZACIÓN DEL TRÁNSITO

MÓDULO 5 - CONSIDERACIONES SOBRE EL DRENAJE EN LOS

PAVIMENTOS

CONTENIDO

//Fsanchez/CURSO DE PAV/CONTENIDO CURSO.ppt

MODULO 3.ppt

SEGUNDA PARTE - MATERIALES PARA LA

CONSTRUCCIÓN DE PAVIMENTOS

MÓDULO 6 - EVALUACIÓN DE LA SUBRASANTE

MÓDULO 7 - MATERIALES PARA BASE Y SUBBASE

MÓDULO 8 - LIGANTES BITUMINOSOS

MÓDULO 9 - REVESTIMIENTOS BITUMINOSOS

MÓDULO 10 - MATERIALES PARA PAVIMENTOS RÍGIDOS Y DE

ADOQUINES

MÓDULO 11 - VARIABILIDAD EN LOS SISTEMAS DE PAVIMENTOS

CONTENIDO

MODULO 7.ppt

MÓDULO 10.ppt

TERCERA PARTE - DISEÑO DE PAVIMENTOS PARA

CALLES Y CARRETERAS

MÓDULO 12 - DISEÑO DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS PARA

CALLES Y CARRETERAS

MÓDULO 13 - DISEÑO DE PAVIMENTOS RÍGIDOS PARA CALLES

Y CARRETERAS

MÓDULO 14 - DISEÑO DE PAVIMENTOS DE ADOQUINES

CONTENIDO

CUARTA PARTE - CONSTRUCCIÓN DE PAVIMENTOS

MÓDULO 15 - CONSTRUCCIÓN DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS

MÓDULO 16 - CONSTRUCCIÓN DE PAVIMENTOS RÍGIDOS Y DE

ADOQUINES

CONTENIDO

QUINTA PARTE – EVALUACIÓN, MANTENIMIENTO Y

REHABILITACIÓN DE PAVIMENTOS

MÓDULO 17 - MANTENIMIENTO RUTINARIO DE VÍAS

PAVIMENTADAS

MÓDULO 18 - EVALUACIÓN DE PAVIMENTOS

MÓDULO 19 - SELECCIÓN DE TRATAMIENTOS Y DE

ESTRATEGIAS DE REHABILITACIÓN

MÓDULO 20 - DISEÑO DE OBRAS DE REHABILITACIÓN PARA LA

CORRECCIÓN DE DEFICIENCIAS ESTRUCTURALES

CONTENIDO

SEXTA PARTE – VÍAS EN AFIRMADO

MÓDULO 21 - VÍAS EN AFIRMADO

SÉPTIMA PARTE – ANÁLISIS ECONÓMICO

MÓDULO 22 - ADMINISTRACIÓN DE PAVIMENTOS

CONTENIDO

APÉNDICE

INTRODUCCIÓN A LA GUÍA AASHTO DE DISEÑO EMPÍRICO-

MECANÍSTICO DE PAVIMENTOS

MODULO 22.ppt

INTRODUCCIÓN AL DISEÑO

DE PAVIMENTOS

CONTENIDO

Desarrollo histórico

Definiciones

Tipos de pavimentos

Factores que afectan el diseño y el comportamiento de los

pavimentos

Pavimentos flexibles contra pavimentos rígidos

Pavimentos de aeropistas contra pavimentos de carreteras

Marco general del diseño de pavimentos

INTRODUCCIÓN AL


DESARROLLO

HISTÓRICO

EVENTO ÉPOCA LUGAR SIGNIFICADOInvención de la

rueda

3000 A.C. Asia Facilitó el intercambio comercial y el desplazamiento

de las personas

Caminos de gran

longitud500 A.C. Asia Vía de enlace entre Susa (Persia) y el Mediterráneo

Legislación sobre

caminos

1607 Francia Se sancionó el primer código de carreteras,

estableciendo métodos de construcción y

mantenimiento de caminos

Uso del alquitrán 1848 Inglaterra Primer camino con superficie pavimentada

Uso moderno del

asfalto1852 Francia Primer pavimento de macadam con asfalto natural

Caminos de

hormigón1879 Escocia Primer pavimento de concreto de cemento

Automóvil de llanta

neumática inflable1895 Francia Aumento de la comodidad de circulación

Autoestrada Milan -

Lagos Alpinos

1924 Italia Primera vía del mundo con control total de accesos,

para servir altos volúmenes de tránsito

Inauguración de la

Pennsylvania

Turnpike

1940 U.S.A. Primera supercarretera construida en América

DESARROLLO HISTÓRICO

INVENCIÓN DE LA RUEDA


Las ruedas más antiguas que se conocen fueron

construidas en la antigua Mesopotamia, entre los años

3500 A.C. y 3000 A.C.

En su forma más simple, la rueda era un disco sólido

de madera, fijado a un eje redondo mediante espigas de

madera

Con el transcurso de los años se eliminaron secciones

del disco para reducir su peso y los radios empezaron a

emplearse en torno al año 2000 antes de Cristo

Estandarte de Ur

(2500 A.C.)

Rueda de Ur

¿3000 A.C.?

INVENCIÓN DE LA RUEDA


PRIMER CAMINO DE GRAN LONGITUD


En el siglo V A.C., Darío I el Grande expandió el

imperio aqueménida, dividió sus dominios en veinte

satrapías encabezadas por miembros de la familia real y

ordenó la construcción de una carretera desde la capital

de Lidia, en el oeste de la actual Turquía, hasta Susa,

para llevar el correo imperial mediante postas ecuestres

Este servicio sirvió de inspiración al ―Pony Express‖,

establecido por la administración postal norteamericana

a mediados del siglo XIX

PRIMER CAMINO DE GRAN LONGITUD


CALZADAS ROMANAS


Red de carreteras muy eficiente, sin igual hasta los

tiempos actuales, que abarcaba todo el Imperio Romano

En un principio, el sistema fue diseñado con fines

militares y políticos: mantener un control efectivo de las

zonas incorporadas al Imperio era el principal objetivo de

su construcción

Una vez construidas, las calzadas adquirieron gran

importancia económica, pues al unir distintas regiones,

facilitaban el comercio y las comunicaciones

CALZADAS ROMANAS


En la cumbre de su poder, el sistema de carreteras del

Imperio Romano alcanzó unos 80.000 km, consistentes

en 29 calzadas que partían de la ciudad de Roma, y una

red que cubría todas las provincias conquistadas

importantes, incluyendo Gran Bretaña

Las calzadas romanas tenían un espesor de 90 a 120

cm y estaban compuestas por tres capas de piedras

argamasadas cada vez más finas, con una capa de

bloques de piedras encajadas en la parte superior


CALZADAS ROMANAS

(Sección transversal típica)


CALZADAS ROMANAS


CALZADAS ROMANAS

(Mapa general)

Calzada en Paestum

Italia

Vía Apia, construida en el 312 A.C. por

el censor romano Apio Claudio el Ciego


CALZADAS ROMANAS EN LA ACTUALIDAD

TABLA DE PEUTINGER

Mapa de carreteras más antiguo que existe y contiene

algunos caminos del Imperio Romano

Tiene 11 hojas y cubre 20.000 kilómetros de vías

Fue elaborado en los siglos XII o XIII y es una copia

de un documento más antiguo, quizás del siglo IV

Konrad Peutinger lo heredó en 1508 del bibliotecario

del emperador Maximiliano de Austria

Se encuentra en la Biblioteca Nacional de Austria


TABLA DE PEUTINGER

(fragmento de una edición del siglo XVI)


Hubert Gautier (1660 - 1737)

Escribió en 1716 el ―Traité des Ponts‖,

y en 1721 el ―Traité de la Construction

des Chemins‖, considerados los primeros

tratados modernos sobre construcción de

puentes y de caminos

Fue durante 28 años inspector de

puentes y caminos de la provincia de

Languedoc (Francia)

PERSONAJES NOTABLES


Pierre-Marie Jérôme Trésaguet (1716 - 1796)

Consideró que el suelo de fundación, y no las capas de

la calzada, debería soportar las cargas y desarrolló un

sistema de construcción mejorando el soporte con una

espesa capa de piedras uniformes, cubierta por otras dos

capas de partículas de menor tamaño y de bajo espesor

PERSONAJES NOTABLES


Thomas Telford (1757 – 1834)

Aplicando conceptos similares a los de

Trésaguet, mejoró el soporte mediante el

empleo de piedras cuidadosamente

seleccionadas de gran tamaño (100 mm de

ancho y hasta 180 mm de altura), sobre las

cuales colocaba otras capas de partículas

de tamaño menor

PERSONAJES NOTABLES


PERSONAJES NOTABLES

John Loudon McAdam (1756 – 1836)

Construyó caminos con una capa de

partículas de piedra partida de igual

tamaño (según él, ninguna partícula que no

quepa en la boca de un hombre puede ir en

el camino), cubierta por partículas más

pequeñas, la cual se consolidaba bajo

tránsito, hasta formar una capa de rodadura

densa e impermeable


PERSONAJES NOTABLES

Edmund J. DeSmedt

Aunque anteriormente se

construyeron algunas superficies

pavimentadas con alquitrán, fue

el 29 de Julio de 1870 cuando

este químico belga colocó el

primer verdadero pavimento

asfáltico (Sheet Asphalt) en los

Estados Unidos de América, en

Broad Street, al frente del City

Hall de Newark (New Jersey)


PERSONAJES NOTABLES

George Bartholomew

Construyó el primer pavimento

de concreto en América, en

Bellefontaine, Ohio, en 1891


PERSONAJES NOTABLES

Edouard Michelin (1859-1940)

Inventó el neumático inflable y

desmontable para automóvil y, en

1895, condujo el primer automóvil

con llantas de este tipo en la

carrera París -Burdeos-París


INSPIRACIÓN PARA BIBENDUM

Frederick J. Warren

Patentó en 1900 las primeras mezclas asfálticas en caliente

para pavimentación, denominadas ―Warrenite-Bitulithic‖

PERSONAJES NOTABLES


LOS CAMINOS A COMIENZOS DEL SIGLO XX


LOS CAMINOS A COMIENZOS DEL SIGLO XX


En 1910, se construyó el primer pavimento de concreto en

una carretera en el continente americano (6 pulgadas de

espesor), en un tramo aproximado de una milla en Wayne

County (Michigan)

LA PRIMERA CARRETERA COLOMBIANA PARA

TRÁNSITO AUTOMOTOR

Bogotá – Santa Rosa de Viterbo


Primera carretera construida por el Ministerio de Obras

Públicas (1905 – 1908) en una longitud de 247 kilómetros,

durante la presidencia de Rafael Reyes

PRIMERA GRAN CARRETERA DEL MUNDO

Autostrada dei laghi


Obra concebida en 1921 por el ingeniero Piero Puricelli

(1883-1951), cuyo primer tramo, entre Milán y Varese, fue

inaugurado el 21 de septiembre de 1924

Aunque en su etapa inicial sólo tuvo 2 carriles, fue la primera

carretera del mundo con un diseño geométrico apropiado para

alta velocidad y con control total de accesos

PENNSYLVANIA TURNPIKE

(Primera supercarretera de América)


En 1934, Victor Lecoq empleado de la Oficina de

Planeación Estatal y William Sutherland de la Pennsylvania

Motor Truck Association propusieron construir una gran

carretera, aprovechando la explanación y los túneles de un

proyecto ferroviario abandonado desde 1885

La obra se inició el 27 de octubre de 1938, el pavimento

rígido comenzó a colocarse el 31 de agosto de 1939 y la

autopista, de 160 millas, 72 túneles, 11 intercambiadores a

desnivel y 10 plazas de peaje, se abrió al tránsito público el 1

de octubre de 1940

PENNSYLVANIA TURNPIKE

(Primera supercarretera de América)


Los primeros autos esperan la apertura

de la autopista el 1 de octubre de 1940

Corte Clear Ridge de 153 pies de

altura y media milla de longitud

CAMINOS Y PISTAS DE PRUEBA


Desde principios del siglo XX los Departamentos de

Carreteras de los Estados Unidos de América han construido

caminos pavimentados de ensayo, con el propósito de evaluar

de manera acelerada y a escala real los efectos del clima, de los

materiales de construcción y de las cargas del tránsito sobre el

diseño y el comportamiento de los pavimentos

El desarrollo tecnológico reciente ha permitido la

construcción de pistas de prueba de tamaño real o a escala

reducida en diferentes partes del mundo, en las cuales se

simulan, en poco tiempo, los efectos de las diferentes variables

sobre el comportamiento de los pavimentos a largo plazo

ARLINGTON ROAD TEST (1921 - 1922)



Ensayo realizado con vehículos de ruedas macizas de caucho

sobre diferentes superficies, en pistas circulares

Se comprobó el efecto de las fuerzas de impacto de diferentes

cargas por rueda, lo que condujo a estudios posteriores más

refinados y a la inclusión de llantas con neumáticos inflables

PITTSBURG (CA) ROAD TEST (1921 - 1922)

Comparación del comportamiento de pavimentos de

concreto simple y reforzado



1371 pies, divididos en 13 secciones de pavimentos de

concreto simple y reforzado, entre 5‖ y 8‖ de espesor

Se determinó que los pavimentos reforzados presentaban

un mejor comportamiento que los de concreto simple

En 1922 y 1923 se construyeron en Illinois 78

secciones de prueba con superficies de ladrillo, concreto

y asfalto, para determinar cuál era el material más

adecuado para pavimentar las carreteras del Estado

Como resultado de las pruebas, se eligió el concreto

para la pavimentación y se desarrolló el primer

procedimiento de diseño de espesores (Fórmula de

Older)

BATES ROAD TEST


BATES ROAD TEST


MARYLAND ROAD TEST (1950 - 1951)

Su finalidad fue estudiar el efecto de 2

configuraciones de ejes, cada una con 2 cargas

diferentes, sobre el comportamiento de pavimentos de

concreto hidráulico



El agrietamiento aumentó con la magnitud de la carga,

para la mayoría de las secciones de pavimento rígido

El ―bombeo‖ se presentó cuando las losas estaban

apoyadas sobre suelos finos, pero no sobre bases granulares

El ―bombeo‖ produjo mayores deflexiones en las esquinas

de las losas

El alabeo se producía principalmente en las esquinas de las

losas

El aumento de velocidad reducía los daños en el pavimento

PRINCIPALES HALLAZGOS DEL MARYLAND ROAD TEST


WASHO ROAD TEST (1952 - 1954)



Construido en Malad (Idaho) para evaluar el

comportamiento de pavimentos asfálticos bajo cuatro (4)

configuraciones diferentes de ejes

Las pruebas se realizaron entre 1952 y 1954

Se construyeron pavimentos con espesores totales

entre 150 y 550 mm, con capas asfálticas de 50 mm y

100 mm

Constó de dos circuitos con 46 secciones de ensayo

WASHO ROAD TEST (1952 - 1954)



Los daños aumentan con la magnitud de la carga

Se producen mayores deterioros en los carriles exteriores

cuando la bermas no están pavimentadas

Ejes tándem con una carga aproximadamente igual a 1,5

veces la carga de un eje simple, causaban el mismo deterioro

Ejes tándem con una carga aproximadamente igual a 1,8

veces la de un eje simple, producían igual deflexión máxima

Se estableció la utilidad de las medidas de deflexión en el

desarrollo de métodos de diseño de refuerzos de pavimentos

asfálticos (viga Benkelman)

PRINCIPALES HALLAZGOS DEL WASHO ROAD TEST


AASHO ROAD TEST (1958 - 1960)



El ensayo tuvo por finalidad estudiar el comportamiento de

estructuras de pavimentos de carreteras, de espesores

conocidos, bajo la acción de cargas en movimiento, de

magnitud y frecuencia conocidas

Se construyeron 6 pistas de ensayo, 5 de las cuales fueron

sometidas a tránsito controlado

La información obtenida en esta prueba constituyó un

avance crucial en el conocimiento del diseño estructural, del

comportamiento de los pavimentos, de las equivalencias de

daño entre cargas por eje, etc

AASHO ROAD TEST


AASHO ROAD TEST


Ottawa - Illinois

AASHO ROAD TEST

PAVIMENTOS ASFÁLTICOS

Se construyeron 468 secciones de prueba, de 30 metros cada

una, con transiciones de 5 metros

PAVIMENTOS RÍGIDOS

En total se construyeron 368 secciones. Las de concreto

simple fueron de 36 metros, con juntas transversales de

contracción cada 4.5 metros y varillas de transferencia de

carga. Las secciones de pavimento reforzado tuvieron una

longitud de 72 metros, con juntas transversales de contracción

cada 12 metros y varillas de transferencia de carga. El acero

de refuerzo se colocó 5 cm bajo la superficie


AASHO ROAD TEST


Se presentaba mayor agrietamiento en la estación fría

Las mayores deflexiones se presentaban al comienzo

de la primavera

La velocidad reducía la magnitud de las deflexiones

Se estableció la ―Ley de la Cuarta Potencia‖ sobre

equivalencias en el efecto de las diferentes cargas por eje


PRINCIPALES HALLAZGOS DEL AASHO ROAD TEST


El escalonamiento se produjo en las grietas y en las

juntas sin varillas de transferencia de carga

El ―bombeo‖ es un importante factor de falla y se

presentó con mayor frecuencia a lo largo de los bordes del

pavimento

Los pavimentos de concreto simple con juntas se

deflectan menos que los de concreto reforzado con juntas

El aumento de la velocidad se tradujo en disminuciones

de deformaciones y deflexiones

PAVIMENTOS RÍGIDOS



FENÓMENO DE “BOMBEO” EN PAVIMENTOS RÍGIDOS


http://www.roadrainage.com/InteractPresentation/RoadwayDrainage/rdpage9a.html



Se desarrolló el concepto de serviciabilidad al

usuario, mediante medidas de regularidad longitudinal

del pavimento (SV), la cantidad de áreas agrietadas (C)

y parchadas (P) en pavimentos asfálticos y rígidos y el

ahuellamiento en pavimentos asfálticos (RD)

Los valores de estas medidas fueron agrupados bajo

un término denominado ―índice de servicio presente‖

(ISP ó PSI) que oscila entre 5 (pavimento perfecto) y 0

(pavimento intransitable)



ÍNDICE DE SERVICIO PRESENTE

MINNESOTA ROAD RESEARCH PROJECT (1990)

Efecto del tránsito pesado y de los ciclos climáticos sobre

los materiales y sobre el diseño de pavimentos



Está constituido por dos caminos de ensayo:

—Un tramo real de carretera de 3 millas en la carretera

Interestatal 94

—Una pista cerrada de 2,5 millas sometida a tránsito de

baja intensidad

MINNESOTA ROAD RESEARCH PROJECT (1990)



—Evaluar los efectos de los vehículos pesados sobre

los pavimentos

—Evaluar los efectos de los cambios estacionales

sobre los materiales de construcción

—Mejorar el diseño de pavimentos para vías de bajo

tránsito

MINNESOTA ROAD RESEARCH PROJECT

En total, el proyecto comprendía 40 secciones de

ensayo con 4.572 sensores electrónicos. La

información obtenida ha permitido:


WESTRACK (desde 1996)

Construida para verificar los modelos de predicción de

comportamiento y de los sistemas de diseño de mezclas

SUPERPAVE



Consistió en dos tramos en tangente de 910 metros cada

uno conectados por 2 curvas espirales de 141.5 metros de

radio

La pista tenía 3 kilómetros en total y la prueba se realizó

en 26 secciones en tangente, de 70 metros cada una

WESTRACK (desde 1996)


Objetivo primario de la pista de ensayo

Construida en Carson City (Nevada), con el fin de

desarrollar una especificación de mezclas asfálticas en

caliente relacionada con el comportamiento y brindar una

verificación rápida del método de diseño volumétrico

SUPERPAVE (Nivel 1)

Cargas para la prueba

Cada camión se cargó de manera que representara 10.3

ejes simples equivalentes de 80 kN por pasada


WESTRACK


ESQUEMA DE LA PISTA

WESTRACK


CAMIONES PARA LA PRUEBA

HALLAZGOS INICIALES DEL WESTRACK


Los resultados fueron aleatorios, pues las mezclas gruesas

presentaron mayores ahuellamientos que las finas, para los

contenidos óptimos de asfalto

Los agrietamientos fueron más intensos en mezclas con

bajos contenidos de asfalto y altos contenidos de vacíos

Los resultados permitieron establecer unos modelos

preliminares de predicción de comportamiento

Se comprobó que el consumo de combustible se

incrementa al aumentar la rugosidad del pavimento

NCAT PAVEMENT TEST TRACK (desde 2000)



Su objetivo primario fue comparar el comportamiento

de diferentes mezclas asfálticas a medida que son

sometidas a tránsito real durante el transcurso del

tiempo

Tiene una extensión de 2.8 kilómetros y contiene 46

secciones diferentes de pavimento, debidamente

instrumentadas, ensayadas en 2 ciclos de 10 millones de

ejes equivalentes cada uno

NCAT PAVEMENT TEST TRACK


HALLAZGOS DEL NCAT PAVEMENT TEST TRACK EN 5 AÑOS


Las mezclas finas tipo SUPERPAVE se comportan mejor ante

el ahuellamiento y el agrietamiento que las gruesas

Los ahuellamientos se reducen en más de 50% en clima cálido

cuando el grado de alta temperatura del asfalto (SUPERPAVE) se

incrementa 2 grados sobre lo necesario

No se han establecido correlaciones entre el ahuellamiento y el

módulo de las mezclas asfálticas

No se han establecido correlaciones entre el comportamiento de

los pavimentos y los resultados de los ensayos comunes para

valorar la calidad de los agregados pétreos

Programa de 150 millones de dólares, aprobado por el

Congreso de USA en 1987, para mejorar las carreteras y

hacerlas más seguras

La investigación se condujo en 4 áreas: operaciones

viales, concretos y estructuras, asfaltos y

comportamiento de pavimentos a largo plazo (LTPP)

PROGRAMA SHRP

Strategic Highway Research Program


La investigación sobre asfaltos se tradujo en el

desarrollo del método SUPERPAVE para la

clasificación de asfaltos y el diseño de mezclas

La investigación sobre el comportamiento de los

pavimentos a largo plazo –LTPP– (Long Term

Pavement Performance) intenta establecer una gran

base de datos sobre el comportamiento de los

pavimentos en los Estados Unidos y en los demás

países participantes en el programa

PROGRAMA SHRP

Strategic Highway Research Program


INTRODUCCIÓN AL


DEFINICIONES

PAVIMENTO

Conjunto de capas superpuestas, relativamente

paralelas, de varios centímetros de espesor, de materiales

de diversas características, adecuadamente compactados,

que se construyen sobre la subrasante obtenida por el

movimiento de tierras y que han de soportar las cargas del

tránsito durante varios años sin presentar deterioros que

afecten la seguridad y la comodidad de los usuarios o la

propia integridad de la estructura

Kraemer & Del Val

DEFINICIONES


Proceso por medio del cual se determinan los

componentes estructurales de un segmento vial, teniendo

en cuenta la naturaleza de la subrasante, los materiales

disponibles, la composición del tránsito y las condiciones

del entorno

DEFINICIONES

INGENIERÍA DE PAVIMENTOS

―Es el arte de utilizar materiales que no entendemos

completamente, en formas que no podemos analizar con

precisión, para que soporten cargas que no sabemos

predecir, de tal forma que nadie sospeche de nuestra

ignorancia‖

Matthew W. Witczak

DEFINICIONES

FUNCIONES DE LA ESTRUCTURA DE UN PAVIMENTO

Reducir y distribuir los esfuerzos producidos por las

cargas del tránsito, de manera que no causen daño en la

subrasante

Proporcionar comunicación vehicular entre dos puntos

en todo tiempo

Proporcionar una superficie de rodamiento segura, lisa y

confortable, sin excesivo desgaste

Satisfacer los requerimientos ambientales y estéticos

Limitar el ruido y la polución del aire

Brindar una razonable economía

FASES DEL DISEÑO DE PAVIMENTOS

El diseño de la vía abarca tres etapas:

Diseño geométrico (selección de ruta, alineamiento,

etc.)

Diseño de capacidad (determinación del número de

carriles necesarios para satisfacer la demanda)

Diseño estructural para soportar la acción de las cargas

y del medio ambiente

El diseño estructural abarca tres etapas:

Selección del tipo de pavimento

Determinación de los espesores de las capas

Dosificación de materiales

REQUISITOS DE UNA ESTRUCTURA DE PAVIMENTO

Suficiente espesor para distribuir los esfuerzos en

magnitud apropiada sobre la subrasante

Suficiente resistencia en cada una de sus capas

para soportar las cargas del tránsito vehicular

Impermeabilidad, para evitar la penetración de

agua superficial que pueda debilitar al pavimento

y la subrasante

Adecuada lisura y resistencia al deslizamiento

INTRODUCCIÓN AL


TIPOS DE

PAVIMENTOS

TIPOS DE PAVIMENTOS

PAVIMENTOS

ASFÁLTICOS

PAVIMENTOS

RÍGIDOS

PAVIMENTOS

ARTICULADOS

FLEXIBLES

SEMI-RÍGIDOS

CONCRETO SIMPLE CON JUNTAS

CONCRETO REFORZADO CON JUNTAS

CONCRETO CON REFUERZO CONTINUO

CONCRETO CON REFUERZO ESTRUCTURAL

ADOQUINES DE CONCRETO

ADOQUINES DE ARCILLA

OTROS

TIPOS DE PAVIMENTOS

PAVIMENTO ASFÁLTICO

Pavimento constituido por una capa de rodadura

consistente en un tratamiento o mezcla de materiales

granulares y asfálticos, que se construye sobre una capa

de base granular o estabilizada y una capa de subbase

Si la capa de base es de tipo granular, el pavimento se

llama “flexible”, en tanto que si está constituida por

materiales estabilizados, el pavimento se denomina

“semi – rígido”

TIPOS DE PAVIMENTOS

ESTRUCTURA TÍPICA DE UN PAVIMENTO ASFÁLTICO

TIPOS DE PAVIMENTOS

VISTA GENERAL DE UN PAVIMENTO ASFÁLTICO

TIPOS DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS

MECANISMO DE FUNCIONAMIENTO DE UN PAVIMENTO FLEXIBLE

1. Deformación por compresión Ahuellamiento de las capas asfálticas

2. Deformación por tensión Agrietamiento por fatiga en las capas asfálticas

3. Deformación por compresión Ahuellamiento en base y subbase granular

4. Deformación por compresión Ahuellamiento en la subrasante

MECANISMO DE FUNCIONAMIENTO DE UN PAVIMENTO SEMI-RÍGIDO

1. Deformación por compresión Ahuellamiento en las capas asfálticas

2. Deformación por tensión Agrietamiento por fatiga en la base estabilizada

3. Deformación por compresión Ahuellamiento en la subbase.

4. Deformación por compresión Ahuellamiento en la subrasante

TIPOS DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS

TIPOS DE PAVIMENTOS

PAVIMENTO RÍGIDO

Pavimento constituido por un conjunto de losas de

concreto de cemento portland que se pueden construir

directamente sobre la subrasante preparada o sobre una

capa intermedia de apoyo (base o subbase), elaborada

con materiales granulares o estabilizados o con un

concreto pobre

TIPOS DE PAVIMENTOS

ESTRUCTURA TÍPICA DE UN PAVIMENTO RÍGIDO

TIPOS DE PAVIMENTOS

VISTA GENERAL DE UN PAVIMENTO RÍGIDO

TIPOS DE PAVIMENTOS DE CONCRETO HIDRÁULICO

PAVIMENTO DE CONCRETO SIMPLE CON JUNTAS

Contiene suficientes juntas para controlar todas las

grietas previsibles

Este tipo de pavimento no contiene acero de refuerzo

Puede llevar varillas lisas en las juntas transversales y

varillas corrugadas en las juntas longitudinales

El espaciamiento entre juntas transversales oscila

entre 4.5 y 7.5 metros


PAVIMENTO DE CONCRETO SIMPLE CON JUNTAS

PAVIMENTO DE CONCRETO REFORZADO CON JUNTAS

La longitud de las losas oscila entre 7.5 y 15 metros,

motivo por el cual requieren acero de refuerzo para

mantener unidas las fisuras transversales que se

desarrollan

El acero de refuerzo no tiene por función tomar

esfuerzos de tensión producidos por las cargas del

tránsito

La cantidad requerida de acero es pequeña, del orden

de 0.1% a 0.2% de la sección transversal del pavimento

Son poco utilizados en la actualidad


PAVIMENTO DE CONCRETO REFORZADO CON JUNTAS


CONSTRUCCIÓN DE PAVIMENTO DE CONCRETO

REFORZADO CON JUNTAS


No requieren juntas transversales de contracción a

intervalos regulares

Contienen mayores cuantías de acero de refuerzo,

generalmente de 0.5 % a 0.8 % del área transversal del

pavimento

El acero intenta forzar el agrietamiento a intervalos

pequeños, de 1 a 2 metros y mantiene firmemente

unidas las grietas que se forman


PAVIMENTOS DE CONCRETO CON REFUERZO CONTINUO

PAVIMENTOS DE CONCRETO CON REFUERZO CONTINUO


PAVIMENTOS DE CONCRETO CON REFUERZO

ESTRUCTURAL

En estos pavimentos el acero asume tensiones de

tracción y compresión, de manera que es posible reducir

el espesor de las losas

Se utilizan principalmente en pisos industriales, donde

las losas deben resistir cargas de gran magnitud

Las dimensiones de las losas son similares a las de los

pavimentos de concreto simple, y el acero no debe

atravesar la junta transversal para evitar la aparición de

fisuras


PAVIMENTOS DE CONCRETO CON REFUERZO

ESTRUCTURAL


TIPOS DE PAVIMENTOS

PAVIMENTO ARTICULADO

Pavimento cuya capa de rodadura está constituida por

un conjunto de pequeños bloques prismáticos que se

ensamblan de manera que formen una superficie

continua, los cuales se apoyan sobre una capa de arena

que, a su vez, se encuentra sobre una capa de base

(granular o estabilizada) y sobre una capa de subbase,

generalmente granular

TIPOS DE PAVIMENTOS

ESTRUCTURA TÍPICA DE UN PAVIMENTO ARTICULADO

TIPOS DE PAVIMENTOS

VISTA GENERAL DE UN PAVIMENTO ARTICULADO

INTRODUCCIÓN AL


FACTORES QUE

AFECTAN EL DISEÑO Y

EL COMPORTAMIENTO

DE LOS PAVIMENTOS

FACTORES QUE AFECTAN EL DISEÑO DE PAVIMENTOS

FACTORES QUE AFECTAN EL COMPORTAMIENTO

DE LOS PAVIMENTOS

PAVIMENTOS ASFÁLTICOS VS PAVIMENTOS RÍGIDOS

PROS Y CONTRAS

PAVIMENTOS DE AEROPISTAS VS

PAVIMENTOS DE CARRETERAS

AEROPISTAS CARRETERAS

Menor número de repeticiones de

carga

Mayor número de repeticiones de

carga

Mayores presiones de inflado Menores presiones de inflado

Mayor magnitud de carga Menor magnitud de carga

No suelen presentar deterioros en

los bordes de los pavimentos

asfálticos

Presentan deterioros de

importancia en los bordes de los

pavimentos asfálticos

Requieren mayores espesores Requieren menores espesores

PAVIMENTOS DE AEROPISTAS VS

PAVIMENTOS DE CARRETERAS

PAVIMENTO RÍGIDO

DE AEROPISTA

PAVIMENTO RÍGIDO

DE CARRETERA

MARCO GENERAL DEL DISEÑO DE PAVIMENTOS

ESFUERZOS Y

DEFORMACIONES EN


CONTENIDO

Introducción

Sistemas de capas de comportamiento elástico

Modelos elásticos no lineales

Modelos viscoelásticos

Método de los elementos finitos

Método de los elementos discretos

Conceptos fundamentales de diseño

INTRODUCCIÓN

ESFUERZOS Y DEFORMACIONES

EN PAVIMENTOS ASFÁLTICOS

INTRODUCCIÓN

Desde los años 60, el método empírico – analítico ha ido

ganando popularidad entre los ingenieros de pavimentos

Este método emplea propiedades físicas fundamentales y un

modelo teórico para predecir las respuestas del pavimento

(esfuerzos, deformaciones y deflexiones) ante las cargas del

tránsito

Aunque las respuestas de los materiales difieran de las

asunciones de la teoría, el conocimiento de ésta es indispensable

para reconocer los factores fundamentales en los cuales se basan

los diseños de pavimentos

RESPUESTA DE UN PAVIMENTO ASFÁLTICO ANTE LAS

CARGAS DEL TRÁNSITO

RESPUESTA DE UN PAVIMENTO ASFÁLTICO ANTE LAS

CARGAS DEL TRÁNSITO

INTRODUCCIÓN

La manera más elemental de caracterizar el

comportamiento de un pavimento asfáltico bajo cargas, es

considerando un semi espacio homogéneo

Un semi espacio tiene un área infinitamente grande y una

profundidad infinita con una superficie plana sobre la cual

se aplican las cargas

La teoría elástica se puede usar para determinar esfuerzos,

deformaciones y deflexiones

INTRODUCCIÓN

CARACTERIZACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE UN


SISTEMAS DE CAPAS DE

COMPORTAMIENTO

ELÁSTICO



SISTEMA DE UNA CAPA

Placa circular flexible

Cuando una carga se aplica sobre un área circular, los

valores críticos de esfuerzo, deformación y deflexión

ocurren en el eje de simetría bajo el centro del área

circular

La carga aplicada a un pavimento por un neumático es

similar a un placa flexible con radio ―a‖ y presión de

contacto uniforme ―q‖.

SISTEMA DE UNA CAPA


ESFUERZOS BAJO EL CENTRO DE LA PLACA

es independiente de E y , y es independiente de E

SISTEMA DE UNA CAPA


DEFORMACIONES BAJO EL CENTRO DE LA PLACA

SISTEMA DE UNA CAPA


DEFLEXIONES BAJO EL CENTRO DE LA PLACA

SISTEMA DE UNA CAPA


Ejemplo

Determinar la deflexión en la superficie (z = 0) y el

esfuerzo vertical a 0.30 metros bajo el centro de una

carga circular, de acuerdo con la siguiente

información:

—Magnitud de la carga = 40,000 N

—Radio de la placa = 0.15 m

— m = 0.5

— E = 4*107 N/m2

SISTEMA DE UNA CAPA


CONCEPTO DE LOS SISTEMAS MULTICAPAS

SISTEMA ELÁSTICO MULTICAPA GENERALIZADO


El material de cada capa es homogéneo, isotrópico ylinealmente elástico y está caracterizado por su móduloelástico (E) y su relación de Poisson (μ)

El peso del material es despreciable

Con excepción de la inferior, todas las capas tienen espesorfinito

Las capas son infinitas lateralmente y no tienen juntas nigrietas

Hay fricción completa en las interfaces

No existen fuerzas cortantes en la superficie

Se aplica una presión uniforme a través de un área circular

SUPOSICIONES BÁSICAS PARA LA SOLUCIÓN ANALÍTICA DE

LOS ESTADOS DE ESFUERZOS Y DEFORMACIONES


Los materiales de los pavimentos sólo responden

linealmente en los bajos rangos de esfuerzos

La respuesta de los materiales no es no – viscosa. Las

mezclas asfálticas son materiales visco-elásticos

No todas las deformaciones son recuperables. Los

materiales de los pavimentos requieren tiempo para

recuperar totalmente las deformaciones

Algunas deformaciones plásticas se van acumulando

tras la aplicación repetida de cargas

LIMITACIONES

EVOLUCIÓN DE LAS SOLUCIONES MULTICAPA

DOS CAPAS (Carga circular)

Cálculo de esfuerzos, deformaciones y desplazamientos en función

de z/a y r/a (Burmister, 1943)

TRES CAPAS (Carga circular)

Expresiones analíticas para cálculo de esfuerzos y desplazamientos

(Burmister, 1945)

Tablas para determinar esfuerzos normales y radiales en la

intersección del eje de carga con las interfaces (Acum y Fox, 1951)

Soluciones gráficas para el cálculo de los esfuerzos verticales

(Peattie, 1962)

n CAPAS (Carga circular)

Huang, 1967

SISTEMA DE DOS CAPAS

Pavimento de espesor pleno de concreto asfáltico

Los esfuerzos y deflexiones dependen de la relación

modular de las capas (E1/E2) y de la relación de espesor

(h1/a)

El esfuerzo vertical decrece con el incremento de la

relación modular

Para un determinada presión de contacto, el esfuerzo

vertical aumenta con el radio de contacto y con la

disminución del espesor de la capa superior



CURVAS DE INFLUENCIA DE ESFUERZOS EN SISTEMAS DE DOS CAPAS

(D. M. BURMISTER)



FACTORES DE DEFLEXIÓN SUPERFICIAL PARA SISTEMAS DE DOSCAPAS

(BURMISTER)



FACTOR DE DEFLEXIÓN (F) DE LA INTERFAZ PARA SISTEMAS DE DOS CAPAS

(HUANG)



Ejemplo

Calcular la deflexión superficial y en la interfaz de

las dos capas, bajo el centro de una llanta de impronta

circular, de acuerdo con los siguientes datos:

— Radio huella = 0.15 metros

— Presión de contacto = 5.6*105 N/m2

— Espesor capa superior (h1) = 0.30 metros

— Módulo capa superior (E1 ) = 3*108 N/m2

—Módulo capa inferior( E2 ) = 6*107 N/m2



Solución

SISTEMA DE TRES CAPAS


Existen soluciones tabulares para el cálculo de esfuerzos

horizontales (Jones, 1962)

Existen soluciones gráficas para el cálculo de los

esfuerzos verticales, elaboradas a partir de las tablas de

Jones (Peattie, 1962)

Las tablas y figuras se desarrollaron para un valor μ =

0.5 en todas las capas


TABLAS DE JONES

Las tablas de Jones suministran valores de factores de

esfuerzos como diferencia de esfuerzos (ZZ1 – RR1) (ZZ2 –

RR2) (ZZ2 – RR3), con los cuales se pueden calcular los

esfuerzos horizontales:

sz1- sR1 = q*(ZZ1-RR1)



Conociendo y se puede determinar la deformación

horizontal en el fondo de la capa 1

ε = ( - )/2E1

para μ = 0.5


EJEMPLO DE TABLA DE JONES PARA CÁLCULO DE ESFUERZOS HORIZONTALES


GRAFICAS DE PEATTIE

Las gráficas de Peattie suministran valores de factores

de esfuerzos (ZZ1 y ZZ2), con los cuales se calculan los

esfuerzos verticales:

sz1 = q*(ZZ1)

sz2 = q*(ZZ2)


GRAFICAS DE PEATTIE


Ejemplo:

Calcular los esfuerzos verticales (sz1, sz2 ) para una

estructura de tres capas, de las siguientes

características:

—h1 = 0.075 m

—h2 = 0.30 m

—E1 = 4*109 N/m2

—E2 =2 *108 N/m2

—E3 = 1*108 N/m2

—Presión de contacto =540 kPa

—Radio área cargada = 0.15 metros


Solución:

Cálculo de parámetros de entrada:

— K1 = E1 / E2 = 4*109 / 2*108 =20

— K2 = E2 / E3 = 2*108 / 1*108 = 2

—A1 = a / h2 = 0.15 / 0.30 =0.5

— H = h1 / h2 = 0.075 / 0.30 = 0.25

Determinación de parámetros ZZ1 y ZZ2 (GRÁFICA)

ZZ1 = 0.47 ZZ2 = 0.10

Cálculo de esfuerzos verticales

= 0.47*540 = 253.8 kPa

= 0.10 *540 = 54.0 kPa

SISTEMAS MULTICAPAS

La extensión lógica de las soluciones para

los sistemas de capas fue el desarrollo de

programas de cómputo para facilitar los

cálculos y brindar mayores posibilidades en

relación con las características de los

materiales y la configuración de las cargas

SISTEMAS MULTICAPAS

Ejemplos de programas de cómputo:

BISAR (permite especificar parámetros de

fricción y cargas horizontales)

ELSYM 5 (permite modelar ruedas múltiples y

puede analizar hasta 5 capas)

KENLAYER (permite modelar capas elásticas

lineales, elásticas no lineales y viscosas. Acepta ruedas

múltiples y la fricción entre capas puede ser modelada.

Permite estructuras hasta de 19 capas)

SISTEMAS MULTICAPAS

DATOS DE ENTRADA USUALMENTE REQUERIDOS POR LOS

PROGRAMAS DE CÓMPUTO

Propiedades de los materiales de cada capa:

· Módulo de elasticidad

· Relación de Poisson

Espesores de las diferentes capas

Condiciones de las cargas (2 de las 3 citadas):· Magnitud de la carga por neumático

· Radio de la impronta

· Presión de contacto

Número de cargas

Localización de las cargas sobre la superficie (coordenadas x, y)

Localización de los puntos de análisis de esfuerzos y deformaciones

(coordenadas x, y, z)

SISTEMAS MULTICAPAS

TEORÍA ELÁSTICA vs REALIDAD

Las suposiciones en las cuales se basa la teoría elástica no se

cumplen a cabalidad en los materiales y en las estructuras de los

pavimentos

TEORÍA ELÁSTICA REALIDAD

•Carga estática

•Continuidad en los materiales

•Homogeneidad

•Isotropía

•Relación lineal esfuerzo-

deformación

•Deformaciones elásticas

•Carga dinámica

•Discontinuidad en los materiales

•No homogeneidad

•Anisotropía

•Relación compleja esfuerzo-

deformación

•Deformaciones elásticas, plásticas,

viscosas y visco elásticas.

OTROS MÉTODOS DE ANÁLISIS DE


MODELOS ELÁSTICOS NO LINEALES

MODELOS VISCOELÁSTICOS

ELEMENTOS FINITOS

ELEMENTOS DISCRETOS

MODELOS

ELÁSTICOS NO

LINEALES




COMPORTAMIENTO ELÁSTICO NO LINEAL

La descarga sigue la

misma trayectoria que la

carga, pero la relación entre

el esfuerzo vertical y la

deformación vertical no es

constante, sino que depende

de la magnitud del esfuerzo

aplicado.


Los módulos elásticos de los materiales de los

pavimentos son función del estado de esfuerzos al cual se

encuentran sometidos

Las deformaciones y

deflexiones en un semi

espacio de comportamiento

elástico no lineal se pueden

calcular con la fórmula de

Boussinesq, sustituyendo el

módulo con una función no

lineal del esfuerzo principal

mayor (s1)


MODELOS

VISCOELÁSTICOS




Las deformaciones de pavimentos bajo carga raras

veces son totalmente elásticas.

A menudo contienen componentes viscosa,

viscoelástica o plástica en adición a la elástica.


ESFUERZO CÍCLICO Y CURVAS DE DEFORMACIÓN VS

TIEMPO PARA VARIOS MATERIALES

Para los materiales elásticos no hay retraso entre la

tensión de corte aplicada y la respuesta de la

deformación de corte (δ =0)




Para los materiales totalmente viscosos la respuesta

de la deformación está totalmente desfasada de la

tensión aplicada (δ =90º)




Los materiales visco-elásticos tienen δ entre 0 y 90

dependiendo de la temperatura de ensayo (a mayor

temperatura, mayor δ)

Un material elástico se caracteriza con un resorte

que obedece la ley de Hooke, la cual afirma que el

esfuerzo es proporcional a la deformación, siendo la

constante de proporcionalidad el módulo elástico


MODELOS BÁSICOS

s E


MODELOS BÁSICOS

Un material viscoso se caracteriza por medio de un

amortiguador que obedece la ley de Newton, de

acuerdo con la cual el esfuerzo es proporcional a la

velocidad de fluir, siendo la constante de

proporcionalidad la viscosidad

dt

ds

MODELO DE MAXWELL

Si un elemento presentara sólo elasticidad instantánea y

fluencia viscosa simple, su comportamiento bajo tensión

constante se podría representar por:


MODELO DE MAXWELL

El esfuerzo es el mismo en los dos elementos, y la

deformación, que se incrementa linealmente con el

tiempo de carga, es la suma de las deformaciones en los

elementos elástico y viscoso

Al liberar la carga se recupera inmediatamente la parte

elástica de la deformación, pero se conserva la

deformación dependiente del tiempo, la cual es

irrecuperable


MODELO DE MAXWELL


MODELO DE KELVIN

Los materiales pueden presentar efectos elásticos

dependientes del tiempo

En el modelo de Kelvin la deformación de los elementos es

la misma, pero el esfuerzo total es la suma de los esfuerzos en

el elemento elástico y en el elemento viscoso


dt

dE

s

Si se aplica un esfuerzo constante:

t dt

E

d

00 s

MODELO DE KELVIN

En tal caso, el comportamiento del material bajo

tensión constante se podría representar por:


MODELO DE KELVIN

La deformación de los elementos es la misma,

aproximándose asintóticamente con el tiempo al valor

ζ/E, y la fuerza externa es la suma de las fuerzas en los

elementos

Cuando la carga se libera, el modelo vuelve a su

posición original (luego de mucho tiempo); por ello se

llama de “elasticidad retardada”


MODELO DE KELVIN


MODELO DE BURGERS

Muchos materiales de pavimentos, como las mezclas

asfálticas a elevadas temperaturas y los suelos muy

cohesivos, no siguen los casos ideales y se han

desarrollado combinaciones de ellos para simular su

respuesta

En el modelo de Burgers, la deformación bajo tensión

constante es la suma de las deformaciones de la parte

Maxwell y la parte Kelvin


MODELO DE BURGERS


MODELO SHRP

(Strategic Highway Research Program)

Las propiedades visco-elásticas del asfalto se

caracterizan mediante el reómetro de corte dinámico

Se mide el módulo complejo en corte (G*) y el ángulo

de fase (δ) sometiendo una muestra de ligante a

tensiones de corte oscilante

La respuesta de la deformación específica de corte de

la muestra está desfasada un cierto intervalo de tiempo

(Δt) en relación con la tensión aplicada


MODELO SHRP

(Strategic Highway Research Program)

El retraso de la fase (ángulo de fase) se obtiene

multiplicando el retraso en tiempo por la frecuencia

angular [δ =w(Δt)]

El módulo complejo se establece mediante la relación

entre la tensión de corte máxima y la máxima

deformación de corte resultante (G*= ηMáx/ γMáx)


MODELO SHRP

Para los materiales elásticos no hay retraso entre la

tensión de corte aplicada y la respuesta de la

deformación de corte (δ =0)

Para los materiales totalmente viscosos la respuesta

de la deformación está totalmente desfasada de la

tensión aplicada (δ =90º)

Los materiales visco-elásticos tienen δ entre 0 y 90

dependiendo de la temperatura de ensayo (a mayor

temperatura, mayor δ)


MODELO SHRP

La especificación SHRP de ligantes controla el

stiffness del asfalto mediante las relaciones G*/sen δ

(altas temperaturas de servicio) y G*sen δ (temperaturas

medias)

Controlando el stiffness a altas temperatura de

servicio se busca que el ligante provea su mayor aporte

a la resistencia global al corte de la mezcla en términos

de elasticidad

Controlándolo a temperaturas medias de servicio se

busca que el ligante no contribuya a la fisuración por

fatiga


MÉTODO DE LOS

ELEMENTOS

FINITOS



MÉTODO DE ELEMENTOS FINITOS

Método de análisis numérico que permite obtener

soluciones aproximadas en una amplia variedad de

problemas de ingeniería

El método se usa para dividir un medio continuo

(por ejemplo el volumen de un pavimento) en un gran

número de pequeños volúmenes discretos con el fin

de obtener una solución numérica aproximada para

cada volumen, en lugar de una solución exacta para

todo el volumen

PASO 1 – DISCRETIZAR EL MEDIO DE INTERÉS

El medio pavimento-subrasante se divide en un número de

elementos de formas geométricas simples, denominados

elementos finitos, con las cargas de las ruedas en la parte

superior

ANÁLISIS DE ELEMENTOS FINITOS

PARA UN PROBLEMA DE PAVIMENTOS



PASO 2 – DETERMINAR LAS

CARACTERÍSTICAS DE CADA ELEMENTO

Se asignan ―nodos‖ a cada elemento y se escoge una

función para interpolar la variación de la variable sobre

el elemento discreto

A partir de los elementos y de sus funciones de

interpolación, se desarrolla una expresión matricial

(matriz elemental) para relacionar las fuerzas con los

desplazamientos en las esquinas de cada elemento

PASO 2 – DETERMINAR LAS CARACTERÍSTICAS

DE CADA ELEMENTO (cont.)

k11 es la fuerza horizontal en el nodo ―i‖ causada por un

desplazamiento (virtual) de 1 en el nodo ―i‖, k12 es la

fuerza horizontal causada por un desplazamiento

horizontal de 1 en el nodo ―j‖, etc



i

k

j

i

k

j

i

k

j

i

k

j

i

vkfo

v

v

v

u

u

u

kkkkkk

kkkkkk

kkkkkk

kkkkkk

kkkkkk

kkkkkk

V

V

V

H

H

H

*

666564632616

565554532515

464544432414

363534332313

262524232212

161514131211

PASO 3 – ENSAMBLAR LAS ECUACIONES

ELEMENTALES

Las matrices elementales se ensamblan para formar un

conjunto de ecuaciones algebraicas que describen el

problema global (matriz global)

PASO 4 – INCORPORAR CONDICIONES DE

BORDE

Se incorporan condiciones de borde dentro de la matriz

global (fondo y lados de la región de análisis escogida)



VKF

PASO 5 – RESOLVER SISTEMA DE

ECUACIONES ALGEBRAICAS

El conjunto de ecuaciones algebraicas es resuelto

mediante un método matricial adecuado a través de un

programa de cómputo que provee los desplazamientos en

todos los nodos y determinando, a partir de ellos, los

esfuerzos y deformaciones en los elementos, así como

sus direcciones



SALIDAS DE UN ANÁLISIS POR EL MÉTODO DE

ELEMENTOS FINITOS

Las salidas son las mismas que las del análisis

mediante un modelo elástico multicapa:

Esfuerzo – la intensidad de las fuerzas

internamente distribuidas en diferentes puntos de la

estructura del pavimento

Deformación – el desplazamiento unitario a causa

del esfuerzo

Deflexión – Cambio lineal en una dimensión



El programa brinda representaciones visuales de los

diferentes valores de salida



DIAGRAMA TRIDIMENSIONAL DE DEFORMACIONES CORTE DIAGRAMA DE DEFORMACIONES

MÉTODO DE LOS

ELEMENTOS

DISCRETOS



MÉTODO DE LOS ELEMENTOS DISCRETOS

El método de los elementos finitos no es muy

satisfactorio en la simulación de los procesos en los

cuales aparece fractura o fragmentación

Los materiales granulares no constituyen un campo

continuo, pues están conformados por un conjunto de

múltiples partículas de tamaño variado

El comportamiento del material granular es complejo.

A veces se comporta como sólido (se deforma ante

cargas), a veces como líquido (se derrama y puede fluir)

y a veces como gas (se puede comprimir hasta cierto

límite y está formado por partículas sin enlace)

MÉTODO DE LOS ELEMENTOS DISCRETOS

Hay desplazamientos de traslación y rotación de los

granos ante los esfuerzos

La deformación de los materiales granulares es

dominada por el desplazamiento de las partículas y por

deslizamiento sobre las demás

Para tratar con la mecánica de los materiales

conformados por partículas independientes, se han

desarrollado programas de cómputo de elementos

discretos (Ejemplo: BALL, TRUBAL)

REGLA GENERAL

Si un modelo simple permite predecir la respuesta de

un pavimento razonablemente bien, es preferible a un

modelo complejo

El modelo complejo sólo es recomendable si

produce un mejoramiento sustancial en las

predicciones de respuesta

COROLARIO

CONCEPTOS

FUNDAMENTALES

DE DISEÑO



CONCEPTOS FUNDAMENTALES DE DISEÑO

ESFUERZO VERTICAL DE COMPRESIÓN

SOBRE LA SUBRASANTE

El valor del esfuerzo vertical sobre el suelo decrece

con el incremento de:

— El espesor de las capas asfálticas

— El módulo elástico de las capas asfálticas

— El espesor de las capas granulares

— El módulo elástico de las capas granulares. Su

incidencia es mayor que la del módulo de las

capas asfálticas


ESFUERZO HORIZONTAL EN EL FONDO DE LA

CAPA DE BASE (SISTEMA TRICAPA)

El esfuerzo de tensión aumenta:

—Al aumentar el módulo de la base

—Al reducir el espesor de las capas asfálticas

Nota

De todas maneras, en una capa de base ligada

hidráulicamente, si su módulo elástico es muy bajo, el

esfuerzo de tensión puede superar la resistencia a la

flexión del material, produciendo el agrietamiento de la

capa


ESFUERZO VERTICAL DE COMPRESIÓN

SOBRE LA CAPA DE BASE

El valor del esfuerzo se incrementa:

—Al aumentar el espesor de la base, manteniendo

constante el espesor de las capas asfálticas

—Al aumentar el módulo de la capa de base

—Al disminuir el módulo elástico de la subrasante


ESFUERZO HORIZONTAL EN LA PARTE

SUPERIOR DE LA CAPA DE BASE

El esfuerzo horizontal es compresivo cuando el espesor

de las capas asfálticas es delgado

El esfuerzo horizontal de compresión se incrementa al

aumentar el módulo de la base

El esfuerzo horizontal de compresión aumenta si el

espesor o el módulo de las capas asfálticas disminuye

La combinación de esfuerzos de compresión

horizontales y verticales no conduce a la falla de la base,

a no ser que la capa sea inusualmente débil


ESFUERZO HORIZONTAL EN LA FIBRA

INFERIOR DE LAS CAPAS ASFÁLTICAS

Cuando el módulo elástico de la base es mayor que el de

las capas asfálticas, el esfuerzo horizontal en el fondo de

éstas es de compresión

Cuando el módulo de la base es menor, el esfuerzo es de

tensión y crece a medida que el módulo de la base es más

bajo

El esfuerzo de tensión se incrementa al disminuir el

espesor de las capas asfálticas


ESFUERZO HORIZONTAL EN LA FIBRA

INFERIOR DE LAS CAPAS ASFÁLTICAS

(CONTINUACIÓN)

El esfuerzo horizontal se incrementa al aumentar el

módulo de las capas asfálticas

El esfuerzo es particularmente alto si se combinan una

baja relación de espesores de las capas superiores (h1/h2 <

2) y una alta relación modular entre ellas (E1/E2)


EFECTO DE FACTORES EXTERNOS

Para una carga total fija, un aumento en la presión de

contacto genera mayores esfuerzos verticales en las

capas superiores, pero el efecto es despreciable a

mayores profundidades

Si la presión de contacto es constante, un aumento en

la carga total genera mayores esfuerzos verticales a

cualquier profundidad


EFECTO DE FACTORES EXTERNOS

(CONTINUACIÓN)

Los esfuerzos verticales a cualquier profundidad se

reducen al aumentar la velocidad de aplicación de la

carga

El esfuerzo vertical sobre la subrasante se incrementa

al aumentar la temperatura, debido a que disminuye el

módulo de las capas asfálticas


DEFLEXIÓN

La mayor parte de la deflexión es causada por la

compresión elástica de la subrasante (70% - 90%)

El aumento en el espesor o en el módulo de las capas

superiores reduce la deflexión total

La reducción es más importante con el aumento del

módulo que con el aumento en el espesor

La estabilización de la subrasante reduce las

deflexiones, debido al incremento modular

En general, los mismos factores que hacen decrecer

los esfuerzos verticales de compresión sobre la

subrasante, hacen disminuir la deflexión

ESFUERZOS EN PAVIMENTOS

RÍGIDOS

CONTENIDO

Introducción

Esfuerzos producidos por cambios de temperatura

Esfuerzos producidos por cambios de humedad

Esfuerzos producidos por las cargas del tránsito

Presencia de acero en el pavimento rígido

Método de los elementos finitos

INTRODUCCIÓN

ESFUERZOS EN PAVIMENTOS RÍGIDOS


Cambios de temperatura

—Alabeo por gradiente térmico

—Contracción durante el fraguado

—Expansión y contracción por cambios uniformes de

temperatura

Cambios de humedad

Cargas del tránsito

Otros (bombeo, cambios volumétricos del soporte)

FACTORES QUE CONTRIBUYEN AL DESARROLLO

DE ESFUERZOS EN PAVIMENTOS RÍGIDOS

ESFUERZOS

PRODUCIDOS POR

CAMBIOS DE

TEMPERATURA


Al cambiar la temperatura ambiente durante el día,

también cambia la temperatura del pavimento

Este ciclo térmico crea un gradiente térmico en la losa

El gradiente produce un alabeo en la losa

El peso propio de la losa y su contacto con la superficie

de apoyo restringen el movimiento, generándose

esfuerzos

Dependiendo de la hora del día, estos esfuerzos se

pueden sumar o restar de los efectos producidos por las

cargas del tránsito

ALABEO POR GRADIENTE TÉRMICO

FÓRMULAS DE BRADBURY

2

*** tECt

21

21

2

**

CCtEt

l

atEt

)1(3

**

Borde de la losa

Interior de la losa

Esquina de la losa



Notas

1.Debido a que Ci es inversamente proporcional al

módulo de reacción del soporte (k), los esfuerzos por

alabeo se incrementan cuando el soporte es muy

rígido, ya que éste no puede asumir el contorno del

pavimento

2. Como Ci es directamente proporcional a la longitud

de la losa, el aumento de ésta incrementa los esfuerzos

por alabeo térmico


t Esfuerzo en el sitio considerado

E Módulo elástico del concreto

Coeficiente de dilatación térmica del concreto (0.000005/ºF)

t Diferencia de temperatura entre las dos caras de la losa (gradiente)

C Coeficiente que depende de la longitud de la losa y del radio de rigidez relativa

C1 Coeficiente en la dirección en la cual se calcula el esfuerzo

C2 Coeficiente en la dirección perpendicular a C1

Relación de Poisson del concreto

a Radio del área cargada en el borde de la losa

l Radio de rigidez relativa


SIGNIFICADO DE LOS TÉRMINOS DE LAS FÓRMULAS


CARTA DE BRADBURY PARA LA DETERMINACIÓN DE C, C1 Y C2


RADIO DE RIGIDEZ RELATIVA

(Westergaard)

Mide la rigidez de la losa de concreto respecto del

suelo de soporte


h = espesor de la losa

k = módulo de reacción del soporte

EJEMPLO DE CÁLCULO DE ESFUERZOS POR ALABEO

Calcular los diferentes esfuerzos de alabeo para las

siguientes condiciones:

k 200 pci

t 3ºF/pulgadas

0.000005/ºF

E 5,000,000 psi

0.15

a 5.9 pulgadas

h 9.0 pulgadas

Long. losa (Bx) 14 pies

Ancho losa (By) 12 pies



Solución


Cálculo de los esfuerzos



El ejemplo muestra que los esfuerzos por alabeo

pueden superar a los producidos por las cargas del

tránsito

Sin embargo, dichos esfuerzos no se consideran en el

instante de determinar el espesor del pavimento

La filosofía que gobierna el diseño es que las juntas y

el acero se emplean para aliviar o cuidar los esfuerzos

por alabeo, y el espesor se determina con base en las

cargas del tránsito

CONSIDERACIONES SOBRE LOS ESFUERZOS POR ALABEO

EN EL DISEÑO ESTRUCTURAL DEL PAVIMENTO


CONTRACCIÓN DURANTE EL FRAGUADO

La fricción entre la losa y la fundación, debido a la

caída de temperatura durante el fraguado de concreto,

produce esfuerzos en el concreto y en la armadura que

contenga

El diseño de la armadura de refuerzo de un

pavimento rígido se basa en la consideración de los

esfuerzos de fricción

CONTRACCIÓN DURANTE EL FRAGUADO

c = (γc)(L)(fa)/2

L = longitud de la losa

γc = peso unitario del concreto

fa = coeficiente de fricción entre la losa y la subrasante

(generalmente 1.5)

ESFUERZOS DEBIDOS A FRICCIÓNCONTRACCIÓN DURANTE EL FRAGUADO

Ejemplo

Determinar el esfuerzo máximo de contracción en una

losa de pavimento rígido de 30 pies de longitud y peso

unitario de 150 libras/pie3, si fa = 1.5

Solución

Nota:

Los esfuerzos friccionales sólo son importantes en losas

de gran longitud

EXPANSIÓN Y CONTRACCIÓN DE LAS LOSAS

Las aberturas de las juntas cambian a causa de los

cambios de temperatura, alterando las condiciones de

transferencia de carga

Las características de contracción controlan la abertura

de las juntas transversales del pavimento

El material que se coloque para sellar las juntas deberá

ser capaz de soportar, sin despegarse, los movimientos

del concreto cuando ocurra la máxima contracción

L = abertura de la junta o cambio en la longitud de la losa.

(Si L >1 mm, se requieren varillas de transferencia

de carga)

C = factor de ajuste debido a la fricción entre losa y soporte

(0.65 para subbase estabilizada y 0.80 para subbase

granular)

L = longitud de la losa (espacio entre juntas)

= coeficiente de dilatación del concreto (aprox. 0.00001/°C)

T = rango máximo de diferencia de temperatura

= coeficiente de contracción del concreto (depende de la

resistencia a la tracción indirecta)


L = CL ( T + )


VALORES DEL COEFICIENTE DE CONTRACCIÓN (δ)

(Experiencias de SIKA Colombia)

Ejemplo

Calcular el movimiento de la junta transversal de una

losa de 4.00 m de longitud, colocada sobre una subbase

granular (C=0.8) , si T = 25 ºC y = 0.00025

Solución

L = (0.80)(4)(1,000) (0.00001*25 + 0.00025)

L = 1.6 mm


L = CL ( t + )

Sensibilidad al coeficiente de contracción (δ)

Si éste fuese constante, la relación es directa y lineal


SENSIBILIDAD DE LA ABERTURA DE LA JUNTA (ΔL) A

LAS DIVERSAS VARIABLES

Sensibilidad al coeficiente de contracción (δ)

Si éste varía con la edad del concreto como indican los

resultados de SIKA Colombia, la relación toma otra forma




Sensibilidad al cambio de temperatura (ΔT)

La relación es lineal y directa




Sensibilidad a la longitud de la losa

A igualdad de los demás factores, si la longitud aumenta,

la abertura de la junta por retracción también aumenta




ESFUERZOS

PRODUCIDOS POR

CAMBIOS DE

HUMEDAD


ESFUERZOS PRODUCIDOS POR

CAMBIOS DE HUMEDAD

ALABEO POR CAMBIOS DE HUMEDAD

El alabeo también se produce por cambios de

humedad en la losa

Estos esfuerzos suelen ser opuestos a los producidos

por cambios cíclicos de temperatura

En climas húmedos, la humedad de las losas es

relativamente constante

En climas secos, la superficie se encuentra más seca

que el fondo

ALABEO POR CAMBIOS DE HUMEDAD


CAMBIOS DE HUMEDAD

ESFUERZOS

PRODUCIDOS POR

LAS CARGAS DEL

TRÁNSITO


LOCALIZACIONES CRÍTICAS DE CARGA

Interior: Ocurre cuando la carga es aplicada en el

interior de la superficie de la losa, lejana a los bordes

Borde: Ocurre cuando la carga es aplicada en el borde

de la superficie de la losa, lejana a las esquinas

Esquina: Ocurre cuando el centro de la carga está en la

bisectriz del ángulo de la esquina


LAS CARGAS DEL TRÁNSITO



FÓRMULAS DE WESTERGAARD ( =0.15)

* La presencia del término h2 en el denominador de las 3 fórmulas, sugiere que el

espesor de la losa es crítico en la reducción de esfuerzos por carga a niveles

aceptables

FÓRMULAS DE WESTERGAARD



SUPOSICIONES PARA LAS FÓRMULAS DE

WESTERGAARD

La losa actúa como un sólido homogéneo,

isotrópico y elástico en equilibrio

La losa tiene sección transversal uniforme

Todas las fuerzas son normales a la superficie

No hay fuerzas friccionales o de corte



SUPOSICIONES PARA LAS FÓRMULAS DE

WESTERGAARD

El eje neutro se encuentra en la mitad de la losa

La deformación por corte es despreciable

La losa se considera infinita para carga en el interior

y semi – infinita para carga en el borde

La carga se aplica sobre un área circular



Ejemplo

Determinar los esfuerzos críticos por carga para los

siguientes datos



Los resultados muestran que el sitio crítico es el borde

longitudinal (junto a la berma), lejos de las esquinas de

la losa

Solución



CARTAS DE INFLUENCIA

Pickett y Ray (1951) desarrollaron cartas de

influencia para el cálculo de momentos y deflexiones

en el interior y en el borde de pavimentos rígidos,

suponiendo que la subrasante actúa como un líquido

denso o como un sólido elástico

La solución implica el dibujo de las huellas de los

neumáticos a una escala apropiada y contar el número

de cuadros cubiertos por ellas en la carta (N)



Esfuerzo

CARTAS DE INFLUENCIA

Momento

10000

2 NplM

2

6

h

M



CARTA DE INFLUENCIA PARA DETERMINACIÓN DE

MOMENTO

(Carga en el interior, subrasante líquido denso)

Ejemplo

Empleando la carta de influencia adecuada, determinar

el esfuerzo máximo producido por una carga por eje

tándem en el interior de una losa de pavimento, de

acuerdo con los siguientes datos

—p = 150 psi

—h = 14 pulgadas

—k = 100 libras/ pulgada cúbica

—l = 55.31 pulgadas

—P en el tándem = 160,000 libras



psi414)14(

537,13*62

(Carga en el interior, subrasante líquido denso)

Solución

Dibujando el sistema tándem a escala apropiada sobre

la carta de influencia, se cuentan N = 295 cuadros

cubiertos por las improntas

pielbM 537,13000,10

295*)31.55(*150 2

CARTA DE INFLUENCIA PARA DETERMINACIÓN DE

MOMENTO



¿Por qué no se usa la teoría elástica de capas en el

análisis de los pavimentos rígidos?

Porque las juntas y discontinuidades de estos

pavimentos hacen inaplicable esta teoría



ESFUERZOS COMBINADOS POR CAMBIOS DE

TEMPERATURA Y CARGAS DEL TRÁNSITO

Para las condiciones de temperatura y carga de los

ejemplos previos, determinar el esfuerzo total en la

losa de 9 pulgadas de espesor

Ejemplo

ANÁLISIS DE ELEMENTOS

COMPLEMENTARIOS

PRESENCIA DE

ACERO EN EL

PAVIMENTO RÍGIDO

PRESENCIA DE ACERO

EN LOS PAVIMENTOS RÍGIDOS

REFUERZO POR TEMPERATURA

La cantidad de acero necesaria para mantener

intactas las fisuras en los pavimentos de concreto

reforzado con juntas, se calcula balanceando las

fuerzas a lo largo de un plano horizontal

Si se desarrolla una fisura, la resistencia al

movimiento debe ser soportada por la tensión en el

acero

ARMADURA DE REFUERZO EN PAVIMENTOS DE


La cantidad necesaria de acero depende de tres factores:

Longitud de la losa: A medida que aumenta, se

incrementa el área de contacto con el material de base, lo que

aumenta el esfuerzo total resistente, generando mayores

esfuerzos a medida que la losa se contrae

Esfuerzo de trabajo del acero: Usualmente se toma

como 75 % del esfuerzo de fluencia

Factor de fricción: Representa la resistencia a la fricción

entre la parte inferior de la losa y la superior del soporte




As = (gc*h*L*fa)/2fs

gc = peso unitario del concreto

h = espesor de la losa

L = longitud de la losa

fa = factor de fricción

fs = esfuerzo admisible del acero


La cantidad requerida de refuerzo por unidad de

ancho o largo de la losa (As) será:




FACTORES DE FRICCIÓN



Ejemplo

Determinar la armadura requerida por un

pavimento rígido de 8 pulgadas (0.67 pies) de

espesor, 60 pies de longitud y 24 pies de ancho con

una junta longitudinal en el centro

El acero tiene fs = 43,000 psi (6,192,000 lb/pie2)




Solución

Armadura requerida en sentido longitudinal

As = (150*0.67*60*1.5)/(2*6,192,000)

As = 0.00073 pie2/pie = 0.105 pg2/pie de ancho

Armadura requerida en sentido transversal

As = (150*0.67*12*1.5)/(2*6,192,000)

As = 0.00073 pie2/pie = 0.021 pg2/pie de largo







Armadura longitudinal

La cantidad necesaria de acero en sentido longitudinal debe

satisfacer tres criterios

—Espaciamiento entre grietas: para minimizar el

descascaramiento de grietas, la separación máxima debe ser

menor de 2.5 m, en tanto que para minimizar el potencial

de punzonamiento, la mínima separación debe ser 1.07 m

—Ancho de grietas: para minimizar el descascaramiento y

la entrada de agua, no deberá exceder de 1 mm

—Esfuerzo de trabajo del acero: 75% del esfuerzo de

fluencia




La ecuación se resuelve para x = 2.5 m, lo que permite

obtener la cantidad mínima de acero para mantener las grietas

a menos de 2.5 m; y con x = 1.07 m para determinar la

máxima cuantía para que las grietas aparezcan separadas

cuando menos a 1.07 m

El diseño del refuerzo requiere la solución de 3 ecuaciones:




La solución de estas dos ecuaciones da una cantidad

mínima requerida de acero




SIGNIFICADO DE LOS TÉRMINOS DE LAS ECUACIONES




La primera ecuación proporciona los porcentajes requeridos

de acero, mínimo (Pmín) y máximo (Pmáx)

Si Pmáx > Pmín, se continúa con las otras ecuaciones, pero si

no, hay que modificar los datos de entrada y rehacer los

cálculos

Para un determinado diámetro de varilla (φ), espesor de

losas (D) y ancho de la sección de pavimento (W), el número

de varillas requeridas se calcula con las expresiones:




Armadura transversal

El diseño del refuerzo requerido en sentido transversal

se realiza con la expresión recomendada para los

pavimentos de concreto reforzado con juntas

VARILLAS DE ANCLAJE

Se diseñan para soportar únicamente esfuerzos de

tensión

La máxima tensión en las varillas de anclaje en

una junta es igual a la fuerza requerida para soportar

la fricción entre el pavimento y el soporte, en el

espacio comprendido entre la junta y el borde del

pavimento

FUNCIÓN DE LAS VARILLAS

ÁREA REQUERIDA

El área de acero de anclaje requerida por pie de

longitud de la junta se obtiene con la expresión:

As = (W*b*fa)/fs

VARILLAS DE ANCLAJE

W = peso del pavimento (lb/pie2) ( 12.5 * espesor de

la losa en pulgadas)

b = distancia entre la junta en estudio y la siguiente

junta libre o el borde del pavimento (pies)

fa = coeficiente de fricción (1.5)

fs = esfuerzo admisible en el acero (psi)

ESPACIAMIENTO ENTRE VARILLAS

El espaciamiento centro a centro entre varillas de

anclaje se determina mediante la expresión:

S = A*12/As

A = área de la sección transversal de la varilla

escogida (pg2). Generalmente se usan varillas de 3/8‖ y

½‖

As = área de acero requerida por pie de junta

VARILLAS DE ANCLAJE

LONGITUD DE LAS VARILLAS DE ANCLAJE

Debe ser por lo menos el doble de la requerida para

desarrollar una resistencia adherente igual al esfuerzo

de trabajo en el acero ( se recomienda que la longitud

así calculada se incremente en 2 pulgadas)

L = (2*fs*A/350 P) + 2

L = longitud de la varilla, en pulgadas

P = perímetro de la varilla, en pulgadas

VARILLAS DE ANCLAJE

EJEMPLO DE DISEÑO DE VARILLAS DE ANCLAJE

VARILLAS DE ANCLAJE

Determinar la cantidad de acero requerida en

varillas de anclaje, en un pavimento rígido de 8

pulgadas de espesor y 24 pies de ancho con una junta

longitudinal en el medio, si el acero tiene fs = 42,000

psi

Solución

As = (12.5*8*12*1.5)/42,000

As = 0.043 pg2/pie de junta

VARILLAS DE ANCLAJE

S = (0.20)(12)/0.043)

S = 55.8 pulgadas (140 centímetros)

L = [ (2)(42,000)(0.20)/(350)(1.571) ] +2 = 32.5

L = 32.5 pulgadas (83 centímetros)

EJEMPLO DE DISEÑO DE VARILLAS DE ANCLAJE

Para la cuantía determinada en el problema

anterior, establecer la separación centro a centro

entre varillas (S) si ellas tienen ½‖ de diámetro (A

= 0.20 pg2 y P = 1.571 pg). Así mismo indicar la

longitud necesaria de cada varilla (L)

Solución

Los libros de diseño de pavimentos rígidos incluyen

tablas con recomendaciones para el dimensionamiento de

las varillas de anclaje, lo que evita la ejecución de cálculos

TABLA DEL ICPC PARA DISEÑO DE VARILLAS DE

ANCLAJE DE ½”, fy = 60,000 psi

VARILLAS DE ANCLAJE

RECETAS DE DISEÑO

VARILLAS DE TRANSFERENCIA DE CARGA

Se diseñan para transferir carga de una losa a la

siguiente

Deben permitir que la junta se abra o se cierre, pero

sosteniendo los extremos de la losa a la misma

elevación

Su empleo reduce los riesgos de escalonamiento y de

bombeo

GENERALIDADES


Su diseño debe permitir que ellas transmitan de 40%

a 45% de la carga a la losa siguiente, cuando la carga

se encuentre en la junta transversal y lejos del borde

del pavimento

Puesto que el concreto es más débil que el acero, el

tamaño y la separación entre las varillas están

dominados por el esfuerzo de soporte entre la varilla y

el concreto

GENERALIDADES

PRESIÓN EJERCIDA SOBRE UNA VARILLA CARGADA



La deflexión de una varilla en la junta está dada por

DELEXIÓN DE LA VARILLA


DELEXIÓN DE LA VARILLA

D = diámetro de la varilla

K = módulo de soporte de la varilla, que es la

presión necesaria para producir una deflexión

unitaria de la varilla dentro de la masa que la rodea


La presión de soporte sobre el concreto en la cara de la

junta está dada por

PRESIÓN DE SOPORTE Y ESFUERZO ADMISIBLE

El esfuerzo admisible de soporte ha sido determinado

experimentalmente

Se comparan σ y fb y, en caso necesario, se aumenta el

diámetro de las varillas o se reduce la separación entre ellas


ACCIÓN DEL GRUPO DE VARILLAS

Su capacidad de carga está influenciada por el

espaciamiento entre varillas, su posición respecto de la

carga por rueda, la capacidad de transferencia de cada

varilla, el espesor del pavimento, el módulo de reacción

del soporte y el espaciamiento centro a centro de las

ruedas dobles del eje considerado



Se considera que la varilla bajo el centro de la carga

es la más efectiva (1.0) y que la efectividad decrece

linealmente hasta una distancia igual a ―1.8*l‖ (donde

ocurre el momento máximo negativo)

La suma de las efectividades de los pasadores que

intervienen para transferir carga se llama factor de

capacidad (F)



La capacidad de transferencia de carga del sistema

de varillas es el producto del factor de capacidad (F)

por la capacidad individual de cada varilla (P)

Pt = F*P

La carga en el borde longitudinal del pavimento

establece la condición crítica, por cuanto interviene el

menor número de varillas

ACCIÓN DEL GRUPO DE VARILLAS – CARGA EN EL BORDE

Factor de capacidad de carga sobre una

varilla de borde (Fb) considerando sólo la

carga P1


ACCIÓN DEL GRUPO DE VARILLAS – CARGA EN EL INTERIOR

Factor de capacidad de carga sobre una varilla

interior (Fc) considerando sólo la carga P1




La carga ubicada en el otro extremo del eje del

vehículo también afecta la capacidad de carga de las

varilla

La magnitud de ese efecto depende de la separación

―R‖ entre las dos ruedas del eje

En este caso se elaboran dos diagramas (uno para

cada carga) y se suman las correspondientes

efectividades de las varillas



En caso de que R < 1.8*l, existirán varillas con

efectividad de transmisión de carga mayor de 1.0

En este caso, la capacidad de transferencia se debe

reducir proporcionalmente en la medida en que

algunas varillas del sistema estarían sobretensionando

al concreto

ACCIÓN DEL GRUPO DE VARILLAS – CASO R < 1.8 l

Factor de capacidad (F’c) cuando R < 1.8 l



Ejemplo No 1

Determinar la capacidad de transferencia de carga de

una varilla (P), de acuerdo con los siguientes datos:

K= 1,500,000 pci

d= ¾ pg =0.75 pulgadas

I = πd4/64 = 0.0155 pg4

E = 29,000,000 psi

z = 0.25 pulgadas

Esfuerzo admisible del concreto (fb) = 3,200 psi

CASO DE UNA VARILLA


CASO DE UNA VARILLA

Solución al Ejemplo No 1

Despejando P:

P = 1,212 libras



Ejemplo No 2

Para la carga por rueda simple del Ejemplo No 1,

determinar la capacidad de transferencia de un grupo

de varillas separadas entre centros 12 pulgadas, si el

radio de rigidez relativa es 60 pulgadas




1.8*l = 1.8*60 = 108 pulgadas

Número de varillas involucradas = 1.8*l/s = 108/ 12 = 9

Ejemplo No 3

Determinar el diámetro requerido de varillas de

transferencia, para una carga por eje simple de 25,000

libras

El módulo de elasticidad de las varillas E es

29,000,000 psi y el módulo de soporte (K) es 1,500,000

pci

Las varillas están separadas centro a centro 12

pulgadas y el radio de rigidez relativa (l) es 50 pulgadas



Ejemplo No 3 (continuación del enunciado)

La abertura de la junta transversal es 0.25 pulgadas

La rueda exterior se aplica sobre la primera varilla y

está alejada de la interior a una distancia mayor de

1.8*l

La resistencia a compresión del concreto es 3,500 psi



Solución al Ejemplo No 3 (cont.)

Asumiendo 45 % de transferencia de carga, la carga

transferida por el conjunto de varillas (Pt) será:

25,000*0.5*0.45 = 5,625 libras

Número de varillas involucradas

n = 1.8*l/s = 90/12 = 7

2.42

)17(*

90

1217

bF




Carga transferida por la varilla exterior

5,625/4.2 = 1,339 libras

Para calcular la presión de soporte del concreto sobre

la cara de la junta (), se deben conocer el momento de

inercia de la varilla (I) y la rigidez relativa de la varilla

(β), lo que implica asumir un diámetro de varilla




Adoptando un diámetro de ¾‖ (0.75 pulgadas), se tiene

psi3531)25.0*889.02(0155.0*29000000*)889.0(*4

1339*15000003



I = πd4/64 = 0.0155 pg4


El esfuerzo admisible de soporte será

psifd

f cb 792,3500,33

75.04

3

4 '

Como σ < fb, el diámetro adoptado de ¾‖ es correcto



La capacidad de transferencia de la varilla depende de

su longitud embebida en el concreto

Friberg demostró que un corte en el segundo punto de

contraflexión de la varilla no afecta el esfuerzo de

soporte del concreto


LONGITUD REQUERIDA POR LAS VARILLAS

Las pruebas de la ACI demostraron que para varillas

de ¾‖, la longitud embebida debería ser de unos 8

diámetros (6 pulgadas), lo que equivale a una longitud

total de varilla del orden de 12 pulgadas)

La PCA y el ACI recomiendan, en general, longitudes

variables entre 12 y 18 pulgadas (30 – 45 cm) para las

varillas de transferencia de pavimentos rígidos para

calles y carreteras


LONGITUD REQUERIDA POR LAS VARILLAS

mm pg

160-180 22,2 7/8 350 300

190-200 25,4 1 350 300

210-230 28,6 1 1/8 400 300

240-250 31,8 1 1/4 450 300

260-280 34,9 1 3/8 450 300

290-300 38,1 1 1/2 500 300

diámetro de la varilla *Espesor del

pavimento (mm)

longitud

(mm)

separación entre

centros (mm)

RECOMENDACIONES GENERALES SOBRE

DIMENSIONES MÍNIMAS (PCA 1975)


* Notas:

Existe una regla según la cual el diámetro de la varilla no

puede ser menor de 1/8 del espesor de la losa (PCA, 1975)

La PCA (1991) recomienda un diámetro de 1y 1/4‖ para

espesores de losa menores de 250 mm y de 1y ½‖ para

espesores iguales o mayores a 250 mm

Existen recomendaciones según las cuales las losas de

menos de 170 mm no requieren pasadores, debido a que

corresponden a vías de tránsito liviano


RECOMENDACIONES GENERALES SOBRE

DIMENSIONES MÍNIMAS

MÉTODO DE LOS

ELEMENTOS

FINITOS



Los pavimentos rígidos se pueden analizar con

programas tridimensionales de elementos finitos

(ejemplos: KENSLABS, everFE, ILLI-SLAB)

Mediante estos programas de cómputo es posible: (i)

Modelar sistemas de losas (ii) Modelar los esfuerzos

producidos por el alabeo y el tránsito (iii) Considerar

la pérdida de contacto de la losa con el soporte (iv)

Evaluar la transferencia de carga por varillas y por

trabazón de agregados (v) Considerar variaciones en la

abertura y en la inclinación de las juntas


MODELACIÓN DE LAS CONDICIONES DE TRABAJO MEDIANTE everFE


VISTA DE ESFUERZOS DE TENSIÓN BAJO LA ACCIÓN DE DOS CARGAS

CARACTERIZACIÓN DEL

TRÁNSITO

CONTENIDO

Definiciones

Período de diseño del pavimento

Caracterización de las cargas del tránsito

Equivalencia de cargas por eje

Equivalencias de carga por vehículo

Conversión del tránsito mezclado en aplicaciones

equivalentes del eje de referencia

Tendencia histórica y proyección del tránsito

EL TRÁNSITO AUTOMOTOR

CARACTERIZACIÓN DEL TRÁNSITO

DEFINICIONES

DEFINICIONES

Tránsito promedio diario

Número de vehículos que circulan durante

determinado periodo, dividido por el número de días

del periodo

Vehículo comercial

Vehículo automotor, de cuando menos dos ejes,

que comprende buses, busetas, volquetas y camiones

con o sin acoplado

Vehículo liviano

Vehículo automotor de dos ejes simples con sistema

de rueda simple

Carril de diseño

Carril por el cual se espera la circulación de mayor

número de cargas de diseño

Período de diseño

Lapso que transcurre desde que un pavimento se da al

servicio hasta que alcanza su índice de servicio terminal

DEFINICIONES

Índice de servicio presente

Valor numérico, entre cero y cinco, que da una

indicación del comportamiento del pavimento desde

el punto de vista del usuario

Índice de servicio inicial

Índice de servicio de un pavimento en el instante en

el cual se acaba de construir o de rehabilitar

Índice de servicio terminal

Menor índice de servicio que es tolerado por el

usuario antes de exigir la rehabilitación del pavimento

DEFINICIONES

ÍNDICE DE SERVICIO PRESENTE

DEFINICIONES


PERÍODO DE DISEÑO

DEL PAVIMENTO

PERÍODOS DE DISEÑO

Los períodos de diseño suelen ser diferentes según

se trate de pavimentos asfálticos o rígidos:

—En los pavimentos asfálticos depende de la

importancia de la vía y suelen variar entre 10 y 20

años

—Los pavimentos rígidos se acostumbran diseñar

para períodos de 20 años, independientemente de

la importancia de la vía, por cuanto los

incrementos de espesor y de costo al duplicar el

período de diseño no suelen exceder de 10%

PERÍODOS DE DISEÑO

I II III IV

DESCRIPCIÓN

Autopistas interurbanas,

Caminos interurbanos

principales

Colectoras interurbanas,

Caminos rurales e

industriales principales

Caminos rurales con

tránsito medio,

Caminos estratégicos

Pavimentos especiales e

innovaciones

Rango TPD inicial 5000 1000-10000 -1000 -10000

Periodo de diseño

recomendado (años) 20 15 10 10 - 15

CATEGORÍA DE LA CARRETERA

PERÍODOS DE DISEÑO RECOMENDADOS POR INVÍAS PARA LOS

PAVIMENTOS ASFÁLTICOS DE LAS CARRETERAS NACIONALES


CARACTERIZACIÓN

DE LAS CARGAS

DEL TRÁNSITO

—Diferentes tipos de vehículos

—Diferentes magnitudes de carga por eje

—Diferentes configuraciones de ejes

—Diferentes presiones de contacto neumático -

pavimento

—Diferente velocidad vehicular

TRÁNSITO MEZCLADO

CARACTERIZACIÓN DE


El efecto que producen los vehículos sobre un

pavimento es muy complejo de evaluar, debido a que

el tránsito es muy mezclado:

DIFERENTES TIPOS DE VEHÍCULOS

Vehículo pesado ¿Vehículo liviano?

CARACTERIZACIÓN DE


CARACTERIZACIÓN DE


CLASIFICACIÓN DE LOS VEHÍCULOS EN COLOMBIA

DIFERENTES MAGNITUDES DE CARGA POR EJE

CARACTERIZACIÓN DE


P1 P2P3 P4

CONFIGURACIONES USUALES DE LOS EJES Y DE LAS RUEDAS DE LOS VEHÍCULOS AUTOMOTORES

CARACTERIZACIÓN DE


DIFERENTES CONFIGURACIONES DE EJES

Eje simple -

rueda doble

Eje tándem –

rueda doble

Eje triple –

rueda doble

CARACTERIZACIÓN DE


CARACTERIZACIÓN DE


DIFERENTES CONFIGURACIONES DE EJES

Eje simple - rueda simple Eje simple - rueda ¿….?

DIFERENTES PRESIONES DE CONTACTO

CARACTERIZACIÓN DE


En los pavimentos asfálticos, el efecto de la

presión de contacto es particularmente importante en

la parte superior de la estructura, aunque no afecta el

espesor total requerido de pavimento. Cuando las

presiones de inflado y de contacto son altas, se

requieren materiales de mejor calidad en las capas

asfálticas

En los pavimentos rígidos, mayores presiones de

inflado y de contacto generan mayores esfuerzos y

exigen espesores de pavimento superiores


CARACTERIZACIÓN DE


EFECTO DE LA CARGA POR RUEDA Y DE LA PRESIÓN DE CONTACTO SOBRE

LOS ESFUERZOS VERTICALES EN UN PAVIMENTO ASFÁLTICO


CARACTERIZACIÓN DE


EFECTO DE LA CARGA POR RUEDA Y DE LA PRESIÓN DE CONTACTO SOBRE

LOS ESPESORES REQUERIDOS EN UN PAVIMENTO RÍGIDO

DIFERENTE VELOCIDAD VEHICULAR

CARACTERIZACIÓN DE


La velocidad vehicular es inversamente

proporcional al tiempo de aplicación de la carga

sobre la superficie del pavimento

Los materiales de las diferentes capas de un

pavimento presentan un mayor módulo de elasticidad

a menor tiempo de aplicación de la carga

Por lo tanto, las magnitudes de las deformaciones

en el pavimento se reducen al incrementarse la

velocidad

DIFERENTE VELOCIDAD VEHICULAR

CARACTERIZACIÓN DE


EFECTO DE LA VELOCIDAD SOBRE LAS DEFORMACIONES EN UN PAVIMENTO

ASFÁLTICO PARA DIVERSAS MAGNITUDES DE CARGAS POR EJE

CARACTERIZACIÓN DE


El número de ejes por carril y su distribución en

diferentes grupos de carga durante el periodo de

diseño del pavimento

El efecto destructivo de los vehículos circulantes y

la incidencia estructural de unos ejes con respecto de

otros de diferente magnitud y configuración

INFORMACIÓN DE TRÁNSITO REQUERIDA

PARA EL DISEÑO DE UN PAVIMENTO

Emplear cargas equivalentes por eje, convirtiendo las cargas

reales esperadas a un número equivalente de aplicaciones de

un eje normalizado, generalmente el eje simple de 80 kN. Este

es el procedimiento utilizado en Colombia para el diseño de


Emplear el espectro de carga real de ejes simples, tándem,

triples y cuádruples. Este espectro incluye el número de ejes

en una serie de grupos de carga, durante intervalos de tiempo

prolongados. Este es el procedimiento corriente para el diseño

de pavimentos rígidos

CARACTERIZACIÓN DE


MANERAS DE CARACTERIZAR EL TRÁNSITO


EQUIVALENCIA DE

CARGAS POR EJE

EQUIVALENCIA DE CARGAS POR EJE

Factor numérico que relaciona el número de

aplicaciones de las carga por eje de referencia que

produce en el pavimento un determinado deterioro y el

número requerido de aplicaciones de otra carga por eje

para producir el mismo deterioro

El deterioro se mide en términos de la pérdida de

índice de servicio presente

FACTOR DE EQUIVALENCIA DE CARGA POR EJE

Ejemplo

Establecer el factor de equivalencia de carga por eje

(FECE) para la siguiente situación:

—La acción de 100,000 aplicaciones de un eje de

80 kN produjo en un pavimento una caída del

índice de servicio presente de 4.2 a 2.5, en tanto

que otro pavimento idéntico soportó 10,000

aplicaciones de un eje de 142 kN para sufrir la

misma caída en serviciabilidad



Solución

FECE = 100,000/10,000 = 10

—Es decir, que una pasada de un eje simple de 142

kN produce en un pavimento la misma pérdida de

índice de servicio que 10 pasadas de un eje simple

de 80 kN



Los factores de equivalencia de carga por eje (FECE)

dependen de:

—Tipo de pavimento

—Condición estructural del pavimento

—Sistema de eje vehicular

—Índice de servicio final de la estructura

Tablas con valores de los factores de equivalencia de

carga por eje para diversas combinaciones de estas

variables, aparecen en el manual de diseño AASHTO-93



Carga por eje

(kip)

Pavimento asfáltico SN=5, pt =3.0

Factores de equivalencia de carga por eje

Simple Tándem

0.0000

Triple

2 0.0002 0.0000 0.0000

10 0.101 0.008 0.002

18 1.0 0.090

0.702

0.020

0.16730 5.1

40 13.1 1.98 0.536

50 30.0 4.05 1.26


FACTORES DE EQUIVALENCIA DE CARGA POR EJE SEGÚN AASHTO

(SN = 5 y pt = 3)


Los FECE se pueden expresar en términos de la

magnitud de las cargas involucradas, las cuales deben

corresponder a una misma configuración de ejes y

número de llantas.

FECE = (Pi/Pr)n

Pi= Carga por eje considerada

Pr = Carga por eje de referencia

n = Coeficiente empírico



Ejemplo

Establecer el coeficiente exponencial empírico para

las cargas por eje simple de 80 kN y de 142 kN,

tomando como referencia la primera

10 = (142/80)n

n = 4.01



Según se determinó en el ensayo AASHTO, el valor

―n‖ en pavimentos asfálticos oscila en un entorno mas o

menos restringido (3.8 - 4.2), lo que ha llevado a los

diseñadores a adoptar un valor igual a 4.0 en la solución

de los problemas rutinarios con estos pavimentos

Por ese motivo, la relación

FECE = (Pi/Pr)4

se conoce como “Ley de la Cuarta Potencia”



En el mismo ensayo AASHTO se determinó que en

pavimentos rígidos, la agresividad de una carga por eje

respecto de la de referencia seguía una ley similar,

pero el coeficiente ―n‖ era mayor que en el caso de los

pavimentos asfálticos, entre 4.0 y 4.4



En el AASHO ROAD TEST se adoptó como carga

de referencia por eje simple con sistema de rueda doble

una de magnitud igual a 80 kN (18 kip) y se supuso

que ella producía en el pavimento un daño unitario

Las magnitudes de carga aplicadas con otros sistemas

de ejes y/o de rueda, que produzcan en un pavimento el

mismo deterioro que el eje simple de rueda doble de 80

kN, se consideran también como cargas de referencia

CARGAS POR EJE DE REFERENCIA


CARGAS DE REFERENCIA ADOPTADAS POR INVIAS PARA EL

DISEÑO DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS

Tipo de eje Configuración

de ruedas

Carga de referencia

kN kip t

Simple Simple 65 14.5 6.6

Simple Doble 80 18.0 8.2

Tándem Doble 146 33.0 15.0

Triple Doble 225* 50.7* 23.0*

* La carga de referencia adoptada por la AASHTO es de aproximadamente 48 kip

CARGAS POR EJE DE REFERENCIA


FACTORES DE EQUIVALENCIA DE CARGA POR

EJE SEGÚN LA LEY DE LA CUARTA POTENCIA



EQUIVALENCIAS DE

CARGA POR

VEHÍCULO

El método más utilizado para estimar el tránsito con

fines de diseño de pavimentos consiste en convertir las

repeticiones esperadas del tránsito real a un número de

aplicaciones del eje de referencia normalizado (80 kN)

que produciría el mismo deterioro en el pavimento

Debido a la reducida magnitud de las cargas por eje

de los vehículos livianos, éstas se suelen ignorar en los

cómputos de tránsito con fines de diseño de pavimentos

CONCEPTO DE LA EQUIVALENCIA DE CARGA

EQUIVALENCIAS DE CARGA POR VEHÍCULO

CONCEPTO DE LA EQUIVALENCIA DE CARGA


EJES EQUIVALENTES GENERADOS POR

DIFERENTES TIPOS DE VEHÍCULOS

(datos U.S.A.)


Es el parámetro empírico que permite convertir el

tránsito real en aplicaciones equivalentes del eje de

referencia para diseño de pavimentos asfálticos

El factor camión es el número de ejes simples

equivalentes de referencia (80 kN) que producirían en

el pavimento un daño equivalente al de una pasada de

un vehículo comercial promedio

El factor camión se puede determinar de manera

individual para cada tipo de vehículo comercial o

como promedio de todo el flujo de tránsito pesado

FACTOR CAMIÓN


Se pesan los ejes de los vehículos comerciales que

circulen por la vía durante cierto lapso

Se tabulan por grupos los valores de carga por eje

obtenidos para los diversos sistemas de ejes (espectro

de carga)

Los valores tabulados son afectados por los factores

de equivalencia de carga por eje (FECE), aplicando los

factores de AASHTO o empleando la ley de la cuarta

potencia, si no se dispone de ellos

DETERMINACIÓN DEL FACTOR CAMIÓN


EJEMPLO DE CÁLCULO



EJEMPLO DE CÁLCULO (cont.)



VALORES DE FACTOR CAMIÓN POR TIPO VEHÍCULO


COMENTARIOS SOBRE EL FACTOR CAMIÓN

El factor camión es un valor cuya magnitud cambia con

el tiempo en una determinada carretera, debido a diversos

factores:

—Desarrollo de la industria de fabricación de buses y

camiones

—Modificaciones en los límites de carga legal

—Cambios en la distribución del parque de vehículos

pesados

El valor numérico del factor camión está relacionado

directamente con la intensidad de la sobrecarga vehicular


EFECTOS DE LA SOBRECARGA VEHICULAR




SOBRE EL USUARIO



SOBRE EL PAVIMENTO


CONVERSIÓN DEL TRÁNSITO

REAL EN APLICACIONES

EQUIVALENTES DEL EJE DE

REFERENCIA

CÁLCULO DEL NÚMERO DE EJES SIMPLES

EQUIVALENTES EN UN AÑO i

NESEi Nú Número de aplicaciones de carga del eje de referencia en el carril de

diseño en el año “i”

TPDi Tránsito promedio diario en ambas direcciones, durante el año “i”

VC Proporción del TPD que está constituida por vehículos comerciales (en

cifras decimales)

DD Distribución direccional del tránsito de vehículos comerciales (en cifras

decimales)

DC Proporción de los vehículos comerciales circulantes en una dirección,

que utilizan el carril de diseño (en cifras decimales)

FC Factor camión

365 Número de días de un año

Este procedimiento se aplica en evaluaciones de

tránsito para el diseño de pavimentos asfálticos

DISTRIBUCIÓN DIRECCIONAL DEL TRÁNSITO

DE VEHÍCULOS COMERCIALES (DD)



Generalmente se supone que DD = 0.50

La guía de rehabilitación de pavimentos asfálticos del

INVÍAS recomienda emplear DD = 0.55



PROPORCIÓN DE LOS VEHÍCULOS COMERCIALES

QUE CIRCULAN EN UNA DIRECCIÓN, QUE UTILIZAN

EL CARRIL DE DISEÑO (DC)



Datos

Carretera de dos carriles

Tránsito promedio diario = 1200 vehículos

Livianos = 40%; Buses =15%; Camiones 45%

Factor camión = 2.40

Solución

VC = 15% + 45% = 60% = 0.60

DD = 0.5 (distribución direccional)

DC = 1.0 (un carril por dirección)

NESEi = 1200*0.6*0.5*1.0*2.40*365 = 315,360 ejes

EJEMPLO DE CÁLCULO


TENDENCIA HISTÓRICA

Y PROYECCIÓN DEL

TRÁNSITO

EVOLUCIÓN HISTÓRICA DEL TRÁNSITO

Si se dispone de información sobre la evolución del

tránsito, se calculan los NESE durante los últimos

años

Se establecen tendencias de crecimiento de tipo

matemático y se adopta aquella que presente mejor

coeficiente de correlación

Las ecuaciones de tendencia más aplicadas para

estudiar el tránsito automotor son la exponencial y la

lineal recta

ECUACIONES DE TENDENCIA


ECUACIONES DE TENDENCIA

EJEMPLO DE CÁLCULO

Definir las tendencias de crecimiento exponencial y

lineal recta para los datos de NESE que presenta la tabla


EJEMPLO DE CÁLCULO

Solución

Aplicando los procedimientos de la estadística, se

obtienen las siguientes ecuaciones de tendencia:

Exponencial

NESEx = 276,239*(1.061)x (r=0.94)

Lineal recta

NESEx = 275,074+19,033x (r= 0.95)


PROYECCIÓN DEL TRÁNSITO

La proyección del tránsito para el diseño de un pavimento

requiere la siguiente información:

—Año inicial de servicio del pavimento (j)

—Período de diseño del pavimento

—Ecuación de crecimiento adoptada

A partir de dicha información se estima:

—NESEj, empleando la ecuación de tendencia con x = j

—El número acumulado de ejes simples equivalentes de

referencia (80 kN) en el carril de diseño durante el

período de diseño (N), a partir del año ―j‖


El tránsito acumulado de diseño (N) se determina

integrando la ecuación de tendencia de crecimiento del

tránsito

Si la tendencia elegida es exponencial:

)1ln(

1)1(

i

iNESEN

n

j

Si la tendencia elegida es recta:

2

**

2nmnNESEN j

CÁLCULO DEL TRÁNSITO DE DISEÑO (N)

Ejemplo 1

Ecuación de crecimiento exponencial

NESEx = 276,239*(1.061)x (x = 0 en 2001)

Si el pavimento se pone en servicio en 2008 (x = j = 7)

NESEj = 276,239*(1.061)7 = 418,112 ejes equivalentes

Periodo de diseño del pavimento = 10 años


EJEMPLO DE CÁLCULO DE “N”


Solución del ejemplo 1

Como la ecuación de crecimiento es exponencial

esequivalentejesN 210,704,5)061.01(ln

1)061.01(112,418

10

)1ln(

1)1(

i

iNESEN

n

j



Ejemplo 2

Ecuación de crecimiento lineal recta

NESEx = 275,074+19033x (x = 0 en 2001)

Si el pavimento se pone en servicio en 2008 (x = j = 7)

NESEj = 275,074+19,033*7 = 408,305 ejes equivalentes

Periodo de diseño del pavimento = 10 años



Solución del ejemplo 2

Como la ecuación de crecimiento es lineal recta

2

**

2nmnNESEN j

kNdeesequivalentejesN 80700,034,52

10*033,1910*305,408

2


CONSIDERACIONES SOBRE EL

DRENAJE EN LOS PAVIMENTOS

CONTENIDO

Generalidades

Drenaje superficial

Drenaje interno

CONSIDERACIONES SOBRE

EL DRENAJE EN LOS PAVIMENTOS

GENERALIDADES

El incremento de la presión de poros reduce la fricción

interna y la resistencia al corte de los suelos

Generación de movimientos diferenciales en suelos

expansivos

Erosión y bombeo en las capas de soporte de los

pavimentos rígidos

Desprendimiento del ligante que rodea los agregados

pétreos en las mezclas y tratamientos asfálticos

Se afecta la seguridad de los usuarios en instantes de

lluvia, debido a la posibilidad de salpicaduras e hidroplaneo

PROBLEMAS RELACIONADOS

CON EL AGUA EN LOS PAVIMENTOS

Los daños del pavimento relacionados con la humedad

se encuentran en las siguientes categorías:

— Debilitamiento de las capas del pavimento

— Degradación de los materiales (desprendimiento y

erosión de mezclas asfálticas; erosión de otros

materiales del pavimento; bombeo, escalonamiento

y agrietamiento en pavimentos rígidos)

— Pérdida de adherencia entre capas



FUENTES DE AGUA EN LOS PAVIMENTOS



1. Factores topográficos

Tipo de terreno por donde transcurre la carretera: plano,

ondulado, montañoso, escarpado

Situación de la carretera respecto del terreno natural: corte,

terraplén, media ladera

2. Factores hidrológicos

Aporte y desagüe de aguas superficiales

Variaciones en el nivel y caudal de las aguas subterráneas

3. Factores geotécnicos

Naturaleza y condiciones de los suelos: homogeneidad,

estratificación, permeabilidad, compresibilidad, etc.

Posibilidad de deslizamientos o de erosión del terreno

FACTORES A CONSIDERAR EN EL DISEÑO

DE OBRAS DE DRENAJE PARA PAVIMENTOS

SISTEMA BÁSICO DE DRENAJE

EN UNA CARRETERA

SISTEMAS DE DRENAJE DE PAVIMENTOS

MÉTODOS PARA REDUCIR EL EFECTO

DEL AGUA EN LOS PAVIMENTOS



DRENAJE

SUPERFICIAL

Existe la posibilidad de que se desarrollen películas de

agua muy gruesas sobre la superficie del pavimento en

instantes de lluvia

Estas películas generan hidroplaneo, encharcamientos

y salpicaduras excesivas

Existen modelos que predicen, a partir de la condición

superficial del pavimento y de la intensidad de la lluvia,

la velocidad vehicular a la cual se produce hidroplaneo,

la cual se debe comparar con la velocidad de operación

de la carretera

HIDRÁULICA SUPERFICIAL DEL PAVIMENTO


DEFINICIÓN DEL ESPESOR DE PELÍCULA DE AGUA, DE LA

PROFUNDIDAD MEDIA DE LA TEXTURA Y DEL FLUJO

TOTAL

El espesor de la lámina de agua que contribuye al

hidroplaneo es la suma de la profundidad media de

textura (PMT), más el espesor de agua que fluye sobre

las asperezas superficiales

El agua que se aloja bajo la PMT queda atrapada en

la superficie y no contribuye al drenaje del pavimento

El aumento de la macrotextura brinda un espacio

adecuado para alojar el agua (debajo de la PMT) y

para facilitar el drenaje (espesor sobre la PMT)


REQUISITOS DE PENDIENTE TRANSVERSAL Y LONGITUDINAL

(INVÍAS)

Pendiente transversal

Calzada Berma *

Concreto hidráulico o asfáltico 2 4

Mezclas en vía y tratamientos superficiales 2 - 3 4 - 5

Tierra o grava 2 - 4 4 - 6

Tipo de superficie

Pendiente transversal (%)

* Si la berma se construye como continuación de la calzada, se deberá mantener la pendiente de ésta

Pendiente longitudinal

Valor mínimo deseado es 0.50% y mínimo absoluto 0.25%


MEZCLAS ESPECIALES PARA

EL DRENAJE SUPERFICIAL

MICROAGLOMERADOS EN CALIENTE

Capas de rodadura de poco espesor, elaboradas con agregado

pétreo de tamaño máximo nominal comprendido entre 8 y 10

mm, con una marcada discontinuidad entre los tamaños de 2 y

5 mm, que se traduce en una superficie macro-rugosa con

elevada capacidad de drenaje superficial

MEZCLAS DRENANTES

Mezclas asfálticas para capa de rodadura con un elevado

contenido de vacíos con aire, cuyo diseño da lugar a una

superficie de textura abierta y alta capacidad drenante, a

causa de la cual el agua lluvia que cae sobre la calzada se

elimina por infiltración

MEZCLAS ESPECIALES PARA

EL DRENAJE SUPERFICIAL

El sistema se debe diseñar de manera que sea capaz de

desaguar el caudal máximo correspondiente a un

determinado periodo de retorno (frecuencia de aparición del

caudal de referencia)

OBRAS DE DRENAJE SUPERFICIAL

PERÍODO DE RETORNO

El método de estimación de los caudales asociados a

diferentes periodos de retorno depende del tamaño y

naturaleza de la cuenca aportante

Para cuencas pequeñas (menos de 1000 acres - 404.7 Ha -

según el Instituto del Asfalto) resulta apropiado el método

racional:

Para cuencas mayores se recomienda la fórmula de Burkli –

Ziegler:


CAUDALES DE REFERENCIA

4

A

SCIAQ

CIAQ



C = coeficiente medio de escorrentía de la cuenca o superficie drenada

I = intensidad de la lluvia para el período de retorno considerado y una

duración igual al tiempo de concentración

A = área de la cuenca o superficie aportante

S = pendiente del terreno en el área de drenaje, º/oo


Tiempo de concentración

Tiempo requerido para la escorrentía desde el punto más

remoto del área de drenaje hasta arribar a la estructura

Existen fórmulas empíricas para su determinación en

función de la longitud máxima de recorrido del agua,

diferencias de cotas entre los puntos extremos del área de

drenaje, coeficientes de escorrentía, etc. (Kirpich, Témez,

Giandiotti, Bureau of Reclamation)

Desde el punto de vista práctico, no conviene adoptar

tiempos de concentración inferiores a 5 minutos



TIEMPO DE CONCENTRACIÓN

DRENAJE DE LA PLATAFORMA Y MÁRGENES

CAPACIDAD DE DESAGÜE

Para los elementos lineales (cunetas, bordillos) resulta

determinante el rozamiento con las paredes del cauce y

se puede aplicar la fórmula de Manning-Strickler

Los elementos puntuales (sumideros aislados y

bajantes) se pueden asimilar a vertederos

Se debe tener en cuenta que la velocidad del agua no

cause daños al elemento por erosión o sedimentación


CAPACIDAD DE DESAGÜE


ELEMENTOS LINEALES

Cunetas

Zanjas longitudinales abiertas en el terreno junto a la

plataforma de la vía

Su pendiente deberá ser igual a la de la rasante de la

vía, salvo que se estime necesario ceñirse más al

terreno o modificar dicha pendiente para mejorar la

capacidad de desagüe


ELEMENTOS LINEALES

Cunetas

CUNETA


ELEMENTOS LINEALES

Bordillos

Elementos de contención de los pavimentos, que protegen sus

bordes y ayudan a la recolección lateral del agua de la calzada

Dado que impiden la evacuación del agua de la corona de la vía, es

importante garantizar una pendiente longitudinal mínima

Si su presencia da origen a láminas de agua que generen

hidroplaneo, encharcamientos o salpicaduras, se deben sustituir por

cunetas


CAPACIDAD DE DESAGÜE DE ELEMENTOS LINEALES

Fórmula de Manning - Strickler

UKSRAQ **** 2/13/2

Q = caudal desaguado

A = área de la sección transversal del elemento

R= radio hidráulico (A/perímetro mojado)

S = pendiente longitudinal del elemento

K = coeficiente de rugosidad del elemento

U = coeficiente de conversión de unidades


CAPACIDAD DE DESAGÜE DE ELEMENTOS LINEALES


Sumideros

Permiten el desagüe de los dispositivos

superficiales de drenaje a un colector

Pueden ser continuos o aislados. En el último

caso se distinguen los de rejilla (horizontales), los

de tipo abierto (laterales) y los combinados

ELEMENTOS PUNTUALES


Sumideros aislados

ELEMENTOS PUNTUALES

Rejilla

Lateral

Combinado


ELEMENTOS PUNTUALES

Bajantes

Permiten la conducción de las aguas colectadas por los

bordillos hacia la base de los taludes de los terraplenes


CAPACIDAD DE DESAGÜE DE ELEMENTOS PUNTUALES

La capacidad de un conjunto de sumideros o bajantes no debe ser

inferior al doble del caudal de referencia en previsión de obstrucciones

o perturbaciones del flujo

Sumideros laterales y bajantes

Se puede aplicar la fórmula del vertedero

Q (l/s) = L*H3/2/60

Siendo

H (cm) = profundidad del agua desde el borde inferior de la abertura,

medida en su centro

L (cm) = ancho libre


CAPACIDAD DE DESAGÜE DE ELEMENTOS PUNTUALES

Sumideros horizontales y combinados

Donde la profundidad del agua sea menor de 12 cm se puede usar

la fórmula del vertedero (sustituyendo el ancho libre por el perímetro

exterior de la rejilla suponiendo que está desprovista de barras)

Donde la profundidad del agua (H) sea mayor de 40 cm se podrá

usar la fórmula del orificio

Q (l/s) = 300*S*[H – (D/2)]1/2

S (m2) = área del sumidero

D (cm) = ancho de la abertura

En casos intermedios, se puede interpolar linealmente entre las dos

fórmulas

Las obras de drenaje superficial transversal se pueden

dividir en dos grupos:

—Las pequeñas obras de desagüe, como alcantarillas

de tubo y de cajón, cuya sección resulta determinante

para el desagüe del cauce (suelen tener solado)

—Las obras de paso de grandes dimensiones como

puentes y viaductos, cuya sección no resulta

determinante para el desagüe del cauce (no tienen

solado)

DRENAJE TRANSVERSAL

DRENAJE TRANSVERSAL



DRENAJE

INTERNO

DRENAJE INTERNO DEL PAVIMENTO

Funciones

Abatir el nivel freático

Eliminar aguas de filtración lateral o a través delpavimento

Derivar fuentes de agua situadas debajo de la subrasante

Estas acciones se traducen en los siguientes beneficios

Facilitan la ejecución de las explanaciones

Aumentan la capacidad portante de la subrasante

Previenen fenómenos de erosión interna y bombeo

Contribuyen en la estabilidad de la estructura y de lostaludes

CAPA PERMEABLE

Capa que se coloca bajo la superficie pavimentada,

constituida por un material filtrante de manera que, con ayuda

de una pendiente transversal adecuada y unas correctas

instalaciones de salida, pueda drenar el agua

— que se infiltre desde la superficie del pavimento

— que provenga de las bermas, o

— que ascienda por subpresión desde los niveles inferiores

Esta capa, que puede ser granular o tratada con ligantes

hidrocarbonados o con cemento, se puede integrar a la

estructura del pavimento

CAPA PERMEABLE

El remate de la capa permeable (manto drenante) puede

ocurrir:

—Contra un subdrén longitudinal

—Contra el talud lateral hacia el exterior (no es

recomendable, porque se pueden producir contaminaciones

en el talud durante las operaciones de construcción y

mantenimiento)

CAPA PERMEABLE

La capa permeable puede ser:

—La base, la cual pudiera cumplir a la vez funciones

drenantes y estructurales. Se emplea para drenar el agua

proveniente de la superficie y se aplica preferentemente

en la construcción de pavimentos rígidos

—Una capa adicional sobre la subrasante, sin función

estructural o como parte de la subbase, para control de

agua ascendiente por subpresión. Si se desea que en este

caso la capa ayude a drenar el agua que se infiltre desde la

superficie, la permeabilidad de las capas superiores debe

ser mayor que la tasa de infiltración, para que el agua

pueda fluir

CAPA PERMEABLE

NOTA : Los materiales que rodeen la capa permeable

deben cumplir requisitos de filtro

BASE PERMEABLE

CARACTERÍSTICAS REQUERIDAS

Alta permeabilidad, para reducir el tiempo de saturación a

un mínimo [k > 1000 pies/día (3.5*10-1 cm/s)]

Suficiente estabilidad, para soportar las operaciones de

construcción del pavimento

Suficiente estabilidad, para resistir y distribuir los

esfuerzos impuestos por las cargas del tránsito

Las bases pueden ser estabilizadas o no estabilizadas. La

finalidad primaria de la estabilización (con cemento

asfáltico o cemento Pórtland) es brindar estabilidad a la

capa durante la etapa constructiva

BASE PERMEABLE

BASE NO ESTABILIZADA

Su estabilidad se logra a través de la trabazón de

agregados

Se exige que el material tenga 100% de partículas

trituradas mecánicamente

El desgaste Los Ángeles no puede exceder de 45 %

Las pérdidas en el ensayo de solidez no pueden

exceder de 12 % (sulfato de sodio) o de 18 % (sulfato

de magnesio)

BASE PERMEABLE

BASE NO ESTABILIZADA

GRANULOMETRÍAS USUALES

Nota -Se recomienda que Cu > 4 para garantizar la estabilidad de la base

BASE PERMEABLE

BASE ESTABILIZADA CON CEMENTO ASFÁLTICO

Se recomienda el uso de un asfalto de grado AC-40 en

proporción de 2 a 2 ½ % en peso


BASE PERMEABLE

BASE ESTABILIZADA CON CEMENTO ASFÁLTICO

Lindly y Elsayed desarrollaron una fórmula para estimar

la permeabilidad de las bases tratadas con asfalto:

k = 852.3 – 248.67 Pb + 97.51 Va – 95.52 P8

Siendo

k = coeficiente de permeabilidad (pies/día)

Pb = porcentaje de cemento asfáltico en peso

Va = % de volumen de vacíos con aire

P8 = porcentaje en peso de material que pasa el tamiz No 8

BASE PERMEABLE

BASE ESTABILIZADA CON CEMENTO PORTLAND

La cantidad de cemento varía entre 120 y 150 kg/m3

La cantidad de agua se debe ajustar para controlar la

segregación


X = % indicado por el constructor

COMPARACIÓN DE GRANULOMETRÍAS

GRADACIÓN Y PERMEABILIDAD

DE MATERIALES PARA BASE



COMPARACIÓN DE GRANULOMETRÍAS

MATERIAL % PASA TAMIZ No. 200 k (cm/s)

Piedra partida y gravas naturales con

llenante no plástico.

5

10

15

100 – 10-1

10-2 – 10-3

10-4 – 10-5

Piedra partida y gravas naturales con

llenante plástico (IP<6)

5

10

15

10-1 – 10-3

10-2 – 10-5

10-4 – 10-7

Bases asfálticas

a) 20% de vacíos

b) 5% de vacíos

100 – 10-2

10-7 – 10-8

Arena uniforme estabilizada con cemento Menos de 10 10-1 – 10-4

Bases tratadas permeables

a) AASHTO # - 57

b) AASHTO # - 67

0

1

2.40

1.80

VALORES TÍPICOS DEL COEFICIENTE DE PERMEABILIDAD DE MATERIALES DE BASE

COMPACTADOS A LA DENSIDAD MÁXIMA DEL PROCTOR ESTÁNDAR



DISEÑO HIDRÁULICO DE

LA BASE PERMEABLE

ESTIMACIÓN DEL FLUJO DE INFILTRACIÓN (qi)

La infiltración superficial es normalmente la mayor fuente

de entrada de agua a un pavimento

Existen diversos procedimientos para estimarla:

—Método de la relación de infiltración

—Método de la infiltración a través de juntas y grietas

—Método del tiempo para drenar


LA BASE PERMEABLE


Método de la relación de infiltración (Cedergren)

Se seleccionan una lluvia de diseño y una relación de infiltración y la

infiltración se determina con la expresión:

qi =2*C*R

qi= infiltración en el pavimento (pies3/día/pie2 de pavimento)

C = relación de infiltración 0.33-0.50 para pavimentos asfálticos

0.50-0.70 para pavimentos rígidos

R = intensidad de la lluvia (pulgadas/hora). Se sugiere usar una lluvia de

diseño para 2 años de frecuencia y 1 hora de duración


LA BASE PERMEABLE


Método de la infiltración por juntas y grietas (Moulton)

qi= infiltración en el pavimento (pies3/día/pie2 de pavimento)

Ic = tasa de infiltración por juntas y grietas (2.4 pies3/día/pie de grieta)

Nc = número de juntas o grietas longitudinales

Nc = N + 1, siendo N el número de carriles que contribuyen a la infiltración

Wc = longitud de las juntas o grietas transversales que contribuyen (pies)

Cs = espaciamiento entre juntas o grietas transversales contributivas (pies)

W = ancho de la base permeable que contribuye (pies)

kp = permeabilidad de pavimento sin juntas ni grietas (pies3/día/pie2 de pavimento)

p

s

ccci k

CW

W

W

NIq

*


LA BASE PERMEABLE



Ejemplo

Determinar la infiltración en un pavimento rígido de 2

carriles de 12 pies de ancho cada uno y bermas de 10 pies en

concreto asfáltico a cada lado en un sitio donde la pendiente

transversal es uniforme en un solo sentido

Las juntas transversales se encuentran cada 20 pies y la base

permeable tiene un ancho igual al del pavimento más las

bermas


LA BASE PERMEABLE



Solución al ejemplo

Ic = tasa de infiltración por juntas y grietas (2.4 pies3/día/pie de grieta)

Nc = número de juntas o grietas longitudinales = 2 + 1 = 3

Wc = longitud de las juntas o grietas transversales que contribuyen = 24

pies

Cs = espaciamiento entre juntas o grietas transversales contributivas =

20 pies

W = ancho de la base permeable que contribuye = 24 pies

kp = permeabilidad de pavimento sin juntas ni grietas = 0

23 //42.0020*24

24

24

34.2 piedíapiesqi


LA BASE PERMEABLE


Método del tiempo para drenarSe considera que es el mejor método para determinar el comportamiento

de una base permeable, dado que la selección de los parámetros de diseño

en los otros 2 métodos es muy incierta

Es una aproximación que se basa en el flujo que entra al pavimento

hasta que la base permeable se satura

Se supone que la lluvia en exceso no entra al pavimento y simplemente

corre por la superficie

Existen 2 aproximaciones para determinar el tiempo para drenar

(Ref: Publicación FHWA-SA-92-008 -March 1992-)

—Tiempo para drenar el 50% del agua que puede drenar (AASHTO)

—Criterio del 85 % de saturación


LA BASE PERMEABLE

ESTIMACIÓN DEL FLUJO DE DESCARGA DE LA BASE (qd)

qd = qi*LR

Donde

qd = tasa de descarga de la base permeable (pie3/día/pie de base)

qi = infiltración en el pavimento (pies3/día/pie2 de pavimento)

LR = longitud resultante de la trayectoria de flujo, la cual depende de

las pendientes longitudinal y transversal de la base permeable (pies)

Siendo

W = ancho de la base (pies)

S = pendiente longitudinal de la calzada (pie/pie)

Sx = pendiente transversal de la calzada (pie/pie)

2

1

Sx

SWLR


LA BASE PERMEABLE



LA BASE PERMEABLE


Ejemplo

Determinar la tasa de descarga de la base permeable de 24

pies de ancho en un pavimento rígido donde la infiltración es

1.80 pies3/día/pie2 de pavimento, si la pendiente longitudinal de

la calzada es 3 % y la transversal es 2 %

Solución

piesSx

SWLR 27.43

02.0

03.01241

22

qd = qi*LR = 1.80*43.27 = 77.89 pies3/día/pie de base


LA BASE PERMEABLE

DETERMINACIÓN DEL ESPESOR REQUERIDO DE BASE

PERMEABLE

Se puede estimar por medio de 2 criterios:

—Régimen de flujo uniforme (se obtienen espesores

exagerados)

—Régimen de flujo no uniforme, que considera que la

profundidad del flujo se incrementará hasta alcanzar el

efecto de abatimiento de la descarga del agua en el

subdrén. En este caso, se toma como espesor requerido

de la base permeable el valor correspondiente a la

máxima profundidad del flujo (ver figura)


LA BASE PERMEABLE

DETERMINACIÓN DEL ESPESOR REQUERIDO DE BASE PERMEABLE

22 SxSSR


LA BASE PERMEABLE


PERMEABLE

Ejemplo

Determinar el espesor requerido de la base permeable, dados

los siguientes datos:

—Infiltración en el pavimento = 1.8 pies3/día/pie2

—Longitud resultante = 43.27 pies

—Pendiente longitudinal = 3 %

—Pendiente transversal = 2 %

—Coeficiente de permeabilidad de la base = 3,000 pies/día


LA BASE PERMEABLE


PERMEABLE

Solución del ejemplo

-Cálculo de la pendiente resultante

036.0)02.0()03.0( 2222 SxSSR

-Cálculo de p

-Entrando a la figura con p = 0.0006 y SR = 0.036 se obtiene

LR/H = 110

H = LR/130 = 43.27/110 = 0.393 pies = 0.393*12 = 4.7 pulgadas

0006.03000/80.1/ kqp i

CAPA SEPARADORA

FUNCIONES DE LA CAPA SEPARADORA

Se coloca bajo la base permeable, para evitar que ésta

sea contaminada por los finos de la subbase/subrasante

Si la capa de subbase/subrasante es estabilizada no se

requiere la capa separadora, si la capa estabilizada no

va a estar sometida a saturación o altas presiones

durante períodos extensos.

Un riego de imprimación sobre la subbase/subrasante

estabilizada proporciona una protección adicional

CAPA SEPARADORA

La separación puede ser proporcionada por una capa

de material granular o por un geotextil

CAPA SEPARADORA

CAPA SEPARADORA DE MATERIAL GRANULAR

Debe estar constituida por partículas duras (desgaste no

mayor de 50%) y sanas (pérdidas en ensayo de solidez en

sulfato de sodio menores de 12 %)

Debe ser resistente, para proporcionar una plataforma

adecuada para la construcción de la base permeable

Su gradación debe ser seleccionada cuidadosamente, para

prevenir la migración de los finos de la capa subyacente

(debe cumplir requisitos de material de filtro)

Su permeabilidad debe ser relativamente baja, ya que

tiene que actuar como escudo para desviar el agua infiltrada

al subdrén longitudinal

CAPA SEPARADORA

REQUISITOS DE MATERIAL DE FILTRO PARA LA


Criterio de obstrucción

El agregado deberá ser lo suficientemente fino para prevenir

que materiales más finos migren dentro de él

El criterio se debe aplicar tanto a la capa separadora como a

la capa permeable drenante. La ecuación se aplica primero

considerando la capa separadora como filtro y la subyacente

como suelo y luego considerando la base permeable como

filtro y la separadora como suelo

585

15 sueloD

filtroD

CAPA SEPARADORA



Criterio de permeabilidad

Este criterio se aplica sólo a la capa separadora en

relación con el suelo que la soporta, dado que la base

permeable la satisface siempre por su alta

permeabilidad

515

15 sueloD

filtroD

CAPA SEPARADORA



Criterio de uniformidad

Busca que las curvas granulométricas de las capas

adyacentes sean algo paralelas

Este criterio se aplica tanto a la base permeable como a

la capa separadora

2550

50 sueloD

filtroD

CAPA SEPARADORA



Criterios adicionales

Hay discrepancias respecto de la uniformidad del

material y de la cantidad de finos que puede contener

CAPA SEPARADORA

GRANULOMETRÍA TÍPICA RECOMENDADA POR

LA FHWA PARA LA CAPA SEPARADORA

CAPA SEPARADORA

GRANULOMETRÍAS Y PERMEABILIDADES TÍPICAS PARA

BASES PERMEABLES Y MATERIALES DE FILTRO

[Cedergren et al (1972)]

CAPA SEPARADORA

La base permeable de k = 20,000 pies/día mostrada en la

figura presenta los siguientes diámetros:

— D15 = 0.26 pg

—D50 = 0.53 pg

Ejemplo No 1

Determinar si es posible colocar esta capa directamente

sobre un suelo de subrasante con:

—D15 = 0.0013 pg

— D50 = 0.0055 pg

— D85 = 0.021 pg

CAPA SEPARADORA

)(54.12021.0

26.0

85

15 cumplenosueloD

baseD

)(254.96055.0

53.0

50

50 cumplenosueloD

baseD


Como la base se colocará directamente sobre la

subrasante, la base será el filtro y la subrasante el suelo

En consecuencia, la base no se debe colocar

directamente sobre la subrasante

)(52000013.0

26.0

15

15 cumplesueloD

baseD

CAPA SEPARADORA

Como del ejemplo anterior se deduce que se debe colocar una capa

separadora, ¿cuál de los materiales de filtro de la figura pudiera ser

utilizado?

Solución

Cuando se coloca una capa granular como separadora entre la base

permeable y la subrasante, el análisis se debe dividir en 2 etapas:

—Primero se considera la capa granular separadora como filtro

y la subrasante como suelo

—En segundo lugar, se coloca la base permeable como filtro y

la capa granular separadora como suelo

En ambos casos se deben satisfacer los requisitos de filtro

Ejemplo No 2

CAPA SEPARADORA

Solución al Ejemplo No 2 - Primera Etapa

Capa granular separadora como filtro y la subrasante como

suelo

Teniendo en cuenta los tamaños de las partículas de la

subrasante (D15 = 0.0013 pg, D50 = 0.0055 pg y D85 = 0.021

pg), los requisitos que debe cumplir la capa separadora son

los siguientes:

D15 ≤ 5*0.021 = 0.105 pg

D15 ≥ 5*0.0013 = 0.0065 pg

D50 ≤ 50*0.0055 = 0.138 pg

CAPA SEPARADORA

Solución al Ejemplo No 2 - Segunda Etapa

Capa de base permeable como filtro y la granular

separadora como suelo

Teniendo en cuenta los tamaños de las partículas de la base

permeable (D15 = 0.26 pg y D50 = 0.53 pg), los requisitos

que debe cumplir la capa separadora son los siguientes:

D85 ≥ 0.26/5 = 0.052 pg

D15 ≤ 0.26/5 = 0.052 pg

D50 ≥ 0.53/25 = 0.0212 pg

CAPA SEPARADORA

Conclusión Ejemplo No 2

Combinando los seis requisitos por cumplir en las dos etapas,

se llega a los siguientes tres:

0.0065 pg ≤ D15 ≤ 0.052 pg

0.0212 pg ≤ D50 ≤ 0.138 pg

D85 ≥ 0.052 pg

Revisando los 5 materiales de filtro incluidos en la figura se

advierte que exceptuando el más grueso (cuyo D50 = 0.18 pg),

los demás satisfacen las exigencias y pueden ser utilizados

CAPA SEPARADORA

CAPA SEPARADORA DE GEOTEXTIL

Debe cumplir tres requisitos

PERMEABILIDAD- Debe permitir que el agua que fluya

desde el suelo entre a la base permeable

RETENCIÓN – El tamaño de las aberturas debe ser tal, que

en ellas se retenga la mayoría de las partículas del suelo

OBSTRUCCIÓN – El geotextil debe tener suficiente

cantidad de aberturas para que en caso de alguna obstrucción

el flujo no se vea restringido y se generen presiones de poros

excesivas

CAPA SEPARADORA

PROPIEDADES HIDRÁULICAS Y DE FILTRACIÓN

DEL GEOTEXTIL

Permeabilidad

La permeabilidad del geotextil debe ser superior a la

del suelo de subrasante, de manera que el drenaje

vertical del agua no sea impedido indebidamente por el

geotextil

Este requisito no suele constituir un problema, por

cuanto la mayoría de los suelos tienen baja

permeabilidad

CAPA SEPARADORA


DEL GEOTEXTIL

Retención

Esta propiedad se evalúa a través del tamaño de

abertura aparente (TAA)

El TAA es un número índice que identifica el tamaño

de las mayores aberturas del geotextil

El TAA se determina mediante la norma de ensayo

ASTM D4751

CAPA SEPARADORA


DEL GEOTEXTIL

Retención

La prueba consiste en tamizar pequeñas esferas de vidrio de

tamaño uniforme a través del geotextil y determinar el

porcentaje de ellas, en peso, que queda retenido en él

La prueba se repite aumentando el tamaño de las esferas

hasta que menos del 5 % de ellas atraviese el geotextil (más

de 95 % quedan retenidas)

El tamaño de abertura aparente es el número del tamiz

estándar que tiene las aberturas del tamaño superior más

próximo al de las esferas que son retenidas en más de 95 %

CAPA SEPARADORA


DEL GEOTEXTIL

Retención

El tamaño de abertura aparente también se puede expresar

en milímetros y se refiere al tamaño correspondiente al 95%

retenido (O95)

La nomenclatura de los tamaños de tamices es a veces

difícil de seguir, por cuanto la abertura del tamiz decrece a

medida que el número del tamiz aumenta

El tamaño de abertura aparente se debe elegir de manera

que prevenga la migración de los finos dentro de la base

permeable

CAPA SEPARADORA


DEL GEOTEXTIL

TAMAÑOS DE ABERTURA DE LOS TAMICES

CAPA SEPARADORA


DEL GEOTEXTIL

Obstrucción

La obstrucción es un problema potencial y por lo tanto el

diseño debe tomarla en consideración

La mejor aproximación consiste en estudiar la interacción

en la interfaz suelo/geotextil

El potencial de obstrucción del geotextil se mide mediante

el ensayo de relación de gradientes, según norma ASTM

D5101

CAPA SEPARADORA


DEL GEOTEXTIL

Obstrucción

La prueba de relación

de gradientes consiste en

determinar el gradiente

hidráulico a través del

geotextil más 1‖ de suelo

colocada encima de él (if)

y a través de 2‖ de suelo

colocadas encima de la

anterior (ig)

CAPA SEPARADORA


DEL GEOTEXTIL

Obstrucción

Si las partículas de suelo son atrapadas en el geotextil,

la relación de gradientes aumenta, en tanto que si lo

atraviesan, la relación de gradientes disminuye

g

f

i

iGRADIENTESDERELACIÓN

CAPA SEPARADORA

CRITERIOS DE DISEÑO PARA SELECCIÓN DE GEOTEXTILES

CAPA SEPARADORA


REQUERIMIENTOS DE PROPIEDADES MECÁNICAS PARA

GEOTEXTILES EN CAPAS SEPARADORAS (INVÍAS)

CAPA SEPARADORA


Ejemplo

Determinar el TAA de un geotextil tejido que sea adecuado

para retener un suelo de subrasante cuyo D85 es 0.24 mm

Solución

Como se trata de un geotextil tejido

O95 ≤ D85

O95 ≤ 0.24 mm

Por lo tanto, se elige un AOS No 70, el cual corresponde a

un tamiz de 0.212 mm de abertura

SUBDRENES LONGITUDINALES

Zanjas paralelas a la dirección de la vía, en las cuales

se colocan materiales permeables (agregados pétreos,

geotextiles, geodrenes) y, eventualmente, una tubería

Excavación de zanja Colocación de geotextil

y tubería

Relleno con agregado pétreo

Utilización

Los subdrenes longitudinales se emplean para:

1. Cortar corrientes de agua subterránea, impidiendo

que alcancen las inmediaciones del pavimento

2. Encauzar el agua que ingrese al pavimento por

filtraciones a través de su superficie

3. Rebajar el nivel freático, manteniéndolo a una

profundidad conveniente del nivel superior de la

explanación


Utilización

1. Cortar corrientes de agua subterránea, impidiendo

que alcancen las inmediaciones del pavimento


Utilización

2. Encauzar el agua que ingrese al pavimento por

filtraciones a través de su superficie


Utilización

3. Rebajar el nivel freático, manteniéndolo a una

profundidad conveniente del nivel superior de la

explanación


CARACTERÍSTICAS DE LOS SUBDRENES

LONGITUDINALES

Deben tener la capacidad hidráulica suficiente para conducir

todo el agua que reciban

Si están unidos con una base permeable, su material de

relleno debe ser el mismo de la base para asegurar su

capacidad. Además, deben llevar una tubería

Cuando el subdrén no va unido a una base permeable, puede

estar constituido por un geodrén o ser del tipo francés envuelto

en geotextil

El geotextil usado para el subdrén no debe atravesar una base

permeable, por cuanto formaría una barrera al flujo de agua


TUBERÍA DEL SUBDRÉN

Puede ser de concreto, arcilla, metal, fibra bituminosa

o plástico

Los tubos de concreto y arcilla se podrán proyectar

con juntas abiertas o perforaciones que permitan la

entrada del agua en su interior

Los tubos de hormigón poroso permiten la entrada del

agua a través de sus paredes

Los tubos de plástico, metal y fibra bituminosa tienen

orificios circulares o ranuras para el mismo fin



En tuberías con juntas abiertas, el ancho de éstas oscila

entre 1 cm y 2 cm

Los orificios circulares o ranuras de las tuberías perforadas

se disponen de preferencia en la mitad inferior de los tubos

Se deben cumplir los siguientes requisitos para evitar que

se introduzca el material granular del subdrén dentro de los

tubos perforados


2.185 ranuraladeAncho

filtroD

0.185 orificiodelDiámetro

filtroD—Para orificios circulares

—Para ranuras



Disposición de los orificios en una tubería perforada

DISEÑO HIDRÁULICO DEL

SUBDRÉN LONGITUDINAL

DETERMINACIÓN DEL FLUJO DE DESCARGA

El subdrén debe ser diseñado de manera que la tasa del

flujo de salida sea mayor que la de entrada y que el agua

pueda ser llevada con seguridad de las fuentes hasta los sitios

de descarga

Existen 3 aproximaciones para el cálculo del flujo de

descarga del sistema de subdrenaje:

—Tasa de descarga de la infiltración del pavimento

—Tasa de descarga de la base permeable

—Tasa de descarga del tiempo para drenar




Método de la velocidad de descarga de la infiltración del pavimento

Qp = qi W L

Donde

Qp = caudal de diseño por el conducto (pie3/día)

qi = infiltración del pavimento (pie3/día/pie2)

W= ancho de la base permeable (pies)

L = espaciamiento entre tubos de descarga (pies)




Método de la velocidad de descarga de la base permeable

Algunos ingenieros consideran que el sistema debe ser capaz

de manejar el flujo máximo que la base permeable puede

descargar en el subdrén

Qp = k SR H L cos(A)

Donde


k = coeficiente de permeabilidad (pies/día)

SR = pendiente resultante (pie/pie)

H = espesor de la base (pies)


A = ángulo entre la pendiente transversal y la pendiente resultante




Método de la velocidad de descarga del tiempo para drenar

En esta aproximación el sistema debe ser capaz de manejar el

flujo generado por el drenaje de la base permeable

Qp = (W L H Ne U)(1/tD)*24

Donde


W = ancho de la base permeable (pies)


H = espesor de la base (pies)

Ne = porosidad efectiva

U = porcentaje drenado (expresado como decimal)

tD = tiempo de drenaje (horas)



CAPACIDAD DE LA TUBERÍA CIRCULAR

Se puede determinar con la fórmula de Manning

Q = (53.01 D8/3 S1/2)/ n

Donde

Q = capacidad de la tubería (pie3/día)

D = diámetro de la tubería (pulgadas)

S = pendiente longitudinal (pies/pie)

n = coeficiente de rugosidad de Manning

n = 0.012 para tubería lisa

n = 0.024 para tubería corrugada




Si se asignan valores de diámetro de tubería y coeficiente de

rugosidad, la ecuación de Manning se puede simplificar

Q = K S1/2

Valores K para diferentes diámetros de

tubería y coeficientes de rugosidad




Ejemplo

Determinar la capacidad de una tubería circular corrugada

de 4 pulgadas de diámetro, si la pendiente longitudinal del

subdrén longitudinal es 1 %

Solución

K = 89,051 (ver tabla)

Q = K S1/2 =89,051(0.01)1/2 = 8,905 pies3/día



ESPACIAMIENTO ENTRE TUBOS DE DESCARGA (L)

Método de la velocidad de descarga de la infiltración en el

pavimento

En esta aproximación se iguala el caudal de diseño de este

método con la ecuación de capacidad del conducto

qi W L = K S1/2

Despejando ―L‖:

Wq

SKL

i

2/1




Método de la velocidad de descarga de la infiltración en el pavimento

Ejemplo

Dados:

—Infiltración en el pavimento = 1.80 pies3/día/pie2

—Ancho de la base permeable = 24 pies

—K = 89051

—Pendiente longitudinal de la tubería = 1 %

Determinar el espaciamiento entre tubos de descarga

Solución

piesWq

SKL

i

20624*80.1

)01.0(*89051 2/12/1







k SR H L cos(A) = K S1/2

Despejando ―L‖:

)cos(

2/1

AHSk

SKL

R





Ejemplo

Dados

—Ancho de la base permeable = 24 pies

—k = 3000 pies/día

—K = 89051

—Pendiente longitudinal de la tubería = 1 %

—Pendiente resultante = 0.036 (Sx = 0.02)

—Espesor de la base permeable = 0.393 pies

Determinar el espaciamiento entre tubos de descarga





Solución al ejemplo

556.0036.0

02.0)cos(

R

x

S

SA

piesAHSk

SKL

R

377556.0*393.0*036.0*3000

)01.0(*89051

)cos(

2/12/1




Método de la velocidad de descarga del tiempo para drenar



(W L H Ne U)(1/tD)*24 = K S1/2

Despejando ―L‖:

UNHW

tSKL

e

D

24

2/1



DETERMINACIÓN DE LA SECCIÓN

TRANSVERSAL DEL SUBDRÉN

Si no hay heladas ni un caudal significativo de agua

por subpresión, el subdrén puede tener poca profundidad

Tan sólo se requiere que la parte superior del tubo

quede al menos 5 centímetros (2 pulgadas) por debajo

del fondo de la capa permeable



DETERMINACIÓN DE LA SECCIÓN

TRANSVERSAL DEL SUBDRÉN

El ancho mínimo de la zanja (W) se puede determinar

aplicando la ley de Darcy, suponiendo que el gradiente

hidráulico es unitario (i = 1) y que el caudal de diseño del

subdrén (Q) es igual a la descarga de la base permeable

(qd), lo que permite llegar a

k

qW d

TUBERÍA DE DESCARGA

Su instalación es crítica en el sistema de drenaje de bases

permeables

Puede ser metálica o rígida de PVC sin perforaciones y

debe ir adecuadamente conectada con la tubería del subdrén,

debiendo tener el mismo diámetro de ésta

Su salida a la zanja o cuneta lateral debe producirse por lo

menos 15 centímetros por encima del flujo de diseño para 10

años

La FHWA recomienda construirle cabezal de salida y

limitar la separación entre tuberías a 250 pies (76 metros)


TUBERÍA DE DESCARGA


Esquema general Cabezal de salida

SUBDRENES TRANSVERSALES

En carreteras de montaña, los subdrenes

longitudinales pueden resultar insuficientes para

interceptar toda el agua de filtración

En estos casos se deben instalar subdrenes

transversales normales al eje de la vía o en forma de

espina de pez

Función


Estos dispositivos son análogos a los longitudinales y

lo único que los distingue de ellos es la dirección en la

cual se desarrollan y el hecho de tener paredes

inclinadas

Su efecto se puede incrementar, si en cierta longitud

se coloca una capa permeable a cada lado de ellos

Función

SI EL AGUA DESTROZA LOS CAMINOS

¿QUÉ HARÁ EN LOS INTESTINOS?

COROLARIO

EVALUACIÓN DE LA

SUBRASANTE

CONTENIDO

Exploración de la subrasante

Definición del perfil y delimitación de

áreas homogéneas

Determinación de la resistencia o respuesta

de diseño para cada área homogénea

EVALUACIÓN DE LA SUBRASANTE

La respuesta del suelo de subrasante es el factor más

importante en la determinación de los espesores de

diseño del pavimento

La respuesta de la subrasante ante las cargas del

tránsito depende de los tipos de suelo que la

constituyen y de la densidad y la humedad de ellos,

tanto durante la construcción como durante el servicio


La caracterización de los suelos de subrasante

comprende las siguientes etapas:

— Exploración de la subrasante

— Definición del perfil y delimitación de áreas

homogéneas

— Ejecución de ensayos de resistencia sobre los

suelos predominantes

— Determinación del valor de resistencia o de

respuesta de diseño para cada área homogénea


EXPLORACIÓN

DE LA

SUBRASANTE

EXPLORACIÓN DE LA SUBRASANTE

Se debe adelantar una investigación a lo largo del

alineamiento aprobado, con el fin de identificar la

extensión y la condición de los diferentes depósitos de

suelos que se encuentren

La investigación se realiza mediante perforaciones a

intervalos definidos de acuerdo con la variabilidad del

terreno, la longitud y la importancia del proyecto y los

recursos técnicos y económicos disponibles

Las perforaciones deberán alcanzar, cuando menos,

500 mm bajo la cota proyectada de subrasante


INTERVALOS ENTRE PERFORACIONES


EJECUCIÓN DE PERFORACIONES


REGISTRO DEL PERFIL EN EL TERRENO


REGISTRO DEL PERFIL Y TOMA DE MUESTRAS

Se debe tomar suficiente cantidad de muestra de cada

suelo encontrado en las perforaciones para determinar:

—Humedad natural

—Límites de consistencia

—Granulometría

—Compactación

—Resistencia o respuesta ante cargas transitorias

Igual tratamiento se debe dar a los suelos de préstamo

que se colocarán en los rellenos y que influirán en el

comportamiento del pavimento



Los sistemas de clasificación encuadran los suelos en

una determinada tipología a partir de su granulometría y

límites de consistencia

El sistema más apropiado para clasificar los suelos

para estudio de calles y carreteras es el AASHTO

Las muestras para clasificación y otros ensayos no se

deben tomar al azar, sino de acuerdo con el desarrollo

del perfil a lo largo de la vía y la secuencia en que se

presenten las diferentes capas de suelo

CLASIFICACIÓN DE LOS SUELOS


CLASIFICACIÓN DE LOS SUELOS

Determinación de granulometría Determinación de los límites de consistencia


TABLA DE CLASIFICACIÓN DE SUELOS DE LA AASHTO


DEFINICIÓN DEL

PERFIL Y

DELIMITACIÓN DE

ÁREAS HOMOGÉNEAS

Inicialmente se sectoriza el tramo en estudio, de acuerdo

con los niveles esperados de tránsito a lo largo de él

DEFINICIÓN DEL PERFIL Y DELIMITACIÓN

DE ÁREAS HOMOGÉNEAS

SECTORIZACIÓN INICIAL POR TRÁNSITO

A partir de las clasificaciones de los suelos de subrasante

encontrados en las perforaciones, se elabora un perfil



SECTORIZACIÓN COMPLEMENTARIA POR TIPOS DE ROCA O SUELO



Se determina la longitud en la cual predomina cada suelo

y se delimitan áreas homogéneas para efectos de diseño,

teniendo en cuenta el tránsito de proyecto

Las secciones escogidas deben ser de suficiente longitud,

con el fin de que los diseños resultantes den lugar a una

construcción práctica y económica

DETERMINACIÓN DE LAS ÁREAS HOMOGÉNEAS DE DISEÑO

DETALLE DE LOS SUELOS DE LA UNIDAD 4



Distribución de la clasificación de los suelos de la unidad 4a



Si en un tramo hay gran heterogeneidad en los suelos y no se

puede definir uno como predominante, el diseño se basará en

el más frecuente de los suelos débiles encontrados



EJECUCIÓN DE ENSAYOS

DE RESISTENCIA O DE

RESPUESTA SOBRE LOS

SUELOS

PREDOMINANTES


DE RESISTENCIA O DE RESPUESTA

Los ensayos de resistencia o de respuesta se deben

realizar sobre muestras representativas de los suelos

predominantes, reproduciendo las condiciones de

humedad y densidad que se espera prevalezcan en

servicio

El ensayo más utilizado es el CBR, el cual es una

medida de la resistencia del suelo al esfuerzo cortante

bajo condiciones de humedad y densidad controladas,

que tiene aplicación en el diseño y en la evaluación de


El soporte de la subrasante se puede expresar, también,

en términos del módulo de reacción, obtenido a través de

pruebas de placa directa. Este módulo se usa en el diseño

de pavimentos rígidos

La respuesta del soporte se puede caracterizar también

en términos de parámetros elásticos (módulo resiliente y

relación de Poisson), los cuales se aplican en los

procedimientos empírico mecanísticos de diseño de




ENSAYO CALIFORNIA BEARING RATIO (CBR)

El ensayo más utilizado es el CBR, el cual representa

la relación, en porcentaje, entre el esfuerzo requerido

para penetrar un pistón cierta profundidad dentro del

suelo ensayado y el esfuerzo requerido para penetrar un

pistón igual, la misma profundidad, dentro de una

muestra patrón de piedra triturada

100*x)ón(penetracipatrónmuestralaenesfuerzo

x)ón(penetraciensayadosueloelenesfuerzoCBR




La muestra patrón fue elegida y ensayada por O.J.

Porter, en California, en 1929, presentando los

siguientes esfuerzos requeridos para diferentes

profundidades de penetración del pistón:

Valores de esfuerzo en la muestra patrón

Penetración del

pistón

(mm) 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5

(pulg.) 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

Esfuerzo

(MPa) 6.89 10.34 13.10 15.86 17.93

(lb/pg2) 1000 1500 1900 2300 2600




Para cada muestra preparada se dibuja una gráfica

relacionando Esfuerzo vs Penetración del pistón:




Para cada muestra elaborada, se calcula su valor de

CBR para penetraciones del pistón de 0.1‖ (2.5 mm) y

0.2‖ (5.0 mm) con las expresiones :

100*psi1500

σCBR

100*psi1000

σCBR

0.2"

0.2"

0.1"

0.1"



DETERMINACIÓN DE LA RESISTENCIA BAJO

CONDICIONES DE EQUILIBRIO

Humedad

La resistencia de los suelos, en especial los finos, está

directamente relacionada con sus condiciones de humedad

y de densidad

Se recomienda determinar la resistencia de la subrasante

bajo la condición más húmeda que se espere una vez que

el pavimento se encuentre en servicio





Humedad

Compactar suelos finos con humedades bajas para

conseguir altas densidades y altas resistencias durante

la construcción, no constituye una buena práctica, por

cuanto el suelo queda con una estructura que se debilita

considerablemente con el humedecimiento, lo que se

traduce en pérdidas posteriores de densidad y de

resistencia e incrementos en la expansión



CLASIFICACIÓN DE LOS SUELOS DE ACUERDO CON LA

HUMEDAD PARA LA DETERMINACIÓN DE SU RESISTENCIA





Efectos del subdrenaje sobre la humedad de lasubrasante

Los cambios de humedad de la subrasante porfiltración y fluctuaciones del nivel freático pueden sercontrolados con la instalación y mantenimiento dedispositivos de subdrenaje

Estos dispositivos sólo son efectivos si la humedad delsuelo está sujeta a presión de poros positiva





Efectos del subdrenaje sobre la humedad de lasubrasante

Si las filtraciones de agua provenientes de la partesuperior son inevitables y abundantes, convienedeterminar la resistencia de los suelos en condiciónsaturada cuando correspondan a las categorías 1 y 2 ycon la humedad óptima del ensayo normal decompactación (Proctor Standard) cuando correspondan ala categoría 3



Densidad

La densidad que alcanza la subrasante bajo una superficieimpermeable (densidad de equilibrio), es función del tipo desuelo y del entorno ambiental en el cual actúa

Existen procedimientos para estimar a priori la densidadde equilibrio

En general, resulta suficiente considerar una densidadequivalente al 95% de la máxima del ensayo modificado decompactación (tomar precauciones en el caso de los suelosexpansivos)





CRITERIO AUSTRALIANO PARA DETERMINAR LA

RESISTENCIA EN CONDICIONES DE EQUILIBRIO

IP < 10 IP > 10

< 600 1,0 - 1,5 1,4 - 1,8

>600 y <1000 0,6 - 1,1 1,0 - 1,4

>1000 0,4 - 0,9 0,6 - 1,0

Factor de corrección (F) por aplicar al CBR sumergido* para estimar el CBR en

condiciones de equilibrio in situ

Tipo de suelo **Precipitación anual

(mm)

* Cuando el CBR sumergido ha sido usado exitosamente no hay razón para modificar el resultado con el factor F

** Los valores más bajos de cada rango se aplican en situaciones donde se espera que el drenaje sea pobre, el

nivel freático elevado, etc. Los valores mayores se aplican en la situación opuesta



DETERMINACIÓN DE LA RESISTENCIA

MEDIANTE ENSAYOS DE CAMPO

Generalmente resulta adecuado estudiar la resistencia

de la subrasante de pavimentos construidos sobre el

mismo suelo en vecindades del proyecto, los cuales hayan

estado sometidos a tránsito cuando menos 3 años

En estos suelos, el CBR se puede medir directamente

mediante el método de campo (Norma de ensayo INV E-

169) o se puede estimar a partir del ensayo del

penetrómetro dinámico de cono (PDC)



DETERMINACIÓN DEL CBR EN EL CAMPO



ENSAYO DEL PENETRÓMETRO DINÁMICO DE CONO

Ensayo apropiado para estimar la resistencia de suelos

predominantemente finos

Mediante esta prueba se mide la rata a la cual penetra en

el suelo una varilla con una punta cónica, a medida que es

golpeada desde cierta altura con una masa especificada de

8 kg

La resistencia a la penetración es la pendiente de la recta

―Número de golpes vs penetración‖, denominada número

dinámico (ND) y se expresa en mm/golpe



RESULTADO DE UN ENSAYO PDC



La rata de penetración del PDC (Número Dinámico) puede

ser relacionada con otros valores de resistencia in-situ, como el

CBR




PARÁMETROS ELÁSTICOS DE LA SUBRASANTE

1. Módulo resiliente (MR)

Es un estimativo del módulo elástico, basado enmedidas de esfuerzo y deformación a partir de cargasrápidas repetidas, similares a las que experimentan losmateriales del pavimento bajo la acción del tránsito

No es una medida de la resistencia, pues el material nose lleva a rotura, sino que retorna a su tamaño y formaoriginales

2.Relación de Poisson (m)

Es la relación entre las deformaciones transversales ylongitudinales de un espécimen sometido a carga



Módulo resiliente (MR)

Se determina mediante el ensayo triaxial dinámico:




Procedimiento para hallar el Módulo Resiliente (MR)

1. Se coloca una muestra compactada en la cámara

triaxial dentro de una membrana

2. Se somete a una presión de confinamiento (s3)

3. Se aplican pulsos repetidos de un esfuerzo axial

desviador (sd)





4. Se miden las deformaciones recuperables (DL) que

ocurren en una determinada longitud de la probeta (L)

5. Se calcula la deformación axial recuperable (er= DL/ L)

6. Se determina el módulo resiliente para ese esfuerzo

desviador (MR = sd/ er )

7. Se repite el procedimiento con otros esfuerzos axiales

desviadores




Módulo resiliente (MR)

Debido al comportamiento mecánico no lineal de los

suelos, su caracterización se debe adelantar sobre un

rango de humedades y estados de esfuerzos que

representen las condiciones esperadas en el terreno




Módulo resiliente(MR)

El módulo resiliente de los

suelos cohesivos decrece con

el aumento del esfuerzo

desviador y de la humedad del

suelo, así como con la

disminución de la presión de

confinamiento (ablandamiento

por esfuerzos)

MR = A* sd -B




Módulo resiliente(MR)

El módulo resiliente de los suelos

granulares aumenta con el estado de

esfuerzos, debido al aumento de la

trabazón entre las partículas

individuales (endurecimiento por

esfuerzos) y disminuye con el

incremento de la humedad del suelo

MR = K1(I1)K2

I1= s1 + s2 + s3




Relación de Poisson (m)




ENSAYO DE PLACA DIRECTA (AASHTO T 222)

Se realiza para obtener el módulo de reacción de la

subrasante (k) el cual se usa en el diseño de pavimentos

rígidos

El valor k fue desarrollado básicamente como una

constante de resorte que recibe el soporte bajo la losa de

concreto

La deflexión de los resortes es proporcional a la

presión aplicada, es decir, la presión reactiva para resistir

para resistir una carga es proporcional a k y a la

deflexión de la losa (D)



ENSAYO DE PLACA DIRECTA (AASHTO T 222)



ENSAYO DE PLACA DIRECTA (AASTHO T 222)




Se coloca el equipo sobre el suelo por ensayar, se somete la

placa a diversas presiones y se miden las deflexiones

Se dibuja una curva ―deflexión vs presión‖

Determinación del módulo de reacción




El valor de “k” se calcula dividiendo la presión sobre la

placa, por la deflexión correspondiente. Hay dos criterios:

—a) Usar para el cálculo la presión para D= 0.05 pulgadas

—b) Usar para el cálculo la deflexión para p = 10 psi

pcik 32005.0

16

pcik 416024.0

10

Determinación del módulo de reacción



No todas las agencias viales están familiarizadas o

disponen de equipos modernos para caracterizar los

suelos de subrasante y los materiales no ligados del

pavimento

Es permitido el uso de correlaciones entre diversos

indicadores de la resistencia o de la respuesta del suelo

La aplicación de estas correlaciones debe ser

cuidadosa, por cuanto ellas se basan en un número

limitado de datos

CORRELACIONES ENTRE DIFERENTES

VALORES DE RESPUESTA DE LOS SUELOS



CORRELACIONES ENTRE DIFERENTES

VALORES DE RESPUESTA DE LOS SUELOS



DETERMINACIÓN DE LA

RESISTENCIA O

RESPUESTA DE DISEÑO

PARA CADA ÁREA

HOMOGÉNEA


SELECCIÓN DEL VALOR DE RESISTENCIA O DE


Cualquiera sea el método para medir la resistencia o la

respuesta del suelo, cada muestra o cada ensayo dará

generalmente un resultado diferente

Es importante que el valor utilizado para el diseño no

sea ni subestimado, por cuanto dará lugar a un mayor costo

de construcción del pavimento, ni sobreestimado en un

grado tal, que existan riesgos importantes de falla

RESISTENCIA O RESPUESTA

DE DISEÑO PARA CADA ÁREA HOMOGÉNEA



El número de ensayos por área homogénea depende de la

extensión del proyecto:

– Para vías muy cortas (≤ 150 metros) son suficientes

dos pruebas

– Para tramos extensos (≥ 3,000 metros) se recomienda

un mínimo de 5 y un máximo de 9 por suelo homogéneo

– Para tramos de longitud intermedia se aplicará el

criterio del diseñador





Cuando se tengan menos de 5 resultados, se recomienda

tomar el menor valor de resistencia o de respuesta

determinado en condiciones de equilibrio

Cuando se tengan 5 resultados o más, la elección del valor

de diseño del área, dependerá del método de diseño del

pavimento que se vaya a emplear:

- Si se aplican AASHTO – 93 o INVIAS, se tomará el

valor promedio

- Para otros métodos, se puede emplear el criterio del

Instituto del Asfalto





X= 87.5%Mayor o igual a 106

X=75%Entre 104 y 106

X= 60%Menor o igual a 104

Valor que es igualado o

excedido por el X % de

resultados

N

CRITERIO DEL INSTITUTO DEL ASFALTO



SELECCIÓN DEL VALOR DE RESISTENCIA O DE RESPUESTA DE DISEÑO

Los valores de diseño de cada área se deben redondearasí:

1000Mayor de 500010Mayor de 50

5002000 - 5000520 - 50

100500 - 200015 - 20

50Menor de 5000.5Menor de 5

Redondear aMR (kg/cm2)Redondear aCBR (%)




Ejemplo de aplicación

Los resultados de 8 ensayos triaxiales dinámicos

produjeron los siguientes módulos resilientes de un

suelo de subrasante en un área homogénea: 6,200 –

9,500 – 8,800 – 7,800 - 13,500 – 10,000 – 11,900 y

11,300 lb/pg2

Determinar el módulo de diseño del área, para valores

N de 104 , 105 y 106 ejes equivalentes de 80 kN



Solución

Criterio de AASHTO 93 e INVIAS




MR de diseño = 9,875 psi (10,000 psi) para cualquier tránsito

de diseño

psi875,98

500,13900,1111,30010,0005009,8008,8007,6,200diseñodeMR

Solución

Criterio del Instituto del Asfalto:




MATERIALES PARA BASE Y

SUBBASE

CONTENIDO

Bases y subbases granulares

Bases y subbases estabilizadas con aditivos

Estabilización de suelos con cal

Estabilización de suelos con cal y ceniza volante

Estabilización de suelos con cemento

Bases estabilizadas con asfalto

Bases estabilizadas con emulsión asfáltica

Bases estabilizadas con asfalto espumado

Combinación de estabilizantes

Otros tipos de bases

Base permeable

Base de concreto pobre

DEFINICIONES

Base es la capa que se encuentra bajo la capa derodadura de un pavimento asfáltico. Debido a suproximidad con la superficie, debe poseer altaresistencia a la deformación, para soportar las altaspresiones que recibe. Se construye con materialesgranulares procesados o estabilizados y, eventualmente,con algunos materiales marginales.

BASES Y SUBBASES

DEFINICIONES

Subbase es la capa que se encuentra entre la base y lasubrasante en un pavimento asfáltico. Debido a queestá sometida a menores esfuerzos que la base, sucalidad puede ser inferior y generalmente estáconstituida por materiales locales granulares omarginales.

El material que se coloca entre la subrasante y laslosas de un pavimento rígido también se denominasubbase. En este caso, debe permitir el drenaje libre oser altamente resistente a la erosión, con el fin deprevenir el ―bombeo‖. En algunas partes, a esta capala llaman base.

BASES Y SUBBASES

- Compuestos principalmente por agregados pétreos y finos naturales.

- Su resistencia a la deformación está determinada casi exclusivamente

por el rozamiento interno de los agregados, aunque a veces existe una

componente cohesional brindada por los finos plásticos del material

- Modificación de un suelo o un agregado procesado, mediante la

incorporación y mezcla de productos que generan cambios físicos y/o

químicos del suelo aumentando su capacidad portante, haciéndolo menos

sensible a la acción del agua y, eventualmente, elevando su rigidez

- Materiales que no cumplen las especificaciones corrientes para uso vial,

pero que pueden ser usados con éxito, principalmente como resultado

de una experiencia local satisfactoria y un costo reducido

Naturales,

subproductos

industriales y

materiales de

desecho

Marginales

Granulares

(mezclas de

suelo-agregado)

No ligados

Estabilizaciones

con aditivos

Ligados

CLASIFICACIÓN DE MATERIALES PARA BASES Y SUBBASES

BASES Y SUBBASES

BASES Y

SUBBASES

GRANULARES

Los agregados para construcción de bases y subbasesgranulares y, en general, para cualquier capa de unpavimento deben ser caracterizados para:

– Establecer su idoneidad

– Obtener información útil para el diseño estructuraldel pavimento

CARACTERIZACIÓN DE LOS AGREGADOS

Finalidad de la caracterización

1. Caracterización para establecer su idoneidad de uso

La composición mineralógica de los agregadosdetermina en buena medida sus características físicas yla manera de comportarse como materiales para unacapa de pavimento

Por lo tanto, al seleccionar una fuente de materiales, elconocimiento del tipo de roca y, por lo tanto, deminerales que la componen brinda una excelente pistasobre la conveniencia de los agregados provenientes deella



RESUMEN DE PROPIEDADES INGENIERILES DE LAS ROCAS

(SEGÚN CORDON Y BESTE)


El examen petrográfico de las rocas en el microscopio,mediante secciones delgadas, es un método excelentepara determinar el tamaño del grano, su textura y suestado de descomposición

El examen, realizado por un experto, permite calcularlas proporciones de las especies mineralógicas de laroca y, en muchos casos, permite también dilucidar einclusive resolver el problema planteado




Cuarzo reactivo exhibiendo bandas oscuras

(A) y claras (B) en el mismo grano

Grano de cuarzo no reactivo con un

brillo uniforme



Las propiedades químicas de los agregados sonimportantes cuando se van a emplear en pavimentos

En pavimentos asfálticos, la química de los agregadospuede determinar la adherencia entre ellos y el asfalto

En pavimentos rígidos, los agregados que contienenformas reactivas de sílice pueden presentar reaccionesexpansivas con los álcalis contenidos en la pasta delcemento



Falla por deficiente adherencia

entre los agregados y el asfalto

Reacción expansiva entre la

sílice del agregado y los álcalis

del cemento


Se han desarrollado muchos ensayos para medir lascaracterísticas físicas de los materiales para construirpavimentos. Estos ensayos, en su mayoría arbitrarios enel sentido de que su utilidad reposa en la correlación desus resultados con el comportamiento en el campo, hansido normalizados con el fin de obtener resultadosreproducibles

Las especificaciones de construcción fijan, de acuerdocon la experiencia local, los límites admisibles de losresultados de estos ensayos, según el uso previsto parael material


2. Caracterización para efectos de diseñoestructural del pavimento

Se trata de ensayos para establecer la respuesta delos materiales al esfuerzo y a la deformación

Se emplean para cuantificar módulos y relaciones dePoisson y, para determinados componentes de laestructura del pavimento, medir su resistencia a lafatiga


FUENTES DE MATERIALES

GRANULARES PARA BASES Y SUBBASES

CANTERA

DEPÓSITO ALUVIAL

PROPIEDADES GENERALES DE LOS MATERIALES


Estabilidad y densidad

La masa de los materiales granulares para capas desubbase y base deberá poseer una adecuada estabilidadpor trabazón mecánica, de manera que soporteadecuadamente los esfuerzos impuestos por las cargasde la construcción y del tránsito automotor

La estabilidad de un material granular depende de ladistribución de los tamaños de las partículas(granulometría), de las formas de las partículas, de ladensidad relativa, de la fricción interna y de la cohesión



Estabilidad y densidad (continuación)

Un material granular diseñado para máximaestabilidad debe poseer alta fricción interna para resistirla deformación bajo carga

La fricción interna y la subsecuente resistencia alcorte dependen, en gran medida, de la granulometría, dela forma de las partículas y de la densidad, De estosfactores, la distribución de tamaños, en especial laproporción de finos respecto a los gruesos, es el másimportante

Estabilidad y densidad (continuación)

La máxima densidad se suele obtener cuando la distribuciónde tamaños se adapta a la fórmula de Fuller:

p = 100(d/D)0.5

Generalmente, la proporción de finos que permite alcanzarla máxima estabilidad es inferior a la requerida para lograrmáxima estabilidad

La granulometría por escoger debe establecer un balanceentre la facilidad constructiva y la mayor estabilidad posible



ESTADOS FÍSICOS DE LAS MEZCLAS DE SUELO - AGREGADO



VARIACIÓN DE LA DENSIDAD Y DEL CBR CON LA

CANTIDAD DE FINOS DE UN MATERIAL GRANULAR



Angularidad del agregado grueso (INV E-227)

A igualdad de distribución de tamaños, un agregado con partículasfragmentadas mecánicamente presenta mayor estabilidad que uno conpartículas redondeadas, debido a la mayor trabazón entre las partículas

Para iguales granulometrías, el material con partículas trituradas dalugar a un mayor coeficiente de permeabilidad, lo que hace que sea másfácil de drenar



http://www.suburbias.com/sun/images/DelRio2_t.jpg

Angularidad del agregado fino (AASHTO T 304 – INVE-239)

Porcentaje de vacíos con aire de las partículas menoresde 2.36 mm, levemente compactadas



V= volumen del molde

W=peso de arena en el molde

GA = peso específico arena

Partículas aplanadas y alargadas (INV E-240)

La presencia de partículas aplanadas y alargadas es indeseable, porcuanto ellas tienden a quebrarse durante la construcción y bajo tránsito,modificando la granulometría original del agregado

DETERMINACIÓN DE PARTÍCULAS ALARGADAS Y PLANAS (ASTM D 4791)



Limpieza

Índice plástico (AASHTO T 89 y T 90 – INV E-125 y E-126)

Representa el rango de humedad en el cual una fracción finase encuentra en estado plástico



Límite líquido (LL) Límite plástico (LP)

Índice Plástico (IP) = LL - LP

Limpieza

Equivalente de arena (AASHTO T 176 – INV E-133)

El efecto de la plasticidad depende de la proporción dematerial fino presente en la mezcla

La determinación del índice plástico se suelecomplementar con la del equivalente de arena, el cualpermite valorar la cantidad y actividad de la fraccióncoloidal de las partículas finas

El agregado se mezcla con una solución de cloruro decalcio-glicerina-formaldehído y se agita dentro de uncilindro graduado, forzando a las partículas más finas aquedar en suspensión



Limpieza

Equivalente de arena (AASHTO T 176 – INV E-233)

Luego de un término de reposo, se miden las alturas de arena(HA) y finos (HF) y la relación entre ellas, en porcentaje, es elequivalente de arena



Limpieza

Valor de azul (EN-933-9 - INV E-235)

Se usa como complemento del equivalente de arena,

cuando el valor de éste no satisface el límite especificado

Caracteriza la actividad de la fracción arcillosa del

agregado fino y su sensibilidad al agua

El valor de azul es la cantidad de azul de metileno que

adsorben 1,000 gramos del material pasante del tamiz de 2

mm, colocados en una solución acuosa



Limpieza

Valor de azul (EN-933-9 INV E-235)



negativo

positivo

Resistencia a la fragmentación

Las partículas del agregado grueso deben ser resistentesa la abrasión y a la degradación mecánica, para prevenirla formación de finos que alteren la granulometríaoriginal durante la compactación y, posteriormente, bajola acción del tránsito automotor

La resistencia a la fragmentación se suele medirmediante cuatro (4) ensayos:

—Desgaste Los Ángeles

—Trituración por impacto

—Trituración por aplastamiento

—10% de finos






Desgaste Los Ángeles (AASHTO T 96 – INV E-218 y 219)

Una muestra del agregado grueso es sometida a atrición e

impacto por unas esferas de acero mientras gira en un cilindro

metálico a 31-33 rpm por 15 minutos, determinándose la fracción

del material ensayado que pasa el tamiz de 1.70 mm (# 12)




Valor de trituración por impacto (VTI) (BS 812)

Una muestra del agregado

grueso se somete a 15 golpes

con una masa de 13.6 kg que

cae libremente desde una altura

de 380 mm, determinándose

luego el porcentaje de

partículas que pasa el tamiz de

2.36 mm (# 8), respecto del

peso inicial de la muestra




Valor de trituración por aplastamiento (VTA) (BS 812)

Una muestra del agregado grueso (12.5 mm – 9.5 mm) se

somete a una carga de 400 kN y se determina el porcentaje de

partículas que pasa el tamiz de 2.36 mm, respecto del peso

inicial de la muestra




10 % de finos (BS 812 – INV E-224)

Utiliza el mismo equipo que el ensayo VTA

Una muestra del agregado grueso se somete a diferentes

cargas, determinándose en cada caso el porcentaje de

partículas que pasan el tamiz de 2.36 mm (# 8) respecto del

peso inicial de la muestra

La carga necesaria para producir 10% de partículas menores

de 2.36 mm constituye el resultado de la prueba

Durabilidad

Las partículas de los agregados deben ser resistentes acambios mineralógicos y desintegración física a causa de losciclos de humedecimiento y secado impuestos durante laconstrucción y el período de diseño del pavimento

La durabilidad debe ser considerada en el momento deescoger los agregados pétreos. Materiales susceptibles dedegradación por la acción de agentes climáticos durante lavida útil del pavimento, deben ser evitados



Durabilidad

La durabilidad de los agregados para construcción decapas de pavimentos se acostumbra evaluar mediantedos ensayos:

—Solidez bajo la acción de sulfatos de sodio omagnesio

—Micro - Deval



Durabilidad



Solidez bajo la acción de sulfatos (ASTM C 88 – INV E-220)

Fracciones del agregado, de diversos tamaños, se someten a

cinco ciclos de expansión y contracción, consistente cada uno de

ellos en:

—Inmersión durante un lapso de 16 a 18 horas en una

solución de sulfato de sodio o de magnesio

—Secado hasta peso constante a 110º C

Terminado el último ciclo se lavan las fracciones para eliminar

el sulfato que contengan; se secan y se tamizan sobre los tamices

en los cuales se retenían antes del ensayo, determinado las

pérdidas en peso sufridas por cada fracción

Durabilidad



Solidez bajo la acción de sulfatos (ASTM C 88 INV E-220)

Inmersión del agregado

en la solución

Secado en el horno

Durabilidad



Solidez bajo la acción de sulfatos (ASTM C 88 INV E-220)

Fracción de agregado

antes del ensayo

Fracción de agregado

luego de 5 ciclos

Durabilidad



Ensayo Micro-Deval (AASHTO TP 58 – INV E-238)

Una muestra de 1,500 gramos del agregado seco es

sumergida en 2 litros de agua durante 1 hora dentro de un

cilindro de 194 mm de diámetro

Se introducen 5,000 gramos de esferas de acero de 9.5 mm

de diámetro dentro del cilindro y se somete éste a rotación a

100 ± 5 rpm durante 2 horas

Se seca la muestra y se determina la proporción de material

que pasa el tamiz de 1.18 mm (# 16) respecto del peso seco

inicial de la muestra, la cual constituye el resultado del ensayo

Durabilidad



Ensayo Micro-Deval (AASHTO TP 58 – 9NV E-238)

Durabilidad



Muestra, esferas y agua dentro

del cilindro

Ensayo Micro-Deval (AASHTO TP 58 – INV E-238)

Máquina de ensayo

Permeabilidad

Las características de permeabilidad de un materialgranular dependen de la granulometría, del tipo de agregado,del tipo de ligante y de la densidad

La permeabilidad disminuye a medida que se incrementa lafracción fina del material

A medida que la granulometría se acerca a la ecuación deFuller, el material tiende a la impermeabilidad

Coeficientes de permeabilidad inferiores a 10-3 cm/s danlugar a materiales de pavimento que, desde el punto de vistapráctico, se consideran impermeables



ESCORIA DE ALTO HORNO

Producto no metálico, compuesto principalmente por silicatosy alumino-silicatos de calcio y otras bases, que se obtiene en unalto horno, simultáneamente con la producción del hierro

PROPIEDADES QUÍMICAS


PROPIEDADES FÍSICAS Y MECÁNICAS TÍPICAS


Características

Muchos Departamentos de Carreteras consideran la escoriade alto horno como un agregado pétreo convencional

La escoria puede ser triturada y clasificada para producir unmaterial que satisfaga los requisitos granulométricos de unasubbase o base granular

La escoria tiene propiedades cementantes, pero es frágil yde baja resistencia al impacto y a la abrasión, por lo cual nose suele exigir la ejecución de ensayos de este tipo paravalorar su aptitud de uso como material de pavimento


ESPECIFICACIONES DEL INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS PARA LOS MATERIALES GRANULARES DE SUBBASE Y BASE PARA VÍAS

DE TRÁNSITO PESADO



CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES DE BASE Y SUBBASE

GRANULAR CON FINES DE DISEÑO DE PAVIMENTOS

Módulo resiliente

El módulo resiliente es un estimativo del módulo deelasticidad que se basa en determinaciones de esfuerzosy deformaciones bajo cargas rápidas, como las quereciben los materiales del pavimento a través de lasruedas de los vehículos

El módulo resiliente no es una medida de laresistencia del material, por cuanto éste no se lleva arotura en el ensayo, sino que recupera su forma original

Módulo resiliente (determinación en el laboratorio)



Módulo resiliente

El módulo resiliente de los materialesgranulares es altamente dependiente delestado de esfuerzos al cual se encuentransometidos

Diferente a lo que sucede en lossuelos finos, los materiales granularesexhiben ―endurecimiento por esfuerzos‖,lo que hace que el módulo se incrementecon los esfuerzos totales, debido a quese incrementa la trabazón entre laspartículas individuales del agregado

El módulo resiliente de un materialgranular se ve afectado adversamentepor la presencia de partículas finas



MÓDULO RESILIENTE

Valores típicos de K1 y K2 para materiales granulares de base y subbase (MR psi)

Condición

húmeda K1 K2

Seco 6000-10000 0,5-0,7

Húmedo 4000-6000 0,5-0,7

Saturado 2000-4000 0,5-0,7

Seco 6000-8000 0,4-0,6

Húmedo 4000-6000 0,4-0,6

Saturado 1500-4000 0,4-0,6

BASE

SUBBASE



MÓDULO RESILIENTE

Primer invariante de tensiones (q) para la base granular

Primer invariante de tensiones (q) para la subbase granular

3000 7500 15000

< 2 20 25 30

2 - 4 10 15 20

4 - 6 5 10 15

> 6 5 5 5

MR de subrasante (psi)

q (psi)

Espesor de

concreto

asfáltico (pg)

< 2 10.0

2 - 4 7.5

> 4 5.0

Espesor de concreto

asfáltico (pg) q (psi)



MÓDULO RESILIENTE

El módulo resiliente de las capas granulares (MRg) depende del soportebrindado por la subrasante (MRSR)

MRg = K*MRSR

MRSR (psi) K

3000 3,5-4,8

6000 2,4-2,7

12000 1,8-1,9

20000 1,6-1,8

30000 1,5-1,7

SHELL recomienda la siguiente expresión para determinar el módulode una capa granular (MRi), a partir del espesor de dicha capa (hi) en mmy del módulo de la subyacente (MRi+1)

MRi = 0.2*hi0.45 * MR(i+1)



RELACIONES ENTRE LOS MÓDULOS DE LAS CAPAS N Y N+1, PARA DIFERENTES ESPESORES DE SUBBASE Y BASE GRANULAR



módulo de la capa n+1 (psi*1000)

CORRELACIÓN ENTRE EL CBR Y EL MÓDULO RESILIENTE

No todas las agencias están familiarizadas con las pruebas paracaracterizar el módulo resiliente. Por ello, es útil considerarcorrelaciones entre los diferentes indicadores de resistencia

Estas correlaciones deben tener un manejo muy cuidadoso, puesson aproximadas y basadas en un número limitado de datos

Para el caso de materiales granulares de base y subbase, una delas correlaciones más conocidas es la desarrollada por Rada yWitczak

Estado de

esfuerzos

(q

MR (psi)

100 740 CBR

30 440 CBR

20 340 CBR

10 250 CBR



VALORES TÍPICOS DE MÓDULOS DE ELASTICIDAD DE MATERIALES PARA PAVIMENTOS

Material Rango (Kg/cm2) Típico (Kg/cm2)

Concreto hidráulico 200000-550000 300000

Concreto asfáltico 15000-35000 30000

Base tratada con asfalto 5000-30000 10000

Base tratada con cemento 35000-70000 50000

Concreto pobre 100000-300000 200000

Base granular 1000-3500 2000

Subbase granular 800-2000 1200

Suelo granular 500-1500 1000

Suelo fino 200-500 300

1 Kg/cm2 = 0,1 MPa = 14,3 psi



Relación de Poisson

Es la relación entre las deformaciones transversalesy longitudinales de un especimen sometido a carga

Los materiales más rígidos presentan menoresrelaciones de Poisson



ILUSTRACIÓN DE LA RELACIÓN DE POISSON



VALORES TÍPICOS DE LA RELACIÓN DE POISSON (m)

Material Rango Típico

Concreto hidráulico 0,10-0,20 0.15

Concreto asfáltico 0,15-0,45 0.35

Base tratada con asfalto 0,15-0,45 0.35

Base tratada con cemento

Suelo granular 0,10-0,20 0.15

Suelo fino 0,15-0,35 0.25

Concreto pobre 0,10-0,20 0.15

Base y subbase granular 0,30-0,40 0.35

Suelo de subrasante 0,30-0,50 0.40



Resistencia a la fatiga



La falla por fatiga de una capa granular de un pavimento se

produce por acumulación de deformaciones verticales

irrecuperables

El criterio que se adopta consiste en limitar, en función del

número ―N‖ de aplicaciones de carga, la deformación vertical de

compresión (εv) en superficie, mediante leyes de fatiga del tipo

ε v = A*N-B

Ejemplos de leyes de fatiga:

εv = 2.16*10-2*N-0.25 (Universidad de Nottingham)

εv = 1.11*10-2*N-0.23 (CRR - Bélgica)

BASES Y SUBBASES

BASES Y SUBBASES

ESTABILIZADAS CON

ADITIVOS

BASES ESTABILIZADAS CON ADITIVOS

DEFINICIONES

Aditivos

Productos comerciales manufacturados que, cuando seadicionan a un suelo o a una mezcla de suelo – agregadoen cantidades apropiadas, alteran favorablemente desde elpunto de vista del comportamiento ingenieril, algunaspropiedades como la textura, la trabajabilidad, laplasticidad y la resistencia

DEFINICIONES

Estabilización con aditivos

Incorporación de uno o más aditivos a un suelo o un suelo-agregado en la cantidad requerida para que una vez elaborada,extendida y compactada la mezcla, ésta presente las característicasapropiadas para servir como capa de base de un pavimento

Modificación con aditivos

Proceso similar a la estabilización, mediante el cual se buscamejorar alguna propiedad del suelo, pero el diseño de la mezclano se traduce en aumentos significativos de resistencia ydurabilidad. Debido a que se emplean menores cantidades deaditivos, su aplicación se restringe al mejoramiento de subbases ysubrasantes


TIPOS DE SUELOS ESTABILIZABLES Y TIPOS DE ADITIVOS

Prácticamente todos los suelos, con excepción de losorgánicos, son susceptibles de estabilizar con aditivoscementantes

Los principales materiales cementantes para uso vialson el cemento, el asfalto, la cal y las cenizas volantes

Otros productos con registro comercial pueden resultaraptos para la estabilización de suelos (aceite sulfonado,enzimas orgánicas, polímeros, etc.)


TIPOS DE SUELOS ESTABILIZABLES Y TIPOS DE ADITIVOS (CONT.)

Siempre existe más de un estabilizante aplicable a unsuelo

Con los aditivos factibles para estabilizar undeterminado suelo, se realizan ensayos de laboratorio paraobtener mezclas que cumplan los requisitos ingenierilesmínimos para la construcción de capas de base o subbase

Con los resultados de los diseños y considerando laslimitaciones climáticas, las restricciones de seguridad yambientales y el diseño estructural de las alternativas, serealiza un análisis económico para llegar a la decisión final


GUÍA GENERAL PARA LA SELECCIÓN DEL ADITIVO


TRIÁNGULO DE GRADACIÓN PARA AYUDA EN LA SELECCIÓN DE UN AGENTE ESTABILIZANTE COMERCIAL (US AIR FORCE)


GUÍA PARA LA SELECCIÓN DEL ADITIVO (US AIR FORCE)

Area Suelo Aditivo recomendado Restricciones en LL ó IP

del suelo

Restricciones del %

pasa tamiz 200

Observaciones

asfalto

cemento

cal-cemento-ceniza

1B SW-SM ó Asfalto IP<=10

SP-SM ó Cemento IP<=30

SW-SC ó Cal IP>=12 La cal sola no suele conducir a

estabilizaciones aptas para

capas de base (1)

SP-SC cal-cemento-ceniza IP<=25

1C SM, SC, Asfalto IP<=10 <= 30%

SM SC Cemento IP<=20+(50-PASA200)/4

Cal IP>=12 Ver (1)

cal-cemento-ceniza IP<=25

2A GW, GP Asfalto Solo material bien gradado (2)

Cemento

El material debe tener 45% o

más pasa No. 4 (3)


2B GW-GM ó Asfalto IP<=10 Ver (2)

GP-GM ó Cemento Ver (3)

GW-GC ó Cal IP>=12 Ver (1)

GP - GC cal-cemento-ceniza IP<=25

2C GM, GC Asfalto IP<=10 <= 30% Ver (2)

GM - GC Cemento IP<=20+(50-PASA200)/4 Ver (3)

Cal IP>=12 Ver (1)


3 CH, CL, Cemento LL<40, IP<20

Suelos orgánicos y muy ácidos

no son estabilizables por

medios convencionales

MH, ML

CL - ML

CH - MH

OL - OH

SW, SP1A

IP <= 25

Cal IP >=12 Ver (1)



ESTABILIZACIÓN

DE SUELOS CON

CAL

ESTABILIZACIÓN CON CAL

Tipos de cal

El término cal se refiere al óxido y al hidróxido de calcio

solos o con pequeñas proporciones óxido o hidróxido de

magnesio, obtenidos por la calcinación de rocas calcáreas

adecuadas sin y con posterior hidratación


Tipos de cal

Debido al carácter cáustico de las cales en forma de óxido, se

prefiere apagarlas añadiéndoles cantidades controladas de agua,

que dan lugar a 3 tipos de cales hidratadas:

—Altamente cálcica Ca(OH)2

—Dolomítica monohidratada Ca(OH)2 + MgO

—Dolomítica dihidratada Ca(OH)2 + Mg(OH)2

Tipos de cal

Las cales altamente cálcicas producen menores resistencias

que las que contienen cantidades apreciables de magnesio, pero

presentan menores variaciones entre sí

Las cales dolomíticas, si bien dan mayores resistencias,

disminuyen menos la plasticidad de los suelos

Las cales dolomíticas monohidratadas (donde el magnesio

permanece cono MgO) producen mejores resultados al

estabilizar que las dihidratadas


PROPIEDADES DE CALES COMERCIALES VIVAS E HIDRATADAS


REACCIONES ENTRE LA CAL Y UN SUELO FINO

Intercambio catiónico (reacción rápida)

Floculación y aglomeración (reacción rápida)

Reacción puzolánica (reacción lenta)

Carbonatación



Intercambio catiónico

Las partículas de arcilla tienen una elevada cantidad de

superficies con carga negativa que atraen cationes libres y

dipolos de agua

Como resultado, se forma una capa de agua altamente difusa

alrededor de las partículas, separándolas y haciendo que la

arcilla se vuelva débil e inestable

La adición de cal al suelo en cantidad suficiente suministra

un exceso de iones Ca++ que reemplaza los cationes metálicos

más débiles reduciendo el tamaño de la capa de agua difusa y

permitiendo que las partículas de arcilla se aproximen unas a

otras o floculen



Floculación y aglomeración

Se produce un cambio aparente de la textura del suelo, por

cuanto las partículas de arcilla se aglomeran formando otras de

mayor tamaño

Como resultado de ello, se producen mejoras in meditadas en:

—Plasticidad, debido a la reducción de la capa de agua

adsorbida

—Trabajabilidad, debido al cambio de textura de una arcilla

plástica a un material friables del tipo limoso o arenoso

—Aumento de fricción interna entre las partículas

aglomeradas y mayor resistencia al corte



Reacción puzolánica

Si el suelo se compacta, se produce una reacción a largo plazo

entre la cal, el agua y los minerales sílico aluminosos del suelo

fino, formándose complejos compuestos de silicatos y aluminatos

de calcio hidratados que son agentes cementantes que

incrementan la resistencia de la mezcla y su durabilidad

Esta reacción es de carácter lento y varía con el suelo por tratar

y con la temperatura

Se considera que un suelo es reactivo con la cal, si se logran

aumentos de resistencia de cuando menos 50 psi a los 28 días, a

una temperatura de 23º C



Carbonatación

Consiste en la reacción de la cal con el dióxido de carbono

del aire para formar carbonatos de calcio relativamente

insolubles, en lugar de productos cementantes (silicatos y

aluminatos de calcio hidratados)

CaO + CO2 CaCO3



Carbonatación

La carbonatación es una reacción indeseable y debe ser

evitada, por cuanto el carbonato no reacciona con el suelo para

incrementar resistencias o para disminuir plasticidades

Por lo tanto, se debe impedir que el proceso de mezcla sea

muy largo y que la mezcla elaborada quede expuesta al aire

durante largo tiempo antes de ser compactada


PROPIEDADES TÍPICAS DE LOS SUELOS

ESTABILIZADOS CON CAL

Los efectos del tratamiento de un suelo con cal pueden ser

clasificados como inmediatos y a largo plazo

—La modificación inmediata se logra sin necesidad del

curado de la mezcla, es de gran interés durante la etapa

constructiva y se atribuye a las reacciones inmediatas

—La estabilización a largo plazo ocurre durante y después

del curado y es importante desde el punto de vista de la

resistencia y la durabilidad de la mezcla compactada


EFECTOS INMEDIATOS DEL TRATAMIENTO DE

SUELOS FINOS CON CAL

El tratamiento con cal tiene efecto inmediato sobre algunas

propiedades del suelo fino:

—Disminuye la plasticidad

—Aumenta el límite de contracción

—Disminuye la proporción de partículas del tamaño de arcilla

—Mejora la trabajabilidad

—Disminuye la densidad máxima para una determinada energía de

compactación

—Reduce el potencial expansivo del suelo

—Mejora de manera inmediata las propiedades de esfuerzo -

deformación


SUELO FINO ANTES Y DESPUÉS DEL

TRATAMIENTO CON CAL


Tendencia de la influencia de la cal sobre las

propiedades plásticas de los suelos finos


Influencia de la cal sobre el potencial expansivo de

los suelos finos (caso típico)


EFECTOS A LARGO PLAZO DEL TRATAMIENTO

DE SUELOS FINOS CON CAL

El tratamiento con cal tiene efectos a largo plazo sobre las

siguientes propiedades de un suelo fino:

—Resistencia

—Módulo resiliente

—Resistencia a la fatiga

—Durabilidad


EFECTOS A LARGO PLAZO DEL TRATAMIENTO DE


Resistencia

El efecto más obvio de la cal sobre un suelo fino o sobre la

fracción fina de un agregado es la ganancia de resistencia con

el tiempo. La situación se favorece al aumentar la

temperatura

Las propiedades de una mezcla reactiva de suelo- cal van

variando con el curado, debido al desarrollo de productos

cementantes adicionales

No es justificable el uso de ensayos muy elaborados para

evaluar con exactitud propiedades que varían continuamente




Resistencia

El ensayo de compresión inconfinada (norma ASTM D5102) es

el más empleado para determinar la resistencia de las mezclas

suelo – cal

La resistencia a compresión (RCI) puede ser empleada para

establecer, de manera aproximada, parámetros tales como las

resistencias a tensión y a flexión o el módulo resiliente

La resistencia a tensión se puede estimar de manera

conservativa como el 10% de RCI y la resistencia a flexión,

como el doble de la resistencia a tensión o 20 % de la RCI


Variación típica de la resistencia de mezclas de suelo – cal

en función del período de curado y del contenido de cal




Módulo resiliente

A la par con los incrementos de resistencia provocados por

la reacción puzolánica, se producen cambios en la relación

esfuerzo - deformación del material, los cuales se traducen

en aumentos del módulo resiliente

Los suelos estabilizados con cal fallan a mayores

esfuerzos desviadores que los no estabilizados y a menores

niveles de deformación

Existen relaciones directas entre la resistencia de las

mezclas de suelo - cal y los módulos resilientes por flexión


Relaciones esfuerzo de compresión - deformación en mezclas

compactadas de suelo cal ensayadas a diferente edad


Relación entre resistencia a compresión y módulo

resiliente para suelos estabilizados con cal (Liddle, 1995)





Los efectos de ganancia de resistencia a fatiga por flexión

producidos por la reacción puzolánica suelen ser sustanciales

en los suelos reactivos

La relación de esfuerzos (esfuerzo aplicado/resistencia a

flexión) se correlaciona con el número de aplicaciones de

carga hasta la fatiga, por medios experimentales


Curva típica de fatiga de una mezcla de suelo cal

(Thompson y Figueroa – 1989)




Durabilidad

La humedad afecta adversamente los niveles de resistencia y

rigidez producidos en el suelo por la adición de cal

El efecto que produce la saturación de la mezcla depende del

nivel de resistencia o reacción puzolánica alcanzada antes de

que aquella se produzca

Si la saturación se produce cuando ya ha ocurrido un nivel

significativo de la reacción puzolánica, la pérdida de resistencia

por humedad no suele exceder de 10 %, pero si ocurre antes, la

pérdida puede llegar hasta 40% o más


DISEÑO DE LA MEZCLA SUELO CAL

Los criterios de diseño varían, dependiendo de los objetivos

de la estabilización y de las condiciones deseadas de servicio

Si sólo se pretende una modificación del suelo, basta con

determinar la cantidad de cal necesaria para producir la

modificación deseada (disminución de plasticidad, reducción

del potencial expansivo, etc.)

Si se pretende que la mezcla sea utilizada en aplicaciones

estructurales en el pavimento, se deben satisfacer unos

requisitos mínimos de resistencia de probetas de mezcla

elaboradas y curadas en condiciones establecidas



Aunque la mayoría de las Agencias han adoptado la resistencia

a compresión inconfinada (RCI) como parámetro para diseño de

las mezclas de suelo – cal, no existe un procedimiento universal

para la elaboración, curado y ensayo de las probetas



El procedimiento general de diseño comprende los

siguientes pasos:

1. Determinar la humedad óptima del suelo en el ensayo

Proctor normal (AASHTO T 99 – INV E-141)



2. Estimar el porcentaje probable de cal para estabilizar

el suelo, mediante el método de Eades y Grim (norma

ASTM D 6276)



3. Elaborar mezclas con diferentes porcentajes de cal

(por encima y por debajo del establecido en el paso

anterior) y compactarlas con la humedad óptima, con

la energía del ensayo AASHTO T 99 (INV E-141)



4. Curar las probetas compactadas bajo las condiciones

que tenga establecida la Agencia




5. Romper las probetas por compresión simple a la velocidad

especificada por la Agencia y elegir como porcentaje

adecuado para la construcción de una subbase o base, el que

asegure la resistencia mínima establecida por la Agencia

CARACTERIZACIÓN DE LOS MATERIALES ESTABILIZADOS CON CAL, CON FINES DE DISEÑO DE PAVIMENTOS

Propiedades de esfuerzo deformación

Son esenciales para analizar adecuadamente el

comportamiento estructural de una capa de suelo cal en

un pavimento

Módulo elástico en compresión

E (ksi) = 9.98 + 0.124*f’c (psi)



Propiedades de esfuerzo deformación

Resistencia a tensión

Es importante en el diseño de pavimento. Se usan 2

procedimientos para evaluar esta resistencia en las

mezclas suelo – cal

—Tracción indirecta

Rti = 0.10*f’c

—Resistencia a flexión (módulo de rotura)

MR = 0.20*f’c



Resistencia a fatiga

Las curvas de respuesta de fatiga por flexión de mezclas curadas

de suelo cal son análogas a las obtenidas con otros productos

cementantes



Resistencia a fatiga

Se debe tener en cuenta que las mezclas suelo – cal

ganan resistencia de manera continua con la edad

(reacción puzolánica) y como la resistencia última de la

mezcla es función del período de curado, la relación de

esfuerzos para un determinado esfuerzo aplicado va

disminuyendo, lo que se traduce en un incremento de la

resistencia a la fatiga



ESTABILIZACIÓN

DE SUELOS CON

CAL Y CENIZA

VOLANTE

BASES ESTABILIZADAS CON

CAL – CENIZA VOLANTE

La cal sola reacciona con suelos cuyo índice plástico sea

cuando menos de 10. Si el suelo no es suficientemente

reactivo, la cal sólo es efectiva si se combina con una fuente

adicional de sílice y alúmina (puzolana), en presencia de

agua

La puzolana más utilizada es la ceniza volante (fly - ash),

que es el residuo finamente dividido que resulta de la

combustión del carbón mineral en las plantas termoeléctricas



SUELOS ADECUADOS PARA LA ESTABILIZACIÓN CON CAL

Y CENIZA

Las estabilizaciones con cal y ceniza han demostrado ser

eficientes y económicas en el mejoramiento de suelos que no

presenten propiedades puzólanicas (materiales granulares)

Dado que dichos suelos tienen una estructura mineral

importante, las resistencias de las mezclas suelo granular - cal -

ceniza son mucho mayores que las de las mezclas de suelo fino

con cal, lo que permite una aplicación estructural más importante

en la construcción vial (bases en vías de tránsito liviano,

subbases, subrasantes mejoradas, rellenos livianos)



GRADACIONES TÍPICAS DE AGREGADOS PARA LA

ESTABILIZACIÓN CON CAL Y CENIZA



OTROS REQUISITOS TÍPICOS PARA LOS AGREGADOS

EN ESTABILIZACIONES CON CAL Y CENIZA



EFECTOS DEL TRATAMIENTO DE UN AGREGADO

PÉTREO CON CAL Y CENIZA

Efecto de la temperatura y tiempo de curado sobre la

resistencia a compresión





Resistencia a compresión y flexión

Mezclas adecuadamente diseñadas pueden presentar

resistencias entre 500 y 1,000 psi luego de 7 días de curado a

38º C y valores superiores a 1,500 luego de un año de servicio

La relación entre las resistencias flexión y compresión sigue

las leyes típicas de las mezclas con estabilizantes hidráulicos.

En general se encuentran entre 0.15 y 0.25, considerándose 0.20

como un promedio aceptable



Relación entre las resistencia a compresión y flexión en la

estabilización de un agregado con cal y ceniza



Efecto de la cal y la cal + ceniza sobre la resistencia a

compresión inconfinada de un suelo cohesivo





Cicatrización autógena

Un beneficio característico de las mezclas suelo – cal –

ceniza es su capacidad de re-cementarse a través de las

grietas, por un mecanismo auto regenerativo

Debido a ello, estas mezclas son menos susceptibles al

deterioro bajo carga repetida y más resistentes a los efectos

ambientales, que las mezclas que no poseen esta propiedad



Efecto de la fractura y el remoldeo sobre la resistencia de

mezclas de agregado - cal - ceniza



DISEÑO DE MEZCLAS SUELO - CAL - CENIZA

La FHWA recomienda el siguiente procedimiento de

laboratorio para determinar las proporciones de la mezcla:

1. Mezclar los agregados con 5 proporciones diferentes de

ceniza, entre 10 % y 20 % , añadir una cantidad estimada

de humedad óptima y determinar la densidad de las

cinco muestras luego de compactarlas con la energía del

ensayo AASHTO T 180 (INV E-142)

2. Dibujar una curva contenido de ceniza vs densidad e

identificar el valor pico de densidad




3. Elegir un contenido de matriz cuando menos 2% por

encima del que dio lugar a la máxima densidad y realizar

un ensayo de compactación AASHTO T180 (INV E-142)

para esa mezcla, determinando la humedad óptima y la

densidad máxima

4. Realizar 5 combinaciones suelo - ceniza - cal que den lugar

al contenido de matriz elegido en el punto anterior. Las

cantidades de cal se deben elegir de manera que la relación

cal : ceniza esté entre 1:3 y 1:4 (se han encontrado mezclas

satisfactorias con relaciones entre 1:2 y 1:7)



DISEÑO DE MEZCLAS SUELO - CAL – CENIZA

5. Para cada una de las combinaciones, compactar 6 probetas

con la energía antes citada y la humedad óptima y curarlas

en ambiente húmedo a 38 ºC durante 7 días. Tres de las

probetas se destinarán al ensayo de compresión

inconfinada y 3 al de durabilidad

6. Romper las probetas destinadas al ensayo de compresión y

dibujar una curva que relacione la resistencia con el

porcentaje de cal añadido. Se consideran aceptables para la

construcción de capas de base, valores de resistencia de

cuando menos 2,760 kPa (400 psi)




7. En relación con el ensayo de durabilidad, se realizan 12

ciclos de congelamiento y deshielo (ASTM D560),

considerándose apropiado un contenido de cal que genere

pérdidas no mayores de 10 %. Para zonas no expuestas a un

ambiente muy severo, la FHWA recomienda aplicar la

práctica local

8. Se elige la mezcla más económica que cumpla los dos

requisitos y, para compensar pérdidas, se recomienda

incorporar 0.5% adicional de cal en la obra



CARACTERIZACIÓN DE LOS MATERIALES ESTABILIZADOS CON CAL Y CENIZA, CON FINES DE


Módulo elástico

El módulo elástico de las mezclas agregado – cal – ceniza

depende de factores tales como la dureza y la gradación del

agregado, el grado de compactación y las características del

curado de la mezcla. Los valores típicos para diseño se

encuentran entre 0.5*106 y 2.5*106 psi (3,400 – 17,200 MPa)




Su valor es el orden de 0.08 para niveles de esfuerzo

inferiores al 60 % del esfuerzo último, aumentando hasta 0.3

para la carga de falla

Para la mayoría de los cálculos de diseño y evaluación se

pueden tomar valores de 0.10 a 0.15, sin que se cometan

errores apreciables





Fatiga

Como en todos los materiales de pavimentos, las mezclas

agregado – cal – ceniza fallan bajo carga repetida con niveles de

esfuerzo inferiores al requerido para fallar con una sola

aplicación

Sin embargo, debido a la cicatrización autógena, estas mezclas

resultan menos susceptibles a la fatiga que otros materiales

A menos que la fatiga ocurra durante los primeros días de

carga, la fatiga no suele ser un factor determinante en el

comportamiento de la mezcla





Relación entre los niveles de esfuerzo y el número ciclos hasta la fractura para una mezcla típica de agregado – cal - ceniza


ESTABILIZACIÓN DE

SUELOS CON

CEMENTO

DEFINICIONES

Suelo modificado con cemento

Suelo o agregado tratado con una cantidad relativamente baja decemento, para corregirle alguna propiedad indeseable como laplasticidad o la susceptibilidad a cambios volumétricos. Se usancontenidos de cemento significativamente menores que en lasmezclas de suelo cemento

Suelo cemento

Material endurecido obtenido por el curado de una mezclaíntima de suelo pulverizado, cemento Portland y agua. Sucontenido de cemento es suficiente para superar las pruebas dedurabilidad

BASES ESTABILIZADAS CON CEMENTO

DISEÑO DE LAS MEZCLAS

Las estabilizaciones con ligantes hidráulicos(cemento, cal y mezclas de ellos con cenizas volantes)se diseñan con criterios de resistencia a la compresión yde durabilidad

ENSAYOS USADOS EN COLOMBIA PARA EL DISEÑO DE MEZCLAS DE SUELO CEMENTO


CONTENIDOS PROBABLES DE CEMENTO PARA CAPAS DE BASE ESTABILIZADAS

DISEÑO DE MEZCLAS DE SUELO CEMENTO

ENSAYO DE DENSIDAD PROCTOR NORMAL PARA DETERMINAR LA HUMEDAD ÓPTIMA


PREPARACIÓN DE PROBETAS CON DIFERENTES PORCENTAJES DE CEMENTO PARA ENSAYOS DE

COMPRESIÓN Y DURABILIDAD

Compactación de probetas

con la humedad óptimaCurado de las probetas

en cámara húmeda


ENSAYO DE COMPRESIÓN SIMPLE A LOS SIETE DÍAS DE CURADO

Inmersión en agua 5 horas Rotura por compresión


DETERMINACIÓN DEL CONTENIDO DE CEMENTO PARA OBTENER LA RESISTENCIA ESPECIFICADA


ENSAYO DE HUMEDECIMIENTO Y SECADO

Se realizan doce ciclos de durabilidad, consistente cada uno de ellos en:

1. Inmersión en

agua 5 horas

2. Secado en horno a

72º C por 42 horas

3. Reposo 1 hora y

cepillado general


ENSAYO DE HUMEDECIMIENTO Y SECADO

Se secan las probetas, se pesan y se calculan las pérdidas de peso

de cada una


DETERMINACIÓN DEL CONTENIDO DE CEMENTO PARA LAS MÁXIMAS PÉRDIDAS DE PESO

ESPECIFICADAS


CRITERIOS DE DISEÑO DE MEZCLAS PARA BASES ESTABILIZADAS CON LIGANTES HIDRÁULICOS

RESISTENCIA MÍNIMA A 7 DÍAS PARA ESTABILIZACIÓN CON

CEMENTO Y A 28 DÍAS PARA ESTABILIZACIONES CON CAL, CAL-CENIZA Y CEMENTO - CAL - CENIZA

REQUERIMIENTOS DE DURABILIDAD (PÉRDIDAS MÁXIMAS

ADMISIBLES LUEGO DE 12 CICLOS DE HUMEDECIMIENTO Y SECADO)

Capa INVIAS US AIR FORCE

Base 450 psi 750 psi

Subbase - 250 psi

Tipo de suelo INVIAS US AIR FORCE

Granular IP<=10 14% 11%

Granular IP>10 10% 8%

Limos 10% 8%

Arcillas 7% 6%


EVOLUCION DE LA RESISTENCIA A COMPRESIÓN DE LAS

MEZCLAS DE SUELO CEMENTO CON EL TIEMPO

EVOLUCION DE LA RESISTENCIA A COMPRESIÓN DE LAS MEZCLAS DE SUELO CEMENTO CON EL TIEMPO


tba

tftf cc

*)28()( ''

t = tiempo en días

a, b = coeficientes experimentales

CARACTERIZACIÓN DE LOS MATERIALES ESTABILIZADOS CON CEMENTO, CON FINES

DE DISEÑO DE PAVIMENTOS

1. Módulo elástico de las mezclas de suelo cemento

En general, el comportamiento esfuerzo - deformaciónde los suelos estabilizados con cemento es no lineal ydependiente del esfuerzo

Sin embargo, para muchos suelos y niveles deestabilización, y dentro de rangos limitados, se puedeasumir que el material es linealmente elástico bajo cargarepetida


CARACTERIZACIÓN DE LOS MATERIALES ESTABILIZADOS CON CEMENTO, CON FINES DE



El módulo suele variar entre 35,000 kg/cm2 y 70,000kg/cm2, dependiendo del tipo de suelo, del nivel deltratamiento, del tiempo de curado, del contenido de agua yde las condiciones de ensayo.

Los suelos finos estabilizados presentan valores máspróximos al límite inferior del rango, en tanto que losgranulares estabilizados exhiben los valores más altos





Fórmula de Lim & Zollinger (válida para resistencias acompresión entre 200 y 2,000 libras/pg2)

E(t) = módulo de elasticidad en psi, en el tiempo t

w = densidad de la mezcla compactada en libras/pie3

f’c(t) = resistencia a compresión en psi, en el tiempo t


75.0'5.1 )(**38.4)( tfwtE c

CARACTERIZACIÓN DE LOS MATERIALES ESTABILIZADOS CON CEMENTO, CON FINES

DE DISEÑO DE PAVIMENTOS


Fórmula de Illinois DOT

E (ksi) = 500 + f’c

f’c = resistencia a compresión (libras/pg2)




2. Comportamiento a la fatiga

Las curvas de fatiga de las mezclas de suelo cemento sedescriben generalmente mediante ecuaciones de relación deesfuerzos (relación entre el esfuerzo aplicado y la resistenciaúltima a la flexión de la mezcla)

RE = a + b*log N

RE = relación de esfuerzos N = número de ciclos de carga hasta la fatiga a,b = coeficientes experimentales


CARACTERIZACIÓN DE LOS MATERIALES ESTABILIZADOS CON CEMENTO, CON FINES DE DISEÑO

DE PAVIMENTOS

2. Comportamiento a la fatiga (cont.)



BASES

ESTABILIZADAS

CON ASFALTO

BASES ESTABILIZADAS CON ASFALTO

Productos asfálticos adecuados para la estabilización

La estabilización de suelos es un proceso que se realiza

a temperatura ambiente, lo que exige el uso de un asfalto

que, bajo tal condición, presente una consistencia

apropiada para la mezcla con el suelo

Esta característica se logra con 2 productos asfálticos:

—Emulsión asfáltica

—Asfalto espumado


Dispersión homogénea de pequeños glóbulos de cemento

asfáltico cubiertos por un emulsificante, dentro de una fase

continua acuosa

El emulsificante es un producto que disminuye la tensión

entre el asfalto y el agua, permitiendo que el asfalto se

mantenga disperso en el agua en forma de pequeños glóbulos

Las moléculas del emulsificante tienen un extremo de

naturaleza orgánica que es afín con el asfalto y otro cargado

eléctricamente que manifiesta afinidad por el agua. Si esta

carga es negativa, la emulsión es aniónica, mientras que si es

positiva, la emulsión se denomina catiónica

EMULSIÓN ASFÁLTICA


Las emulsiones catiónicas exhiben un comportamiento

satisfactorio frente a la mayoría de los agregados pétreos,

motivo por el cual son las más utilizadas

El tipo y cantidad del agente emulsificante determinan en

gran medida la velocidad con la cual se produce la rotura de

la emulsión (separación de las dos fases)

Existen emulsiones de rotura rápida (RR), de rotura media

(RM) y de rotura lenta (RL)

Las emulsiones apropiadas para la estabilización de suelos

son las de rotura lenta

EMULSIÓN ASFÁLTICA


ASFALTO ESPUMADO

El asfalto espumado se forma por la inyección de una

pequeña cantidad de agua fría ( del orden de 2% del peso del

asfalto) y aire comprimido a una masa de cemento asfáltico

caliente

Al entrar el agua en contacto con el asfalto caliente se

convierte en vapor, el cual queda atrapado dentro de diminutas

burbujas de asfalto, formándose una espuma de gran volumen

Después de algunos segundos, la espuma se enfría y el vapor

en las burbujas se condensa causando el colapso y la

desintegración de la espuma. Entonces, el cemento asfáltico

recupera tanto su volumen inicial como sus propiedades

reológicas originales

CARACTERIZACIÓN DEL ASFALTO ESPUMADO

El asfalto espumado se caracteriza mediante 2 parámetros

empíricos:

—Relación de expansión: Relación entre el volumen

máximo del asfalto en su estado espumado y el

volumen del asfalto una vez que la espuma ha

colapsado completamente

—Vida media: Es el tiempo requerido (en segundos)

para que la espuma baje hasta la mitad del volumen

máximo alcanzado



Una Relación de Expansión alta permite esperar una menor

viscosidad del cemento asfáltico y, por lo tanto, una mejor

dispersión en el suelo o material pétreo con el cual se mezcla

Una Vida Media prolongada, implica un mayor tiempo

disponible para la realización de la mezcla con el suelo o

agregado, mientras el cemento asfáltico aun permanece en

forma de espuma.

Se considera que el mejor espumado es aquel que optimiza

tanto la Relación de Expansión como la Vida Media



Optimización de la Relación de Expansión y de la Vida

Media de un asfalto espumado


La Relación de Expansión y la Vida Media se encuentran

muy influenciadas tanto por la cantidad de agua inyectada,

como por la temperatura del asfalto durante el proceso de

espumado

A mayores temperaturas de espumado y mayor cantidad

de agua se incrementa la Relación de Expansión pero se

reduce la Vida Media

Las Especificaciones del INVÍAS exigen:

—Relación de Expansión ≥ 10

—Vida Media ≥ 10 segundos



Influencia de la temperatura y del contenido de agua

sobre la Relación de Expansión y sobre la Vida Media

de un asfalto espumado


MECANISMOS DE LA ESTABILIZACIÓN CON ASFALTO

Suelos de grano fino

El mecanismo básico envuelto en la estabilización de

estos suelos con asfalto es el de impermeabilización

Como el suelo posee cohesión, la función del asfalto

es formar una membrana que impide la penetración del

agua, previniendo cambios de volumen del suelo y

reducciones en su resistencia y su módulo de

elasticidad


MECANISMOS DE LA ESTABILIZACIÓN CON ASFALTO

Materiales granulares

En la estabilización de materiales granulares donde ya existe

aporte friccional, el asfalto involucra dos mecanismos:

—Impermeabilización: Crea una membrana que previene

o dificulta la entrada del agua, reduciendo la tendencia del

material a perder resistencia y módulo en presencia de

agua

—Adhesión: Brinda al agregado la cohesión de la cual

carece, aumentando la resistencia al corte y a la flexión,

así como el módulo elástico


FACTORES QUE AFECTAN EL RESULTADO DE UNA

ESTABILIZACIÓN CON ASFALTO

Algunos de estos factores coinciden con aquellos que afectan

otros tipos de estabilizaciones: (1) tipo de estabilizante, (2) tipo y

gradación del suelo, (3) densidad de la mezcla compactada y (4)

curado y/o condiciones de envejecimiento de la mezcla

Otros factores, por el contrario, son típicos de este tipo de

estabilizaciones, debido al carácter termo-viscoelástico del asfalto:

—Temperatura de ejecución de los ensayos

—Velocidad de aplicación de las cargas en los ensayos


BASES ESTABILIZADAS

CON EMULSIÓN

ASFÁLTICA

SUELOS ADECUADOS PARA ESTABILIZAR

CON EMULSIÓN ASFÁLTICA


La posibilidad de estabilizar suelos de grano fino con asfalto

depende de su plasticidad y de la cantidad de material que

pasa el tamiz # 200

Un exceso de partículas finas se traduce en una superficie

específica muy grande, que exigiría una proporción

considerable de asfalto para cubrir la superficie de todas las

partículas

BASES ESTABILIZADAS





BASES ESTABILIZADAS


Materiales granulares



BASES ESTABILIZADAS


REQUISITOS DE LAS EMULSIONES ASFÁLTICAS PARA

ESTABILIZACIÓN DE SUELOS

BASES ESTABILIZADAS


BASES ESTABILIZADAS



Los métodos de diseño de mezclas con emulsionesasfálticas utilizan la durabilidad como criterio decomportamiento de la mezcla después de compactada ycurada

La mayoría de los métodos incluyen la determinación dela pérdida de capacidad resistente de la mezcla después deun período de inmersión en agua, comparando la resistencialuego de inmersión con la resistencia inicial

Existen muchos métodos para el diseño de mezclas conemulsiones asfálticas

BASES ESTABILIZADAS



BASES ESTABILIZADAS


Esquema del ensayo de extrusión sobre probetas de suelo – emulsión (norma INV E-812)

BASES ESTABILIZADAS


DISEÑO DE LA MEZCLA POR EL MÉTODO DE INMERSIÓN – COMPRESIÓN

1. Determinación de la humedad óptima de compactación

BASES ESTABILIZADAS


DISEÑO DE LA MEZCLA POR EL MÉTODO DE INMERSIÓN - COMPRESIÓN

2. Determinación del contenido óptimo teórico de ligante

— Fórmula Duriez

mmdemenorespartículasf

mmymmentrepartículass

mmymmentrepartículasS

mmymmentrepartículasg

mmdemayorespartículasG

fsSgG

específicaSuperficie

riquezademóduloK

residualasfaltodeL

08.0%

315.008.0%

5315.0%

105%

10%

100/)1351230.233.017.0(

)5.35.2(

%%

5 KL

BASES ESTABILIZADAS



3. Elaboración de mezclas

Se elaboran mezclas con diferentes cantidades deemulsión, correspondientes a porcentajes de ligante porencima y debajo del óptimo teórico, manteniendo elcontenido óptimo de fluidos de compactación

4. Compactación de probetas

Se compactan probetas de 10 cm por 10 cm de alturamediante compresión creciente hasta alcanzar 210kg/cm2, manteniendo esta presión durante 2 minutos(compactar seis probetas para cada contenido deligante)

BASES ESTABILIZADAS



5. Curado de las probetas

Desmoldado de las probetas y curado al aire durante7 días a 25º C

Separar cada juego de 6 probetas en 2 grupos para elresto del curado:

— Uno de los grupos se mantiene otros 7 días alaire a 25º C

— El otro grupo se sumerge en agua a 25º C por 7días

BASES ESTABILIZADAS



6. Ensayo de compresión

Al término del período de curado, se determina ladensidad de las probetas y se rompen por compresiónsimple, promediando las resistencias para cadaporcentaje de ligante (por aparte las curadas en seco ylas curadas en húmedo)

7. Determinación del contenido óptimo de emulsión

Se dibujan gráficas de resistencia seca, resistenciahúmeda y resistencia conservada y elegir el porcentajeóptimo de emulsión, de acuerdo con el criterio dediseño

BASES ESTABILIZADAS


Representación gráfica de los resultados de un ensayo de

inmersión - compresión

CARACTERIZACIÓN DE LOS MATERIALES ESTABILIZADOS CON EMUSIÓN ASFÁLTICA, CON FINES DE DISEÑO DE

PAVIMENTOS

Módulo dinámico

Se trata de materiales muy variables y difíciles de modelar, debido aque su rigidez varía con el período de curado, la temperatura y eltiempo de aplicación de la carga

Fórmula de Finn para determinar el módulo dinámico de mezclastratadas con emulsión asfáltica, a 25° C

13.1)(015.0)(46.240.0)10ln( 3 PSFMR m

m = densidad de la mezcla, lb/pie3

SF = proporción de arena, en peso (retenido entre tamices # 4 y # 200)

P = penetración del asfalto base, 0.1 mm

BASES ESTABILIZADAS



PAVIMENTOS

Módulo dinámico

CHEVRON desarrolló 3 tipos de mezclas con emulsión asfáltica:

—Tipo I: elaborada en planta con agregados procesados y conpropiedades similares a las de un concreto asfáltico

— Tipo II: elaborada con agregados clasificados

—Tipo III: elaborada con arenas o limos arenosos

Se determinaron los valores de sus módulos en el rango de 23º C a38º C (73 a 100º F), luego de curado total y se compararon con los demezclas de base de concreto asfáltico elaboradas con cementosasfálticos AC – 40 y AC – 5, encontrándose alta coincidencia

BASES ESTABILIZADAS


Variación del stiffness con la temperatura, para 3 tipos de

mezclas con asfalto emulsificado en condición curada

BASES ESTABILIZADAS


En las mezclas con emulsión asfáltica es muy importante teneren cuenta los efectos del curado en el módulo dinámico

Et = Ef - (Ef - Ei)*RFt

Et = módulo a la temperatura T y tiempo de curado t

Ef = módulo a la temperatura T para la mezcla totalmente curada

Ei = módulo a la temperatura T para la mezcla en estado nocurado (inicial)

BASES ESTABILIZADAS



PAVIMENTOS

Módulo dinámico

RFt = factor de reducción que tiene en cuenta la cantidad decurado alcanzada en el tiempo t

BASES ESTABILIZADAS



PAVIMENTOS

Módulo dinámico

Módulo dinámico

Para superar las reducidas velocidades de curado de lasestabilizaciones con emulsión, se acostumbra añadir bajasproporciones de cemento (1% - 3%) que incrementan elmódulo de la mezcla hasta en 200%, según la emulsiónutilizada

El módulo dinámico de las capas estabilizadas conemulsión asfáltica tiende a reducirse con el tiempo, acausa de la fatiga por la aplicación de las cargas deltránsito

BASES ESTABILIZADAS



PAVIMENTOS

BASES ESTABILIZADAS


VALORES TÍPICOS DE MÓDULOS DINÁMICOS PARA CAPAS ESTABILIZADAS CON EMULSIÓN ASFÁLTICA

El comportamiento a fatiga de las estabilizaciones con emulsiónasfáltica es similar al de las mezclas bituminosas en caliente

Nf = Ket-c

Nf = número de aplicaciones de carga hasta la falla para unadeformación inicial de tensión, et

K, c = nonstantes de regresión obtenidas del análisis de los datosde la prueba de fatiga

BASES ESTABILIZADAS



PAVIMENTOS

Comportamiento a la fatiga

El stiffness de la mezcla tiene una considerable incidencia enel resultado de la prueba de fatiga

Para una determinada mezcla e iguales condiciones detemperatura y frecuencia de aplicación de carga, la curva defatiga varía según el criterio que se elija para considerar la falla(reducción de módulo, cantidad de agrietamiento)

Los resultados de fatiga en el laboratorio conducen a unaestimación muy conservativa de una mezcla bituminosa, por locual se deben aplicar factores de desplazamiento

BASES ESTABILIZADAS



PAVIMENTOS


Criterio de fatiga para mezclas elaboradas con emulsiones asfálticas (CHEVRON)

BASES ESTABILIZADAS



BASES

ESTABILIZADAS CON

ASFALTO ESPUMADO

BASES ESTABILIZADAS

CON ASFALTO ESPUMADO

SUELOS ADECUADOS PARA ESTABILIZAR CON ASFALTO

ESPUMADO

Granulometría

Ackeroyd & Hicks establecieron 3 zonas en la gráfica de

granulometría, fijando la conveniencia de los suelos para ser

estabilizados con asfalto espumado:

—Zona A: el material es adecuado para estabilización en vías

de tránsito pesado

—Zona B: el material es apropiado para estabilización en

vías de tránsito liviano, pero su comportamiento puede ser

mejorado con la adición de fracciones gruesas

—Zona C: el material es deficiente en finos y no responde

bien al tratamiento, por lo que no es adecuado para estabilizar

Envolventes de gradación sugeridas para mezclas con asfalto

espumado (Ackeroyd & Hicks)

BASES ESTABILIZADAS


SUELOS ADECUADOS PARA ESTABILIZAR CON ASFALTO

ESPUMADO

Plasticidad

Las mezclas con asfalto espumado admiten una cantidad

limitada de finos plásticos, aconsejándose que su IP no sea

mayor de 6

Si se excede este valor, resulta recomendable un tratamiento

previo con cal o cemento

BASES ESTABILIZADAS


DISEÑO DE LA MEZCLA

BASES ESTABILIZADAS



1. Optimización de las propiedades del asfalto espumado

Consiste en determinar, en una planta portátil de

laboratorio, el porcentaje de agua que optimiza

las propiedades de espumado del asfalto, de

manera de asegurar los valores de ―Expansión‖ y

―Vida Media‖ exigidos por las especificaciones

BASES ESTABILIZADAS


BASES ESTABILIZADAS


Planta de laboratorio WLB 10 para espumar asfalto

BASES ESTABILIZADAS


Determinación del contenido de agua para optimizar el espumado


2. Determinación del contenido óptimo de humedad

Se requiere agua para espumar el asfalto, para ablandar

el material, romper los grumos que puedan existir y

para permitir una mejor dispersión del asfalto durante

las operaciones de mezclado y de compactación en el

laboratorio y en el campo

Insuficiente agua reduce la trabajabilidad de la mezcla

dando como resultado una mala dispersión del ligante,

en tanto que su exceso alarga el tiempo de curado,

reduce el cubrimiento de los agregados así como la

densidad y resistencia de la mezcla compactada

BASES ESTABILIZADAS



2. Determinación del contenido óptimo de humedad (cont.)

De acuerdo con investigaciones de Mobil Oil, el

contenido óptimo de humedad para la mezcla y

compactación tiene lugar en un rango entre el 70 % y el

80% de la humedad óptima del Proctor Modificado de

los agregados

BASES ESTABILIZADAS


3. Elaboración de mezclas de ensayo

Se elaboran mezclas con 5 porcentajes diferentes de

asfalto y la cantidad óptima de fluidos de compactación

Los porcentajes de asfalto se escogen en función de

tipo de suelo que se va a estabilizar

Si el material contiene partículas arcillosas, se le debe

adicionar cal o cemento (las normas INVÍAS lo exigen

cuando el producto IP*pasa tamiz # 200 > 72)

BASES ESTABILIZADAS



Rangos típicos de contenido de asfalto en mezclas con asfalto espumado

(adaptado de Bowering & Martin – 1976)

BASES ESTABILIZADAS


Elaboración de una mezcla de ensayo

BASES ESTABILIZADAS



4. Compactación de probetas de ensayo

Con cada una de las mezclas se elaboran seis probetas

Marshall, compactándolas con 75 golpes por cara

BASES ESTABILIZADAS




Debido a la presencia de agua que es necesario

eliminar, las mezclas con asfalto espumado desarrollan

su resistencia total con el tiempo, pero requieren

períodos de curado menores que en el caso de las

estabilizaciones con emulsión asfáltica

Las condiciones de curado de las probetas compactadas

afectan severamente la resistencia final de las mezclas

con asfalto espumado, por lo que conviene simular en

el laboratorio un procedimiento reproducible en la obra

BASES ESTABILIZADAS




BASES ESTABILIZADAS


Probetas curadas

El asfalto se adhiere a la fracción fina creando un mortero

que liga las partículas de mayor tamaño, pero no las cubre

Sección transversal de

una probeta curada

BASES ESTABILIZADAS


Diversos procedimientos propuestos para el curado de

mezclas compactadas con asfalto espumado

BASES ESTABILIZADAS



6. Medida de dimensiones y pesos de las probetas

Se miden las dimensiones de todas las probetas y se

determina su peso específico, descartando aquellas

cuyo valor difiera en más de 30 kg/cm2 del valor

medio del grupo al cual pertenecen

BASES ESTABILIZADAS



7. Ensayo de tracción indirecta

Las probetas elaboradas con un determinado contenido de

asfalto se separan en dos grupos:

— Las probetas de un grupo se fallan por tracción

indirecta con una velocidad de deformación de 50.8

mm/minuto

— Las probetas del otro grupo se colocan en un

desecador de vacío donde se cubren con agua a 25º C

y se aplica vacío de 50 mm de mercurio por una hora,

fallándose posteriormente como las del primer grupo

BASES ESTABILIZADAS


Ensayo de tracción indirecta

DL

PRTI

2

BASES ESTABILIZADAS



Se elaboran gráficas que muestren la evolución de las resistencias

de los 2 grupos de probetas con el contenido de asfalto y se escoge

como óptimo un porcentaje de ligante que satisfaga los criterios de

diseño de la mezcla

Ejemplo

(Criterios de diseño del Artículo 461 Especificaciones INVÍAS)

Resistencia de probetas curadas en seco ≥ 2.5 kg/cm2 (250 kPa)

Resistencia tras curado húmedo ≥ 50 %

El porcentaje óptimo de asfalto es aquel que cumpliendo las 2

exigencias, dé lugar a la mayor resistencia tras curado húmedo

BASES ESTABILIZADAS


Representación gráfica de los resultados de un ensayo de

tracción indirecta

BASES ESTABILIZADAS


SUSCEPTIBILIDAD DE LAS MEZCLAS CON ASFALTO

ESPUMADO A LA ACCIÓN DEL AGUA

Debido a los bajos contenidos de ligante y los altos

volúmenes de vacíos que contienen, estas mezclas resultan muy

susceptibles a la acción del agua

La susceptibilidad al agua es inversamente proporcional al

grado de curado que ha alcanzado la mezcla en el momento de

la exposición

Consecuentemente, es necesario proteger las mezclas de la

acción del agua durante su período inicial de vida o simular en

el laboratorio unas condiciones de exposición consecuentes con

las de la obra

BASES ESTABILIZADAS


Influencia del grado de saturación de las probetas sobre la

resistencia a tracción indirecta (Campagnoli & Ríos, 2000)

BASES ESTABILIZADAS


Sigue leyes de comportamiento similares a las que

presentan las estabilizaciones con emulsión asfáltica, es

decir, depende del período de curado, de la rata de carga,

del nivel de esfuerzo y de la temperatura

El módulo final se obtiene en un plazo menor que en el

caso de estabilizaciones con emulsión, debido al menor

contenido de agua de la mezcla

CARACTERIZACIÓN DE LOS MATERIALES ESTABILIZADOS CON ASFALTO ESPUMADO, CON FINES DE DISEÑO DE

PAVIMENTOS

Módulo dinámico

BASES ESTABILIZADAS



PAVIMENTOS

Módulo dinámico

La tendencia de evolución del módulo con el contenido deasfalto es similar a la que presenta la resistencia de la mezcla

Valores de resistencia a la tracción indirecta y de módulo dinámico para

mezclas del área de Bogotá (Santamaría, 2000)

BASES ESTABILIZADAS


BASES ESTABILIZADAS


REDUCCIÓN DEL MÓDULO DINÁMICO A CAUSA

DE LA APLICACIÓN DE CARGAS (Long, 2001)


PAVIMENTOS

Módulo dinámico

Vida efectiva de fatiga

Se conoce como tal, el número necesario de repeticiones para

reducir el módulo de la mezcla hasta 400 MPa

Al alcanzar dicho valor, se considera que la estabilización se

empieza a comportar como un material granular

BASES ESTABILIZADAS


Deformación permanente

La mayor parte de la deformación se produce con las

aplicaciones iniciales de carga

BASES ESTABILIZADAS


BASES ESTABILIZADAS


Deformación permanente

REPETICIONES DE CARGA ADMISIBLES EN FUNCIÓN DE

LA MAGNITUD DE LA CARGA APLICADA Y DEL NIVEL DE

DEFORMACIÓN (Long, 2001)

BASES ESTABILIZADAS


RESUTADOS DE UN ESTUDIO COMPARATIVO ENTRE LAS TÉCNICAS

DE ESTABILIZACIÓN CON EMUSIÓN Y CON ASFALTO ESPUMADO

BASES ESTABILIZADAS


Análisis de los resultados de la estabilización del

material arcilloso

Material solo

—En condición seca, el empleo de emulsión da lugar a

resistencias aceptables, en tanto que al emplear

asfalto espumado se requiere la incorporación de

activantes

—Todas las mezclas pìerden resistencia después de

inmersión en agua



BASES ESTABILIZADAS


Análisis de los resultados de la estabilización del

material arcilloso

Material + 2 % de cal

—Todas las mezclas dan resultados satisfactorios, siendo

mayores las resistencias en el caso de la emulsión

Material + 2 % de cemento

—Las resistencia en seco son satisfactorias (aunque

menores que en el caso de la cal), pero las

resistencias conservadas son bajas



BASES ESTABILIZADAS




BASES ESTABILIZADAS




Análisis de los resultados de la estabilización del material

sílico calcáreo

—La emulsión da lugar a una mezcla con resistencia

adecuada, tanto en condición seca como en condición húmeda

—La mezcla con asfalto espumado sin activante no presenta

ninguna resistencia, debido a problemas de adherencia entre el

asfalto y el agregado

—La incorporación de activantes mejora el comportamiento

de las mezclas con asfalto espumado

BASES ESTABILIZADAS


COMPARACIÓN ENTRE LAS TÉCNICAS DE ESTABILIZACIÓN

CON EMUSIÓN Y CON ASFALTO ESPUMADO

BASES Y SUBBASES

COMBINACIÓN DE

ESTABILIZANTES

COMBINACIÓN DE ESTABILIZANTES

El propósito general de la combinación de

estabilizantes es realizar un tratamiento previo del

suelo para modificar algunas de sus características,

antes de aplicar el estabilizante dominante

La ventaja del procedimiento es que uno de los

estabilizantes compensa la falta de efectividad del otro

en el tratamiento de una característica particular del

suelo

Normalmente, la dosificación del producto que se

aplica primero es menor que la del segundo

Generalidades


Las combinaciones de estabilizantes más empleadas

son:

—Cal – Cemento

—Cal – Asfalto emulsionado o espumado

—Cemento – Asfalto emulsionado o espumado

TIPOS DE COMBINACIONES DE ESTABILIZANTES


SELECCIÓN DE COMBINACIÓN DE ESTABILIZANTES

(adaptado de FHWA-IP-80-2)

El cemento no se puede mezclar exitosamente con finos muy

plásticos

Al realizar un tratamiento mixto de cal y cemento, cada

conglomerante cumple una misión:

—La cal, que se agrega primero, flocula los finos con una

reacción rápida de intercambio iónico, disminuyendo la

plasticidad del suelo y mejorando la trabajabilidad y el

mezclado. Así mismo, reduce la humedad

— El cemento produce un rápido incremento de resistencia

mecánica en el suelo


COMBINACIÓN CAL - CEMENTO

Se suele aplicar primero entre 1 % y 3 % de cal y

luego la cantidad requerida de cemento, según el tipo de

suelo

El diseño de la mezcla se realiza por métodos

aplicables al estabilizante dominante, en este caso los de

compresión inconfinada y humedecimiento y secado


COMBINACIÓN CAL - CEMENTO


Efecto de la combinación de cal y cemento sobre una arcilla

de Irbid (Jordania)

EFECTO DE LA CAL SOBRE LA RESISTENCIA EFECTO DE LA CAL COMO PRE-TRATAMIENTO

El curado es un factor clave en el desarrollo de la

resistencia de las estabilizaciones con productos asfálticos y

su velocidad se ve favorecida con el uso previo de cal o

cemento

El tratamiento previo del suelo con cal o cemento hace que

la estabilización con el producto asfáltico sea más resistente

a la humedad y presente módulos mayores que estabilizando

solamente con el producto asfáltico

Al emplear cemento, se recomienda que su proporción

respecto del asfalto residual no sea mayor de 1:5 para evitar

la fragilidad de la mezcla


COMBINACIÓN CAL O CEMENTO CON ASFALTO

EMULSIONADO O ESPUMADO


RESULTADOS DE ENSAYOS DE INMERSIÓN COMPRESIÓN AL ESTABILIZAR

UN MATERIAL ARCILLOSO CON CAL O CEMENTO + ASFALTO ESPUMADO

(PASA TAMIZ # 200 = 15.2 %, IP = 14.5 %)

BASES Y SUBBASES

OTROS TIPOS DE BASES

BASES Y SUBBASES

Además de las bases de tipo convencional, se han

desarrollado otras con el propósito de solucionar

problemas específicos de los pavimentos:

Bases permeables y bases de concreto pobre, con las

cuales se combate el problema de la erosión del soporte

de los pavimentos rígidos

Bases elaboradas con mezclas asfálticas de alto

módulo, desarrolladas para ayudar a combatir el

ahuellamiento en los pavimentos asfálticos (VER

MÓDULO 9)

BASES Y SUBBASES

BASE PERMEABLE

BASE PERMEABLE

Capa que se coloca generalmente bajo las losas de un

pavimento rígido, constituida por un material filtrante de

manera que, con ayuda de una pendiente transversal

adecuada y unas correctas instalaciones de salida, drena

el agua que se infiltra desde la superficie del pavimento

Esta capa puede ser granular o tratada con ligantes

hidrocarbonados o con cemento. La finalidad primaria de

la estabilización (con cemento asfáltico o cemento

Pórtland) es brindar estabilidad a la capa durante la etapa

constructiva

BASE PERMEABLE

El remate de la base permeable puede ocurrir:

Contra un subdrén longitudinal

Contra el talud lateral hacia el exterior (no es recomendable,

porque se pueden producir contaminaciones en el talud

durante las operaciones de construcción y mantenimiento)

BASE PERMEABLE

BASE PERMEABLE GRANULAR

Su estabilidad se logra a través de la trabazón de

agregados

Se exige que el material tenga 100% de partículas

trituradas mecánicamente

El desgaste Los Ángeles no puede exceder de 45 %

Las pérdidas en el ensayo de solidez no pueden

exceder de 12 % (sulfato de sodio) o de 18 % (sulfato

de magnesio)

BASE PERMEABLE

BASE PERMEABLE GRANULAR


Nota -Se recomienda que Cu > 4 para garantizar la estabilidad de la base

BASE PERMEABLE

BASE PERMEABLE ESTABILIZADA CON CEMENTO

ASFÁLTICO

Se recomienda el uso de un asfalto de grado AC-40 en

proporción de 2 a 2 ½ % en peso


BASE PERMEABLE

BASE PERMEABLE ESTABILIZADA CON CEMENTO

PORTLAND

La cantidad de cemento varía entre 120 y 150 kg/m3

La cantidad de agua debe ajustarse para controlar la

segregación


X = % indicado por el constructor

BASES Y SUBBASES

BASE DE

CONCRETO POBRE

BASE DE CONCRETO POBRE

DEFINICIÓN

Una base de concreto pobre se compone de

agregados y cemento uniformemente combinados y

mezclados con agua. Los agregados son de calidad

marginal (característicos de subbase) y la cantidad de

cemento en la mezcla es reducida

El concreto pobre se utiliza como subbase de

pavimentos rígidos

El material es más rígido y más resistente a la

erosión que una subbase estabilizada con cemento


Agregado pétreo

El agregado puede provenir de trituración de roca,

piedra o grava o ser de tipo natural

Sus partículas deben ser duras y libres de polvo,

materia orgánica y otras sustancias objetables

La fracción gruesa debe carecer de excesos de

partículas aplanadas (relación ancho/espesor > 5) y de

partículas alargadas (relación longitud/ancho > 5)

El equivalente de arena debe ser superior a 20

MATERIALES


MATERIALES

Agregado pétreo


MATERIALES

Cemento

Debe ser el tipo I (norma ASTM C 150)

Agua

Debe ser limpia y estar libre de aceite, sal, ácidos, álcalis,

materia orgánica, azúcar y cualquier otro elemento que pueda

ser perjudicial para la mezcla. Agua que sea calificada como

potable se puede emplear sin necesidad de realizar ensayos de

comprobación

Aditivos

Pueden ser de tipo puzolánico (ASTM C 618), inclusores de

aire (ASTM C 620) y reducidores de agua (ASTM C 494, Tipo

A -reducidor- ó Tipo D -reducidor y retardante-)



El concreto pobre se diseña como una mezcla de concreto

convencional, pero con las siguientes limitaciones de resistencia:

—Resistencia mínima a compresión a 7 días : 500 psi

—Resistencia mínima a compresión a 28 días : 750 psi

—Resistencia máxima a compresión a 28 días: 1,200 psi

La limitación de resistencia máxima tiene por objeto reducir la

posibilidad de fisuración refleja en la superficie del pavimento

Se puede obviar la limitación de resistencia máxima, si en la

capa de concreto pobre se construyen juntas con el mismo patrón

de las juntas del pavimento



El asentamiento de la mezcla (ASTM C 143) debe ser del

orden de 50 mm

La cantidad mínima de material cementante (cemento o

cemento + ceniza volante) es de 120 kg/m3

Si el pavimento se construye en una zona sometida a heladas,

la mezcla deberá presentar pérdidas no mayores de 14 % en el

ensayo de congelamiento y deshielo (ASTM D 560) y una

cantidad de aire incluido entre 6% y 10% (ASTM C 231 si el

agregado grueso proviene de grava o piedra ó ASTM C 173

para escoria y otros agregados gruesos porosos


Relación entre las resistencias a compresión y flexión

para mezclas de concreto pobre (Packard, 1981)

LIGANTES BITUMINOSOS

CONTENIDO

Definiciones y tipos de ligantes bituminosos

Clasificación de los cementos asfálticos

Ensayos de clasificación de cementos asfálticos por

penetración y viscosidad

Criterio SUPERPAVE para especificar cementos

asfálticos

Asfaltos modificados con polímeros

Emulsiones asfálticas

Emulsiones asfálticas modificadas

Asfalto líquido para imprimación


DEFINICIONES Y TIPOS DE


Ligante bituminoso

Material que contiene betún (bitumen), el cual es unhidrocarburo soluble en bisulfuro de carbono (CS2). Elasfalto y el alquitrán son materiales bituminosos

Asfalto

Material aglomerante de color marrón oscuro a negro,de consistencia variable, constituido principalmente porbetunes. El asfalto puede ser natural u obtenido porrefinación de petróleo


DEFINICIONES

Alquitrán

Producto hidrocarbonado semisólido o líquido,resultante de la destilación de la hulla. Su contenidode betún es menor que el de los asfaltos. Presentabuena adhesividad con los agregados y resiste elataque de los derivados del petróleo, pero presentaalta susceptibilidad térmica y envejecimiento rápido


DEFINICIONES

TIPOS DE LIGANTES BITUMINOSOS

OBTENCIÓN DE LOS ASFALTOS EN REFINERÍA

TIPOS DE ASFALTOS PARA PAVIMENTACIÓN

Cemento asfáltico

Asfalto refinado o una combinación de éste con un aceitefluidificante, cuya viscosidad es apropiada para los trabajos depavimentación

Asfalto líquido

Cemento asfáltico licuado con solventes como la gasolina(RC), el kerosén (MC) o un aceite liviano (SC). Su uso está muylimitado por efectos ambientales

Emulsión asfáltica

Dispersión de glóbulos de cemento asfáltico dentro de aguaen presencia de un agente emulsificante. Puede ser aniónica ocatiónica, dependiendo de la carga eléctrica de los glóbulos

TIPOS DE ASFALTOS PARA PAVIMENTACIÓN


CLASIFICACIÓN DE LOS

CEMENTOS ASFÁLTICOS



Por grados de penetración

Se basa en el resultado del ensayo de penetración, escual describe la consistencia a una temperatura de 25° C

El Instituto Nacional de Vías ha adoptado dos gradosde cemento asfáltico para pavimentación, conpenetraciones comprendidas dentro de los rangos 60-70y 80-100

Por grados de viscosidad

Se basa en la determinación de la viscosidad absoluta delproducto a 60° C

Cuando las pruebas se realizan sobre el asfalto original sedesignan como AC-2.5; AC-5; AC-10; AC-20 y AC-40 y sedesignan como AR 1000, AR 2000, AR 4000, AR 8000 y AR1600, cuando se efectúan sobre muestras de asfaltossometidos a un ensayo de envejecimiento acelerado

En el primer caso, el número de identificación es lacentésima parte de la viscosidad deseada a 60°C, en Poises, yen el segundo caso es la viscosidad deseada a la mismatemperatura, en Poises



Por grados de comportamiento

Se basa en el desempeño previsto del ligante y loespecifica en función de las condiciones climáticasextremas en que presenta propiedades físicasadecuadas. Se designan con el acrónimo PG,acompañado de dos números que indican lastemperaturas máximas y mínimas de diseño (Ejemplo:PG 64-28)

Hay 21 clases de asfaltos clasificados por grados decomportamiento



ELECCIÓN DEL GRADO

DE CEMENTO ASFÁLTICO

Independientemente del sistema de clasificaciónelegido, el grado por escoger depende de las condicionesambientales

El sistema de grados de comportamiento (PG) definelos límites de temperatura dentro de los cuales esprevisible el buen comportamiento del cemento asfáltico

En los otros sistemas, la tendencia es elegir bajosgrados de viscosidad en climas fríos para brindarmayor flexibilidad para soportar el agrietamientotérmico a baja temperatura, en tanto que si el clima escálido se eligen ligantes de mayor viscosidad paracontribuir en la resistencia de las mezclas a ladeformación permanente

La elección del grado es importante también en eldiseño del pavimento, por cuanto incide en laspropiedades de rigidez y de fatiga de la mezclaasfáltica

ELECCIÓN DEL GRADO

DE CEMENTO ASFÁLTICO


ENSAYOS DE CLASIFICACIÓN

DE CEMENTOS ASFÁLTICOS

POR PENETRACIÓN Y POR

VISCOSIDAD

ENSAYOS PARA CLASIFICACIÓN DE CEMENTOS

ASFÁLTICOS POR PENETRACIÓN Y VISCOSIDAD

Penetración (INV E-706)

Es una medida de la consistencia del asfalto a la

temperatura especificada para el ensayo

Punto de ablandamiento (anillo y bola) (INV E-712)

Es la temperatura a la cual el cemento asfáltico se

vuelve lo suficientemente blando como para comenzar

fluir. Se suele suponer, en términos amplios, que la

consistencia en este punto es equivalente a la que

presenta cuando su penetración es 800 (0.1mm)

El concepto del punto de ablandamiento es algo

arbitrario y no corresponde exactamente a un cambio

físico del producto, por cuanto la consistencia del asfalto

disminuye gradualmente sin presentar un punto de fusión

definido



Punto de ablandamiento (anillo y bola) (INV E-712)



Índice de penetración de Pfeiffer y Van Doormaal (IP)

Expresión matemática para estimar la susceptibilidadtérmica de los cementos asfálticos

BAT

penA

A

AIP

&25

800log)log(

501

50020

Donde

pen = penetración a 25°C (0.1 mm)

T A&B= punto de ablandamiento (°C)



Índice de penetración de Pfeiffer y Van Doormaal (IP)

Ejemplo

pen =100 (0.1 mm)

T A&B = 45°C

79.004515.0*501

04515.0*50020

04515.04525

800log100log

IP

A



Viscosidad absoluta (INV E-716)

La prueba tiene por finalidad determinar la viscosidad

del cemento asfáltico a la temperatura más alta que el

pavimento suele experimentar durante su servicio



Ductilidad (INV E-702)

Es una medida de cuánto puede estirarse una muestra del

asfalto antes de que se rompa en dos (5cm/minuto, 25º C)

Es un ensayo más de identificación que cuantitativo. Los

asfaltos provenientes de destilación del petróleo al vapor o al

vacío muestran alta ductilidad, en tanto que en los obtenidos por

oxidación o soplado la ductilidad es baja



Punto de inflamación (INV E-709)

Es la temperatura más baja a la cual

se separan materiales volátiles de la

muestra, creando un ―destello‖ en

presencia de una llama abierta

La finalidad de la prueba es

identificar la temperatura máxima a la

cual el producto puede ser manejado

sin peligro de que se inflame



Solubilidad (INV E-713)

Es un procedimiento para medir la pureza del cemento

asfáltico

Una muestra es sumergida en un solvente donde se disuelven

sus componentes cementantes activos, en tanto que las

impurezas (sales, carbono libre, contaminantes inorgánicos) no

se disuelven, sino que se depositan en forma de partículas



Contenido de agua (INV E-704)

Se emplea para determinar la existencia de

contaminaciones indebidas o asegurarse que no se

producirá espuma durante el calentamiento del

producto

El método se basa en la destilación a reflujo de una

muestra del asfalto, junto con un disolvente volátil no

miscible con el agua, el cual, al evaporarse, facilita el

arrastre del agua presente, separándose de ella al

condensarse



Envejecimiento en horno en película fina (INV E-721)

Reproduce el efecto del aire y del calor sobre una

película delgada del ligante asfáltico, simulando el

envejecimiento que éste sufre a corto plazo durante los

procesos de mezclado y colocación de las mezclas de

concreto asfáltico

A la muestra así envejecida, se le determinan la pérdida

de masa, la penetración (25º C), la ductilidad (25º C) y la

viscosidad a 60º C para medir el endurecimiento

anticipado del material durante las operaciones de mezcla

y colocación



Envejecimiento en horno en película fina

(INV E-721)



Envejecimiento al horno en película fina rotativa

(INV E-720)

Reproduce el efecto del aire y del calor sobre una

película delgada del ligante asfáltico en movimiento,

simulando el envejecimiento que éste sufre a corto plazo

durante los procesos de mezclado y colocación de las

mezclas de concreto asfáltico

Las ventajas de este ensayo sobre el del horno en

película fina consisten en que se puede acomodar un

mayor número de muestras en el horno y que el tiempo

requerido para envejecerlas es menor





Horno

Recipientes para el ensayo

(izquierda – luego del ensayo, centro – antes

del ensayo, derecha – vacío)

Envejecimiento al horno en película fina rotativa

Gráfica de Heukelom (Bitumen Test Data Chart)

Muestra la variación de la consistencia del asfalto con latemperatura

Permite determinar gráficamente el índice de penetración(IP)

Permite estimar las temperaturas más adecuadas de mezcla ycompactación de las mezclas asfálticas en caliente:

— El cubrimiento satisfactorio del agregado pétreo seobtiene con una viscosidad aproximada del asfalto de 0.2Pa.s (2 Poises)

— La viscosidad óptima para compactación se encuentraentre 2 y 20 Pa.s (20 - 200 Poises)



Gráfica de Heukelom (Bitumen Test Data Chart)



ESPECIFICACIONES DE CEMENTOS ASFÁLTICOS

ESPECIFICACIONES INVIAS CON BASE EN LA PENETRACIÓN

CARACTERISTICA

NORMA DE

ENSAYO INV 60-70 80-100

mín máx mín máx

Penetración (25oC, 100 g, 5 s) 0.1 mm E-706 60 70 80 100

Índice de penetración - E-724 -1 +1 -1 +1

Viscosidad absoluta (60° C) P E-716 1500 1000

Ductilidad (25 oC, 5 cm/min) cm E-702 100 - 100 -

Solubilidad en tricloroetileno % E-713 99 - 99 -

Contenido de agua % E-704 - 0.2 - 0.2

Punto de ignición mediante copa abierta

de Cleveland °C

E-709

230 - 230 -

Pérdida por calentamiento en película

delgada (163oc, 5 h) %

E-721

- 1.0 - 1.0

Penetración del residuo luego de la

perdida por calentamiento, en % de la

penetración original

% E-706 52

-

48

-

Especificaciones ASTM con base en la viscosidadRequerimientos para cemento asfáltico clasificado por grados de viscosidad a 140

oF (60

oC)

Grado de viscosidadEnsayoAC-2.5 AC-5 AC-10 AC-20 AC-40

Viscosidad, 140oF (60

oC), P


oC), mínimo, cSt.

Penetración 77oF (25

oC), 100g. 5 s. mínimo

Punto de llama copa abierta Cleveland, mínimo oF (

oC)

Solubilidad en tricloroetileno, mínimo %Ensayos sobre el residuo del TFOT: Viscosidad 140

oF (60

oC), máximo

Ductilidad, 77oF (25

oC), 5cm/min. mínimo cm.

250 + 5080200

325 (163)99.0

1250100

A

500 + 100110120

350 (177)99.0

2500100

1000 + 20015070

425 (219)99.0

500050

2000 + 40021040

450 (232)99.0

1000020

4000 + 80030020

450 (232)99.0

2000010

Requerimientos para cemento asfáltico clasificado por grados de viscosidad a 140oF (60

oC)

Ensayo AC-2.5 AC-5 AC-10 AC-20 AC-30 AC-40Viscosidad, 140

oF (60

oC), P


oC), mínimo cSt.



Punto de llama copa abierta Cleveland, mínimo oF (

oC)

Solubilidad en tricloroetileno, mínimo %Ensayos sobre el residuo del TFOT: Viscosidad 140

oF (60

oC), máximo

Ductilidad, 77oF (25


250 + 50125200

325 (163)99.0

1250100

A

500 + 100175140

350 (177)99.0

2500100

1000 + 20025080

425 (219)99.0

500075

2000 + 40030060

450 (232)99.0

1000050

3000 + 60035050

450 (232)99.0

1500040

4000 + 80040040

450 (232) 99.0

2000025

Requerimientos para cemento asfáltico clasificado por grados de viscosidad a 140oF (60

oC)

Ensayos sobre el residuo del RTFOT: AR-1000 AR-2000 AR-4000 AR-8000 AR-16000Viscosidad, 140

oF (60

oC), P


oC), mínimo, cSt.



% de penetración original, 77oF (25oC), mínimoDuctilidad, 77

oF (25


Ensayos sobre el asfalto original: Punto de llama copa abierta Cleveland, mínimo

oF (

oC)

Solubilidad en tricloroetileno, mínimo %

1000 + 25014065-

100A

400 (205)99.0

2000 + 5002004040

100B

425 (219)99.0

4000 + 1000275254575

400 (227)99.0

8000 + 2000400205075

450 (232)99.0

16000 + 4000550205275

460 (238)99.0


COMPARACIÓN DE GRADOS DE PENETRACIÓN Y VISCOSIDAD


VENTAJAS DE LA CLASIFICACIÓN

POR GRADOS DE PENETRACIÓN

Los grados de los asfaltos se relacionan con lastemperaturas promedio de servicio

Los ensayos son sencillos y de rápida ejecución

Bajos costos de capital

Los ensayos se pueden realizar en laboratorios deobra

Se puede establecer la susceptibilidad térmica

DESVENTAJAS DE LA CLASIFICACIÓN

POR GRADOS DE PENETRACIÓN

El ensayo de penetración es empírico

La velocidad de corte durante el ensayo es alta yvariable

Similares penetraciones a 25°C no reflejan ampliasdiferencias en el comportamiento de los asfaltos encondiciones de servicio

Las temperaturas de mezcla y compactación no estándisponibles


POR GRADOS DE VISCOSIDAD (AC)

La viscosidad es una propiedad fundamental del asfalto

La evaluación se realiza en un amplio rango detemperaturas

La evaluación considera la máxima temperatura de lasuperficie del pavimento

Se tiene en cuenta la susceptibilidad térmica

Se dispone de información sobre las temperaturas demezcla y compactación


POR GRADOS DE VISCOSIDAD (AC)

Mayor costo y tiempo de ejecución de los ensayos

Se requiere mayor pericia técnica

La clasificación no es válida para asfaltos nonewtonianos

Asfaltos ubicados en el mismo grado puedenpresentar un amplio rango de propiedades


POR GRADOS DE VISCOSIDAD (AR)

Representa las propiedades del asfalto después decalentado y mezclado en planta

Mide una propiedad fundamental del asfalto

Evaluación en un amplio rango de temperaturas

Limita el uso de asfaltos muy susceptibles alenvejecimiento


POR GRADOS DE VISCOSIDAD (AR)

Alto costo y largo tiempo de ejecución de los ensayos

Requiere diferentes equipos y pericia técnica

Clasificación no válida para asfaltos no newtonianos

No hay ensayos de consistencia para el asfalto original

Amplio rango de propiedades para asfaltos del mismogrado


CRITERIO SUPERPAVE

PARA ESPECIFICAR


ESPECIFICACIONES SUPERPAVE

SOBRE LIGANTES ASFÁLTICOS

Introducción

SUPERPAVE (Superior Performing AsphaltPavement) es un sistema de especificación de losmateriales constitutivos, diseño de mezclas asfálticas ysu análisis, y la predicción del comportamiento de lospavimentos, incluyendo equipos de ensayo, métodos deensayo y criterios. El sistema especifica los ligantes conbase en el clima y la temperatura prevista en elpavimento



Introducción (cont.)

El ligante se especifica por grados de comportamiento(grados de performance -PG-), por ejemplo, PG 64-22

Los números (64 y -22) indican las temperaturas másalta y más baja, en grados Celsius, dentro de las cuales elligante poseería propiedades físicas adecuadas

ALTA TEMPERATURA BAJA TEMPERATURA (-)

PG 52 10, 16, 22, 28, 34, 40, 46

PG 58 16, 22, 28, 34, 40

PG 64 16, 22, 28, 34, 40

PG 70 10, 16, 22, 28

Introducción (cont.)

El sistema mide las propiedades físicas tanto sobreel ligante sin envejecer, como sobre el liganteenvejecido en el laboratorio, para simular lascondiciones de envejecimiento en un pavimento reala corto y largo plazo



El envejecimiento se simula con 2 dispositivos:

Horno de película fina rotativa (RTFO)

Equipo de envejecimiento a presión (PAV)

Las propiedades físicas de los ligantes son medidas con4 dispositivos:

Viscosímetro rotacional (RV = rotational viscosimeter)

Reómetro de corte dinámico (DSR = dynamic shearrheometer)

Reómetro de flexión (BBR = bending beam rheometer)

Ensayo de tracción directa (DTT = direct tension test)





ENVEJECIMIENTO A CORTO PLAZO

Envejecimiento del asfalto en horno de película finarotativa (RTFO)

Simula el envejecimiento durante el mezclado y laetapa de construcción



ENVEJECIMIENTO A LARGO PLAZO



Envejecimiento del asfalto en equipo de envejecimientoa presión (PAV)

Muestras de 50 gramos del ligante son envejecidasdurante 20 horas bajo una presión de 300 psi, a altatemperatura, simulando el envejecimiento del ligantedespués de 7 a 10 años de servicio



VERIFICACIÓN DE VISCOSIDAD DURANTE EL PROCESO CONSTRUCTIVO



Viscosímetro rotacional

Caracteriza el stiffness del ligante a 135°C,temperatura a la cual éste actúa casi enteramente comofluido

El equipo consiste en un cilindro rotacional coaxial,que mide la viscosidad por medio del torque requeridopara rotar un eje dentro de una muestra de ligante a unavelocidad constante

La especificación exige una viscosidad menor de 3Pa.s, a 135°C, para garantizar que el ligante esbombeable y manejable durante la elaboración de lamezcla



Viscosímetro rotacional



VERIFICACIÓN DE LA RESISTENCIA AL AHUELLAMIENTO

Y A LA FATIGA DURANTE EL PERÍODO DE SERVICIO



Reómetro de corte dinámico (DSR)

Se emplea para caracterizar las propiedadesviscoelásticas del ligante

Mide el módulo complejo en corte (G*) y el ángulo defase (d), sometiendo a tensiones de corte oscilante unapequeña muestra del ligante, colocada entre dos platosparalelos y midiendo la deformación de corte resultante

Si el material es totalmente elástico, no hay retrasoentre la tensión de corte y la respuesta de la deformaciónespecífica de corte (d0)

Si el material es totalmente viscoso, la respuesta estátotalmente desfasada (d90)



Reómetro de corte dinámico (DSR) (cont.)

Los materiales viscoelásticos tienen un ángulo defase entre 0° y 90°, dependiendo de la temperatura delensayo

La especificación de ligantes SUPERPAVE controlael stiffness del asfalto a las mayores temperaturas deservicio y a las temperaturas intermedias



Reómetro de corte dinámico (DSR) (cont.)

A altas temperaturas ( > 46°C ), lo hace mediante larelación G*/sen d , buscando garantizar que el asfaltoprovea su mayor aporte a la resistencia global al cortede la mezcla en términos de la elasticidad a altastemperaturas (protección contra el ahuellamiento)

A temperaturas intermedias (7°C a 34°C), lo hacemediante el producto G*(sen d ), asegurando que elligante no contribuya a la fisuración por fatiga



Reómetro de corte dinámico (DSR)



VERIFICACIÓN DE LA RESISTENCIA ALAGRIETAMIENTO A BAJA TEMPERATURA



Reómetro de flexión de viga (BBR)

Caracteriza las propiedades de stiffness del ligantea bajas temperaturas

Mide el stiffness en ―creep‖(S) y el logaritmo dela viscosidad de deformación en ―creep‖ (m)

Una pequeña viga de ligante es sometida a ―creep‖a baja temperatura y conociendo la carga aplicada yla deflexión durante todo el ensayo, el stiffness en―creep‖ puede ser determinado para diversos tiempos




El logaritmo de la velocidad de deformación en creep―m‖ es la pendiente de la curva log (St) vs log (t), paraun tiempo de 60 segundos




Ligantes con bajo stiffness en creep no se fisurarán entiempo muy frío

Ligantes con alto valor de ―m‖ son más efectivos enla relajación de las tensiones que se desarrollan cuandola temperatura desciende, asegurando un fisuramientomínimo por baja temperatura

Algunos ligantes (en especial los modificados conpolímeros) pueden tener a baja temperatura un stiffnessen creep más alto que el deseado sin que se fisuren,debido a que conservan su capacidad para estirarse sinfracturas a bajas temperaturas



Ensayo de tensión directa (DTT)

Verifica que el ligante sea suficientemente dúctil abajas temperaturas cuando su stiffness en ―creep‖ esmuy alto

El DTT provee la deformación específica de roturaen tracción, medida sobre una muestra pequeña deforma de hueso que es estirada a baja temperaturahasta que se corta



Ensayo de tensión directa (DTT)



ASFALTO ENSAYO PROPIEDAD

Punto de inflamación Seguridad en el manejo

Viscosidad a 135°C Facilidad de bombeo

Corte dinámico (DSR)

Asegurar una rigidez y elasticidad mínimas que eviten

el ahuellamiento a altas temperaturas

Perdida de masa Garantizar ausencia de solventes o humedad


Asegurar una rigidez y elasticidad mínimas que eviten

el ahuellamiento a altas temperaturas


Asegurar resistencia a la fatiga a temperaturas

intermedias

Reómetro de flexión (BBR) Prevención de fisuración en tiempo frío

Tracción directa (DTT) Complementa el BBR, cuando S es alto

ORIGINAL

SOMETIDO AL

ENVEJECIMIENTO A

PRESIÓN

SOMETIDO AL

ENSAYO RTFO



PROPIEDADES QUE INTENTAN MEDIR LOS DIFERENTES ENSAYOS

Ejemplo de clasificación por el sistema PG




ASFALTOS MODIFICADOS

CON POLÍMEROS

Asfaltos cuyo comportamiento es mejorado en

términos de su tolerancia a los esfuerzos y a los cambios

térmicos, merced a una modificación del balance de

comportamiento en el rango de temperaturas de

aplicación y servicio


Beneficios que se buscan con la modificación del asfalto

Aumentar la rigidez a altas temperaturas de servicio,

mejorando la resistencia de las mezclas a la deformación

permanente

Reducir la rigidez a bajas temperaturas, previniendo la

fisuración térmica.

Aumentar la resistencia a la fatiga de las mezclas

Mejorar la adhesión con los agregados pétreos

Mejorar la cohesión, brindando mejor retención de los

agregados en la vida inicial de los tratamientos superficiales


Beneficios que se buscan con la modificación del asfalto

Reducir el endurecimiento en servicio, brindando una

vida superior a la mezcla, debido a la retención de sus

ventajas iniciales

Disminuir la susceptibilidad térmica en el rango de

temperaturas de servicio

Aumentar la viscosidad a bajas velocidades de corte,

permitiendo mayores espesores de película en el agregado

en mezclas abiertas y reduciendo la exudación en

tratamientos superficiales

CADA ADITIVO MODIFICADOR PUEDE SER EXITOSO EN LA MEJORA DE

CUANDO MENOS UNA DE LAS PROPIEDADES DEL ASFALTO, PERO NO EXISTE

EL ADITIVO CURALOTODO.


fatiga térmico

Llenantes 1 Alguno

Alguno

Alguno Baja Bajo Requiere supresión de

polvo

Fibras 0 Sí Alguno Baja Bajo Problemas de salud

Asfalto natural 1 Sí Alguno Baja Medio

Modificadores

químicos

1 Alguno Alguno Media Medio

Azufre

0

Sí Media Medio Vapores tóxicos al

calentar

Polímeros

termoendurecibles

1 Sí Sí Sí Sí Sí Alta Alto Nocivos a la salud

Polímeros

termoplásticos

(plastómeros)

1 Sí Media Medio - Alto Posibilidad de producir

un monómero nocivo

Elastómeros 1 Sí Sí Sí Sí Alta Medio - Alto

Caucho reciclado 1 Sí Sí Alta Medio Usa material de

desperdicio

Modificador

1, En el mismo grupo genérico hay un amplio rango de composición de modificadores y de beneficio sobre el comportamiento. La tabla brinda sólo un panorama

amplio y no se debe usar como guía para elegir un modificador con un propósito específico.

Dificultad de

reciclar

Costo

adicional

Consideraciones

ambientales

AgrietamientosNotas Deformación

permanente

Envejecimi

ento

Stripping

RESUMEN DE LOS BENEFICIOS POTENCIALES DE LOS ASFALTOS

MODIFICADOS SOBRE LAS MEZCLAS ASFÁLTICAS (SHELL)


DEFINICIÓN

Sustancias macromoleculares, formadas por

asociación de gran cantidad de moléculas sencillas,

cuya característica esencial es su elevado peso

molecular

POLÍMEROS

Termoendurecibles : Formados por reacción química de los

componentes (base y endurecedor), dando lugar a una

estructura entrecruzada. Ejemplos: resinas epoxi, resinas de

poliéster, etc.

Termoplásticos: Polímeros solubles que se reblandecen por

acción de calor y pueden llegar a fluir. Ejemplos: Polietileno

(PE), policloruro de vinilo (PVC), copolímeros de etileno –

acetato de vinilo (EVA), etc.

Elastómeros: Polímeros lineales amorfos que al ser

sometidos a vulcanización adquieren una estructura

parcialmente reticulada que les confiere propiedades

elásticas. Ejemplos: Caucho natural (NR), caucho de

butadieno–estireno (SBR), elastómeros termoplásticos (SBS)

TIPOS DE POLÍMEROS

CARACTERÍSTICAS DE LOS POLÍMEROS COMPATIBLES

PARA LA MODIFICACIÓN DEL ASFALTO

Cadena general suficientemente larga y baja

polaridad

Peso molecular elevado, pero no excesivamente alto

para reducir riesgos por excesiva viscosidad y

problemas de dispersión

Baja temperatura de transición vítrea

POLÍMEROS

Las familias de polímeros más utilizadas para la

modificación del asfalto son:

— Plastómeros, basados normalmente en polímeros

de etileno (EVA), cuyos grados difieren en función

de la cuantía del acetato de vinilo y del peso

molecular

— Elastómeros termoplásticos, generalmente de

tipo SBS lineal, que le confieren al asfalto una baja

susceptibilidad térmica, buenas características

mecánicas y alta flexibilidad a bajas temperaturas

POLÍMEROS

POLÍMEROS MÁS UTILIZADOS EN LA MODIFICACIÓN

DEL ASFALTO

ASFALTO MODIFICADO CON UN POLÍMERO DEL TIPO SBS

ASFALTOS MODIFICADOS CON POLÍMEROS

FABRICACION


La fabricación consiste en la incorporación, en el seno

del asfalto, de polímeros compatibles con éste, mediante

el empleo de un molino coloidal de elevado poder de

cizallamiento, durante un tiempo y a una temperatura

determinados, los cuales dependen de la naturaleza y del

contenido de cada uno de los componentes

FABRICACION


EFECTOS DEL EVA SOBRE LAS PROPIEDADES

DEL ASFALTO

Disminuye la penetración

Aumenta el punto de ablandamiento

Incrementa el índice de penetración

Produce poco efecto sobre la ductilidad a 5ºC (poca

capacidad de deformación rotura a baja temperatura)

Aumenta de manera moderada la recuperación

elástica por torsión


EFECTOS DEL SBS SOBRE LAS PROPIEDADES

DEL ASFALTO

Disminuye la penetración

Aumenta el punto de ablandamiento

Incrementa el índice de penetración (más que el

EVA)

Aumenta sustancialmente la ductilidad a 5ºC

Produce incrementos de importancia en la tenacidad

Aumenta de manera importante la recuperación

elástica


Ensayo de recuperación elástica por torsión (INV E-727)


Un cilindro inmerso en una muestra del asfalto a 25º C se gira

horizontalmente 180º y después de 30 minutos se mide el ángulo

que ha recuperado a causa de la elasticidad del asfalto (A)

Recuperación elástica = 100*180

A


X

X

X

Ensayo de recuperación elástica en ductilómetro (ASTM D6084

– INV E-742)

Una muestra del asfalto modificado es sometida a un

estiramiento de 20 cm en el ductilómetro, a 25º C, a razón de

5 cm/minuto

Al alcanzar esa longitud se corta la muestra y se determina

la longitud que se recupera luego de una hora (X)

Recuperación elástica = 100*20

X

térmico por fatiga

Termoenderucibles +++ ++ ++ + + muy alto

Elastómeros ++ ++ ++ + 0/+ medio/alto

Plastómeros + + 0 0 0 medio

Caucho de llanta usada 0/+ +/++ + 0 0 medio

ADHESIÓN A

LOS

AGREGADOS

RESISTENCIA AL

ENVEJECIMIENTO

INCREMENTO DE

COSTO

POLÍMERO

al agrietamientoa la

deformación

permanente

RESISTENCIA

PANORAMA DEL MEJORAMIENTO PRODUCIDO EN

LAS PROPIEDADES DE LOS ASFALTOS POR

DIFERENTES CLASES DE POLÍMEROS

+++ muy efectivo ++ mejora sustancial + mejora significativa 0 poca o ninguna mejora


Los termoendurecibles producen ligantes de

propiedades muy superiores, pero son muy costosos y

difíciles de elaborar y aplicar

Los elastómeros (SBS) mejoran sustancialmente la

resistencia a la deformación, a la fisuración térmica y a la

fatiga; favorecen la adhesividad con los agregados y la

resistencia al envejecimiento

PANORAMA DEL MEJORAMIENTO PRODUCIDO EN LAS

PROPIEDADES DE LOS ASFALTOS POR DIFERENTES

CLASES DE POLÍMEROS


Los plastómeros (EVA) mejoran la resistencia a la

deformación permanente, pero tienen poco efecto sobre

las demás características

El efecto del caucho de llanta usada es muy

variable, dependiendo del tipo y del porcentaje de

caucho y de las condiciones de procesamiento

PANORAMA DEL MEJORAMIENTO PRODUCIDO EN LAS

PROPIEDADES DE LOS ASFALTOS POR DIFERENTES

CLASES DE POLÍMEROS


TIPOS DE ASFALTOS MODIFICADOS CON POLÍMEROS, INCLUIDOS

EN LAS ESPECIFICACIONES DEL INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS

TIPO V:: De alta consistencia, recomendado para la manufactura de mezclas de alto módulo

TIPO I: Es un asfalto de utilización en aglomerado asfáltico, y dentro de éste, su mayor aplicación son las

mezclas drenantes. Está pensado para el uso de un polímero tipo EVA o polietileno

TIPO II: También para aglomerado asfáltico, de cualquier tipo. El polímero sería de tipo SBS y con grado de

modificación intermedia, suficiente para muchas aplicaciones (entre ellas por ejemplo, los drenajes), con un

costo menor al Tipo III

TIPO III: Dentro de los tipos para utilizar en aglomerados asfálticos, éste sería el de mayor modificación

siendo su aplicación principal las mezclas densas y las mezclas discontinuas en caliente para capa de

rodadura. Su polímero es del Tipo SBS.

TIPO IV: De mayor penetración se aplicaría a mezclas antifisuras (tipo arena-asfalto) o riegos en caliente

(membranas tipo SAM o SAMI). El polímero es también SBS, el cual garantiza la alta elasticidad exigida a

los ligantes en estos tratamientos. Por esto mismo, el nivel de modificación es también elevado


ESPECIFICACIONES DEL INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS PARA LOS




EMULSIONES

ASFÁLTICAS

EMULSIONES ASFÁLTICAS

DEFINICIÓN

Dispersión homogénea de pequeños glóbulos de cemento

asfáltico cubiertos por un emulsificante, dentro de una fase

continua acuosa

Su fabricación requiere dos tipos de energía:

— Una mecánica, aportada por un molino coloidal que

fragmenta el asfalto en forma de gotas esféricas

— Una físico - química, que evita que los glóbulos se

unan unos con otros, la cual es aportada por el

emulsificante, que disminuye la tensión interfacial entre

el asfalto y el agua y crea una carga eléctrica en la

superficie de los glóbulos

ESQUEMA DE PLANTA DE FABRICACIÓN


Clasificación de las emulsiones asfálticas

a) Por el tipo de emulsificante utilizado en su elaboración

Aniónicas Catiónicas

Fabricadas a partir de emulsificantes iónicos

que al disociarse en el agua, el glóbulo de betún

queda rodeado de cargas negativas

Fabricadas a partir de emulsificantes iónicos que

al disociarse en el agua, el glóbulo queda

rodeado de cargas positivas

Los emulsificantes utilizados son jabones

procedentes de la reacción química de ácidos

grasos de cadena larga o resinas, con bases

inorgánicas fuertes como el NaOH.

Los emulsificantes usados son sales originadas

por acción de ácidos minerales, como el HCl,

sobre productos amínicos

Son de reducida aplicación (agregados calizos y

condiciones ambientales muy favorables)

Se adaptan perfectamente a la mayor parte de

los agregados y permiten trabajar en condiciones

abientales menos favorables.

NaRCOOOHRCOONaNaOHRCOOHOH

,2

2

ClRNHClRNHHClRNHOH

,3

322



a) Por el tipo de emulsificante utilizado en su elaboración



b) Por su velocidad de rotura

Rotura es la separación irreversible del asfalto y del agua de la

emulsión. En función de la velocidad de rotura, es decir, de su

mayor o menor facilidad para romper el equilibrio de las

emulsiones cuando se enfrentan con los agregados pétreos, se

subdividen en:

-De rotura rápida (ARR-CRR)

-De rotura media (ARM - CRM)

-De rotura lenta (ARL - CRL)

La obtención de una u otra se logra en función del tipo y de la

cantidad de emulsificante empleado


Beneficios de su aplicación

En la mayoría de los casos se puede utilizar sin calentamiento

alguno y no requieren solventes de petróleo para su

fluidificación

Previenen la contaminación ambiental, porque las emisiones

de productos hidrocarbonados son nulas o muy pequeñas

Tienen capacidad para envolver agregados pétreos húmedos

Se pueden formular para satisfacer múltiples requisitos de

diseño y construcción

No se presentan riesgos de incendio durante su manejo y

aplicación


ENSAYOS PARA CLASIFICAR

LAS EMULSIONES ASFÁLTICAS

ENSAYOS DE CALIDAD EN CUANTO A SU

FABRICACIÓN

pH

Carga de partículas

Contenido de agua

Destilación

Estabilidad al almacenamiento

Tamizado

Potencial de hidrógeno (pH) (INV E-768)

Determina el grado de acidez o alcalinidad de la fase acuosa,

indicando el tipo de emulsión, ya que las catiónicas son ácidas

(pH < 7) y las aniónicas son alcalinas (pH >7)



Ensayo de carga eléctrica de

partículas (INV E-767)

Se realiza para identificar la

polaridad de los glóbulos de

asfalto de la emulsión, teniendo

carga eléctrica negativa las

aniónicas y positiva las catiónicas

Se aplica una carga de 8

miliamperios y los glóbulos se

dirigen hacia el lado que presente

carga contraria a la del

emulsificante que ellos tienen




Es un procedimiento rápido para

conocer la concentración del ligante en

una emulsión asfáltica

Se coloca en un matraz una determinada

cantidad de emulsión con un disolvente no

miscible con el agua, sometiéndola a

calentamiento

El agua y el disolvente se destilan

condensándose en un refrigerante, del cual

caen a un colector graduado donde se

puede leer la cantidad de agua que

contenía la emulsión



Destilación (INV E-762)

Permite obtener el contenido

de agua y disolventes que

presenta la emulsión al

calentarla a 260° C

El residuo se recupera para

realizar sobre él pruebas de

penetración, ductilidad y

solubilidad, para saber cómo

ha afectado al cemento

asfáltico el calentamiento



Estabilidad en almacenamiento (INV E-764)

Ayuda a conocer la homogeneidad que presenta la emulsión al

ser almacenada durante largo tiempo y consiste en dejar reposar

durante 5 días el producto y determinar la concentración de

asfalto en él, en diferentes alturas del depósito



Tamizado (INV E-765)

Su finalidad es determinar si

la emulsión contiene grumos de

asfalto coagulado que puedan

entorpecer el funcionamiento de

los distribuidores de presión de

los carrotanques

La prueba se realiza

determinando el residuo que se

retiene en el tamiz # 20





ENSAYOS DE CALIDAD EN CUANTO A SU

APLICACIÓN

Viscosidad

Demulsibilidad

Mezcla con cemento

Resistencia a la acción del agua (adhesividad)

Viscosidad Saybolt – Furol (INV E-763)

Mide la consistencia de la emulsión, dando una idea de su

manejabilidad y de su comportamiento a las temperaturas

utilizadas durante la construcción

Se determina el tiempo que tardan en salir del viscosímetro

60 cm3 de emulsión a la temperatura especificada



Rotura

a) Demulsibilidad (INV E-766)

Se aplica a las emulsiones catiónicas de rotura

rápida para determinar su estabilidad al enfrentarse

con los agregados

La emulsión se somete a adiciones de una solución

al 0.8% de dioctilsulfosuccinato sódico para

provocar su rotura, tamizándola posteriormente por

el tamiz # 14, determinando el residuo retenido en

dicho tamiz



Rotura

b) Mezcla con cemento (INV E-770)

Tiene por objeto fijar una condición de mínima

estabilidad para las emulsiones de rotura lenta en

mezclas con agregados que contengan una elevada

proporción de finos

Se diluye la emulsión al 55% y se mezclan 100 cm3

de ella con 50 gramos de cemento, determinando la

cantidad de mezcla que no pasa el tamiz # 14



Recubrimiento del agregado y resistencia al

desplazamiento (INV E-769)

Sirve para determinar la capacidad de la emulsión

para envolver el agregado, para soportar el mezclado

sin que se rompa la película formada y para resistir la

acción de lavado del agua después de completado el

mezclado

Aunque la prueba se puede realizar con cualquier

emulsión, solamente está especificada para emulsiones

de rotura media




Especificaciones del Instituto Nacional de Vías para emulsiones asfálticas catiónicas

TIPOS DE EMULSIONES

ROTURA RAPIDA ROTURA

MEDIA

ROTURA LENTA

CRR - 1 CRR - 2 CRM CRL - 0 CRL - 1 CRL - 1h

1. ENSAYO SOBRE EMULSION Mín Máx Mín Máx Mín Máx Mín Máx Mín Máx Mín Máx

Viscosidad E-763

· Saybolt Furol a 25° C Seg - - - - - - - 50 - 200 - 100

· Saybolt Furol a 50° C Seg 20 100 20 300 20 400 - - - - - -

Contenido de agua en volumen % E-761 - 40 - 35 - 35 - 50 - 43 - 43

· Sedimentación a los 7 días % E-764

-

5

-

5

-

5

-

10

-

5

-

5

Destilación: Contenido de Asfalto Residual % E-762 60

-

65

-

60

-

40

-

57

-

57

-· Contenido de disolventes % - 3 - 3 - 12 10 20 - - - 0

Tamizado: Retenido T 20 (850 m) E-765

-

0.1

-

0.1

-

0.1

-

0.1

-

0.1

-

.1

Rotura: Dioctilsulfosuccinato sódico % E-766 40

-

40

- - - - - - - - -· Mezcla con cemento % E-770 - - - - -

-

- - - - - 2

Carga Partícula E-767 POSITIVA POSITIVA POSITIVA POSITIVA POSITIVA POSITIVA

pH E-768 - 6 - 6 - 6 - 6 - 6 - 6


desplazamiento

· Con agregado seco

E-769

- - - -

Buena

- - - - - -· y acción del agua Satisfactoria

· Con agregado húmedo - - - - Satisfactoria - - - - - -

· Con agregado húmedo y acción del agua - - - - Satisfactoria - - - - - -

2. ENSAYOS SOBRE RESIDUO DE

ESTILACIONPenetración (25oC,100gr,5seg)

0.1 mm.

E-706 60

100100

250

60

100100

250100 250 200 300 60

100

100

25060 100

Ductilidad (25oC,5cm/m) cm. E-702 40 - 40 - 40 - 40 - 40 - 40 -

Solubilidad en tricloroetileno % E-713 97 - 97 - 97 - 97 - 97 - 97 -



MODIFICADAS

EMULSIONES ASFÁLTICAS MODIFICADAS

Las ventajas de los asfaltos modificados son aplicables

al ligante residual de las emulsiones modificadas

La modificación se logra de dos maneras:

— Añadiendo látex a la fase acuosa y empleando un

cemento asfáltico convencional. Es una dispersión de

látex en medio de la emulsión

— Elaborando la emulsión con betunes previamente

modificados con polímeros. El grado de modificación

es mayor que el obtenido con látex, a igualdad de

contenido de polímero

ENSAYOS PARA CLASIFICAR LAS


Ensayos sobre emulsiones modificadas

Son los mismos que para emulsiones convencionales,

puesto que no debe haber diferencias apreciables en las

características, por el hecho de que el ligante esté modificado

Las diferencias se presentan en el ensayo para obtener el

residuo, el cual no se puede obtener por destilación, sino por

evaporación (INV E-771), puesto que el polímero pudiera

degradarse a las altas temperaturas alcanzadas durante el

proceso de destilación

El ensayo de solubilidad no se incluye, puesto que ciertos

polímeros pueden presentar problemas por no ser solubles o

por la dificultad en conseguir la solubilización

Ensayos sobre emulsiones modificadas (cont.)

Como ensayos adicionales sobre el residuo se incorporan:

—Punto de ablandamiento, el cual permite conocer el

comportamiento del ligante a alta temperatura y

comprobar la modificación del mismo

—Ductilidad a 5°C, el cual permite conocer el

comportamiento del ligante a baja temperaturas

—Recuperación elástica, el cual se incluye para medir la

elasticidad del ligante modificado

ENSAYOS PARA CLASIFICAR LAS



ESPECIFICACIONES DEL INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS PARA LAS

EMULSIONES ASFÁLTICAS MODIFICADAS CON POLÍMEROS

TIPOS DE EMULSIONES

Norm

a de ROTURA RÁPIDA R. MEDIA R. LENTA

ensay

oCRR-1m CRR-2m CRMm CRL-1hm

1. ENSAYOS SOBRE EMULSIÓN INV Mín

.

Má

x.

Mín

.

Má

x.

Mín

.

Má

x.

Mín

.

Má

x.Viscosidad Saybolt Furol E-763

a 25ºC s 100

a 50ºC s 20 100 20 300 20 450

Contenido de agua en volumen % E-761 - 40 - 35 - 35 - 43

Estabilidad almacenamiento E-764

Sedimentación a los 7 días % - 5 - 5 - 5 - 5

Destilación E-762

Contenido de asfalto residual % 60 - 65 - 60 - 57 -

Contenido de disolventes % - 3 - 3 - 12 - 0

Tamizado E-765

Retenido en tamiz nº 20 (850 m) % - 0.1 - 0.1 - 0.1 - 0.1

Rotura

Dioctilsulfosuccinato sódico % E-766 40 - 40 - - - - -

Mezcla con cemento % E-770 - - - - - - - 2

Carga partícula E-767 Positiva Positiva Positiva Positiva

pH E-768 - 6 - 6 - 6 - 6


desplazamiento

E-769

Con agregado seco - - Buena - - - -

Con agregado seco y acción del agua - - Satisfactori

a

- - - -

Con agregado húmedo - - Satisfactori

a

- - - -

Con agregado húmedo y acción del agua - - Satisfactori

a

- - - -

2. ENSAYOS SOBRE EL RESIDUO DE EVAPORACIÓN E-771

Penetración (25ºC, 100 g, 5 s) 0.1m

mE-706 60

100100250

60100

100250

100 250 60 100

Punto de ablandamiento ºC E-712 5545 -

-

5545 -

-

40 - 5545 -

-Ductilidad (5ºC, 5 cm/min) cm E-702 10 - 10 - 10 - 10 -

Recuperación elástica por torsión 25ºC % E-727 12 - 12 - 12 - 12 -


ASFALTO LÍQUIDO PARA

RIEGOS DE IMPRIMACIÓN

ASFALTO LÍQUIDO PARA IMPRIMACIÓN

A pesar de la limitación en el uso de los asfaltos líquidos

por razones ambientales, las especificaciones del INVÍAS

contemplan el uso del MC 30, específicamente para riegos de

imprimación, dado que se considera que su comportamiento

es mejor que el de las emulsiones asfálticas destinadas al

mismo uso

La denominación MC se refiere al tipo de solvente

involucrado en el asfalto (kerosén)

El símbolo numérico (30) se refiere a la viscosidad

cinemática mínima, en centistokes, que debe presentar el

producto a 60ºC. La viscosidad máxima admisible

corresponde al doble del valor de identificación del asfalto

ASFALTO LÍQUIDO PARA IMPRIMACIÓN

ESPECIFICACIONES DEL INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS PARA LOS

ASFALTOS LÍQUIDOS PARA RIEGOS DE IMPRIMACIÓN

REVESTIMIENTOS

BITUMINOSOS

CONTENIDO

Introducción

Riegos sin gravilla

Riegos con gravilla

Lechadas asfálticas y microaglomerados en frío

Mezclas asfálticas en caliente

Concreto asfáltico

Método Marshall

Método de diseño volumétrico SUPERPAVE

CONTENIDO

(continuación)

Evaluación de mezclas de concreto asfáltico

Ensayos para análisis y diseño empírico-mecanístico

de pavimentos asfálticos

Módulo elástico


Ahuellamiento del pavimento asfáltico

Agrietamiento térmico

Susceptibilidad a la humedad

Fricción

CONTENIDO

(continuación)

Mezclas abiertas en caliente

Mezclas SMA

Mezclas asfálticas de alto módulo

Mezcla discontinua en caliente para capa de rodadura

Mezcla drenante

Mezclas asfálticas en frío

Mezclas densas en frío

Mezclas abiertas en frío

REVESTIMIENTOS BITUMINOSOS

INTRODUCCIÓN

Definición

El revestimiento bituminoso es la capa superior de

un pavimento, constituida por un tratamiento o por

una mezcla bituminosa

Función

Brindar una superficie de rodamiento lisa y segura

al tránsito automotor


Composición

Agregados pétreos y un producto bituminoso,

aplicados en forma de riegos o de mezcla. En el primer

caso el revestimiento no brinda aporte estructural y en

el segundo generalmente sí

Requerimientos

Proporcionar adecuada resistencia al deslizamiento,

al ahuellamiento (mezclas) y a la fractura por causas

imputables o no a las cargas del tránsito


AGREGADOS PÉTREOS PARA EL REVESTIMIENTO

Características generales

La mayoría de las pruebas para verificar la calidad de los

materiales para los revestimientos bituminosos son las

mismas exigidas para las capas granulares

Existen dos tipos de pruebas adicionales, que sirven para

verificar ciertas condiciones específicas del agregado como

parte del revestimiento:

—Coeficiente de pulimento acelerado

—Adhesividad con el ligante bituminoso

Así mismo, para el diseño de mezclas asfálticas se requiere

conocer los pesos específicos de los agregados y del llenante


Coeficiente de pulimento acelerado (INV E-232)

Es una medida de la resistencia de los agregados a la

acción de pulimento bajo la acción de los neumáticos

de los vehículos

Muestras del agregado son sometidas a la acción de

una llanta con presión de 3.15 kg/cm2 y a un polvo

abrasivo y agua durante 6 horas

Las características de fricción del agregado

pulimentado se miden con el péndulo británico de

fricción



MÁQUINA DE ENSAYO


Adhesividad con el ligante bituminoso

Los ensayos de afinidad con el ligante buscan determinar la

resistencia de los agregados al desprendimiento de la película de

asfalto en presencia de agua

Los ensayos usuales determinan la adhesividad pasiva, es decir, la

resistencia al desplazamiento del ligante en contacto los agregados, por

la acción del agua y/o del tránsito:

—Adherencia en bandeja

—Placa Vialit

—Stripping

—Riedel Weber

—Estabilidad retenida (Marshall)

—Resistencia retenida (inmersión-compresión)

—Resistencia retenida (tracción indirecta)



Ensayo de adherencia en bandeja (INV E 740)

Se usa para valorar la adherencia de los agregados para

la construcción de tratamientos superficiales

Partículas de agregado seco se adhieren a una película

de asfalto de 1.5 mm, llevándose el conjunto al horno a

60ºC por 1 día y cubriéndolo luego con agua durante 4

días, después de los cuales se remueven las partículas y

se evalúa, en porcentaje, la proporción de su superficie

que conserva el asfalto adherido



Ensayo de adherencia en bandeja (INV E 740)



Ensayo de adherencia en Placa Vialit (NLT 313)

Se usa para valorar la adherencia de los agregados para

la construcción de tratamientos superficiales




Se coloca el ligante sobre la placa y se insertan en él

100 partículas de la gravilla por emplear y se compactan

Una vez curado el ligante, la placa se coloca en

posición invertida sobre el soporte del dispositivo de

ensayo y se somete a 3 impactos de una esfera de acero

Se cuentan las partículas desprendidas que no estén

manchadas por el ligante (A)

Adhesividad (%) = 100 - A




Placa con ligante

y gravilla

Colocación de placa

sobre el soporte

Posición de la esfera

para los impactos




Se levanta la placa

luego de los impactos

Aspecto de la muestra

luego de la prueba

Conteo de partículas

no manchadas



Stripping (AASHTO T 182 – INV E-737)

Se emplea para valorar la afinidad con el asfalto de los

agregados para mezclas abiertas en caliente

Una muestra del agregado se mezcla con una cantidad

conocida de asfalto, se sumerge en agua por 48 horas y

luego se estima de manera visual si el área de las

partículas cubiertas por el ligante es mayor o menor de

95 %



Stripping (AASHTO T 182 – INV E-737)

AGREGADOS CON DIFERENTES NIVELES DE ADHESIVIDAD



Ensayo Riedel – Weber para arenas (INV E - 774)

Partículas de arena de tamaños entre 0.20 mm y 0.63

mm, mezcladas con asfalto, se someten a la acción de

soluciones de carbonato sódico de concentraciones

crecientes

Se determina cuál es la menor de las concentraciones de

la solución que produce el desprendimiento total del

ligante de la superficie de la arena



Estabilidad Marshall retenida (AASHTO T 245)

Probetas Marshall elaboradas con el contenido óptimo

de asfalto según diseño, se sumergen en agua a 60º C por

48 horas y luego se someten al ensayo de estabilidad

Las estabilidades se comparan con las obtenidas sobre

probetas ensayadas en condición normal (inmersión a

60ºC por 30 minutos)



Resistencia retenida por inmersión compresión

(AASHTO T 165 y T 167 – INV E-738)

Probetas con el contenido óptimo de asfalto se compactan

por presión (170 kN) y se someten a curado, divididas en 2

grupos, durante 4 días: uno al aire a 25 ºC y el otro en agua

a 49 ºC por 4 días o a 60 ºC por 24 horas

Las probetas se fallan por compresión simple y se

comparan los resultados promedio de los 2 grupos:

100*SECOCURADOTRASARESISTENCI

HÚMEDOCURADOTRASARESISTENCIRETENIDAARESISTENCI



Resistencia retenida por inmersión compresión

(AASHTO T 165 y T 167 – INV E-738)



Resistencia retenida en tracción indirecta (AASHTO T283 –

INV E-725)

Las probetas cilíndricas son sometidas a compresión

hasta la falla a lo largo de dos generatrices opuestas, con

una velocidad de deformación de 50 mm/minuto a 25 °C

Este modo de carga produce un esfuerzo horizontal de

tensión a lo largo del eje vertical y uno de compresión a

lo largo del diámetro horizontal

La falla se produce por agrietamiento por tensión a lo

largo del diámetro vertical


Resistencia retenida en tracción indirecta (INV E-725)


tD

PST

**

*2000

ST = resistencia a la tensión indirecta, kPa

P = carga máxima, N

D = diámetro de la probeta, mm

t = espesor de la probeta, mm





Ensayo adicional sobre el agregado grueso

Contenido de impurezas (INV E 237)

Determina la limpieza superficial del agregado grueso

Mediante lavado, se separan las partículas menores al

tamiz # 35 (0.5 mm), las cuales se consideran como

impurezas

El porcentaje en masa de las impurezas respecto de la

masa seca de las partículas ensayadas, es el resultado del

ensayo


Peso específico del agregado grueso (AASHTO T85 –

INV E-223)

1. Determinación de la condición SSS

Una muestra del agregado se sumerge en

agua 24 horas, luego se seca con una tela

absorbente para eliminar el agua libre,

pero dejando la apariencia de que la

superficie de las partículas está húmeda

Se anota el peso del agregado SSS (B)



INV E-223)

2. Determinación de los pesos específicos

Se coloca la muestra en una canasta de malla y se

determina el peso de la muestra sumergida en agua (C)



INV E-223)


Se saca la muestra de la canasta, se seca en el horno y

se determina su peso (A)



INV E-223)



Peso específico del agregado fino (AASHTO T84 –

INV E-222)1. Determinación de la condición SSS

Una muestra del agregado humedecido se coloca en un

molde troncocónico y se le aplican 25 golpes de un pisón

metálico

Se levanta el molde y si la arena mantiene la forma, es que

se encuentra muy húmeda y se debe airear

Se repite la operación hasta que la muestra se escurre al

retirar el molde



INV E-222)1. Determinación de la condición SSS

Apisonado del agregado Condición SSS del agregado



INV E-222)

Se colocan 500 gramos del agregado en condición SSS en

un frasco de volumen V

Se llena el frasco con agua a 20ºC y se determina el peso

de agua requerida para llenarlo (W)

Se saca el agregado del frasco, se seca en el horno y se pesa

(A)




INV E-222)


Colocación de la

muestra en el frasco

de volumen V

Eliminación de las

burbujas de aire

Completando el agua

para llenar el frasco



INV E-222)



Peso específico del llenante mineral (AASHTO T100 –

INV E-128)

La muestra de ensayo y se pesa (Wo)

Se coloca la muestra en un picnómetro, se llena éste con

agua a temperatura Tx y se pesa (Wb)

Se determina el peso del picnómetro lleno de agua a la

temperatura Tx (Wa)


Determinación peso del

picnómetro lleno de agua a

temperatura Tx

Sacando burbujas de aire del

frasco con agua y llenante,

mediante calor

Peso específico del llenante mineral (AASHTO T100 –

INV E-128)


Peso específico de los agregados y el llenante mineral

combinados

Cuando se mezclan varios agregados, se debe

determinar el peso especifico de la mezcla de ellos,

incluyendo el llenante mineral, si éste se encuentra

presente


REQUISITOS DE CALIDAD DE LOS AGREGADOS PÉTREOS

PARA LECHADAS ASFÁLTICAS

ESPECIFICACIONES INVÍAS



PARA LECHADAS ASFÁLTICAS

ESPECIFICACIONES IDU - 2006



PARA CONCRETOS ASFÁLTICOS




PARA CONCRETOS ASFÁLTICOS (CONT.)



REQUISITOS DE CALIDAD DE LOS AGREGADOS PÉTREOS PARA

MEZCLAS DISCONTINUAS EN CALIENTE PARA CAPA DE RODADURA



REQUISITOS DE CALIDAD DE LOS AGREGADOS PÉTREOS PARA

MEZCLAS DRENANTE

ESPECIFICACIONES INVÍAS


GRANULOMETRÍAS TÍPICAS DE LOS AGREGADOS PÉTREOS

PARA TRATAMIENTOS Y MEZCLAS BITUMINOSAS

TIPOS DE REVESTIMIENTOS BITUMINOSOS

Riegos sin Imprimación

gravilla(*) Riegos de liga

Otros riegos (curado, antipolvo, niebla, etc)

Riegos con Tratamiento superficial simple

gravilla Tratamiento superficial doble

Revestimientos Lechadas asfálticas

bituminosos densas (concreto asfáltico)

en caliente abiertas

Mezclas discontinuas

drenantes

en frío densas

abiertas

(*)los riegos sin gravilla no son propiamente revestimientos bituminosos, sino tratamientos previos a ellos o colocados con otros f ines


RIEGOS SIN GRAVILLA

Imprimación

Aplicación de un ligante bituminoso sobre una capagranular, previa a la construcción de un revestimientobituminoso

El ligante por emplear debe presentar bajaviscosidad para que sea fácilmente aplicable, penetrepor capilaridad en la capa de base e impregneadecuadamente la superficie de ésta

El ligante debe ser de curado medio (asfalto líquidoMC 30 o MC 70) o de rotura lenta (emulsión asfálticaCRL 0) para favorecer el proceso de penetracióndentro de la base

RIEGOS SIN GRAVILLA

Imprimación (cont.)

La dosificación se establece en obra y no seráinferior a 500 g/m2 de ligante residual

RIEGOS SIN GRAVILLA

Riego de liga

Aplicación de un ligante bituminoso sobre un pavimentoexistente, previamente a la extensión de una capa bituminosa

El ligante por emplear debe ser fluido para permitir una fácilaplicación, lo más uniforme posible y en dosificacionespequeñas

Deberá ser una emulsión asfáltica de rotura rápida (CRR),para permitir la puesta en obra de la nueva capa lo másrápidamente posible

Debe tener muy pequeñas cantidades de disolventes o carecerde ellos, pues su exceso puede contaminar la capa bituminosa,desmejorando sus características mecánicas

La dosificación se establece en obra y oscila entre 200 y 300gramos/m2 de ligante residual

RIEGOS SIN GRAVILLA

Riego antipolvo (paliativo de polvo)

Aplicación de un ligante asfáltico sobre la superficiede un camino destapado, con el fin de eliminar elpolvo del mismo y hacer más cómoda la circulación

Se suelen emplear emulsiones de rotura lenta (CRL1) diluidas entre 5 y 10 veces el volumen de laemulsión

La cantidad de emulsión por aplicar oscila entre 0.8y 1.5 litros/m2, según la condición de la superficie portratar

OTROS RIEGOS SIN GRAVILLA

Riego antipolvo (paliativo de polvo)


CON RIEGOSIN RIEGO

Riego de curado

Aplicación de un ligante asfáltico sobre una baseestabilizada con cal o con cemento Portland,

Su finalidad es formar una película continua queimpida o retrase la evaporación del agua,favoreciendo el curado de la capa e impidiendo sufisuramiento

Se emplean emulsiones de rotura rápida (CRL 1)en cantidades no inferiores a 400 g/m2 de liganteresidual


Riego de curado


Riego niebla (riego en negro)

Aplicación de un ligante asfáltico sobre unpavimento antiguo para mejorar su impermeabilidad opara rejuvenecerlo si presenta síntomas de degradaciónpor desgaste o por escasez en la dosificación delligante

Se emplean emulsiones de rotura lenta (CRL 1)diluidas en agua en proporciones iguales

La cantidad del material diluido por regar varíaentre 0.5 y 1.0 litro/m2


Riego niebla (riego en negro)



RIEGOS CON GRAVILLA

Tratamiento superficial simple

Es la aplicación de un ligante bituminoso sobre una

superficie, seguida inmediatamente por la extensión y

compactación de una capa de agregado pétreo de tamaño

tan uniforme como sea posible

TRATAMIENTOS SUPERFICIALES

Tratamiento superficial doble

Consiste en dos aplicaciones alternativas y

consecutivas de un ligante bituminoso y agregados

pétreos, seguidas de un proceso de compactación

El tamaño máximo del agregado de la segunda

distribución es, aproximadamente, la mitad del tamaño

del agregado de la primera capa

El agregado debe ser tan uniforme en tamaño como

sea posible, de manera que el tratamiento tenga

esencialmente una sola capa de partículas


Tratamiento superficial doble



Funciones de los componentes

El ligante desempeña las funciones de impermeabilizar

el pavimento y fijar las partículas del agregado. Se

recomienda el empleo de emulsiones asfálticas de rotura

rápida (CRR 2 o CRR 2m)

El agregado aporta al tratamiento características

antideslizantes, resistencia a la circulación de los vehículos

y asegura la drenabilidad de las aguas superficiales

El tratamiento provee una superficie de rodamiento

económica, asegura la estanqueidad de las capas inferiores

del pavimento y brinda una textura superficial que impide

el deslizamiento de los vehículos

FRANJAS GRANULOMÉTRICAS TÍPICAS PARA


Simples (Artículo 430 Especificaciones INVIAS)


Dobles (Artículo 431 Especificaciones INVIAS)

TAMIZ PORCENTAJE QUE PASANormal Alterno TIPO

TSD 1 TSD 2 TSD 3 TSD 425.0 mm19.0 mm12.5 mm9.5 mm6.3 mm

4.75 mm2.36 mm1.18 mm

1‖3/4‖1/2‖3/8‖1/4‖No.4No.8No.16

10090-10010-450-15

-0.5--

-100

90-10020-550-15

-0-5-

--

10090-10010-400-150-5-

---

10090-10020-550-150-5

TAMIZ PORCENTAJE QUE PASA

Normal Alterno TSS-1 TSS-2

19.0 mm

12.5 mm

9.5 mm

6.3 mm

4.75 mm

2.36 mm

3/4‖

1/2‖

3/8‖

1/4‖

No.4

No.8

100

90-100

20-55

0-15

-

0-5

-

100

90-100

10-40

0-15

0-5

FRANJAS GRANULOMÉTRICAS TÍPICAS PARA




Los métodos de dosificación son empíricos

Inicialmente, se define el tamaño y la dosificación del

agregado pétreo

La cantidad de ligante debe ser suficiente para fijar el

agregado y quedar a una altura aproximada del 70 % de

éste

Cualquiera sea el método utilizado, la dosificación

básica se debe modificar a la vista de las condiciones

particulares de cada obra

Dosificación de los tratamientos

RECOMENDACIONES INVIAS PARA LA DOSIFICACIÓN DE



AGREGADOS LIGANTE RESIDUALGradación Dosificación

(l/m2)

(l/m2)

TSS-1

TSS-2

8-10

6-8

0.9-1.3

0.7-1.1

TRATAMIENTOS SUPERFICIALES SIMPLES


TRATAMIENTOS SUPERFICIALES DOBLES

RECOMENDACIONES INVIAS PARA LA DOSIFICACIÓN DE



MÉTODO DE DOSIFICACIÓN DEL CRR (CENTRE DE

RECHERCHES ROUTIERES DE BÉLGICA)


MÉTODO DE DOSIFICACIÓN DE LINCKENHEYL (REGLA

DEL DÉCIMO)

Parámetro Definición Unidad Cálculo

D Tamaño máximo nominal mm Se obtiene de franja

granulométrica

d Tamaño mínimo nominal mm Se obtiene de franja

granulométrica

A Tamaño medio agregado mm (D+d)/2

Q Cantidad de agregado para el riego l/m2 Q = 0.9*A, si A >10mm

Q = 3+0.7*A, si A 10mm

L Dosificación del ligante residual l/m2 L = 0.1*Q


Ejemplo

Tratamiento superficial simple

Franja granulométrica TSS 2

— (D = 9.5 mm; d = 4.75 mm; A = 7.1 mm)

Parámetro de pérdidas (R = 1.0 litros/m2)

Superficie normal (a = 0.34)

Agregados pétreos naturales (b = 0.09)

Emulsión catiónica CRR 2, concentrada al 68 % (0.68)

COMPARACIÓN ENTRE LOS MÉTODOS DE DOSIFICACIÓN

DE TRATAMIENTOS SUPERFICIALES


Solución

Especificaciones de construcción INVIAS

Q = 6 - 8 litros/ m2

L = 0.7 - 1.1 litros/ m2

Método del CRR

Q = A- (A2/100) + R = 7.1 - (7.1*7.1/100) + 1 = 8.6 litros/ m2

L = a + b*Q = 0.34 + 0.09*8.6 = 1.06 litros/ m2

Método de Linckenheyl

Q = 3 + 0.7*A = 3 + 0.7*7.1 = 8.0 litros/ m2

L = 0.1*Q = 0.1*8.0 = 0.8 litros/ m2




Solución (cont.)

Como el producto bituminoso del tratamiento superficial

se aplica en forma de emulsión asfáltica, las dosificaciones

de ligante residual (L) deben ser convertidas a cantidades

equivalentes de emulsión asfáltica (E), de acuerdo con la

concentración de ésta



emulsiónladeiónConcentrac

mlLmlE

)/()/(

22


LECHADAS ASFÁLTICAS

Y

MICROAGLOMERADOS

EN FRÍO

LECHADA ASFÁLTICA

Definición

Mezcla de consistencia fluida, compuesta por emulsión

asfáltica de rotura lenta, agregado fino bien gradado

(normalmente de tamaño máximo 10 mm), llenante mineral,

agua y, eventualmente, aditivos

Objetivos

Impermeabilizar la superficie de un pavimento existente

Proteger la carpeta asfáltica

Aumentar la resistencia al deslizamiento del pavimento

Mejorar la apariencia superficial

La lechada no aporta capacidad estructural y no corrige la

serviciabilidad del pavimento

LECHADA ASFÁLTICA


Agregado pétreo

Proveer un esqueleto mineral que soporte las cargas del tránsito

Resistir la abrasión producida por el tránsito automotor

Brindar una adecuada resistencia al deslizamiento

Ligante

Durante la construcción, la emulsión y el agua proveen fluidez al

sistema, permitiendo que llene grietas y pequeñas depresiones y

que los agregados se asienten adecuadamente

Ligar el esqueleto mineral, impidiendo que las partículas de

agregado sean arrancadas por el tránsito

Impedir el paso de agua y aire a las capas inferiores, asegurando

la durabilidad del sistema

La emulsión deberá ser de rotura lenta y superestable (CRL 1h)

LECHADA ASFÁLTICA


Llenante mineral

Ejercer como agente modificador de la velocidad de rotura y

de la cohesión de la lechada

Según el tipo de emulsificante empleado en la fabricación de

la emulsión, puede actuar como acelerador o retardador de la

rotura de la lechada

Agua

Ejercer papel de lubricante entre los agregados y la emulsión,

permitiendo una correcta dispersión y fácil mezclado

Brindar la consistencia necesaria para una puesta en obra de la

lechada sin rotura prematura ni segregaciones

Aditivo

Facilitar la envuelta de la emulsión y regular su velocidad de

rotura

LECHADA ASFÁLTICA

Tipos de lechadas asfálticas

El tipo de lechada queda definido por la gradación del

agregado que la compone


Normal Alterno LA-1 LA-2 LA-3 LA-4

12.5 mm

9.5 mm

4.75 mm

2.36 mm

1.18 mm

600 m

300 m

180 m

75 m

1/2‖

3/8‖

No.4

No.8

No.16

No.30

No.50

No.80

No.200

100

85-100

60-85

40-60

28-45

19-34

12-25

7-18

4-8

-

100

70-90

45-70

28-50

19-34

12-25

7-18

5-11

-

100

85-100

65-90

45-70

30-50

18-30

10-20

5-15

-

-

100

95-100

65-90

40-60

24-42

15-30

10-20

LECHADA ASFÁLTICA

LECHADA ASFÁLTICA

FRANJA GRANULOMÉTRICA TÍPICA PARA LECHADA LA-1

Tipos de lechadas asfálticas

El tamaño del agregado define la cantidad de la lechada

y su aplicación en el pavimento

TIPO DE AGREGADO LA-1 LA-2 LA-3 LA-4Ligante residual (% en pesosobre agregados).

5.5-7.5 6.5-12.0 7.0-13.0 10.0-15.0

Agua preenvuelta (% en pesosobre agregados).

8-12 10-15 10-15 10-20

Agua total (% en peso sobreagregados)

10-20 10-20 10-20 10-30

Cantidad de lechada (kg/m2) 15-20 10-15 7-12 4-8

Capa en que se aplica 2ª o única cualquiera 1ª o única

LECHADA ASFÁLTICA

Diseño de la lechada

Consiste en la determinación de las cantidades

adecuadas de los ingredientes que conforman la mezcla

La cantidad de ligante debe ser suficiente para cubrir

la superficie de los agregados con una película de

espesor determinado que brinde ligazón al sistema, pero

sin que existan riesgos de exudación

LECHADA ASFÁLTICA

Diseño de la lechada

El contenido de agua es de la mayor importancia, tanto

para la obtención de una correcta puesta en obra, como

para su buena trabajabilidad y el adecuado

comportamiento de la lechada frente a la acción del

tránsito automotor

Un exceso de agua puede retrasar la rotura y dar lugar a

segregaciones de la mezcla, fluyendo parte de la emulsión

hacia las zonas más bajas de la vía

LECHADA ASFÁLTICA

DISEÑO DE LA LECHADA

1. Determinación del porcentaje óptimo teórico de ligante

L = K (S*A)0.2

Siendo:

L = contenido de ligante residual sobre el peso de los agregados (%)

K = módulo de riqueza

4.4 - 4.5 para lechada tipo LA-2



S = superficie específica del agregado (m2/kg)

A = factor de corrección por peso específico del agregado (A = 1.00

cuando el peso específico es 2.65)

LECHADA ASFÁLTICA


1. Determinación del porcentaje óptimo teórico de ligante (cont.)

Superficie específica (S)

—Factor de superficie específica (FSE)

FSE = 2.50 (D*d)0.5

Siendo:

D = abertura del tamiz mayor (mm)

d = abertura del tamiz menor (mm)

LECHADA ASFÁLTICA

100

)*(%

FSEtamizunenretenidoS


1. Determinación del porcentaje óptimo teórico de ligante

Ejemplo

Agregado silíceo, peso específico 2.65, gradación LA-3

Gradación Agregado Retenido

entre F.S.E. Producto

Tamiz % pasa tamices

3/8" 100 0

No 4 92 8 0,37 2,96

No 8 80 12 0,74 8,88

No1 6 60 20 1,5 30,00

No 30 40 20 2,97 59,40

No 50 25 15 5,89 88,35

No 80 15 10 10,76 107,60

No 200 7 8 21,52 172,16

Fondo 0 7 130 910,00

Suma 1.379,35

Superficie específica (S).m2/kg 13,79

Módulo de riqueza (K) 4.7

Factor de corrección por peso específico (A) 1.0

% LIGANTE TEÓRICO 7.9

LECHADA ASFÁLTICA


2. Determinación de la consistencia (% óptimo de agua)

La consistencia debe ser lo suficientemente fluida para

que la lechada pueda penetrar en grietas y deformaciones.

Sin embargo, si la lechada es demasiado fluida puede

segregarse y escurrir de manera excesiva bajo la caja

mezcladora y sobre el pavimento

El ensayo del cono de consistencia, permite ajustar la

dosis de agua de mezclado (adicional al agua de la

emulsión) para obtener una óptima colocación de la lechada

(norma de ensayo INV E-777)

LECHADA ASFÁLTICA



LECHADA ASFÁLTICA



Para realizar el ensayo se fabrica una mezcla de prueba y

se llena con ella el cono sobre la placa graduada.

El cono se levanta y se mide la extensión de la lechada en

cuatro puntos perpendiculares. El valor promedio se registra

como la consistencia de la lechada

Se considera que el porcentaje óptimo de fluidos es aquel

con el cual se logra una fluencia de la lechada entre 2 y 3 cm

LECHADA ASFÁLTICA



LECHADA ASFÁLTICA


3. Propiedades mecánicas

En el diseño de una lechada asfáltica se deben verificar

dos propiedades:

—Resistencia a la abrasión, mediante el ensayo de

abrasión en pista húmeda, WTAT (norma de

ensayo INV E-778)

—Tendencia a exudar, mediante el ensayo de

absorción de arena en la máquina de rueda

cargada, LWT (norma de ensayo INV E-779)

LECHADA ASFÁLTICA


3.1 Ensayo de abrasión en pista húmeda

Se utiliza para determinar el contenido mínimo de

ligante que impida un desgaste excesivo de la lechada en

condiciones de servicio

Se someten probetas curadas de lechada, de forma

circular, sumergidas en agua a 25°C, a la acción abrasiva

de un caucho de manguera durante 5 minutos

El desgaste se mide por la pérdida de peso por unidad

de área de la muestra y se denomina ―pérdida por

abrasión‖

LECHADA ASFÁLTICA



LECHADA ASFÁLTICA



Se grafican los pérdidas obtenidas en el ensayo para

diferentes contenidos de ligante

Se considera que una lechada no sufrirá problemas críticos

de abrasión, si las pérdidas no exceden de 650 gramos/m2

LECHADA ASFÁLTICA


3.2 Ensayo de absorción de arena en la máquina de

rueda cargada

Mide la tendencia de la lechada a exudar, la cual puede

ser asociada con ahuellamiento

Se emplean probetas curadas de lechada, de forma

rectangular, las cuales son sometidas a 1000 ciclos de una

rueda que busca comprimir la lechada para expulsar el

exceso de asfalto, si lo hay

LECHADA ASFÁLTICA


3.2 Ensayo de absorción de arena en la máquina de

rueda cargada

Luego se distribuye arena caliente sobre la probeta y se

aplican 100 nuevos ciclos de carga

La arena se adhiere a la superficie de la probeta en una

cantidad que es proporcional a la exudación de asfalto

La tendencia a exudar se calcula por el peso de arena

adherida por unidad de superficie de la probeta y se

denomina ―absorción de arena‖

LECHADA ASFÁLTICA


3.2 Ensayo de absorción de arena en la máquina de rueda

cargada

LECHADA ASFÁLTICA



cargada

Se grafican los resultados obtenidos en el ensayo para

diferentes contenidos de ligante

El criterio de diseño es el siguiente:

TPD Absorción máxima de arena

<300 800 g/ m2

300-1500 700 g/ m2

>1500 600 g/ m2

El contenido máximo admisible de ligante en la lechada es

aquel que corresponda a la máxima absorción admisible de

arena

LECHADA ASFÁLTICA



cargada

LECHADA ASFÁLTICA


4. Selección del contenido óptimo de ligante

LECHADA ASFÁLTICA


5. Propiedades de curado

Estas propiedades, que se miden con el cohesiómetro,

entregan información respecto del tiempo que tarda la

mezcla en romper y el desarrollo del curado

Esta información es necesaria para asegurar que la

lechada puede ser mezclada sin riesgo de rotura antes de

ser colocada y para conocer el momento en el cual se

puede abrir al tránsito

LECHADA ASFÁLTICA



El cohesiómetro mide la resistencia a la torsión en la

superficie de la lechada

Se realizan medidas a intervalos regulares de tiempo, las

cuales permiten elaborar una curva de evolución de la

cohesión en el tiempo

El criterio de ISSA sobre el particular es el siguiente:

—Rotura: cuando se alcanza una resistencia a la torsión

de 12 kg-cm

—Apertura al tránsito: cuando se alcanzan 20 kg-cm

—Curado: Cuando se logran 26 kg-cm

LECHADA ASFÁLTICA



LECHADA ASFÁLTICA

MICROAGLOMERADOS EN FRÍO

Conocidos también como micro pavimentos, son

aplicaciones similares a las lechadas asfálticas que

combinan las características de éstas con la bondades

del asfalto modificado con polímeros, lo que da lugar a

un producto con mayor durabilidad y resistencia ante

las cargas del tránsito y los agentes ambientales


Se elaboran con emulsiones asfálticas modificadas con

polímeros, del tipo CRL-1hm

El agregado pétreo por emplear debe ser grueso,

preferiblemente de gradación LA-1 o LA-2

Como el microaglomerado presenta mayor consistencia

durante el mezclado y la colocación, se requieren equipos

que, aunque similares, son de mayor potencia y diseño

mecánico más robusto para su elaboración y extensión

FACTORES QUE HACEN DIFERENTE UN MICROAGLOMERADO

EN FRÍO DE UNA LECHADA ASFÁLTICA


No se exige el requisito del ensayo del cono de

consistencia durante el proceso de diseño

Se aplican en espesores aproximadamente 50% mayores

que la lechada asfáltica, para el mismo tamaño de agregado

pétreo

FACTORES QUE HACEN DIFERENTE UN MICROAGLOMERADO

EN FRÍO DE UNA LECHADA ASFÁLTICA (cont.)


MEZCLAS ASFÁLTICAS

EN CALIENTE

MEZCLAS ASFÁLTICAS EN CALIENTE

Generalidades

Combinación de agregados pétreos y cemento

asfáltico en una planta en la cual los materiales son

calentados, dosificados y mezclados para producir la

mezcla de pavimentación deseada

La mezcla es transportada al sitio de la pavimentación

y es extendida por medio de una máquina

pavimentadora en una capa ligeramente compactada,

para obtener una superficie uniforme y pareja


Generalidades (cont.)

Mientras la mezcla aún se encuentra caliente, es

compactada intensamente con rodillos pesados para

producir una capa lisa, uniforme y bien consolidada

Según la granulometría del agregado utilizado, la

mezcla puede ser cerrada (densa o semidensa),

semicerrada (gruesa) o abierta

Las mezclas cerradas y semicerradas en caliente son

más conocidas como concretos asfálticos



La mezclas cerradas requieren de un agregado

pétreo bien gradado

La mezclas semicerradas son parecidas a las

anteriores, pero sus curvas granulométrica se alejan de

la máxima compacidad, tiene menores contenidos de

llenante y requieren menores contenidos de asfalto

Las mezclas abiertas presentan un agregado mal

gradado, con baja proporción de partículas de arena y

finos, de manera que existe en ellas una estructura

mineral que resiste por rozamiento interno



Con el desarrollo de los asfaltos modificados, en los

años recientes se han popularizado otros tipos de mezclas

asfálticas en caliente:

—SMA

—Mezclas de alto módulo

—Mezclas discontinuas en caliente para capa de

rodadura

—Mezclas drenantes


CONCRETO ASFÁLTICO

Definición

El concreto asfáltico es una mezcla íntima, elaborada

en caliente, de agregados pétreos, llenante mineral y un

cemento asfáltico, de manera que la superficie de todas

y cada una de las partículas minerales quede recubierta

de manera homogénea por una película de ligante

Al compactar la mezcla cuando aún se encuentre

caliente, el agregado grueso forma un esqueleto mineral,

rígido y resistente, cuyos vacíos son rellenados por las

partículas más finas

El sistema conformado por el llenante y el asfalto

forma un medio continuo y viscoso que mantiene unidas

las partículas minerales, dando cohesión a la mezcla

CONCRETO ASFÁLTICO

Franjas granulométricas típicas para un concreto asfáltico

Artículo 450 - INVIAS

CONCRETO ASFÁLTICO

FRANJA GRANULOMÉTRICA TÍPICA PARA UN CONCRETO

ASFÁLTICO

CONCRETO ASFÁLTICO

CONSECUENCIAS DE LAS IRREGULARIDADES EN LA CURVA

GRANULOMÉTRICA PARA UN CONCRETO ASFÁLTICO

CONCRETO ASFÁLTICO

Selección del cemento asfáltico para mezclas de concreto

asfáltico

CONCRETO ASFÁLTICO

Artículo 400 - INVÍAS

Requerimientos de una mezcla de concreto asfáltico

Suficiente asfalto para asegurar un pavimento durable

Suficiente estabilidad bajo cargas de tránsito

Suficientes vacíos con aire:

- límite superior para prevenir desintegración de la capa

- límite inferior para dar espacio a la densificación

producida por el tránsito

Suficiente trabajabilidad para prevenir segregaciones

durante la elaboración y la colocación de la mezcla

Suficiente flexibilidad para adaptarse a asentamientos y

movimientos graduales de las capas inferiores

CONCRETO ASFÁLTICO

Caracterización de la mezcla

Ensayos empleados para establecer las proporciones de

los diferentes componentes de la mezcla y el posterior

control de producción y de construcción de la misma

(Marshall, Hveem, SUPERPAVE)

Ensayos empleados para evaluar ciertos rasgos de

comportamiento y las propiedades estructurales de la

mezcla, requeridas por los métodos mecanísticos y

mecanístico-empíricos de diseño de pavimentos

asfálticos (triaxial, tensión indirecta, módulo resiliente

diametral, módulo dinámico, ensayos de flexión de viga,

creep, corte, etc)

CONCRETO ASFÁLTICO

DISEÑO DE MEZCLAS

DE CONCRETO ASFÁLTICO

MÉTODO MARSHALL

Generalidades

El ensayo se realiza de acuerdo con elprocedimiento descrito en el manual MS2 del Institutodel Asfalto y es aplicable a mezclas con agregado detamaño máximo no mayor de 25 mm

Emplea probetas de 4 pulgadas de diámetro y 2.5

pulgadas de altura, compactadas a alta temperatura,

con diferentes proporciones de asfalto, las cuales son

ensayadas a 60 °C mediante deformación lateral hasta

alcanzar la falla

La carga de falla de las probetas se denomina

estabilidad y la deformación máxima se llama flujo

MÉTODO MARSHALL


Las probetas se compactan con un martillo

normalizado (10 libras y caída libre de 18 pulgadas),

aplicando 35, 50 o 75 golpes por cara, dependiendo de

la intensidad del tránsito de la vía para la cual se realiza

el diseño

El método requiere, además del ensayo de estabilidad

y flujo, la ejecución de un análisis de densidad y vacíos

de las probetas compactadas, para establecer la fórmula

de trabajo (proporciones óptimas de agregados y

cemento asfáltico)

MÉTODO MARSHALL

DISEÑO DE LA MEZCLA DE CONCRETO

ASFÁLTICO

Elementos básicos Adición del asfalto

a los agregados

MÉTODO MARSHALL

Mezcla de los agregados

con el asfalto a la

temperatura especificada

Temperaturas de mezcla y compactación

MÉTODO MARSHALL


ASFÁLTICO

Colocación de la mezcla

dentro del molde de

compactación

Compactación de

la mezcla

MÉTODO MARSHALL


ASFÁLTICO

Probetas compactadas Pesada de probeta

en el aire

MÉTODO MARSHALL


ASFÁLTICO

Pesada de probeta

en el agua

Ensayo de estabilidad y flujoProbetas en baño maría

MÉTODO MARSHALL


ASFÁLTICO

Representación de los resultados del ensayo Marshall

MÉTODO MARSHALL


ASFÁLTICO

Artículo 450 -INVIAS

MÉTODO MARSHALL

CRITERIOS PARA EL DISEÑO DE LA MEZCLA

MÉTODO MARSHALL

MÉTODO MARSHALLL MODIFICADO PARA AGREGADOS

DE TAMAÑO MÁXIMO MAYOR DE 25 MILÍMETROS

Cuando el agregado por utilizar en la elaboración delconcreto asfáltico presente un tamaño máximo mayor de25 mm, pero no superior a 38 mm, el Instituto del Asfaltorecomienda el empleo de un método modificado,propuesto por Kandhal

La modificación consiste, básicamente, en el empleo

probetas de 6 pulgadas de diámetro y 3.75 pulgadas de

altura, compactadas a alta temperatura, con un martillo de

base con mayor diámetro y 22.5 libras de peso, con altura

de caída de 18 pulgadas (norma ASTM D5581)

MÉTODO MARSHALL



El número de golpes por aplicar por cada cara de laprobeta debe ser 1.5 veces el especificado en elprocedimiento normal

El criterio de diseño en cuanto a estabilidad y flujo

también se modifica. La estabilidad debe ser, como

mínimo, 2.25 veces la exigida en el método normal, y el

rango de flujo debe ser 1.5 veces mayor que el

especificado en aquél

MÉTODO MARSHALL



Moldes y martillos para los métodos Marshall normal y modificado

MÉTODO MARSHALL

REQUISITOS COMPLEMENTARIOS PARA EL


Una vez definido el porcentaje óptimo de asfalto de

diseño según el criterio Marshall, se compactan nuevas

probetas de mezcla con dicho óptimo, las cuales se

someten a dos comprobaciones para verificar la validez

del diseño:

—Resistencia a la deformación plástica

—Comprobación de la adhesividad entre el

agregado pétreo y el ligante asfáltico

MÉTODO MARSHALL



Resistencia a la deformación permanente

El INVÍAS utiliza el ensayo de pista de laboratorio

(norma de ensayo INV E – 756)

Una probeta compactada en condiciones normalizadas

se somete a 60ºC a la acción cíclica de una rueda que

aplica una presión de 9 kg/cm2 durante 120 minutos

Se mide la velocidad de deformación de la probeta en

el intervalo comprendido entre 105 y 120 minutos

MÉTODO MARSHALL



Ensayo de pista de laboratorio

MÉTODO MARSHALL



Comprobación de la adhesividad entre el agregado y

el asfalto

El INVÍAS utilizó hasta 2007 el ensayo de inmersión y

compresión (norma de ensayo INV E – 738)

Probetas compactadas en condiciones normalizadas se

someten a curado en dos grupos: uno al aire a 25º C

durante 4 días y otro mediante inmersión en agua a 49º C

durante el mismo lapso o 24 horas a 60º C

Las probetas se fallan por compresión simple y se

comparan los resultados de los dos grupos

MÉTODO MARSHALL



Ensayo de inmersión - compresión

MÉTODO MARSHALL



En 2007, el INVÍAS especificó la prueba de tensión

indirecta (norma de ensayo INV E – 725) para verificar

las condiciones de adhesividad entre el agregado y el

asfalto en presencia de agua

Probetas compactadas con el contenido óptimo de

asfalto y entre 6 y 8 % de vacíos con aire se someten a

curado en dos grupos: uno al aire y otro mediante

saturación al vacío

Las probetas se fallan por compresión diametral y se

comparan los resultados de los dos grupos

EVALUACIÓN DE LA SENSIBILIDAD A LA HUMEDAD

(AASHTO T 283 – INV E-725)

MÉTODO MARSHALL









Ensayo de tensión indirecta



MÉTODO MARSHALL


tD

PST

**

*2000







MÉTODO MARSHALL



MÉTODO MARSHALL

ATRIBUTOS DEL MÉTODO DE DISEÑO

MARSHALL

Ventajas

Atención a vacíos, resistencia y durabilidad

Empleo de equipos de bajo costo

Fácil uso en el proceso de control y aceptación

Desventajas

Compactación por método de impacto

No considera esfuerzos de corte

La carga es perpendicular al eje de compactación

MÉTODO MARSHALL

DISEÑO DE MEZCLAS


MÉTODO DE DISEÑO

VOLUMÉTRICO

SUPERPAVE

OBJETIVOS DEL MÉTODO DE DISEÑO VOLUMÉTRICO

Desarrollar un método de compactación en el

laboratorio que simule la compactación en el terreno

Incluir en el diseño partículas de mayor tamaño

Identificar mezclas con problemas de compactabilidad

Brindar la posibilidad de empleo tanto en el control

como en la verificación de la calidad de la mezcla

Considerar factores de durabilidad

MÉTODO SUPERPAVE

COMPACTADOR GIRATORIO SUPERPAVE (CGS)

MÉTODO SUPERPAVE

Desarrollado para satisfacer los objetivos del método

CARACTERÍSTICAS DE LA COMPACTACIÓN DEL CGS

MÉTODO SUPERPAVE

DISEÑO DE LA COMPACTACIÓN

MÉTODO SUPERPAVE

BOSQUEJO DEL MÉTODO

Se determinan tres granulometrías de prueba apropiadas

Para cada una de las granulometrías, se preparan y

compactan dos mezclas con un contenido de ligante que

teóricamente dé lugar a especímenes con 4 % de vacíos

con aire

La compactación se realiza hasta el máximo número de

giros y durante el proceso se va calculando el porcentaje

de compactación

Terminada la compactación, se calculan los volúmenes

reales de vacíos con aire y de vacíos en los agregados

minerales

MÉTODO SUPERPAVE

BOSQUEJO DEL MÉTODO (cont.)

Se determina el contenido de ligante asfáltico para

alcanzar 4% de vacíos con aire (96% de Gmm para el

Ndiseño) y con él se recalculan las otras propiedades

volumétricas (vacíos en los agregados minerales -VAM- y

vacíos llenos de asfalto -VLA-)

Las propiedades estimadas se comparan con los

criterios de diseño de la mezcla (VAM, VLA,

%Gmm@Nini, %Gmm@Nmáx). Además, se verifica que la

relación llenante/ligante (proporción de polvo) se

encuentre entre 0.6 y 1.2

MÉTODO SUPERPAVE

Con estos resultados se escoge la mezcla que parezca

más aceptable y con ella se compactan especímenes con

diferentes contenidos de ligante por debajo y por encima

del estimado previamente

Se calculan, para cada contenido de ligante, las

propiedades volumétricas (Vacíos con aire, VAM,

%Gmm@Nini , %Gmm@Nmáx)

Se elaboran gráficas y se determina un óptimo de

acuerdo con los criterios de diseño

MÉTODO SUPERPAVE

BOSQUEJO DEL MÉTODO (cont.)

SELECCIÓN DEL CONTENIDO DE ASFALTO DE DISEÑO

MÉTODO SUPERPAVE

CRITERIOS DE DISEÑO

Vacíos con aire: 4 %

Vacíos en los agregados minerales

MÉTODO SUPERPAVE

CRITERIOS DE DISEÑO (cont.)

Vacíos llenos de asfalto

Relación llenante/ligante (proporción de polvo): 0.6 - 1.2

%Gmm@Nini : < 89 %

%Gmm@Nmáx : < 98 %

MÉTODO SUPERPAVE

MÉTODO SUPERPAVE


(AASHTO T 283 - INV E-725)










MÉTODO SUPERPAVE




tD

PST

**

*2000





MÉTODO SUPERPAVE



MÉTODO SUPERPAVE




EVALUACIÓN DE

MEZCLAS DE CONCRETO

ASFÁLTICO

EVALUACIÓN DE LAS MEZCLAS


Las mezclas de concreto asfáltico son sometidas a

diferentes pruebas para evaluar algunas propiedades

estructurales requeridas por los métodos de tipo empírico

mecanístico para el análisis y el diseño de pavimentos

asfálticos, así como otros rasgos de comportamiento

Entre las primeras, se encuentran aquellas destinadas a

determinar los módulos y la resistencia a la fatiga

Entre las segundas, están las que estudian la resistencia

al ahuellamiento, la susceptibilidad al agrietamiento

térmico y a la humedad y las características de fricción

superficial



ENSAYOS PARA ANÁLISIS Y

DISEÑO EMPÍRICO-

MECANÍSTICO DE



DISEÑO EMPÍRICO - MECANÍSTICO

Los métodos analíticos de diseño estructural de

pavimentos asfálticos se basan en el estado de tensiones

y deformaciones producido por las solicitaciones

consideradas, con un estudio posterior de lo que

significa dicho estado en la degradación de la estructura

Los modelos de análisis de empleo más generalizado,

son los basados en sistemas multicapa y ecuaciones

elásticas (hipótesis de Burmister)

Generalidades



Parte de la información por entregar a los modelos de

respuesta basados en las hipótesis de Burmister, en

relación con las capas asfálticas, es la referente a sus

características mecánicas (módulo elástico y relación

de Poisson)

En cuanto al análisis de los deterioros generados por

las cargas en las capas asfálticas, se recurre a relaciones

empíricas entre las deformaciones unitarias a tracción

en la mezcla asfáltica y el número admisible de

aplicaciones de carga (leyes de fatiga)




MÓDULO ELÁSTICO

Permite determinar el módulo resiliente diametral de

mezclas asfálticas, mediante la aplicación de pulsos de

carga sobre el diámetro vertical de especimenes de al menos

2x4 pulgadas o 3x6 pulgadas, a diferentes temperaturas y

con distintas frecuencias, con una intensidad de carga tal,

que induzca entre 10% y 50% de la resistencia a la tensión

La medida de la deformación horizontal recuperable,

luego de un determinado número de ciclos de carga

(generalmente entre 50 y 200), permite determinar el

módulo resiliente de elasticidad

ENSAYO DE TENSIÓN INDIRECTA BAJO CARGA REPETIDA

(ASTM D 4123 – INV E-749)



tD

PE

H

R*

)2734.0(

ER = módulo resiliente total, MPa (psi)

μ = relación de Poisson de la mezcla

P = magnitud de la carga repetida, N (libras)

DH = deformación total recuperable horizontal, mm (pulg.)

t = espesor de la probeta, mm (pulgadas)


(ASTM D 4123 – INV E-749)




(ASTM D 4123 – INV E-749)



Probetas cilíndricas con relación altura/diámetro de 2 y

diámetro mínimo de 101.6 mm (4 pulgadas) son sometidas,

bajo diferentes condiciones de temperatura, frecuencia e

intensidad, a un esfuerzo axial de compresión sinusoidal

La relación entre el esfuerzo axial (σo) y la deformación

unitaria axial de compresión correspondiente (εo), luego de

un tiempo de carga entre 30 y 45 segundos, se define como

módulo dinámico |E* |

|E* | = σo / εo

ENSAYO PARA LA DETERMINACIÓN DEL MÓDULO DINÁMICO

(ASTM D 3497 – INV E-754)



ENSAYO PARA LA DETERMINACIÓN DEL MÓDULO DINÁMICO

(ASTM D 3497 – INV E-754)



Un espécimen de mezcla asfáltica en forma de viga

(380x50x63 mm) es sometido a flexión repetida en forma

de pulsos de carga, con una frecuencia de 5 a 10 ciclos por

segundo, con un determinado nivel de deformación, a una

temperatura preestablecida

El módulo se determina a partir de la deflexión máxima

en el centro de la viga (A), en el ciclo de carga número 50

DETERMINACIÓN DEL MÓDULO DINÁMICO A PARTIR DE

ENSAYOS DE FATIGA POR FLEXIÓN SOBRE VIGAS

(AASHTO TP 8 94)



3

22

4

)43(*

Abh

alaPEs

Es = módulo dinámico (stiffness) flexural

P = carga dinámica aplicada

a = distancia entre apoyos (l / 3)

l = luz libre de la viga

b = ancho promedio de la viga

h = altura promedio de la viga



(AASHTO TP 8 94)





(AASHTO TP 8 94)

EQUIPO DE ENSAYO



El módulo dinámico flexural es altamente dependiente del

esfuerzo de flexión (σ) al cual es sometida la viga. Para la

mayoría de las mezclas, la relación la establece la expresión

1* AEoEs

A1 = constante que depende del tipo de mezcla y de la

temperatura de ensayo

Eo = rigidez flexural hipotética para σ = 0 (se ha

encontrado experimentalmente que para una frecuencia de

2 Hz, su valor difiere de |E*| sólo 3 o 4 %)



(AASHTO TP 8 94)



RELACIÓN ENTRE EL MÓDULO DINÁMICO FLEXURAL Y

EL NIVEL DE ESFUERZO DE FLEXIÓN (Ejemplo)

tD

PST

**

*2000



STIFFNESS DE LAS MEZCLAS


ALGUNAS APROXIMACIONES PARA SU DETERMINACIÓN

(Brown & Brunton, 1992)

a) Módulo elástico del ligante bituminoso (Eb), MPa

b) Propiedades del asfalto recuperado después de

su mezcla y colocación

p(I) = penetración inicial del asfalto





c) Tiempo efectivo de aplicación de carga (t1)





d) Stiffness de la mezcla (Em)





MODELO PREDICTIVO DE WITCZAK



Donde:

VALORES TÍPICOS DEL MÓDULO DINÁMICO DE

MEZCLAS DE CONCRETO ASFÁLTICO





RESISTENCIA A LA

FATIGA

RESISTENCIA A LA FATIGA

El agrietamiento por fatiga es uno de los dos modos

principales de falla de un pavimento asfáltico, asociado

con las cargas del tránsito

La fatiga consiste en el agrietamiento de la capa

asfáltica, inducido por aplicaciones repetidas de carga a

un nivel de esfuerzo o deformación por debajo de la

resistencia última del material

El modo de carga es uno de los factores primarios que

afectan la respuesta a fatiga de las mezclas

Los ensayos a esfuerzo controlado miden, esencialmente,

la carga para iniciar la fisuración

Los ensayos a deformación controlada dan lugar a vidas

de fatiga mayores, debido a que también consideran la

propagación de grietas

El modo de esfuerzo controlado es característico de las

capas espesas, en tanto que el modo de deformación

controlada es característico de las capas asfálticas delgadas


AGRIETAMIENTO POR FATIGA


Pruebas que tienden a evaluar la vida respecto de la

iniciación del agrietamiento

Flexión simple

•Flexión repetida sobre una viga en el punto central

•Flexión repetida sobre una viga en los tercios

•Flexión repetida sobre una viga rotando en cantiliver

•Flexión repetida sobre una viga en dos puntos (cantiliver trapezoidal)

Carga directa axial

•Probetas cilíndricas sometidas a tensión y compresión

•Probetas cilíndricas de sección angostada, sometidas a tensión y

compresión

Carga diametral

•Ensayo cíclico de tensión indirecta

MÉTODOS DE ENSAYO PARA LA FATIGA



Pruebas que tienden a evaluar la resistencia de la

mezcla a la propagación de grietas

Flexión soportada

•Viga soportada

•Disco soportado

•Losa soportada

Mecánica de las fracturas

•Vigas muescadas

MÉTODOS DE ENSAYO PARA LA FATIGA



La prueba es la misma que se utiliza para determinar el

módulo dinámico

El nivel de deformación producido por la carga cíclica

se establece de manera que la viga requiera un mínimo

de 10,000 ciclos de carga antes de que su módulo

dinámico (stiffness) se reduzca al 50% de su valor inicial

La reducción del stiffness en 50% representa la falla

por fatiga de la viga

DETERMINACIÓN DE LA RESISTENCIA A LA FATIGA

MEDIANTE EL ENSAYO DE FLEXIÓN REPETIDA SOBRE

VIGAS CARGADAS EN LOS TERCIOS

(AASHTO TP 8-94)



Se dibuja una gráfica que relacione el logaritmo del

número de aplicaciones de carga contra el logaritmo de la

deformación y se establece la ecuación correspondiente

21

1

K

KNf




(AASHTO TP 8-94)






(AASHTO TP 8-94)



El montaje es muy similar al usado para determinar el

módulo resiliente mediante el ensayo de tensión indirecta

bajo carga repetida

La carga cíclica se aplica a diferentes especimenes de la

misma mezcla, con una frecuencia determinada y a distintos

niveles de esfuerzo

La vida de fatiga para cada espécimen se establece como el

número total de ciclos al cual la pendiente de la deformación

plástica horizontal acumulada comienza a incrementarse, o el

número de ciclos requerido para que el stiffness de la mezcla

se reduzca 50%

ENSAYO CÍCLICO DE TENSIÓN INDIRECTA PARA

DETERMINAR LA RESISTENCIA A LA FATIGA



Con los valores de las deformaciones generadas para cada

esfuerzo y los ciclos necesarios para llegar a la falla, se

presentan los datos de la misma manera que en los ensayos

de flexión repetida sobre vigas

Las vidas de fatiga determinadas por compresión diametral

suelen ser mayores que las obtenidas en el ensayo de flexión

de viga, porque la deformación permanente es permitida en

el primero y prohibida en el segundo

ENSAYO CÍCLICO DE TENSIÓN INDIRECTA PARA

DETERMINAR LA RESISTENCIA A LA FATIGA



CURVAS TÍPICAS DE FATIGA PARA MEZCLAS DE CONCRETO

ASFÁLTICO



ALGUNAS APROXIMACIONES PARA SU ESTIMACIÓN

8.15log63.8log13.5

log07.40log2.24log39.14log

ABB

fABB

tTV

NTV

1. Universidad de Nottingham (temperatura < 30°C)

2. Shell International Petroleum Company

2.036.0 **)08.1*856.0( fmixBt NSV


3. Instituto del Asfalto

MC 10

69.0*84.4

BV

B

VV

VM


ALGUNAS APROXIMACIONES PARA SU ESTIMACIÓN

854.0291.3310*325.4*4.18 mixtf SCN

RELACIÓN ENTRE LOS RESULTADOS DE LOS

ENSAYOS Y EL COMPORTAMIENTO A LA FATIGA

EN EL TERRENO

La fórmulas de fatiga determinadas en el laboratorio

producen una falla más temprana que la observada en el

campo para iguales niveles de deformación (N fatiga < N

terreno)

Las condiciones de trabajo en el laboratorio son más

agresivas: mayor concentración de carga, menores períodos de

reposo, temperaturas fijas. Para compensar estas diferencias,

se aplica un ―factor de desplazamiento‖ o ―shift factor‖ al

valor N fatiga


RELACIÓN ENTRE LOS RESULTADOS DE LOS

ENSAYOS Y EL COMPORTAMIENTO A LA FATIGA

EN EL TERRENO (CONT.)

El ―factor de desplazamiento‖ es dependiente, además, del

tipo y condiciones del ensayo del laboratorio, de las

características del asfalto y del espesor de las capas asfálticas

(aumenta con el espesor)

La bibliografía presenta un rango amplio de factores, desde

algo más de 1.0 hasta valores del orden de 400. En los

estudios rutinarios se aplica un valor entre 10 y 20


N terreno = N fatiga * Factor de desplazamiento

RESUMEN DE LAS CARACTERÍSTICAS DE RESISTENCIA A LA FATIGA

Factor Cambio en Efecto sobre la resistencia

el factor al agrietamiento

Asfalto Stiffness Aumenta Aumenta (esfuerzo controlado)

Disminuye (deformación controlada)

Contenido de asfalto Aumenta Aumenta

Mezcla Contenido de llenante Aumenta Aumenta

vacíos con aire Aumenta Disminuye

Temperatura Aumenta Disminuye (esfuerzo controlado)

Condiciones Aumenta (deformación controlada)

del ensayo o Estado de esfuerzo controlado a Aumenta

del terreno esfuerzo/deformación deformación controlada

Períodos Aumenta Aumenta

de reposo




AHUELLAMIENTO

DEL PAVIMENTO

ASFÁLTICO

AHUELLAMIENTO

Acumulación gradual de deformaciones permanentes en las

zonas de canalización del tránsito, producida por una

combinación de :

—densificación (decremento de volumen y consecuente

aumento de densidad)

—deformaciones repetitivas por corte (constituyen la

causa principal de ahuellamiento en los pavimentos bien

construidos)

MECANISMO DEL AHUELLAMIENTO

El tránsito tiene una incidencia importante sobre el

ahuellamiento en una etapa inicial y el incremento de la

deformación permanente bajo las llantas es marcadamente

mayor en las zonas ubicadas bajo ellas (densificación)

Después de la etapa inicial, el decremento de volumen

bajo las llantas es aproximadamente igual al aumento que

se produce en las zonas de levantamiento adyacentes. El

ahuellamiento es causado por desplazamiento con

constancia de volumen

AHUELLAMIENTO

MECANISMO DEL AHUELLAMIENTO

AHUELLAMIENTO

TIPOS DE AHUELLAMIENTO

Los pavimentos asfálticos presentan dos tipos de

ahuellamiento:

—Estructural

—No estructural

AHUELLAMIENTO

AHUELLAMIENTO ESTRUCTURAL

AHUELLAMIENTO

AHUELLAMIENTO



Muchos métodos de diseño de pavimentos incluyen

criterios para limitar los valores de deformación sobre

la subrasante, con el fin de prevenir el ahuellamiento en

la superficie

m

vN

1

AHUELLAMIENTO


Este criterio no suele considerar el ahuellamiento

producido en las capas asfálticas por causas no

estructurales

AHUELLAMIENTO

AHUELLAMIENTO NO ESTRUCTURAL

AHUELLAMIENTO

AHUELLAMIENTO


Producido exclusivamente por acumulación de

deformaciones en capas asfálticas, cuya resistencia al corte

es demasiado baja para soportar las cargas pesadas repetidas

La deformación por corte se caracteriza por un

movimiento de la mezcla hacia abajo y lateralmente

Para predecir el ahuellamiento generado en las capas

asfálticas se han desarrollado dos procedimientos analíticos:

— Deformación por capas (layer - strain)

— Metodología viscoelástica

AHUELLAMIENTO


Metodología de deformación por capa

Predice la profundidad del ahuellamiento usando

características de deformación permanente de la mezcla,

determinadas en el laboratorio, junto con análisis de la

teoría elástica lineal o no lineal

Cada capa del pavimento se divide en sub-capas y se

calcula el estado de esfuerzos para cada una de ellas bajo

el centro de la carga, lo que permite determinar la

deformación plástica axial

AHUELLAMIENTO


Metodología de deformación por capa (cont.)

La profundidad total de ahuellamiento (Δp) para un

determinado número de aplicaciones de carga es la suma

de los productos de la deformación plástica promedio en

el centro de cada sub-capa (εi) por el espesor de la sub-

capa correspondiente (Δzi) :

n

i

ii zp1

AHUELLAMIENTO


Metodología viscoelástica

Considera las cargas por rueda en conjunto con

propiedades de la mezcla dependientes del tiempo

(definidas en términos de modelos de elementos finitos o

elementos de Kelvin o Maxwell), para establecer los

estados de esfuerzos y deformaciones en puntos

particulares de la estructura

AHUELLAMIENTO


Metodología viscoelástica (cont.)

Las características de respuesta se suelen estimar

mediante modelos viscoelásticos de deformaciones

permanentes (VESYS por ejemplo), los cuales predicen

el incremento en ahuellamiento debido a la circulación

de las cargas

Estos modelos son complejos y no han dado buenas

correlaciones con las deformaciones reales, no

presentando un avance práctico significativo respecto del

procedimiento de deformación por capas

AHUELLAMIENTO


Método Baladi

Se basa en resultados de ensayos de tensión indirecta,

datos obtenidos en el campo y el empleo del programa

MICH-PAVE de elementos finitos elásticos no lineales:

log(RD) = - 1.6 + (0.067)(AV) - (1.5)[log(TAC)] - (0.07)(T) - (0.000434)(KV) +

(0.15)[log(ESAL)] - (0.4)[log(MRSUB)] - (0.63)[log(MRB)] + (0.1)[log(SD)] + (0.01)[log(CS)]

AHUELLAMIENTO

MODELOS DE PREDICCIÓN DEL AHUELLAMIENTO

Método Baladi

Siendo:

AHUELLAMIENTO


Predicción de ahuellamiento en capas asfálticas

AASHTO 2002

AHUELLAMIENTO


Predicción de ahuellamiento en capas no ligadas

AASHTO 2002

AHUELLAMIENTO


Factores de calibración de ahuellamiento

AASHTO 2002

AHUELLAMIENTO


FACTORES QUE AFECTAN EL AHUELLAMIENTO EN LAS

MEZCLAS DE CONCRETO ASFÁLTICO

Factor Cambio en Efecto sobre la resistencia

el factor al ahuellamiento

Textura superficial Lisa a rugosa Aumento

Agregado Gradación Discontinua a continua Aumento

Forma Redondeado a angular Aumento

Tamaño Aumernto tamaño máximo Aumento

Ligante Rigidez Aumento Aumento

Contenido ligante Aumento Disminución

Mezcla Vacíos con aire Aumento Disminución

V A M Aumento Disminución

Temperatura Aumento Disminución

Condiciones de Estado de Aumento en la presión Disminución

ensayo/campo esf/deform. de contacto de llanta

Repeticiones de carga Aumento Disminución

Agua Seco a húmedo Disminución si la mezcla

es sensitiva al agua

AHUELLAMIENTO

El desarrollo de modelos predictivos del ahuellamiento

requiere tanto de técnicas estables para calcular la

respuesta del pavimento, como de una caracterización

realista de los materiales

Se requieren pruebas de laboratorio para determinar los

parámetros representativos de las mezclas, las cuales

deben reproducir, de la mejor manera, las condiciones

reales del pavimento: estado de esfuerzos, temperatura,

humedad y características generales del material

AHUELLAMIENTO

ENSAYOS PARA DETERMINAR LAS DEFORMACIONES

PERMANENTES

Ensayos de creep estático

Ensayos de carga repetida

Ensayos de módulo dinámico

Ensayos empíricos

Ensayos de pista

AHUELLAMIENTO

ENSAYOS PARA CARACTERIZAR LA RESPUESTA DE

LOS CONCRETOS ASFÁLTICOS A LA DEFORMACIÓN

PERMANENTE

1. Ensayos de creep estático

Aplican una carga estática a la muestra y miden la

recuperación cuando ella es retirada

Los resultados de estos ensayos no suelen

correlacionar debidamente con las medidas de

ahuellamiento de pavimentos en servicio

AHUELLAMIENTO



PERMANENTE

2. Ensayos de carga repetida

Aplican a los especimenes una carga repetida de

magnitud fija, a una frecuencia constante y miden las

deformaciones recuperables y permanentes

Correlacionan con los ahuellamientos reales mejor

que los de creep estático

AHUELLAMIENTO



PERMANENTE

3. Ensayos de módulo dinámico

Aplican una carga repetida sinusoidal con determinada

frecuencia durante un período relativamente corto y

miden las deformaciones recuperables y permanentes

Sus resultados correlacionan razonablemente bien con

las medidas de ahuellamiento en pavimentos reales

AHUELLAMIENTO



PERMANENTE

4. Ensayos empíricos

Métodos tradicionales de diseño de mezclas asfálticas,

como el Marshall y el Hveem

Aunque pueden correlacionar con medidas de

ahuellamiento, no miden ningún parámetro fundamental

de la mezcla

AHUELLAMIENTO



PERMANENTE

5. Ensayos de pista

Duplican las condiciones de esfuerzo de los

pavimentos reales y correlacionan aceptablemente con

medidas de ahuellamiento, pero no miden ningún

parámetro fundamental de la mezcla

AHUELLAMIENTO



PERMANENTE

Ensayo uniaxial

Es el más utilizado por su sencillez y bajo costo

Para obtener alguna correlación con los ahuellamientos

observados en pistas reales, el ensayo se debe realizar a un

bajo nivel de esfuerzo axial (± 1 kg/cm2)

El espécimen se coloca entre dos bases de acero, una de las

cuales es móvil, aplicándose una carga constante sobre esta

última y midiendo la deformación en función del tiempo, a

una determinada temperatura, con ayuda de LVDTs

Al retirar totalmente la carga, se determina la deformación

permanente

AHUELLAMIENTO

ENSAYOS DE CREEP ESTÁTICO

Ensayo triaxial

Es similar al uniaxial, pero usa una presión de

confinamiento del orden de 1.5 kg/cm2, la cual

permite que las condiciones de ensayo sean más

parecidas a las de campo

AHUELLAMIENTO



AHUELLAMIENTO

Ensayos uniaxial y triaxial

En ensayos sobre materiales viscoelásticos suele ser

ventajoso el empleo del término ―compliance‖, que es

el recíproco del módulo y representa la relación

deformación/esfuerzo

D(t) =εT/σd

Siendo

εT = deformación unitaria axial

σd = esfuerzo desviador aplicado durante el ensayo

AHUELLAMIENTO


Ensayos uniaxial y triaxial (cont.)

La variación de D(t) con el tiempo permite definir el

―tiempo de flujo‖, que es el instante en el cual se inicia

la deformación por corte bajo volumen constante

El ―tiempo de flujo‖ es un parámetro que se puede

relacionar con la resistencia al ahuellamiento de la

mezcla asfáltica

AHUELLAMIENTO


AHUELLAMIENTO


Ensayo de creep estático diametral

Utiliza el equipo del ensayo de tensión indirecta

Probetas de 150 mm de diámetro por 50 mm de altura

se someten, a cierta temperatura, a una carga constante

estática en su plano diametral que genere una

deformación en el rango viscoelástico lineal (menos de

300 micro deformaciones horizontales) durante un lapso

de 100 segundos, midiéndose las deformaciones

horizontales a lo largo del ensayo

AHUELLAMIENTO


Ensayo de creep estático diametral

Se calculan las deformaciones unitarias horizontales de

tensión, las cuales se relacionan con el esfuerzo aplicado,

permitiendo el cálculo del ―creep compliance‖ durante el

desarrollo del ensayo

AHUELLAMIENTO


Se aplica una carga repetida de magnitud fija y con

determinada frecuencia a un espécimen cilíndrico, con o sin

confinamiento, a una temperatura preestablecida

La carga se aplica en un pulso corto, seguido de un período

de reposo

Se registra la deformación permanente acumulada en

función del número de ciclos y se correlaciona con el

potencial de ahuellamiento

Los ensayos de carga repetida son similares en concepto al

ensayo para determinar el módulo resiliente triaxial para

suelos

AHUELLAMIENTO

ENSAYOS DE CARGA REPETIDA

AHUELLAMIENTO


A menudo, los resultados se presentan mediante una

curva de deformación axial acumulada

El número de flujo (NF) es el número de ciclos al

cual se inicia el ―flujo terciario‖, que corresponde al

punto donde la curva se aleja de la tendencia lineal

recta y la deformación ocurre sin cambio de volumen.

El número de flujo (NF) se puede asociar con el

potencial de ahuellamiento de la mezcla

AHUELLAMIENTO


AHUELLAMIENTO


Ensayo de carga repetida diametral

Una probeta cilíndrica de concreto asfáltico es sometida a

carga repetida en su plano diametral

El ensayo presenta reparos para la caracterización de la

deformación permanente de las mezclas porque:

—El estado de esfuerzos no es uniforme y es altamente

dependiente de la forma de la probeta

— A alta temperatura o bajo carga elevada, la

deformación permanente produce cambios en la forma de

la probeta que afectan tanto el estado de esfuerzos como

la medida de las deformaciones

AHUELLAMIENTO


Ensayo de carga repetida diametral (cont.)

—Durante el ensayo, el único estado de esfuerzos

relativamente uniforme es la tensión que ocurre a lo largo

del diámetro vertical de la probeta, en tanto que los demás

estados de esfuerzos son marcadamente no uniformes

—Como los esfuerzos de corte contribuyen

significativamente al ahuellamiento y en los especímenes

diametrales se presenta un espectro no uniforme de

esfuerzos de este tipo, las medidas de deformación no

pueden ser asociadas con un nivel específico de esfuerzos

AHUELLAMIENTO


Ensayo de corte repetido a altura constante (AASHTO

TP7 - procedimiento F )

Se realiza sobre probetas de 150 mm de diámetro y 50

mm de espesor en el equipo de ensayo de corte

SUPERPAVE (SST)

Las probetas se someten a una carga de corte semi

sinusoidal discontinua, hasta lograr una tensión constante

de 68 kPa

AHUELLAMIENTO


Ensayo de corte repetido a altura constante (AASHTO

TP7 - procedimiento F )

Debido a la aplicación de la carga de corte, las probetas

tratan de dilatarse y ello se evita aplicando una carga axial

adecuada, lo que promueve la acumulación de una

deformación permanente por corte

Las probetas se someten a 5,000 ciclos o hasta que la

deformación específica sea 5 %

Durante el ensayo se registran las cargas axiales y de

corte y las deformaciones

AHUELLAMIENTO


EQUIPO DE ENSAYO DE CORTE SUPERPAVE (AASHTO TP 7)

AHUELLAMIENTO


CRITERIO PARA EVALUAR LA RESISTENCIA AL AHUELLAMIENTO

USANDO LA DEFORMACIÓN PERMANENTE POR CORTE REPETIDO A

ALTURA CONSTANTE

DEFORMACIÓN MÁXIMA

PERMANENTE POR CORTE RESISTENCIA AL

EN ENSAYO A ALTURA AHUELLAMIENTO

CONSTANTE (%)

< 1 Excelente

1 a < 2 Buena

2 a < 3 Regular

> = 3 Pobre

AHUELLAMIENTO


Se aplica un esfuerzo compresivo sinusoidal a un

espécimen de concreto asfáltico a una determinada

temperatura (entre 25 °C y 60 °C) y con cierta frecuencia

de carga (entre 0.1 Hz y 10 Hz)

Los esfuerzos aplicados y las respectivas deformaciones

axiales recuperables se miden y se emplean para calcular

el módulo dinámico y el ángulo de fase

AHUELLAMIENTO

ENSAYO DE MÓDULO DINÁMICO PARA DEFORMACIÓN

El ensayo difiere del de carga repetida en los ciclos de

carga y en las frecuencias

El ensayo de carga repetida aplica miles de cargas a una

sola frecuencia, en tanto que el de módulo aplica la carga

durante poco tiempo (30 a 45 segundos) y sobre un rango

de frecuencias

Se han establecido relaciones entre los módulos y el

potencial de ahuellamiento de las mezclas

AHUELLAMIENTO


AHUELLAMIENTO


CORRELACIÓN ENTRE EL MÓDULO Y LA PROFUNDIDAD DE AHUELLAMIENTO

AHUELLAMIENTO


Miden el ahuellamiento producido por un dispositivo

de rueda cargada que se desplaza repetidamente sobre un

espécimen compactado de mezcla asfáltica

Existen muchos equipos para realizar estos ensayos:

—Analizador de pavimentos asfálticos (APA)

—Hamburger Wheel-Tracking Device

—French Pavement Rutting Tester

—Pista de ensayo de laboratorio (INV E-756)

AHUELLAMIENTO

ENSAYOS DE PISTA

Analizador de pavimentos asfálticos (APA)

Mide la susceptibilidad al ahuellamiento de las mezclas

asfálticas sometiéndolas a la acción de una rueda oscilante de

caucho inflada con 0.69 MPa que soporta una carga de 445N.

Un ensayo normal consta de 8,000 ciclos que se completan

en 2 horas y 15 minutos, a una temperatura de 64 °C

NCAT sugiere que una deformación no mayor de 4.5 - 5.0

mm luego de los 8,000 ciclos asegura un ahuellamiento

mínimo en el terreno

AHUELLAMIENTO

ENSAYOS DE PISTA

ANALIZADOR DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS (APA)

AHUELLAMIENTO

ENSAYOS DE PISTA

Comparación entre los resultados del ensayo de corte repetido a

altura constante y los del analizador de pavimentos asfálticos

AHUELLAMIENTO

Hamburger Wheel-Tracking Device

Mide la susceptibilidad al ahuellamiento y a la

humedad de las probetas asfálticas, sometiéndolas a la

acción de una rueda metálica con una presión de contacto

de 0.73 MPa y 53 ± 2 pasadas/minuto, cuando están

sumergidas en agua caliente (generalmente a 50 °C)

AHUELLAMIENTO

ENSAYOS DE PISTA

Hamburger Wheel-Tracking Device (cont.)

El Departamento de Transporte de Colorado acepta un

ahuellamiento máximo de 4 mm luego de 10,000 pasadas

y 10 mm luego de 20,000 pasadas

El ensayo permite analizar la consolidación por post-

compactación, la pendiente inversa de creep, el punto de

inflexión de stripping y la pendiente inversa de stripping

AHUELLAMIENTO

ENSAYOS DE PISTA


Consolidación post-compactación

—Es la deformación en mm luego de 1,000 pasadas

de la rueda

Pendiente inversa de creep

—Mide la acumulación de deformación permanente

primaria debido a mecanismos diferentes de la

humedad. Es el inverso de la rata de deformación

(pasadas/mm de huella) en la región recta entre la

post-compactación y el punto de inflexión de

stripping

AHUELLAMIENTO

ENSAYOS DE PISTA


Punto de inflexión de stripping

—Número de pasadas en el punto de intersección de

la pendiente de creep y la pendiente de stripping. A

partir de él, el daño por humedad comienza a

gobernar el comportamiento

Pendiente inversa de stripping

—Mide la acumulación de deformación permanente a

causa de la humedad. Es el inverso de la rata de

deformación (pasadas/mm de huella) luego del punto

de inflexión de stripping

AHUELLAMIENTO

ENSAYOS DE PISTA


AHUELLAMIENTO

ENSAYOS DE PISTA

HAMBURGER WHEEL-TRACKING DEVICE

AHUELLAMIENTO

ENSAYOS DE PISTA

French Pavement Rutting Tester

Mide la susceptibilidad al ahuellamiento de las mezclas

asfálticas, sometiendo probetas a la acción de una rueda

de caucho con una carga de 5,000 ± 50 N a 67 ciclos por

minuto (134 pasadas/minuto)

Las muestras se someten a la acción de la rueda a 60 ±

2°C y se mide periódicamente la profundidad de la

huella, calculándose el porcentaje de deformación en

relación con el espesor inicial de las muestras

AHUELLAMIENTO

ENSAYOS DE PISTA

French Pavement Rutting Tester (cont.)

La especificación francesa establece como aceptables

las mezclas si, para un espesor de probeta de 50 mm, el

porcentaje de deformación a 1,000 y 3,000 ciclos no

excede de 10% y 20%, respectivamente, en tanto que

para probetas de 100 mm de espesor el valor no debe

exceder de 10 % a 30,000 ciclos

AHUELLAMIENTO

ENSAYOS DE PISTA

FRENCH PAVEMENT RUTTING TESTER

AHUELLAMIENTO

ENSAYOS DE PISTA

Una probeta compactada en condiciones normalizadas

se somete, a 60ºC, a la acción cíclica de una rueda que

aplica una presión de 9 kg/cm2 durante 120 minutos

Se determina la velocidad de deformación (VD) de la

probeta en el intervalo comprendido entre 105 y 120

minutos

Se considera aceptable un VD menor de 15 μm/min si

la temperatura de la región es mayor de 24º C, y menor

de 20 μm/min si la temperatura es menor o igual a 24º C

ENSAYOS DE PISTA

AHUELLAMIENTO


ENSAYO DE PISTA DE LABORATORIO

AHUELLAMIENTO

ENSAYOS DE PISTA



AGRIETAMIENTO

TÉRMICO

AGRIETAMIENTO TÉRMICO

La disminución de temperatura crea un estado de

esfuerzos de tensión térmica en las capas asfálticas, el

cual se traduce en la formación de grietas transversales


PAVIMENTO CON GRIETAS DE ORIGEN TÉRMICO

CRITERIOS DE SUSCEPTIBILIDAD TÉRMICA DEL ASFALTO

1. Número penetración - viscosidad (PVN)



2. Índice de penetración (IP)

Criterio:

Se considera que un asfalto con IP mayor de -1.5 presenta

una baja susceptibilidad térmica



3. Empleo del reómetro de flexión de viga (SUPERPAVE)

Caracteriza las propiedades de stiffness del ligante abajas temperaturas

Mide el stiffness en ―creep‖(S) y el logaritmo de laviscosidad de deformación en ―creep‖ (m)

Ligantes con bajo stiffness en creep no se fisurarán entiempo muy frío

La máxima temperatura a la cual m = 0.300 y S = 300MPa se denomina temperatura crítica (Tb)


MODELO DE PREDICCIÓN DE AGRIETAMIENTO TÉRMICO

(Boutin & Lupien)

1. Determinar la temperatura crítica en el instante (Tb(t))

Tb(t) = Tbo + t

Tbo =temperatura crítica del asfalto en el tanque, según el

reómetro de flexión de viga (BBR), antes de su uso (° C)

t = tiempo que corresponde a la edad del pavimento (años)

2. Verificar la siguiente desigualdad

Tb(t) - T0.5D 2 °C

T0.5D = temperatura en la mitad del espesor de la capa asfáltica,

(°C)


MODELO DE PREDICCIÓN DE AGRIETAMIENTO TÉRMICO

(Boutin & Lupien)

3. Predecir el agrietamiento

Si la desigualdad no se cumple, no se observa agrietamiento

térmico

Si la desigualdad se cumple, el agrietamiento se presenta de

acuerdo con la expresión:

τ = 667 - 632e-0.02t

τ = número esperado de grietas transversales por kilómetro en el

año t


ENSAYOS PARA CARACTERIZAR EL AGRIETAMIENTO A BAJA

TEMPERATURA


(AASHTO TP 9)

Constituye una segunda fase del

ensayo de creep estático diametral

El análisis para agrietamiento

térmico se realiza a -20, -10 y 0 °C,

aplicando una carga diametral a

razón de 12.5 mm/minuto hasta que

la carga comience a decrecer por

falla de la probeta


Ensayo de probeta sometida a

esfuerzo térmico restringido

(AASHTO TP 10)

Un núcleo de mezcla de 60 mm

de diámetro y 250 mm de altura es

enfriado a tasa constante mientras

se restringe su contracción

El esfuerzo de tensión que se va

desarrollando es medido durante el

ensayo, así como la temperatura a la

cual ocurre la fractura de la probeta



TEMPERATURA

RESULTADOS TÍPICOS DE UN ENSAYO DE PROBETA SOMETIDA A

ESFUERZO TÉRMICO RESTRINGIDO



TEMPERATURA



SUSCEPTIBILIDAD A

LA HUMEDAD

SUSCEPTIBILIDAD A LA HUMEDAD

Existen tres mecanismos por medio de los cuales la

humedad puede degradar la integridad de una mezcla de

concreto asfáltico:

—Pérdida de cohesión (resistencia) de la película de

asfalto

—Falla de la adhesión entre el agregado y el asfalto

—Degradación o fractura de partículas individuales

de agregado por ciclos de congelación

Se han desarrollado muchos ensayos para predecir la

susceptibilidad de las mezclas de concreto asfáltico a la

humedad


ENSAYOS PARA CARACTERIZAR LA SUSCEPTIBILIDAD DE

LAS MEZCLAS A LA HUMEDAD


ENSAYOS PARA CARACTERIZAR LA SUSCEPTIBILIDAD DE

LAS MEZCLAS A LA HUMEDAD (cont.)


No existe ningún ensayo que demuestre ser definitivamente

―superior‖ a los demás y que permita identificar la susceptibilidad

de la mezcla a la humedad en todos los casos

Muchas mezclas se han comportado satisfactoriamente en el

campo a pesar de no cumplir los criterios de los ensayos y muchas

otras se han comportado pobremente a pesar de cumplirlos

De acuerdo con la experiencia actual, el ensayo Lottman

modificado (AASHTO T 283 – INV E-725) parece el más

apropiado para detectar el daño por humedad en las mezclas de

concreto asfáltico y está incluido en los procedimientos de diseño

de mezclas SUPERPAVE y en las especificaciones del INVÍAS

COMENTARIOS SOBRE LOS ENSAYOS




FRICCIÓN

FRICCIÓN

Es la relación entre la fuerza vertical y la fuerza

horizontal desarrollada entre la superficie del pavimento

y los neumáticos, que resiste el deslizamiento de estos

últimos cuando se aplican los frenos al vehículo.

CARACTERÍSTICAS DE FRICCIÓN

Idealmente, la fricción en condición húmeda debería ser

tan alta como en condición de superficie seca

Mientras la fricción en estado seco es relativamente

independiente de la velocidad, en condición húmeda la

situación es muy diferente

La fricción se puede reducir con el transcurso del

tiempo, por pulimento de los agregados de la capa

superficial o por exudación de la mezcla

FRICCIÓN

COMPONENTES DE LA FRICCIÓN

La fricción de la superficie de un pavimento es función de dos

componentes: microtextura y macrotextura

La microtextura es suministrada por las pequeñas asperezas

superficiales de las partículas de agregado y produce una buena

resistencia friccional entre la llanta y el pavimento

La macrotextura es suministrada por las asperezas mayores

y proporciona canales de drenaje para la expulsión del agua

entre el neumático y el pavimento, garantizando el adecuado

contacto entre ellos y previniendo el hidroplaneo

FRICCIÓN

CLASES DE TEXTURA SUPERFICIAL

FRICCIÓN

VARIACIÓN DE LA FRICCIÓN CON LA VELOCIDAD DE

DESLIZAMIENTO

FRICCIÓN

EQUIPOS PARA LA MEDIDA DE LA FRICCIÓN

MODO EQUIPOS REPRESENTATIVOS OBSERVACIONES

OPERACIONAL

Rueda bloqueada Trailer ASTM E-274 Remolque donde va la rueda de medida arrastrada a velocidad

(locked wheel testers) Diagonal Braked Vehicle (DBV) constante y frena en el instante de la medición. La velocidad

Polish SRT-3 relativa entre el neumático y el pavimento es igual a la del

Skidómetro BV-8 vehículo. El grado de deslizamiento es 100%

Adhera - LCPC

Rueda oblicua respecto Mu Meter Autopropulsados. La rueda de medida forma un ángulo

del sentido de marcha SCRIM respecto del sentido del movimiento del equipo, sin aplicar

(side force measurement) Odoliograph otra condición de frenado. Miden el esfuerzo lateral,

Stradograph perpendicular al plano de rotación. La velocidad relativa de la

rueda de medida es del orden de la velocidad del vehículo (V)

por el seno del ángulo de deriva (a) y, por lo tanto, es una

medida de baja velocidad. Por ello, el sistema es sensible

principalmente a la microtextura

Rueda parcialmente bloqueada Trailer DWW Realizan registro continuo de la fricción si la relación

(con grado de deslizamiento fijo) Griptester de deslizamiento es pequeña. Estos equipos suelen operar

(fixed slip devices) Saab Friction Tester con un grado de deslizamiento de 10 a 20% y su medida de

Runway Friction Tester fricción es de baja velocidad, ya que la velocidad de

deslizamiento es el producto de la velocidad (V) por el tanto

por uno de deslizamiento. Estos equipos no miden la

fricción máxima

Rueda parcialmente bloqueada Komatsu Skid Tester Miden a diferente grado de deslizamiento y, por lo tanto,

(con grado de deslizamiento variable) ROAR brindan la mayor cantidad de información sobre las

(variable slip devices) Norsemeter características de fricción pavimento - neumático

Zapatas Péndulo de fricción TRL Equipos portátiles. Miden la fricción entre una zapata

(slider) deslizante de caucho y la superficie del pavimento. El grado

de deslizamiento es de 100%.

FRICCIÓN


FRICCIÓN


Equipo de rueda bloqueada

Péndulo portátil TRL

FRICCIÓN

El coeficiente de fricción se reduce al aumentar la

velocidad de deslizamiento, en especial cuando la

macrotextura es fina

En carreteras de alta velocidad, es conveniente tener

conocimiento de la fricción a velocidades intermedias y

altas

La medida de la fricción a alta velocidad se hace de

manera indirecta, a partir de mediciones de macrotextura

o rugosidad:

— Ensayo del círculo de arena

— Drenómetros

— Perfilómetros Láser

FRICCIÓN

TEXTURA

FRICCIÓN

TEXTURA

PERFILÓMETROS LÁSER DE ALTA VELOCIDAD

FRICCIÓN

TEXTURA

Índice de fricción internacional (IFI)

Los diferentes equipos para la medida de fricción y

textura y tienen concepciones y escalas de referencia

propias, razón por la cual no es fácil comparar los valores

obtenidos con ellos

La AIPCR promovió el desarrollo del índice de fricción

internacional (IFI), el cual es una referencia universal de la

fricción y de la textura del pavimento, independiente de los

aparatos con los cuales se midan la textura y la fricción

FRICCIÓN

FRICCIÓN Y TEXTURA

Índice de fricción internacional (IFI)

IFI = (F60 , Sp)

F60 = Constante de fricción a 60 km/h (depende de la

fricción y de la macrotextura)

Sp = Constante de referencia de velocidad, km/h (depende

de la macrotextura)

FRICCIÓN

FRICCIÓN Y TEXTURA

Determinación de la constante de referencia de

velocidad (Sp)

Sp = a + b*Tx

Tx = Valor medido de la macrotextura

a, b = Constantes que dependen del equipo con el cual se

ha efectuado la medida (Tabla 24 del documento AIPCR)

FRICCIÓN

FRICCIÓN Y TEXTURA

Determinación de la constante de fricción a 60 kph (F60)

Se establece la velocidad de operación del equipo de medida

(S) y se le aplica un factor de corrección según el tipo de

equipo utilizado (rueda bloqueada, rueda parcialmente

bloqueada, rueda oblicua)

Se mide la fricción superficial con el equipo escogido (FRS)

Se determina el valor F60 con la expresión:

F60 = A + B*(FRS)*e (S - 60)/Sp

A, B = constantes que dependen del equipo usado para la

medida (Tabla 25 del documento AIPCR)

FRICCIÓN

FRICCIÓN Y TEXTURA

El valor F60 es una medida normalizada de la fricción

a 60 km/h

Con los valores de F60 y Sp se puede calcular la

fricción a cualquier otra velocidad de deslizamiento (S),

mediante la expresión:

F(S) = F60*e(60-S)/Sp

FRICCIÓN

FRICCIÓN Y TEXTURA

Ejemplo de determinación del IFI

Fricción medida con el SCRIM del Ministerio de

Fomento de España a 50 km/h. El aparato tiene un

ángulo de deriva de 20º y la fricción obtenida fue 0.65

La textura superficial se determinó con el círculo de

arena y el valor obtenido fue 1 milímetro

FRICCIÓN

FRICCIÓN Y TEXTURA

FRICCIÓN

FRICCIÓN Y TEXTURA

Medida de fricción

Medida de textura

Solución al ejemplo de determinación del IFI

Determinación de Sp

—El círculo de arena corresponde al equipo A8 del

experimento AIPCR, para el cual la Tabla 24 del

documento indica que a = - 11.5981 y b = 113.63246

Sp = - 11.5981 + 113.63246*1 = 102 km/h

FRICCIÓN

FRICCIÓN Y TEXTURA

Solución al ejemplo de determinación del IFI (cont.)

Velocidad de operación corregida por el ángulo de

deriva del equipo:

S = 50 * sen 20º = 17.1 km/h

El SCRIM empleado es el equipo C6E del experimento

AIPCR, para el cual la Tabla 5 del documento indica que

A = 0.0319 y B = 0.8734

F60 = 0.0319 + 0.8734*0.65*e (17.1 – 60)/102 = 0.41

FRICCIÓN

FRICCIÓN Y TEXTURA

Solución al ejemplo de determinación del IFI (cont.)

Expresión del IFI

(0.41, 102)

La expresión de la curva de fricción de referencia es

F (S) = 0.41 * e (60 – S)/102

Así, por ejemplo, si la velocidad es 80 km/h, la fricción

a dicha velocidad será:

F (S) = 0.41 * e (60 – 80)/102 = 0.34

FRICCIÓN

FRICCIÓN Y TEXTURA


MEZCLAS ABIERTAS

EN CALIENTE

MEZCLA ABIERTA EN CALIENTE

Definición

Mezcla destinada al alivio del reflejo de las juntas y

grietas durante las operaciones de rehabilitación de un

pavimento

Está constituida por una combinación, en caliente, de

un agregado pétreo con baja o nula proporción de finos y

una cantidad muy limitada de cemento asfáltico, la cual

se define por tanteos en obra (rango: 1.5% - 3.0 %)

Al compactar la mezcla en obra, presenta un elevado

volumen de vacíos con aire (superior a 20%) que controla

la transmisión de las juntas y las grietas del pavimento

existente a la capa densa que se construya como refuerzo

MEZCLA ABIERTA EN CALIENTE

Granulometría agregados pétreos


Normal Alterno MAC-1 MAC-2 MAC-3

75 mm

63 mm

50 mm

37.5 mm

19.0 mm

9.5 mm

4.75 mm

2.36 mm

150 m

3‖

2 1/2‖

2‖

1 1/2‖

3/4‖

3/8‖

No.4

No.8

No.100

100

95-100

-

30-70

3-20

0-5

-

-

-

-

100

-

35-70

5-20

-

-

0-5

-

-

-

100

75-90

50-70

-

8-20

-

0-5

Ligante asfáltico

Cemento asfáltico del tipo 60 - 70


MEZCLAS SMA

MEZCLAS SMA

SMA significa ―Stone Matrix Asphalt‖ o ―Stone Mastic

Asphalt‖ y es una mezcla asfáltica en caliente de

gradación discontinua para capa de rodadura, desarrollada

para maximizar la resistencia al ahuellamiento y la

durabilidad

Definición

Aspecto de una capa de SMA Probeta de SMA

Una mezcla SMA está compuesta por:

— Agregados con un esqueleto granular fuerte, que

proporciona el contacto ―piedra con piedra‖ que

previene el ahuellamiento y suministra resistencia

al deslizamiento

—Un mortero asfáltico de alta viscosidad, constituido

por arena, llenante mineral, un elevado contenido de

asfalto modificado y un agente estabilizante (fibras

minerales o de celulosa) que se agrega para minimizar

el escurrimiento del asfalto y suministrar al mortero

una consistencia satisfactoria

Composición

MEZCLAS SMA

MEZCLAS SMA

Composición

MEZCLAS SMA

Agregados pétreos

Los requisitos de calidad de los agregados grueso y

fino son prácticamente los mismos que se exigen a los

agregados para las mezclas de concreto asfáltico

Los siguientes se pueden considerar como adicionales:

MATERIALES PARA LA MEZCLA

MEZCLAS SMA

Granulometrías recomendadas por NCHRP 9-8


Agregados pétreos

MEZCLAS SMA


Agente estabilizante

Se incluye para minimizar el escurrimiento del asfalto

en la mezcla y contribuir en la adecuada consistencia del

mortero

Está constituido por fibras de celulosa o de tipo mineral

La cantidad en la cual se debe incorporar es, como

mínimo, 0.3 % respecto del peso de la mezcla

Ligante bituminoso

Asfalto modificado con polímero, Tipo II o Tipo III

MEZCLAS SMA


MEZCLAS SMA


Generalidades

El diseño incluye una dosificación de tipo volumétrico

y una verificación de la susceptibilidad de la mezcla a la

humedad

Además, involucra dos ensayos que no son típicos de

la mayoría de las mezclas densas en caliente:

—Determinación de vacíos en el agregado grueso

—Escurrimiento

MEZCLAS SMA


1. Selección de la gradación

Para el TMN elegido se evalúan 3 posibles gradaciones

dentro de la franja maestra de la especificación

El tamiz que separa el agregado grueso del fino se

denomina tamiz del ―punto de corte‖

Tamices de punto de corte para diferentes TMN

MEZCLAS SMA


2. Determinación de los vacíos en el agregado grueso

Esta prueba se realiza para evaluar la existencia de

contacto entre partícula y partícula del agregado grueso

Los VAG se determinan a partir del peso unitario

apisonado del agregado grueso -(γa)- (norma de ensayo

AASHTO T 19) y de la gravedad específica bulk del

agregado grueso (Gag)

100*wag

awag

drcG

GVGA

MEZCLAS SMA


3. Selección del contenido de asfalto de prueba

El mínimo contenido de ligante efectivo de la SMA es

6 %

Se recomienda que el contenido de asfalto de la mezcla

en la fase de selección de gradación sea 7.0% para la

TMN-9.5; 6.7% para la TNM-12.5 y 6.0% para la TMN

y la TMN-25.0

MEZCLAS SMA


4. Preparación y compactación de las mezclas en la fase

de selección

Se requiere un total de 12 muestras: 4 para cada una de las 3

gradaciones de prueba

Cada muestra es mezclada con el contenido de asfalto de prueba

Tres de la cuatro muestras para cada gradación se compactan

con 100 giros del Compactador Giratorio Superpave o con 50

golpes por cara, según la técnica Marshall

Con la cuarta mezcla de cada grupo se determina la gravedad

específica máxima medida (Gmm) (AASHTO T 209)

MEZCLAS SMA


5. Selección de la gradación deseada

Se determina la gravedad específica bulk de las probetas

compactadas (Gmb)

Para cada grupo de probetas se calculan los promedios de

vacíos con aire (Va), vacíos en el agregado grueso (VAGmix)

y vacíos en los agregados minerales (VAM)

De todas las mezclas de prueba ensayadas, aquella con el

más alto porcentaje que pase el tamiz del ―punto de

quiebre‖, que simultáneamente cumpla el requerimiento los

de VAM mínimos y presente un valor VAG mix < VAGdrc, se

elige como gradación deseada

MEZCLAS SMA


5. Selección de la gradación deseada (cont.)

m

ac

mb

ag

ag

mb

mix

mm

mb

a

PG

GVAM

PG

GVAG

G

GV

*100

*100

100*1

Pag = porcentaje de agregado grueso dentro de la mezcla total

Pm = porcentaje de agregado en las mezcla

Gac = peso específico bulk del todo el agregado combinado

MEZCLAS SMA


6. Selección del contenido óptimo de ligante

Elegida la gradación deseada, se elaboran nuevas mezclas

con un total de tres contenidos de asfalto (incluyendo

valores por encima y debajo del contenido de prueba)

Para cada contenido de asfalto se preparan 4 muestras, 3

de las cuales se compactan como las de la fase de selección

y la cuarta se usa para la determinación de la gravedad

específica máxima medida (G mm)

El contenido óptimo de ligante es aquél con el cual se

obtiene 4.0 % de vacíos con aire, siempre y cuando se

satisfagan los VAM mínimos y VAG mix < VAG drc

MEZCLAS SMA


7. Ensayo de escurrimiento

El ensayo se realiza según la norma AASHTO T 305

El ensayo se realiza colocando una muestra de la mezcla

suelta en un horno a la temperatura anticipada de

producción en la planta, dentro de una canasta de malla de

tamiz de ¼‖ durante 1 hora y pesando el material que haya

drenado a través de la malla durante dicho lapso

Si el resultado no satisface el máximo especificado de

0.30 %, se debe incrementar la proporción de fibras en la

mezcla, hasta reducir el escurrimiento a un límite aceptable

MEZCLAS SMA



CANASTA DE

MALLA DE

ABERTURA ¼”

MEZCLA EN EL HORNO

MEZCLAS SMA



ESCURRIMIENTO DE

MEZCLA CON 0.3% DE

FIBRA, A 158º C

ESCURRIMIENTO DE

MEZCLA SIN FIBRAS,

A 158º C

8. Evaluación de la sensibilidad a la humedad (AASHTO T 283)


MEZCLAS SMA

La evaluación se realiza mediante el ensayo de tensión

indirecta, sometiendo las probetas cilíndricas a

compresión hasta la falla a lo largo de dos generatrices

opuestas, con una velocidad de deformación de 50

mm/minuto a 25° C








MEZCLAS SMA


tD

PST

**

*2000






MEZCLAS SMA



MEZCLAS SMA

MEZCLAS SMA

CRITERIO DE DISEÑO PARA MEZCLAS SMA

MEZCLAS SMA

CARACTERIZACIÓN DE LA MEZCLA SMA, CON FINES DE DISEÑO DE PAVIMENTOS

Módulo dinámico

Los módulos dinámicos de las mezclas SMA tienden a

ser algo mayores que los de las mezclas convencionales y

presentan la misma susceptibilidad a la temperatura

Pruebas de tensión indirecta bajo carga repetida (ASTM

D 4123 – INV E-749) sobre mezclas SMA con asfaltos

convencionales y modificados y diferentes tipos de

llenantes, mostraron valores de módulo resiliente en el

entorno de 1,000 MPa a 35º C y entre 5,000 y 6,000 MPa a

15º C

MEZCLAS SMA


MEZCLAS SMA A LAS CUALES SE ESTUDIARON MÓDULOS

RESILIENTES Y RESISTENCIA A FATIGA (Lago, 2003)

MEZCLAS SMA


Módulo dinámico

MEZCLAS SMA



ECUACIONES DE FATIGA EN ENSAYO A

ESFUERZO CONTROLADO A 20º C y 1 Hz

MEZCLAS SMA



MEZCLAS SMA

COMPARACIÓN DE VIDAS A FATIGA DE MEZCLAS SMA CON ASFALTO MODIFICADO Y DE UNA MEZCLA DENSA

CONVENCIONAL CON ASFALTO MODIFICADO


MEZCLAS ASFÁLTICAS

DE ALTO MÓDULO

MEZCLA ASFÁLTICA DE ALTO MÓDULO

Capa de mezcla asfáltica, usada como base, elaborada

en caliente, cuya rigidez es del orden del doble o del triple

de la que presentan las mezclas asfálticas convencionales

Se elabora con un cemento asfáltico de baja penetración

y un agregado pétreo con fuerte esqueleto mineral, de

manera de lograr una gran capacidad de absorción de

esfuerzos y gran resistencia al ahuellamiento

El empleo de un contenido de ligante relativamente alto

mejora el comportamiento a la fatiga de la mezcla,

haciéndolo comparable al de una mezcla tradicional

AGREGADOS PÉTREOS PARA MEZCLAS

ASFÁLTICAS DE ALTO MÓDULO


CEMENTO ASFÁLTICO PARA MEZCLAS


Se pueden emplear:

— Cementos asfálticos de destilación directa, de

baja penetración (10 - 25) y punto de ablandamiento

elevado (60ºC ó más)

—Cementos asfálticos modificados con polímero de

penetración 20 – 40. En este caso, se brinda al

producto una mayor flexibilidad


CEMENTO ASFÁLTICO PARA MEZCLAS



DISEÑO DE LA MEZCLA ASFÁLTICA DE ALTO

MÓDULO

Se suele emplear el método Marshall, debiendo cumplirse

los siguientes requisitos

Requisito adicional


DISEÑO DE LA MEZCLA ASFÁLTICA DE

ALTO MÓDULO



CARACTERIZACIÓN DE LAS MEZCLAS ASFÁLTICAS DE ALTO MÓDULO CON FINES DE DISEÑO DE PAVIMENTOS

Módulo dinámico

Los módulos dinámicos de las mezclas de alto

módulo son sustancialmente más elevados que los de

los concretos asfálticos convencionales, para cualquier

temperatura y frecuencia

Los ensayos para su determinación son los mismos

descritos para los concretos asfálticos



MÓDULOS DINÁMICOS DE UNA MEZCLA TÍPICA DE BOGOTÁ

Universidad de los Andes (2001)




Las leyes de fatiga de las mezclas de alto módulo adoptan

la misma expresión que en las demás mezclas asfálticas:

log ε = A + B log N

ε = deformación aplicada, multiplicada por 106

N = número de ciclos con el que dicha deformación

conduce a la rotura

A, B = coeficientes adimensionales propios de cada mezcla



PARÁMETROS DE LEYES DE FATIGA DE MEZCLAS ESPAÑOLAS Y

COLOMBIANAS DETERMINADOS A 20º C Y FRECUENCIA DE 10 Hz

NOTA : Los parámetros que dan mayores resistencia a fatiga son

los más elevados en el caso de A y los más bajos en valor absoluto

en el caso de B



MEZCLA DISCONTINUA

EN CALIENTE PARA

CAPA DE RODADURA

MEZCLA DISCONTINUA EN CALIENTE

PARA CAPA DE RODADURA

Definición

Mezcla para capa de rodadura de reducido espesor,

elaborada en caliente, empleando un agregado pétreo de

tamaño máximo nominal comprendido entre 8 mm y 10

mm, con una marcada discontinuidad entre los tamaños

de 2 mm y 4.75 mm

La discontinuidad granulométrica brinda características

favorables en cuanto a sonoridad, fricción y drenabilidad

superficial

Esta mezcla se conoce como “microaglomerado en

caliente”



Tramo de microaglomerado en caliente en el sector

San Felipe – Los Andes (Chile)



Aplicaciones

Restauración de la resistencia al deslizamiento sobre

pavimentos estructuralmente competentes

Mejoramiento del drenaje superficial

Rejuvenecimiento de superficies de rodamiento

Actuación de mantenimiento periódico de la calzada,

sin incremento excesivo de cotas




Normal Alterno M-1 M-2 F-1 F-2

12.5 mm 1/2‖ 100 100

9.5 mm 3/8‖ 75-97 100 75-97 100

8.0 mm 5/16‖ - 75-97 - 75-97

4.75 mm No.4 15-28 15-28 25-40 25-40

2.00 mm No.10 11-22 11-22 18-32 18-32

425 m No.40 8-16 8-16 10-20 10-20

75 m No.200 5-8 5-8 7-10 7-10

Ligante bituminoso

Asfalto modificado con polímeros, tipo II o tipo III

Granulometría de los agregados



FRANJA GRANULOMÉTRICA TÍPICA PARA MEZCLA

DISCONTINUA EN CALIENTE PARA CAPA DE RODADURA



1. Preparación de las mezclas

Se elaboran mezclas con 1,000 gramos de agregados ydiferentes porcentajes de ligante, a una temperatura quecorresponda a una viscosidad del ligante entre 150 y 190centistokes, verificando que no haya escurrimiento delligante a dicha temperatura

Se deben elaborar por lo menos 4 mezclas para cadaporcentaje de ligante utilizado

DISEÑO MEZCLAS TIPO M

Ensayo Cántabro (INV E -760)



2. Compactación de probetas y determinación de

vacíos

Se compactan las mezclas mediante la técnicaMarshall, a la temperatura apropiada, aplicando 50golpes por cara a cada probeta

Se pesan las probetas y se dividen en dos grupos

Se determinan los vacíos con aire de las probetas a

partir de la medida geométrica de su volumen y de la

densidad relativa de los materiales





3. Prueba de desgaste

Las probetas para ensayo en seco se dejan en reposodurante 6 horas

Se introducen las probetas en la máquina de losÁngeles sin esferas y se someten a 300 vueltas

Se pesan las probetas luego del ensayo

Se calculan las pérdidas de peso de las probetas, enporcentaje








Probetas ensayadas con distinto contenido de ligante



4.Verificación de la adhesividad

El juego de probetas destinado a verificar la

adhesividad se somete a inmersión a 60oC por 24 horas

Se efectúa el ensayo de desgaste como a las probetas

ensayadas en seco y se calculan las pérdidas de peso

correspondientes





1. Preparación de las probetas

Como en el ensayo Marshall convencional,compactando con 50 golpes por cara

2. Análisis de densidad y de vacíos y ensayo de

estabilidad y flujo

Como en el ensayo Marshall convencional

3. Criterio de dosificación

Estabilidad : 750 kg mínimo

Vacíos con aire : 4% mínimo

DISEÑO MEZCLAS TIPO F

Ensayo Marshall



4. Verificaciones

Comprobación de la adhesividad mediante el ensayo

de tensión indirecta (INV E-725)

Criterio

La pérdida de resistencia no debe exceder de 20%


Ensayo Marshall



4. Verificaciones

Medida de la resistencia a la deformación plástica

(norma de ensayo INV E-756)

Criterio

En el intervalo de 105 a 120 minutos:

VD ≤ 0.012 mm/ minuto ( Si T > 24o C)

VD ≤ 0.015 mm/ minuto (Si T ≤ 24o C)


Ensayo Marshall


MEZCLA DRENANTE

Definición

Mezcla asfáltica para capa de rodadura con un

elevado contenido de vacíos con aire, cuyo diseño

da lugar a una superficie de textura abierta y alta

capacidad drenante, a causa de la cual el agua lluvia

que cae sobre la calzada se elimina por infiltración

MEZCLA DRENANTE

MEZCLA DRENANTE

MEZCLA DRENANTE

Características principales

Suministra un adecuado drenaje superficial

Brinda alta resistencia al deslizamiento

Reduce el volumen de agua proyectada al paso de

los vehículos en condición lluviosa

Mejora la visibilidad en condición de pavimento

húmedo

Disminuye el ruido producido por la circulación

vehicular

MEZCLA DRENANTE

TAMIZ PORCENTAJE QUE

PASA

Normal Alterno MD-1

19.0 mm 3/4‖ 100

12.5 mm 1/2‖ 70-100

9.5 mm 3/8‖ 50-75

4.75 mm No.4 15-32

2.00 mm No.10 9-20

425 m No.40 5-12

75 m No.200 3-7

Ligante bituminoso

Asfalto modificado con polímeros, tipo I o tipo II


MEZCLA DRENANTE

FRANJA GRANULOMÉTRICA TÍPICA PARA MEZCLA DRENANTE

MEZCLA DRENANTE

DISEÑO MEZCLA


1. Preparación de las mezclas

Se elaboran mezclas con 1,000 gramos de agregados ydiferentes porcentajes de ligante, a una temperatura quecorresponda a una viscosidad del ligante entre 150 y 190centistokes, verificando que no haya escurrimiento delligante a dicha temperatura

Se deben elaborar por lo menos 4 mezclas para cadaporcentaje de ligante utilizado

MEZCLA DRENANTE

2. Compactación de probetas y determinación de

vacíos

Se compactan las mezclas mediante la técnicaMarshall, a la temperatura apropiada, aplicando 50golpes por cara a cada probeta

Se pesan las probetas y se dividen en dos grupos

Se determinan los vacíos con aire de las probetas a

partir de la medida geométrica de su volumen y de la

densidad relativa de los materiales

DISEÑO MEZCLA


MEZCLA DRENANTE


Las probetas para ensayo en seco se dejan en reposodurante 6 horas

Se introducen las probetas en la máquina de losÁngeles sin esferas y se someten a 300 vueltas

Se pesan las probetas luego del ensayo

Se calculan las pérdidas de peso de las probetas, enporcentaje

DISEÑO MEZCLA


MEZCLA DRENANTE

4.Verificación de la adhesividad

El juego de probetas destinado a verificar la

adhesividad se somete a inmersión a 60o C por 24 horas

Se efectúa el ensayo de desgaste como a las probetas

ensayadas en seco y se calculan las pérdidas de peso

correspondientes

DISEÑO MEZCLA


MEZCLA DRENANTE

DISEÑO MEZCLA



MEZCLAS ASFÁLTICAS

EN FRÍO

MEZCLAS ASFÁLTICAS EN FRÍO

Definición

Mezclas constituidas por la combinación de uno o más

agregados pétreos y un llenante mineral (cuando es

necesario), con una emulsión asfáltica y, eventualmente,

agua

Estas mezclas son elaboradas, aplicadas y compactadas

a temperatura ambiente

Existen dos tipos de mezclas asfálticas en frío

— Densas

— Abiertas


MEZCLAS DENSAS

EN FRÍO

MEZCLA DENSA EN FRÍO

Definición

Combinación de una emulsión asfáltica, agua,

agregados pétreos grueso y fino y, eventualmente, un

llenante mineral, cuya granulometría combinada es

similar a la de un concreto asfáltico; mezcla que es

posible fabricar, extender y compactar a temperatura

ambiente

El agua se debe incorporar a los agregados antes que

la emulsión asfáltica, con el fin de evitar un

rompimiento prematuro de ésta, asegurando un

cubrimiento completo del agregado y una buena

uniformidad en la mezcla.


Granulometría


Normal Alterno MDF-1 MDF-2 MDF-3

37.5 mm

25.0 mm

19.0 mm

12.5 mm

9.5 mm

4.75 mm

2.36 mm

300 m

75 m

1 1/2‖

1‖

3/4‖

1/2‖

3/8‖

No.4

No.8

No.50

No200

100

80-95

-

62-77

-

45-60

35-50

13-23

3-8

-

100

80-95

-

60-75

47-62

35-50

13-23

3-8

-

-

100

80-95

-

50-65

35-50

13-23

3-8

Ligante bituminoso

Emulsión asfáltica catiónica de rotura lenta y controlada

que corresponda a los tipos CRL-1 o CRL-1h


FRANJA GRANULOMÉTRICA TÍPICA PARA MEZCLA

DENSA EN FRÍO


1. Determinación del porcentaje óptimo teórico de

ligante

1.1 Cálculo con base en la superficie específica

L = K (S*A)0.2

Siendo:

L = contenido de ligante residual sobre el peso de los

agregados (%)

K = módulo de riqueza (4.0 – 5.0)

S = superficie específica del agregado (m2/kg)

A = factor de corrección por peso específico del agregado

(A = 1.00 cuando el peso específico es 2.65)




ligante (cont.)


100

)*(%

FSEtamizunenretenidoS

—Factor de superficie específica (FSE)

FSE = 2.50 (D*d)0.5

Siendo:

D = abertura del tamiz mayor (mm)

d = abertura del tamiz menor (mm)

Superficie específica (S)



ligante (cont.)


E = 0.05A + 0.1B +0.5C

Siendo:

E = % teórico de emulsión asfáltica

A = % de agregado retenido en tamiz # 8

B = % de agregado entre tamices # 8 y # 200

C = % que pasa el tamiz # 200

1.2 Método propuesto por AEMA


2. Determinación de los contenidos de agua de envuelta

y compactación

Se efectúan pruebas de envuelta con diferentes

humedades de la mezcla observando la cobertura y, a la

vista de los resultados, se escoge el más conveniente

Para determinar la humedad de compactación, es una

buena guía la humedad óptima del ensayo Proctor

Modificado (INV E-142) sobre los agregados solos



3. Ensayos mecánicos para la determinación del

óptimo real de ligante

Existen diversas posibilidades para diseñar en el

laboratorio las mezclas densas en frío, siendo las más

utilizadas:

—Ensayo de inmersión - compresión

—Ensayo Marshall modificado



1. Determinación de la humedad óptima de compactación


DISEÑO DE LA MEZCLA POR EL MÉTODO DE INMERSIÓN - COMPRESIÓN

2. Determinación del contenido óptimo teórico de ligante

— Fórmula Duriez

5 KL


mmdemenorespartículasf

mmymmentrepartículass

mmymmentrepartículasS

mmymmentrepartículasg

mmdemayorespartículasG

fsSgG

específicaSuperficie

riquezademóduloK

residualasfaltodeL

08.0%

315.008.0%

5315.0%

105%

10%

100/)1351230.233.017.0(

)0.50.4(

%%


3. Elaboración de mezclas

Se elaboran mezclas con diferentes cantidades deemulsión, correspondientes a porcentajes de ligante porencima y por debajo del óptimo teórico, manteniendoel contenido óptimo de fluidos de compactación

4. Compactación de probetas

Se compactan probetas de 10 cm por 10 cm de alturamediante compresión creciente hasta alcanzar 210kg/cm2, manteniendo esta presión durante 2 minutos(compactar seis probetas para cada contenido deligante)




Desmoldado de las probetas y curado al aire durante7 días a 25º C

Separar cada juego de 6 probetas en 2 grupos para elresto del curado:

— Uno de los grupos se mantiene otros 7 días alaire a 25ºC

— El otro grupo se sumerge en agua a 25ºC por 7días



6. Ensayo de compresión

Al término del período de curado, se determina ladensidad de las probetas y se rompen por compresiónsimple, promediando las resistencias para cadaporcentaje de ligante (por aparte las curadas en seco ylas curadas en húmedo)

7. Determinación del contenido óptimo de emulsión

Se dibujan gráficas de resistencia seca, resistenciahúmeda y resistencia conservada y se elige elporcentaje óptimo de emulsión, de acuerdo con elcriterio de diseño


Representación gráfica resultados ensayo de inmersión - compresión


CRITERIO DE DISEÑO ARTÍCULO 440 ESPECIFICACIONES INVÍAS

CARACTERIZACIÓN DE LA MEZCLA DENSA EN FRÍO, CON FINES DE DISEÑO DE PAVIMENTOS

Módulo dinámico

La mezcla denominada Tipo I del Instituto delAsfalto, elaborada en planta con agregados procesados ycon propiedades similares a las de un concreto asfáltico,se puede asimilar a una mezcla densa en frío

La variación de su módulo dinámico en el rango de23º C a 38º C (73 a 100º F), luego de curado total, esaltamente coincidente con la que presentan las mezclasde base de concreto asfáltico elaboradas con cementosasfálticos AC – 40


En las mezclas con emulsión asfáltica es muy importante teneren cuenta los efectos del curado en el módulo dinámico

Et = Ef - (Ef - Ei)*RFt

Et = módulo a la temperatura T y tiempo de curado t

Ef = módulo a la temperatura T para la mezcla totalmente curada

Ei = módulo a la temperatura T para la mezcla en estado nocurado (inicial)


Módulo dinámico


RFt = factor de reducción que tiene en cuenta la cantidad decurado alcanzada en el tiempo t


Módulo dinámico


El comportamiento a fatiga de las estabilizaciones conemulsión asfáltica es similar al de las mezclas bituminosas encaliente

Nf = Kt-c

Nf = número de aplicaciones de carga hasta la falla para unadeformación inicial de tensión, t

K, c = constantes de regresión obtenidas del análisis de los datosde la prueba de fatiga




Criterio de fatiga para mezclas elaboradas con emulsiones asfálticas (CHEVRON)



MEZCLAS ABIERTAS

EN FRÍO

MEZCLA ABIERTA EN FRÍO

Definición

Combinación de un agregado pétreo predominantemente

grueso y de granulometría uniforme, con un ligante

bituminoso, constituyendo un producto que puede ser

elaborado, extendido y compactado a temperatura

ambiente y que presenta un elevado contenido de vacíos

con aire

La mezcla abierta en frío puede ser colocada en obra

inmediatamente después de su fabricación o tras un

período de almacenamiento más o menos largo


Características de una mezcla abierta en frío

La resistencia de la mezcla a la acción del tránsito se

debe al rozamiento interno de su esqueleto mineral,

junto con la cohesión que proporciona la película del

ligante asfáltico

La estructura de este esqueleto mineral y el espesor de

la película de ligante, hacen que la mezcla sea

permeable y flexible




Normal Alterno MAF-1 MAF-2 MAF-3

37.5 mm

25.0 mm

19.0 mm

12.5 mm

9.5 mm

4.75 mm

2.36 mm

75 m

1 1/2‖

1‖

3/4‖

1/2‖

3/8‖

No.4

No.8

No.200

100

70-100

-

25-55

-

0-15

0-5

0-2

-

100

70-100

-

20-45

0-20

0-10

0-2

-

-

100

70-100

-

10-30

0-10

0-2

Ligante bituminoso

Emulsión asfáltica catiónica de rotura media, del tipo

CRM, con fluidificantes, bajo contenido de agua y alta

viscosidad



ligante

Cálculo con base en la superficie específica

— El cálculo se realiza como en el caso de las

mezclas densas en frío, empleando un módulo de

riqueza entre 3.5 y 3.7



2. Ensayos de cubrimiento y desplazamiento

Con diferentes porcentajes de ligante por encima y por

debajo del óptimo teórico se fabrican mezclas a las

cuales se les realizan pruebas de:

- Cubrimiento, para determinar el porcentaje de

cubrimiento de agregados y observar si se producen

peladuras durante el tiempo de envuelta

- Desplazamiento, sometiendo las mezclas a la

acción del agua para estimar el porcentaje de

lavado de los agregados



3. Selección del porcentaje óptimo de ligante para diseño


A la vista de los resultados de las pruebas de

cubrimiento y desplazamiento, se elige el porcentaje de

ligante que se considere más conveniente, el cual se

podrá ajustar luego de las pruebas iniciales de obra

CRITERIOS SOBRE CUBRIMIENTO Y DESPLAZAMIENTO


3. Selección del porcentaje óptimo de ligante para diseño


Usualmente, una mezcla que responde adecuadamente

a estas pruebas, presenta las siguientes características de

dosificación :


COMPARACIÓN ENTRE LAS MEZCLAS DENSAS Y ABIERTAS EN FRÍO

PARÁMETRO MEZCLAS DENSAS MEZCLAS ABIERTAS

Emulsión

Tipo Rotura lenta Rotura media

Fluidificantes No Sí

Ligante residual 60% 70%

Película de ligante Delgada Gruesa

Agregados

Granulometría Bien gradada Gruesa y uniforme

pasa tamiz 2mm 20-60 % 0-10 %

pasa tamiz 0.075 mm 3-8% 0-2%

Dosificación

Agua de preenvuelta Necesaria No necesaria

% ligante 4.0 - 5.5 2.5 - 4.0

Criterio de diseño Pruebas mecánicas Subjetivo

Tipo de resistencia Principalmente por cohesión del mortero Por rozamiento interno de los agregados

Otros

Almacenabilidad No Sí

Apertura al tránsito No inmediato Inmediato (con sellado)

Costo Mayor Menor

MATERIALES PARA PAVIMENTOS

RÍGIDOS Y DE ADOQUINES

CONTENIDO

Materiales para la construcción de pavimentos

rígidos

Materiales constitutivos del concreto

Curado del concreto

Ensayos sobre las mezclas de concreto

Diseño de mezclas de concreto hidráulico para

pavimentos

Otros materiales

Materiales para pavimentos articulados


RÍGIDOS Y DE ADOQUINES

MATERIALES PARA LA

CONSTRUCCIÓN DE

PAVIMENTOS RÍGIDOS

MATERIALES PARA LA

CONSTRUCCIÓN DE PAVIMENTOS RÍGIDOS

Concreto

Mezcla homogénea de cemento Portland, agua, agregados

fino y grueso y aditivos, cuando se requieren

La mezcla de concreto constituye la estructura del

pavimento

MATERIALES PARA LA


Acero

Para pasadores y varillas de unión

También para mallas electrosoldadas en pavimentos de

concreto reforzado

Materiales para el curado

Evitan que los agentes atmosféricos sequen

prematuramente la superficie de la losa que se acaba de

vaciar

Sellante para las juntas

Asegura la estanqueidad de las juntas, minimiza la

infiltración de agua superficial y evita la penetración de

partículas sólidas entre las caras de las juntas

MATERIALES PARA LA


MATERIALES

CONSTITUTIVOS DEL

CONCRETO

Cemento Portland

Producto obtenido por pulverización del ―clinker‖

Portland, con la adición de una o más formas de

sulfato de calcio, admitiéndose la adición de otros

productos que no afecten las propiedades del

cemento resultante

MATERIALES CONSTITUTIVOS DEL CONCRETO

http://rds.yahoo.com/S=96062857/K=%22portland+cement%22/v=2/SID=w/l=II/R=1/SS=i/OID=46e714710e1468f0/SIG=1e568r0in/EXP=1139685030/*-http%3A//images.search.yahoo.com/search/images/view?back=http%3A%2F%2Fimages.search.yahoo.com%2Fsearch%2Fimages%3Fp%3D%2522portland%2Bcement%2522%2B%26prssweb%3DSearch%26ei%3DUTF-8%26fr%3DFP-tab-web-t%26b%3D1&w=201&h=290&imgurl=www.littleboxofbones.com%2Fprojects%2Ftools%2Fcementa.jpg&rurl=http%3A%2F%2Fwww.littleboxofbones.com%2Ftank_rebuild2.html&size=33.5kB&name=cementa.jpg&p=%22portland+cement%22&type=jpeg&no=1&tt=2,603&ei=UTF-8

Cemento Portland

ESQUEMA DEL PROCESO DE FABRICACIÓN


Cemento Portland

FABRICACIÓN

La combinación más común de ingredientes está

constituida por piedra caliza (fuente de calcio), con

arcilla y arena (como fuentes de sílice, aluminio y

hierro)

La materia prima es triturada, dosificada y mezclada


Cemento Portland

FABRICACIÓN

La materia prima triturada pasa a través de una torre

de precalentamiento y posteriormente a un horno

rotatorio de grandes dimensiones donde es calcinada a

alta temperatura (1300ºC – 1400ºC)


Cemento Portland

FABRICACIÓN

La materia prima emerge por el extremo inferior del

horno, como una nueva sustancia formada por

partículas al rojo vivo, denominadas ―clinker‖


Cemento Portland

FABRICACIÓN

El ―clinker‖ es enfriado al caer sobre una reja sometida

a una corriente de aire forzado

Se añade yeso para evitar que el cemento resultante

fragüe rápidamente y se tritura el ―clinker‖ en un molino

de bolas, dando como resultado el cemento Portland


Cemento Portland

COMPOSICIÓN

La composición típica de un cemento Portland es la

siguiente:


Óxido de calcio, CaO 62-67%

Óxido de silicio, SiO2 20-25%

Óxido de aluminio, Al2O3 3-7%

Óxido de hierro, Fe2O3 2-5%

Trióxido de azufre, SO3 1-3%

Cemento Portland

De acuerdo con sus cualidades y usos, existen lossiguientes tipos de cemento Portland (NTC 30)


Tipo Características

1

Normal, que es el empleado en las obras de hormigón en general y es el más

utilizado en la construcción de pavimentos

1M

Destinado a obras de hormigón en general, pero que presenta resistencias

superiores a las del tipo I

2

Uso en obras de hormigón expuestas a la acción moderada de sulfatos y donde

se requiera moderado calor de hidratación

3 Cemento de alta resistencia inicial

4 Cemento que desarrolla bajo calor de hidratación

5 Cemento de alta resistencia a la acción de sulfatos

1A Tipo 1 al cual se adiciona un incorporador de aire

1MA Tipo 1 M al cual se adiciona un incorporador de aire



Los cementos 1M y 1MA no están especificados en la norma ASTM C150

Cemento Portland

CARACTERÍSTICAS QUÍMICAS Y FÍSICAS

Las características químicas y físicas del cemento

Portland deben satisfacer los requisitos indicados en la

norma ASTM C150

En la construcción del pavimento rígido se empleará

cemento Portland del Tipo 1 si los documentos del

proyecto no presentan indicación en contrario


Cemento Portland

REQUISITOS QUÍMICOS NORMALES PARA

CEMENTO PORTLAND TIPO 1 (ASTM C150)


Los ensayos se realizan de acuerdo con la norma ASTM C 114

Cemento Portland

REQUISITOS FÍSICOS NORMALES PARA

CEMENTO PORTLAND TIPO 1 (ASTM C150)



ENSAYOS PARA DETERMINAR LAS CARACTERÍSTICAS

FÍSICAS DEL CEMENTO PORTLAND

1. Finura

La hidratación de las partículas de cemento es lenta

y depende del diámetro de sus partículas

Cuanto más fino sea el cemento, mayor será la

cantidad de él que se hidrate, pues la superficie total

expuesta será mayor

Al hidratarse un porcentaje mayor de la masa del

cemento se obtendrá una mayor resistencia




1. Finura

Turbidímetro de Wagner Permeámetro de Blaine




1. Finura

1.1 Turbidímetro de Wagner (ASTM C115 – INV E-303)

Usa una celda fotoeléctrica para medir la intensidad de

un haz de luz que pasa a través de una suspensión de

partículas de cemento en un líquido (kerosén)

Mediante la ley de Stokes se puede determinar la

distribución del tamaño de las partículas y, a partir de

ella, la superficie específica del cemento




1. Finura

1.2 Permeámetro de Blaine (ASTM C204 – INV E-302)

Mide la permeabilidad al paso del aire de una capa de

cemento compactada en el permeámetro

El aire se hace pasar a través de la muestra mediante

succión, determinándose el tiempo que un líquido

normalizado demora en pasar entre dos marcas y, a partir

de él, se puede determinar la superficie específica del

cemento




2. Expansión al autoclave (ASTM C151 – INV E-304)

Ensayo que se realiza sobre la pasta (cemento+agua)

para establecer si el contenido de óxido de magnesio

puede ser peligroso para la estabilidad de las mezclas

que se hagan con el cemento

Una barra de pasta de cemento de 2.5*2.5*25 cm se

somete a vapor de agua a una presión de 20.7 kg/cm2

durante 3 horas y luego se mide el porcentaje de

aumento de longitud de la barra a causa de este proceso




2. Expansión al autoclave (ASTM C151 – INV E-304)




3. Tiempo de fraguado

El fraguado se refiere al paso de la mezcla del estado

fluido o plástico al estado sólido

En la práctica se utilizan los términos de fraguado

inicial y fraguado final para describir dos etapas del

fraguado definidas arbitrariamente

Para el control de calidad del cemento, los tiempos de

fraguado se determinan sobre la pasta de cemento





Método Gillmore Método Vicat





3.1 Método Gillmore (ASTM C266 – INV E-306)

Una muestra de pasta de consistencia normal se somete

periódicamente a la penetración de las agujas del aparato

Cuando una aguja de diámetro 1/12‖ y peso de ¼ libra deja

una pequeña huella en la pasta, pero no penetra en ella, se dice

que se produce el ―fraguado inicial‖

Cuando una aguja de diámetro 1/24‖ y peso de 1 libra no

penetra en la pasta, se dice que se produce el ―fraguado final‖





3.2 Método Vicat (ASTM C191 – INV E-305)

Una muestra de pasta de consistencia normal se somete

periódicamente a la penetración de una aguja de 1 mm de

diámetro y 300 gramos de peso, a diferentes tiempos

Cuando la aguja penetra 25 mm en 30 segundos, se dice que

ha transcurrido el tiempo de ―fraguado inicial‖

Cuando la aguja sólo deja una ligera huella en la pasta, se

dice que ha transcurrido el tiempo de ―fraguado final‖




4. Resistencia a compresión (ASTM C109 – INV E-323)

La resistencia mecánica del cemento endurecido es la

propiedad que resulta más obvia en cuanto a los requisitos

para usos estructurales

La medida de resistencia no se realiza sobre la pasta de

cemento puro, por cuanto se presentan dificultades de

moldeo que darían lugar a resultados muy dispersos

Por lo tanto, la medida se realiza sobre el mortero, es

decir una mezcla de agua, cemento y un agregado fino

específico, en proporciones normalizadas





El mortero de prueba está compuesto por una parte de

cemento y 2.75 partes de una arena silícea normalizada

(arena de Ottawa) con una gradación específica

La cantidad de agua en el mortero debe ser la necesaria

para producir una relación agua/cemento = 0.485

El mortero se coloca en moldes cúbicos de 50 mm de lado,

los cuales se mantienen 24 horas en una cámara húmeda y el

resto del tiempo los cubos se colocan sueltos en agua hasta el

día del ensayo




5. Contenido de aire del mortero (ASTM C185 – INV E-328)

La prueba tiene por finalidad determinar si se cumplen los

requisitos de aire incorporado, según el tipo de cemento que

se esté ensayando

El ensayo se realiza sobre un mortero elaborado con 1400

gramos de una arena estandarizada, 350 gramos de cemento y

una cantidad de agua tal, que produzca una fluidez de 87.5% ±

7.5% en la mesa de flujo




5. Contenido de aire del mortero (ASTM C 185 – INV E-328)

La prueba de fluidez se realiza colocando el molde de flujo

sobre la mesa de flujo y vertiendo dentro de él y compactando,

bajo condiciones normalizadas, una muestra del mortero con

determinada cantidad de agua

Después de compactado el mortero se retira el molde y se

somete la mesa a 10 impactos, girando la manivela que acciona

la excéntrica sobre la cual se apoya su plataforma, midiéndose

el incremento del diámetro inferior del mortero

Se hacen tanteos con diferentes contenidos de agua hasta

encontrar el que incrementa el diámetro en 87.5% ± 7.5%





Equipo para prueba

de fluidez

Molde para ensayo

de contenido de aire





Se llena el molde Se retira el moldeSe mide el aumento de

diámetro tras los golpes

PRUEBA DE FLUIDEZ





El mortero dosificado se coloca en 3 capas dentro de un

molde de 400 cm3, se enrasa y se pesa, determinándose el peso

neto del mortero (W)

Se calcula el contenido de aire:

P = porcentaje de agua en la mezcla, basado en la masa del

cemento usado

Agua

Su función es permitir la hidratación del cemento yhacer manejable la mezcla

Debe ser limpia y libre de cualquier sustancia perjudicialal pavimento terminado

En general, se considera adecuada el agua que sea aptapara el consumo humano


Características Límite

pH ≥ 5

Sustancias disueltas ≤ 15 g/l

Contenido de sulfatos (SO4) ≤ 1 g/l

Sustancias orgánicas solubles en éter ≤ 15 g/l

Contenido de ion cloro ≤ 6 g/l

Hidratos de carbono (azúcares) 0

REQUISITOS DEL AGUA PARA EL CONCRETO

Agregado fino

Fracción de agregado que pasa por el tamiz # 4

Puede provenir de arenas naturales o de la trituración degravas, rocas o escorias

Requisitos de calidad:

— Granulometría


Tamiz (mm) 9,5 4,75 2,36 1,18 0,6 0,3 0,15

% PASA 100 95-100 80-100 50-85 25-60 10-30 2-10

Agregado fino

Requisitos de calidad (cont.):

— Módulo de finura

→Permite estimar qué tan fina o gruesa es la arena

→Es la suma de los porcentajes retenidosacumulados en los tamices indicados en el cuadro decontrol granulométrico (9.5 mm hasta 0.15 mm)

→Su valor se usa en el diseño de las mezclas deconcreto


Agregado fino


— Contenido de sustancias perjudiciales



Terrones de arcilla y partículas deleznables ≤ 1 %

Material que pasa por el tamiz No. 200 ≤ 5 %

Cantidad de partículas livianas ≤ 0,5 %

Contenido de sulfatos (SO4) ≤ 1,2 %

—Reactividad con los álcalis del cemento: No debepresentar

— Equivalente de arena: ≥ 60 %

—Pérdida en ensayo de solidez ≤ 10 % (Na2SO4) ó ≤15 % (MgSO4)

Agregado fino


— No se permite el empleo de arena que en el ensayocolorimétrico para detección de materia orgánica (normade ensayo INV E-212) produzca un color más oscuro queel de la muestra patrón


Agregado grueso

Fracción de agregado retenida en el tamiz # 4

Puede ser grava natural o proceder de la trituración de

grava, roca u otro producto adecuado

Requisitos de calidad:

— Granulometría


— Partículas planas y alargadas (relación 5:1) ≤ 10 %

— Desgaste Los Ángeles ≤ 40 %

—Desgaste Micro Deval ≤ 30 %

Tamiz (mm) 57 50 37,5 25 19 12,5 9,5 4,75

% PASA AG 1 100 95-100 - 35-70 - 10-30 - 0-5

% PASA AG 2 - 100 95-100 - 35-70 - 10-30 0-5

Agregado grueso



—Pérdidas en ensayos de solidez ≤ 12% (Na2SO4)ó 18% ≤ (MgSO4)

— Contenido de sustancias perjudiciales

—No debe presentar reactividad con los álcalis delcemento


Terrones de arcilla y partículas deleznables ≤ 0,25 %

Cantidad de partículas livianas ≤ 0,50 %

Contenido de sulfatos (SO4) ≤ 1,00 %

Aditivos

Sustancias que se agregan al concreto para modificar omejorar una o más de sus características básicas

Los aditivos se pueden clasificar (ASTM C 494) en :

— Plastificantes, que permiten disminuir la cantidadde agua necesaria para obtener una determinadaconsistencia del hormigón.

— Retardadores, los cuales retardan el fraguado delconcreto


Aditivos (cont.)

—Acelerantes, que aceleran tanto el fraguado como laresistencia a temprana edad

— Plastificantes retardadores

— Plastificantes acelerantes

—Inclusores de aire (ASTM C1017), incrementan laresistencia ante ciclos de congelamiento ydeshielo y contribuyen en la trabajabilidad y laresistencia a los sulfatos y a la reacción sílice-álcalis


Existen otros productos no incluidos en la anteriorclasificación: impermeabilizantes, repelentes de agua,colorantes, superplastificantes, etc.

Aditivos


Adiciones

Las cenizas volantes (ASTM C618) se puedenincorporar en una mezcla de concreto con alguno de lossiguientes propósitos:

—Como material inerte, para corregir la carencia definos de la arena (adición)

—Como complemento del efecto ligante delcemento, que aporta resistencia al final del período,por el hecho de tener poder puzolánico en presenciade cal o de yeso (aditivo)


FACTORES QUE DETERMINAN

LA CALIDAD DEL CONCRETO

CURADO DEL

CONCRETO

Definición

Es el proceso de mantener un contenido de humedad

satisfactorio y una temperatura favorable en el cemento

durante un periodo de tiempo apropiado, de manera de

evitar la pérdida acelerada de agua (reducir la

fisuración) y garantizar la hidratación del cemento

(asegurar la resistencia)

CURADO DEL CONCRETO

EFECTO DE LAS CONDICIONES DE HUMEDAD DURANTE EL

CURADO Y EN EL INSTANTE DE FALLA, SOBRE LA RESISTENCIA

A LA COMPRESIÓN

CURADO DEL CONCRETO

MATERIALES PARA LA


ENSAYOS SOBRE LAS

MEZCLAS DE CONCRETO

ENSAYOS SOBRE LAS MEZCLAS DE CONCRETO

1. Composición

ENSAYOS PARA EL CONTROL DE CALIDAD Y

EL DISEÑO DE LA MEZCLA

1.1 Consistencia (ASTM C143 – INV E- 404)

Sirve para determinar variaciones en la uniformidad

entre las diferentes bachadas de una determinada

mezcla

También da una idea de la trabajabilidad y de la

facilidad de puesta en obra del concreto

La prueba no constituye una medida de resistencia,

de durabilidad o de comportamiento futuro


1. Composición



1.1 Consistencia (ASTM C143 – INV E-404)

Cono de consistencia de Abrams

1.2 Contenido de aire (ASTM C 231 – ASTM C 173)

El ensayo mide el contenido de aire total de una

mezcla de concreto fresco

No permite establecer el contenido de aire incluido,

que incide en la durabilidad del concreto endurecido

La prueba se realiza antes del vibrado y consolidación

del concreto en obra, lo que limita la representatividad

del resultado respecto de la durabilidad




1. Composición

1.2 Contenido de aire




1. Composición

Método de presión

(ASTM C-231 – INV E-406

Método volumétrico

(ASTM C173 – INV E-408)

2. Resistencia a la compresión (f’c) (ASTM C39 – INV E-410)

Es una medida universal de la calidad del concreto

No está muy relacionada con las condiciones de trabajo de un

pavimento rígido, dado que la relación entre los esfuerzos de

compresión del tránsito y la resistencia a la compresión del

concreto es muy pequeña para influir sobre el espesor de diseño

de las losas







2. Resistencia a la compresión (f’c) (ASTM C39)

3. Resistencia a la flexión sR (ASTM C78 – INV E-414)

Es el esfuerzo en la fibra extrema bajo la carga de rotura

Es el valor que se utiliza en el diseño de pavimentos rígidos,

debido a que la relación entre los esfuerzos de flexión

producidos por el tránsito y la resistencia a flexión del

concreto es alta, a menudo mayor de 0.50

El período de curado utilizado para determinar esta

resistencia es de 28 días en diseños para calles y carreteras y

de 90 días en diseños para pistas de aeropuertos




3. Resistencia a la flexión sR (ASTM C78 - INV E-414)

La resistencia a la flexión se determina mediante ensayos de

módulo de rotura sobre probetas prismáticas apoyadas en sus

extremos y aplicando dos cargas concentradas en los tercios

de la luz




3. Resistencia a la flexión σR (ASTM C78 – INV E-414)

La resistencia se determina mediante las expresiones:

2bd

PlRs

2

3

bd

PaRs

( Si la fractura se inicia en el tercio medio de la luz libre)

( Si la fractura se inicia fuera del tercio medio de la luz libre,

pero separada de él a una distancia ≤ 5% de la luz libre)

P = máxima carga aplicada

l = longitud libre entre apoyos

b = ancho promedio de la probeta

d = altura promedio de la probeta

a = distancia entre la línea de fractura y el apoyo más cercano




4. Ensayo de tensión sT

No se suele medir de manera directa

El ensayo usual es el de tracción indirecta sobre cilindrosnormales de concreto (ASTM C496 – INV E-411)

El ensayo tiene algunas ventajas de orden práctico respectodel método del módulo de rotura:

—Emplea probetas cilíndricas iguales a las usadas en elensayo a compresión

—No requiere aditamentos especiales para la máquina deensayo

—El valor σT correlaciona bastante bien con el σR




4. Ensayo de tracción indirecta sT (ASTM C496 – INV E-411)




DL

PT

s

2

P = carga máxima de ensayo

D = diámetro del cilindro

L = longitud del cilindro

Resistencia a flexión σR - Resistencia a compresión (f’c)

sR = 8.4 (f’c)0.5

sR, f’c en psi

sR = K (f’c)0.5

K = coeficiente que varía de 2.00 a 2.70sR, f’c en kg/cm2


CORRELACIONES ENTRE LAS DIFERENTES

MEDIDAS DE RESISTENCIA

Resistencia a tensión indirecta (σT) – Resistencia a

compresión (f’c)

sT = 6.7 (f’c) 0.5

σR, f’c en psi

Resistencia a flexión (σR) – Resistencia a tensión

indirecta (σT)

sR = 1.02 sT + 200 (en psi)


CORRELACIONES ENTRE LAS DIFERENTES

MEDIDAS DE RESISTENCIA

1. Módulo de elasticidad (Ec)

Representa la rigidez de la losa y su capacidad para

distribuir las cargas

Incide sobre las deflexiones, curvatura, esfuerzos y

deformaciones del pavimento rígido

Es un parámetro de la mayor importancia en los

programas de elementos finitos para el cálculo de

esfuerzos y deformaciones


ENSAYOS PARA ANÁLISIS MECANÍSTICO Y


1. Módulo de elasticidad (Ec)

Ec = 57000 (f’c)0.5

Ec = 33 (w) 1.5 (f’c)0.5

Donde:

Ec = módulo de Young (libras/pg2)

w = peso unitario del concreto (libras/pie3)

f’c = resistencia a la compresión (libras/pg2)




2. Coeficiente de expansión térmica

Los cambios de temperatura producen alabeos en

las losas que generan esfuerzos adicionales a los de

las cargas, los cuales se deben tener en cuenta para

definir el espaciamiento entre juntas, la abertura de

ellas y las necesidades de armadura




2. Coeficiente de expansión térmica

Valores propuestos por la FHWA:

—11.7*10-6/ °C para arenisca

—10.8*10-6/ °C para grava

—16.8*10-6/ °C para caliza




3. Coeficiente de contracción por secado

Se emplea para computar las aberturas de las juntas

transversales

—0.00080 cm/cm para concreto con σT menor de 300 psi

—0.00045 cm/cm para concreto con σT de 500 psi

—0.00020 cm/cm para concreto con σT mayor de 700 psi




4. Ensayo de fatiga sobre vigas sometidas a flexión

Se usan para determinar la vida a fatiga de las losas bajocarga repetida

n

R

f KN )(1s

s

Nf = número de repeticiones de carga hasta la falla

s = esfuerzo aplicado

sR = módulo de rotura

K1 , n = constantes de fatiga





Ecuaciones de la Portland Cement Association (1985):




ilimitadoN:45.0Para

4325.0

2577.4N:55.045.0Para

)(077.12737.11Nlog:55.0Para

f

268.3

f

f

R

R

R

RR

s

s

s

ss

s

s

s

s

s

MATERIALES PARA LA


DISEÑO DE MEZCLAS

DE CONCRETO

HIDRÁULICO PARA

PAVIMENTOS

DISEÑO DE MEZCLAS DE CONCRETO

HIDRÁULICO PARA PAVIMENTOS

Objetivo

Determinar la combinación de agregados pétreos (grueso y

fino), cemento Portland, agua y eventuales aditivos que den

lugar a una mezcla económica que en estado fresco presente

una manejabilidad apropiada y en estado endurecido presente

la resistencia y la durabilidad requeridas

Una mezcla típica de concreto para pavimento está

compuesta por 60-75% de volumen de agregados y 25-40%

de volumen de pasta (cemento, agua y aire)



Datos requeridos para el diseño

1. Agregados pétreos

—Granulometría de los agregados grueso y fino

—Tamaño máximo nominal del agregado grueso

—Módulo de finura del agregado fino

—Peso específico aparente y absorción

—Peso unitario seco y apisonado

—Humedad antes de realizar la mezcla

2. Agua

—Peso específico (usualmente 1000 kg/m3)



Datos requeridos para el diseño (cont.)

3. Cemento Portland

—Peso específico

4. Aditivos

—Peso específico

5. Características de elemento por construir

—Tipo de elemento

—Dimensiones



Datos requeridos para el diseño (cont.)

6. Resistencia de diseño

—Resistencia a flexión (normalmente a 28 días)

7. Calidad del control de ejecución de la mezcla

—Uniformidad de elaboración, medida por la

desviación estándar (S) de la resistencia o por el

coeficiente de variación (V)

8. Condiciones de exposición del elemento

—En contacto con el agua

—Bajo condiciones de congelamiento y deshielo



Pasos del diseño de la mezcla

1. Selección del asentamiento (slump)

2. Selección del tamaño máximo nominal del agregado

3. Estimación del contenido de agua de la mezcla

4. Determinación del volumen de aire atrapado en la mezcla

5. Determinación de la resistencia de dosificación

6. Selección de la relación agua/cemento (A/C)

7. Cálculo de la cantidad requerida de cemento

8. Calculo de la cantidad de cada agregado

9. Ajuste de cantidades por humedad de los agregados

10. Determinación de las proporciones iniciales

11. Elaboración de mezcla de prueba y verificación del slump

12. Verificación de la resistencia de la mezcla





—Se escoge de acuerdo con las características de la obra

por construir

Tipo de construcciónMáximo Slump

(mm)

Mínimo Slump

(mm)

Fundaciones reforzadas 75 25

Fundaciones de concreto simple, caissons 75 25

Vigas y muros reforzados 100 25

Columnas 100 25

Pavimentos y losas 75 25

Construcciones voluminosas 75 25





—Se recomienda que no sea mayor de 1/3 del espesor del

pavimento por construir


—La cantidad de agua requerida depende del

asentamiento deseado y del tamaño máximo nominal del

agregado y teniendo en cuenta si el concreto se elaborará

con aire incluido o no





CONCRETO SIN AIRE INCLUIDO*

Agua aproximada en la mezcla (kg/m3) según el tamaño máximo nominal del agregado

Slump (mm) 9.5 mm 12.5 mm 19 mm 25 mm 37.5 mm 50 mm 75 mm 150 mm

25 a 50 207 199 190 179 166 154 130 113

75 a 100 228 216 205 193 181 169 145 124

150 a 175 243 228 216 202 190 178 160 -

Más de 175 - - - - - - - -

* Existe una tabla similar para el caso de una mezcla de concreto con aire incluido






CONCRETO SIN AIRE INCLUIDO

Cantidad aproximada de aire atrapado (%)

Slump

(mm)9.5 12.5 19 25 37.5 50 75 150

Todos 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.3 0.2





—El diseño estructural del pavimento debe especificar, en

la memoria de cálculo, una resistencia de diseño a la

flexión o módulo de rotura (MRd)

—Debido a las variaciones que se producen en la

elaboración, transporte, colocación, compactación y

curado de la mezcla en obra, ésta debe ser dosificada para

alcanzar una resistencia promedio ( ) superior a la

resistencia del diseño estructural del pavimento

MR




5. Determinación de la resistencia de dosificación (cont.)

—Si se dispone de suficientes datos estadísticos sobre las

características de la mezcla y sobre los procedimientos de

colocación y curado, el se estima con la expresión:

C*S*0.842MRdMR MR

MR

Siendo:

SMR = desviación estándar del módulo de rotura de la mezcla

C = coeficiente de modificación, que depende del número de

resultados (n) con base en el cual se estableció SMR




5. Determinación de la resistencia de dosificación (cont.)

—Cuando no hay datos estadísticos sobre la calidad de la

mezcla o se reconoce que su uniformidad es deficiente:

MRd*25.1MR

—Es recomendable hacer los cálculos con las dos

expresiones y utilizar el menor valor obtenido de MR




6. Determinación de la relación agua/cemento (A/C)

—Tanto la resistencia como la durabilidad del concreto

dependen de esta relación

—Existen relaciones empíricas entre A/C y la resistencia a

compresión del concreto a 28 días

—Debido a que las mezclas de concreto para pavimentos

rígidos se diseñan a la flexión, es necesario emplear alguna

correlación confiable entre estas dos resistencias




6. Determinación de la relación agua cemento (A/C)

Relación entre A/C y la resistencia a compresión del concreto

Resistencia a compresión a 28 días

(MPa)

Relación A/C por peso

(Concreto sin aire incluido)

40 0.42

35 0.47

30 0.54

25 0.61

20 0.69

15 0.79





6. Determinación de la relación agua cemento (A/C) (cont.)

Máxima relación A/C permisible para concretos bajo condiciones severas de exposición

Tipo de estructura

Estructura expuesta

continuamente al agua dulce

y/o a ciclos de congelamiento

y deshielo

Estructura expuesta

al agua del mar o a

sulfatos

Secciones delgadas y otras secciones que

presenten una cobertura de concreto de

menos de 25 mm sobre el acero de refuerzo

0.45 0.40

Todas las demás estructuras 0.50 0.45

—La relación A/C determinada por resistencia debe ser

verificada por durabilidad si la obra va a estar sometida a

condiciones ambientales severas, debiendo escogerse la

menor de las dos relaciones A/C obtenidas





A/C

)(kg/mAgua)(kg/m Cemento

33

—Si se van a emplear adiciones puzolánicas o aditivos, se

indica su cantidad, como porcentaje del peso del cemento,

según las recomendaciones del proveedor

—Se determina a partir de la cantidad de agua (paso 3) y de

la relación A/C (paso 6)

)(kg/m 3,150

)(kg/mCemento)/m(m Cemento

3

333




8. Cálculo de la cantidad de cada agregado

—Una tabla permite determinar el volumen de agregado

grueso seco y apisonado (Vagp) por unidad de volumen de

concreto, en función del tamaño máximo nominal y el

módulo de finura del agregado fino

—Se entiende que los agregados grueso y fino cumplen las

granulometrías indicadas en la norma ASTM C 33





Volumen de agregado grueso seco y apisonado por unidad de volumen de concreto (Vagp)

Tamaño máximo

nominal del

agregado (mm)

2.40 2.60 2.80 3.00

9.5 0.50 0.48 0.46 0.44

12.5 0.59 0.57 0.55 0.53

19 0.66 0.64 0.62 0.60

25 0.71 0.69 0.67 0.65

37.5 0.75 0.73 0.71 0.69

50 0.78 0.76 0.74 0.72

75 0.82 0.80 0.78 0.76

150 0.87 0.85 0.83 0.81





—A partir del valor obtenido en la tabla se determina el

volumen necesario de agregado grueso en la mezcla (Vag):

—Se calcula el peso del agregado grueso por unidad de

volumen de mezcla (Wag):

Wag = Vag * peso específico aparente agregado grueso*1,000

1,000*gruesoagregadoaparenteespecíficoPeso

)(kg/mapisonadounitarioPeso*VV

3

agpag





—Se calcula el volumen de agregado fino por unidad de

volumen de mezcla (Vaf):

Vaf = 1 – Vag – Vcemento – Vagua - Vaire

Waf = Vaf * peso específico aparente agregado fino*1,000

—Se calcula el peso del agregado fino por unidad de

volumen de mezcla (Wagf):





—Debido a que los cálculos se realizan suponiendo

agregados secos y no absorbentes, la cantidad neta de

agua y de agregados por incluir en la mezcla se debe

ajustar en función de la humedad de éstos en el momento

de la mezcla y de sus características de absorción





100

)naturalhumedad(absorción1xWajustadoW

agag

agag

100

)naturalhumedad(absorción1xWajustadoW afaf

afaf

)Wajustado(W)Wajustado(WWajustadoW afafagagaguaagua





—Se expresan las cantidades iniciales de cemento,

agregado fino y agregado grueso de manera proporcional,

tomando como referencia el peso del cemento:

(A/C) : 1 (cemento) : AF : AG

)/(

)/(

)/(

)/(

3

3

3

3

mkgW

mkgWAG

mkgW

mkgWAF

cemento

ag

cemento

af

Siendo:




11. Elaboración de mezcla de prueba y verificación del slump

—Con las proporciones iniciales calculadas se elabora

una mezcla de prueba y se verifica si ella cumple el

requisito de asentamiento

—En caso de no cumplirlo, se deben efectuar ajustes a

las proporciones de ingredientes hasta lograr su

cumplimiento




12. Verificación de la resistencia de la mezcla

—Hecho el ajuste por asentamiento (si hubo lugar a él) se

elaboran vigas de prueba que se curan por el procedimiento

normalizado y se rompen por flexión a 28 días

—Si la resistencia obtenida difiere sustancialmente de la de

dosificación ( ), se deben ajustar los contenidos de agua,

cemento y agregados, sin afectar la durabilidad

—El ajuste se debe hacer variando las cantidades de

cemento y agregado fino para obtener una nueva relación

A/C, pero dejando constantes las cantidades de agua y

agregado grueso para mantener el asentamiento (slump)

MR



Ejemplo de diseño

Datos agregados pétreos

—Tamaño máximo nominal del agregado grueso = 50 mm

—Módulo de finura del agregado fino = 2.80

—Peso específico aparente agregado grueso = 2.60

—Absorción agregado grueso = 2.0 %

—Humedad natural agregado grueso = 1.0 %

—Peso específico aparente agregado fino = 2.66

—Absorción agregado fino = 4.0 %

—Humedad natural agregado fino = 1.0 %



Ejemplo de diseño (cont.)

Datos cemento

—Peso específico = 3.15

Datos del concreto

—Asentamiento (slump) = 50 mm

—MRd = 3.7 MPa

—Desviación estándar en MR en obra = 0.5 MPa

—Coeficiente de modificación = 1.08 (20 datos)

—Concreto sin aire incluido

—El pavimento estará sometido a condiciones ambientales

normales



Ejemplo de diseño (Solución)

—El valor elegido, 50 mm, se encuentra en el promedio

del rango admisible para mezclas de pavimentos rígidos



—El tamaño máximo elegido, 25 mm, es inferior a la

tercera parte del espesor de diseño de las losas





CONCRETO SIN AIRE INCLUIDO*

Agua aproximada en la mezcla (kg/m3) según el tamaño máximo nominal del agregado

Slump

(mm)9.5 mm 12.5 mm 19 mm 25 mm 37.5 mm 50 mm 75 mm 150 mm

25 a 50 207 199 190 179 166 154 130 113

75 a 100 228 216 205 193 181 169 145 124

150 a

175243 228 216 202 190 178 160 -

Más de

175- - - - - - - -





CONCRETO SIN AIRE INCLUIDO

Cantidad aproximada de aire atrapado (%)

Slump (mm) 9.5 12.5 19 25 37.5 50 75 150

Todos 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.3 0.2




C*S*0.842MRdMR MR


aprox.)psi (590 MPa 4.151.08*0.5*0.8423.7MR

Opción 1:

Opción 2:

MRd*25.1MR

aprox.) psi (660 MPa 4.6 3.7*25.1MR

Se adopta el menor de los dos (590 psi)





—Para establecer la relación A/C se debe conocer la

resistencia a compresión de diseño a 28 días

—Como las mezclas de concreto para pavimentos rígidos

se diseñan a la flexión, es necesario estimar la resistencia

a compresión con alguna correlación confiable:

MR = 8.4 (f’c)0.5 (valores en psi)

f’c = (MR/8.4)2 = (590/8.4)2 = 4,930 psi (35 MPa aprox.)





Relación entre A/C y la resistencia a compresión

del concreto

Resistencia a compresión

a 28 días

(MPa)

Relación A/C por peso

(Concreto sin aire

incluido)

40 0.42

35 0.47

30 0.54

25 0.61

20 0.69

15 0.79




33

3 kg/m380.850.47

179

A/C

)(kg/mAgua)(kg/m Cemento


33

3

333 /mm0.121

3150

380.85

)(kg/m 3150

)(kg/mCemento)/m(m Cemento





Volumen de agregado grueso seco y apisonado por unidad de volumen de concreto

(Vagp)

Tamaño máximo nominal del agregado (mm) 2.40 2.60 2.80 3.00

9.5 0.50 0.48 0.46 0.44

12.5 0.59 0.57 0.55 0.53

19 0.66 0.64 0.62 0.60

25 0.71 0.69 0.67 0.65

37.5 0.75 0.73 0.71 0.69

50 0.78 0.76 0.74 0.72

75 0.82 0.80 0.78 0.76

150 0.87 0.85 0.83 0.81




1,000*gruesoagregadoaparenteespecíficoPeso

)(kg/mapisonadounitarioPesoxVV

3

agpag

8. Cálculo de la cantidad de agregado grueso

33

ag /mm0.4641,000*2.60

1800x0.67V

Wag = 0.464 * 2.60*1,000 = 1,206 kg/m3




8. Cálculo de la cantidad de agregado fino

Vaf = 1 – Vag – Vcemento – Vagua - Vaire

Vaf = 1 – 0.464 – 0.121 – 0.179 – 0.005 = 0.231 m3/m3

Waf = 0.231 * 2.66*1,000 = 614.46 kg/m3




100

)naturalhumedad(absorción1xWajustadoW

agag

agag


3

ag kg/m1,218100

1)(21x1,206ajustadoW




100

)naturalhumedad(absorción1xWajustadoW afaf

afaf


3

af kg/m633100

1)(41x614.46ajustadoW




)Wajustado(W)Wajustado(WWajustadoW afafagagaguaagua


3

agua kg/m 209.5 614.46)(6331,206)(1,218791ajustadoW





—De acuerdo con los cálculos, se requieren las siguientes

cantidades de ingredientes por metro cúbico de concreto:

—Cemento = 380.85 kg

—Agregado fino = 633 kg

—Agregado grueso = 1218 kg

—Expresando los resultados proporcionalmente al peso

del cemento, se tiene:

(A/C) : 1 (cemento) : AF : AG

(0.47) : 1 : 1.66 : 3.20

MATERIALES REQUERIDOS PARA LA


OTROS MATERIALES

Pasadores (varillas de transferencia de carga)

Constituidos por barras lisas de acero redondo y

liso, grado 40, que cumplan las exigencias de la

norma ASTM A 615 (AASHTO M 31)

Se colocan en las juntas transversales y deben ser

revestidas en 2/3 de su longitud con una película fina

de un producto adecuado, para evitar su adherencia al

concreto y no coartar su deslizamiento dentro de la

losa

ACERO

Varillas de unión

Se colocan en las juntas longitudinales para evitar

el desplazamiento relativo de losas de carriles

vecinos

Deben ser corrugadas, de grado 60 y cumplir las

exigencias de la norma ASTM A 615 (AASHTO

M31)

ACERO

Refuerzo en las losas

Se emplea para armar los pavimentos de concreto

reforzado

Puede consistir en malla de alambre de acero de

refuerzo soldado (AASHTO M 55) o emparrillado

de varillas de acero (AASHTO M 54)

ACERO

ACERO

Pasadores

Varillas de unión

Refuerzo

PRODUCTOS QUE MANTIENEN UN MEDIO HÚMEDO MEDIANTE

LA APLICACIÓN CONTINUA O FRECUENTE DE AGUA

Esteras de algodón AASHTO M 73

Brin de yute o kenaf AASHTO M 182

PRODUCTOS SELLANTES QUE EVITAN LA PÉRDIDA DE AGUA

Papel impermeable AASHTO M 171

Polietileno blanco ASTM C 171

Compuestos líquidos de curado AASHTO M 148

MATERIALES PARA CURADO

1. Para vertido en caliente

Elástico a base de asfalto polimérico ASTM D1190

Polimérico de bajo módulo ASTM D3405

Elastómero PVC alquitrán de hulla ASTM D3406

2. De un solo componente para aplicación en frío

Silicona ASTM D5893

SELLANTE PARA LAS JUNTAS

MATERIALES MÁS COMUNES PARA EL SELLADO DE JUNTAS

3. De dos componentes para aplicación en frío

Polímeros elastoméricos SS - S 200

4. Sellantes premoldeados

Policloropreno elastomérico ASTM D2628

Premoldeado asfáltico ASTM D994

Premoldeado no bituminoso, elástico, no extruídoASTM D1752

5. Lubricantes

Lubricante para sellante premoldeado ASTM D2835


MATERIALES MÁS COMUNES PARA EL SELLADO DE JUNTAS


SELLANTE PREMOLDEADO

(ASTM D 2628)SELLANTE DE SILICONA

CORDÓN DE RESPALDO

Se emplea cuando la junta se sella con silicona

Debe ser antiadherente con la silicona e impedir la

adhesión de ella a la superficie inferior de la junta

Debe cumplir los requisitos del Tipo 3 de la norma

ASTM D 5249

Cordón


ARTICULADOS

MATERIALES PARA

PAVIMENTOS

ARTICULADOS


ARTICULADOS

Arena para capa de soporte

Preferentemente de origen aluvial, de partículas duras,

no plástica y libre de sustancias objetables

Equivalente de arena ≥ 60 %

Granulometría, según requerimientos de ASTM C 33:


ARTICULADOS

Adoquines de concreto

Resistencia a compresión promedio por muestra ≥ 55

MPa (8,000 psi), sin valores individuales menores de 50

MPa (7,200 psi) (ASTM C 936)

ICONTEC exige un módulo de rotura promedio por

muestra ≥ 4.5 MPa , sin valores individuales menores de

3.6 MPa (NTC 2017)

Absorción de agua < 5.0 % (ASTM C 140)

Si se emplean pigmentos, deberán satisfacer los

requisitos de la norma ASTM C 979


ARTICULADOS

Adoquines de ladrillo (ASTM C 1272)

Resistencia a compresión promedio por muestra de 5

ladrillos ≥ 69 MPa (10,000 psi), sin valores individuales

menores de 61 MPa (8,800 psi) (ASTM C 936)

Carga de rotura promedio por muestra de 5 ladrillos ≥

83 kN/mm (475 lb/pg) , sin valores individuales menores

de 58 kN/mm (333 lb/pg)

Absorción de agua promedio por muestra ≤ 5.0 % sin

valores individuales mayores de 7 % (ASTM C 140)


ARTICULADOS

Arena para sello de juntas

Puede ser natural o manufacturada, libre de sustancias

objetables

Granulometría, según requerimientos de ASTM C 144:

VARIABILIDAD EN LOS

SISTEMAS DE PAVIMENTOS

CONTENIDO

Ejemplos de la variabilidad que afecta a los

pavimentos

Variabilidad en el comportamiento del pavimento

Variabilidad en los resultados de los ensayos de

laboratorio

Variabilidad en las propiedades de los suelos de

subrasante

Variabilidad en los espesores de las capas del

pavimento

CONTENIDO

(continuación)

Variabilidad en la compactación de las capas

inferiores

Variabilidad en los parámetros de los materiales y de

las mezclas

Variabilidad en los parámetros del tránsito

Variabilidad en el pavimento construido

Aplicaciones de la variabilidad en los sistemas de

pavimentos

VARIABILIDAD EN LOS


La palabra ―pavimento‖ es sinónimo de variabilidad

La variabilidad es inevitable y su magnitud y su

tendencia inciden en todos los asuntos ligados con la

ingeniería de pavimentos:

—Desarrollo de las guías de diseño

—Elaboración de los estudios para el diseño

—Especificaciones de construcción

—Control de la construcción

—Evaluación del comportamiento en servicio

VARIABILIDAD EN LOS


EJEMPLOS DE LA

VARIABILIDAD QUE

AFECTA A LOS

PAVIMENTOS

INCERTIDUMBRE EN LOS DATOS DE ENTRADA PARA

EL DISEÑO

EJEMPLOS DE LA VARIABILIDAD QUE

AFECTA A LOS PAVIMENTOS

VARIABILIDAD EN LAS PROPIEDADES DE LOS MATERIALES Y

EN LA CALIDAD DE LA CONSTRUCCIÓN

VARIACIÓN EN LA RESISTENCIA A COMPRESIÓN DE NÚCLEOS DE

PAVIMENTO RÍGIDO TOMADOS A INTERVALOS DE 30 METROS.

EJEMPLOS DE LA VARIABILIDAD QUE

AFECTA A LOS PAVIMENTOS

VARIABILIDAD EN LOS SISTEMAS DE PAVIMENTOS

VARIABILIDAD EN EL

COMPORTAMIENTO

DEL PAVIMENTO

FACTORES QUE GENERAN VARIABILIDAD EN

EL COMPORTAMIENTO DEL PAVIMENTO

Incertidumbre en los datos de entrada para el diseño

Variabilidad en la composición y propiedades físicas

de los materiales utilizados y en la práctica constructiva

Variabilidad en el comportamiento del pavimento en

servicio

VARIABILIDAD EN EL COMPORTAMIENTO

DEL PAVIMENTO

La variabilidad en el comportamiento es el resultado

de las variaciones en el diseño del pavimento, en las

propiedades de los materiales y en la calidad de la

construcción

VARIACIONES DE COMPORTAMIENTO DE SECCIONES IDÉNTICAS DE

PAVIMENTOS RÍGIDOS, CONSTRUIDOS BAJO CONDICIONES SIMILARES

Sección Edad

(años)

N

(106)

PSI Escalonamiento

(pulgadas)

Agrietamient

o

Pies/milla

Juntas

deterioradas

por milla

1 18 5 4.2 0.11 0 0

2 18 5 4.0 0.05 0 0

3 18 5 3.4 0.25 0 0

4 22 5 3.8 0.06 950 1

5 22 5 3.6 0.10 1162 0


DEL PAVIMENTO

Las diferencias entre los valores asumidos para los

―inputs‖ de diseño y los valores reales de ellos, se

reflejan en aumentos o disminuciones en la vida del

pavimento, según el sentido de esas diferencias

Las variaciones en los parámetros relacionados con

la calidad de la construcción se pueden asociar con

diferentes deterioros y con variaciones indeseables en

la rugosidad del pavimento

La adaptabilidad del método de diseño utilizado

contribuye en las variaciones de comportamiento

IMPACTO DE LA VARIABILIDAD EN EL

COMPORTAMIENTO DE LOS PAVIMENTOS


DEL PAVIMENTO

Desviación estándar Coeficiente de variación

Se expresa en las mismas unidades de la serie

Se expresa en valor porcentual


DEL PAVIMENTO

MEDIDAS DE LA VARIABLIDAD

CASI TODOS LOS FACTORES MEDIBLES EN EL DISEÑO,

CONSTRUCCIÓN Y COMPORTAMIENTO DE LOS PAVIMENTOS,

PRESENTAN ALGÚN GRADO DE ALEATORIEDAD

Variabilidad en los resultados de los ensayos de laboratorio

Variabilidad en las características de los suelos de subrasante

Variabilidad en los espesores de las capas del pavimento

Variabilidad en la compactación de las diferentes capas

Variabilidad en los parámetros de las mezclas

Variabilidad en las cargas del tránsito

Variabilidad en el pavimento construido


DEL PAVIMENTO


VARIABILIDAD EN

LOS RESULTADOS DE

LOS ENSAYOS DE

LABORATORIO

VARIABILIDAD EN LOS RESULTADOS

DE LOS ENSAYOS DE LABORATORIO


VARIABILIDAD EN LAS

PROPUIEDADES DE

LOS SUELOS DE

SUBRASANTE

VARIABILIDAD EN LAS PROPIEDADES

DE LOS SUELOS DE SUBRASANTE


VARIABILIDAD EN LOS

ESPESORES DE LAS

CAPAS DEL PAVIMENTO

VARIABILIDAD EN LOS ESPESORES DE

LAS CAPAS DEL PAVIMENTO


VARIABILIDAD EN LA

COMPACTACIÓN DE

LAS CAPAS INFERIORES

VARIABILIDAD EN LA COMPACTACIÓN

DE LAS CAPAS INFERIORES DE PAVIMENTO

CAPA S(%) CV (%) FUENTE

GRANULAR 2,0 - 3,5 - Yoder y Witczak

RELLENOS, SUBRASANTE 2,0 - 7,5 - Yoder y Witczak

DENSIDAD SECA (GRANULAR) - 2,6 Stubstad y otros

DENSIDAD SECA (SUBRASANTE) - 4 ó - Stubstad y otros


VARIABILIDAD EN LOS

PARÁMETROS DE LOS

MATERIALES Y DE LAS

MEZCLAS

VARIABILIDAD EN LOS PARÁMETROS

DE RESISTENCIA

VARIABILIDAD EN LOS PARÁMETROS

DEL CONCRETO ASFÁLTICO

VARIABILIDAD EN LOS PARÁMETROS DE

LAS MEZCLAS DE CONCRETO HIDRÁULICO


VARIABILIDAD EN

LOS PARÁMETROS

DEL TRÁNSITO

VARIABILIDAD EN LOS

PARÁMETROS DEL TRÁNSITO


VARIABILIDAD EN EL

PAVIMENTO

CONSTRUIDO

VARIABILIDAD EN EL PAVIMENTO CONSTRUIDO


APLICACIONES DE LA

VARIABILIDAD EN

LOS SISTEMAS DE

PAVIMENTOS

APLICACIONES DE LA VARIABILIDAD

Aplicaciones

Optimización del muestreo y ensayo

Aplicación en el diseño estructural del pavimento

Uso de ensayos de hipótesis para aceptación o

rechazo

Desarrollo de especificaciones de construcción con

orientación estadística


EN LOS SISTEMAS DE PAVIMENTOS

1. Optimización del muestreo y ensayo

La precisión en la estimación del valor de una

determinada variable aumenta cuando se incrementa el

número de ensayos para determinarla

La diferencia entre los valores promedio de una

muestra y de una población x- se denomina límite

de precisión (R)




―R‖ representa el rango dentro del cual se encuentra el

valor real de la propiedad evaluada a partir del valor

promedio obtenido con la ejecución de ―n‖ ensayos, para

un nivel de confianza igual a 100 (1-a), siendo a la

probabilidad de que la medida iguale o exceda el valor

límite especificado.

―a‖ se obtiene en las tablas de áreas bajo la curva de

distribución normal (si s de la población es conocida) o

bajo curvas de distribución t (si s de la población es

desconocida)




Intervalos de confianza para el promedio de una distribución de datos





Si por experiencia se sabe que la desviación estándar(s) del CBR de un suelo típico de una región es 2.6,determinar el número de ensayos de resistencia porrealizar en un proyecto sobre ese suelo, con un límitede precisión de +- 2% y un nivel de confianza de90%




Solución

Como s es conocido (2.5) y el intervalo de confianzaes de dos lados, se emplea la fórmula 3.5.1

La ecuación puede igualarse así:

R = x- = K a /2 * (s/(n)1/2) = 2




Solución

Como el nivel de confianza es de 90% = 100(1-a), seobtiene que a = 0.1 y a/2=0.05

En la tabla 3.5.2 (distribución normal) se encuentra queK a/2 = 1.645. El valor de K a/2 representa el número deveces que se debe contemplar la desviación estándarpara lograr un determinado grado de confiabilidad

K a/2 * (s/(n)1/2) = 1.645(2.6/(n)1/2) = 2

n = 4.57 (5 ensayos)

2. Diseño estructural de pavimentos

La confiabilidad en el diseño ( R ), es la probabilidad

de que el pavimento cumpla la función prevista dentro

de su vida útil bajo las condiciones de entorno que

tienen lugar en ese lapso. En otras palabras, que sea

capaz de soportar un número de cargas mayor que el

previsto en el diseño, sin fallar




Confiabilidad (R%)=100 Probabilidad (Nt> =NT)

Donde:

Nt = número de ejes equivalentes que llevan el

pavimento a su serviciabilidad final

NT = número de ejes equivalentes que realmente

actúan sobre el pavimento durante su periodo de

diseño




El comportamiento del pavimento (indicado por Nt)

se estima mediante relaciones empíricas que no son

exactas

La predicción del tránsito (representado por NT)

también está sujeta a muchas fuentes de error




Estas variables (Nt y NT) no se consideran

normalmente distribuidas, pero su distribución

logarítmica sí:

Confiabilidad (R%) =100 Probabilidad (log Nt >= log NT)

=100 Probabilidad (log Nt - log NT ) >= 0 = 100P (D>=0)

D = log Nt - log NT




Como las variables (log Nt) y (log NT ) son probabilísticas

y tienen una distribución normal, D también la tendrá y

Si D = 0

Si = log FR, FR = 10 –zR(SD)

FR = valor por el cual se debe multiplicar el tránsito estimado

para obtener el valor de tránsito que se debe utilizar para

diseñar el pavimento con la confiabilidad deseada

D

RS

DDZ

-

D

RS

DZ

-

D





Para diferentes niveles de confiabilidad y desviación estándar,encontrar los valores de tránsito para el diseño de espesores, siel tránsito previsto durante el periodo de diseño es 106

repeticiones de la carga equivalente

Confiabilidad

deseada

ZR SD FR Tránsito para el

cálculo de

espesores

0,3 1,0 106

0,5 1,0 106

0,3 1,8 1.79x106

0,5 2,6 2.63x106

0,3 2,4 2.42x106

0,5 4,4 4.37x106

50

80

90

0

0,84

1,28



3. Uso de ensayos de hipótesis para la aceptación o rechazo

Definiciones

Decisiones estadísticas

Decisiones que se toman sobre poblaciones a partir deinformación muestral de las mismas

Hipótesis estadísticas

Supuestos, que pueden ser o no ciertos, acerca de laspoblaciones que se estudian, basados en lasdistribuciones de probabilidad de las muestras de estaspoblaciones




Definiciones

Hipótesis nula

Es la descripción de la suposición que se desearechazar o invalidar a través de un procedimientoestadístico. Se denota por Ho

Hipótesis alternativa

Descripción de la suposición que difiere de la hipótesisdada. Se denota por HA




Definiciones

Ensayos de hipótesis y significación

Son procedimientos que permiten decidir si una hipótesisse acepta o se rechaza o determinar si las muestrasconsideradas difieren significativamente de los resultadosesperados

Error estadístico

Es la probabilidad que existe de aceptar o rechazar unahipótesis cuando debería ser rechazada o aceptada, porerrores en los ensayos muestrales




Definiciones

Error estadístico de tipo I

Es el que se comete cuando se rechaza una hipótesiscuando debería ser aceptada

En las obras de pavimentos se presenta cuando unmaterial o una construcción aceptable son rechazadoscomo si no fueran satisfactorios

Este es el riesgo del constructor y se puede traducir enremociones innecesarias y en la reconstrucción desecciones de pavimento




Definiciones

La probabilidad de cometer un error de tipo I sedenomina nivel de significación, a, de un ensayo dehipótesis (riesgo a)

Dicha probabilidad se debe fijar previamente a laejecución del ensayo, con el fin de que no influya en ladecisión de rechazo de la hipótesis. En la práctica, sefijan valores de a entre 1 y 5%

Decir, por ejemplo, que una hipótesis ha sidorechazada al nivel de significación del 0.05, indica quese puede cometer un error con una probabilidad de 5%




Definiciones

Error estadístico de tipo II

Es el que se comete al aceptar una hipótesis cuandodebería ser rechazada. En las obras de pavimentos sepresenta cuando un material deficiente o una obra deconstrucción inaceptable se reciben comosatisfactorios

Este es el riesgo de la entidad contratante y se puedetraducir en costos adicionales de mantenimiento yfallas prematuras del pavimento

La probabilidad de contener un error de este tipo sedefine como riesgo b y oscila entre 0.05 y 0.10




Definiciones

Reglas de decisión del ensayo de hipótesis o significación

a) Se rechaza la hipótesis nula si el valor de estadísticoempleado para determinar la validez de la hipótesiscae fuera del rango a fijado. Es decir, el estadísticomuestral observado es significativo al nivel del apredeterminado

b) Se acepta la hipótesis nula si el valor del estadísticocalculado cae dentro del rango a fijado




Definiciones

Ensayos de una y dos colas

La clasificación de los ensayos depende delplanteamiento de la hipótesis

Si pretende demostrar la factibilidad de los extremos aambos lados de la media, dicho ensayo es de dos colasen la distribución, es decir, es bilateral

Por el contrario, si solo se aspira evaluar en una soladirección de la media o de la proporción, será de unacola o unilateral



VALORES DE Z PARA ALGUNOS NIVELES DE SIGNIFICACIÓN PARA ENSAYOS DE UNA Y

DOS COLAS

Nivel de significación 0.1 0.05 0.01

Valores críticos de z para una cola ± 1.28 ± 1.65 ± 2.33

Valores críticos de z para una cola ± 1.65 ± 1.96 ± 2.58




Ensayo de hipótesis sobre la media de una población para muestras grandes (n>30)




Ejemplo No. 1 de ensayo de hipótesis para muestras grandes

La deflexión media de un sector de pavimento (Xm),medida el año anterior, fue 40 centésimas de milímetro

Este año se realizaron 35 medidas de deflexión al azaren el mismo sector, obteniéndose = 42.1 (0.01 m) y s= 13.85 (0.01 mm)

Probar la hipótesis de que la deflexión media actual detodo el sector sea 40 (0.01 mm), contra la alternativade que sea mayor de 40 (0.01 mm), con un nivel designificación, a = 0.05 (Ho: = 40; Ha: > 40)

x




Solución al Ejemplo No. 1 de ensayo de hipótesis para muestras grandes

Usando a = 0.05, se se rechazará la hipótesis nula para este ensayo de una cola si z > za = z 0.05, es decir si z > 1.65, como lo muestra la figura





Como z < za , el valor no cae en la región de rechazo y, portanto, no se rechaza Ho

Es decir, que no hay evidencia suficiente, con 95% deconfianza, para concluir que la deflexión media actual delpavimento sea mayor de 40 (0.01 mm). Se requeriría unamuestra de mayor tamaño para evaluar si Xm actual > 40 (0.01mm) si, en efecto, este fuera el caso




Ejemplo No. 2 de ensayo de hipótesis para muestrasgrandes

Un constructor debe elaborar una mezcla asfáltica conun porcentaje medio de 5% de asfalto, según la fórmulade trabajo establecida

Debido a posibles desajustes en la planta, losporcentajes de asfalto en la mezcla comenzaron amostrar fluctuaciones




Ejemplo No. 2 de ensayo de hipótesis para muestrasgrandes

El constructor desea detectar la incidencia de loscambios y ajustar la planta de ser necesario. Para ello,selecciona periódicamente muestras de 40 fraccionesde la mezcla y calcula el promedio del contenido deasfalto y la desviación estándar. Si los datos de unamuestra indican que = 5.25 % y s = 0.30 %,determinar si la media () de la población es diferentede 5%, con un nivel de significación de 0.01 ( Ho: =5.0 ; Ha : ≠ 5.0)

x





Puesto que los desplazamientos en pueden ocurrir en ambas direcciones, se emplea el ensayo de dos colas

A un nivel de significación, a, de 0.01, se rechazará la hipótesis nula si:

z < za/ 2 = -z0.005 o z > za /2 = z0.005

Es decir:

z < -2.58 ó z >2.58







Como lo muestra la

figura:



Como este valor es superior al crítico superior

(2.58), se rechaza la hipótesis nula y se acepta la

hipótesis alternativa con un nivel de significación de

0.01

Se concluye que el porcentaje promedio de asfalto

no es 5.0%, con una probabilidad menor de 1% de

cometer un error tipo I




Ensayo de hipótesis sobre la media de una población para muestras pequeñas (n<30)



3. Uso de ensayos de hipótesis para la aceptación orechazo

Ejemplo de ensayo de hipótesis para muestraspequeñas

El porcentaje de compactación esperado mediante undeterminado proceso es 95%. Para verificar un nuevolote, se realizaron 10 ensayos de densidad en el terrenocuyo promedio fue 94.2% con una desviación estándarde 1,6%.

Ensayar la hipótesis de que el porcentaje decompactación no ha cambiado, empleando un nivel designificación a = 0.05 (Ho: = 95 ; Ha: 95)




Solución al Ejemplo de ensayo de hipótesis paramuestras pequeñas

Como nos encontramos restringidos a una muestrapequeña, se hace la suposición de que los porcentajesde compactación tienen una distribución de frecuenciarelativa que es aproximadamente normal

Bajo tal suposición, el estadístico de ensayo tendráuna distribución ―t‖ con (n – 1) = (10 – 1) = 9 gradosde libertad





La regla de rechazo para este ensayo de 2 colas,consiste en rechazar la hipótesis nula para valores de―t‖ tales que:

t < -t a/2 o t > t a/2 con a/2 =0.05/2 =0.025

En la tabla 3.5.4, para 9 grados de libertad, se halla t

0.025 = 2.262





El valor del estadístico de ensayo es:

Valor que no es menor que –2.262, por lo que seacepta la hipótesis nula y se concluye que hayevidencia (con 95% de confianza) de que elpromedio de compactación no ha cambiado



4. Desarrollo de especificaciones de construcción con

orientación estadística

Objetivo

Estas especificaciones incluyen un análisis del nivel de

calidad, que es un procedimiento estadístico para

determinar el porcentaje de cumplimiento de un

material en relación con lo especificado y establecer

factores de pago de acuerdo con dicho cumplimiento



4. Desarrollo de especificaciones de construcción con orientación estadística

Análisis del nivel de calidad

a. Determinar la media aritmética (Xm) de los resultadosde los ensayos para materiales considerados

Donde:

S x = suma de los valores individuales de los ensayos

n = número de ensayos

n

xX m



4. Desarrollo de especificaciones de construcción conorientación estadística


b. Calcular la desviación estándar de la muestra

2)( x

2x = suma de los cuadrados de los valores de los

ensayos individuales

= suma de los valores de los ensayos individuales,

elevada al cuadrado

2/122

)1(

)(

-

-

nn

xxns

Donde:





c. Calcular el índice de calidad superior (Qu)

S

XUSLQ m

U

-

Donde:

USL (límite superior de la especificación) = valor

objetivo, más la tolerancia permitida





LSL (límite inferior de la especificación) = valor

objetivo, menos la tolerancia permitida

d. Calcular el índice de calidad inferior (QL)

S

LSLXQ m

L

-

Donde:



4.Desarrollo de especificaciones de construcción conorientación estadística


e. Determinar en la Tabla 1 el porcentaje dentro dellímite superior de la especificación (USL) quecorresponde al índice Qu (Pu). Si el USL es 100.0 o noestá especificado, Pu será 100

f. Determinar en la Tabla 1 el porcentaje dentro del

límite inferior de la especificación (LSL) que

corresponde al índice QL (PL). Si el LSL no está

especificado, PL será 100





g. Determinar el nivel de calidad (porcentaje total

dentro de los límites de la especificación)

Nivel de calidad = (Pu + PL ) - 100



Tabla 1 (continuación)



h. A partir del valor del nivel de calidad, determinar

el factor de pago en la Tabla 2

i. Considerando que la aceptación de un lote depende

del comportamiento de diferentes criterios, se debe

calcular el factor de pago para cada uno de ellos (PFi)

y luego determinar el factor de pago compuesto para

todo el lote





Tabla 2 (continuación)




Ejemplo

Considérese un lote constituido por 32 núcleos de unconcreto asfáltico (n), cuya compactación media(Xm) es 91.9625, con una desviación estándar (s) de1.0877

La especificación de construcción establece que elporcentaje de compactación mínimo admisiblerespecto de la densidad máxima medida (Rice) es 90

Determinar el nivel de calidad y el factor de pagocorrespondiente al lote, en lo que se refiere al criteriode compactación




Solución

1. Índice de calidad superior (Qu)

La especificación no establece un nivel de toleranciasuperior

2. Índice de calidad inferior (QL):

S

XUSLQu m-

804.10877.1

909625.91

-

-

S

LSLXQ m

L




Solución

3. En la Tabla 1 se determinan los porcentajes de núcleos dentro de los límites superior e inferior: - Como el límite superior (USL) no está especificado,

Pu= 100

- Como el límite inferior (LSL) es 1.804 y n = 32, PL = 97

4. Nivel de calidad = (Pu + PL ) -100 = (100+97) -100 = 97

5. Factor de pago (Tabla 2) Para nivel de calidad = 97 y n = 32, factor de pago = 1.04




ASFÁLTICOS PARA CALLES Y

CARRETERAS

CONTENIDO

Introducción

Métodos empíricos de diseño

Método AASHTO - 93

Modelos INVÍAS - 98

Métodos empírico-mecanísticos de diseño

Método SHELL – 98 (SPDM 3.0)

Diseño de pavimentos sobre suelos blandos


PARA CALLES Y CARRETERAS

INTRODUCCIÓN

La mayoría de los métodos de diseño de

pavimentos tienen un alto grado de empirismo,

propio de las agencias que los han desarrollado

Es corriente obtener diferentes espesores al

aplicar distintos métodos de diseño, empleando

los mismos datos de entrada

INTRODUCCIÓN

Generalidades

Gran parte de estas diferencias se debe a la falta de

una descripción precisa y cuantitativa de lo que

constituye la falla de un pavimento de calle o

carretera, así como a los niveles de confiabilidad que

consideran los diferentes métodos

Los procesos de diseño de pavimentos se pueden

dividir en dos grupos:

— Empíricos

—Empírico - mecanísticos


INTRODUCCIÓN

Se basan en los resultados de experimentos o en la

experiencia

Requieren un elevado número de observaciones para

establecer relaciones aceptables entre las variables y los

resultados de las pruebas

No es necesario establecer una base científica firme

de las relaciones, en la medida en que se reconocen sus

limitaciones

INTRODUCCIÓN

PROCESOS EMPÍRICOS DE DISEÑO

En muchos casos resulta más conveniente confiar en

la experiencia que tratar de cuantificar la causa exacta

y el efecto de ciertos fenómenos

Ejemplos de métodos de diseño de concepción

empírica son el de California (Hveem y Carmany), el

AASHTO-93 y el INVIAS-98

INTRODUCCIÓN

PROCESOS EMPÍRICOS DE DISEÑO

Incorporan elementos de ambos planteamientos

La componente mecánica determina las reacciones

del pavimento, tales como esfuerzos, deformaciones y

deflexiones, mediante el uso de modelos matemáticos

La porción empírica relaciona estas reacciones con

el comportamiento de la estructura del pavimento (por

ejemplo, relaciona una deflexión calculada

matemáticamente, con la vida real del pavimento)

INTRODUCCIÓN

PROCESOS EMPÍRICO - MECANÍSTICOS DE DISEÑO

Aunque existen técnicas mecanísticas complejas de

cálculo, los modelos elásticos lineales sujetos a carga

estática son los más empleados en la solución de

problemas rutinarios de ingeniería de pavimentos

Ejemplos de métodos de diseño de pavimentos que

usan estos procesos son el del Instituto del Asfalto, el

de Shell y el AASHTO 2002

INTRODUCCIÓN

PROCESOS EMPÍRICO - MECANÍSTICOS DE DISEÑO


MÉTODOS EMPÍRICOS

DE DISEÑO

MÉTODOS EMPÍRICOS DE DISEÑO

MÉTODO AASHTO - 93

Se basa en los resultados AASHO Road Test

En la revisión realizada en 1986 se introdujeron

factores de confiabilidad, drenaje y aspectos climáticos

Su criterio de falla es el índice de servicio final (pt)

MÉTODO AASHTO - 93

FUNDAMENTOS DEL MÉTODO

El tránsito que lleva a la falla del pavimento es

función del número estructural, de la resistencia de la

subrasante, de la pérdida deseada de índice de

servicio y de la confiabilidad elegida

Incluye la posibilidad de que se reduzca el periodo

de diseño por la presencia de suelos de subrasante

expansivos

FUNDAMENTOS DEL MÉTODO

MÉTODO AASHTO - 93

Serviciabilidad

Capacidad de un pavimento de servir al tránsito que hace

uso de él en un instante determinado, desde el punto de

vista del usuario

Comportamiento del pavimento (performance)

Tendencia de la serviciabilidad con el incremento en el

número de aplicaciones de carga por eje

Periodo de comportamiento (periodo de diseño)

Lapso que transcurre desde que un pavimento es construido

o rehabilitado, hasta que alcanza su serviciabilidad terminal

DEFINICIONES

MÉTODO AASHTO - 93

Concepto de serviciabilidad – comportamiento

La serviciabilidad de un pavimento se expresa entérminos de su Índice de Servicio Presente (ISP)

CONSIDERACIONES DE DISEÑO

MÉTODO AASHTO - 93


Concepto de serviciabilidad – comportamiento

Fórmula del Índice de Servicio Presente (ISP) parapavimentos asfálticos

sv = Varianza de la pendiente del perfil longitudinal

(c + p) = Área con grietas clases 2 y 3 más área parchada

por cada 1000 pies2

RD = Ahuellamiento medido con una regla de 1.20 metros

MÉTODO AASHTO - 93

Ecuación de comportamiento

07.8))(log32.2(

)1(

10944.0

5.12.4log

20.0))1)(log(36.9())((

19.5

18

RR

M

SN

ISP

SNSozLogW


MÉTODO AASHTO - 93

W18 = número de aplicaciones de ejes simples equivalentes de 18 kip

(80 kN) hasta el tiempo t en el cual se alcanza ISP = pt

SN = número estructural

ISP = pi - pt = diferencia entre los índices de servicio inicial y terminal

MR = módulo resiliente de la subrasante ( libras/pg2)

So = desviación estándar total de la distribución normal de los errores

asociados con las predicciones de tránsito y de comportamiento

del pavimento (0.44-0.49)

zR = parámetro estadístico asociado con distribuciones normales de

datos, que considera la probabilidad de que el índice de servicio

del pavimento sea superior a pt durante el periodo de diseño


Significado de los términos de la ecuación

MÉTODO AASHTO - 93

REPRESENTACIÓN GRÁFICA DE LA ECUACIÓN

MÉTODO AASHTO - 93

NIVELES DE CONFIABILIDAD RECOMENDADOS POR AASHTO

Urbana Rural

Autopistas 85 - 99.9 80 - 99.9

Arterias principales 80 - 99 75 - 95

Colectoras 80 - 95 75 - 95

Locales 50 - 80 50 - 80

Clasificación funcional de

la vía

Nivel recomendado de confiabilidad (%)


MÉTODO AASHTO - 93

RELACIONES ENTRE CONFIABILIDAD Y ZR EN UNA DISTRIBUCIÓN NORMAL

Confiabilidad (%) 50 75 80 85 95 99 99.9

zR 0 0.674 0.842 1.037 1.645 2.327 3.08


MÉTODO AASHTO - 93

Módulo resiliente efectivo (MR)

Es el módulo resiliente promedio que se traduce en un

daño del pavimento (Uf) igual al que se alcanzaría si se

usaran valores modulares estacionales:

—Se divide el año en periodos con diferente MR con

base en la humedad del suelo o en la variación de las

deflexiones medidas en pavimentos construidos sobre

el mismo suelo


MÉTODO AASHTO - 93

—Se determina el daño relativo por periodo

Uf = 1.8 x 106 * MR-2.32

—Se calcula el daño relativo promedio

—Se halla el módulo resiliente efectivo a partir del

daño relativo promedio, usando la misma

ecuación

Módulo resiliente efectivo (MR)


MÉTODO AASHTO - 93


VARIACIÓN DEL MÓDULO DURANTE EL AÑO

MÉTODO AASHTO - 93

AJUSTE DEL MR DE LA SUBRASANTE POR LAS VARIACIONES

ESTACIONALES

MÉTODO AASHTO - 93

La resistencia del pavimento se representa por SN, el cual es

función del espesor de las capas, de los coeficientes

estructurales de ellas y del coeficiente de drenaje

El número estructural total del pavimento está dado por :

SN = Sai*Di*mi


Número estructural (SN)

MÉTODO AASHTO - 93

SN = a1*D1+ a2*D2*m2+ a3*D3*m3

D1,2,3 = espesores de capas asfálticas, base y subbase

respectivamente (pulgadas)

ai = coeficiente estructural de capa i, dependiente de su módulo

mi = coeficientes de drenaje para capas no estabilizadas,

dependiente del tiempo requerido para drenar y del tiempo en

que la humedad se encuentre en niveles cercanos a la saturación


Número estructural (SN)

MÉTODO AASHTO - 93

Coeficientes estructurales de capa (ai)

Los coeficientes estructurales dependen de:

—Resistencia del material (CBR, módulo, etc)

—Calidad de la construcción

—Estado de esfuerzos

Miden la capacidad relativa de una unidad de

espesor de una determinada capa para funcionar como

componente estructural del pavimento


MÉTODO AASHTO - 93

Valores promedio de coeficientes estructurales

—Mezcla asfáltica densa en caliente: 0.44/pulgada

—Base de grava y piedra partida: 0.14/pulgada

—Subbase granular: 0.11/pulgada


Coeficientes estructurales de capa (ai)

MÉTODO AASHTO - 93

Coeficiente estructural

Figura GG.7, volumen II, manual AASHTO ( 0.20-0.50)

granular a2 = 0.249 (log EB) - 0.977

estabilizada con cemento Figura GG.9, volumen II, manual AASHTO ( 0.10-0.28)

estabilizada con asfalto Figura GG.10, volumen II, manual AASHTO ( 0.10-0.35)

a3 = 0.227 (log ESB) - 0.839Subbase granular

Base

CAPA

Asfáltica


COEFICIENTES ESTRUCTURALES DE CAPA (ai)

MÉTODO AASHTO - 93

NOMOGRAMA AASHTO PARA LA DETERMINACIÓN DEL

COEFICIENTE ESTRUCTURAL DE UNA BASE GRANULAR

MÉTODO AASHTO - 93

Coeficientes de drenaje (mi)


Se establecen a partir de la calidad del drenaje y del

tiempo que se considera que el pavimento puede

encontrarse con una cantidad de agua cercana a la

saturación

MÉTODO AASHTO - 93

COEFICIENTES DE DRENAJE mi RECOMENDADOS PARA

BASES Y SUBBASES GRANULARES

Ejemplo:

Pavimento diseñado con drenaje normal (la humedad drena en una

semana) y durante dos meses del año (2/12=0.17=17%) está sometido a

condiciones cercanas a la saturación.

mi = 1.00 - 0.80


MÉTODO AASHTO - 93


individuales (Di)

Se requiere determinar el número estructural (SN)

requerido para proteger cada capa inferior

Para ello, se debe aplicar el algoritmo AASHTO

usando el módulo resiliente de cada capa por proteger


MÉTODO AASHTO - 93

33

*

2

*

13

*

3

2

*

2

*

1

22

*

12

*

2

1

*

11

*

1

1

1*

1

/)(

/)(

maSNSNSND

SNSNSN

maSNSND

SNDaSN

a

SND

* Indica el valor realmente usado, el cual debe

ser igual o mayor que el valor requerido según

el algoritmo



individuales (Di)

MÉTODO AASHTO - 93

Determinación gráfica del SN


MÉTODO AASHTO - 93

Determinación del SN con un programa de cómputo


MÉTODO AASHTO - 93

ESPESORES MÍNIMOS ADMISIBLES PARA LAS

CAPAS ASFÁLTICAS Y LA BASE GRANULAR

N

(106) Capas asfálticas Base granular

< 0.05 TSD 4.0

0.05-0.15 2.0 4.0

0.15-0.50 2.5 4.0

0.50-2.00 3.0 6.0

2.00-7.00 3.5 6.0

>7.00 4.0 6.0

Espesores mínimos (pulgadas)

MÉTODO AASHTO - 93


EJEMPLO DE DISEÑO

MÉTODO AASHTO - 93

Vía rural local

Confiabilidad deseada = 75 % (zR = 0.674)

Tránsito esperado = 1,300,000 ejes equivalentes

Pérdida total de serviciabilidad = 4.2 – 2.0 =2.2

Desviación estándar total = 0.49

Características de drenaje = Aceptables

Condición cercana a la saturación durante 4 meses/año

mi = 0.80

MÉTODO AASHTO - 93

Características de los materiales de construcción

EJEMPLO DE DISEÑO

SOLUCIÓN DEL EJEMPLO DE DISEÑO

MÉTODO AASHTO - 93

Determinación de SN1

MÉTODO AASHTO - 93

Cálculo de D1

Verificación de D1

4.5 pulgadas > 3.0 pulgadas O.K.

Cálculo de SN1*

SN1* = a1 * D1

* = 0.44 * 4.5 = 1.98

pulgadas)4.5(tomarpulgadas4.470.44

1.97

a

SND

1

11


MÉTODO AASHTO - 93



MÉTODO AASHTO - 93

Cálculo de D2

Verificación de D2

5.4 pulgadas < 6.0 pulgadas tomar 6.0 pulgadas

Cálculo de SN2*

SN2* = a2 D2

* m2 = 0.13 * 6.0 * 0.8 = 0.624

pulgadas5.40.8*0.14

1.98 - 2.54

ma

SNSND

22

*

122


MÉTODO AASHTO - 93



MÉTODO AASHTO - 93

Cálculo de D3

Resumen del diseño

pulgadas10.10.8*0.102

0.624)1.98 (- 3.43

ma

)SN(SNSND

33

*

1

*

23

3


MÉTODOS EMPÍRICOS DE DISEÑO

MÉTODO INVÍAS - 98

MÉTODO INVIAS PARA CARRETERAS CON

MEDIOS Y ALTOS VOLÚMENES DE TRÁNSITO

Generalidades

Contiene un catálogo de estructuras definido con

base en el método AASHTO-93

El catálogo de diseño cubre los tipos de pavimentos y

materiales usados actualmente en la práctica local e

incluye nuevas tipologías de eficiencia demostrada en

otros países con características similares a las

colombianas

El método considera factores ambientales, de suelos,

de tránsito y de disponibilidad de materiales, acordes

con la realidad colombiana

REGIONES CLIMÁTICAS

El país se dividió en seis regiones climáticas, con base

en la temperatura y la precipitación media anual



RESISTENCIA DE LA SUBRASANTE

Se debe considerar el valor promedio de resistencia

del suelo predominante en cada unidad homogénea y, a

partir de él, se establece una categoría de subrasante



TRÁNSITO DE DISEÑO

REQUISITOS DE TRÁNSITO CONTEMPLADOS

EN LA GUÍA DE DISEÑO

Categoría

T1

T2

T3

T4

T5

T6

T7

T8

T9

4.0 - 6.0

6.0 - 10.0

10.0 - 15.0

Ejes equivalentes de 80kN en el

carril de diseño durante el periodo

de diseño del pavimento N* (106)

0.5 - 1.0

1.0 - 2.0

2.0 - 4.0

15.0 - 20.0

20.0 - 30.0

30.0 - 40.0



N*1.159N*

y1.282,z90%, es dadconfiabili la Si

N*10N*

R

z*0.05 R

CONSIDERACIONES PARTICULARES DE DISEÑO

Se empleó la ecuación básica del método AASHTO-93

Se adoptó S0=0.44, que corresponde a considerar la

variación de la predicción del comportamiento del

pavimento, sin errores en la estimación del tránsito

La posibilidad de errores en la predicción del tránsito

se incorpora con la expresión (10 0.05*ZR * N)

Se consideró una pérdida de serviciabilidad de 2.2

durante el periodo de diseño del pavimento



Se adoptaron coeficientes estructurales de capa

ajustados a los resultados de experiencias realizadas en el

país

Se adoptaron 3 coeficientes de drenaje para las capas

granulares (mi=1.0 si la precipitación < 2,000 mm/año,

mi=0.90 si la precipitación está entre 2,000 y 4,000

mm/año y mi=0.80 para precipitaciones mayores)

Las estructuras obtenidas se verificaron con módulos

teóricos y curvas de fatiga SHELL




VALORES ADOPTADOS PARA LOS COEFICIENTES ESTRUCTURALES DE CAPA

Material Condición ai

T < 13°C 0,44

13°C £ T < 20°C 0,37

20°C £ T < 30°C 0,30

T < 13°C 0,35

13°C £ T < 20°C 0,30

20°C £ T < 30°C 0,24

Base granular 0,14

suelos A-1 0,16

suelos A-2-4, A-2-5 y A-3 0,14

demás suelos 0,13

agregado grueso (BEE1) 0,20

agregado fino (BEE2) 0,20

suelo (BEE3) 0,14

Subbase granular 0,11

Mezcla densa en caliente

Mezcla densa en frio

Base estabilizada con cemento

Base estabilizada con emulsión asfáltica




CATÁLOGO DE DISEÑO

Comprende seis cartas de diseño, contemplando los

siguientes aspectos:

Carta No. Región climática Categorías de

subrasante

Categorías de

tránsito

Materiales de

construcción

1 R1 S1-S5 T1-T9 variables








ESTRUCTURAS RECOMENDADAS EN LA CARTA

No. 3 PARA CATEGORÍA DE TRÁNSITO T5

15 12 12 10 12 10 7.5 10 10 7.5 10 10 7.5 10

30 - 30 - 25 30 - 25 25 - 25 20 - 15

- 15 - 15 - - 15 - - 15 - - 15 -

- 10 - 10 - - 10 - - - - - - -

- - - - 30 - - 30 - - 25 - - 20

45 45 35 35 - 30 30 - 25 35 - 20 25 -Subbase granular

Base estabilizada con cemento

S1 S2

Mezcla densa en caliente

Base granular

Base estabilizada (BEE1)

Base estabilizada (BEE2)

S3 S4 S5

Capa de pavimento espesores de capa (cm)



Ejemplo de diseño



Clima

Temperatura media anual = 24º C

Precipitación media anual = 1,850 mm

Subrasante

Suelo predominante = Arena arcillosa

CBR promedio = 8.5 %

Tránsito de diseño

N* = 5.7*106 ejes equivalentes

Materiales disponibles

En la zona abundan materiales granulares de buena calidad

para la elaboración de subbases, bases y concretos asfálticos

Solución al ejemplo de diseño



Establecimiento de región climática

Para los datos de temperatura y precipitación corresponde la

Región R 3

Establecimiento de categoría de subrasante

Para los datos de CBR promedio corresponde la categoría S 3

Establecimiento de categoría de tránsito

N’ = 1.159 N = 1.159 x 5.7*106 = 6.6*106 ejes equivalentes

Para este valor de N* corresponde la categoría T 5

Solución al ejemplo de diseño



Elección de Carta de Diseño

Para Región R 3, usar Carta de Diseño No 3

Espesores de diseño para la combinación S 3 – T 5

Mezcla densa en caliente = 10 centímetros

Base granular = 30 centímetros

Subbase granular = 30 centímetros


MÉTODOS EMPÍRICO-

MECANÍSTICOS DE DISEÑO

MÉTODOS EMPÍRICO - MECANÍSTICOS DE DISEÑO

VENTAJAS SOBRE LOS MÉTODOS EMPÍRICOS

Adaptabilidad a tipos de cargas cambiantes

Mejor utilización de los materiales disponibles

Capacidad de incorporar nuevos materiales en los diseños

Mejoramiento en la confiabilidad en las predicciones de

comportamiento

Se mejora la definición de las propiedades de las capas de un

pavimento existente

Es posible acomodar los efectos ambientales y de edad sobre

los materiales del pavimento

INFORMACIÓN QUE REQUIERE UN PROGRAMA DE

ANÁLISIS ELÁSTICO PARA CALCULAR LA RESPUESTA

DE UN PAVIMENTO BAJO CARGA

Propiedades del material de cada capa

—Módulo de elasticidad

—Relación de Poisson

Condiciones de adherencia entre capas adyacentes


Espesor de cada una de las capas

Condiciones de carga

—Magnitud de la carga

—Geometría de la carga

—Número de cargas actuantes


INFORMACIÓN QUE REQUIERE UN PROGRAMA DE

ANÁLISIS ELÁSTICO PARA CALCULAR LA RESPUESTA

DE UN PAVIMENTO BAJO CARGA

SALIDAS DE UN PROGRAMA DE ANÁLISIS ELÁSTICO

El programa calcula los esfuerzos, deformaciones y

deflexiones en cualquier punto de la estructura del

pavimento

Hay unos pocos sitios en los que generalmente se

interesa el diseñador para el cálculo de respuestas críticas

Ubicación Respuesta

Superficie del pavimento Deflexión

Fondo de capas asfálticas ó

bases estabilizadas

Deformación horizontal de

tensión

Parte superior de las capas

intermedias granulares

Deformación vertical de

compresión

Superficie de la subrasante Deformación vertical de

compresión


PROCEDIMIENTO DE DISEÑO EMPLEANDO

UN PROGRAMA DE ANÁLISIS ELÁSTICO

El diseño de un pavimento usando el planteamiento

empírico - mecanístico es un proceso iterativo que

requiere varios pasos:

1. Estimar el tránsito durante el periodo de diseño del

pavimento (N)

2. Fijar las condiciones de carga

3. Establecer unos espesores iniciales de las capas del

pavimento


4. Fijar los módulos y las relaciones de Poisson para

las capas, así como las condiciones de adherencia

entre ellas

5. Calcular los esfuerzos y deformaciones en los

puntos críticos de la estructura del pavimento

mediante el programa de análisis elástico




6. Adoptar ecuaciones de comportamiento de los

diferentes materiales

7. Determinar las repeticiones de carga admisibles (ni)

para las magnitudes de los esfuerzos y deformaciones

obtenidas en los puntos críticos del modelo




8. Computar las relaciones Di = N/ni en todos los puntos

críticos

9. Aumentar o disminuir espesores, variar calidad de

materiales, o ambas cosas simultáneamente, si Di no es

próximo a 1.0

10. Iterar hasta obtener el diseño definitivo





EJEMPLO DE INFORMACIÓN SOBRE CARGAS Y CAPAS DEL

PAVIMENTO EN UN PROGRAMA DE ANÁLISIS ELÁSTICO


EJEMPLO DE ESFUERZOS Y DEFORMACIONES CALCULADOS

POR UN PROGRAMA DE ANÁLISIS ELÁSTICO

CRITERIOS DE FALLA

La parte empírica fundamental de estos métodos la

constituyen las ecuaciones utilizadas para calcular el

número requerido de ciclos de carga para alcanzar la

falla del pavimento

Estas ecuaciones se han obtenido observando el

comportamiento de pavimentos y relacionando el tipo

y la extensión de la falla observada, con una

deformación inicial bajo diferentes cargas


Generalmente, se reconocen dos tipos de criterios

de falla de los pavimentos asfálticos: uno relacionado

con el agrietamiento por fatiga y el otro con el inicio

del ahuellamiento en la subrasante

Un tercer criterio (deflexión) se usa en

aplicaciones específicas


CRITERIOS DE FALLA


CRITERIOS DE FALLA

El agrietamiento por fatiga se desarrolla bajo

cargas repetidas si el esfuerzo horizontal en el fondo

de la capa asfáltica inferior es excesivo

El ahuellamiento o deformación permanente

ocurre en la superficie del pavimento debido a la

sobrecarga de la subrasante, si el esfuerzo vertical de

compresión sobre dicha capa es excesivo


CRITERIOS DE FALLA

CRITERIO DE FALLA POR FATIGA DEL

CONCRETO ASFÁLTICO

Se han desarrollado muchas ecuaciones para

estimar el número de repeticiones a la falla en el

modo de fatiga para el concreto asfáltico

Todas ellas dependen de la deformación horizontal

de tensión en la fibra inferior de las capas asfálticas


Fórmula de Finn et al

Log Nf = 15.947 - 3.291 log (et/10-6) - 0.854 log (EAC/103)

Nf = número de aplicaciones de carga que dan lugar al

agrietamiento del 10% del área sometida a carga

et = deformación horizontal de tensión en el fondo de la

capa asfáltica

EAC = módulo de la capa asfáltica (psi)


CRITERIO DE FALLA POR FATIGA DEL

CONCRETO ASFÁLTICO

CRITERIO DE FALLA POR AHUELLAMIENTO

Aunque el ahuellamiento se puede generar en

cualquier capa del pavimento, el criterio corriente es

atribuirlo principalmente al sobreesfuerzo de la

subrasante

Este criterio se suele expresar en términos de la

deformación vertical de compresión en la superficie

de la capa subrasante (εz)


Fórmula de CHEVRON

Nf = 1.05x10-2 * ez-0.223

Nf = número admisible de aplicaciones de carga para

que el ahuellamiento no exceda de 13 mm

ez = deformación vertical de compresión en la

superficie de la subrasante


CRITERIO DE FALLA POR AHUELLAMIENTO

CRITERIO DE FALLA POR DEFLEXIÓN

Fue el criterio de fatiga más utilizado durante

mucho tiempo, pero hoy se emplea únicamente en

algunas aplicaciones especiales

Su información, aunque valiosa, no da una medida

tan apropiada del funcionamiento estructural como las

deformaciones específicas horizontales y verticales


Fórmula del Instituto del Asfalto

DB = 25.64*N-0.2383

N = número admisible de aplicaciones de carga hasta

la falla, para una determinada deflexión Benkelman

característica (DB) en milímetros


CRITERIO DE FALLA POR DEFLEXIÓN

SENSIBILIDAD DEL DISEÑO A LOS CRITERIOS DE FALLA

El criterio que controla el diseño es aquel que exija

un mayor espesor de pavimento para un determinado

nivel de tránsito


MÉTODO SHELL – 98

(SPDM 3.0)


MÉTODO SHELL 1998 (SPDM 3.0)

Generalidades

El método considera el pavimento como unsistema de capas homogéneas, isotrópicas y decomportamiento linealmente elástico

Los materiales de las diversas capas estáncaracterizados por E y m



Los criterios de diseño incluyen:

—Tensión horizontal en el fondo de las capasasfálticas o en las capas de base cementadas,cuando la estructura las incluya

—Deformación vertical de compresión al nivel dela subrasante

—Deformación permanente de las mezclasasfálticas


El método permite considerar fricción variable en lasinterfaces de las capas del pavimento

Los cálculos de los esfuerzos y deformaciones serealizan con el programa BISAR

La determinación de espesores se realiza a través deun módulo del programa Windows SPDM 3.0


INFORMACIÓN REQUERIDA PARA EL DISEÑO

Clima

Tránsito y periodo de diseño del pavimento

Características de las capas granulares y lasubrasante

Composición de la mezcla asfáltica ycaracterísticas de fatiga de ella

Rigidez de la capa asfáltica y espesores




Clima

Se emplea la temperatura promedio anual ponderadadel sitio del proyecto (w-MAAT), la cual se puedeobtener de 3 maneras:

—Introduciendo los 12 valores de temperaturapromedio mensual

—Seleccionando de la base de datos, a través delbotón Retrieve, los valores de las temperaturaspromedio mensuales

—Introduciendo directamente el valor de la w-MAAT



Clima

Tránsito y período de diseño



Se emplea el número de ejes simples equivalentes de80 kN en el carril de diseño durante el período de diseño,el cual se puede obtener de dos maneras:

—Introduciendo el espectro de cargas, junto coninformación sobre el número de días del año contránsito, la tasa de crecimiento anual del tránsito yel período de diseño del pavimento

—Introduciendo directamente el número de ejessimples equivalentes




La pantalla da la oportunidad de efectuarcorrecciones por movimiento lateral del tránsito sobrela calzada y por el efecto de reposo entre aplicacionessucesivas de carga por eje

Los valores incluidos por defecto son 5 y 2respectivamente






Características de las capas granulares y de la subrasante

Se debe ingresar obligatoriamente el módulo de lasubrasante (E3) y el espesor de las capas granulares (h2)

Se puede incluir un valor promedio del módulo de lascapas granulares (E2) o permitir que el programa localcule con 50% de confiabilidad mediante la expresión:

(E2 = 0.2* h20.45 *E3)




Se permite aumentar la confiabilidad a 85% o 95%

Se asigna por defecto una relación de Poisson de 0.35,pero puede ser modificada

Se puede ingresar una fórmula propia sobre el criteriode deformación de la subrasante o emplear las fórmulasSHELL para 50%, 85% o 95% de confiabilidad






Composición de la mezcla asfáltica y fatiga

Se debe ingresar la información correspondiente alos volúmenes de agregados, asfalto y vacíos de lamezcla compactada (es suficiente ingresar 2 de los 3datos)

Se debe incluir la ecuación de fatiga de la mezclacompactada, la cual puede ser propia o la quesuministra el método por defecto

El valor Nfat es el número de ciclos para el cual elstiffness decrece un 50% de su valor original



Composición de la mezcla asfáltica y fatiga

Stiffness de la mezcla asfáltica y espesor de capas asfálticas



El módulo de la mezcla se puede alimentar de 3maneras:

—Ingresando su valor para las condicionesreales de temperatura y de tiempo deaplicación de carga

—Incorporando el stiffness del asfalto (Sbit) paralas mismas condiciones

—Incorporando los datos básicos decomportamiento del asfalto envejecido(punto de ablandamiento y penetración)




La relación de Poisson de la mezcla es de 0.35 pordefecto, pero puede ser modificada

El espesor adoptado de capas asfálticas para elprimer tanteo de diseño es, por defecto, 0.2 m




Cálculo del espesor de diseño de las capas asfálticas

Se marcan las opciones ―Results” y ―Calculate”

Aparece un mensaje ofreciendo la posibilidad desalvar la información

El programa realiza los cálculos de esfuerzos ydeformaciones para el modelo de pavimento creadopara el primer tanteo y compara los resultados con loscriterios de falla introducidos

Si no hay coincidencia, efectúa las iteracionesnecesarias hasta obtener el espesor apropiado de capasasfálticas





Cálculo del espesor de diseño de las capas asfálticas

INFORME DE DISEÑO DE ESPESORES




DISEÑO DE

PAVIMENTOS SOBRE

SUELOS BLANDOS

Los suelos blandos de subrasante suelen presentar

problemas, tanto para la construcción como para el

comportamiento del pavimento, razón por la cual se

suele recomendar (i) su remoción y su reemplazo por

materiales seleccionados de relleno o (ii) emplear algún

tratamiento de estabilización

Si el retiro total de la capa blanda es posible, el

material seleccionado de reemplazo constituye la nueva

subrasante y el pavimento se diseña por algún método

convencional, a partir de la respuesta del nuevo material


SOBRE SUELOS BLANDOS

Cuando el reemplazo total de la capa blanda no resulta

práctico, se acostumbra mejorar las condiciones del suelo

mediante diferentes alternativas, entre ellas:

—la colocación de una capa de material granular

grueso de tamaños surtidos (rajón), hasta lograr un

soporte consistente

—la instalación de un elemento que ayude a distribuir

mejor los esfuerzos sobre el suelo previniendo fallas

locales por corte (geomalla), acompañado o no de otro

elemento que separe el suelo blando de las capas

granulares del pavimento (geotextil)





COLOCACIÓN DE UNA CAPA DE MATERIAL

GRANULAR GRUESO (RAJÓN)

Cuando se emplea la capa de rajón, el diseñador

escoge un espesor efectivo de éste (generalmente entre

200 y 300 mm)

A continuación, partiendo del módulo resiliente de la

subrasante y del espesor efectivo del rajón, se calcula el

valor del módulo del sistema bicapa constituido por el

rajón y la subrasante

Tomando como base el módulo del bicapa, se diseña

el pavimento empleando algún método convencional



COLOCACIÓN DE UNA CAPA DE MATERIAL

GRANULAR GRUESO (RAJÓN)



Cuando se emplean geomallas, se aplican criterios

empíricos de diseño sugeridos por sus fabricantes,

basados en la consideración de que ellas distribuyen

mejor los esfuerzos del tránsito sobre el suelo,

permitiendo disminuciones del espesor del pavimento,

respecto del requerido sobre el suelo sin reforzar

USO DE GEOMALLAS



EJEMPLO DE SOFWARE PARA DISEÑO DE PAVIMENTO,

ELABORADO POR UN FABRICANTE DE GEOMALLAS

USO DE GEOMALLAS


RÍGIDOS PARA CALLES Y

CARRETERAS

CONTENIDO

Método de diseño PCA

Método de diseño PCA simplificado

Diseño de juntas

Los estudios teóricos del comportamiento de losas y

los desarrollos recientes de análisis de esfuerzos y

deformaciones en pavimentos rígidos

Pavimentos experimentales sometidos a tránsito

controlado, como los de Bates, Pittsburg, Maryland y

AASHO

El estudio del comportamiento bajo servicio de

pavimentos normalmente construidos, sometidos a

tránsito mixto, el cual ha constituido la mayor fuente de

conocimiento

DISEÑO DE PAVIMENTOS RÍGIDOS


BASES DE LOS CRITERIOS ACTUALES PARA EL

DISEÑO DE PAVIMENTOS RÍGIDOS

MÉTODOS DE DISEÑO

MÉTODO DE DISEÑO

PCA

MÉTODO DE DISEÑO PCA


Generalidades

Publicado en 1966 y actualizado en 1984

Es aplicable a:

— Pavimentos de concreto simple con juntas

— Pavimentos de concreto reforzado con juntas

— Pavimentos con refuerzo continuo


Generalidades

Los esfuerzos y deflexiones críticas se han calculado

y combinado con criterios de diseño, para desarrollar

tablas y gráficas de diseño

Los criterios de diseño consideran:

—Análisis de fatiga

—Análisis de erosión

Reconoce que el pavimento puede fallar por fatiga

del concreto

Se basa en el cálculo de esfuerzos por cargas en el

borde de las losas, a medio camino entre juntas

transversales


ANÁLISIS DE FATIGA

Los esfuerzos debidos al alabeo no son

considerados en el diseño

La magnitud de los esfuerzos críticos se reduce si

las bermas se anclan al pavimento

El análisis de fatiga controla los diseños de

pavimentos delgados para bajo tránsito,

independientemente del tipo de transferencia de carga

en las juntas transversales


ANÁLISIS DE FATIGA

La resistencia a la fatiga se basa en la relación de

esfuerzos:

Se considera que la resistencia a fatiga no consumida por

una carga queda disponible para ser consumida por las

repeticiones de otras cargas (Ley de Miner)


ANÁLISIS DE FATIGA

concretodelroturadeMódulo

ejeporcargalaporproducidoEsfuerzo


ANÁLISIS DE FATIGA

Considera que el pavimento falla por bombeo, por

erosión del soporte y por escalonamiento de las juntas

La deflexión más crítica ocurre en la esquina de la

losa, cuando la carga está situada en la junta, en

cercanías de la esquina


ANÁLISIS DE EROSIÓN

La deflexión en la esquina de la losa se reduce si la

berma está anclada al pavimento o si la losa es lo

suficientemente ancha como para que las llantas

circulen lejos del borde de la losa

El análisis de erosión controla el diseño de los

pavimentos espesos para tránsito medio y pesado

cuando la transferencia de carga es por trabazón de

agregados y controla el diseño para tránsito pesado

cuando la transferencia es por varillas


ANÁLISIS DE EROSIÓN

FACTORES DE DISEÑO DEL PAVIMENTO

Factor Medida

Soporte Módulo de reacción (k) de la subrasante o del conjunto

subrasante - subbase, si esta última se coloca

Resistencia del concreto Resistencia de tracción por flexión con carga en los

tercios medios. Se utiliza una resistencia de diseño a 28

días de curado de la mezcla y se denomina módulo de

rotura.

Cargas del tránsito Se debe conocer el espectro de cargas por eje y

proyectarlo durante el periodo de diseño del pavimento.

Las cargas incluyen un factor de seguridad según la

intensidad del tránsito (1.0, 1.1, 1.2)

Otros factores Tipo de transferencia de carga en juntas transversales.

Presencia de bermas de concreto ancladas al pavimento



La resistencia de cada suelo se debe expresar entérminos del módulo de reacción (k)

No se requiere realizar correcciones de ―k‖ porefectos estacionales

Se permite la determinación de ―k‖ por correlacióncon el CBR

CBR (%) 3 4 5 8 10 20

k (pci) 100 120 140 175 200 250


Soporte del pavimento

La colocación de una subbase para prevenir el

bombeo (granular o estabilizada) y para brindar un

apoyo más uniforme a las losas, se traduce en un

incremento del módulo de reacción del soporte (k),

el cual se aprovecha en el diseño del espesor de las

losas




Los esfuerzos que sufre un pavimento rígido bajocarga son de compresión y tensión

Los esfuerzos de compresión son muy bajos respectode la resistencia a la compresión del concreto

Los esfuerzos de tensión pueden representar unafracción importante de resistencia a flexión, razón porla cual son éstos los que se consideran en el diseño delpavimento



Resistencia del concreto



Resistencia del concreto a flexión

El diseño hace uso del valor de fatiga del concretobajo flexión repetida

El criterio de fatiga se basa en la hipótesis de que laresistencia a fatiga no consumida por las repeticionesde una determinada carga queda disponible para lasrepeticiones de las demás

El consumo total de fatiga no deberá exceder de100%

La ecuación de fatiga está incorporada en lasgráficas de diseño



Resistencia del concreto

El método exige el conocimiento del espectro decargas por eje, discriminado por tipo de eje (simple,tándem, triple)

El espectro actual debe proyectarse al futuro deacuerdo con la tasa de crecimiento anual de tránsito,para determinar el número esperado de aplicaciones decada grupo de carga por eje durante el periodo de diseñoque, generalmente, es 20 años




Las magnitudes de las cargas por eje se debenafectar por un factor de seguridad:

—Vías con un flujo importante de tránsitopesado, FSC=1.2

—Vías con moderado volumen de tránsito devehículos pesados, FSC= 1.1

—Vías residenciales y otras con bajo volumende tránsito, FSC = 1.0




I - Tipo de transferencia de carga en las juntastransversales

El método considera dos sistemas:

—Por varillas para la transferencia de carga (pasadores)

— Por trabazón de agregados



Otros factores


La inclusión de varillas para la transferencia decarga (pasadores) en la juntas trasversales decontracción mejora el comportamiento del pavimentoen relación con la posibilidad de falla porescalonamiento, en particular cuando los volúmenes detránsito son elevados



Otros factores




Otros factores

VARILLAS DE TRANSFERENCIA




Otros factores

TRABAZÓN DE AGREGADOS

II - Uso de bermas de concreto

El empleo de bermas de concreto ancladas alpavimento produce alguna transferencia de carga queda lugar a reducciones en los esfuerzos de flexión y enlas deflexiones producidas por las cargas de losvehículos, las cuales se pueden traducir en unadisminución del espesor de diseño



Otros factores

II - Uso de bermas de concreto



Otros factores

TABLAS Y GRÁFICAS DE DISEÑO


TABLA PARA EL CÁLCULO DEL ESFUERZO EQUIVALENTE PARA

EJE SENCILLO EN UN PAVIMENTO SIN BERMAS DE CONCRETO (PARCIAL)

(EJE SIMPLE/EJE TÁNDEM)

50 100 150 200 300 500 700

4.0 825/679 726/585 671/542 634/516 584/486 523/457 484/443

4.5 699/586 616/500 571/460 540/435 498/406 448/378 417/363

5.0 602/516 531/436 493/399 467/376 432/349 390/321 363/307

5.5 526/461 464/387 431/353 409/331 379/305 343/278 320/264

6.0 465/416 411/348 382/316 362/296 336/271 304/246 285/232

6.5 417/380 367/317 341/286 324/267 300/244 273/220 256/207

k combinado (lb/pg3)Espesor

losas(pg)


GRÁFICA PARA ANÁLISIS DE FATIGA


TABLA PARA EL CÁLCULO DEL FACTOR DE EROSIÓN PARA EJE

SIMPLE EN UN PAVIMENTO CON SISTEMA DE TRANSFERENCIA POR

VARILLAS Y SIN BERMAS DE CONCRETO (PARCIAL)

(EJE SIMPLE/EJE TÁNDEM)

50 100 200 300 500 700

4.0 3.74/3.83 3.73/3.79 3.72/3.75 3.71/3.73 3.70/3.70 3.68/3.67

4.5 3.59/3.70 3.57/3.65 3.56/3.61 3.55/3.58 3.54/3.55 3.52/3.53

5.0 3.45/3.58 3.43/3.52 3.42/3.48 3.41/3.45 3.40/3.42 3.38/3.40

5.5 3.33/3.47 3.31/3.41 3.29/3.36 3.28/3.33 3.27/3.30 3.26/3.28

6.0 3.22/3.38 3.19/3.31 3.18/3.26 3.17/3.23 3.15/3.20 3.14/3.17

6.5 3.11/3.29 3.09/3.22 3.07/3.16 3.06/3.13 3.05/3.10 3.03/3.07

Espesor

losas(pg)

k combinado (lb/pg3)


GRÁFICA PARA ANÁLISIS DE EROSIÓN


MODELO DE HOJA DE CÁLCULOProyecto:

Espesor: cm Juntas con dovelas:

ksist.: MPa/m Bermas de concreto:

fctM,k: MPa Período de diseño (años):

Fsc:

ANÁLISIS DE FATIGA ANÁLISIS DE EROSIÓN

CARGAS CARGAS NÚMERO NÚMERO CONSUMO NÚMERO DAÑOS POR

POR EJE POR EJE REPETICIONES REPETICONES DE FATIGA REPETICIONES EROSIÓN

(kN) x Fsc ESPERADAS ADMISIBLES (%) ADMISIBLES (%)

1 2 3 4 5 6 7

EJES SENCILOS Esf. equivalente: Factor de erosión:

Factor de relación de esfuerzo:

EJES TÁNDEM Esf. equivalente: Factor de erosión:


EJES TRÍDEM Esf. equivalente: Factor de erosión:


TOTAL TOTAL


PROCEDIMIENTO DE DISEÑO

Inclusión de datos de entrada en la hoja de cálculo

Espesor de tanteo de losas de concreto

Módulo de reacción de la subrasante o del conjunto

subrasante - subbase

Módulo de rotura promedio del concreto




Factor de seguridad de carga adoptado

Sistema de transferencia de carga en las juntas

transversales

Presencia o ausencia de bermas de concreto

Periodo de diseño del pavimento




Esfuerzo equivalente para ejes simples, tomado de la

tabla que corresponda (pavimento con o sin berma) en

función del espesor de tanteo y del ―k‖ de diseño

Relación de esfuerzos para ejes simples = Esfuerzo

equivalente para ejes simples / Módulo de rotura del

concreto

Factor de erosión para ejes simples, tomado de la tabla

que corresponda, según los tipos de confinamiento y

transferencia de carga, en función del espesor de tanteo y

del ―k‖ de diseño




Esfuerzo equivalente, relación de esfuerzos y factor de

erosión para ejes tándem con un procedimiento similar al

de los ejes simples

Inclusión del espectro de cargas elegido (columna 1)

Multiplicación de cada valor de carga x FSC (columna

2)

Inclusión de número de repeticiones esperadas de cada

carga por eje (columna 3)



Análisis de fatiga

Para cada una de las cargas por eje simple de la

columna 2 y la relación de esfuerzos para ejes simples,

se determina el número admisible de repeticiones de

carga en la gráfica de análisis de fatiga y se coloca en

la casilla correspondiente de la columna 4

Si el número de repeticiones admisible resulta

superior a 10,000,000, se escribirá ―ilimitado‖ en la

casilla correspondiente



Análisis de fatiga

Se procede de manera similar con las cargas por eje

tándem

Se calcula el consumo de fatiga de cada una de las

cargas por eje simple y tándem, dividiendo los valores

de la columna 3 por los valores de la columna 4. Se

coloca cada resultado en la columna 5, como porcentaje

La suma de todos los valores de la columna 5 será el

consumo total de fatiga, correspondiente al espesor de

tanteo escogido



Análisis de erosión

Para cada una de las cargas por eje simple de la

columna 2 y el factor de erosión para ejes simples, se

determina el número de repeticiones admisibles por

este concepto en la gráfica que corresponda (según si el

pavimento tiene o no bermas de concreto) y se coloca

en la casilla correspondiente de la columna 6

Para repeticiones mayores de 100,000,000, se

escribe ―ilimitado‖



Análisis de erosión

Se procede de manera similar con las cargas por eje

tándem

Se calcula el daño relativo por erosión, relacionando,

en porcentaje, los valores de las columnas 3 y 6

Se colocan los valores calculados en la columna 7

La suma de todos los valores de la columna 7 es el

daño total por erosión correspondiente al espesor de

tanteo escogido



Análisis de resultados

El espesor de losas escogido para el tanteo se

considera inadecuado si el consumo total de fatiga o

el daño total por erosión superan 100%

En este caso, se realiza otro tanteo con un espesor

de losas mayor

Si los totales son mucho menores que 100%, se

debe realizar otro tanteo con un espesor menor



Análisis de resultados

Para disminuir el número de tanteos, el efecto del

espesor sobre los daños por fatiga y erosión se ajusta a

una proyección geométrica

Por ejemplo, si el consumo de fatiga para un espesor

de 20 cm resultó 178% y para uno de 24 cm fue 33%,

el consumo de fatiga para 22 cm será

%7733*178




HOJA DE CÁLCULO CON TANTEO DE DISEÑO


OTRAS POSIBILIDADES DEL MÉTODO DE LA PCA

El método contempla la posibilidad de incluir capas

de subbase de concreto pobre e incluye gráficas de

diseño para ello

Se tiene en cuenta la presencia de ejes triples, los

cuales se procesan en una hoja de cálculo extra

Se considera que cada eje triple equivale a 3 ejes

simples, cada uno de ellos con una carga igual a la

tercera parte del eje triple y se emplean las tablas y

escalas gráficas correspondientes a los ejes simples para

los cálculos de fatiga y erosión


DISEÑO MEDIANTE PROGRAMAS DE CÓMPUTO

Existen programas de cómputo que realizan los tanteos

con gran rapidez, a partir de los parámetros básicos de

diseño (ejemplo: programa BS-PCA)


PROGRAMA BS-PCA


PANTALLA CON INFORMACIÓN SOBRE TRÁNSITO


PANTALLA CON DATOS DE ENTRADA Y RESULTADOS

PROGRAMA BS-PCA

MÉTODOS DE DISEÑO

MÉTODO DE DISEÑO

PCA SIMPLIFICADO

Generalidades

Este método se aplica cuando no se dispone de datos

sobre el espectro de cargas

La PCA ha generado unas tablas de diseño basadas

en volúmenes de tránsito mixto que representan

diferentes categorías de calles y carreteras de los

Estados Unidos de América

Su aplicación en otros medios debe ser cuidadosa,

debido a las diferencias en las costumbres del tránsito,

en particular las cargas máximas por eje

MÉTODO SIMPLIFICADO DE DISEÑO PCA

Generalidades

El tránsito y el soporte se caracterizan de manera

diferente al método general de la PCA

El módulo de rotura del concreto y las condiciones

de transferencia de carga y confinamiento lateral se

analizan de la misma manera

Los factores de seguridad de carga están

incorporados en las tablas de diseño, las cuales han

sido elaboradas para un periodo de diseño de 20 años


CLASIFICACIÓN DEL TRÁNSITO

TPD

(ADT)

* TPD VC

(ADTT)

Ejes simples Ejes tándem

Calles residenciales

Carreteras secundarias de

tránsito bajo y medio

Calles colectoras

Carreteras secundarias de

mayor tránsito

Vias arterias de bajo tránsito

Vías arterias y carreteras

primarias de tránsito medio

3000-12000

(2 carriles)

Vias expresas de tránsito bajo y

medio

3000-50000

(4 carriles)

3000-20000

(2 carriles)

3000-150000

(4 carriles o

más)

Descripción de la vía

Tránsito Máximas cargas por eje, kips (t)

1

3

2

Categoría

Vias arterias primarias y

expresas de alto tránsito

25 ó -

500-5000+

1500-8000+

40 -1000

200-800

700-5000

CATEGORIAS DE CARGA POR EJE

34 (16) 60 (27)

26 (12) 44 (20)

22 (10) 36 (16)

30 (14) 52 (24)

4

* Se excluye todo vehículo de 2 ejes y 4 llantas


Consideraciones sobre TPD (ADT) y TPDvc (ADTT)

TPD (ADT) es el tránsito promedio diario en ambas

direcciones, el cual incluye todos los vehículos

TPDvc (ADTT) es el tránsito promedio diario en

ambas direcciones, de vehículos comerciales (vehículos

con 6 o más llantas)



Consideraciones sobre TPD (ADT) y TPDvc (ADTT)

Los valores de TPD y TPDvc que se usan para el

diseño deben ser valores promedio durante el periodo de

diseño, por lo que los valores iniciales deben ser

afectados por factores de proyección que dependen de la

tasa anual de crecimiento del tránsito



CLASIFICACIÓN DEL SOPORTE

Tipo de

soporte

Tipo de suelo Rango típico de k

(pci)

Bajo Suelo de grano fino donde predominan

partículas de limo y arcilla

75-120

Medio Arenas y mezclas de grava y arena

con cantidades moderadas de

partículas finas

130-170

Alto Arenas y mezclas de gravas y arenas

relativamente libres de finos plásticos

180-220

Muy alto Subrasantes protegidas con

subbases tratadas con cemento

250-400


PASOS PARA EL DISEÑO

Se elige una categoría de tránsito

Lo correcto es basarse en la descripción del tipo de

vía y las cargas máximas esperables por eje, más que

en los valores de TPD y TPDvc, los cuales han sido

incluidos para ilustrar valores típicos

Se determina el tipo de soporte


PASOS PARA EL DISEÑO

Se establecen las características de transferencia de

carga y confinamiento lateral del pavimento

Se escoge la tabla de diseño apropiada para los

parámetros citados

Se halla el espesor de losas de concreto requerido,

según el módulo de rotura de diseño de la mezcla


EJEMPLO DE DISEÑO


Datos del problema

Vía arteria de dos carriles

TPD de diseño = 6,200 vehículos

TPDvc de diseño = 630 vehículos comerciales

No se espera la acción de cargas inusualmente altas o bajas

Suelo de subrasante arcilloso (k = 80 lb/pg3)

Subbase granular de 4 pulgadas de espesor

Módulo de rotura del concreto = 650 lb/pg2

Transferencia de cagas por varillas

Pavimento confinado por berma de concreto


EJEMPLO DE DISEÑO

Solución del problema

Considerando el tipo de vía y el hecho de que no

habrá cargas excepcionales, se escoge la Categoría 3

de tránsito

Para la combinación de subrasante y subbase

granular, en encuentra un ―k‖ combinado de 120 pci,

al cual corresponde un Soporte Bajo

Se escoge la tabla de diseño adecuada a los datos

del problema (categoría de tránsito, tipo de

transferencia de carga y existencia de confinamiento)

EJEMPLO DE TABLA DE DISEÑO DEL PAVIMENTO

Bajo Medio Alto Muy alto

6.5 83 320

7.0 52 220 550 1900

7.5 320 1200 2900 9800

8.0 1600 5700 13300

8.5 6900 23700

PAVIMENTO CON BERMAS DE CONCRETO

650

Módulo rotura

concreto (lb/pg2)

Espesor

losas (pg)

SOPORTE SUBRASANTE - SUBBASE



EJEMPLO DE DISEÑO

Solución del problema (cont.)

Para un módulo de rotura de 650 psi, la tabla

muestra que

—7.5 pulgadas de losas soportan un TPDvc hasta

de 320 vehículos comerciales

—8.0 pulgadas de losas soportan un TPDvc hasta

de 1600 vehículos comerciales

Como el TPDvc del problema es 630, se concluye

que el espesor de losas requerido es 8.0 pulgadas

CAPACIDAD DE SOPORTE

SENSIBILIDAD DE LOS FACTORES DE DISEÑO

Si se duplica el módulo de reacción de diseño, se

logra una disminución media de 2 cm en el espesor de

losas si el soporte es bajo o medio

La disminución es del orden de 1 cm para soportes

de mejor calidad


RESISTENCIA DE DISEÑO DEL CONCRETO

Tránsito Junta Resistencia del concreto

Sin pasadores

No tiene influencia. El control lo ejerce la

erosión

Con pasadores

En promedio, un aumento de 3 kg/cm2 reduce

1 cm el espesor

Liviano a

medio

Con y sin pasadores En promedio, un aumento de 3 kg/cm2

disminuye 1 cm el espesor

Medio a

muy

pesado

BERMA PAVIMENTADA EN CONCRETO

Su consideración permite disminuir, en promedio, 3 cm

el espesor del pavimento

COLOCACIÓN DE PASADORES EN JUNTAS TRANSVERSALES

Tránsito Resistencia del concreto Efecto de los pasadores

Alta Permite reducir el espesor en 5 cm

Media y baja Permite reducir el espesor en 2 cm

Alta Permite reducir el espesor de 2 a 3 cm

Media y baja No influye

Liviano a medio Alta a baja No influye

Liviano Alta a baja No influye

Pesado y muy

pesado

Medio


ELEMENTOS AUXILIARES

DISEÑO DE JUNTAS EN

PAVIMENTOS RÍGIDOS

FUNCIONES DE LAS JUNTAS DE LOS PAVIMENTOS RÍGIDOS

Controlar el agrietamiento transversal y longitudinal

generado por la contracción restringida del concreto y

por los efectos combinados del alabeo y las cargas del

tránsito

Permitir los movimientos de las losas

Asegurar una adecuada transferencia de carga

Proveer espacio para el material de sello

DISEÑO DE JUNTAS

FISURACIÓN INICIAL DEL CONCRETO

La contracción generada durante las primeras horas

de vida del pavimento, a causa de la reducción de

volumen y temperatura del concreto, genera fricción

entre el pavimento y el soporte

Esta fricción produce esfuerzos de tracción que

causan un patrón de fisuramiento transversal a

intervalos del orden de 10 a 45 metros

DISEÑO DE JUNTAS

Debido a la acción de gradientes térmicos, los

segmentos en los cuales se ha dividido el pavimento

tienden a alabearse, generándose esfuerzos de flexión

proporcionales a la longitud de los segmentos, los

cuales exceden el módulo de rotura, dando lugar a la

aparición de fisuras intermedias

El proceso se sigue repitiendo hasta que las

dimensiones de los segmentos sean tales, que la

magnitud del esfuerzo generado por el gradiente

térmico resulte inferior al módulo de rotura del concreto

DISEÑO DE JUNTAS

FISURACIÓN INICIAL DEL CONCRETO

FISURACIÓN INICIAL DE UN PAVIMENTO RÍGIDO TÍPICO SIN JUNTAS

DISEÑO DE JUNTAS

PROPÓSITO DEL PROYECTO DE JUNTAS

Determinar las dimensiones de las losas que

conduzcan a la forma más económica de controlar la

fisuración transversal y longitudinal debida a cambios

volumétricos del concreto y al alabeo restringido

DISEÑO DE JUNTAS

TIPOS DE JUNTAS EN PAVIMENTOS RÍGIDOS

DISEÑO DE JUNTAS

DISEÑO DE JUNTAS

TIPOS DE JUNTAS EN PAVIMENTOS RÍGIDOS

DIMENSIONES MÍNIMAS DE LOS PASADORES DE CARGA

PCA (1975)

mm pg

160-180 22,2 7/8 350 300

190-200 25,4 1 350 300

210-230 28,6 1 1/8 400 300

240-250 31,8 1 1/4 450 300

260-280 34,9 1 3/8 450 300

290-300 38,1 1 1/2 500 300

diámetro del pasador *Espesor del

pavimento (mm)

longitud

(mm)

separación entre

centros (mm)

DISEÑO DE JUNTAS

Existe una regla según la cual el diámetro de la varilla

no puede ser menor de 1/8 del espesor de la losa (PCA,

1975)

La PCA (1991) recomienda diámetros de 1 y ¼‖ para

espesores de losa menores de 250 mm y 1 y ½‖‖ para

espesores iguales o mayores a 250 mm

Existen recomendaciones según las cuales las losas de

menos de 170 mm no requieren pasadores, debido a que

corresponden a vías de tránsito liviano

DISEÑO DE JUNTAS

DIMENSIONES MÍNIMAS DE LOS PASADORES DE CARGA

RECOMENDACIONES SOBRE VARILLAS DE ANCLAJE GRADO 60 EN

LAS JUNTAS LONGITUDINALES DE PAVIMENTOS RÍGIDOS

Carril 3.05 m Carril 3.35 m Carril 3.65 m Carril 3.05 m Carril 3.35 m Carril 3.65 m

150 1,20 1,20 1,20 1,20 1,20 1,20

175 1,20 1,20 1,20 1,20 1,20 1,20

200 1,20 1,20 1,20 1,20 1,20 1,20

225 1,20 1,20 1,20 1,20 1,20 1,20

250 1,20 1,15 1,10 1,20 1,20 1,20

850 1000

Espesor

losa

(mm)

varillas de 1/2" varillas de 5/8"

Separación entre centros (m)Long

(mm)

Long (mm) Separación entre centros (m)

No se deben colocar varillas de anclaje a menos de 38 cm de la junta transversal

DISEÑO DE JUNTAS

SEPARACIÓN ENTRE JUNTAS

Los registros locales de comportamiento constituyen la

mejor guía para establecer la separación entre juntas que

controlen efectivamente los agrietamientos transversal y

longitudinal

La juntas longitudinales de pavimentos rígidos de calles y

carreteras suelen cumplir la doble función de dividir el

pavimento en carriles y de controlar las fisuras longitudinales

La separación entre juntas transversales de contracción, que

determina la longitud de las losas, debe garantizar que la

abertura de la junta no sea excesiva si la transferencia de carga

es por trabazón de agregados

DISEÑO DE JUNTAS

RECOMENDACIONES SOBRE LONGITUDES MÁXIMAS DE

LOSAS EN PAVIMENTOS DE CONCRETO SIMPLE

DISEÑO DE JUNTAS

EJEMPLO DE APLICACIÓN DEL CRITERIO FHWA

LONGITUDES DE LOSA RESULTANTES PARA UN RANGO NORMAL DE

ESPESORES DE LOSAS Y MÓDULOS DE RELACIÓN DE SOPORTE DE

MANERA QUE L/l = 5

l (pg) L (pie) l (pg) L (pie) l (pg) L (pie)

9 42.0 17.5 35.3 14.7 25.0 10.4

13 55.3 23.0 46.5 19.4 32.9 13.7

k=100 pci k=200 pci k=800pciEspesor de losa (pg)

De acuerdo con la tabla, si los soportes son rígidos

(subbases estabilizadas) la longitud de las losas debe ser

menor

— Del orden de 12 pies para losas de 9 pulgadas de

espesor, y del orden de 15 pies para losas de 13

pulgadas

DISEÑO DE JUNTAS

COMPARACIÓN DE LONGITUDES MÁXIMAS DE LOSAS

SEGÚN DIVERSOS CRITERIOS

(espesor = 9 pulgadas)

Criterio

FAA

PCA

Fordyce

L= 2x9 = 18 pies (5.5 m)

L=25*9/12 = 18.75 pies (5.7 m)

depende del tipo de agregado grueso

FHWA

Longitud máxima

k= 100 pci; L = 17.5 pies (5.3 m)

k= 200 pci; L = 14.7 pies (4.5 m)

k= 800 pci; L = 10.4 pies (3.2 m)

DISEÑO DE JUNTAS

Las juntas tienen por finalidad ayudar a la

construcción y minimizar los agrietamientos aleatorios

del pavimento

Se debe tener en cuenta que el concreto tiende siempre

a tomar la forma cuadrada

Las losas largas y estrechas tienden a agrietarse más

que las losas aproximadamente cuadradas

La relación largo/ancho no debería exceder de 1.4

RECOMENDACIONES GENERALES PARA LA DISPOSICIÓN

DE JUNTAS EN PAVIMENTOS DE CONCRETO SIMPLE

DISEÑO DE JUNTAS

Las losas delgadas se tienden a agrietar a menores

intervalos que las losas espesas

Los lados de las losas en las zonas de giro no deben

tener menos de 45 cm

Se deben hacer ajustes menores en la distribución de

juntas donde haya sumideros o pozos de inspección y

las losas donde ellos queden incluidos suelen armarse

en la parte superior

DISEÑO DE JUNTAS

RECOMENDACIONES GENERALES PARA LA DISPOSICIÓN

DE JUNTAS EN PAVIMENTOS DE CONCRETO SIMPLE

EJEMPLO DE DISTRIBUCIÓN DE JUNTAS EN

PAVIMENTOS DE CONCRETO SIMPLE

DISEÑO DE JUNTAS

reforzadas

EJEMPLO DE DISTRIBUCIÓN DE JUNTAS EN


DISEÑO DE JUNTAS

EJEMPLOS DE DISPOSICIÓN DE JUNTAS AISLADORAS

EN PAVIMENTOS DE CONCRETO SIMPLE

DISEÑO DE JUNTAS

DISEÑO DE JUNTAS

REFUERZO DE LOSAS DE FORMA IRREGULAR O CON

ESTRUCTURAS FIJAS EN SU INTERIOR

ESQUEMA DE TRANSICIÓN ENTRE PAVIMENTOS

ASFÁLTICO Y RÍGIDO

DISEÑO DE JUNTAS

DISEÑO DEL SELLO DE LAS JUNTAS

Las juntas deben ser selladas para minimizar la

infiltración de agua superficial y de materiales

incompresibles dentro de ellas

Las características requeridas de un sellador son

diferentes para los distintos tipos de juntas. Un

sellador para una junta longitudinal no requiere ser tan

elástico como para una junta transversal

DISEÑO DE JUNTAS


Las dimensiones de las cajas de las juntas son un

factor importante en la selección y comportamiento de

los selladores

Las dimensiones de las cajas se establecen para

ayudar a los materiales selladores a soportar los

movimientos de apertura y cierre de las juntas

Las estimaciones de los movimientos de las juntas

transversales se hacen con la ecuación:

DISEÑO DE JUNTAS

DL = CL ( a Dt + d)


El ancho de la caja para alojar el sello debe ser como

mínimo de 6 mm y como máximo de 10 mm

El ancho de corte con la sierra y la profundidad de

inserción del cordón de respaldo determinan la forma

del sellador

El factor de forma (relación profundidad/ancho) es

crítico para el éxito a largo plazo de los selladores

líquidos

DISEÑO DE JUNTAS

Cajas para selladores líquidos


DISEÑO DE JUNTAS


Los movimientos de expansión y contracción de las

losas inducen deformaciones en el material de sello y

tensiones en sus áreas de adherencia con la caja

Un factor de forma menor de 1.0 produce tensiones

más bajas en el sellador, lo que minimiza la pérdida de

adherencia con las paredes de la junta



DISEÑO DE JUNTAS



Los selladores líquidos de vertido en caliente

soportan hasta un 20% de alargamiento con respecto a

su ancho original, mientras las siliconas y otros

materiales de bajo módulo soportan hasta el 100%

En consecuencia, el sellador se debe escoger de

acuerdo con su alargamiento máximo esperado a causa

de la retracción del concreto

DISEÑO DE JUNTAS

DL = CL ( a Dt + d)

DL = 0.8*4*1000 ( 10-5*25 + 0.00045) = 2.24 mm

DISEÑO DE JUNTAS



Ejemplo

Si se tienen los siguientes datos:

C = 0.8; L = 4 metros; α = 10-5; ΔT = 25ºC y

δ = 0.00045:

Y se emplea la ecuación:

Se obtiene la siguiente abertura máxima de la junta:

De acuerdo con recomendaciones de ACPA, el ancho

mínimo de la caja para alojar el sello debe ser de 6 mm

Como según el ejemplo, la abertura de la junta será de

2.24 mm, después de la contracción del concreto el

reservorio tendrá un ancho de 6.0+2.24 = 8.24 mm, lo

que hace que el material de sello deba tener un

porcentaje de alargamiento mayor de 2.24/6.0 = 0.37 (37

%), con el fin de soportar, sin desprenderse, el

movimiento de la junta en sentido horizontal

DISEÑO DE JUNTAS



DISEÑO DE JUNTAS



DISEÑO DE JUNTAS

Cajas para selladores preformados


Los selladores preformados se colocan para permanecer

en compresión dentro de la junta durante su vida útil, aun

cuando la junta esté abierta a su máxima anchura

Ello es necesario para mantener la presión de contacto

requerida entre la junta y el sellador, de manera que éste

se conserve en su lugar

Si la junta se abre hasta un ancho mayor que el del

sellador, éste fallará, por cuanto caerá dentro de la junta o

será expulsado por el tránsito

DISEÑO DE JUNTAS



Es muy importante elegir el tamaño correcto de

sellador y que éste mantenga sus propiedades elásticas

El sellador debe permanecer en compresión,

transmitiendo esfuerzos a las caras de la junta a través

de sus nervaduras

Si la junta se hace muy estrecha y los esfuerzos de

compresión sobre el sellador son muy altos, éste pierde

su elasticidad y el sello falla cayendo al fondo de la

junta o siendo expulsado de ésta

DISEÑO DE JUNTAS



DISEÑO DE JUNTAS

Procedimiento para elegir el tamaño del sellador

preformado


El primer paso consiste en calcular la abertura que

puede tener la junta: DL = CL ( a Dt + d)

Determinadas las aberturas máxima y mínima de la

junta, se establece el rango de trabajo del sellador, de

manera que éste se encuentre comprimido por lo menos

20%, pero no más de 60 %

Estimado el rango de trabajo, se determina el ancho

que requiere el sellador

DISEÑO DE JUNTAS

Ejemplo de cálculo del tamaño del sellador preformado


Datos:

–Temperatura en el instante de colocar el sellador = 28 ºC

–Temperatura máxima del pavimento = 45 ºC

–Temperatura mínima del pavimento = 0 ºC

–Longitud de losa = 4.50 metros

–Coeficiente de dilatación térmica del concreto (α) = 10-5/º C

–Coeficiente de contracción por secado (δ) = 0.00045

–Factor de ajuste por fricción = 0.8

DISEÑO DE JUNTAS



Determinación de la mayor abertura de la junta (frío):

DL = 0.8*4.5*1000 [ 10-5* (28 - 0) + 0.00045] = 2.63 mm

DL = 0.8*4.5*1000 [ 10-5* (45 - 28) + 0.00045] = 2.23 mm

Determinación de la menor abertura de la junta (calor):

Si el ancho de corte de la junta es 10 mm, las aberturas

máxima y mínima de la caja serán:

D máx. = 10 + 2.63 = 12.63 mm

D mín. = 10 - 2.23 = 7.77 mm

DISEÑO DE JUNTAS



Determinación del rango de trabajo del sellador

preformado

–Si el sello debe permanecer comprimido no menos de

20% cuando la junta está abierta, ni más de 60% cuando

está cerrada, su rango de trabajo se determina así:

Ancho máximo del sello = Ancho mínimo de junta*5.0

Ancho mínimo del sello = Ancho máximo de junta*1.2

DISEÑO DE JUNTAS



Determinación del rango de trabajo del sellador

preformado

Ancho máximo del sello = 7.77*5.0 = 38.9 mm

Ancho mínimo del sello = 12.63*1.2 = 15.2 mm

DISEÑO DE JUNTAS



Determinación del ancho del sellador preformado

–Un criterio es tomar el promedio de estos dos extremos

(27 mm), aunque una regla general es tomar el doble del

ancho de corte en el momento de sellado, si cumple los

criterios del cálculo. De acuerdo con esta regla, el ancho

sería 10*2 = 20 mm (3/4‖) y su rango de trabajo:

Máximo = 20 – 0.2*20 = 16 mm (20% de compresión)

Mínimo = 20 – 0.6*20 = 8 mm (60% de compresión)

DISEÑO DE PAVIMENTOS DE

ADOQUINES

CONTENIDO

Ventajas y desventajas de los pavimentos de adoquines

Trabazón en los pavimentos articulados

Método de diseño ICPI

DISEÑO DE PAVIMENTOS DE ADOQUINES

VENTAJAS Y

DESVENTAJAS DE LOS

PAVIMENTOS DE

ADOQUINES

VENTAJAS DE LOS PAVIMENTOS DE ADOQUINES

Por ser elaborados con un concreto o ladrillo de alta resistencia,

los adoquines presentan alta resistencia a las cargas concentradas,

a la abrasión y a los agentes atmosféricos. Además, no son

afectados por los productos derivados del petróleo

Por el reducido tamaño de los bloques, el pavimento no está

sujeto a los esfuerzos por cambios térmicos que afectan a los

pavimentos rígidos y se acomodan fácilmente a pequeños

asentamientos del soporte

Los adoquines son reutilizables cuando se requiere su remoción

para ejecutar trabajos subterráneos

Su construcción puede emplear mano de obra no calificada si no

se desea la instalación mecánica

INTRODUCCIÓN

DESVENTAJAS DE LOS PAVIMENTOS DE ADOQUINES

Debido a la innumerable cantidad de juntas que posee

el pavimento, la circulación es incómoda y se traduce en

mayores costos de operación vehicular en relación con

otras alternativas de pavimento

INTRODUCCIÓN


ADOQUINES

TRABAZÓN EN LOS

PAVIMENTOS

ARTICULADOS

Trabazón vertical

Se logra por transferencia de cortante entre bloques

vecinos a través de la arena presente en las juntas

Trabazón rotacional

La mantienen los adoquines si tienen suficiente

espesor, si se encuentran muy cercanos entre sí y si

están confinados por un sardinel que restrinja las

fuerzas laterales de las ruedas de los vehículos

TRABAZÓN EN LOS PAVIMENTOS

ARTICULADOS

Trabazón horizontal

Se logra, fundamentalmente, mediante un adecuado

ensamble de los adoquines que disperse las fuerzas de

frenado, aceleración y giro de los vehículos

El ensamble más efectivo es el de espina de pez


ARTICULADOS


ARTICULADOS


ADOQUINES

MÉTODO DE DISEÑO

ICPI

MÉTODO DE DISEÑO ICPI

Medio ambiente

Los ensayos de resistencia de la subrasante se debenrealizar en las condiciones de humedad y densidad deequilibrio esperadas

Cuando la resistencia se evalúe indirectamente apartir de la clasificación de los suelos, se debeestablecer previamente una opción de medio ambientey drenaje


FACTORES DE DISEÑO

Medio ambiente


FACTORES DE DISEÑO

Resistencia de la subrasante

Utilizar el valor de CBR o el módulo resiliente dediseño, cuando se disponga de él

Si no se tienen resultados de ensayos de resistencia,adoptar valores por correlación con la clasificación delsuelo y la opción ambiental

Cuando el CBR < 3%, se debe contemplar elreemplazo del suelo por otro de mayor capacidadportante, la construcción de una subrasante mejorada, elmejoramiento del suelo mediante estabilización o el usode geomallas y/o geotextiles


FACTORES DE DISEÑO



FACTORES DE DISEÑO

Tránsito

Alternativa 1

— Si se dispone de datos suficientes, calcular N(EALs)

Alternativa 2

— Si no hay información detallada disponiblesobre el tránsito, emplear la tabla siguiente


FACTORES DE DISEÑO

Tránsito (Alternativa 2)


FACTORES DE DISEÑO

El espesor de adoquines de concreto para tránsitovehicular se establece en 80 mm

El espesor de la capa de arena de soporte de losadoquines, oscila entre 25 y 40 mm (esta capa nobrinda aporte estructural)

Hay una gráfica de diseño para cada tipo dematerial de base considerado por el método (granular,estabilizado con asfalto, estabilizado con cemento)

Parte del espesor de la base que se obtiene en lasgráficas puede ser convertido a un espesorequivalente de subbase granular


DETERMINACIÓN DE ESPESORES

Se deben respetar los siguientes espesoresmínimos para la capa de base:

— granular: 100 mm si N < 500,000 ejes

150 mm si N ≥ 500,000 ejes

— estabilizada con asfalto: 75 mm

— estabilizada con cemento: 100 mm



Factores de conversión de espesor de base a espesorequivalente de subbase granular:

—para base granular: 1.75

—para base estabilizada con asfalto: 3.40

—para base estabilizada con cemento: 2.50



GRÁFICAS DE DISEÑO DE PAVIMENTOS

ARTICULADOS DE CONCRETO


Vía urbana residencial de dos carriles

Suelo predominante de subrasante: arcilla limosa (CH)

No hay datos disponibles sobre la resistencia de la

subrasante ni sobre tránsito

De acuerdo con la información climática, se anticipa

que el pavimento estará expuesto a niveles cercanos a la

saturación más del 25 % del tiempo

Se prevé que la calidad del drenaje sea aceptable

EJEMPLO DE DISEÑO


Tránsito

Como no hay información detallada disponible, seemplea el valor N que recomienda la tabla respectiva(840,000 ejes equivalentes )

Medio ambiente

Por las condiciones esperadas, se adopta la opción 1para el establecimiento de la resistencia de la subrasante


Para la clase de suelo (CH) y la condición ambiental(opción 1), se adopta un MR= 4,500 psi (31 MPa)



Caso de pavimento con base granular

Espesor adoquines de concreto = 80 mm

Espesor capa de soporte de arena = 25 a 40 mm

Espesor total de base (gráfica) = 330 mm

Espesor mínimo requerido de base granular = 150 mm

Espesor subbase granular = (330 - 150)*1.75 = 320 mm



Caso de pavimento con base granular



Caso de pavimento con base estabilizada con asfalto

Espesor adoquines de concreto = 80 mm

Espesor capa de soporte de arena = 25 – 40 mm

Espesor total de base (gráfica) = 135 mm

Espesor mínimo requerido de base = 75 mm

Espesor subbase granular = (135 -75)*3.40 = 200 mm



Caso de pavimento con base estabilizada con asfalto



CONSTRUCCIÓN DE


CONTENIDO

Explanación

Procesamiento de agregados pétreos

Construcción de capas granulares

Tratamiento de suelos con cal

Construcción de bases estabilizadas con cemento

Construcción de bases estabilizadas con emulsión

Construcción de bases estabilizadas con asfalto

espumado

CONTENIDO

(continuación)

Construcción de capas de rodadura

Construcción de tratamiento superficial

Construcción de lechadas asfálticas y de

microaglomerados en frío

Construcción de capas de mezcla densa en frío

Construcción de capas de mezcla abierta en frío

Construcción de capas de mezcla en caliente

CONSTRUCCIÓN DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS

EXPLANACIÓN

EXPLANACIÓN

DEFINICIÓN

Movimiento de tierras necesario para obtener una

plataforma uniforme sobre la cual se construye el

pavimento

EXPLANACIÓN

DESMONTE Y LIMPIEZA

Retiro de rastrojo, maleza, bosque, pastos, escombros, etc,

en las áreas que van a ser ocupadas por el proyecto vial, de

manera que el terreno quede limpio y libre de vegetación y

su superficie resulte apta para el inicio de los trabajos

subsiguientes

EXPLANACIÓN

DESCAPOTE

Excavación y remoción de la capa vegetal en el área

donde se deban realizar las excavaciones de la

explanación y los rellenos

EXPLANACIÓN

EXCAVACIONES

Remoción mecánica de los materiales que requieran

este tratamiento para conformar la sección vial, según lo

indican los planos del proyecto

Terreno natural

Proyecto

EXPLANACIÓN

EXCAVACIÓN EN ROCA

Perforación de barrenosIntroducción de la carga

EXPLANACIÓN

Voladura

EXCAVACIÓN EN ROCA

Talud precortado

EXPLANACIÓN

EXCAVACIÓN EN MATERIAL COMÚN

CONSTRUCCIÓN DE TERRAPLENES

EXPLANACIÓN

Colocación y compactación en capas, de suelos

apropiados para conformar la sección vial, según lo

indican los planos del proyecto

Terreno natural

Proyecto

EXPLANACIÓN

CONSTRUCCIÓN DE TERRAPLENES

EXPLANACIÓN

CONSTRUCCIÓN DE PEDRAPLENES

Colocación, extensión y compactación de capas

constituidas por fragmentos de roca, para conformar la

sección vial, según lo indican los planos del proyecto

PREPARACIÓN DE LA SUBRASANTE

EXPLANACIÓN

La subrasante es la capa superior de la explanación

(generalmente en espesor de 300 mm) sobre la cual se

construye el pavimento

COMPACTACIÓN DE LA SUBRASANTE

EXPLANACIÓN

EQUIPOS DE COMPACTACIÓN RECOMENDADOS

(ARRB TRANSPORT RESEARCH)

EXPLANACIÓN

SUBRASANTE COMPACTADA Y CONFORMADA

EXPLANACIÓN

Aspecto general Verificación de la densidad

EMPLEO DE GEOTEXTILES PARA SEPARACIÓN

EXPLANACIÓN

Sobre subrasantes blandas y finas se suelen colocar

geotextiles para impedir que el suelo contamine las

capas granulares del pavimento

EMPLEO DE GEOMALLAS PARA REFUERZO

EXPLANACIÓN

Cuando se desea reducir la magnitud de los esfuerzos

verticales sobre la subrasante, una opción consiste en la

colocación de geomallas

EFECTO DE LA GEOMALLA SOBRE EL SUELO DE

SUBRASANTE

EXPLANACIÓN

COLOCACIÓN DE EMPALIZADAS SOBRE

SUBRASANTES BLANDAS

EXPLANACIÓN

Técnica constructiva antigua, que se aplica cuando no se

dispone de geosintéticos


PROCESAMIENTO

DE AGREGADOS

PÉTREOS

FUENTES DE MATERIALES

Los materiales pétreos para la construcción de pavimentos

provienen de dos fuentes típicas de aprovisionamiento:

—Formaciones masivas de roca, llamadas canteras

—Depósitos aluviales, constituidos por sedimentos que han

sido arrastrados por el agua a lo largo del curso de los ríos

Cantera Depósito aluvial

PROCESAMIENTO DE AGREGADOS PÉTREOS


VOLADURA DEL MATERIAL DE CANTERA


CARGUE Y TRANSPORTE DEL MATERIAL DE LA

CANTERA A LA PLANTA DE PROCESAMIENTO

ESQUEMA DEL SISTEMA DE TRITURACIÓN Y CLASIFICACIÓN


PLANTA DE TRITURACIÓN Y CLASIFICACIÓN


http://es.geocities.com/trituradoraesmeralda/imagines/tarrito3.gif




PLANTA DE TRITURACIÓN Y CLASIFICACIÓN


EQUIPOS DE TRITURACIÓN


MANDÍBULAS

Consisten en una cámara dentro de la cual se introduce las

piedras a triturar, las cuales son obligadas a pasar entre 2

mandíbulas que las reducen al tamaño deseado. Normalmente

un mandíbula es fija y la otra es movida oscilatoriamente por

una excéntrica



CONO

Constan de un cono con un movimiento excéntrico dentro

de una cámara. La graduación del tamaño de salida se logra

separando más o menos el cono de la cámara

http://www.sonoranprocess.com/images/Merlin-large.jpg



IMPACTO

Eje verticalEje horizontal

Constan de una cámara metálica en cuyo interior giran unos

martillos. La piedra, que entra por gravedad, es golpeada por

los martillos y lanzada contra la cámara que tiene placas o

barras rompedoras



RODILLOS

Consisten en dos cilindros colocados a corta distancia que

giran en sentido contrario, triturando las partículas al pasar

entre ellos

UNIDAD DE CLASIFICACIÓN


Tiene por finalidad separar el material en diferentes tamaños

y está constituida por cribas planas (tamices) horizontales o

con una leve inclinación, colocadas dentro de un bastidor y a

las cuales se imprime un movimiento vibratorio

UNIDADES DE TRITURACIÓN Y CLASIFICACIÓN


TRITURADORA

PRIMARIA

TRITURADORA

SECUNDARIA Y

UNIDAD DE

CLASIFICACIÓN

Mandíbulas

Rodillos Unidad de clasificación

EQUIPO DE LAVADO


Tiene por finalidad eliminar material fino (tierra o arcilla)

que afecta de manera inconveniente la adherencia del ligante

en las mezclas asfálticas y la resistencia en las hidráulicas

Suele ir instalado dentro de la clasificadora, aunque también

puede ser una unidad independiente donde el material es

dirigido en dirección opuesta a la corriente de agua

BANDAS TRANSPORTADORAS


Efectúan el movimiento de los materiales triturados y

tamizados dentro de la planta

Están conformadas por una correa sin fin que se mueve

apoyada en dos tambores extremos (rotor y tensor) y en una

serie de rodillos intermedios

Bandas transportadoras

Acopios


CONSTRUCCIÓN

DE CAPAS

GRANULARES

CONSTRUCCIÓN DE CAPAS GRANULARES

PROCEDIMIENTO GENERAL DE CONSTRUCCIÓN

Cargue y transporte de los agregados a la vía

Colocación de los materiales en la vía

Extensión del material, eventual humedecimiento y

mezclado homogéneo

Extensión del material mezclado en ancho y espesor

apropiados

Compactación y perfilado de la capa

CARGUE Y PESAJE DE LOS AGREGADOS EN LA PLANTA


TRANSPORTE DEL AGREGADO PROCESADO AL SITIO

DE LAS OBRAS


COLOCACIÓN DE LOS AGREGADOS

SOBRE LA SUPERFICIE DE LA VÍA


Las volquetas vierten los agregados sobre la vía a

separaciones adecuadas según el ancho de banca y el

espesor compacto por construir, de manera de optimizar el

rendimiento de los equipos de extensión

EXTENSIÓN Y HOMOGENIZACIÓN DE LOS

AGREGADOS


La motoniveladora distribuye los agregados sobre la

superficie y los mezcla de manera que el material resulte

homogéneo y con la granulometría exigida

HUMEDECIMIENTO


Se aplican los riegos de agua necesarios para suministrar

a los agregados la humedad óptima para su compactación

MEZCLADO HOMOGÉNEO Y EXTENSIÓN DEL MATERIAL


La motoniveladora realiza un mezclado homogéneo de los

agregados con el agua y los extiende en el ancho y el espesor

previstos en el diseño


COMPACTACIÓN Y PERFILADO

Una vez homogeneizado y humedecido el material, se

compacta hasta alcanzar los umbrales de densidad exigidos por

las especificaciones de construcción

Finalmente, la capa se conforma con la sección transversal

del proyecto y se realiza una compactación final


REFUERZO DE LA BASE GRANULAR

En algunos proyectos se emplean geomallas y geotextiles

de alto módulo para incrementar la capacidad estructural de

los pavimentos flexibles


TRATAMIENTO DE

SUELOS CON CAL

PROCEDIMIENTO PARA EL TRATAMIENTO

Escarificado del suelo a tratar

Distribución de la cal (bolsas, granel, lechada)

Mezcla preliminar del suelo con la cal

Adición de agua

Período de maduración

Pulverización y mezclado final

Perfilado y compactación

Curado

TRATAMIENTO DE SUELOS CON CAL

ESCARIFICADO DEL SUELO


El escarificado, en el ancho y el espesor previstos, ofrece una

mayor área superficial de contacto para la cal en el instante de

su aplicación, lo que favorece el proceso de estabilización

Este proceso es particularmente importante en el tratamiento

de arcillas pesadas

COLOCACIÓN DE LA CAL EN BOLSAS


Si la cal se va a colocar en bolsas sobre el suelo por

estabilizar, ellas se deberán distribuir en filas y a

separaciones que garanticen la incorporación

homogénea de la cal al suelo y en la cantidad prevista

en el diseño de la mezcla

La separación entre bolsas depende del contenido de

las bolsas, del espesor y ancho por tratar y de la

densidad de la capa estabilizada compactada

DETERMINACIÓN DEL ESPACIAMIENTO ENTRE BOLSAS


COLOCACIÓN DE LA CAL EN BOLSAS Y DISTRIBUCIÓN


APLICACIÓN DE CAL A GRANEL


La aplicación a granel la realizan camiones, preferiblemente

con dispositivos de auto descarga, que permiten la distribución

en un ancho igual al del camión

No se debe aplicar cal a granel en momentos de viento, por

cuanto se genera una gran cantidad de polvo

APLICACIÓN DE CAL EN FORMA DE LECHADA


La aplicación en forma de lechada la realizan a presión

camiones distribuidores que poseen elementos de recirculación

para mantener la lechada en suspensión

Como la cal en lechada es menos concentrada que seca

(30%-35%), suelen ser necesarias dos o más pasadas del

camión para aplicar la cantidad de cal determinada en el diseño

Para prevenir escurrimientos que den lugar a una distribución

no uniforme de la cal, la lechada debe ser mezclada con el

suelo inmediatamente después de cada pasada del camión

APLICACIÓN DE CAL EN FORMA DE LECHADA


Carga de la lechada en el camión Aplicación de la lechada

MEZCLA PRELIMINAR DEL SUELO CON LA CAL


El mezclado preliminar busca pulverizar el suelo y distribuir

íntimamente la cal dentro de él, preparándolo para la adición

de agua que inicie la reacción química de estabilización

Este mezclado preliminar se puede obviar si la mezcla se va

a realizar con un equipo moderno de mezcla

ADICIÓN DE AGUA


Se debe agregar la cantidad necesaria de agua para

asegurar la hidratación de la cal y se continúa el mezclado

La adición de agua no resulta necesaria cuando la cal se

aplica en forma de lechada

PERÍODO DE MADURACIÓN


La mezcla de suelo y cal debe madurar suficientemente

para permitir la reacción química que modifica el material

Durante este período, que depende del tipo de suelo y

puede variar entre 1 y 7 días, se mantiene la humedad cerca

de la óptima de compactación

Luego del período de maduración, el suelo es remezclado

antes de su compactación

Cuando lo que se busca con la estabilización es

simplemente secar suelo o disminuir su plasticidad, este

período de maduración se puede evitar

PULVERIZACIÓN Y MEZCLADO FINAL


La pulverización de la fracción arcillosa y la mezcla íntima

de la cal con el suelo son esenciales para una buena

estabilización

Se exige que el 100% del material pulverizable pase el

tamiz de 1” y el 60%, cuando menos, pase el tamiz # 4

Durante este proceso se requiere rehumedecer el material

para obtener un contenido de agua 3% por encima del

óptimo de compactación

Si en el proceso de mezcla preliminar se logró el grado

pulverización exigido, las etapas de maduración y de

mezclado final pueden ser eliminadas

PULVERIZACIÓN Y MEZCLADO FINAL


Con rastra de discos

Con mezcladora rotativa

PERFILADO Y COMPACTACIÓN


La mezcla se perfila y compacta inmediatamente después

del mezclado final, hasta lograr la densidad exigida por la

especificación

El mejor efecto se suele lograr combinando rodillos pata de

cabra con neumáticos

CURADO


Se debe permitir que la capa endurezca hasta que los

camiones de construcción puedan circular sobre ella sin

ahuellarla. Durante este tiempo, la capa se debe mantener

húmeda para favorecer el incremento de su resistencia, lo

que se logra con aplicaciones permanentes de agua o

mediante un riego bituminoso de curado


CONSTRUCCIÓN DE

BASES

ESTABILIZADAS

CON CEMENTO

CONSTRUCCIÓN BASE ESTABILIZADA CON CEMENTO

PROCEDIMIENTO PARA MEZCLA EN EL LUGAR

Preparación inicial:

Si el suelo es del lugar, escarificar, pulverizar y prehumedecer

Si el suelo es importado, acopiar, extender y prehumedecer

Elaboración

Distribución del cemento

Mezcla del suelo con el cemento

Adición de la humedad faltante y continuación del mezclado

Compactación inicial

Perfilado y compactación final

Curado


ESCARIFICADO Y PULVERIZACIÓN DEL

SUELO POR ESTABILIZAR

El escarificado y pulverización del suelo, en el ancho y el

espesor previstos, ofrece una mayor área superficial de

contacto para el cemento en el instante de su aplicación, lo

que favorece el proceso de estabilización

COLOCACIÓN DEL CEMENTO EN BOLSAS

Si el cemento se va a colocar en bolsas sobre el suelo por

estabilizar, ellas se deberán distribuir en filas y a

separaciones que garanticen la incorporación homogénea

del cemento al suelo y en la cantidad prevista en el diseño

de la mezcla

La separación entre bolsas depende del contenido de las

mismas, del espesor y ancho por tratar y de la densidad de

la capa estabilizada compactada



COLOCACIÓN DEL CEMENTO EN BOLSAS

Y DISTRIBUCIÓN MANUAL


APLICACIÓN DE CEMENTO A GRANEL

La aplicación a granel la realizan camiones, preferiblemente

con dispositivos de auto descarga, que permiten la distribución

en un ancho igual al del camión

No se debe aplicar cemento a granel en momentos de viento,

por cuanto se genera una gran cantidad de polvo


CONTROL DE LA DISTRIBUCIÓN DE CEMENTO A GRANEL

Colocando lonas de área conocida se recoge el cemento

aplicado sobre ellas y se pesa para verificar la dosificación


MEZCLA DEL SUELO CON EL CEMENTO CON

MÁQUINA RECICLADORA

Con esta máquina, el mezclado en seco, la adición de agua

y el mezclado húmedo se hacen en una sola operación


MEZCLA DEL SUELO CON EL CEMENTO CON

MEZCLADORA DE PASO SENCILLO

Con esta máquina, el mezclado en seco, la adición de agua y el

mezclado húmedo se hacen en una sola operación


MEZCLA DEL SUELO CON EL CEMENTO CON MEZCLADORA

DE PASO MÚLTIPLE O CON MOTONIVELADORA

Este procedimiento no es el más recomendable, por cuanto se

requieren varias pasadas y la mezcla elaborada es menos

homogénea que al emplear las otras máquinas


HUMEDECIMIENTO DEL MATERIAL

Cuando la mezcla se hace con motoniveladora es necesaria la

aplicación del agua con carrotanque durante el proceso, para

incorporar la humedad óptima de compactación


COMPACTACIÓN INICIAL Y CONTROL DE HUMEDAD

Los mejores resultados se obtienen cuando la compactación

se realiza apenas se completa el mezclado y reponiendo el agua

que se pierde por evaporación durante el proceso


CONFORMACIÓN DE LA SUPERFICIE

Terminada la compactación inicial, la superficie de la capa

compactada se conforma para adaptarla a la sección

transversal del proyecto


COMPACTACIÓN FINAL

La compactación final produce una capa lisa, rígida y libre

de costras y de fisuras


CURADO

Se debe mantener la humedad de la capa compactada para

permitir la adecuada hidratación del cemento

Ello se logra aplicando riegos continuos de agua o aplicando

un riego de protección con una emulsión de rotura rápida


PROCEDIMIENTO PARA MEZCLA EN PLANTA

Elaboración de la mezcla en la planta

Transporte a la vía

Extensión de la mezcla

Adición de la humedad faltante y mezcla

Compactación inicial

Perfilado y compactación final

Curado


PROCESO DE MEZCLA EN PLANTA


HUMEDECIMIENTO Y EXTENSIÓN DE LA MEZCLA

TRANSPORTADA DESDE LA PLANTA


EXTENSIÓN DE LA MEZCLA CON TERMINADORA


COMPACTACIÓN, TERMINADO Y CURADO

Los procesos de compactación inicial, control de

humedad, perfilado de la superficie, compactación

final y curado de la superficie compactada son

idénticos a los descritos para el caso de la mezcla en

el lugar


CONSTRUCCIÓN

DE BASES

ESTABILIZADAS

CON EMULSIÓN

CONSTRUCCIÓN BASE ESTABILIZADA CON EMULSIÓN


Mezcla en vía

— En varias pasadas

— En una sola pasada

Mezcla en planta fija o portátil

Mezcla en planta caminera



Mezcla en vía en varias pasadas

Si se emplea material de aporte, transporte a la vía,

colocación y extensión

Si la estabilización incluye el suelo existente, disgregación

del mismo

Adición de la humedad faltante y mezcla

Adición de la emulsión y mezcla

Extensión en el espesor y ancho apropiados

Compactación



Mezcla en vía en varias pasadas

Disgregación Adición de agua

Adición de emulsión Mezcla y extensión Compactación

Mezcla


ESCARIFICADO Y DISGREGACIÓN DEL

SUELO DEL LUGAR

El suelo por tratar es escarificado hasta la profundidad

prevista en el diseño y, en caso necesario, se adiciona material

nuevo y se disgrega y mezcla el conjunto


APLICACIÓN DE AGUA Y EMULSIÓN Y

MEZCLA EN VÍA EN VARIAS PASADAS

Se conforma un cordón con la motoniveladora, se añaden las

cantidades previstas de agua y emulsión, se mezcla con las

pasadas necesarias de la motoniveladora hasta obtener una

mezcla uniforme que se extiende a lo ancho de la vía



Mezcla en vía en una sola pasada

Si se emplea material de aporte, transporte de éste a la

vía, colocación y extensión

Disgregación del material aportado o del existente,

según el caso

Adición del agua y la emulsión

Mezcla con una máquina mezcladora de paso sencillo

Extensión la mezcla en el espesor y ancho apropiados

Compactación


APLICACIÓN DE AGUA Y EMULSIÓN Y

MEZCLA CON EL AGREGADO

El material de los cordones o extendido a lo ancho de la vía

puede ser mezclado con el agua y la emulsión por medio de

una mezcladora de paletas de paso sencillo que tiene

incorporadas flautas para la distribución de los fluidos




La planta puede ser continua o discontinua y debe

disponer de los dispositivos adecuados para dosificar

los agregados, el agua y la emulsión

Si la planta es continua, se introducen los agregados

en el mezclador y, en forma sucesiva y continua, se

agregan las cantidades requeridas de agua y emulsión,

según lo establezca la fórmula de trabajo



Mezcla en planta fija o portátil (cont.)

Si la planta es discontinua, se introduce una

determinada cantidad de material por estabilizar en el

mezclador y luego las cantidades precisas de agua y

emulsión para cada bachada y se realiza la mezcla


PLANTA CONTINUA DE MEZCLA EN FRÍO

(esquema)


PLANTA DE MEZCLA EN FRÍO

(fotografía)


Operaciones adicionales cuando se mezcla en planta

fija o portátil

Transporte de la mezcla a la obra

Vertido de la mezcla en la máquina terminadora

Extensión de la mezcla en ancho y espesor apropiados

Compactación



TRANSPORTE Y ENTREGA DE LA

MEZCLA EN LA TERMINADORA




El agregado por estabilizar se dosifica en una central y se

transporta a la vía con la gradación apropiada

Se vierte el agregado en la tolva de la planta caminera

La planta tiene dispositivos de dosificación que permiten la

elaboración de una mezcla ajustada a la fórmula de trabajo

La planta extiende la mezcla en el espesor y ancho

adecuados, mientras se desplaza sobre la carretera

Se compacta la capa


ELABORACIÓN Y EXTENSIÓN DE LA MEZCLA CON

PLANTA CAMINERA

(esquema)



PLANTA CAMINERA


COMPACTACIÓN DE LA BASE ESTABILIZADA

Con la compactación se debe eliminar la mayor cantidad

posible de agua, con el fin de lograr con mayor rapidez la

resistencia final de la capa

Se pueden emplear diferentes equipos, pero conviene que la

compactación final se realice con un rodillo neumático pesado


CONSTRUCCIÓN DE

BASES

ESTABILIZADAS CON

ASFALTO ESPUMADO

CONSTRUCCIÓN BASE ESTABILIZADA


El asfalto espumado es elaborado en una máquina

recicladora especial en la cual se añade una pequeña

cantidad de agua a un cemento asfáltico caliente a la

entrada de la cámara de mezclado

La misma máquina pulveriza el suelo por

estabilizar y lo mezcla homogéneamente con la

espuma de asfalto y con el agua adicional requerida

La máquina requiere un suministro continuo de

cemento asfáltico y de agua para realizar el proceso



ESQUEMA DE LA CÁMARA DE MEZCLA




Si se emplea material de aporte, transporte de éste a la vía,

colocación y extensión

El rotor de la máquina recicladora disgrega el material

aportado o del existente, según el caso

Elaboración de la espuma de asfalto e incorporación de ella

y del agua adicional requerida dentro de la cámara de mezcla

Mezcla de todos los ingredientes

Conformación de la mezcla

Compactación



Recicladora Tanque de asfaltoTanque de aguaCompactador Motoniveladora

TREN DE TRABAJO



Recicladora

Tanque de

asfalto

Tanque

de agua


Disgregación del material y elaboración de la mezcla en la cámara

de la recicladora




Compactación inicial Nivelación y compactación principal




Humedecimiento ligero de

la capa compactada

Compactación de cierre


CONSTRUCCIÓN

DE CAPAS DE

RODADURA

TRATAMIENTO PREVIO

IMPRIMACIÓN

Aplicación de un ligante bituminoso sobre una capagranular, previa a la construcción de un revestimientobituminoso

El ligante debe ser de curado medio (asfalto líquido MC 30o MC 70) o de rotura lenta (emulsión asfáltica CRL 0) parafavorecer el proceso de penetración dentro de la base

Imprimación

adecuada

Ligante

muy viscoso

Gran velocidad

de rotura

TRATAMIENTO PREVIO

IMPRIMACIÓN


CONSTRUCCIÓN

DE TRATAMIENTO

SUPERFICIAL

CONSTRUCCIÓN DE TRATAMIENTO SUPERFICIAL

Tratamiento superficial

simple

Es la aplicación de un

ligante bituminoso sobre

una superficie, seguida

inmediatamente por la

extensión y compactación

de una capa de agregado

pétreo de tamaño tan

uniforme como sea

posible


doble

Consiste en dos

aplicaciones alternativas

y consecutivas de un

ligante bituminoso y

agregados pétreos,

seguidas de un proceso

de compactación


BARRIDO PREVIO

Es indispensable para evitar que una película de polvo

se interponga entre la superficie de la calzada y el

tratamiento, impidiendo la adhesión de éste

Barrido manual Barrido mecánico


PROTECCIÓN AL INICIO DEL TRATAMIENTO

Con el fin de evitar un exceso de ligante en el sitio de inicio

de su aplicación, se coloca un papel resistente sobre la

superficie en el lugar en el cual comienza el riego

Antes de iniciar el riego Después de iniciar el riego


APLICACIÓN DEL LIGANTE ASFÁLTICO

Se realiza mediante un carrotanque provisto de una barra de

aplicación alimentada por una bomba

El operador deberá ajustar la altura de la barra y la

velocidad del vehículo, para obtener la dosificación prevista


EXTENSIÓN DE LA GRAVILLA

El agregado se aplica inmediatamente después de la

emulsión, con uniformidad y con la dosificación prevista

En todo caso, la gravilla se deberá aplicar antes de que se

produzca la rotura de la emulsión


COMPACTACIÓN

Se recomienda realizarla con un rodillo neumático, el

cual permite fijar el agregado sin fracturarlo

La compactación se debe efectuar lo más rápidamente

posible después de aplicar la gravilla, resultando

generalmente suficientes 3 o 4 pasadas del compactador


BARRIDO FINAL

Como alguna cantidad de gravilla queda suelta, se debe

barrer la superficie para evitar la rotura de parabrisas

Se realiza un barrido ligero a las 24 horas de ejecutado

el tratamiento y uno más enérgico al cabo de 2 o 3 días


APLICACIÓN LIGANTE ASFÁLTICO Y GRAVILLA DE LA

SEGUNDA CAPA

TRATAMIENTO SUPERFICIAL DOBLE

Primer

tratamiento

Aplicación ligante segunda capa Ligante segunda capa

Gravilla segunda capa


ASPECTO DEL TRATAMIENTO SUPERFICIAL TERMINADO



CONSTRUCCIÓN DE

LECHADAS

ASFÁLTICAS Y DE

MICROAGLOMERADOS

EN FRÍO

CONSTRUCCIÓN DE LECHADA ASFÁLTICA

Definición de lechada asfáltica

Mezcla de consistencia fluida, compuesta por emulsión

asfáltica de rotura lenta, agregado fino bien gradado

(normalmente de tamaño máximo 10 mm), llenante

mineral, agua y, eventualmente, aditivos, elaborada en una

máquina especial que también se encarga de su extensión

ESQUEMA DEL MEZCLADOR Y LA CAJA DE EXTENSIÓN


ELABORACIÓN Y APLICACIÓN

La fabricación de una lechada asfáltica comprende las

siguientes etapas:

—Entrada al mezclador, en las proporciones definidas

en el diseño, de los agregados, llenante, agua y aditivo,

si éste fuera necesario

—Homogeneización de esta mezcla sin ligante

—Entrada de la emulsión

—Mezcla y homogeneización del agregado húmedo con

la emulsión, para constituir la lechada

—Vertido de la lechada desde el cajón mezclador a la

caja distribuidora


VISTA GENERAL DEL PROCESO DE ELABORACIÓN Y APLICACIÓN


EXTENSIÓN DE LA LECHADA

La caja distribuidora se acopla a la superficie mediante

unas bandas flexibles y dispone de tornillos sinfín accionados

hidráulicamente para distribuir la lechada adecuadamente,

previniendo la segregación

Lechada

sin romperLechada

rota


DETALLE DE LA LECHADA

Antes de la rotura de la emulsión Después de la rotura de la emulsión


ASPECTO DE LA SUPERFICIE ANTES Y

DESPUÉS DE COLOCAR LA LECHADA


CONSTRUCCIÓN DE MICROAGLOMERADO EN FRÍO

Equipo para elaboración Colocación

El microaglomerado en frío es una aplicación similar a la

lechada asfáltica que combina las características de ésta

con la bondades del asfalto modificado con polímeros, lo

que da lugar a un producto con mayor durabilidad y

resistencia ante las cargas del tránsito y los agentes

ambientales

Vista general

Detalle

CONSTRUCCIÓN DE MICROAGLOMERADO EN FRÍO

CONSTRUCCIÓN DE UN “CAPE SEAL”

Consiste en la colocación de una lechada asfáltica sobre

un tratamiento superficial

Deriva su nombre de Cape Town (Ciudad del Cabo)

COLOCACIÓN DE UNA LECHADA ASFÁLTICA

SOBRE UN TRATAMIENTO SUPERFICIAL

TRATAMIENTO

SUPERFICIAL

(Etapa 1)

LECHADA

ASFÁLTICA

(Etapa 2)

CONSTRUCCIÓN DE UN “CAPE SEAL”


CONSTRUCCIÓN DE

CAPAS DE MEZCLA

DENSA EN FRÍO


El procedimiento de elaboración de las mezclas y su

colocación y compactación en obra son prácticamente

idénticos al de la estabilización con emulsión asfálticas

La diferencia se encuentra en la superior calidad

requerida de los agregados, debido a la función que

cumple la mezcla densa en el pavimento

Los procedimientos usuales para la elaboración de

estas mezclas son:

—Mezcla en planta fija o portátil

—Mezcla en planta caminera

CONSTRUCCIÓN CAPAS DE MEZCLA DENSA EN FRÍO




La planta puede ser continua o discontinua y debe

disponer de los dispositivos adecuados para dosificar

los agregados, el agua y la emulsión



agregan las cantidades requeridas de agua y de

emulsión según lo establezca la fórmula de trabajo


Mezcla en planta fija o portátil (cont.)


determinada cantidad de material por estabilizar en el

mezclador y luego las cantidades precisas de agua y de

emulsión para cada bachada y se realiza la mezcla


PLANTA CONTINUA DE MEZCLA EN FRÍO

(esquema)


PLANTA PORTÁTIL DE MEZCLA EN FRÍO




Operaciones adicionales cuando la mezcla se elabora en

planta fija o portátil

Son las mismas que en el caso de la ejecución de bases

estabilizadas en planta e incluyen:

—Transporte de la mezcla a la obra

—Vertido de la mezcla en la máquina terminadora

—Extensión de la mezcla en ancho y espesor

apropiados

—Compactación

TRANSPORTE, ENTREGA, EXTENSIÓN Y

COMPACTACIÓN DE LA MEZCLA




El agregado se dosifica en una central y se transporta a la

vía con la gradación apropiada

Se vierte el agregado en la tolva de la planta caminera

La planta tiene dispositivos de dosificación que permiten la

elaboración de una mezcla ajustada a la fórmula de trabajo

La planta extiende la mezcla en el espesor y el ancho

adecuados, mientras se desplaza sobre la carretera

Se compacta la capa



UNA PLANTA CAMINERA


COMPACTACIÓN DE LA MEZCLA DENSA EN FRÍO



CONSTRUCCIÓN DE

CAPAS DE MEZCLA

ABIERTA EN FRÍO

CONSTRUCCIÓN CAPAS DE MEZCLA ABIERTA EN FRÍO





agrega la cantidad requerida de emulsión, según lo

establezca la fórmula de trabajo. Estas mezclas no

suelen requerir la adición de agua


determinada cantidad de agregado por estabilizar en el

mezclador y luego la cantidad precisa de emulsión para

cada bachada y se realiza la mezcla


PLANTA CONTINUA DE MEZCLA ABIERTA EN FRÍO

(esquema)

Es la misma planta empleada para mezclas densas, sin los

elementos para adición de agua a la mezcla


PLANTA PORTÁTIL DE MEZCLA EN FRÍO

Detalle de la planta Detalle de acopio de mezcla


Operaciones adicionales

Transporte de la mezcla a la obra

Vertido de la mezcla en la máquina terminadora

Extensión de la mezcla en ancho y espesor apropiados

Compactación inicial con rodillo liso húmedo

Enarenado de la superficie

Compactación final con rodillo neumático



EXTENSIÓN DE LA MEZCLA


COMPACTACIÓN INICIAL

Debido a que las mezclas abiertas son pegajosas, los

rodillos lisos, con la rueda humedecida, son los más

apropiados para la compactación inicial


ENARENADO Y COMPACTACIÓN FINAL

La extensión de la capa de arena tiene por finalidad: (i)

eliminar la consistencia viscosa de la mezcla, evitando que

se pegue a los neumáticos, (ii) ayudar a endurecer la

superficie y (iii) sellar la superficie

Tras la extensión de arena se realiza la compactación

final de la capa con un rodillo neumático


ASPECTO DE LA CAPA TERMINADA


CONSTRUCCIÓN DE

CAPAS DE MEZCLA

EN CALIENTE


Elaboración de la mezcla

La planta de elaboración de la mezcla puede ser

continua (prácticamente en desuso), de mezcla en el

tambor o discontinua y debe disponer de los dispositivos

adecuados para calentar y dosificar los agregados y el

cemento asfáltico

CONSTRUCCIÓN CAPAS DE MEZCLA EN CALIENTE


Elaboración de la mezcla en planta de mezcla

continua (en desuso)

Se introducen los agregados en las tolvas en frío, de

allí pasan al tambor secador donde se secan y calientan,

luego a los tamices y tolvas en caliente donde se

dosifican y posteriormente al mezclador donde, en forma

sucesiva y con intervalos de tiempo adecuados, se agrega

la cantidad requerida de cemento asfáltico según lo

establezca la fórmula de trabajo


ESQUEMA PLANTA DE MEZCLA CONTINUA


Elaboración de la mezcla en planta de mezcla en el

tambor secador


allí pasan dosificados al tambor secador donde se secan

y se calientan y se añade el cemento asfáltico en forma

continua y en cantidad adecuada, según lo establezca la

fórmula de trabajo


ESQUEMA PLANTA DE MEZCLA

EN TAMBOR SECADOR

PLANTA ASFÁLTICA DE MEZCLA

EN EL TAMBOR SECADOR



SISTEMAS DE CORRIENTE DENTRO DEL TAMBOR



ELEVADOR Y SILO PARA ALMACENAMIENTO DE LA MEZCLA



Elaboración de la mezcla en planta de mezcla

discontinua


donde pasan al tambor secador para el secado y

calentamiento, de allí a los tamices y tolvas en caliente

y, posteriormente, a la báscula y al mezclador donde a

una determinada cantidad de agregados dosificados se le

adiciona y mezcla la proporción adecuada de cemento

asfáltico caliente, según lo establezca la fórmula de

trabajo

ESQUEMA PLANTA DE MEZCLA DISCONTINUA

PLANTA DISCONTINUA

DE MEZCLA EN CALIENTE

VISTA GENERAL

PLANTA DISCONTINUA

DE MEZCLA EN CALIENTE

SISTEMAS DE COLECCIÓN DE POLVO

Las disposiciones ambientales exigen regular la polución

del aire que puede producir el funcionamiento de las

plantas asfálticas

Las plantas disponen de colectores para atrapar el polvo

proveniente del secador, los cuales son de tres tipos:

—Colectores centrífugos de polvo (ciclones)

—Depuradores húmedos

—Compartimientos de filtros (baghouse)

Los ciclones normalmente se usan en combinación con

uno de los otros dos sistemas

Operan bajo el principio de

separación centrífuga

El escape de la parte superior del

secador aspira el humo y los

materiales finos y los dirige a la

centrífuga donde son movidos en

espiral, cayendo las partículas más

grandes al fondo, mientras el polvo

y los humos se descargan por la

parte superior del colector

COLECTORES CENTRÍFUGOS DE POLVO


Atrapan las partículas de

polvo en gotas de agua y las

remueven de los gases de

escape

Los gases entran al depurador

por una cámara de entrada

mientras el agua es rociada

mediante boquillas a través de

la periferia

El polvo atrapado por las

gotas no es recuperable

DEPURADORES HÚMEDOS


Espacio metálico muy grande que contiene cientos de

bolsas de tejido sintético y trabaja como una aspiradora de

polvo

Un ventilador de vacío crea succión dentro del

compartimiento, la cual atrae aire sucio y lo filtra a través

del tejido de las bolsas, saliendo aire limpio a la atmósfera

El polvo atrapado es removido de las bolsas por el fondo

del compartimiento y puede ser empleado como llenante en

la mezcla asfáltica

COMPARTIMIENTOS DE FILTROS

(BAGHOUSE)



COMPARTIMIENTOS DE FILTROS

(BAGHOUSE)


Transporte, entrega, extensión y compactación

Se transporta la mezcla a la obra

Se vierte en la tolva de la máquina pavimentadora

Se extiende en el ancho y el espesor apropiados según el

diseño

Se compacta cuando aún esté caliente, para lograr la

densidad y la estabilidad adecuadas


TRANSPORTE DE LA MEZCLA A LA OBRA


Existen tres tipos de camiones para el transporte de las

mezclas asfálticas en caliente:

descarga por el fondo descarga posterior con banda

descarga posterior por levantamiento

(volquete)

TRANSPORTE DE LA MEZCLA A LA OBRA


Generalmente se emplean camiones del tipo volquete, los

cuales efectúan el vaciado por el extremo posterior de la caja

al ser levantada

La superficie interna de la caja debe impregnarse con un

producto que impida la adhesión de la mezcla, pero que no

altere sus propiedades

El tamaño de la caja debe ser tal, que se ajuste dentro de la

tolva de la pavimentadora sin que ejerza presión sobre ella

Durante el transporte, la mezcla se debe proteger con una

lona, la cual debe estar bien asegurada para evitar que el aire

frío se cuele hacia la carga

VERTIDO DE LA MEZCLA EN LA TOLVA DE LA

PAVIMENTADORA


En general, existen tres maneras de entregar la mezcla

asfáltica en caliente desde los camiones de transporte a la

tolva de la máquina pavimentadora:

—Del camión directamente a la tolva

—Del camión a una máquina de transferencia (Shuttle

Boggie) y de ésta a la tolva

—Del camión a la superficie en forma de camellón,

del cual es recogida por un dispositivo que la vierte en

la tolva

VERTIDO DE LA MEZCLA DESDE EL CAMIÓN


En la entrega, el camión debe retroceder derecho contra la

pavimentadora y detenerse antes de que sus ruedas hagan

contacto con los rodillos frontales de la pavimentadora

La caja del camión se debe elevar lentamente, para evitar

la segregación de la mezcla

VERTIDO DE LA MEZCLA CON MÁQUINA DE

TRANSFERENCIA (Shuttle Boggie)


El camión vierte la mezcla dentro de una máquina de

transferencia de gran capacidad (Shuttle Buggy), la cual la

traslada a la tolva de la pavimentadora mediante un elevador

VERTIDO DE LA MEZCLA DESDE UN CAMELLÓN


La mezcla es depositada en la superficie por un camión de

descarga en el fondo y de allí es recogida por un elevador que

la transporta a la tolva de la pavimentadora

El camión descarga la mezcla por el fondo del platón

VERTIDO DE LA MEZCLA DESDE UN CAMELLÓN


La mezcla es recogida y transferida a la terminadora



La mezcla se extiende con máquinas

autopropulsadas, diseñadas para colocarla con la

sección transversal proyectada sobre la superficie, en

un ancho y un espesor determinados, y para

proporcionarle una compactación inicial

Sobre la superficie por pavimentar se debe colocar

una guía longitudinal que sirva de referencia al

operador de la máquina, para conservar el

alineamiento


EXTENSIÓN MECÁNICA DE LA MEZCLA

(esquema)

EXTENSIÓN MECÁNICA DE LA MEZCLA




Imagen infrarroja durante la extensión de la mezcla y aspecto del

pavimento en el mismo sitio luego de un año de construido

La uniformidad en la temperatura de la mezcla extendida

da lugar a una densificación homogénea de la capa y a un

comportamiento adecuado del pavimento



Imagen infrarroja durante la extensión de la mezcla y aspecto del

pavimento en el mismo sitio luego de año y medio de construido

La falta de uniformidad en la temperatura de la mezcla

extendida da lugar a una densificación heterogénea de la

capa y a un comportamiento deficiente del pavimento

EXTENSIÓN MANUAL DE LA MEZCLA


Sólo se permite la extensión manual de la mezcla en sitios

inaccesibles a la máquina pavimentadora

La distribución se debe efectuar con rastrillos adecuados y

con mucho cuidado, con el fin de obtener una superficie bien

nivelada y evitar la segregación



La compactación debe comenzar a la temperatura

más alta a la cual la mezcla soporte el peso del

compactador sin que se produzcan desplazamientos

indebidos

La compactación se debe realizar con equipos

apropiados, de manera de alcanzar los niveles de

densidad y regularidad superficial exigidos



El tiempo disponible para compactar adecuadamente

la mezcla depende, entre otros, de la temperatura a la

cual se extiende, de la temperatura de la superficie y del

espesor de la capa por compactar



La compactación de la mezcla asfáltica se realiza en tres

fases:

—Compactación inicial – la primera pasada del

compactador sobre la carpeta recién colocada

—Compactación intermedia – todas las pasadas

siguientes hasta obtener la densidad requerida

—Compactación final – la que se efectúa para

eliminar las marcas de los compactadores precedentes



Rodillo liso Rodillo de neumáticos

VERTIDO, EXTENSIÓN Y COMPACTACIÓN DE LA MEZCLA


JUNTAS DE CONSTRUCCIÓN


Existen dos tipos de juntas de construcción en los

pavimentos de mezcla densa en caliente:

—Transversales – Se construyen cuando el trabajo

se debe suspender durante algún tiempo (al final de

la jornada, por ejemplo)

—Longitudinales – Se construyen siempre que se

trabaja por franjas

JUNTAS TRANSVERSALES


Si la capa no está sometida a tránsito antes de completar

el pavimento, la junta se construye a tope

Si el tránsito va a circular sobre la capa en construcción

la junta debe ser chaflanada

JUNTAS TRANSVERSALES


Se aplica un exceso de material y se compacta la junta

descansando el rodillo liso sobre la superficie previamente

terminada y apoyándolo unos 15 cm sobre la mezcla

recién extendida

JUNTAS LONGITUDINALES


Si se realiza en frío, la junta longitudinal se debe cortar

verticalmente para eliminar el material de menor densidad

a lo largo de ella, debido a la falta de confinamiento

durante la compactación de la franja anterior

El factor más importante en la construcción de la junta es

el traslapo entre las franjas adyacentes

Se pueden emplear dos procedimientos:

—Traslapo desplazado

—Junta a tope



Traslapo desplazado

Junta a tope



Algunas pavimentadoras forman una muesca y una

cuña en la mezcla que colocan en el borde de la junta

longitudinal, lo que puede permitir una mejor trabazón

con la nueva franja



Las juntas longitudinales se compactan inmediatamente

después de la extensión de la mezcla

La franja extendida y compactada previamente, debe

tener los perfiles longitudinal y transversal necesarios

VERIFICACIÓN DE LA TEMPERATURA DE LA MEZCLA


CONTROLES DE CONSTRUCCIÓN

La estabilidad y la durabilidad de una capa de mezcla densa

en caliente dependen de las temperaturas de fabricación,

colocación y compactación de la mezcla

Las temperaturas adecuadas de fabricación y compactación

están relacionadas con la variación de la viscosidad del asfalto

con la temperatura

Los controles usuales se realizan en los depósitos de ligante

de la planta, en el secador, en las tolvas en caliente (planta

discontinua), en los camiones antes de salir para la extensión,

y en el momento de la extensión y la compactación

VERIFICACIÓN DE LA TEMPERATURA DE LA MEZCLA



Medida en el instante

de salir de la planta

Medida en el instante de

llegar a la obra

VERIFICACIÓN, MEDIANTE CÁMARA INFRARROJA,

DE LA TEMPERATURA DE LA MEZCLA EXTENDIDA



Temperatura uniforme Temperatura no uniforme

VERIFICACIÓN DE LA DENSIDAD DE LA CAPA COMPACTADA

(cuando corresponda)



TOMA DE NÚCLEOS PARA VERIFICACIÓN DE DENSIDAD Y ESPESOR




MEDIDA DEL COEFICIENTE DE RESISTENCIA AL DESLIZAMIENTO




MEDIDA DE LA PROFUNDIDAD DE TEXTURA



1

2

3

4


MEDIDA DE LA REGULARIDAD SUPERFICIAL



MIRA Y NIVEL FACE DIPSTICK PERFILÓMETRO


MEDIDA DE LA PERMEABILIDAD




PAVIMENTO TERMINADO


ALGUNOS TIPOS DE MEZCLAS EN CALIENTE

Mezcla densa

Drenante

Mezcla tipo SMA

CONSTRUCCIÓN DE

PAVIMENTOS RÍGIDOS Y DE

ADOQUINES

CONTENIDO

Construcción de un pavimento rígido

Operaciones previas a la colocación del concreto

Elaboración y transporte del concreto

Construcción del pavimento

Operaciones adicionales

Control del terminado

Construcción de pavimentos de adoquines

CONSTRUCCIÓN DEL PAVIMENTO

CONSTRUCCIÓN DE

UN PAVIMENTO

RÍGIDO

CONSTRUCCIÓN DE UN PAVIMENTO RÍGIDO

La construcción de un pavimento rígido puede incluir

operaciones de explanación; construcción de capas de

subbase y/o base granulares o estabilizadas; fabricación,

transporte, colocación y acabado del concreto

Las operaciones referentes a la explanación y a la

construcción de capas granulares o estabilizadas, son

idénticas a las descritas en el MÓDULO 15

Introducción

CONSTRUCCIÓN DE UN PAVIMENTO RÍGIDO

OPERACIONES

PREVIAS A LA

COLOCACIÓN DEL

CONCRETO

OPERACIONES PREVIAS

PREPARACIÓN DEL SOPORTE

La capa de soporte se debe compactar a la densidad

especificada y cumplir las tolerancias en cuanto a los

alineamientos horizontal y vertical

INSTALACIÓN DE CANASTAS CON VARILLAS DE

TRANSFERENCIA DE CARGA

En los sitios previstos para las juntas transversales de

contracción se fijan a la superficie canastas metálicas con

varillas lisas de diámetro, longitud y separación según diseño,

colocadas a una altura igual a la mitad del espesor de las losas

OPERACIONES PREVIAS



Las varillas se deben colocar en correspondencia

con la junta transversal del carril contiguo

OPERACIONES PREVIAS



Se debe asegurar la perfecta alineación de las varillas

en la canasta, para prevenir daños posteriores en la junta

OPERACIONES PREVIAS

INSTALACIÓN DE CANASTAS SOBRE LÁMINA

PLÁSTICA IMPERMEABLE

Si se desean minimizar los esfuerzos de tracción en el

concreto durante la etapa de fraguado, así como las

posibilidades de que se produzca “bombeo”, se coloca una

lámina impermeable sobre el soporte del pavimento

OPERACIONES PREVIAS

INSTALACIÓN DE VARILLAS DE AMARRE

Cuando se va a trabajar con una máquina que permite

pavimentar dos carriles al tiempo, las varillas de amarre se

colocan en la posición prevista para la junta longitudinal

OPERACIONES PREVIAS

ARMADURA PARA PAVIMENTO DE CONCRETO

REFORZADO CON JUNTAS

OPERACIONES PREVIAS

ARMADURA PARA PAVIMENTO CON REFUERZO CONTINUO

OPERACIONES PREVIAS

FORMALETAS FIJAS PARA LA CONSTRUCCIÓN DEL

PAVIMENTO

Las formaletas, generalmente metálicas, deben tener una

altura igual al espesor de diseño del pavimento y se deben

anclar firmemente al soporte para resistir el empuje lateral del

concreto fresco y ofrecer apoyo al equipo de pavimentación,

cuando se trate de rodillos vibratorios o de reglas

OPERACIONES PREVIAS

FORMALETAS FIJAS PARA LA CONSTRUCCIÓN DEL

PAVIMENTO

OPERACIONES PREVIAS

Para junta longitudinal de construcción

Para junta transversal de construcción

CONSTRUCCIÓN DEL PAVIMENTO RÍGIDO

ELABORACIÓN Y

TRANSPORTE DEL

CONCRETO

PLANTA DE MEZCLA

ELABORACIÓN DE LA MEZCLA DE CONCRETO

PLANTA DE MEZCLA

ELABORACIÓN DE LA MEZCLA DE CONCRETO

El concreto se produce, por lo general, en dos tipos de

plantas:

—De mezclado central, en las cuales la mezcla de

concreto se realiza en el tambor mezclador de la

planta

—Dosificadoras, las cuales dosifican los materiales,

pero el mezclado se realiza en los camiones que

transportan el concreto

PLANTA DE MEZCLA

PLANTAS DE MEZCLADO CENTRAL

Estas plantas son de dos clases:

—De producción continua, las cuales tienen un

tambor para elaborar la mezcla y otro para

almacenar y descargar la mezcla

—De bachadas, las cuales sólo tienen el tambor

mezclador, el cual descarga el concreto en el

camión

PLANTA DE MEZCLA

PLANTAS DE MEZCLADO CENTRAL

DE PRODUCCIÓN CONTINUA DE BACHADAS

PLANTA DE MEZCLA

PLANTAS DOSIFICADORAS


CONSTRUCCIÓN

DEL PAVIMENTO


DESCARGA Y DISTRIBUCIÓN MANUAL DEL CONCRETO

La descarga del concreto debe ser lo más baja posible para

prevenir su segregación

A continuación, el concreto es esparcido en el ancho de la

franja por pavimentar


DESCARGA Y DISTRIBUCIÓN MECÁNICA DEL CONCRETO


PAVIMENTACIÓN CON REGLA

El concreto no debe sobrepasar los bordes de la formaleta,

pues la regla no está diseñada para empujar el concreto

Si la regla no es vibratoria, el concreto se deberá vibrar

antes del paso de la regla


CONSTRUCCIÓN CON RODILLO VIBRATORIO

Equipo conformado por uno o más rodillos lisos que

giran accionados por un motor, en la dirección opuesta a la

cual son empujados

Al ser empujados sobre la formaleta, los rodillos

extienden, compactan y alisan el concreto


COLOCACIÓN DEL CONCRETO CON PAVIMENTADORA DE

FORMALETA DESLIZANTE

La pavimentadora se desplaza sobre orugas controladas

por sensores láser orientados por hilos colocados

previamente por una comisión de topografía




La pavimentadora distribuye el concreto en todo el ancho

de construcción por medio de un tornillo sinfín



FORMALETA DESLIZANTE EN UN PAVIMENTO CON REFUERZO

CONTINUO




La máquina dispone de una batería de vibradores, de

amplitud y frecuencia variables, que eliminan el aire

atrapado en la mezcla y ayudan a distribuirla adecuadamente

Panel de control

de la batería de

vibradores


COLOCACIÓN DEL CONCRETO CON PAVIMENTADORA

DE FORMALETA DESLIZANTE

Después de vibrado, el concreto pasa a la formaleta

deslizante, la cual está compuesta por láminas verticales

paralelas al sentido de desplazamiento de la pavimentadora

y una placa superior que determina el espesor de la capa por

colocar

Formaleta

deslizante


COLOCACIÓN DE VARILLAS DE TRANSFERENCIA

POR MEDIO DE LA PAVIMENTADORA DE


La pavimentadora tiene un dispositivo que le permite

insertar las varillas de transferencia de carga (pasadores) a la

profundidad y en los lugares previstos


COLOCACIÓN DE VARILLAS DE AMARRE POR MEDIO DE

LA PAVIMENTADORA DE FORMALETA DESLIZANTE

Algunas pavimentadoras tienen un dispositivo que les

permite insertar las varillas de amarre en correspondencia con

la junta longitudinal, cuando construyen dos carriles de

manera simultánea


VIBRADO Y NIVELACIÓN

Una vez extendido el concreto e insertadas las varillas,

una llana flotadora sella los poros y restablece la textura de

la superficie del pavimento


MICROTEXTURIZADO LONGITUDINAL

Tras la pavimentadora se arrastra una tela de yute húmeda

que crea un microtexturizado longitudinal en la superficie,

para evitar el deslizamiento de los vehículos cuando el

pavimento se encuentre húmedo


TERMINADO SUPERFICIAL

Empleando una llana manual pesada, se eliminan las

imperfecciones que aun pueda presentar la superficie


CONTROL DE CALIDAD DEL CONCRETO EN OBRA

VERIFICACIÓN DEL ASENTAMIENTO



Resistencia

Aunque los pavimentos rígidos se diseñan y trabajan a la

flexión, la verificación rutinaria de la resistencia por flexión

de la mezcla es dispendiosa debido al peso de las vigas que se

requieren para el ensayo y a la variabilidad que suelen

presentar los resultados de éste

Por ese motivo, se aconseja establecer una relación entre las

resistencias a flexión y compresión para el concreto al inicio

de la obra y realizar las verificaciones rutinarias de resistencia

a la flexión de manera indirecta a partir de la compresión



TOMA DE MUESTRAS PARA VERIFICAR LA RESISTENCIA A LA

FLEXIÓN



TOMA DE MUESTRAS PARA VERIFICAR LA RESISTENCIA A LA

COMPRESIÓN



CURADO DE LAS VIGAS Y CILINDROS



ENSAYO DE LAS VIGAS A FLEXIÓN



ENSAYO DE LOS CILINDROS A COMPRESIÓN



EJEMPLOS DE CORRELACIONES ENTRE RESISTENCIAS A

COMPRESIÓN Y A FLEXIÓN


OPERACIONES

ADICIONALES


INSERCIÓN DE VARILLAS DE AMARRE EN LA

JUNTA LONGITUDINAL

Si el pavimento se construye con formaleta fija, se

insertan manualmente las varillas de anclaje, en los

orificios que tiene para ello la formaleta, antes de que

fragüe el concreto

Si el pavimento se construye con pavimentadora de

formaleta deslizante, la inserción de las varillas también

puede ser manual en el concreto fresco, aunque no existen

las referencias de ubicación del caso anterior. Si se deja

endurecer el concreto, se deben realizar perforaciones en la

losa, en los lugares previstos para las varillas


INSERCIÓN DE VARILLAS DE AMARRE EN LA

JUNTA LONGITUDINAL

Inserción manual en pavimento

construido con formaleta fija

Perforaciones para inserción de

varillas en concreto endurecido


UBICACIÓN DE LAS VARILLAS DE AMARRE

EN LA JUNTA LONGITUDINAL

Ubicación inadecuada cerca de la

junta transversal

Varillas de

amarre

Ubicación adecuada cerca de la

junta transversal


EJECUCIÓN DE JUNTAS TRANSVERSALES EN FRESCO

Las juntas transversales de contracción se pueden realizar en

fresco, empelando una cuchilla vibrante o un elemento similar,

inmediatamente después del paso de la pavimentadora y antes del

microtexturizado longitudinal


MACROTEXTURIZADO TRANSVERSAL

Manual Mecánico

El pavimento se raya transversalmente para formar canales

de drenaje que eliminen el problema de hidroplaneo

Es deseable que las ranuras se dispongan a separaciones

variadas, para evitar un zumbido molesto al circular los

vehículos


CURADO

El mantenimiento de unas condiciones de humedad

satisfactorias durante la edad temprana del pavimento

retrasa la contracción del concreto y favorece la hidratación

del cemento y el endurecimiento del concreto

Existen diversos productos para el curado del concreto

fresco:

—Compuestos líquidos de curado

—Telas que mantienen un medio húmedo mediante la

aplicación frecuente de agua

—Papel impermeable

—Polietileno blanco


CURADO

COMPUESTO LÍQUIDO PARA CURADO

El compuesto retarda o reduce la evaporación del agua del concreto

y se aplica inmediatamente después del terminado final, con un

cubrimiento uniforme sobre la superficie y los bordes del pavimento


CURADO

BRIN DE YUTE O KENAF

Se debe mantener húmedo con

riegos intermitentes de agua

Consiste en dos láminas de papel

kraft, ligadas con un adhesivo

bituminoso reforzado con fibras

PAPEL IMPERMEABLE


CURADO

Se debe mantener lo más plano posible en

contacto con la superficie el pavimento

POLIETILENO BLANCO


ASERRADO DE JUNTAS

Si no se han realizado juntas en fresco, después de

aplicar el curado al pavimento se procede al aserrado de las

juntas con discos abrasivos o de diamante

Esta operación tiene por finalidad dividir el pavimento

en tramos adecuados, para evitar los agrietamientos por

cambios térmicos

El momento para aserrar debe ser tal, que no genere

descascaramientos en la junta por debilidad del concreto,

ni genere fisuras por tiempos tardíos


ASERRADO DE JUNTAS


ASERRADO DE JUNTAS

Cuando la junta se va a sellar con un producto líquido, el

proceso de aserrado comprende dos incisiones: (i) la primera,

más profunda, genera una debilidad que produce el

agrietamiento controlado de la losa en coincidencia con la junta;

(ii) la segunda, menos profunda y más ancha, crea la caja para

alojar el material sellante que se colocará con posterioridad y se

debe realizar unas 72 horas después del vaciado del concreto

Primer corte

Segundo corte


ASERRADO DE JUNTAS

Cuando la junta se va a sellar con un sellador

preformado, se hace una sola incisión hasta la profundidad

recomendada por el fabricante del producto


LIMPIEZA DE LA JUNTA

La aplicación de agua a presión y luego de aire a presión

elimina los residuos que hayan quedado durante el aserrado y el

polvo que pueda impedir la adhesión del sello a las paredes de la

junta


Se recomienda sellar las juntas transversales después de

7 días de aserradas. Según estudios de SIKA Colombia,

conviene esperar 28 días hasta que el concreto haya

alcanzado más de 50% de la contracción inicial por

fraguado

El material de sello deberá quedar unos 6 milímetros

por debajo de la superficie del pavimento, para asegurar

su adherencia al concreto e impedir que sea despegado

por el tránsito

SELLO DE JUNTAS CON PRODUCTOS LÍQUIDOS

EN CALIENTE O EN FRÍO


Se inserta en la junta un cordón de respaldo de espuma

(backer rod) y luego se aplica el sellante en frío o en caliente

INSERCIÓN DEL CORDÓN




APLICACIÓN DE SELLANTE EN FRÍO (SILICONA)




sello

cordón

DETALLE DE UNA JUNTA SELLADA EN FRÍO CON SILICONA


sello

cordón

SELLO DE JUNTAS CON SELLADOR PREFORMADO

Se aplica un adhesivo que actúa como lubricante durante

la instalación del sellador y luego cura para convertirse en

un adhesivo débil

Se inserta el sellador, el cual deberá permanecer en

compresión durante toda su vida útil, lo que es necesario

para mantener la presión de contacto requerida entre el

sellador y la junta

Como el sellador no trabaja a tensión, si la junta se abre

más que el ancho del sello, éste deja de cumplir su función


INSTALACIÓN DE UN SELLO PREFORMADO


JUNTA TRANSVERSAL DE CONTRACCIÓN Y

VARILLAS DE ANCLAJE EN JUNTA LONGITUDINAL

varillas de

anclaje


JUNTA TRANSVERSAL DE CONSTRUCCIÓN

Al final de la jornada de trabajo o cuando se presenta una

interrupción prolongada, se dispone una junta transversal de

construcción con una formaleta con perforaciones al medio

del espesor de la losa, para insertar varillas de transferencia

Varillas de

transferencia


JUNTA LONGITUDINAL MACHIHEMBRADA

La junta longitudinal de construcción se puede

elaborar empleando una formaleta fija machihembrada


JUNTA LONGITUDINAL MACHIHEMBRADA

Estas juntas son poco usadas en la actualidad, por

cuanto se ha determinado que el concreto falla

frecuentemente por corte encima de la muesca de la junta


DISPOSICIÓN DE JUNTAS EN POZOS DE

INSPECCIÓN Y SUMIDEROS

Los pozos de inspección y sumideros deben ser aislados para

evitar que se produzcan agrietamientos en la losa a causa de

movimientos diferenciales entre ésta y la estructura de servicio

público

Este aislamiento se logra disponiendo adecuadamente juntas

de expansión

Cuando la estructura fija queda en el interior de una losa, se

coloca un refuerzo en la parte superior, para controlar las

fisuras que se puedan formar a causa de la falta de simetría de

la losa


DISPOSICIÓN DE JUNTAS EN POZOS DE INSPECCIÓN



Incorrecta Correcta


DISPOSICIÓN DE JUNTAS EN SUMIDEROS


REFUERZO DE LOSAS CON ESTRUCTURAS FIJAS EN SU

INTERIOR

PAVIMENTO RÍGIDO EN PERÍODO DE CURADO


DEFINICIÓN DEL INSTANTE DE APERTURA AL TRÁNSITO


El instante oportuno de apertura del pavimento al tránsito

depende de la ganancia de resistencia con la edad

Se supone que muestras de un concreto determinado alcanzan

iguales resistencias si presentan iguales valores de maduración

(producto temperatura*tiempo)

Si se dispone de la curva de maduración del concreto en el

laboratorio, es posible establecer el instante en el cual la mezcla

alcanza una determinada resistencia en obra, empleando un

medidor de maduración

MEDIDA DE LA MADURACIÓN (ASTM C 1074)



APERTURA PREMATURA AL TRÁNSITO


ALINEAMIENTO DE LAS VARILLAS DE



El adecuado centrado de las varillas de transferencia de

carga bajo la junta transversal es importante para lograr

su buen funcionamiento

Un alineamiento incorrecto afecta la transferencia de

carga y puede dar lugar a la generación de agrietamientos

y descascaramientos en vecindades de la junta


TIPOS DE DESALINEAMIENTO DE LAS VARILLAS DE



EFECTOS DEL DESALINEAMIENTO DE LAS VARILLAS

SOBRE EL COMPORTAMIENTO DEL PAVIMENTO

MEDIDA DE LA POSICIÓN Y ALINEAMIENTO DE LAS

VARILLAS MEDIANTE TOMOGRAFÍA MAGNÉTICA


Se emplea un dispositivo de tomografía magnética,

basado en el principio de inducción de pulsos

El dispositivo rueda sobre unos rieles, a medida que es

empujado sobre la junta transversal del pavimento

El equipo determina la posición y la orientación de las

varillas en una sola pasada y despliega resultados visuales

e impresos, de manera prácticamente inmediata

MEDIDA DE LA POSICIÓN Y ALINEAMIENTO DE LAS

VARILLAS MEDIANTE TOMOGRAFÍA MAGNÉTICA


PAVIMENTO TERMINADO


PAVIMENTO TERMINADO


Concreto simple con juntas

Concreto con

refuerzo continuo


CONTROL DEL

PAVIMENTO

TERMINADO

VERIFICACIÓN DEL ESPESOR DE LOSAS

Medida del espesor del núcleoExtracción de núcleo

EXTRACCIÓN DE NÚCLEOS Y MEDIDA DEL ESPESOR


MEDIDA DEL ESPESOR CON IMPACT-ECHO

(ASTM C 1383)

Método de evaluación no destructivo, basado en el uso de

ondas sónicas que se propagan a través del pavimento y son

reflejadas por defectos internos o por las superficies externas

El equipo determina la velocidad midiendo el tiempo de viaje

de una onda P entre un elemento que impacta la superficie del

pavimento y un transductor ubicado a cierta distancia de él

La señal de voltaje recibida es digitalizada y transformada

matemáticamente en un espectro de amplitud y frecuencia,

información a partir de la cual se puede determinar el espesor o

el defecto



(ASTM C 1383)

ESQUEMA DE FUNCIONAMIENTO



(ASTM C 1383)

Equipo Impacto Registro

CONTROL DE LISURA

MEDIDA DEL PERFIL LONGITUDINAL

Una vez que el concreto ha curado, se mide el perfil

del pavimento para comprobar su regularidad

Perfilógrafo CaliforniaMira y nivel

CONSTRUCCIÓN DEL PAVIMENTO

CONSTRUCCIÓN DE

PAVIMENTOS DE

ADOQUINES

COMPACTACIÓN DE LA CAPA DE BASE


DE ADOQUINES

EXTENSIÓN Y NIVELACIÓN DE LA CAPA DE

ARENA DE SOPORTE


DE ADOQUINES

COLOCACIÓN MANUAL DE LOS ADOQUINES


DE ADOQUINES

AJUSTES EN LA COLOCACIÓN DE LOS ADOQUINES


DE ADOQUINES

Los adoquines que van a quedar en los bordes deben ser

cortados para ajustarlos contra la estructura de contención

COLOCACIÓN MECANIZADA DE LOS ADOQUINES


DE ADOQUINES

COMPACTACIÓN INICIAL DE LOS ADOQUINES


DE ADOQUINES

La compactación inicial asienta los adoquines en la capa

de arena

DISTRIBUCIÓN Y BARRIDO DE LA ARENA

PARA SELLO DE LAS JUNTAS


DE ADOQUINES


DE ADOQUINES

La compactación final consolida la arena de sello

dentro de las juntas de los adoquines

COMPACTACIÓN FINAL DE LOS ADOQUINES

PAVIMENTO TERMINADO


DE ADOQUINES

MANTENIMIENTO RUTINARIO

DE VÍAS PAVIMENTADAS

CONTENIDO

Definiciones

Mantenimiento rutinario del entorno de la vía

Mantenimiento rutinario de la calzada pavimentada

Mantenimiento rutinario del drenaje

Mantenimiento rutinario de las estructuras viales

Mantenimiento rutinario de la señalización y de las

ayudas a la vialidad


DE VÍAS PAVIMENTADAS

DEFINICIONES

DEFINICIONES

CONSERVACIÓN VIAL

Amplio conjunto de actividades, adecuadas y

oportunas, destinadas a asegurar el funcionamiento

aceptable a largo plazo de las vías al menor costo

posible. Incluye actividades como el mantenimiento

rutinario, el mantenimiento periódico y la rehabilitación

DEFINICIONES

MANTENIMIENTO PREVENTIVO

Programa estratégico de conservación vial, proyectado

para detener deterioros leves, retardar fallas progresivas

y reducir la necesidad de obras de rehabilitación y

reconstrucción

El mantenimiento preventivo es cíclico, es planeado y

no produce mejoras en la capacidad portante de los

pavimentos, pero ayuda a prolongar su vida útil y

mantiene o mejora el nivel de servicio

DEFINICIONES

Modalidad de mantenimiento preventivo que

comprende un conjunto de actividades que se realizan

en la calzada y el entorno de una vía pavimentada,

cuando menos una vez al año, para retrasar todo lo

posible el proceso de degradación de las características

funcionales o estructurales del pavimento, así como

para corregir los impactos negativos del entorno que,

sin suponer degradaciones de los elementos del

pavimento, también impiden o dificultan la correcta

realización de su función

MANTENIMIENTO RUTINARIO DE VÍAS PAVIMENTADAS

DEFINICIONES

El mantenimiento rutinario incluye reparaciones

menores y localizadas de la superficie; limpieza

permanente de la calzada, bermas y drenajes; control

de vegetación y la reparación y limpieza de los

dispositivos para el control del tránsito. También,

incluye la limpieza y reparaciones menores y

localizadas de las obras de arte

Aunque el mantenimiento rutinario se debe realizar

durante todo el período de vida del pavimento,

constituye prácticamente la única actividad que se

ejecuta durante su etapa inicial de servicio

MANTENIMIENTO RUTINARIO DE VÍAS PAVIMENTADAS


CONDICIÓN TÍPICA DEL CICLO DE VIDA DE UN PAVIMENTO

PRINCIPALES ACTIVIDADES DEL


ÁREA DE ACTIVIDAD DESCRIPCIÓN

Entorno de la vía *Rocería y limpieza

*Remoción de derrumbes

*Jardinería y riego de plantas ornamentales

Calzada pavimentada *Sello de fisuras y grietas

*Reposición de sello de juntas en pavimentos rígidos

*Bacheo

*Riego en negro

*Enarenado

*Sello de arena asfalto

*Reparación de bordes de pavimentos asfálticos

Drenaje *Limpieza obras de drenaje superficial longitudinal

*Limpieza obras de drenaje transversal

*Limpieza de subdrenes

Estructuras viales *Mantenimiento rutinario de las estructuras viales

Señalización y ayuda a la vialidad *Limpieza de la calzada y las bermas

*Limpieza y reparación de señales verticales, postes

de referencia, defensas metálicas y barandas

*Mantenimiento rutinario de líneas de demarcación

y de marcas viales

PRINCIPALES ACTIVIDADES DEL


Las agencias viales disponen de manuales sobre normas

y procedimientos para las diferentes actividades de

mantenimiento rutinario, los cuales incluyen:

—Código de la actividad

—Descripción de la actividad

—Propósito y criterios de ejecución

—Materiales, Equipo y Mano de obra

—Procedimiento de ejecución

—Rendimientos

—Unidades de medida

MANUALES DE NORMAS Y PROCEDIMIENTOS

MANUALES DE NORMAS Y PROCEDIMIENTOS

PARA EL MANTENIMIENTO RUTINARIO

EJEMPLO DE FICHA PARA UNA ACTIVIDAD


MANTENIMIENTO

RUTINARIO DEL

ENTORNO DE LA

VÍA

El propósito del despeje de la vegetación herbácea y

arbustos es mantener limpia la zona lateral de la vía, de

manera de conservar la distancia de visibilidad y

prevenir la obstrucción de los dispositivos de drenaje

superficial


DEL ENTORNO DE LA VÍA

ROCERÍA Y LIMPIEZA DEL DERECHO DE VÍA

Como actividad de mantenimiento rutinario, el propósito

es retirar volúmenes reducidos de materiales provenientes

del desplazamiento de taludes o de laderas naturales que se

hayan depositado sobre la vía y que constituyan o puedan

constituir un obstáculo para la operación normal de ésta



REMOCIÓN DE DERRUMBES

El propósito de esta actividad es múltiple:

—Prevenir el crecimiento de maleza, reduciendo

los costos de mantenimiento a largo plazo y

reduciendo el uso de herbicidas

—Prevenir la erosión del suelo y mejorar la

estabilización de los taludes

—Mejorar la calidad del aire por los

contaminantes que remueve la vegetación

—Mejorar la calidad del paisaje



JARDINERÍA Y RIEGO DE PLANTAS ORNAMENTALES



JARDINERÍA Y RIEGO DE PLANTAS ORNAMENTALES


MANTENIMIENTO

RUTINARIO DE LA

CALZADA

PAVIMENTADA

Tratamiento que se aplica para corregir agrietamientos

longitudinales, transversales y de juntas entre carriles en

pavimentos asfálticos y de grietas lineales de pavimentos

rígidos, para prevenir el ingreso de agua que debilita las

capas inferiores del pavimento y la subrasante

Las grietas de ancho igual o superior a ¼”, deben ser

ruteadas previamente a su sellado, para conformar una

cavidad uniforme y firme que le permita aceptar la cantidad

adecuada de sellante y su adhesión a las paredes de la grieta

MANTENIMIENTO RUTINARIO DE

LA CALZADA PAVIMENTADA

SELLO DE FISURAS Y GRIETAS




Ruteado de la grieta Limpieza de la grieta con

aire comprimido




Sellado de la grieta Aplicación

de arena

El propósito es impedir el ingreso de agua a la

subbase que puede generar bombeo (pumping) y la

introducción de materiales incompresibles que impiden

el cierre de las juntas cuando las losas se expanden,

ocasionando astillados y voladuras del pavimento

REPOSICIÓN DEL SELLO EN JUNTAS

DE PAVIMENTOS RÍGIDOS



El trabajo comprende en la remoción del sello

antiguo (si existe), el aserrado de una nueva caja de

dimensiones apropiadas para el sellante por usar, la

limpieza de la nueva caja en todo su espesor y la

instalación del sellante

Los materiales por utilizar incluyen el asfalto-

caucho, la silicona y los insertos preformados de

neopreno

REPOSICIÓN DEL SELLO EN JUNTAS

DE PAVIMENTOS RÍGIDOS





REPOSICIÓN DEL SELLO EN JUNTAS DE PAVIMENTOS RÍGIDOS

Su propósito es restablecer la integridad del

pavimento y prevenir daños extensos a la calzada que

afecten la inversión de capital y la comodidad y

seguridad en la circulación vehicular

Se realiza principalmente para corregir fallas tales

como agrietamientos del tipo piel de cocodrilo,

depresiones, ojos de pescado, distorsiones y

ahuellamientos localizados y fallas en los bordes de un

pavimento asfáltico, así como porciones muy

deterioradas de losas de pavimentos rígidos

BACHEO SUPERFICIAL Y PROFUNDO





BACHEO SUPERFICIAL Y PROFUNDO

Su propósito es restablecer la integridad del pavimento,

previniendo el deterioro progresivo de la superficie

Consiste en una aplicación ligera de emulsión asfáltica

para sellar áreas localizadas fisuradas o con vacíos

superficiales

Sólo es recomendable en vías de bajo tránsito y

reducida velocidad de operación, por el riesgo de

disminución de la fricción superficial



RIEGO EN NEGRO



RIEGO EN NEGRO

Su propósito es mejorar las condiciones superficiales

de fricción

Se aplica en áreas donde la superficie presente excesos

de asfalto



ENARENADO

Previenen o retrasan el deterioro superficial progresivo

que afectaría adversamente la calidad de la circulación y

la seguridad de los usuarios.

Se aplican típicamente para proteger superficies con

desprendimientos incipientes o cuyos agregados

presenten problemas de adherencia con el asfalto, para

rellenar fisuras pequeñas, para rejuvenecer el pavimento

de manera temporal y, ocasionalmente, para mejorar

zonas con problemas de resistencia al deslizamiento



SELLO DE ARENA ASFALTO



SELLO DE ARENA ASFALTO

El propósito es corregir deterioros localizados,

producidos por la circulación de las cargas del

pavimento muy cerca del borde (generalmente por

deficiencias geométricas de la vía) y/o por infiltración

de agua por los bordes o por la berma



REPARACIÓN DE BORDES DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS


MANTENIMIENTO

RUTINARIO DE

OBRAS DE DRENAJE

Su propósito es remover obstrucciones que detengan o

restrinjan el flujo de agua superficial a través de zanjas,

cunetas, sumideros y bordillos, de manera de proveer un

flujo sin interrupción hacia el exterior de la vía para

prevenir daños en su estructura

En el caso de cunetas no revestidas se requiere, además,

restaurar su sección transversal y la línea de flujo


DE OBRAS DE DRENAJE

LIMPIEZA OBRAS DE DRENAJE LONGITUDINAL

SUPERFICIAL


DE OBRAS DE DRENAJE

LIMPIEZA OBRAS DE DRENAJE LONGITUDINAL

SUPERFICIAL

Su propósito es remover obstrucciones que detengan o

restrinjan el flujo de agua a través de las alcantarillas, de

manera de mantener la integridad del sistema de drenaje y

prevenir daños que puedan afectar la estructura de la vía

LIMPIEZA OBRAS DE DRENAJE TRANSVERSAL


DE OBRAS DE DRENAJE

Su propósito es conservar la efectividad del sistema

de drenaje interno para prevenir la saturación de la

subrasante y de las capas inferiores del pavimento

El trabajo se realiza mediante la introducción de agua

a presión en los sistemas de colectores y tubos de

drenaje profundos para recuperar su capacidad plena de

funcionamiento

LIMPIEZA DE SUBDRENES


DE OBRAS DE DRENAJE

LIMPIEZA DE SUBDRENES


DE OBRAS DE DRENAJE


MANTENIMIENTO

RUTINARIO DE LAS

ESTRUCTURAS

VIALES

El propósito es mantener la integridad y reparar los daños

menores de puentes y muros de contención e implica, entre

otros, la limpieza de sus elementos, el relleno de áreas

erosionadas en la estructura y sus accesos, la inyección de

grietas, la reparación de juntas y el borrado de letreros

En estructuras de mampostería incluye el reemplazo de

mortero faltante o deteriorado en las uniones de las piedras o

ladrillos, así como la reposición de éstos si el área afectada es

pequeña

En estructuras de acero, incluye la limpieza de los

elementos, el apretado de tuercas y pernos y la reposición de

los faltantes


DE LAS ESTRUCTURAS VIALES



INSPECCIÓN DE PUENTES



Relleno de áreas erosionadas

en la estructura

Inyección de grietas



BORRADO DE LETREROS



REPARACIONES EN ESTRUCTURAS DE MAMPOSTERÍA



MANTENIMIENTO DE ESTRUCTURAS METÁLICAS

Limpieza de superficie con

chorro de arenaReposición de pernos y tuercas


MANTENIMIENTO

RUTINARIO DE LA

SEÑALIZACIÓN Y DE

LAS AYUDAS A LA

VIALIDAD


DE LA SEÑALIZACIÓN

REPARACIÓN DE SEÑALES VERTICALES



Se pretende brindar seguridad y comodidad a los

usuarios de la vía mediante señales claramente

visibles y legibles durante el día y la noche

LIMPIEZA DE SEÑALES VERTICALES



REPINTADO DE SEÑALES Y POSTES DE

REFERENCIA

El propósito es recuperar la visibilidad y la reflectividad de

las señales y marcas mediante limpieza, así como restituir la

pintura en aquellas áreas del pavimento que hayan sido

sometidas a bacheo o reparación de bordes



MANTENIMIENTO RUTINARIO DE LÍNEAS

DE DEMARCACIÓN Y MARCAS VIALES

Se realiza con el propósito de remover barro y arena que se

deposite sobre la superficie del pavimento, así como basura y

cualquier otro elemento que se encuentre sobre la calzada o

las bermas y que pueda generar un peligro para el tránsito

automotor

LIMPIEZA DE LA CALZADA Y LAS BERMAS

AYUDA A LA VIALIDAD

http://www.metrokc.gov/kcdot/roads/adopt/photos/2005/institutecommleadershipph1.jpg

Se pretende mantener la integridad funcional de las defensas

y barandas, para garantizar la seguridad del público viajero

LIMPIEZA Y REPARACIÓN DE DEFENSAS METÁLICAS Y

BARANDAS

AYUDA A LA VIALIDAD

EVALUACIÓN DE PAVIMENTOS

CONTENIDO

Introducción

Evaluación de deterioros del pavimento

Deterioros en pavimentos asfálticos

Deterioros en pavimentos rígidos

Equipos automatizados para la evaluación de deterioros

Cuantificación de los deterioros

Evaluación funcional del pavimento

Regularidad superficial

CONTENIDO

(continuación)

Perfil longitudinal

Sistemas para medir las regularidad superficial del

pavimento

Ahuellamiento

Resistencia al deslizamiento

Sistemas para medir la resistencia al deslizamiento

Textura

Sistemas para medir la macrotextura

CONTENIDO

(continuación)

Evaluación estructural del pavimento

Evaluación deflectométrica

Sistemas para medir las deflexiones de un pavimento

Factores que afectan la magnitud de las deflexiones

Aplicaciones de las deflexiones

Exploración geotécnica

Evaluación del drenaje

Esquema itinerario

Diagnóstico sobre la condición del pavimento


INTRODUCCIÓN


Es una de las actividades más importantes del ingeniero de

pavimentos

Se requiere conocer la condición de los pavimentos para:

— validar los criterios de diseño

—establecer los programas de mantenimiento

La evaluación permite:

—determinar la suficiencia estructural del pavimento

—establecer las razones por las cuales se encuentra en el

estado que presenta en el instante de la evaluación

Una correcta evaluación de pavimentos incluye estudios sobre:

—condición funcional

—capacidad estructural

Condición funcional

Conjunto de características superficiales del

pavimento que se relacionan con la comodidad y la

seguridad de los usuarios

Capacidad estructural

Aptitud del pavimento para soportar las solicitaciones

del tránsito


EQUIPOS PARA EVALUACIÓN DE PAVIMENTOS

EQUIPOS MULTIFUNCIÓN

EQUIPOS PARA EVALUACIÓN DE PAVIMENTOS


EVALUACIÓN DE

DETERIOROS DEL

PAVIMENTO

EVALUACIÓN DE DETERIOROS

CAUSAS DEL DETERIORO DE UN PAVIMENTO

Cumplimiento de su período útil (fatiga)

Diseño deficiente

Deficiencias durante la construcción (calidad

inadecuada de materiales y mezclas, espesores

insuficientes, operaciones de construcción deficientes,

drenajes inapropiados, etc)

Factores climáticos excesivamente desfavorables

Deficiencias en el mantenimiento

OBJETIVOS DE LA INSPECCIÓN

Detectar signos premonitorios de posibles fallas

Analizar el comportamiento de los pavimentos con

vistas a confirmar o modificar los criterios de diseño

utilizados

Determinar la necesidad y establecer prioridades para

trabajos de conservación

Determinar la necesidad de una evaluación estructural

detallada para el proyecto de obras de rehabilitación


REQUISITOS PARA ASEGURAR LA UTILIDAD

DE LA INSPECCIÓN SUPERFICIAL

Sistematizar la clasificación, denominación e

interpretación de los distintos deterioros. Existen

catálogos descriptivos, complementados con fotografías

Sistematizar la forma de obtener los datos en el

campo, así como su representación y archivo

Establecer ―números índice‖ para calificar el estado

general del pavimento en función de los defectos que

presenta


FACTORES A CONSIDERAR EN LA INSPECCIÓN

TIPO DE PAVIMENTO asfáltico, rígido, compuesto

TIPO DE FALLA estructural, funcional

GRAVEDAD DE LA FALLA criticidad en términos de

progresión

EXTENSIÓN DE LA FALLA área o longitud afectada por

un determinado deterioro


DETERIOROS EN

PAVIMENTOS

ASFÁLTICOS


Clase Tipo de deterioro

Causado originalmente por el tránsito

Causado originalmente

por los materiales o el

clima

Agrietamientos Por fatiga (grietas longitudinales o piel de cocodrilo)

En bloque

De borde

Longitudinal (no de fatiga)

Transversal

Parabólico

Por reflexión

X

X

X

X

X

X

X

X

Deformaciones Ahuellamiento

Abultamientos

Depresiones (baches)

Desplazamientos de borde

Áreas parchadas

Expansiones (levantamientos)

X

X

X

X

X

X

X

CLASIFICACIÓN DE DETERIOROS EN PAVIMENTOS ASFÁLTICOS





por los materiales o

el clima

Desprendimientos Separación entre calzada y berma

Pulimento de agregados

Ojos de pescado

Descascaramiento

Pérdida de película de ligante

Pérdida de agregado

X

X

X

X

X

X

Afloramientos Exudación (afloramiento de asfalto)

Afloramiento de agua

Afloramiento de finos

X

X

X

Otros deterioros Desintegración de bordes

Desnivel entre calzada y berma

Erosión de bermas

Pulimento superficial

X

X

X

X

X

CLASIFICACIÓN DE DETERIOROS EN PAVIMENTOS ASFÁLTICOS


AGRIETAMIENTOS

AGRIETAMIENTO TIPO PIEL DE COCODRILO

http://training.ce.washington.edu/WSDOT/Modules/09_pavement_evaluation/Images/flexible_distress/WSDOT065.jpg

AGRIETAMIENTOS

AGRIETAMIENTO TIPO PIEL DE COCODRILO

AGRIETAMIENTO EN BLOQUE

AGRIETAMIENTOS

AGRIETAMIENTO DE BORDE

AGRIETAMIENTOS

LONGITUDINAL TRANSVERSAL

AGRIETAMIENTOS

AGRIETAMIENTO LONGITUDINAL

AGRIETAMIENTOS

AGRIETAMIENTO TRANSVERSAL

AGRIETAMIENTOS

AGRIETAMIENTO PARABÓLICO

AGRIETAMIENTOS

AGRIETAMIENTO POR REFLEXIÓN

AGRIETAMIENTOS

http://training.ce.washington.edu/WSDOT/Modules/09_pavement_evaluation/Images/flexible_distress/11_09A.JPG

http://www.hawaiiasphalt.com/HAPI/modules/03_general_guidance/images/pavement_distress/joint_reflective1.jpg

AGRIETAMIENTO POR REFLEXIÓN

AGRIETAMIENTOS

DEFORMACIONES

AHUELLAMIENTO

ABULTAMIENTOS

DEFORMACIONES

DEPRESIÓN

(Bache)

DEFORMACIONES

DESPLAZAMIENTO DE BORDE

DEFORMACIONES

ÁREAS PARCHADAS

DEFORMACIONES

http://training.ce.washington.edu/WSDOT/Modules/09_pavement_evaluation/Images/flexible_distress/utility_patch.JPG

http://www.hawaiiasphalt.com/HAPI/modules/03_general_guidance/images/pavement_distress/patch1.jpg

ÁREAS PARCHADAS

DEFORMACIONES

LEVANTAMIENTOS

Levantamiento por

subrasante expansiva

Levantamiento por acción de

la helada

DEFORMACIONES

LEVANTAMIENTOS

DEFORMACIONES

DESPRENDIMIENTOS

OJOS DE PESCADO

DESCASCARAMIENTO

DESPRENDIMIENTOS

PÉRDIDA DE PELÍCULA DE LIGANTE

DESPRENDIMIENTOS

http://training.ce.washington.edu/WSDOT/Modules/09_pavement_evaluation/Images/flexible_distress/polish.jpg

http://training.ce.washington.edu/WSDOT/Modules/09_pavement_evaluation/Images/flexible_distress/WSDOT146.jpg

PÉRDIDA DE PELÍCULA DE LIGANTE

DESPRENDIMIENTOS

PÉRDIDA DE AGREGADO

DESPRENDIMIENTOS

AFLORAMIENTOS

EXUDACIÓN

http://training.ce.washington.edu/WSDOT/Modules/09_pavement_evaluation/Images/flexible_distress/bleeding.jpg

AFLORAMIENTOS

EXUDACIÓN

AFLORAMIENTOS

AFLORAMIENTO DE AGUA

http://www.hawaiiasphalt.com/HAPI/modules/03_general_guidance/images/pavement_distress/water_bleeding2.jpg

AFLORAMIENTOS

AFLORAMIENTO DE AGUA

AFLORAMIENTOS

AFLORAMIENTO DE FINOS

OTROS DETERIOROS EN PAVIMENTOS ASFÁLTICOS

DESINTEGRACIÓN DE BORDES


DESNIVEL ENTRE CALZADA Y BERMA


PULIMENTO SUPERFICIAL

DETERIOROS EN

PAVIMENTOS

RÍGIDOS





por los materiales o

el clima

Agrietamientos Fragmentación múltiple

Longitudinal

Transversal

De esquina

Por durabilidad (Grietas en “D”)

X

X

X

X

X

X

Deformaciones Escalonamiento

Voladura (blow – up)

X X

X

Desprendimientos Desintegración superficial

Descascaramiento en las juntas

Pérdida de sello en las juntas

X

X

X

X

Afloramientos Surgencia de finos (bombeo) X X

Otros deterioros Separación junta longitudinal

Separación entre calzada y berma

Desnivel entre calzada y berma

Pulimento de agregados X

X

X

X

X

CLASIFICACIÓN DE DETERIOROS EN PAVIMENTOS RÍGIDOS


AGRIETAMIENTOS

FRAGMENTACIÓN MÚLTIPLE

LONGITUDINAL

AGRIETAMIENTOS

AGRIETAMIENTOS

TRANSVERSAL

http://training.ce.washington.edu/WSDOT/Modules/09_pavement_evaluation/Images/rigid_distress/crack1.JPG

AGRIETAMIENTOS

TRANSVERSAL

GRIETA DE ESQUINA

AGRIETAMIENTOS

GRIETAS EN “D”

AGRIETAMIENTOS

DEFORMACIONES

ESCALONAMIENTO

http://training.ce.washington.edu/WSDOT/Modules/09_pavement_evaluation/Images/rigid_distress/faulting1.JPG

DEFORMACIONES

ESCALONAMIENTO

VOLADURA (BLOW – UP)

DEFORMACIONES

http://hotmix.ce.washington.edu/wsdot_web/Modules/09_pavement_evaluation/Images/rigid_distress/sr195_blowup2.JPG

VOLADURA (BLOW – UP)

DEFORMACIONES

DESPRENDIMIENTOS

DESINTEGRACIÓN SUPERFICIAL Y FISURAS CAPILARES

DESCASCARAMIENTO EN LAS JUNTAS

DESPRENDIMIENTOS

PÉRDIDA DE SELLO EN LAS JUNTAS

DESPRENDIMIENTOS

AFLORAMIENTOS

SURGENCIA DE FINOS

http://www.roadrainage.com/InteractPresentation/RoadwayDrainage/rdpage9a.html

AFLORAMIENTOS

SURGENCIA DE FINOS

OTROS DETERIOROS EN PAVIMENTOS RÍGIDOS

SEPARACIÓN DE JUNTA LONGITUDINAL


SEPARACIÓN ENTRE CALZADA Y BERMA


DESNIVEL ENTRE CALZADA Y BERMA


PULIMENTO DE AGREGADOS

http://training.ce.washington.edu/WSDOT/Modules/09_pavement_evaluation/Images/rigid_distress/polished agg1.JPG

http://training.ce.washington.edu/WSDOT/Modules/09_pavement_evaluation/Images/rigid_distress/polished agg2.JPG


PULIMENTO DE AGREGADOS


MÉTODOS DE TOMA

DE LA INFORMACIÓN

EN EL CAMPO

MÉTODOS DE TOMA DE INFORMACIÓN EN EL CAMPO

Manual

El trabajo es realizado por una o más personas

debidamente entrenadas, quienes recorren a pie el tramo

anotando la información referente a los tipos de deterioro,

su gravedad y su extensión en formatos especiales de

evaluación o en un registrador portátil de datos


MÉTODOS DE TOMA DE INFORMACIÓN EN EL CAMPO

Automatizado

Emplea un vehículo equipado con cámaras que filman

la superficie del pavimento a medida que se desplazan

por la calzada, generando una película que se interpreta

visualmente o con ayuda de un programa de cómputo


TOMA DE INFORMACIÓN MANUAL


Con registrador portátil de datosEn formatos de papel

EJEMPLO DE REGISTRO MANUAL EN UN FORMATO


(Pavimento asfáltico)

EJEMPLO DE REGISTRO MANUAL EN UN FORMATO


(Pavimento rígido)


EQUIPOS

AUTOMATIZADOS

PARA LA EVALUACIÓN

DE DETERIOROS

EQUIPOS AUTOMATIZADOS

El equipo produce una grabación continua del

pavimento y toma una medida de la rugosidad

Para fotografiar por la noche, el sistema cuenta con un

control de la cantidad y ángulo de iluminación

Proporciona una referencia lineal para evaluar la

profundidad del ahuellamiento

Se puede operar el vehículo a velocidades de hasta 80

km/h y fotografiar un área de 5 m de ancho

La evaluación del pavimento apenas requiere una

interpretación visual de las fotografías

SISTEMA PASCO

SISTEMA PASCO


Archiva una imagen continua del pavimento, en

una película de 35 mm

El sistema GERPHO también usa una luz

artificial para operar por la noche

Se extrae la información de las fallas sobre la

película, la cual se monta sobre una mesa especial

de diseño para su despliegue

Se ha usado el equipo extensivamente en Francia,

España, Portugal y Túnez


SISTEMA GERPHO


SISTEMA GERPHO


SISTEMA EVASIVA

EVASIVA significa Equipo Video Análisis Inspección

Visual Alternativa

Realiza inventario de video de gran perspectiva (120º)

Realiza inspección visual de deterioros

Coordenadas (x, y, z) mediante GPS)

Es desarrollo y tecnología española


SISTEMA EVASIVA

SISTEMA EVASIVA


DETALLE DE LA SUPERFICIE DEL PAVIMENTO


SISTEMA EVASIVA

VISTA PANORÁMICA DE LA CARRETERA


CUANTIFICACIÓN

DE LOS

DETERIOROS

CUANTIFICACIÓN DE LOS DETERIOROS

Se han definido experimentalmente unos ―índices‖

que ponderan la gravedad y la extensión de las

diferentes fallas encontradas en el sector evaluado,

mediante los cuales se establece la condición superficial

del pavimento, a través de un valor numérico


EJEMPLOS DE ÍNDICES DE CUANTIFICACIÓN

PARÁMETRO DE MEDIDA DE LA

CONDICIÓN DEL PAVIMENTO INSTITUCIÓN

MUY POBRE EXCELENTE

PAVEMENT CONDITION INDEX (PCI) ASTM D 6433-99 0 100

MODIFIED DISTRESS RATING (MDR) TNM 0 100

PAVEMENT CONDITION RATING (PCR) OHIO DOT 0 100

SURFACE INTEGRITY INDEX (SII) PATERSON (1993) 5 0

INDICE DE DÉGRADATION DE SURFACE (Is) LCPC 7 1

CONDICIÓN


UTILIDAD DE LOS ÍNDICES DE CUANTIFICACIÓN

DE LOS DETERIOROS

Los índices no sólo representan la condición

superficial del pavimento sino que, además, dan una

pauta sobre los trabajos de mantenimiento o

rehabilitación que requiere la estructura


“Indice de dégradation de surface” (Is)

Es el parámetro de valoración que utiliza el sistema

francés VIZIR

Es un índice de valoración global de los deterioros de

tipo estructural que clasifica el estado del pavimento en

una escala entre 1 y 7

Is = 1 y 2 representan pavimentos con limitados

agrietamientos y deformaciones, que probablemente no

requieran más que acciones de mantenimiento rutinario

EJEMPLO DE APLICACIÓN DE UN ÍNDICE DE DETERIORO


Is = 3 y 4 representan pavimentos con agrietamientos

estructurales y pocas o ninguna deformación o

pavimentos deformados con poco agrietamiento; su

estado se considera regular y posiblemente requieren

acciones de rehabilitación de mediana intensidad

Is = 5, 6 y 7 representan pavimentos con

agrietamientos y deformaciones abundantes de tipo

estructural, que requieren trabajos importantes de

rehabilitación

EJEMPLO DE APLICACIÓN DE UN ÍNDICE DE DETERIORO


EVALUACIÓN

FUNCIONAL DEL

PAVIMENTO

EVALUACIÓN FUNCIONAL


Se establece para determinar el estado

superficial del pavimento

El estado superficial es el que mejor percibe

y valora el usuario

OBJETIVOS

CARACTERÍSTICAS SUPERFICIALES DEL PAVIMENTO

QUE MÁS AFECTAN LA COMODIDAD, LA SEGURIDAD Y

LOS COSTOS DE LOS USUARIOS

REGULARIDAD SUPERFICIAL

— Perfiles longitudinal y transversal

FRICCIÓN O RESISTENCIA AL DESLIZAMIENTO

TEXTURA



REGULARIDAD

SUPERFICIAL


PERFIL

LONGITUDINAL


CLASIFICACIÓN DEL PERFIL LONGITUDINAL- AIPCR -


DEFINICIÓN

Se define como regularidad superficial del perfil

longitudinal de una carretera (RUGOSIDAD), la mayor

o menor aproximación del perfil real al perfil teórico del

proyecto, que es aquel que no produce aceleraciones

verticales dentro de un vehículo en marcha

La regularidad superficial del perfil longitudinal es

una medida del comportamiento funcional de un

pavimento, a veces la única característica que percibe el

usuario, a través de la sensación de mayor o menor

comodidad en la circulación


La medida internacional de referencia para la

regularidad superficial del perfil longitudinal es el

International Roughness Index (IRI), el cual se define

como la relación entre el movimiento acumulado de la

suspensión de un modelo matemático denominado

―cuarto de carro‖ (cuya respuesta es similar a la de un

automóvil) que circula a 80 km/h y la distancia recorrida

El IRI se expresa en m/km, mm/m o pulgadas/milla

Un IRI = 0 representa una superficie totalmente lisa y

su valor aumenta con las irregularidades del perfil

ÍNDICE INTERNACIONAL DE RUGOSIDAD

El IRI corresponde a la simulación del desplazamiento

vertical acumulado de un pasajero en un vehículo,

suponiendo una velocidad de circulación de 80 km/h


ÍNDICE INTERNACIONAL DE RUGOSIDAD


MODELO DE CUARTO DE CARRO


SISTEMAS PARA

MEDIR LA

REGULARIDAD

SUPERFICIAL DEL

PAVIMENTO

SISTEMAS DE MEDIDA DE LA REGULARIDAD

CLASE I – PERFILES DE PRECISIÓN

CLASE II – OTROS MÉTODOS PERFILOMÉTRICOS

CLASE III – ESTIMACIONES DEL IRI POR

ECUACIONES DE CORRELACIÓN

CLASE IV – EVALUACIONES SUBJETIVAS Y

MEDIDAS SIN CALIBRACIÓN

CLASE I – PERFILES DE PRECISIÓN

El perfil longitudinal de la huella de circulación es

medido manualmente mediante mira y nivel, la viga

del TRL, el Face Dipstick, el ARRB Walking

Profilometer u otro dispositivo similar de alta

precisión.

El perfil medido se emplea como base para calcular

el IRI

Los equipos que utilizan el sistema de la Clase I

proporcionan los más altos niveles de precisión y

repetibilidad


El método más conocido para medir perfiles es el

que emplea el equipo tradicional de topografía

Consiste en una mira de precisión marcada en

unidades métricas y un nivel de anteojo

Es un equipo que determina el perfil real de la

superficie del pavimento; se consigue fácilmente y a

bajo costo, pero el procedimiento de trabajo es muy

lento

LEVANTAMIENTO CON MIRA Y NIVEL

SISTEMAS DE MEDIDA CLASE I

Es mejor emplearlo cuando se requiere medir longitudes

reducidas

Los valores obtenidos en el levantamiento se convierten a

unidades IRI mediante la aplicación de un programa elemental

de cómputo (norma INV E-794)

LEVANTAMIENTO CON MIRA Y NIVEL


FACE DIPSTICK

Desarrollado para medir irregularidades particulares

en losas de edificios

Consiste en un inclinómetro montado en una

estructura con pequeños apoyos separados 300 mm

Posee un mango que permite hacer caminar al

dispositivo a lo largo de la huella

Puede rotarse 180 grados


Un microcomputador incorporado al Dipstick graba

las diferencias de cotas entre puntos consecutivos de

medición y permite calcular resúmenes estadísticos de

la rugosidad (IRI)

El rendimiento de las mediciones del Dipstick puede

pasar los 250 m por hora en una sola huella

Una versión moderna, de tipo rodante, permite un

rendimiento mayor (2 km/h)


FACE DIPSTICK


Las ventajas de este dispositivo son su bajo costo

inicial y su simplicidad de operación

Aunque es más rápido que medir con mira y nivel,

tiene la desventaja de que sigue siendo lento

Es aplicable para la evaluación de secciones cortas

de pavimento o para la calibración de aparatos tipo

respuesta y los perfilómetros

FACE DIPSTICK


FACE DIPSTICK

CLASE II – OTROS MÉTODOS PERFILOMÉTRICOS

En un estudio de regularidad, el perfil en una o ambas

huellas de circulación se mide usando perfilómetros de

contacto o no contacto, que han sido calibrados en

secciones cuyo perfil ha sido determinado por un

sistema de la Clase I.

Entre los equipos que miden mediante este sistema

están el APL francés, el Road Surface Profiler (RSP), el

Video Láser Road Surface Tester (RST), el Automatic

Road Analyser (ARAN) y el Lightweight Profiler


PERFILÓMETRO INERCIAL APL

El analizador de perfiles longitudinales APL, ha sido

concebido para hacer evaluaciones continuas con gran

velocidad

Rendimiento de 100-300 km de carretera al día

Mide los desplazamientos verticales de una rueda

respecto de un péndulo inercial

El equipo se encuentra en un remolque de medición el

cual es arrastrado por un vehículo que se desplaza a

velocidad constante

SISTEMAS DE MEDIDA CLASE II


PERFILÓMETRO INERCIAL APL

PERFILÓMETROS LÁSER


Principio de medida

El principio de medida se basa en la medición de la

distancia entre el pavimento y un sensor láser colocado en

una barra en la parte anterior o posterior de un vehículo

Con el desplazamiento del vehículo, la barra tiene un

movimiento vertical que debe ser descontado para que el

resultado sea exclusivamente la variación de cotas de la

carretera

Ello se consigue con un sistema de referencia inercial

(acelerómetro) que permite conocer la distancia entre la

barra y el piso en cada instante


Principio de medida

El proceso continúa integrando dos veces la señal de

aceleración vertical obtenida con el acelerómetro y, de

esa manera, se determina la distancia entre un plano

inercial (constante) de referencia y el sensor láser

Como se conoce la distancia del láser al piso, se

puede conocer la variación de cota de la carretera en

cada instante de medida

PERFILÓMETROS LÁSER


PERFILÓMETRO DEL TIPO RSP

Láser

— Registra diferencias de altura entre éste y la

superficie del pavimento cuando se recorre la vía

Acelerómetro

— Es un péndulo inercial que da la línea de

referencia horizontal del vehículo

Lector de distancia

—Registra la distancia recorrida por el vehículo

Elementos principales que lo componen



Interfaces

— Convierten los registros analógicos del láser y del

acelerómetro en valores digitales para el

computador y viceversa

Computador

— Registra los valores medidos por el

acelerómetro, el láser y el medidor de distancia,

estableciendo el perfil longitudinal y

determinando la rugosidad en términos de IRI

Elementos principales que lo componen




VIDEO LÁSER RST


LIGHTWEIGHT PROFILERS

Los perfilómetros livianos son una nueva generación

de medidores de perfil tipo láser de baja velocidad de

operación (10 – 40 km/h), cuya principal aplicación es el

control de calidad de la construcción

Toman los perfiles cada pulgada y su software les

permite entregar diferentes índices de perfil (IRI, PI, RN,

RQI)



Como en los perfilómetros láser convencionales, las

medidas son independientes del peso del vehículo, de su

velocidad, del viento, de la radiación solar y de la

temperatura y del color y textura del pavimento

Modelos de estos equipos son el K.J. Law T6400 y el

Lightweight Inertial Surface Analyser (LISA) de Ames

Engineering

CLASE III – ESTIMACIONES DEL IRI POR

ECUACIONES DE CORRELACIÓN

Las medidas de la Clase III se realizan con

rugosímetros tipo respuesta (RTRRMS) como el Mays

Ride Meter, el ROMDAS BI, el BI del TRL u otros

dispositivos como los perfilógrafos y el MERLIN

Las medidas de estos equipos deben ser correlacionadas

con el IRI empleando ecuaciones desarrolladas

experimentalmente para cada equipo

Los equipos usados en medidas de la Clase III deben

ser calibrados en secciones cuyos perfiles hayan sido

determinados a partir de sistemas de las clases I o II


Equipo de medida indirecta de la rugosidad de un

pavimento, el cual cuenta con un transductor que detecta

los movimientos del eje trasero de un vehículo liviano o

del eje de un remolque, respecto de la carrocería del

vehículo, a medida que éste se desplaza sobre el

pavimento

SISTEMAS DE MEDIDA CLASE III

RUGOSÍMETROS TIPO RESPUESTA


La rugosidad se mide en términos de los desplazamientos

acumulados unidireccionales entre el eje y el piso del

vehículo, normalizados por la distancia recorrida

Aunque las mediciones se pueden reportar en unidades

de ingeniería como mm/km, son registradas con frecuencia

en unidades arbitrarias como cuentas/km (en el

rugosímetro NAASRA, por ejemplo, una cuenta/km

equivale a 15.2 mm acumulados de movimiento vertical

ascendente)



RUGOSÍMETRO ROMDAS BI


RUGOSÍMETRO TRL BI

Integrador de golpes

Unidad contadora


EJEMPLO DE CALIBRACIÓN DE RUGOSÍMETRO ROMDAS BI

(TONGA)


PERFILÓGRAFO CALIFORNIA

Marco metálico de 7.62 m (25 pies) de longitud,

soportado por ruedas en sus extremos, el cual registra el

perfil del pavimento a partir del movimiento vertical de

una rueda sensora instalada en la parte media del marco


Principio de medición y cálculo

Las irregularidades del pavimento se calculan sumando las

amplitudes (alturas) de todas las protuberancias y

depresiones que sobresalgan de una banda de referencia

(blanking band), y dividiendo por la longitud de la sección

de ensayo

El ancho de la banda está especificado por la agencia y

suele variar entre 0 mm y 5 mm

El Índice de Perfil (IP) se determina promediando las tasas

de regularidad en ambas rodadas en la sección de ensayo

(ejemplo: ―mm por 0.1 km, en exceso de la banda de

referencia‖)



Perfilograma y cálculo del IP



Determinación del IRI a partir del IP

REPORTE FHWA – RD – 02 - 112

TIPO DE

PAVIMENTO

CLIMA BLANKING

BAND

ECUACIÓN*

ASFÁLTICO TODOS 0.0 IRI=2.66543*IP + 213.01

ASFÁLTICO TODOS 5.0 IRI=3.78601*IP + 887.51

RÍGIDO HÚMEDO** 0.0 IRI=2.35820*IP + 317.19

RÍGIDO HÚMEDO** 5.0 IRI=2.87407*IP + 1229.63

* Los valores de IP e IRI se encuentran en mm/km

** Se considera que el clima es húmedo, si la precipitación anual excede 508 mm



MERLIN

MACHINE FOR EVALUATING ROUGHNESS USING LOW

COST INSTRUMENTATION

Aparato constituido por una armazón metálica, una llanta

que sirve como apoyo y como elemento de movilización y,

en la parte central, un brazo móvil cuyo extremo inferior

está en contacto con el piso mediante un patín ajustable que

se adecúa a las irregularidades de la superficie, mientras su

extremo superior termina en un indicador que se desliza

sobre un tablero, de acuerdo con la posición que adopte el

patín al entrar en contacto con el pavimento


MERLIN




Principio de medición y cálculo

Cada vez que la rueda da una vuelta completa, se

marca la posición del indicador sobre el tablero, hasta

completar 200 mediciones, conformando un segmento

de aproximadamente 400 metros de longitud

Se determina en la gráfica de registro un parámetro

―D‖ que es la distancia, en mm, entre los extremos del

histograma dibujado, exceptuando las 10 observaciones

que queden a cada lado del mismo

MERLIN




MERLIN




Determinación del IRI a partir del parámetro “D”

Pavimento con capas asfálticas extendidas con terminadora

(Cundill 1991)IRI (m/km) = 0.592 + 0.0471*D

Macadam de penetración (Cundill 1996)IRI (m/km) = 1.913 + 0.049*D (97<D<202)

Pavimentos asfálticos nuevos (Del Águila 1999)IRI (m/km) = 0.0485*D (IRI < 2.4 m/km)

MERLIN



CLASE IV – EVALUACIONES SUBJETIVAS Y

MEDIDAS SIN CALIBRACIÓN

Los estudios de la Clase IV emplean evaluaciones

subjetivas de la superficie al circular sobre ella o por

inspección visual

Estas evaluaciones son correlacionadas de manera

aproximada con el IRI mediante el uso de

descripciones de la vía para diferentes valores de IRI

El empleo de un rugosímetro tipo respuesta sin

calibrar también queda comprendido en esta clase


SISTEMAS DE MEDIDA CLASE IV

APLICACIÓN DE LOS RESULTADOS DE LAS

EVALUACIONES DEL PERFIL LONGITUDINAL

Suministro de información para el cálculo de los costos

de operación vehicular

Evaluación de las condiciones de comodidad y de

seguridad de los usuarios de las vías

Sectorización de las vías que serán sometidas a

rehabilitación

Determinación del Indice de Serviciabilidad Presente

(ISP)

Control de calidad en la construcción de pavimentos





A partir de los valores de IRI es posible calificar el

sector evaluado

Los rangos de aceptabilidad varían según el país y de

acuerdo con el tipo de vía: urbana o interurbana


Ra ngo de

Rugosida d

(m /Km )

Ca lifica ción

0 - 2 E XCE LE NTE

2 - 3.5 B UE NO

3.5 - 5.0 RE GULA R

> 5.0 M A LO



EJEMPLO DE CALIFICACIÓN PARA VÍAS INTERURBANAS




Índice de serviciabilidad presente (ISP)

Es un parámetro evaluador del comportamiento de un

pavimento, desde el punto de vista del usuario


Índice de serviciabilidad presente (ISP)

Las irregularidades en el perfil longitudinal constituyen

el factor dominante en el cálculo del ISP

ISP COMODIDAD

4 A 5 EXCELENTE

3 A 4 BUENA

2 A 3 REGULAR

1 A 2 POBRE

0 A 1 MUY POBRE






Cálculo del ISP a partir del IRI

ISP = 5*e-0.18*IRI (Paterson)

ISP = 5 – 0.633*IRI (Gillespie) (IRI<4.7 m/km)

PATERSON GILLESPIE

O 5.0 5.0

1 4.2 4.4

2 3.5 3.7

3 2.9 3.1

4 2.4 2.5

5 2.0 N/A

ISP

IRI


Control de calidad en la construcción de pavimentos

ARTÍCULO 440 ESPECIFICACIONES DE CONSTRUCCIÓN INVIAS

PORCENTAJE DE IRI

HECTÓMETROS dm/hm

50 < 1.5

80 < 2.0

100 < 2.5

PORCENTAJE DE

HECTÓMETROS refuerzo<10cm refuerzo=>10cm

50 < 1.5 < 2.0

80 < 2.0 < 2.5

100 < 2.5 < 3.0

IRI (dm/hm)

Pavimentos nuevos

Pavimentos

rehabilitados




AHUELLAMIENTO

AHUELLAMIENTO

Depresión longitudinal continua a lo largo de lashuellas de rodamiento del tránsito

AHUELLAMIENTO

Deficiencias de compactación de las capas delpavimento

Inestabilidad de la subrasante y de las capasinferiores del pavimento, creada por la presión del aguao por saturación de las mismas

Mezcla asfáltica inestable

Falta de apoyo lateral por erosión de las bermas

CAUSAS DEL AHUELLAMIENTO

AHUELLAMIENTO

Deficiencias de espesor de las capas que integran elpavimento

Técnica de construcción pobre y deficiente controlde calidad

Utilización de materiales inapropiados o de malacalidad

Acción del tránsito (sobrecargas y altos volúmenesde tránsito no previstos en el diseño original)

CAUSAS DEL AHUELLAMIENTO

DETERMINACIÓN CON REGLA Y CUÑA

GRADUADA

El ahuellamiento se puede determinar mediante el

uso de una simple regla de 1.20 metros de longitud y

una cuña graduadaA los efectos de la medición, se dispone la regla

transversalmente al eje del camino, apoyada sobre los

puntos más altos de la deformación.

AHUELLAMIENTO

En estas condiciones se introduce la cuña graduada

hasta alcanzar el punto más bajo de la deformada

AHUELLAMIENTO

DETERMINACIÓN CON REGLA Y CUÑA

GRADUADA

AHUELLAMIENTO

PERFILÓGRAFOS TRANSVERSALES

Armazones metálicos que se colocan

perpendicularmente al eje de la calzada y disponen de

una rueda acoplada a un sistema de registro, la cual

recorre el perfil transversal permitiendo obtener sus

variaciones gráficamente o en medio magnético

AHUELLAMIENTO

PERFILÓGRAFOS TRANSVERSALES (INV E-789)

DETERMINACIÓN CON EQUIPOS MULTIFUNCIÓN

Mediante sensores láser colocados en un dispositivo

frontal, se conforma un perfil transversal por cierta

cantidad de recorrido longitudinal (ejemplo: equipo

RSP)

AHUELLAMIENTO


RESISTENCIA AL

DESLIZAMIENTO

RESISTENCIA AL DESLIZAMIENTO

DEFINICIÓN

La resistencia al deslizamiento, denominada a veces

fricción superficial, es la fuerza desarrollada entre la

superficie del pavimento y los neumáticos, que resiste

el deslizamiento de estos últimos cuando se aplican los

frenos al vehículo


La fricción suele ser suficiente cuando la superficie

está seca

En un pavimento húmedo, el agua actúa como

lubricante que reduce el contacto directo neumático –

superficie

Si la película de agua llega a ser muy espesa o la

velocidad del vehículo muy alta, los neumáticos

pueden perder contacto con la superficie, creándose el

fenómeno conocido como hidroplaneo

CARACTERÍSTICAS DE LA FRICCIÓN


EFECTOS DEL HIDROPLANEO

Las dos componentes de la fricción se denominan

adhesión e histéresis

—La adhesión es el resultado de fuerzas

moleculares en la interfaz neumático – pavimento,

cuya magnitud depende de la naturaleza de los dos

materiales y de la fuerza normal entre ellos

—La histéresis es función de la pérdida de energía

en el caucho del neumático a medida que éste es

deformado por las asperezas de la textura superficial

del pavimento

COEFICIENTE DE FRICCIÓN


La fuerza efectiva de resistencia al deslizamiento es

la suma de las dos componentes que, dividida por la

carga vertical (P), da como resultado el coeficiente de

fricción (μ)

μ = F/P = (Fa + Fh)/P


COEFICIENTE DE FRICCIÓN

COMPONENTES DE LA FRICCIÓN NEUMÁTICO - PAVIMENTO


COMPONENTES DE LA FRICCIÓN NEUMÁTICO - PAVIMENTO

La adhesión es el factor dominante en la resistencia al

deslizamiento cuando la superficie está seca y su importancia

decrece con la lubricación y se hace casi despreciable cuando la

superficie está húmeda

En condición húmeda, la componente más importante de la

fricción es la histéresis

Debido a lo anterior, la resistencia al deslizamiento decrece

cuando el pavimento está húmedo y la disminución se acelera a

medida que la superficie es más densa, siendo mayor el

decrecimiento al aumentar la velocidad vehicular


FACTORES DEL PAVIMENTO QUE AFECTAN LA FRICCIÓN

Los dos principales factores de la superficie del

pavimento que suministran fricción son la microtextura

y la macrotextura

La microtextura es proporcionada por las pequeñas

asperezas superficiales y afecta el nivel de fricción en el

área de contacto neumático – pavimento

La macrotextura es suministrada por las asperezas

mayores y proporciona canales de escape para el agua

superficial en la zona de contacto



FACTORES DEL PAVIMENTO QUE AFECTAN LA FRICCIÓN


CLASIFICACIÓN DEL PERFIL SEGÚN LA AIPCR

VARIACIÓN DE LA FRICCIÓN DISPONIBLE CON LA VELOCIDAD

DE DESLIZAMIENTO SOBRE SUPERFICIE HÚMEDA

La fricción superficial es una manera

indirecta de medir la microtextura



SISTEMAS PARA

MEDIR LA

RESISTENCIA AL

DESLIZAMIENTO

SISTEMAS DE MEDIDA DE LA


MEDIDA DIRECTA

MEDIDA INDIRECTA A

TRAVÉS DE LA TEXTURA

SUPERFICIAL

RUEDA BLOQUEADA

RUEDA PARCIALMENTE

BLOQUEADA CON GRADO

DE DESLIZAMIENTO FIJO

RUEDA BLOQUEADA CON

GRADO DE

DESLIZAMIENTO

VARIABLE

RUEDA OBLICUA CON

RESPECTO AL SENTIDO

DE MARCHA

PORTÁTIL

SCRIM

ODILÓGRAFO

MU - METER

LOCKED –WHEEL SKID TRAILER

PÉNDULO DE FRICCIÓN TRL

NORSEMETER ROAR

IMAG

GRIP TESTER

EQUIPOS DE MEDIDA DIRECTA

El método usa una rueda bloqueada que se desliza a

lo largo de la superficie para medir la fricción

El vehículo o remolque donde se encuentra el

medidor se lleva a la velocidad especificada

(usualmente 64 km/h) y se riega agua por delante de la

rueda para crear una condición de superficie húmeda

Se bloquea la rueda de ensayo y los instrumentos

miden la fuerza de fricción actuante entre la rueda de

ensayo y el pavimento y reportan el resultado como

Skid Number (SN = 100* μ)


EQUIPOS DE RUEDA BLOQUEADA

EQUIPOS DE RUEDA BLOQUEADA


EQUIPOS DE RUEDA PARCIALMENTE BLOQUEADA

CON GRADO DE DESLIZAMIENTO FIJO

Mide un coeficiente de fricción resultante de la

relación entre una fuerza horizontal y una fuerza vertical

La fuerza vertical la proporciona el equipo (no es

constante, ya que durante la medición existen

aceleraciones verticales que la modifican), mientras que

la horizontal es suministrada por el roce que se produce

en la rueda de medición que está parcialmente

bloqueada, lo que impide que gire a la misma velocidad

angular que las otras ruedas, generando en forma

permanente un arrastre de la rueda de medición sobre el

pavimento

GRIP TESTER



El equipo circula por la superficie a medir a una

velocidad definida, aplicando una lámina de agua de

espesor fijado, mientras dos sensores de fuerza insertos

en el eje de medición permiten determinar los valores

requeridos de las fuerzas horizontal y vertical para

determinar el coeficiente de fricción (Grip Number)

GRIP TESTER



GRIP TESTER


CON GRADO DE DESLIZAMIENTO VARIABLE

Miden la fricción de la superficie del pavimento de

manera similar a los de deslizamiento fijo

Durante el ensayo, la rata de deslizamiento de la rueda

de prueba se varía, para permitir el registro de un rango

de valores de fricción

El efecto de las velocidades de deslizamiento variable

sobre la fricción medida se demuestra con el modelo de

fricción de Zoltan Rado



μ máx = máximo valor de fricción

Smáx = velocidad de deslizamiento correspondiente,

conocida como velocidad crítica de deslizamiento

C = Factor que depende de la textura del pavimento y

es mayor entre más áspera sea ésta



RUNAR ROAR

EQUIPOS DE RUEDA OBLICUA

Los equipos de rueda oblicua usan una rueda de giro

libre para determinar las propiedades friccionales del

pavimento

La rueda está montada haciendo un ángulo con la

dirección de movimiento del vehículo

La fuerza producida a los lados de la llanta de ensayo

(Fs) es utilizada para calcular el coeficiente de fricción o

coeficiente de fricción lateral (CFL)

W

FsCFL

W = reacción vertical entre la rueda de ensayo y la

superficie del pavimento


SCRIM

SCRIM EN PROCESO DE MEDICIÓN


EQUIPOS PORTÁTILES

Usa un péndulo con una zapata para medir la fricción

Durante el ensayo, el péndulo es liberado desde una

altura especificada, y una zapata colocada en la parte

inferior de él roza el pavimento durante el giro

El retardo que se causa en el movimiento del péndulo

como resultado de las propiedades friccionales del

pavimento se usa para establecer en la escala del aparato

el número del péndulo británico (NPB)

PÉNDULO DE FRICCIÓN TRL (INV E-792)

EQUIPOS PORTÁTILES

PÉNDULO DE FRICCIÓN TRL (INV E-792)


TEXTURA

TEXTURA

La textura superficial depende del tipo de pavimento

En pavimentos de hormigón es generada por las

características del mortero y el tratamiento aplicado en

superficie

En pavimentos asfálticos es generada por las

características y exposición de los agregados en la

superficie

El conjunto de irregularidades de menores dimensiones

se conoce como ―rugosidad geométrica‖ y se divide en

dos grupos: microtextura y macrotextura

TEXTURA

Desviación que presenta la superficie del pavimento

respecto de una superficie plana de dimensiones

características en sentido longitudinal, inferiores a 0.5

mm

La amplitud entre picos suele variar entre 0.001 y 0.5

mm

Esta textura es la que hace al pavimento más o menos

áspero, pero es tan pequeña que no se puede observar a

simple vista

MICROTEXTURA

TEXTURA

Desviación que presenta la superficie del pavimento

respecto de una superficie plana de dimensiones

características en sentido longitudinal entre 0.5 mm y

50 mm

La amplitud entre picos suele variar entre 0.01 mm

y 20 mm

Esta textura presenta longitudes de onda del mismo

orden de magnitud que los dibujos del labrado del

neumático

MACROTEXTURA

TEXTURA

CARACTERÍSTICAS DE LA MICROTEXTURA Y LA MACROTEXTURA

TEXTURA

El coeficiente de resistencia al deslizamiento a alta

velocidad es mucho menor que a velocidades bajas, en

especial en pavimentos con macrotextura lisa, por lo que

es conveniente conocer este coeficiente en ambos rangos

de velocidad

A velocidades medias, la determinación queda cubierta

por los equipos de medida de resistencia al deslizamiento

A altas velocidades, la estimación se hace de manera

indirecta a través de medidas de macrotextura

TEXTURA Y RESISTENCIA AL DESLIZAMIENTO

TEXTURA

Para lograr una adecuada resistencia al deslizamiento,

se debe contar con los siguientes requisitos de textura:

—Adecuada microtextura que contenga partículas

duras de alta resistencia al deslizamiento

—Adecuada macrotextura que facilite el drenaje y

desplazamiento del volumen de agua entre el

neumático y el pavimento y asegure resistencia al

deslizamiento a alta velocidad, en condición de

superficie húmeda

TEXTURA Y RESISTENCIA AL DESLIZAMIENTO

TEXTURA

SISTEMAS PARA

MEDIR LA

MACROTEXTURA

METODOS DE MEDIDA DE LA MACROTEXTURA

Volumétricos

Medidores de flujo

Dispositivos basados

en láser

Otros

Círculo de arena

Mancha de grasa

Drenómetro

Perfilómetros láser

ROSAN

Circular Track Meter CTM)

Medidas topométricas

Estereofotografía

Análisis fractal

MEDIDA DE LA MACROTEXTURA

ENSAYO DEL CÍRCULO DE ARENA

(ASTM E965 – INV E-791)


ENSAYO DE LA MANCHA DE GRASA


DRENÓMETRO

Dispositivo láser adaptado en la parte frontal de un

vehículo, que emite un rayo hacia la superficie del pavimento

El rayo es reflejado hacia el dispositivo emisor, el cual

registra el tiempo total de viaje de la luz, información que le

permite calcular la profundidad media del perfil


ROAD SURFACE ANALYSER (ROSAN)


ROAD SURFACE ANALYSER (ROSAN)

Medidor portátil de pista circular, de 13 kg de peso

Un sensor láser que está montado en un brazo, gira

alrededor de un punto central a una distancia fija sobre

el pavimento formando un círculo de 284 mm de

diámetro y mide el cambio de elevación de los puntos

sobre la superficie

El equipo calcula la profundidad media del perfil

(MPD)


CIRCULAR TRACK METER

(CT METER)


CIRCULAR TRACK METER

(CT METER)

Es la diferencia (en una distancia del mismo orden de

magnitud del contacto entre neumático y pavimento)

entre la recta de regresión de los puntos del perfil y una

paralela trazada por el punto más alto de ellos


PROFUNDIDAD MEDIA DEL PERFIL (MPD)


PROFUNDIDAD MEDIA DEL PERFIL (MPD)

Una fuente de luz proyecta un haz de bandas sobre la

superficie del pavimento

Una fotografía de la superficie es tomada con una

cámara CCD, la cual incluye información tridimensional

del pavimento que es procesada por un software

especializado

Los datos procesados permiten determinar la

Profundidad Media de Perfil (MPD) o la capacidad

drenante de la superficie, con una precisión en sentido

vertical de 0.005 mm y en sentido horizontal de 0.2 mm


MEDIDAS TOPOMÉTRICAS


MEDIDAS TOPOMÉTRICAS

FRICCIÓN Y TEXTURA

ÍNDICE DE FRICCIÓN INTERNACIONAL (IFI)

Parámetro mediante el cual se expresan las propiedades

de fricción de la superficie de un pavimento, en valores

que resultan independientes del equipo de medida

utilizado

IFI = ( F60, Sp)

F60 = constante de fricción a 60 km/h depende de la

fricción y la macrotextura)

Sp = constante de referencia de velocidad (depende de la

macrotextura)


Sp = a + b*Tx

Tx = medida de la macrotextura

a, b = constantes que dependen del equipo con el cual se

mide la macrotextura (documento AIPCR)


FRICCIÓN Y TEXTURA

Determinación de F60

1 - Elección del equipo de medida y determinación del

valor ―S‖, el cual es:

— La velocidad del equipo durante el ensayo, para los

equipos de rueda bloqueada

— La velocidad, multiplicada por el tanto por uno de

deslizamiento, para los de rueda parcialmente

bloqueada

— La velocidad, multiplicada por el seno del ángulo de

deriva, para los equipos de rueda oblicua

2 - Se mide la fricción con el equipo escogido (FRS)


FRICCIÓN Y TEXTURA


3 – Determinación de la constante FR60, que es una

medida de fricción de referencia a 60 km/h:

FR60 = FRS*e(S-60)/Sp

4 – Cálculo de F60:

F60 = A + B*FR60

Si la rueda del equipo usado no es lisa, se usa la

expresión:

F60 = A + B*FR60 + C*Tx

A, B, C = constantes del equipo empleado

(documento AIPCR)


FRICCIÓN Y TEXTURA

Expresión del IFI

(F60, Sp)

El valor de fricción a cualquier velocidad de

deslizamiento (S) se determina mediante la ecuación

F(S) = F60*e(S-60)/Sp


FRICCIÓN Y TEXTURA

Ejemplo de aplicación:

MEDIDA FRICCIÓN TEXTURA

EQUIPO UTILIZADO SCRIM CÍRCULO ARENA

REFRENCIA AIPCR C6E A8

VELOCIDAD OPERACIÓN 50 km/h

VALOR OBTENIDO 0.65 1.0 mm

A 0.0319 -

B 0.8734 -

ÁNGULO DERIVA 20º -

C - -

a - -11.5981

b - 113.63246


FRICCIÓN Y TEXTURA


Sp = -11.5981 + 113.63246*1 = 102 km/h


S = 50*sen 20º = 17.1 km/h

FR60 = 0.65*e(17.1-60)/102 = 0.43

F60 = 0.0319 + 0.8734*0.43 = 0.41

Expresión del IFI

(0.41, 102)

Curva de fricción de referencia

FS = 0.41*e(S-60)/102


FRICCIÓN Y TEXTURA


FRICCIÓN Y TEXTURA


EVALUACIÓN

ESTRUCTURAL DEL

PAVIMENTO

EVALUACIÓN ESTRUCTURAL


Determinar el estado resistente del pavimento a

través de

—Evaluación deflectométrica

—Estudio geotécnico

Calcular su vida residual

Establecer las actuaciones de rehabilitación

OBJETIVOS

EVALUACIÓN

DEFLECTOMÉTRICA



Determinación de la capacidad estructural de un

sector de pavimento mediante la medida continua de

sus deflexiones

EVALUACIÓN DEFLECTOMÉTRICA


Magnitud de la respuesta elástica que experimenta

un pavimento al paso de una carga, la cual es función

tanto del tipo y estado del pavimento, como del método

y del equipo de medida

DEFLEXIÓN


SISTEMAS PARA

MEDIR LAS

DELEXIONES DE UN

PAVIMENTO

CARGA ESTÁTICA

CARGA CUASI ESTÁTICA

CARGA VIBRATORIA

SINUSOIDAL

CARGA POR IMPACTO

PROPAGACIÓN ONDAS

SUPERFICIALES

DEFLECTÓMETROS DE

IMPACTO (DYNATEST, KUAB)

ANALIZADOR SÍSMICO

DE PAVIMENTOS (SPA)

DYNAFLECT

ROAD RATER

VIGA BENKELMAN

SISTEMAS DE APLICACIÓN DE LA CARGA PARA MEDIR LAS

DEFLEXIONES

DEFLECTÓGRAFO LACROIX

CURVIÁMETRO


MEDIDA DE DEFLEXIÓN BAJO CARGA ESTÁTICA


VIGA BENKELMAN (INV E-795)

A.C. BENKELMAN

Operación de la viga Benkelman

Se coloca el eje trasero de un camión con carga

normalizada, en el sitio escogido para la medida

Se coloca el extremo palpador del brazo de prueba

entre las ruedas ruedas traseras externas

Se mide la deformación recuperable una vez se aleja el

camión

Si la viga es doble, se toman las lecturas de la deflexión

central y a 25cm





VIGA BENKELMAN (INV E-795)



VIGA BENKELMAN DOBLE


Vista general del camión y del trineo de medida


MEDIDA DE DEFLEXIÓN BAJO CARGA CUASI ESTÁTICA


Trineo con dos vigas para la medida de deflexiones



Operación del deflectógrafo Lacroix

Arrastre de un trineo debajo de su chasis

El trineo contiene dos brazos de medida de deflexión

El vehículo se desplaza a unos 3 km/h y mide las

deflexiones de manera continua a intervalos de 4 metros

Las deflexiones se registran automáticamente en la

unidad de mando



CURVIÁMETRO



Vista del equipo Recorrido del sistema de medición

Equipo que mide deflexiones cada 5 metros, mediante el registro

del cuenco a través de 100 puntos mientras circula a 5m/s (18 km/h)

CURVIÁMETRO





Operación del curviámetro

Arrastre de un trineo debajo de su chasis

El trineo contiene dos brazos de medida de deflexión

El vehículo se desplaza a 5 m/s (18 km/h) y mide las

deflexiones de manera continua a intervalos de 5 metros

Las deflexiones se registran automáticamente en la

unidad de mando


MEDIDA DE DEFLEXIÓN BAJO CARGA VIBRATORIA SINUSOIDAL

(ASTM D 4695)

DYNAFLECT ROAD RATER

Principio de medida

Colocación de ruedas de carga y transductores en la

superficie

Aplicación de una precarga suficiente

Aplicación de vibración sinusoidal mediante un

generador de fuerza dinámica (relativamente baja)

Registro del cuenco de deflexión



(ASTM D 4695)



(ASTM D 4695)



(ASTM D 4695)

Carga vibratoria aplicada Cuenco típico de deflexión


MEDIDA DE DEFLEXIÓN BAJO CARGA POR IMPACTO (IMPULSO)

(ASTM D 4694 – INV E-798)

FWD KUAB FWD DYNATEST


Principio general de medida

El equipo entrega al pavimento una carga de impulso

transitorio

La respuesta del pavimento (cuenco de deflexión) es

medida por unos sensores convenientemente espaciados

Para realizar el ensayo, el vehículo se detiene y el plato

de carga se posiciona en el punto escogido para el ensayo

Se colocan los sensores en contacto con la superficie

(geófonos) a distancias definidas y se aplica el impacto

Los resultados son registrados automáticamente


(ASTM D4694 – INV E-798)


Ventajas sobre el sistema de carga vibratoria sinusoidal

Ensayo más rápido

La carga de impacto puede ser variada fácilmente

Simula con mayor precisión el efecto de las cargas

móviles del tránsito

Posibilidad de retrocálculo de diferentes parámetros


(ASTM D4694 – INV E-798)

Detalles del Falling Weight Deflectometer



(ASTM D4694 – INV E-798)

Plato de carga Geófonos

REGISTRO DE LA CURVA DE DEFLEXION



PARÁMETRO AREA

Es un número índice que describe la forma del cuenco

de deflexión

Representa el área normalizada de una tajada vertical

tomada a través del cuenco de deflexión entre el centro

de aplicación de carga y 3 pies de distancia

Dividiendo el área de la tajada por la deflexión medida

bajo el centro de aplicación de carga se ―normaliza‖ el

parámetro AREA, el cual resulta ser el lado de un

rectángulo cuyo otro lado es la deflexión máxima


PARÁMETRO AREA


Valores límites del parámetro AREA

Máximo 36 pulgadas, el cual ocurre cuando todas las

deflexiones son iguales, situación que corresponde a un

pavimento muy rígido y que nunca sucede en la práctica

Mínimo 11.1 pulgadas, el cual ocurre cuando todas las

capas del pavimento tienen el mismo módulo elástico o sea

que el pavimento no presta ninguna contribución de rigidez a

la subrasante

PARÁMETRO AREA


TENDENCIA ESTRUCTURAL SEGÚN LOS VALORES DE LA

DEFLEXIÓN MÁXIMA (D0) Y EL PARÁMETRO AREA

Área Do

Baja Baja Estructura débil, subrasante fuerte

Baja Alta Estructura débil, subrasante débil

Alta Baja Estructura fuerte, subrasante fuerte

Alta Alta Estructura fuerte, subrasante débil

Parámetro de medida

Conclusiones Generales


RETROCÁLCULO

Evaluación analítica a través de la cual se busca la

coincidencia, con algún margen de tolerancia, entre el

cuenco de deflexión producido en el pavimento por el

equipo de evaluación y el cuenco calculado mediante la

aplicación de la teoría elástica

El proceso es iterativo y se resuelve con ayuda de

software (BISDEF, ELSDEF, etc.)


RETROCÁLCULO

DIAGRAMA DE FLUJO DEL PROGRAMA DE RETROCÁLCULO


EJEMPLO PROCESO ITERATIVO

RETROCÁLCULO


CÁLCULO DEL MÓDULO RESILIENTE DE LA SUBRASANTE A

PARTIR DE LAS DEFLEXIONES FWD

Washington DOT

MR = -530 + 0.087 (P/D3)

MR = -111 + 0.0557 (P/D4)

MR = -346 + 0.0676 (2P/(D3+D4))

MR = módulo de la subrasante en psi

P = carga aplicada sobre placa de 12 pulgadas, libras

D3, D4= ceflexiones a 36‖ y 48‖ del centro de carga, pg


Darter

MR = 0.01114 (P/D2)

MR = 0.00743 (P/D3)

MR = 0.00557 (P/D4)

MR = módulo de la subrasante en psi

P = carga aplicada sobre placa de 12 pulgadas, libras

D2,D3, D4= deflexiones a 24‖, 36‖ y 48‖ del centro de carga,

pg




El uso de estas fórmulas requiere que se garantice que la

deflexión Dr haya sido tomada a una distancia mínima del

centro de carga ( r ), la cual debe ser mayor o igual a 0.7*ae

D = espesor total del pavimento

Ep = módulo efectivo del pavimento

a = radio del plato de carga

MR = módulo de la subrasante




El módulo efectivo del pavimento (Ep) se determina

por retrocálculo, mediante la expresión:

d0 = deflexión máxima del pavimento ajustada a temperatura

de 20 º C

p = presión de contacto bajo el plato de carga




El módulo efectivo del pavimento (Ep) se puede

determinar mediante la siguiente figura, para un plato de

carga de 5.9 pulgadas:




ANÁLISIS ESPECTRAL DE ONDAS SUPERFICIALES (SASW)


ANALIZADOR SÍSMICO DE PAVIMENTOS (SPA)



Principio general de medida

Se aplican impactos sobre la superficie del pavimento

Las ondas generadas y sus dispersiones son monitoreadas

por dos transductores que actúan como receptores

Los datos son recogidos por un analizador de señales

espectrales y pasados a un computador, donde se obtiene la

curva de dispersión de las ondas en el sitio

Las ondas de velocidad pueden ser transformadas en

representaciones de módulos contra profundidad



Ventajas

Los resultados de los análisis SASW han mostrado

buena correspondencia con los obtenidos por análisis de

deflexiones mediante retrocálculo

Predicen los módulos de las capas del pavimento sin un

conocimiento previo de los espesores de las capas o los

tipos de materiales que las constituyen

Desventajas

Mayor complejidad en la ejecución de la prueba

Mayor tiempo para recoger e interpretar los datos



FACTORES QUE

AFECTAN LA

MAGNITUD DE LAS

DEFLEXIONES


FACTORES QUE AFECTAN LA MAGNITUD DE LAS

DEFLEXIONES

Temperatura de las capas asfálticas

Humedad

Magnitud de la carga

Modo de carga

Tiempo de aplicación de la carga

Factores debidos al pavimento



A medida que la temperatura es mayor, las deflexiones

se incrementan, debido al decrecimiento de rigidez de las

capas

Las variaciones de mayor consideración se producen

en D0


DEFLEXIONES



A temperaturas altas del pavimento (del orden de 40ºC)

comienza a intervenir la deformación plástica de las

mezclas, sobre todo cuando la carga de ensayo es estática

La temperatura del pavimento se debe medir según

norma ASTM D 4695

Las deflexiones deben ser corregidas a una temperatura

estándar, generalmente 20 ºC


DEFLEXIONES


Factor de ajuste por temperatura para deflexiones máximas FWD

(d36 = 0.1 mm – latitud = 40º)

(Fuente: Publicación FHWA RD-98-085, Junio 2000)


Humedad

En zonas tropicales se producen mayores deflexiones

en épocas lluviosas, en tanto que en áreas con

estaciones, ello ocurre en la época de deshielo

Se deben medir las deflexiones en época crítica o

aplicar factores de corrección por temporada climática

El efecto de las variaciones de humedad es más

intenso en el caso de pavimentos delgados sobre suelos

de subrasante finos


DEFLEXIONES



La deflexión aumenta con la magnitud de la carga

que la genera

La correspondencia no es lineal recta, porque el

comportamiento de la mayoría de los suelos de

subrasante y materiales granulares del pavimento

depende del estado de esfuerzos


DEFLEXIONES




DEFLEXIONES


Modo de la carga

Aunque la magnitud de la carga sea igual, la deflexión

suele ser distinta, porque las diferencias inherentes en los

tipos de carga tienden a producir respuestas diferentes en

el pavimento

Por ello, se deben establecer relaciones experimentales

entre los resultados obtenidos con diferentes equipos


DEFLEXIONES


ECUACIÓN UNIDADES FUENTEBENKELMAN = 1.33269 + 0.93748*(FWD) 0.001 pg WASHINGTON DOT

BENKELMAN = 22.5*(DYNAFLECT) 0.001 pg ARIZONA

BENKELMAN = 22.3*(DYNAFLECT) - 2.73 0.001 pg INSTITUTO ASFALTO


DEFLEXIONES

ECUACIONES DE CORRELACIÓN ENTRE DEFLEXIONES

MEDIDAS CON DISTINTOS EQUIPOS


Tiempo de carga

Entre menor sea el pulso de carga, menor es la

magnitud de la deflexión

Los dispositivos de carga estática tienden a generar

deflexiones significativamente más altas que las

producidas por cargas de tipo móvil

La respuesta de los equipos de carga vibratoria

sinusoidal varía con la frecuencia


DEFLEXIONES


Tiempo de carga


DEFLEXIONES




DEFLEXIONES

Las deflexiones medidas en vecindades de áreas

deterioradas son más altas que las medidas en áreas en

buen estado

Las deflexiones medidas en la huella externa son

mayores que las medidas en la huella interna o entre las

dos bandas de rodamiento

Las deflexiones medidas cerca de obras de fábrica son

mayores que las obtenidas en otros puntos del pavimento




DEFLEXIONES

Los cambios en la estructura del pavimento o en el tipo

de suelo de subrasante afectan la magnitud de las

deflexiones

Variaciones aleatorias en la rigidez del pavimento,

producidas por factores tales como la compactación,

pueden producir grandes variaciones en las deflexiones

en tramos muy cortos


APLICACIONES DE

LAS DEFLEXIONES

Determinación de secciones estructuralmente uniformes

Identificación de secciones débiles

Comprobación de transferencia de carga en las juntas yexistencia de vacíos bajo pavimentos rígidos

Determinación de períodos críticos de deterioro

APLICACIONES DE LAS DEFLEXIONES

Aplicación en la gestión de pavimentos

Control de calidad

Determinación de las propiedades de rigidez de los

materiales del pavimento y de la subrasante

Cálculo de vida residual y diseño de refuerzos

Distribución de la Deflexión Central (1/1000mm)

CA02E Comalapa - Zacatecoluca

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63

Abscisa Km No

Df0

(1

/10

00

mm

)

Df0 (1/1000 mm)

Promedio

Promedio + 1.037 *STD

DETERMINACIÓN DE SECCIONES ESTRUCTURALMENTE

UNIFORMES E IDENTIFICACIÓN DE ZONAS DÉBILES


IDENTIFICACIÓN DE

ZONAS DÉBILES

RADIO DE CURVATURA (m)

SECTOR SANTA MARTA - RIO PALOMINO Km 15+620 - Km 72+400

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60 62 64 66 68 70 72

Abscisa Km No

Ra

dio

de

Cu

rva

tura

(m

)

Radio de Curvatura (m)

Promedio

Promedio -1.037 *STD

IDENTIFICACIÓN DE

ZONAS DÉBILES

DETERMINACIÓN DE SECCIONES ESTRUCTURALMENTE

UNIFORMES E IDENTIFICACIÓN DE ZONAS DÉBILES


COMPROBACIÓN DE TRANSFERENCIA DE CARGA EN

LAS JUNTAS DE PAVIMENTOS RÍGIDOS


COMPROBACIÓN DE LA EXISTENCIA DE VACÍOS BAJO

LAS LOSAS DE PAVIMENTOS RÍGIDOS


DETERMINACIÓN DE PERÍODOS CRÍTICOS DE DETERIORO


Variaciones estacionales de las deflexiones


APLICACIÓN EN LOS SISTEMAS DE

GESTIÓN DE PAVIMENTOS

Establecimiento de bancos de datos con deflexiones

Valoración del número estructural efectivo de los

pavimentos

Aplicación en el modelo HDM IV

Aplicación en Sistemas de Administración de

Pavimentos

CONTROL DE CALIDAD

La deflexión es un parámetro de las especificacionesde construcción o rehabilitación

Permite verificar la uniformidad del proyecto

Permite verificar el diseño proyectado en oficina,luego de la construcción de cada capa.

Permite comparar del Número Estructural Efectivo endiferentes etapas

Permite la calibración de los parámetros de diseño


DETERMINACIÓN DE PROPIEDADES DE RIGIDEZ DE LOS MATERIALES

Subrasante

Capas

granulares

Concreto

asfáltico

Ejemplos (Washington DOT)


CÁLCULO DE VIDA RESIDUAL Y DISEÑO DE REFUERZOS

Permite obtener una indicación de la vida residual del

pavimento y, por lo tanto, de su capacidad para soportar

las cargas del tránsito futuro

Las deflexiones son datos de entrada para el diseño de

las obras de refuerzo de pavimentos


LIMITACIONES DE LAS DEFLEXIONES

Su utilidad está restringida a la certeza de que el

pavimento presenta un comportamiento elástico bajo la

acción de cargas normales de tránsito

Si un pavimento asfáltico presenta ahuellamientos u

ondulaciones cuyo origen no sea un desplazamiento

plástico de las capas asfálticas por baja estabilidad, sino

deformaciones permanentes de las capas subyacentes, las

deflexiones no son significativas


EXPLORACIÓN

GEOTÉCNICA

EVALUACIÓN ESTRUCTURALEVALUACIÓN DE PAVIMENTOS

EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA

OBJETIVO DE LA EXPLORACIÓN

Determinar los espesores reales de la estructura del

pavimento (perfil)

Ejecución de ensayos in situ

Toma de muestras de materiales para ensayos en

laboratorio

Ejecución de ensayos de laboratorio

EXPLORACIÓN DESTRUCTIVA

EXPLORACIÓN NO DESTRUCTIVA

A PARTIR DE

APIQUES

(CALICATAS) Y

SONDEOS

GEORRADAR


TIPOS DE EXPLORACIÓN


APIQUES (CALICATAS )



TOMA DE MUESTRA INALTERADA


TOMA DE MUESTRA ALTERADA


ENSAYO PDC

(INV E-172)

DENSIDAD EN EL TERRENO

(INV E-161)



ENSAYOS USUALES PARA EVALUAR LAS CAPAS DE UN

PAVIMENTO EN SERVICIO Y LA SUBRASANTE

PERFIL OBTENIDO MEDIANTE EXPLORACIÓN DESTRUCTIVA




Georradar

Equipo de exploración no destructiva que permite:

—Determinar los espesores de la estructura del

pavimento

—Identificar cambios de sección según su

estructura

—Localizar zonas húmedas y recursos del subsuelo


PRINCIPIO DEL GEORRADAR

PERFIL TÍPICO DE LOS DATOS OBTENIDOS CON

EL GEORRADAR


LIMITACIONES DEL GEORRADAR

Se requiere confirmación con núcleos del

pavimento

Espesores inferiores a 8 mm no son ―visibles‖

No es posible realizar auscultación en nieve o lluvia

Dos capas del mismo material son difíciles de

resolver

Requiere experiencia para su uso e interpretación

No es recomendable en pavimentos rígidos



EVALUACIÓN DEL

DRENAJE

EVALUACIÓN DEL DRENAJE

La revisión del sistema de drenaje tiene por

finalidad detectar aquellas zonas de la vía

vulnerables a la acción del agua y, como

consecuencia de ello, con riesgo de degradación de

la estructura del pavimento por su efecto

FINALIDAD DE LA EVALUACIÓN DEL DRENAJE

Se deben considerar 6 parámetros al valorar el peligro de que

los deterioros causados por el agua en el pavimento evolucionen

con rapidez:

1. Impermeabilidad de la capa superficial del pavimento

2. Drenaje superficial

3. Ambiente hidrogeológico del pavimento

4. Drenaje subsuperficial

5. Sensibilidad de la subrasante al agua

6. Sensibilidad al agua de las capas inferiores del pavimento

FACTORES A CONSIDERAR EN LA EVALUACIÓN DEL DRENAJE

(SETRA- Road drainage. Technical guide – 2006)


Cada uno de estos factores se debe calificar con uno de

tres (3) posibles niveles de riesgo (0, 1 y 2), de acuerdo

con la propensión al daño por efecto del agua en cada

sección de pavimento que se evalúe

FACTORES A CONSIDERAR EN LA EVALUACIÓN DEL DRENAJE

(SETRA- Road drainage. Technical guide – 2006)


R=0 pavimentos con rodadura en mezcla asfáltica densa

en buenas condiciones

R=1 pavimentos con rodadura en mezcla asfáltica algo

porosa o segregada, o constituida por un

tratamiento superficial o lechada asfáltica en

buenas condiciones

R=2 pavimento con superficie porosa (k > 10-5 cm/s) o

con fisuras sin sellar

1. Impermeabilidad de la capa superficial del pavimento

(R)


R = 0

A=0 drenaje superficial eficiente y bien mantenido; contexto

topográfico propicio (por ejemplo, rasante a más de un

metro (1.0 m) sobre terreno natural en trayectos en terraplén

A=1 drenaje superficial falto de efectividad; vegetación en las

cunetas; retenciones de agua en el borde del pavimento;

carretera a media ladera o con sucesión de cortes y rellenos

A=2 drenaje superficial totalmente inefectivo; el flujo del agua

en las cunetas y otras estructuras de drenaje superficial es

mediocre

2. Drenaje superficial (A)


A = 0

H=0 el nivel freático se encuentra a más de 5 metros de

profundidad; el pavimento no intercepta corrientes de

agua de resurgencia temporal o permanente

H=1 suministro potencial de agua subterránea proveniente

de captaciones laterales

H=2 zonas de perfil transversal mixto con corrientes

provenientes de aguas arriba; zonas de transición corte-

relleno; afloramientos potentes en la calzada

3. Ambiente hidrogeológico del pavimento (H)


H = 2

D=0 existen subdrenes longitudinales en buenas

condiciones en los lugares en los cuales son

necesarios y ellos evacúan adecuadamente el agua

interna proveniente de las zonas laterales y del

pavimento

D=1 existe el sistema de subdrenaje y está instalado

adecuadamente, pero no es suficientemente

efectivo por falta de mantenimiento

D=2 aunque se requiere, no hay sistema de subdrenaje,

o, si existe, se encuentra mal ubicado o no funciona

4. Drenaje subsuperficial (D)


EQUIPO PARA INSPECCIONAR SUBDRENES Y TUBERÍAS DE SALIDA

Cámara, cable y equipo de registro Inspección de video en el terreno

OTROS FACTORES DE EVALUACIÓN

4. Drenaje subsuperficial (D)

S=0 suelos insensibles al agua o subrasantes tratadas

S=1 suelos que pueden ser sensibles al agua, pero

que no presentan evidencias de ello

S=2 suelos evidentemente sensibles a la humedad

(suelos finos)

5. Sensibilidad de la subrasante al agua (S)


S = 2

M=0 capas de base de concreto asfáltico o estabilizadas

con productos bituminosos

M=1 capas de base estabilizadas con productos

hidráulicos

M=2 bases y subbases granulares

6. Sensibilidad al agua de las capas inferiores del pavimento (M)


M= 2

La calificación del riesgo hídrico de cada sección de

pavimento evaluada se obtiene mediante la suma de las

calificaciones de los seis (6) parámetros R+A+H+D+S+M

Secciones consecutivas con la misma calificación se pueden

combinar

Esta calificación total indica el riesgo de la existencia de una

combinación de factores desfavorables y tiene por objeto

brindar una evaluación del tramo en relación con el drenaje,

independientemente del estado global del pavimento

CALIFICACIÓN DE LA INFORMACIÓN SOBRE EL DRENAJE




La calificación global varía entre 0 y 12, de acuerdo con la

siguiente escala:

RIESGO ASOCIADO CON LA CALIFICACIÓN GLOBAL DEL DRENAJE

Calificación

global

Riesgo

0 – 3 Condiciones no propicias para que se presente daño

en la estructura por causa del agua

4 – 7 Condiciones que pueden generar daño en la

estructura por efectos del agua

8 – 12 Condiciones determinantes para causar la rápida

degradación de la estructura por presencia de agua



Bajo este criterio, se estima que requieren

intervenciones para mejorar el drenaje las zonas donde

una calificación de alto riesgo (8 a 12) coincida con

evidencias de debilidad estructural según el inventario

de deterioros y la evaluación estructural (por ejemplo:

ahuellamientos por causas estructurales, agrietamientos

piel de cocodrilo, deflexiones elevadas, etc.)

Siempre que se produzca esta convergencia, significa

que los deterioros se deben al agua o que son agravados

por ella y, en consecuencia, se justifica trabajar sobre el

drenaje


ESQUEMA

ITINERARIO

ESQUEMA ITINERARIO

Es un gráfico resumen que brinda una imagen

completa y clara de la condición existente en el

pavimento

En él se representan los diferentes deterioros a lo

largo del proyecto, con su extensión y nivel de

gravedad

Incluye otros datos de interés para el diagnóstico,

como las deflexiones, la rugosidad, el estado del

drenaje y el perfil estratigráfico de la calzada

0

P R 51

CO

ND

ICIO

N S

UP

ER

FIC

IAL

ES

TR

UC

TU

RA

LE

DA

ÑO

S

Índice deDeterioro Is

Índice de Fisuración If

Pérdida pelicula de ligante

CARRETERA :

IRI

m/Km

2 0 0

EJEMPLO

Fisuración longitudinal

Deformación

EJEMPLO

10 0

SU

PE

RF

ICIA

LE

S Fisura longitudinal de junta

Parcheo/Reparación

Fatiga

A PR :

REPUBLICA DE COLOMBIA

INSTITUTO NACIONAL DE VIAS 51

8 0 070 0

PR :

6 0 03 0 0 4 0 0 50 0

FECHA :

CRD

Índice de Deformación Id

SECTOR :

Pérdida de agregado

Ojos de pescado

9 0 0

4 5 4 3 4 4 2 4 5 4

012

345

20% 30% 45% 35% 45% 50% 35% 60% 35% 35%

35% 54% 50% 42% 50% 45% 30% 45% 45% 45%

50% 50% 55% 50% 55% 25% 25% 55% 55%40%

15% 5% 25% 75% 30% 25% 25%

50% 65% 25% 10% 15% 5% 5% 20% 25% 15%

15% 25% 0% 5% 0% 30% 0% 25% 10% 25%

0% 15% 20% 0% 0% 20% 0% 50% 25% 25%

7 6 7 5 5 7 4 7 6 6

1234567

4 3 3 3 2 4 2 4 3 3

012

345

9 5 7 5 4 6 6 9 8 7

02468

1012

0

25

50

75

100

125

150

175

200

225

250

0.580.71

25% 10% 0% 0% 25% 0% 0%10% 0%

ESQUEMA ITINERARIO

ESQUEMA ITINERARIO

(continuación)


DIAGNÓSTICO SOBRE

LA CONDICIÓN DEL

PAVIMENTO

El análisis de la información recolectada permite:

—Sectorización a partir de los deterioros de

tipo estructural del pavimento

—Evaluación de la incidencia del drenaje en el

estado del pavimento

—Análisis de los deterioros de tipo funcional

—Consideración de áreas débiles localizadas

—Selección de alternativas probables de

intervención

DIAGNÓSTICO

CLASIFICACIÓN INVIAS PARA PAVIMENTOS ASFÁLTICOS

Caso Valores de Is Condición general del pavimento

I 1 y 2 Deformaciones y agrietamientos limitados

Buen aspecto general

Posiblemente sólo se requiera mantenimiento rutinario

II 3 y 4 Agrietamientos estructurales y pocas deformaciones o

pavimentos no fisurados pero con deformaciones

de origen estructural

Estado regular.

Requieren tratamientos de reahabilitación de alguna intensidad

III 5 , 6 y 7 Pavimentos con agrietamientos y deformaciones abundantes

Deficiente estado superficial

Requieren trabajos importantes de rehabilitación

DIAGNÓSTICO

SECTORIZACIÓN A PARTIR DE LOS DETERIOROS DE

TIPO ESTRUCTURAL DEL PAVIMENTO

INCIDENCIA DEL DRENAJE EN EL DIAGNÓSTICO

El ingeniero debe establecer si hay relación entre los

deterioros del pavimento y las fallas que haya advertido

en los sistemas de drenaje

La corrección de las debilidades de drenaje deberá ser

prioritaria

Las mejoras en los sistemas de drenaje, principalmente

el subterráneo, se traducen en incrementos de capacidad

portante que deben ser tenidos en cuenta en el diseño de

las obras de rehabilitación

DIAGNÓSTICO

PRESENCIA DE FALLAS DE TIPO FUNCIONAL EN EL

PAVIMENTO

La solución de las fallas estructurales generalmente trae

implícito el remedio para los deterioros de tipo funcional

Hay operaciones que deben tenerse en cuenta antes de

cualquier trabajo de rehabilitación: sello de juntas y de

grietas, bacheos localizados

Aunque la condición estructural del pavimento sea

excelente, algunos deterioros funcionales pueden exigir

labores generalizadas de restauración (pérdida de película

de ligante, desprendimiento de agregados, exudación)

DIAGNÓSTICO

CONSIDERACIÓN DE LAS ÁREAS DÉBILES LOCALIZADAS

En todo pavimento se suelen presentar áreas definidas

con deterioros abundantes o deflexiones anormalmente

altas

Estas áreas deben ser delimitadas para someterlas a

tratamiento particular

La delimitación se hace combinando el resultado de la

inspección visual con las lecturas del georradar y las

deflexiones

El tratamiento en estas zonas puede consistir en

reconstrucciones y reparaciones, en combinación con los

mejoramientos requeridos en el sistema de drenaje

DIAGNÓSTICO

SELECCIÓN DE TRATAMIENTOS

Y DE ESTRATEGIAS DE

REHABILITACIÓN

CONTENIDO

Definiciones

Tratamientos de rehabilitación

Tratamientos de rehabilitación de pavimentos

asfálticos

Tratamientos de rehabilitación de pavimentos

rígidos

Estrategias de rehabilitación

SELECCIÓN DE TRATAMIENTOS Y


DEFINICIONES

DEFINICIONES

Tratamientos de rehabilitación

Tratamientos factibles para la corrección de los defectos

de un pavimento, que permiten alcanzar el mejoramiento

deseado en su capacidad estructural, así como la suficiencia

funcional y del drenaje

Estrategias de rehabilitación

Combinaciones de tratamientos individuales de

rehabilitación de un pavimento, que dan lugar a alternativas

de actuación, desarrolladas con suficiente detalle para

estimar confiablemente su comportamiento y sus costos

TRATAMIENTOS

DE

REHABILITACIÓN

SELECCIÓN DE TRATAMIENTOS Y DE

ESTRATEGIAS DE REHABILITACIÓNÇ

TRATAMIENTOS DE REHABILITACIÓN

Tratamientos indicados según la evaluación funcional

Destinados a reducir la rugosidad y /o mejorar las condiciones

de fricción

Tratamientos indicados según la evaluación estructural

Destinados a mejorar la capacidad estructural del pavimento

Tratamientos indicados según la evaluación de

deterioros

Comprenden tanto necesidades potenciales de mejoramiento

funcional o estructural, como la reparación de daños específicos

Tratamientos indicados según la evaluación del drenaje

Destinados a mejorar las condiciones del drenaje superficial y

subterráneo

TRATAMIENTOS INDICADOS SEGÚN

LA EVALUACIÓN FUNCIONAL

Pavimentos asfálticos

Fresado

Sello de arena-asfalto

Reciclado superficial en caliente


Lechada asfáltica

Microaglomerado en frío

Microaglomerado en caliente

Mezcla drenante

Sobrecapa delgada

Recubrimiento blanco

ultradelgado (UTWT)

Pavimentos rígidos

Cepillado

Ranurado

Sobrecapa delgada


LA EVALUACIÓN ESTRUCTURAL

Pavimentos asfálticos

Sobrecapa espesa

Reciclado en planta en caliente

Reciclado en frío en el sitio

Reconstrucción parcial o total

Recubrimiento blanco (WT)

Pavimentos rígidos

Sobrecapa asfáltica

Sobrecapa de concreto

(adherida o no adherida)

Sobrecapa asfáltica o rígida

sobre el pavimento fracturado

Reconstrucción total

El tratamiento por adoptar depende de la vida residual

(Vr) del pavimento en el instante en el cual se acometan

los trabajos de rehabilitación

100*1

DA

A

N

NVr

AN = número de aplicaciones de carga hasta el instante de

la rehabilitación

DAN = número de aplicaciones de carga que soporta el

pavimento existente hasta alcanzar la falla



VIDA RESIDUAL DEL PAVIMENTO



OPCIONES ADECUADAS DE MEJORAMIENTO EN

DIFERENTES PUNTOS DE LA VIDA DEL PAVIMENTO

TRATAMIENTOS INDICADOS SEGÚN LA EVALUACIÓN

DE DETERIOROS EN PAVIMENTOS ASFÁLTICOS

Tipo de deterioro

Bach

eo

Fre

sad

o

Tra

tam

ien

tos y

lech

ad

as

Mic

roag

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do

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So

bre

cap

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on

cre

to

Reco

nstr

ucció

n

Grietas de fatiga X X X X X X

Grietas en bloque X X X X X X

Grietas térmicas X X X X X X

Grietas longitudinales X X X X X

Grietas de deslizamiento X X X

Exudación X X X X X X X

Ahuellamiento X X X X X

Desprendimiento agregados X X X X

Pérdida de ligante X X X X

Ojos de pescado X X X

Ondulaciones X X X

Técnica de rehabilitación

TRATAMIENTOS INDICADOS SEGÚN LA EVALUACIÓN

DE DETERIOROS EN PAVIMENTOS RÍGIDOS

Tipo de deterioro

Rep

ara

ció

n e

n p

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nd

idad

parc

ial

Rep

ara

ció

n d

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da

Mejo

ram

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su

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ren

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Reco

nstr

ucció

in t

ota

l

Grietas de esquina X X X

Grietas lineales X X X X X

Fragmentación múltiple X X

Grietas en "D" X X X X X

Desintegración superficial X X X X X

Deterioro en el sello de juntas X

Descascaramiento de juntas X

Voladura (blow-up) X X X

Bombeo X X X

Escalonamiento X X X X X X

Ondulaciones del pavimento X X X X X X X

Pulimento X X X X

Técnica de rehabilitación


LA EVALUACIÓN DEL DRENAJE

Comprenden, entre otros:

Construcción o reemplazo de cunetas, bordillos y

subdrenes longitudinales

Reparación de bases permeables

Cambio de subbases afectadas por erosión en

pavimentos rígidos

Cambio de material de base en las bermas por otro de

mejor capacidad drenante

TRATAMIENTOS

DE REHABILITACIÓN

DE PAVIMENTOS

ASFÁLTICOS


TRATAMIENTOS DE REHABILITACIÓN DE


Bacheo

Fresado

Sello de arena-asfalto


Lechada asfáltica y microaglomerado en frío

Microaglomerado en caliente

Capa drenante

Reciclado en sitio en caliente

Reciclado en sitio en frío


Sobrecapa asfáltica con tratamiento antifisuras

Sobrecapa de concreto (Whitetopping)

Reconstrucción



BACHEO

Reparación localizada de deterioros debidos a daño

estructural o a problemas de materiales o constructivos

Puede ser profundo (bacheo propiamente dicho) o

involucrar sólo las capas asfálticas (parcheo)

El bacheo con propósitos de rehabilitación hace parte

de la preparación para el refuerzo del pavimento

BACHEO





BACHEO

Aserrado de los bordes del área por reparar Excavación de los materiales inadecuados



BACHEO

Riego de liga a las paredes de la caja Extensión y distribución de la mezcla



BACHEO

Compactación de la mezcla Parche terminado

FRESADO

Remoción del material de una capa asfáltica superficial

empleando puntas de carburo montadas en un tambor

rotatorio

Esta técnica se suele combinar con la colocación de una

sobrecapa para compensar la pérdida de espesor que

origina



FRESADO

El material fresado se acopia para utilizarlo en la

elaboración de nuevas mezclas asfálticas en caliente





SELLO DE ARENA-ASFALTO

Aplicación de una emulsión de rotura rápida seguida por la

extensión y compactación de una capa delgada de arena

Se aplica para impermeabilizar capas de rodadura que

presenten excesos de vacíos con aire y sean susceptibles de

deterioro prematuro por envejecimiento y alta permeabilidad

Riego de emulsión Extensión de arena

TRATAMIENTO SUPERFICIAL

Se usa para impermeabilizar y rejuvenecer la superficie,

así como para mejorar las características de fricción




Un tratamiento construido con un asfalto modificado

con polímeros o caucho ayuda a minimizar el reflejo de

las grietas del pavimento existente y se denomina SAM

(Strain Alleviating Membrane)




(SAM)



Pavimento original Pavimento luego de 18

meses de colocada la SAM

LECHADA ASFÁLTICA Y MICROAGLOMERADO EN FRÍO

Se usan para impermeabilizar y rejuvenecer la

superficie, así como para mejorar las características de

fricción

También son efectivos en el sello de áreas con grietas de

escasa abertura

El pavimento por rehabilitar debe ser estable, sin

deformaciones excesivas



LECHADA ASFÁLTICA Y MICROAGLOMERADO EN FRÍO



MICROAGLOMERADO EN CALIENTE

Se usan para restablecer la resistencia al deslizamiento

de pavimentos estructuralmente competentes

También son efectivos en el mejoramiento del drenaje

superficial

Alternativa de mantenimiento periódico sin incremento

excesivo de cotas



MICROAGLOMERADO EN CALIENTE



CAPA DRENANTE

Se emplea para el mejoramiento del drenaje superficial y

de la resistencia al deslizamiento

Mejora la visibilidad y la seguridad en condición de

pavimento húmedo

Disminuye el ruido producido por la circulación

vehicular



SALPICADURAS Y VISIBILIDAD EN INSTANTES DE LLUVIA



CAPA DRENANTEMEZCLA DENSA CONVENCIONAL

RECICLADO SUPERFICIAL EN CALIENTE

Reprocesamiento de la superficie del pavimento en

bajos espesores, para corregir deterioros no atribuibles a

deficiencias estructurales, para regenerar características

antideslizantes o restaurar la sección transversal

Incluye todo procedimiento en el cual la superficie es

cepillada o escarificada en caliente y adicionada o no de

un agente de reciclado, con o sin la incorporación de

materiales vírgenes, reacondicionada y compactada



RECICLADO SUPERFICIAL EN CALIENTE



RECICLADO EN FRÍO EN EL SITIO

Reutilización de los materiales de la capa o capas

superiores del pavimento, con o sin adición de

agregados nuevos o un agente de reciclado (o ambos) y

agua, conformando un nuevo material que es mezclado y

compactado en el mismo lugar, sin adición de calor

Se emplea para corregir pavimentos que presenten

agrietamientos y deformaciones debidos a insuficiencias

estructurales

La capa reciclada, en espesor según diseño, debe ser

cubierta posteriormente con una capa de rodadura






Proceso general de operación




Recicladora de pavimento

Detalle del rotor

Punta




Opciones de reciclado

Con cemento

Con emulsión asfáltica

Con emulsión asfáltica y cemento

Con asfalto espumado

Con asfalto espumado y cemento




Reciclado con cemento

Se puede aplicar de 3 maneras:

—Esparciéndolo sobre la superficie del pavimento

previamente al paso de la máquina recicladora

—Mezclado con agua en forma de lechada, la cual

es incorporada directamente en la cámara de

mezclado

—Mediante un distribuidor cemento a granel,

acoplado a la máquina recicladora




Reciclado con cemento – Esquema general





Cemento esparcido sobre la superficie Proceso de reciclado

RecicladoraTanque de agua





Nivelación y compactación Curado de la capa compactada




VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL RECICLADO CON CEMENTO




Reciclado con emulsión asfáltica – Esquema general




Reciclado con emulsión asfáltica

Tanque

de asfaltoRecicladora

Material reciclado

Condición del pavimento por reciclar Proceso de reciclado




Reciclado con emulsión asfáltica

Nivelación del material reciclado Compactación del material reciclado




VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL RECICLADO CON EMULSIÓN




Reciclado con emulsión asfáltica y cemento

En ocasiones resulta conveniente incorporar cemento

Portland (1% - 3%) en un reciclado con emulsión

asfáltica, para alcanzar una mayor resistencia o para

reducir el período de curado de la mezcla




VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL RECICLADO CON EMULSIÓN

ASFÁLTICA Y CEMENTO




Reciclado con asfalto espumado

El asfalto espumado es elaborado en una máquina

recicladora especial que añade una pequeña cantidad de

agua a un cemento asfáltico caliente en la cámara de

mezclado

El proceso de espumado permite que el cemento

asfáltico pueda ser mezclado con agregados pétreos

fríos y húmedos




Reciclado con asfalto espumado – Esquema general

Compactador Motoniveladora Recicladora Tanque de asfaltoTanque de agua




Reciclado con asfalto espumado

Recicladora

Formación de la espuma de asfalto




Reciclado con asfalto espumado – Detalle cámara de mezcla




VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL RECICLADO CON

ASFALTO ESPUMADO




Reciclado con asfalto espumado y cemento

Como en el caso de la emulsión, se pueden lograr

algunos beneficios incorporando una pequeña cantidad

de cemento Portland (1% - 2%) junto con el asfalto

espumado





Condición del pavimento por reciclar Cemento esparcido sobre la superficie





Compactación inicialTren de trabajo





Nivelación y compactación principal Humedecimiento ligero de la capa compactada





Compactación neumática de cierre Carril reciclado y carril sin reciclar




VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL RECICLADO CON

ASFALTO ESPUMADO Y CEMENTO

SOBRECAPA ASFÁLTICA

Se utiliza para corregir deficiencias superficiales del

pavimento -relacionadas con la comodidad de circulación

y la resistencia al deslizamiento- y para incrementar su

capacidad estructural

El tipo más común de sobrecapa es el elaborado con

mezclas asfálticas en caliente, preparadas con asfalto

convencional o modificado

El espesor del refuerzo varía entre 25 mm y 200 mm

La vida útil depende del estado del pavimento por

reforzar, del tipo de mezcla utilizada y del espesor

colocado





SOBRECAPA ASFÁLTICA CON TRATAMIENTO ANTIFISURAS

La sobrecapa se suele complementar con algunas

medidas previas de protección para retardar el reflejo

prematuro de grietas del pavimento existente, si el

bacheo resulta impracticable:

—Geosintéticos

—Membranas absorbentes de esfuerzos (SAMI)

—Capas de alivio del reflejo de grietas

GEOSINTÉTICOS

Materiales sintéticos tejidos o no tejidos

Proporcionan restricciones que ayudan a resistir la

reflexión de grietas

Son más efectivos si los movimientos en las grietas

son pequeños



Geotextil Geomalla

EMPLEO DE GEOTEXTIL COMO SISTEMA

DE PREVENCIÓN DEL REFLEJO DE FISURAS





Riego de emulsión y

colación de geotextil

Extensión y compactación

de la mezclaMezcla colocada

Mezcla

Geotextil

EMPLEO DE GEOTEXTIL COMO SISTEMA

DE PREVENCIÓN DEL REFLEJO DE FISURAS

MEMBRANAS ABSORBENTES DE ESFUERZOS

SAMI (stress absorbing membrane interlayer)

Capa del tipo microaglomerado en frío o

tratamiento superficial o similar, elaborado con asfalto

modificado con polímeros sobre la cual se coloca la

sobrecapa

Sus características de flexibilidad, cohesión,

elasticidad y susceptibilidad térmica le permiten

soportar, sin fisuración prematura, las tensiones que

llegan de las grietas de las capas inferiores



CAPAS DE ALIVIO DEL REFLEJO DE GRIETAS

Son mezclas asfálticas de granulometría muy

abierta, elaboradas en caliente, cuyo objetivo es

retrasar el reflejo de las grietas debido a su elevada

proporción de vacíos con aire

El tamaño máximo del agregado varía entre 37 mm

y 76 mm y el espesor de la capa compactada no debe

ser inferior a 90 mm



Su finalidad es incrementar la capacidad estructural

del pavimento

Se diseña como un pavimento rígido nuevo, usando el

pavimento existente o la parte aprovechable de él como

apoyo para determinar el módulo de reacción

SOBRECAPA DE CONCRETO

(WHITETOPPING)





SOBRECAPA DE CONCRETO

(WHITETOPPING)

RECONSTRUCCIÓN

Demolición, remoción y reemplazo parcial o total del

pavimento asfáltico existente, conservando la explanación

y el alineamiento de la vía

Constituye el caso más enérgico de rehabilitación y se

aplica cuando el pavimento presenta elevados índices de

deterioro y no posee vida residual

La reconstrucción se puede acometer a través de una

nueva estructura asfáltica o de un pavimento rígido nuevo



TRATAMIENTOS DE REHABILITACIÓN DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS,

CONSIDERADOS POR EL INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS



ALTERNATIVAS DE TRATAMIENTOS DE REHABILITACIÓN DE

PAVIMENTOS ASFÁLTICOS PARA CARRETERAS DE PRIMERA

CATEGORÍA (INVIAS 2002)



TRATAMIENTO RANGO TÍPICO

(AÑOS)

Bacheo sin sobrecapa 4 a 8

Tratamiento superficial 5 a 7

Lechada asfáltica 3 a 5

Microaglomerado en frío 5 a 7

Microaglomerado en caliente 5 a 8

Capa drenante 8 a 10

Reciclado en sitio en caliente 4 a 8

Reciclado en sitio en frío *

Sobrecapa asfáltica 4 a 15

Sobrecapa en concreto 20 a 30

Reconstrucción asfáltica 10 a 20

Reconstrucción en concreto 20 a 30

RANGOS TÍPICOS DE VIDAS DE SERVICIO PARA TRATAMIENTOS

DE REHABILITACIÓN DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS

* depende del espesor de sobrecapa



TRATAMIENTOS

DE REHABILITACIÓN DE

PAVIMENTOS RÍGIDOS



PAVIMENTOS RÍGIDOS

Reparación en profundidad parcial

Reparación del espesor total de la losa

Reemplazo de losas

Subsellado

Restauración de la transferencia de carga

Resellado de juntas

Ranurado

Cepillado

Alivio de presión en las juntas


Sobrecapa asfáltica sobre losas fracturadas

Sobrecapa de concreto adherida

Sobrecapa de concreto no adherida

Mejoramiento del subdrenaje

Reconstrucción total

REPARACIÓN EN PROFUNDIDAD PARCIAL

Reparación localizada de defectos confinados en el

tercio superior de la losa, como el descascaramiento en

las juntas transversales

Se puede realizar con una mezcla de concreto

convencional o con mezclas de alta resistencia inicial

Si el pavimento se va a reforzar, este deterioro puede

ser reparado con mezcla asfáltica cuando el refuerzo va

a ser una sobrecapa asfáltica o una sobrecapa de

concreto no adherida. Si la sobrecapa va a ser de

concreto adherido, la reparación se hará en concreto


PAVIMENTOS RÍGIDOS


PAVIMENTOS RÍGIDOS

REPARACIÓN EN PROFUNDIDAD PARCIAL

REPARACIÓN DEL ESPESOR TOTAL DE LA LOSA

Reparación localizada, en el ancho del carril y en toda la

profundidad de la losa, de deterioros relacionados con daños

estructurales o con problemas de materiales o constructivos

Cuando esta reparación se realiza en pavimentos con juntas,

se deben colocar varillas de transferencia de carga en la juntas

de contracción con las losas vecinas

Si se trata de un pavimento con refuerzo continuo, se

deberá reponer también la armadura, la cual deberá quedar

unida a la de las losas adyacentes en las juntas transversales

Estas reparaciones se pueden realizar con concreto

convencional o de alta resistencia inicial


PAVIMENTOS RÍGIDOS



PAVIMENTOS RÍGIDOS

Remoción material deteriorado Preparación de la superficie


PAVIMENTOS RÍGIDOS


Preparación de las juntas Colocación del concreto


PAVIMENTOS RÍGIDOS


REEMPLAZO DE LOSAS

Remoción de losas aisladas que se hayan deteriorado por

motivos estructurales, de materiales o constructivos y

construcción de nuevas losas en el área afectada

Constituye una solución más económica que la reparación

de una porción de losa en espesor total, cuando la longitud de

las losas es corta

Cuando esta reparación se realiza en pavimentos con

juntas, se deben colocar varillas de transferencia de carga en

la juntas de contracción con las losas vecinas

Si se trata de un pavimento con refuerzo continuo, se

deberá reponer también la armadura, la cual deberá quedar

unida, en las juntas transversales, a la de las losas adyacentes


PAVIMENTOS RÍGIDOS


PAVIMENTOS RÍGIDOS

REEMPLAZO DE LOSAS

SUBSELLADO

Relleno de vacíos localizados bajo las esquinas y las

juntas de las losas mediante la adición de un material

en estado fluido, a través de orificios perforados a

través de la losa

Su propósito es limitar las deflexiones de la losa y

reducir el escalonamiento

El material de relleno más utilizado es la lechada de

cemento, aunque también puede ser empleado el

asfalto sólido


PAVIMENTOS RÍGIDOS

El trabajo se debe realizar solamente en las esquinas

de losas con vacíos o de lo contrario se puede destruir

la uniformidad del soporte, lo que ocasiona

incrementos de esfuerzo en la losa de concreto

Una variedad del subsellado es el gateo, el cual se

realiza con el mismo equipo y los mismos materiales,

pero con el propósito adicional de levantar las losas


PAVIMENTOS RÍGIDOS

SUBSELLADO

. .


PAVIMENTOS RÍGIDOS

SUBSELLADO

RESTAURACIÓN DE LA TRANSFERENCIA DE CARGA

Instalación de pasadores a través de grietas o de

juntas que no los poseen

La operación mejora la capacidad estructural por el

mejoramiento de la transferencia de carga en las

juntas y la disminución de esfuerzos que produce en

las esquinas de las losas adyacentes


PAVIMENTOS RÍGIDOS

El proceso involucra el aserrado de ranuras a través

de la junta o grieta, la instalación de los pasadores y el

relleno de la ranura, generalmente con el mismo

material empleado en las reparaciones de espesor

parcial

El sistema de transferencia de carga se debe

seleccionar de acuerdo con el espesor de la losa y el

tránsito por servir


PAVIMENTOS RÍGIDOS



PAVIMENTOS RÍGIDOS


RESELLADO DE JUNTAS

Consiste en la remoción del sello antiguo (si existe), el

aserrado de una nueva caja de dimensiones apropiadas

para el sellante por usar, la limpieza de la nueva caja en

todo su espesor y la instalación del sellante

Los materiales por utilizar incluyen el asfalto-caucho,

la silicona y los insertos preformados de neopreno

Cuando se realiza como parte de un trabajo de

restauración del pavimento, el sello se debe efectuar

como última operación.


PAVIMENTOS RÍGIDOS


PAVIMENTOS RÍGIDOS

RESELLADO DE JUNTAS

RANURADO

Trabajo realizado mediante aserrado con discos de

diamante con el propósito de mejorar las características

superficiales de fricción del pavimento


PAVIMENTOS RÍGIDOS

CEPILLADO

Remoción del material superficial de un pavimento

rígido, mediante el uso de discos de diamante montados a

distancias muy cortas en un tambor rotatorio

Su principal aplicación es la remoción del

escalonamiento en juntas y grietas o la remoción de

abultamientos

Además de mejorar el confort en la circulación, el

cepillado mejora la textura superficial y la fricción


PAVIMENTOS RÍGIDOS


PAVIMENTOS RÍGIDOS

CEPILLADO

JUNTAS DE ALIVIO DE PRESIÓN

Parche asfáltico o de otro material compresible

instalado a intervalos de algunos centenares de metros

en pavimentos donde existe el riesgo de voladuras

(blow–up) debido a la generación de elevados

esfuerzos de compresión en las juntas

Las juntas de alivio de presión son apropiadas en

pavimentos con juntas, elaborados con agregados

reactivos o, bajo ciertas condiciones climáticas, en

pavimentos con losas muy largas


PAVIMENTOS RÍGIDOS


PAVIMENTOS RÍGIDOS


VOLADURA PRODUCIDA POR ESFUERZOS DE

COMPRESIÓN MUY ELEVADOS EN UNA

JUNTA TRANSVERSAL

Junta angosta

Junta ancha


PAVIMENTOS RÍGIDOS



Su función puede ser mejorar el confort y las

propiedades de fricción o incrementar la capacidad

estructural del pavimento

Para retardar el reflejo prematuro de grietas y juntas,

la sobrecapa se suele complementar con algunas

medidas previas de protección:

—Geosintéticos

—Membranas absorbentes de esfuerzos (SAMI)

—Capas de alivio del reflejo de grietas


PAVIMENTOS RÍGIDOS

GEOSINTÉTICOS

Materiales sintéticos tejidos o no tejidos

Proporcionan restricciones que ayudan a resistir la

reflexión de grietas y juntas

Son más efectivos si los movimientos en las juntas y

grietas son pequeños


PAVIMENTOS RÍGIDOS


PAVIMENTOS RÍGIDOS

GEOSINTÉTICOS

Geotextil

Geomalla


PAVIMENTOS RÍGIDOS

GEOTEXTIL

COLOCACIÓN SOBRE LAS JUNTAS


SAMI (stress absorbing membrane interlayer)

Capa del tipo microaglomerado en frío o tratamiento

superficial elaborado con asfalto modificado con

polímeros o con caucho sobre la cual se coloca una

sobrecapa

Sus características de flexibilidad, cohesión,

elasticidad y susceptibilidad térmica le permiten

soportar, sin fisuración prematura, las tensiones que

llegan de las juntas o de las grietas de las capas

inferiores


PAVIMENTOS RÍGIDOS


PAVIMENTOS RÍGIDOS


(SAMI)

(SAMI)


PAVIMENTOS RÍGIDOS


1

2

3

4


Son mezclas asfálticas de granulometría muy

abierta, elaboradas en caliente, cuyo objetivo es

retrasar el reflejo de las grietas debido a su elevada

proporción de vacíos con aire

El tamaño máximo del agregado varía entre 37 mm

y 76 mm y el espesor de la capa compactada no debe

ser inferior a 90 mm


PAVIMENTOS RÍGIDOS


PAVIMENTOS RÍGIDOS


SOBRECAPA ASFÁLTICA SOBRE LOSAS FRACTURADAS

La fractura mecánica de losas losas se realiza para:

—intentar mitigar el reflejo de grietas en la sobrecapa

—prescindir de la ejecución de reparaciones localizadas de

losas con elevado nivel de deterioro

Existen dos técnicas de fracturación de losas:

—Fragmentación y asiento (breaking & seating), que

consiste en la rotura de las losas en piezas de 300 a 900

mm de lado y su posterior asentamiento con un rodillo

pesado

—Microfragmentación (rubblizing), que consiste en la

pulverización de la losa en piezas de no más de 150

mm de lado


PAVIMENTOS RÍGIDOS

FRAGMENTACIÓN Y ASIENTO (BREAKING & SEATING) DE LOSAS


PAVIMENTOS RÍGIDOS

MICROFRAGMENTACIÓN (RUBBLIZING) DE LOSAS


PAVIMENTOS RÍGIDOS

SOBRECAPA DE CONCRETO ADHERIDA

Se coloca para aumentar la capacidad estructural o

para mejorar la serviciabilidad de un pavimento rígido

en servicio en estado aceptable

Se requiere una preparación cuidadosa de la

superficie para asegurar la adhesión entre las dos capas

de concreto


PAVIMENTOS RÍGIDOS

Su función es mejorar la capacidad estructural

Es una alternativa atractiva donde la duración de una

reconstrucción sea un asunto de presión pública (por

ejemplo, una vía con muy alto volumen de tránsito)

El concreto asfáltico es el material preferido como

capa de separación, aunque se han empleado otros con

éxito variado: gravas permeables tratadas con asfalto,

arenas asfalto y bases granulares)

Se requiere una preparación mínima o nula del

pavimento existente


PAVIMENTOS RÍGIDOS

SOBRECAPA DE CONCRETO NO ADHERIDA


PAVIMENTOS RÍGIDOS

SOBRECAPA DE CONCRETO NO ADHERIDA

MEJORAMIENTO DEL SUBDRENAJE

Involucra actividades tales como la instalación de

subdrenes longitudinales y tuberías de salida y el

mejoramiento de la permeabilidad de la subbase

mediante su reemplazo en las bermas por un material de

mayor capacidad drenante

El efecto benéfico del mejoramiento del subdrenaje

depende de si el agua en la estructura del pavimento

puede ser efectivamente removida y qué tan bien se haya

diseñado, construido y mantenido el sistema


PAVIMENTOS RÍGIDOS


PAVIMENTOS RÍGIDOS

MEJORAMIENTO DEL SUBDRENAJE

RECONSTRUCCIÓN TOTAL DEL PAVIMENTO

Demolición, remoción y reemplazo parcial o total del

pavimento rígido existente, conservando la explanación y

el alineamiento de la vía

Constituye el caso más enérgico de rehabilitación y se

aplica cuando el pavimento presenta muy elevados índices

de deterioro

La reconstrucción se puede acometer a través de una

nueva estructura asfáltica o de un pavimento rígido nuevo

El rango de vida de servicio suele oscilar entre 10 y 20

años para la solución asfáltica y entre 20 y 30 años para la

solución en hormigón


PAVIMENTOS RÍGIDOS


PAVIMENTOS RÍGIDOS

RECONSTRUCCIÓN TOTAL DEL PAVIMENTO

TRATAMIENTO RANGO TÍPICO

(AÑOS)

Reparación en profundidad parcial 10 a 15

Reparación del espesor total tanto como el pavimento existente

Reemplazo de losas tanto como el pavimento existente

Restauración de la transferencia de carga 8 a 10

Resellado de juntas 2 a 5

Cepillado hasta 5

Sobrecapa asfáltica estructural 8 a 15

Sobrecapa asfáltica sobre losas fracturadas 15 a 25

Sobrecapa de concreto no adherida 20 a 30

Sobrecapa de concreto adherida 15 a 25

Reconstrucción asfáltica 10 a 20

Reconstrucción en concreto 20 a 30

RANGOS TÍPICOS DE VIDAS DE SERVICIO PARA TRATAMIENTOS

DE REHABILITACIÓN DE PAVIMENTOS RÍGIDOS


PAVIMENTOS RÍGIDOS

ESTRATEGIAS

DE

REHABILITACIÓN



COMBINACIÓN DE LOS TRATAMIENTOS DE

REHABILITACIÓN EN ESTRATEGIAS

¿Se requiere mejoramiento estructural?

¿Se requiere mejoramiento funcional? (en caso de que

los deterioros funcionales no vayan a ser corregidos por

el mejoramiento estructural)

¿Se requieren otros tratamientos de reparación? (en

caso de que no haya corrección por los mejoramientos

estructural y funcional)

¿Se requiere mejorar el sistema de drenaje?


FORMACIÓN DE ESTRATEGIAS FACTIBLES PARA


CORRECCIÓN DE DEFICIENCIAS ESTRUCTURALES TRATAMIENTOS ADICIONALES DE REPARACIÓN

*Sobrecapas (asfálticas - concreto) Incluyen reparaciones no cubiertas por los otros

*Reciclado en frío en el lugar tratamientos (Ver tabla)

*Reconstrucción

CORRECCIÓN DE DEFICIENCIAS FUNCIONALES REHABILITACIÓN DE DRENAJES

(si no son corregidas por el mejoramiento estructural) (especialmente subterráneo)

*Fresado

*Reciclado superficial en caliente

*Sobrecapa delgada, tratamiento superficial, lechada

*Mezcla drenante

*Recubrimiento blanco ultradelgado (UTWT)


COMBINACIONES DE POSIBLES TRATAMIENTOS DE

REHABILITACIÓN DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS (EJEMPLO)

Combinación Bacheo Fresado Tratamiento Lechada Microagl. Microagl. Capa Rreciclado Reciclado Sobrecapa Sobrecapa

número superficial asfáltica en frío en drenante en sitio en en sitio asfáltica de

caliente caliente en frío concreto

AC 1 X

AC 3 X

AC 4 X

AC 5 X X

AC 8 X X

AC 11 X X

AC 12 X

AC 14 X X

AC 16 X X

AC 20 X X X

AC 23 X X X

AC 24 X

AC 28 X X

AC 34 X X X

Combinaciones sin sobrecapa

Combinaciones con sobrecapa asfáltica

Combinaciones con sobrecapa de concreto


FORMACIÓN DE ESTRATEGIAS FACTIBLES PARA

PAVIMENTOS RÍGIDOS

CORRECCIÓN DE DEFICIENCIAS ESTRUCTURALES TRATAMIENTOS ADICIONALES DE REPARACIÓN

*Sobrecapa asfáltica Incluyen reparaciones no cubiertas por los otros

*Sobrecapa de concreto no adherida tratamientos (Ver tabla)

*Sobrecapa de concreto adherida

*Sobrecapa asfáltica sbre losas fracturadas

*Reconstrucción

CORRECCIÓN DE DEFICIENCIAS FUNCIONALES REHABILITACIÓN DE DRENAJES

(si no son corregidas por el mejoramiento estructural) (especialmente subterráneo)

*Cepillado (para corregir escalonamiento)

*Cepillado (para corregirdeficiencias de fricción)

*Ranurado

*Sobrecapa asfáltica delgada


COMBINACIONES DE

POSIBLES

TRATAMIENTOS DE

REHABILITACIÓN DE

PAVIMENTOS RÍGIDOS

(Ejemplo)C

om

bin

ació

n n

úm

ero

Rep

ara

ció

n e

n p

rofu

nd

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parc

ial

Rep

ara

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eri

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PC 11 X X X

PC 22 X X X

PC 47 X X X X X

PC 94 X X X X X

PC 130 X X X

PC 145 X X

PC 157 X X X X

PC 164 X X X

PC 168 X

PC 178 X X X

PC 184 X X X X X

PC 193 X

PC 194 X X

Combinaciones sin sobrecapa

Combinaciones con sobrecapa asfáltica

Combinaciones con sobrecapa de concreto no adherida

Sobrecapa asfáltica sobre losas fracturadas

Combinaciones con sobrecapa de concreto adherida


LA RECONSTRUCCIÓN

NO SE INCLUYE EN

LAS TABLAS, POR

CUANTO NO

REQUIERE

COMBINACIÓN CON

OTRAS TÉCNICAS DE

REFUERZO O

REPARACIÓN

ANTES Y DESPUÉS DE LA REHABILITACIÓN

DISEÑO DE OBRAS DE

REHABILITACIÓN PARA LA

CORRECCIÓN DE DEFICIENCIAS

ESTRUCTURALES

CONTENIDO

Diseño de sobrecapas asfálticas sobre pavimentos asfálticos

Diseño de sobrecapas de concreto sobre pavimentos

asfálticos (whitetopping)

Diseño de pavimentos asfálticos reciclados

Diseño de sobrecapas asfálticas sobre pavimentos rígidos

Diseño de sobrecapas de concreto adheridas sobre

pavimentos rígidos

Diseño de sobrecapas de concreto no adheridas sobre

pavimentos rígidos

Diseño de reconstrucción de pavimentos

DISEÑO DE LA REHABILITACIÓN

OPCIONES ADECUADAS DE MEJORAMIENTO EN

DIFERENTES PUNTOS DE LA VIDA DEL PAVIMENTO

DISEÑO DE SOBRECAPAS

ASFÁLTICAS SOBRE



DISEÑO DE SOBRECAPAS ASFÁLTICAS

SOBRE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS

APLICACIONES DE LAS SOBRECAPAS

Se pueden construir con un fin funcional, para mejorar la

fricción superficial y la comodidad del usuario, caso en el

cual la sobrecapa es delgada y su espesor no se define con

base en procedimientos de diseño

Se pueden construir para acondicionar la capacidad

estructural del pavimento a la intensidad del tránsito

futuro, caso en el cual su espesor es mayor y se obtiene

como resultado de un diseño. Una sobrecapa construida

con esta misión también corrige las deficiencias de tipo

funcional



ENFOQUES PARA EL DISEÑO DE LAS SOBRECAPAS

A partir del concepto de la deficiencia estructural

(AASHTO, The Asphalt Institute)

A partir de las medidas de deflexión (The Asphalt

Institute)

Procedimiento empírico – mecanístico (Washington

DOT, Instituto Nacional de Vías)



ENFOQUE A PARTIR DEL CONCEPTO DE LA DEFICIENCIA

ESTRUCTURAL

Concepto

La sobrecapa debe satisfacer la deficiencia entre la

capacidad estructural requerida para soportar el tránsito

futuro (SCf) y la capacidad estructural del pavimento

existente (SCeff)




ESTRUCTURAL



ENFOQUE A PARTIR DEL CONCEPTO DE LA DEFICIENCIA ESTRUCTURAL

(AASHTO)

1 Análisis de tránsito Ejes equivalentes durante el período

de diseño del refuerzo y,si es posible,

los soportados por la estructura actual

2 Determinación del número Empleando la fórmula AASHTO para

estructural requerido para el diseño de pavimentos nuevos, con

soportar el tránsito futuro el módulo de la subrasante obtenido en

(SNf) ensayos de laboratorio o por retrocálculo

PASOS PARA DETERMINAR EL ESPESOR DE LA SOBRECAPA



3 Determinación del número Hay tres métodos:

estructural del pavimento (1) *Se estima en función del espesor y

existente (SNeff) del módulo efectivo de la estructura

del pavimento. Este último es función

de la deflexión máxima, del módulo de

la subrasante in situ, del espesor del

pavimento y del radio del plato de carga

(2) *Se estima asignando coeficientes

estructurales a las capas del pavimento

existente de acuerdo con su condición

(3) *Se estima mediante el concepto

de vida residual

4 Determinación del espesor ( SNf - SNeff ) / a1

de la sobrecapa a1 = coeficiente estructural del material

del refuerzo



(AASHTO)



Enfoque a partir del concepto de la deficiencia estructural (AASHTO)

MATERIAL CONDICIÓN SUPERFICIAL COEFICIENTE

Concreto asfáltico Pocas grietas piel cocodrilo y baja severidad y/o

sólo grietas transversales de baja severidad 0.35 - 0.40

< 10% grietas piel cocodrilo baja severidad y/o

< 5 % grietas transversales severidad media y alta 0.25 - 0.35

>10 % grietas piel cocodrilo severidad media y/o

< 10 % grietas piel cocodrilo severidad alta y/o

> 10 % grietas transversales severidad media y alta 0.14 - 0.20

Base estabilizada Pocas grietas piel cocodrilo y baja severidad y/o

sólo grietas transversales de baja severidad 0.20 - 0.35

< 10% grietas piel cocodrilo baja severidad y/o

< 5 % grietas transversales severidad media y alta 0.15 - 0.25

>10 % grietas piel cocodrilo severidad media y/o

< 10 % grietas piel cocodrilo severidad alta y/o

> 10 % grietas transversales severidad media y alta 0.10 - 0.20

Capas granulares Sin evidencia de degradación y contaminación 0.10 - 0.14

Con evidencia de degradación y contaminación 0.00 - 0.10

COEFICIENTES ESTRUCTURALES SUGERIDOS POR AASHTO




EJEMPLO DE DISEÑO AASHTO – PRIMER MÉTODO

1 Análisis de tránsito Ejes equivalentes durante el período

de diseño del refuerzo: N = 1.000.000

2 Determinación del número Empleando la fórmula AASHTO para

estructural requerido para el diseño de pavimentos nuevos,

soportar el tránsito futuro con los siguientes datos:

(SNf) pi = 4.5 , pt = 2.5 ; MR = 2188 psi ;

R = 50% ; So = 0.49

SNf = 4.25



3 Determinación del número *Deflexiones obtenidas:

estructural del pavimento D0 = 0.02718" ; D 24 = 0.01371"

existente (SNeff) *Espesor pavimento existente (H):

5" (capas asf), 8" (capas granulares)

* MR subras. por retrocálculo con D24:

MR = (0.24*P)/(r*Dr)

= (0.24*9000)/(24*0.01371) = 6544 psi

*MR para diseño = MR retrocálculo/ C

= 6544/3 = 2188 psi

*Se halla por retrocálculo el módulo

efectivo del pavimento (Ep)

Ep = 77593 psi

(también es posible solución gráfica)

SNeff = 0.0045*(H)*(Ep)1/3

Sneff = 0.0045*13*(77593)1/3 = 2.50

4 Espesor de sobrecapa (SNf - SNeff)/a1 = (4.25 - 2.50) / 0.44

= 4.0 pulgadas concreto asfáltico


EJEMPLO DE DISEÑO AASHTO – PRIMER MÉTODO



1 Análisis de tránsito Ejes equivalentes durante el período de

diseño del refuerzo: N = 1.000.000

2 Determinación del número Empleando la fórmula AASHTO para el

estructural requerido para diseño de pavimentos nuevos, con los

soportar el tránsito futuro siguientes datos:

(SNf) pi = 4.5 , pt = 2.5 ; MR = 2188 psi ;

R = 50% ; So = 0.49

SNf = 4.25

3 Determinación del número El pavimento está compuesto por:

estructural del pavimento 5" de capas asf álticas con 8 %

existente (SNeff) de agrietamiento piel de cocodrilo

de severidad media (a1 = 0.30)

8" de granulares con síntomas de

contaminación (a2 = 0.10)

SNeff =D1*a1+D2*a2 = 5*0.3 +8*0.10 = 2.30

4 Espesor de sobrecapa (SNf - SNeff)/a1 = (4.25 - 2.30) / 0.44 =

4.5 pulgadas de concreto asfáltico


EJEMPLO DE DISEÑO AASHTO – SEGUNDO MÉTODO




(THE ASPHALT INSTITUTE)


diseño del refuerzo y, si es posible,

los soportados por la estructura actual

2 Determinación del espesor Empleando la gráfica del I.A. para el

requerido en concreto asfáltico diseño de pavimentos nuevos, con el módulo

para soportar tránsito futuro (Tf) de la subrasante obtenido mediante

ensayos de laboratorio o por retrocálculo

3 Determinación del espesor Se estima en función del espesor de cada

efectivo del pavimento capa y de factores de conversión de espesor,

existente (Te) dependientes de la condición de los

materiales constitutivos

4 Determinación del espesor Tr = Tf - Te

de la sobrecapa (Tr)




MATERIAL CONDICIÓN SUPERFICIAL FACTOR

Concreto asfáltico Poco agrietado o sin grietas 0.90 - 1.00

Con agrietamiento extensivo 0.50 - 0.70

Concreto hidráulico Estable, subsellado y sin grietas 0.90 - 1.00

Fragmentado en pequeños trozos 0.30 - 0.50

Base estabilizada Con cemento o cal y patrones de agrietamiento 0.30 - 0.50

Con emulsión y grietas o deformaciones 0.30 - 0.50

Subbases modificadas con cemento 0.10 - 0.30

Capas granulares Con CBR > 20 0.10 - 0.30

FACTORES DE CONVERSIÓN SUGERIDOS POR

EL INSTITUTO DEL ASFALTO


(THE ASPHALT INSTITUTE)




EJEMPLO DE DISEÑO - THE ASPHALT INSTITUTE

1 Análisis de tránsito Ejes equivalentes durante el período de diseño

del refuerzo: N =870.000

2 Determinación del espesor en Empleando la gráfica del I.A. para el diseño

concreto asfáltico requerido de pavimentos nuevos, con los siguientes datos:

para soportar tránsito futuro MR = 12.000 psi ; N = 870.000 ejes, se obtiene:

(Tf) Tf = 7.7 pulgadas

3 Determinación del espesor El pavimento existente está compuesto por:

efectivo del pavimento 3 pg de capas asfálticas agrietadas (Factor =0.5)

existente (Te) 8 pg de capas granulares, condición aceptable

(Factor = 0.2)

Te=3*0.5 + 8*0.2=3.1 pg concreto asfáltico nuevo

4 Determinación del espesor Tf - Te = 7.7 - 3.1 = 4.6 pg de concreto asfáltico

de la sobrecapa (Tr)




ENFOQUE A PARTIR DE LAS MEDIDAS DE DEFLEXIÓN

Concepto:

La sobrecapa reduce la

deflexión inducida por la

carga en el pavimento,

hasta un nivel adecuado

asociado con la vida

prevista para el

pavimento reforzado

id

fd

1 Análisis de tránsito Ejes equivalentes durante el período de diseño del refuerzo

y, si es posible, los soportados por la estructura actual

2 Auscultación deflectométrica Medida de deflexiones Benkelman.

Si se emplea otro equipo, se deben aplicar correlaciones

para estimar las deflexiones Benkelman

3 Cálculo de la deflexión La vía se divide en sectores homogéneos a partir de

característica la condición del pavimento, la resistencia de la subrasante,

las condiciones de drenaje y la homogeneidad de las

deflexiones.

Se calcula la deflexión característica como la suma de la

deflexión promedio (Dp) del sector más "n" veces la desviación

estándar (s), dependiendo "n" de la confiabilidad deseada en

el diseño ( Dc = Dp +n*s )

Las deflexiones se deben corregir por efecto de la temperatura

en el momento del ensayo y la temporada climática (Ft, Fc)

4 Determinación del espesor Se obtiene en una gráfica preparada por el Instituto del Asfalto

de la sobrecapa a partir de la deflexión característica y del tránsito de diseño








FACTOR DE AJUSTE POR TEMPERATURA (FT)




FACTOR DE AJUSTE POR TEMPORADA CLIMÁTICA (Fc)

SUELO DE

SUBRASANTE Período Período Período

lluvioso intermedio seco

Arenoso y permeable 1.0 1.0 - 1.1 1.1. -1.3

Arcilloso e impermeable 1.0 1.2 - 1.5 1.5 - 1.8

FACTOR DE CORRECCIÓN (Fc)




1 Análisis de tránsito Ejes equivalentes durante el período de diseño del

refuerzo: N = 2.000.000

2 Auscultación deflectométrica Medida deflexiones Benkelman en mayo (período

intermedio) sobre una subrasante arcillosa (MR = 52 MPa)

Temperatura promedio pavimento = 15 ºC

3 Cálculo de la deflexión La deflexión promedio (Dp) en un sector es 0.90 mm,

característica y la desviación estándar (s) es 0.45 mm

El diseño se hará con una confiabilidad=95 %, por lo tanto

Dc = Dp + n*s = 0.90 + 1.65*0.45 = 1.64 mm

El pavimento tiene 200 mm de capas granulares

Factor de corrección por temperatura (Ft) = 1.15 (figura)

Factor de corrección por temporada climática (Fc) = 1.3

Dc corregida = Dc*Ft*Fc

Dc corregida = 1.64*1.15*1.3 = 2.45 mm

4 Determinación del espesor Se entra a gráfica de diseño con N= 2*106 y Dcc= 2.45 mm

de la sobrecapa Espesor de sobrecapa en concreto asfáltico = 150 mm

EJEMPLO DE DISEÑO (The Asphalt Institute)

PROCEDIMIENTO EMPÍRICO - MECANÍSTICO

Concepto:

La sobrecapa reduce, a

niveles admisibles para

el tránsito previsto, la

deformación horizontal

por tracción en las fibras

inferiores de las capas

ligadas y la deformación

vertical por compresión

sobre la subrasante





Ejemplo:

Diseñar un refuerzo en concreto asfáltico ( E = 2,100 MPa) para un

pavimento asfáltico en condición aceptable, de acuerdo con los

siguientes datos:

Estructura existente

Capas asfálticas de 80 mm, E = 1,700 MPa, relación Poisson= 0.30

Capas granulares de 275 mm, E = 450 MPa, relación Poisson= 0.35

Subrasante arcillosa, E = 60 MPa, relación Poisson= 0.40

Leyes de fatiga

Concreto asfáltico: εt = 2.60*10-3*Nf-0.2

Subrasante: εv = 0.021*N-0.23

Tránsito

Pasado antes de la rehabilitación = 3*106 ejes equivalentes

Futuro después de la rehabilitación = 12*106 ejes equivalentes




Solución

I.- Modelar la estructura existente, con algún programa de cómputo




Solución

II.- Calcular las deformaciones críticas de tracción y compresión

en el pavimento existente




Solución

III.- Determinar si las capas asfálticas existentes tiene vida

residual, comparando el número admisible de aplicaciones de

carga para la deformación específica de tracción del modelo, con

el número de aplicaciones que ha soportado el pavimento

εt del modelo= 1.85*10-4

1.85*10-4 = 2.60*10-3*N FATIGA-0.2

N FATIGA = (2.60*10-3 /1.85*10-4)5

N FATIGA = 0.55*10 6

N ADMISIBLE TERRENO = N FATIGA* FACTOR DE DISTRIBUCIÓN

N ADMISIBLE TERRENO = 0.55*10 6* 10 = 5.5*10 6

N circulante antes de la rehabilitación= 3.0*10 6 < 5.5*10 6 O.K.




Solución

IV.- Postular un espesor de refuerzo en concreto asfáltico y

ajustar los módulos de las capas granulares y la subrasante en la

nueva configuración del pavimento con refuerzo, debido a que

su módulo resiliente es dependiente del estado de esfuerzos en

que se encuentren (el módulo de las capas granulares

disminuirá y el del suelo fino de subrasante aumentará)

Espesor de refuerzo asumido = 100 mm

(En el presente problema se omitirá el ajuste de módulos para

simplificar la solución. Esta omisión afecta el resultado del

problema)




Solución

V.- Modelar la estructura reforzada con el programa de cómputo




Solución

VI.- Calcular las deformaciones críticas de tracción y compresión

en el pavimento existente




Solución

VI.- Calcular las deformaciones críticas de tracción y

compresión en el pavimento existente




Solución

VII.- Calcular la deformación vertical admisible de

compresión sobre la subrasante (εzd) y compararla con la

deformación de compresión obtenida en el modelo reforzado

(3.54*10-4 )εzd = εzp *(NF/NA)-0.23

εzp = deformación vertical de compresión sobre la subrasante

en el modelo del pavimento existente (5.497*10-4)

εzd = 5.497*10-4 *(12*106 / 3*106 )-0.23 = 4.0*10-4

3.54*10-4 < 4.0*10-4 O.K.




Solución

VIII.- Con la fórmula de fatiga de la mezcla asfáltica de refuerzo,

calcular el número admisible de aplicaciones de carga para la

deformación crítica de tracción obtenida en el cálculo para la capa de

refuerzo (εtr) y comparar el tránsito de diseño (NF) con el admisible

εtr del modelo reforzado= 4.629*10-5

4.629*10-5 = 2.60*10-3*N FATIGA-0.2

N FATIGA = (2.60*10-3 /4.629*10-5)5 = 5.6*10 8

N ADMISIBLE TERRENO = N FATIGA* FACTOR DE DESPLAZAMIENTO


N de diseño de la rehabilitación = 12.0*10 6 < 5.6*109 O.K.




Solución

IX.- Con la fórmula de fatiga de la mezcla asfáltica del pavimento

existente, calcular el número admisible de aplicaciones de carga para la

deformación crítica de tracción obtenida en el cálculo para la capa

asfáltica existente (εtra) y comparar el tránsito de diseño (NF) con el

admisible

εtra del modelo reforzado= 1.327*10-4

1.327*10-4 = 2.60*10-3*N FATIGA-0.2

N FATIGA = (2.60*10-3 /1.327*10-4)5 = 2.89*10 6

N ADMISIBLE TERRENO = N FATIGA* FACTOR DE DESPLAZAMIENTO


N de diseño de la rehabilitación = 12.0*10 6 < 28.9*10 6 O.K.




Solución

X.- El espesor de refuerzo asumido es aceptable porque se

cumplen satisfactoriamente los criterios analizados, a saber:

la deformación de compresión sobre la subrasante, obtenida en el

modelo reforzado (3.54*10-4 ) es menor que la deformación

vertical admisible (4.0*10-4)

la deformación de tracción en la fibra inferior del refuerzo genera

un tránsito admisible (5.6*10 11) mayor que el de diseño del

refuerzo (12.0*10 6 )

la deformación de tracción en la fibra inferior de la capa asfáltica

actual en el pavimento reforzado genera un tránsito admisible

(28.9*10 6) mayor que el de diseño del refuerzo (12.0*10 6 )


CONDICIONES BAJO LAS CUALES NO ES CONVENIENTE

DISEÑAR UNA SOBRECAPA ASFÁLTICA SOBRE UN PAVIMENTO

ASFÁLTICO

Cuando el pavimento existente presente áreas extensas con

agrietamientos del tipo piel de cocodrilo de severidad alta, que

indican que la solución más conveniente consiste en la remoción y

el reemplazo de parte de la estructura

Cuando hay ahuellamientos excesivos, sintomáticos de la

existencia de materiales cuya baja estabilidad no prevendrá la

recurrencia del fenómeno

Cuando exista una base estabilizada con severos deterioros que

exigirían una excesiva cantidad de arreglos previos para

proporcionar un soporte uniforme a la sobrecapa

Cuando se considere que la base granular deba ser reemplazada

debido a infiltración y contaminación por una subrasante blanda




DE CONCRETO SOBRE


(WHITETOPPING)


DISEÑO DE SOBRECAPAS DE CONCRETO


ENFOQUE PARA EL DISEÑO DE LAS SOBRECAPAS

Las sobrecapas de concreto sobre pavimentos asfálticos se

construyen para aumentar la capacidad estructural y se

diseñan como pavimentos nuevos, considerando al pavimento

existente como una fundación de elevada fricción y alta

capacidad portante

Se recomienda que el espesor de diseño no sea inferior a los

siguientes mínimos, para refuerzos de concreto simple con

juntas:

—150 mm para vías principales

—100 mm para vías de bajo tránsito y estacionamientos



1 Caracterización del pavimento Análisis de antecedentes de diseño y construcción

e inspección visual

2 Análisis de tránsito Calcular número de ejes equivalentes durante

el período de diseño del refuerzo

3 Auscultación deflectométrica Medida de deflexiones con deflectómetro de impacto

5 Estimación del módulo de Hay dos métodos:

reacción del soporte (1) *A partir de las deflexiones se determina el módulo

resiliente de la subrasante "in situ" (MR) y el módulo

efectivo del pavimento (Ep).

Con MR, Ep y el espesor total del pavimento (D), se estima

el "k"dinámico efectivo con un nomograma elaborado

por la AASHTO.

A partir del "k" dinámico se estima el "k" estático.

"k" estático = "k" dinámico / 2

(2) *Se realizan pruebas de placa sobre el pavimento

asfáltico existente y, a partir de ellas, se determina

el "k" estático

4 Determinación del espesor Se obtiene mediante el algoritmo o la gráfica de

de la sobrecapa diseño AASHTO para pavimentos nuevos

(También se puede emplear otro método de diseño)




EJEMPLO DE DISEÑO

Información del pavimento asfáltico existente

Concreto asfáltico = 4.5 pulgadas

Base granular triturada = 7.5 pulgadas

Subbase granular = 20 pulgadas

Espesor total = 32.0 pulgadas

Medidas de deflexión FWD

Carga de 9,000 libras sobre placa de 5.9 pulgadas de radio

D0 = 0.01929 pulgadas; D36 = 0.00407 pulgadas



EJEMPLO DE DISEÑO


11 millones de ejes simples equivalentes

Condiciones de diseño de la sobrecapa en concreto

(Whitetopping)

Módulo de rotura del concreto (promedio) = 690 psi

Módulo elástico del concreto = 4*106 psi

pi = 4.2 ; pt = 2.2

J (coeficiente de transferencia de carga) = 3.2

Cd (coeficiente de drenaje) = 1.0

S0 (error estándar combinado) = 0.35; confiabilidad = 90%

(Zr= 1.282)

EJEMPLO DE DISEÑO

Solución

I. Determinación del módulo resiliente de la subrasante a

partir de la deflexión medida a 36 pulgadas del centro del

plato de carga:

psird

PM

r

R 740,1436*00407.0

000,9*24.0

*

*24.0



Solución

II. Determinación del módulo

efectivo del pavimento por

retrocálculo o empleando la

gráfica, a partir del espesor

total del pavimento (32 pg) y

de la relación:

6.319000

29.19*740,14* 0 P

dM R

psiMEM

ERp

R

p220,44740,14*3*33



EJEMPLO DE DISEÑO

Solución

III. Se verifica que la deflexión utilizada para determinar el

módulo resiliente haya sido medida a una distancia mayor o

igual a (0.7*ae):

pg53.4614740

44220*32)9.5(

2

32

0.7*ae = 0.7*46.53 = 32.57 pg < 36 pg O.K.



EJEMPLO DE DISEÑO

EJEMPLO DE DISEÑO

Solución

IV. Determinación del ―k‖

dinámico en la gráfica

AASHTO, a partir de los

siguientes datos:

Espesor pavimento = 32 pg

MR subrasante = 14,740 psi

Ep = 44,240 psi

―k‖ dinámico = 1,000 pci



Solución

V. Determinación del ―k‖ estático

―k‖ estático = ―k‖ dinámico / 2 = 1,000 / 2 = 500 pci

Alternativamente, el ―k‖ estático se puede determinar

mediante la ejecución de pruebas de placa directa sobre la

superficie del pavimento asfáltico por rehabilitar



EJEMPLO DE DISEÑO

Solución

VI. Determinación del espesor de losas de concreto

Con la gráfica o el algoritmo correspondiente al método

que se desee emplear y con los datos adecuados, se

determina el espesor de sobrecapa (Whitetopping) como si

se tratase del diseño de un pavimento rígido nuevo



EJEMPLO DE DISEÑO

Solución

VI. Determinación del espesor de losas de concreto (cont.)

R:/ D = 9.0 pulgadas (230 mm) de losas de concreto simple



EJEMPLO DE DISEÑO


DISEÑAR UNA SOBRECAPA DE CONCRETO SOBRE UN


Cuando el pavimento existente presente pocos deterioros,

pudiendo existir otra solución de rehabilitación más económica

Cuando se presenten inconvenientes por la elevación de la

rasante, especialmente en vías urbanas y cuando los gálibos

sean limitados y se puedan generar problemas en la luz libre

debido al espesor de las losas (para evitar este inconveniente se

pudieran realizar reconstrucciones del pavimento en los cruces

a desnivel)

Cuando exista la posibilidad de que el pavimento existente

sufra cambios volumétricos de importancia (levantamientos o

asentamientos)




ASFÁLTICOS RECICLADOS




GUÍA PARA LA SELECCIÓN DEL MÉTODO DE RECICLADO

ENFOQUE PARA EL DISEÑO DEL RECICLADO

EN PLANTA EN CALIENTE

El reciclado en planta en caliente constituye una

mezcla similar a una nueva

Su aplicación como sobrecapa sirve para corregir

deficiencias funcionales de la calzada, caso en el cual

no se realiza dimensionamiento, o para mejorar la

capacidad estructural del pavimento, caso en el cual el

diseño de la rehabilitación es el correspondiente al

diseño de sobrecapas asfálticas



ENFOQUE PARA EL DISEÑO DEL RECICLADO

EN CALIENTE EN EL SITIO

El reciclado superficial en caliente, en sus diversas

modalidades, (cepillado, termo-reperfilado y termo-

regeneración) consiste en un reprocesamiento de la

superficie del pavimento en bajos espesores, con o sin

la adición de nuevos materiales

Es aplicable donde los deterioros del pavimento no

obedezcan a causas estructurales y, por lo tanto, es

considerado como un trabajo de restauración superficial

al cual no aplica ningún método de diseño estructural



ENFOQUE PARA EL DISEÑO DEL RECICLADO EN FRÍO EN

EL SITIO

El reciclado en frío en el lugar es un medio de incrementar

la capacidad estructural de un pavimento asfáltico mediante

el reprocesamiento de los materiales de las capas superiores

Se emplean ligantes hidrocarbonados (emulsión o asfalto

espumado), cemento Portland o una mezcla de ellos

Las capas recicladas en frío son susceptibles a la abrasión

y a la erosión, por lo cual deben ser protegidas por un

revestimiento, generalmente de tipo asfáltico

El diseño del pavimento reciclado se puede realizar a partir

del concepto de la deficiencia estructural o mediante

procedimientos empírico - mecanísticos



ENFOQUE PARA EL DISEÑO DEL RECICLADO EN FRÍO

EN EL SITIO



POSIBILIDADES DE RECICLADO EN FRÍO CON LIGANTES HIDROCARBONADOS



PROPIEDADES BÁSICAS DE LOS MATERIALES

RECICLADOS EN FRÍO EN EL SITIO

Reciclado con emulsión

o asfalto espumado

Tipo I 1200 - 1800

Tipo II 2000 - 2500

Tipo III 2500 - 3000

Reciclado con cemento 3500 - 4200

Reciclado mixto Como el reciclado con emulsión

MÓDULOS DINÁMICOS (MPa)

Reciclado con emulsión

o asfalto espumado o mixto

Reciclado con cemento

LEYES DE FATIGA

2*1

k

t Nk

NAmáx

log*1

DISEÑO DE PAVIMENTO ASFÁLTICO



(The Asphalt Institute)

1 Análisis de tránsito Ejes equivalentes durante el período de diseño de la

rehabilitación (N)

2 Determinación de las Se determinan los espesores y condicIón de las capas

características del asfálticas (ha) y granulares (hg) del pavimento existente

pavimento por reciclar

3 Asignación de factor de Se asigna un valor variable entre 0.1 y 0.2 de acuerdo

equivalencia al material con sus características de plasticidad, abrasión

granular por reciclar (Fe) y resistencia

4 Determinación del espesor Empleando la gráfica del I.A. para el diseño de pavimentos

requerido de pavimento reciclados, con el módulo de la subrasante, obtenido

reciclado y la nueva mediante ensayos de laboratorio o por retrocálculo

carpeta asfáltica (Tn) y con el tránsito de diseño

5 Determinación del espesor Se determina en tabla propuesta por el Instituto del Asfalto

requerido de carpeta en función del tránsito de diseño de la rehabilitación (N)

asfáltica nueva (Ta)

PASOS PARA DETERMINAR EL ESPESOR DE UN PAVIMENTO ASFÁLTICO

RECICLADO EN FRÍO CON EMULSIÓN ASFÁLTICA O ASFALTO ESPUMADO

6 Determinación del espesor de Tr = Tn - Ta

pavimento existente que debe ser

reprocesado (Tr)

7 Determinación del espesor granular hgr = Tr - ha

por reprocesar (hgr)

8 Determinación del espesor efectivo de hger = (hg - hgr)*Fe

las capas granulares remanentes (hger)

9 Determinación del espesor corregido hgr* = hgr - hger

de las capas granulares por reciclar (hgr*)

10 Cálculo del espesor definitivo del espesor Tr* = ha + hgr*

de pavimento por reciclar (Tr*)

(CONTINUACIÓN)







190 mm





Espesores mínimos de carpeta asfáltica para pavimentos

reciclados en frío con emulsión asfáltica

Ejes equivalentes en el Espesor mínimo de carpeta

carril de diseño (N) asfáltica nueva (Ta), mm

< 104 Tratamiento superficial

104 - 105 50*

105 - 106 75*

106 - 107 100*

> 107 125** concreto asfáltico






The Asphalt Institute - Ejemplo de diseño

1 Análisis de tránsito N = 105 ejes equivalentes de 80 kN

2 Determinación de las características ha = 40 mm

del pavimento por reciclar hg = 180 mm

3 Asignación de factor de equivalencia Se asigna un valor de 0.2 teniendo en

al material granular por reciclar (Fe) cuenta que la calidad de los materiales

granulares cumple las especificaciones

4 Determinación del espesor Empleando la gráfica del I.A. para

requerido de pavimento reciclado diseño de pavimentos reciclados, con el

y la nueva carpeta asfáltica (Tn) módulo de la subrasante (MR = 30 MPa)

y N = 105 ejes , se obtiene: Tn = 190 mm

5 Determinación del espesor requerido Ta = 50 mm (ver Tabla Instituto Asfalto)

de carpeta asfáltica nueva (Ta)





6 Determinación del espesor de Tr = 190 - 50 = 140 mm

pavimento existente que debe ser

reprocesado (Tr)

7 Determinación del espesor granular hgr = 140 - 40 = 100 mm

por reprocesar (hgr)

8 Determinación del espesor efectivo de hger = (180 - 100)*0.2 = 16 mm

las capas granulares remanentes (hger)

9 Ddeterminación del espesor corregido hgr* = 100 - 16 = 84 mm

de las capas granulares por reciclar (hgr*)

10 Cálculo del espesor definitivo del espesor Tr* = 40 + 84 = 124 mm del pavimento

de pavimento por reciclar (Tr*) existente






The Asphalt Institute - Ejemplo de diseño (cont.)



diseño de la rehabilitación (N)

2 Determinación de las características Se determinan los espesores y módulos

del pavimento por reciclar de las capas asfálticas y granulares del

pavimento existente y el módulo de

la subrasante

3 Elección del espesor de pavimento Se escoge por tanteo un espesor de

antiguo por reciclar (Ter1) pavimento por reciclar

4 Elección del tipo de reciclado y El tipo de reciclado se escoge según las

determinación de su módulo y del caracterísiticas de los materiales por

módulo de la nueva capa de rodadura reciclar y los módulos se determinan

a través de ensayos de laboratorio

u otros medios confiables

5 Determinación del espesor requerido Se determina en una tabla propuesta por

de carpeta asfáltica nueva (Ta) el Instituto del Asfalto en función del

tránsito de diseño de la rehabilitación (N)

RECICLADO EN FRÍO




PROCEDIMIENTO EMPÍRICO – MECANÍSTICO

(cont.)

6 Ajustar los módulos de las capas Debido al cambio tensional que sufrirán

granulares remanentes y de la estas capas, se deben estas capas, se deben

subrasante recalcular sus módulos para su nueva

condición de trabajo una vez rehabilitado

el pavimento

7 Elaboración del modelo del pavimento Se entrega al programa de cómputo la

rehabilitado información que requiera del modelo

(carga, espesores, módulos, μ, etc)

8 Corrida del programa de cómputo El programa calcula deformaciones y

esfuerzos en diferentes puntos del modelo.

Se eligen los críticos

9 Determinación de valores admisibles A partir de las leyes de fatiga y el N de diseño,

de esfuerzo y deformación se calculan los valores admisibles. Aplicar el

factor de desplazamiento cuando corresponda

10 Comparación de valores críticos del Si los valores críticos de la estructura modelada

pavimento reciclado con los admisibles exceden los admisibles se hará un nuevo tanteo

eligiendo otro espesor por reciclar (Ter2)

RECICLADO EN FRÍO





Ejemplo de diseño

Análisis de tránsito N = 8*106

Determinación de las características Capas asfálticas agrietadas (h = 80 mm; E =1500 MPa; μ = 0.30)

del pavimento por reciclar Capas granulares (h = 275 mm; E =400 MPa; μ = 0.35)

Subrasante ( E =100 MPa; μ = 0.40)

Elección del espesor de pavimento 120 mm (80 mm de las capas asfálticas y 40 mm de las granulares)

antiguo por reciclar (Ter1)

Elección del tipo de reciclado y Reciclado con emulsión asfáltica (Tipo II)

determinación de su módulo y del módulo E capa reciclada = 2000 MPa

de la nueva capa de rodadura E nueva capa rodadura = 2100 MPa

Determinación del espesor requerido Según tabla propuesta por el Instituto del Asfalto (Ta = 100 mm)

de carpeta asfáltica nueva (Ta)

Ajustar los módulos de las capas Se omite este paso para simplificar la explicación

granulares remanentes y de la subrasante Esta omisión afecta el resultado del diseño

Elaboración del modelo del pavimento Capa asfáltica nueva (h = 100 mm; E =2100MPa; μ = 0.30)

rehabilitado Capa reciclada (h = 120 mm; E =2000 MPa; μ = 0.35)

Capa granular remanente (h = 275-40 = 235 mm; E =400 MPa; μ = 0.35)

Subrasante ( E =100 MPa; μ = 0.40)





Corrida del programa y determinación εt (fibra inferior capas asfálticas) = 3.13*10-5

de las deformaciones críticas εz (superficie de la subrasante) = 2.66*10-4

Determinación de valores admisibles Ley de fatiga mezcla asfáltica:

de las deformaciones críticas εt adm = 3.38*10-3*Nfat-0.2 = 3.38*10-3*(N/10)-0.2 = 8.88*10-4

Ley de fatiga de la subrasante:

εz adm = 0.021*N-0.23 = 4.53*10-4

Comparación de valores críticos del Si los módulos de las capas granulares y la subrasante fuesen correctos,

pavimento reciclado con los admisibles el diseño sería aceptable, porque las deformaciones críticas de la

estructura modelada son menores que los valores críticos admisibles




DISEÑAR EL RECICLADO EN FRÍO EN EL LUGAR DE UN


Cuando el pavimento existente presente pocos deterioros, por

cuanto puede existir otra solución de rehabilitación más

económica

Cuando existan variaciones muy pronunciadas en las

características de los materiales por tratar, así como en los

espesores de las capas, tanto en sentido longitudinal como

transversal

Cuando la capa de apoyo de la reciclada tenga muy baja

capacidad de soporte

Cuando las propiedades de los agentes de reciclado disponibles

no se ajusten a las necesidades específicas del proyecto



DISEÑO DE

SOBRECAPAS

ASFÁLTICAS SOBRE

PAVIMENTOS RÍGIDOS



SOBRE PAVIMENTOS RÍGIDOS


Una sobrecapa asfáltica sobre un pavimento rígido se

construye para: (i) mejorar la calidad de la circulación y la

fricción superficial y (ii) incrementar la capacidad

estructural del pavimento

Se considera que un pavimento de concreto simple con

juntas requiere mejoramiento estructural cuando 10 % o

más de las losas del carril exterior presentan grietas

estructurales

El enfoque que más se utiliza para el diseño de la

sobrecapa es el que parte del concepto de la deficiencia

estructural (AASHTO)




(AASHTO)

1. Información sobre el diseño del pavimento existente

Espesor construido (D), tipo de transferencia de carga, tipo de

bermas

2. Tránsito de diseño

Calcular el número de ejes equivalentes de 80kN en el período de

diseño de la sobrecapa, empleando los factores de equivalencia de

carga aplicables a pavimentos rígidos

3. Análisis de la condición general del pavimento

Determinación del número de grietas transversales y juntas

transversales deterioradas por milla, número de parches asfálticos

y de juntas muy abiertas

Detección de problemas de durabilidad o agregados reactivos

Evidencias de escalonamiento o bombeo



4. Medida de deflexiones en la huella externa

Las deflexiones se emplean para determinar el módulo de reacción

de la subrasante (ke), el módulo de elasticidad del concreto (E) y

la eficiencia de la transferencia de carga en las juntas (ET)

4.1 Determinación del módulo de reacción (ke)

A partir de las medidas de deflexión en cada punto, se calcula

el parámetro AREA


(AASHTO)



4.1 Determinación del módulo de reacción (ke) (continuación)

A partir de la deflexión máxima (D0) y del valor de AREA,

determinar en la figura el k dinámico efectivo de cada punto


(AASHTO)




Promediar los valores del k dinámico en la sección homogénea

y, a partir de dicho promedio, determinar el k estático efectivo:

ke = k dinámico efectivo promedio / 2


(AASHTO)



4.2 Determinación del módulo de elasticidad del concreto (E)

A partir de ke y del parámetro AREA, determinar en la figura

el producto ED3 y de allí despejar E


(AASHTO)



4.3 Determinación de la eficiencia de la transferencia de carga en

las juntas transversales (ET)

Se miden valores de deflexión a uno y otro lado de la junta, a una

separación de 12 pulgadas

BETl

ul **100

Δul = deflexión medida en el lado no cargado

Δl = deflexión medida en el lado cargado

B = factor de corrección por alabeo de losa, típicamente entre

1.05 y 1.10 [B = d0 centro / d12 centro]


(AASHTO)



4.4 Asignación del coeficiente de transferencia de carga en las

juntas transversales (J)

ET J

> 70 3.2

50 – 70 3.5

< 50 4.0


(AASHTO)



5. Toma de núcleos del pavimento y ejecución de ensayos de

resistencia

Extraer núcleos del centro de las losas y medir espesor (D)

Determinar resistencia de núcleos a la tensión indirecta (IT)

según norma ASTM C 496

Calcular el módulo de rotura correspondiente (Sc)

Sc = 210 + 1.02*IT

Sc e IT en libras/pulgada2


(AASHTO)



6. Determinación del espesor requerido de losas para soportar el

tránsito futuro (Df)

Emplear la fórmula AASHTO para el diseño de pavimentos

rígidos nuevos:


(AASHTO)




tránsito futuro (Df) – continuación -

Fórmula en la cual:

ke: obtenido en paso 4.1 o hallado por pruebas de placa sobre la

subrasante in situ

E: módulo dinámico del concreto existente ( paso 4.2 )

ΔISP: diferencia de índices de servicio inicial (pi) y terminal (pt)

J: factor de transferencia de carga ( paso 4.4 )

Sc: módulo de rotura del concreto del pavimento existente (paso

5)


(AASHTO)




tránsito futuro (Df) – continuación –

El valor Sc se puede hallar también a partir de E, con la expresión

Sc = 43.5*(E/106) + 488.5

Pérdida de soporte de las losas existentes (LS): las faltas de

soporte se deben corregir antes de construir la sobrecapa, por lo

cual LS = 0.0

Confiabilidad ( R ) y error estándar total: usar los habituales para

el diseño de pavimentos nuevos

Coeficiente de drenaje (Cd): emplear el correspondiente según las

condiciones de drenaje del lugar (usualmente Cd = 1.0)


(AASHTO)



7. Determinación del espesor efectivo del pavimento existente (Deff )

Deff = D*Fjc*Fd*Ffat

D = espesor de losas del pavimento existente

Fjc = factor de ajuste por severidad y cantidad de daños en juntas y

grietas

Fd = factor de ajuste por severidad y cantidad de daños relacionados

con la durabilidad o con la presencia de agregados reactivos

Ffat= factor de ajuste por severidad y cantidad de daños por fatiga


(AASHTO)



7.1 Factor de ajuste por severidad y cantidad de daños en juntas

y grietas (Fjc)

Considera la posibilidad de que se reflejen en la

sobrecapa todas las juntas deterioradas, grietas y otras

discontinuidades no corregidas previamente

Si las reparaciones se realizan correctamente, Fjc = 1.0

Si no es posible realizar todas las reparaciones, se

determina el número de juntas deterioradas, grietas y otras

discontinuidades por milla y se halla el valor Fjc en la

siguiente figura


(AASHTO)



7.1 Factor de ajuste por severidad y cantidad de daños en juntas

y grietas (Fjc)


(AASHTO)



7.2 Factor de ajuste por severidad y cantidad de daños relacionados

con la durabilidad y la presencia de agregados reactivos (Fd)

CONDICIÓN DEL PAVIMENTO (Fd)

Sin problemas de durabilidad 1.0

Algunas grietas en ―D‖, pero sin

desintegraciones por reacción expansiva

0.96 – 0.99

Bastantes grietas en ―D‖ y algunas


0.88 – 0.95

Extensivos agrietamientos en ―D‖ y


0.80 – 0.88


(AASHTO)



7.3 Factor de ajuste por el agrietamiento por fatiga que haya

sufrido el pavimento hasta el instante de la rehabilitación (Ffat)

CONDICIÓN DEL PAVIMENTO (Fd)

< 5 % DE LOSAS AGRIETADAS 0.97 – 1.00

5 % - 15 % DE LOSAS AGRIETADAS 0.94 – 0.96

> 15 % DE LOSAS AGRIETADAS 0.90 – 0.93


(AASHTO)



8. Determinación del espesor de sobrecapa en concreto asfáltico (Dol )

Dol = (Df –Deff)*A

A = factor para convertir la deficiencia en espesor de pavimento

rígido a espesor de sobrecapa asfáltica

Opciones:

A = 2.5

A = 2.2233 + 0.0099 (Df –Deff)2 - 0.1534 (Df –Deff)


(AASHTO)


DISEÑAR UNA SOBRECAPA ASFÁLTICA SOBRE UN

PAVIMENTO RÍGIDO

Cuando la cantidad de losas agrietadas y con juntas

deterioradas sea tan grande, que resulte más conveniente la

remoción y reemplazo de las losas

Cuando haya daños severos y extensos por durabilidad o por

reacciones expansivas de los agregados del concreto

Cuando el gálibo en las intersecciones a desnivel sea

insuficiente para alojar el espesor de diseño de la sobrecapa o

existan problemas con el manejo de la rasante






(AASHTO – Ejemplo de diseño)


Espesor construido (D = 8.2 pg), transferencia de carga por trabazón


11,000,000 de ejes de 80 kN durante el período de diseño


Aunque hay algunas juntas transversales deterioradas, ellas serán

reparadas en espesor pleno antes de la colocación de la sobrecapa

(Fjc=1.0). No se detectaron problemas de durabilidad o agregados

reactivos (Fd= 1.0) y el agrietamiento transversal atribuible a fatiga se

estima que abarca 10 % de las losas (Ffat= 0.95)



4. Medida de deflexiones en la huella externa (mils)


A partir de las medidas de deflexión en cada punto, se calcula el

parámetro AREA

D0 D12 D24 D36

3.55 3.10 2.75 2.25

pgAREA 58.2955.3

)25.275.2*210.3*255.3(*6







se determina en la figura el k dinámico efectivo = 367 pci






A partir del k dinámico se determina el k estático

efectivo:


ke = 367 / 2 = 184 pci





4.2 Determinación del módulo de elasticidad del concreto (E)

ke = 184 pci

AREA = 29.58 pg

ED3 = 2.5*109

E = 2.5*109/(8.2) 3

E = 4.6*106 psi

184



A partir de ke y del parámetro AREA, determinar en la

figura el producto ED3 y de allí despejar E



4.3 Asignación del coeficiente de transferencia de carga en las

juntas transversales (J)

Debido al sistema de transferencia de carga (trabazón

de agregados), el coeficiente de transferencia (J) se

encuentra entre 3.6 y 4.4, según el criterio de diseño

AASHTO

Se adopta J = 4.0





5. Toma de núcleos del pavimento y ejecución de ensayos de

resistencia

No se pudieron realizar ensayos de resistencia, motivo

por el cual la resistencia a flexión se estima a partir del

módulo de elasticidad:

Sc = 43.5*(E/106) + 488.5

Sc = 43.5*(4.6* 106 /106) + 488.5

Sc= 689 psi






tránsito futuro (Df)

ke: 184 pci Sc: 689 psi

E: 4.6* 106 psi Pérdida de soporte (LS): 0.0

ΔISP: 4.5 – 2.5 = 2.0 Confiabilidad ( R ): 90% (Zr = 1.282)

J: 4.0 Error estándar total (S0): 0.35

- Coeficiente de drenaje (Cd): 1.0



Emplear la fórmula AASHTO para el diseño de

pavimentos rígidos nuevos, con los siguientes datos:



Df






Deff = D*Fjc*Fd*Ffat = Deff = 8.2*1.0*1.0*0.95 = 7.79 pg

8. Determinación del espesor de sobrecapa en concreto asfáltico (Dol )

A = 2.2233 + 0.0099 (11.08 –7.79)2 - 0.1534 (11.08 –7.79) = 1.826

Dol = (Df –Deff)*A = (11.08 –7.79)*1.826 = 6.0 pg

R/ La sobrecapa debe tener 6.0 pulgadas de concreto asfáltico




DE CONCRETO

ADHERIDAS SOBRE

PAVIMENTOS RÍGIDOS



ADHERIDAS SOBRE PAVIMENTOS RÍGIDOS


Una sobrecapa de concreto sobre un pavimento rígido

se construye para: (i) mejorar la condición funcional y (ii)

incrementar la capacidad estructural del pavimento

Se considera que un pavimento de concreto simple con

juntas requiere mejoramiento estructural cuando 10 % o

más de las losas del carril exterior presentan grietas

estructurales






Dol = (Df – Deff)

Los pasos necesarios para determinar Df y Deff son

los mismos que se requieren para el diseño de

sobrecapas asfálticas sobre pavimentos rígidos


ESTRUCTURAL

(AASHTO)

CONDICIONES BAJO LAS CUALES NO ES CONVENIENTE DISEÑAR

UNA SOBRECAPA ADHERIDA DE CONCRETO SOBRE UN PAVIMENTO

RÍGIDO


deterioradas sea tan grande, que resulte más conveniente la

remoción y el reemplazo de las losas

Cuando haya daños severos y extensos por durabilidad o

por reacciones expansivas de los agregados del concreto (en

general, si Fd < 0.95)






DISEÑO DE

SOBRECAPAS DE

CONCRETO NO

ADHERIDAS SOBRE

PAVIMENTOS RÍGIDOS



Una sobrecapa no adherida de concreto sobre un

pavimento rígido se construye fundamentalmente para

incrementar la capacidad estructural del pavimento

Se considera que un pavimento de concreto simple

con juntas requiere mejoramiento estructural cuando

10% o más de las losas del carril exterior presentan

grietas estructurales




DISEÑO DE SOBRECAPAS DE CONCRETO NO



(AASHTO)

1. Información sobre el diseño del pavimento

existente

Espesor construido (D), tipo de bermas


Calcular el número de ejes equivalentes de 80 kN en

el período de diseño de la sobrecapa, empleando los

factores de equivalencia de carga aplicables a

pavimentos rígidos




(AASHTO)


Determinación del número de grietas transversales y

juntas transversales deterioradas por milla, número

de parches asfálticos y de juntas muy abiertas

Detección de problemas de durabilidad o agregados

reactivos

Evidencias de escalonamiento o bombeo



4. Medida de deflexiones en la huella externa

Las deflexiones se emplean para determinar el

módulo de reacción de la subrasante (ke)


A partir de las medidas de deflexión en cada punto,

se calcula el parámetro AREA




(AASHTO)

4.1 Determinación del módulo de reacción (ke) (cont.)


determinar en la figura el k dinámico efectivo de cada

punto




(AASHTO)


Promediar los valores del k dinámico en la sección

homogénea y, a partir de dicho promedio, determinar

el k estático efectivo:





(AASHTO)

5. Toma de núcleos del pavimento y ejecución de

ensayos de resistencia

En el caso del diseño de sobrecapas de concreto no

adheridas sobre pavimentos rígidos, no se requiere la

toma de núcleos ni la ejecución de ensayos de

resistencia sobre el concreto del pavimento existente

La resistencia a la flexión y el módulo de elasticidad

del concreto para la sobrecapa serán los

correspondientes a una mezcla nueva de las

características deseadas por el diseñador




(AASHTO)

6. Determinación del espesor requerido de losas para

soportar el tránsito futuro (Df)


rígidos nuevos, con los siguientes datos:

ke: obtenido en paso 4.1 o hallado por pruebas de placa

sobre la subrasante in situ

E: módulo dinámico del concreto para la sobrecapa

ΔISP: diferencia de índices de servicio inicial (pi) y terminal

(pt)




(AASHTO)


soportar el tránsito futuro (Df) – continuación –

J: factor de transferencia de carga (como para el diseño de

pavimentos nuevos)

Sc: módulo de rotura promedio del concreto con el cual se

prevé construir la sobrecapa




(AASHTO)


soportar el tránsito futuro (Df) – continuación –

Pérdida de soporte de las losas existentes (LS): 0.0

Confiabilidad ( R ) y error estándar total: usar los habituales

para el diseño de pavimentos nuevos

Coeficiente de drenaje (Cd): emplear el correspondiente

según las condiciones de drenaje del lugar (usualmente Cd =

1.0)




(AASHTO)

7. Determinación del espesor efectivo del pavimento

existente (Deff )

Deff = D*Fjcu

D = espesor de losas del pavimento existente (si es

mayor de 10 pulgadas, tomar 10 pulgadas)

Fjcu = factor de ajuste por severidad y cantidad de

daños en juntas y grietas (figura)




(AASHTO)

Factor de ajuste por severidad y cantidad de daños en juntas y

grietas (Fjcu)




(AASHTO)

8. Determinación del espesor de sobrecapa de concreto

(Dol )

22

efffol DDD




(AASHTO)

9. Determinación del tipo y espesor de la capa separadora

Generalmente se emplean mezclas de concreto asfáltico,

de 25 mm a 50 mm de espesor, aunque se deben colocar

espesores mayores cuando el pavimento existente presente

baja capacidad de transferencia de carga y altas deflexiones

diferenciales a través de juntas y grietas

También se pueden usar capas permeables estabilizadas,

si se diseña un adecuado sistema de drenaje para colectar el

agua de ellas




(AASHTO)


Espesor construido (D = 9.0 pg), pavimento con bermas

asfálticas


16,000,000 de ejes de 80 kN durante el período de diseño


Hay un número abundante de juntas transversales deterioradas

y zonas agrietadas (Fjcu= 0.90)


(AASHTO) – Ejemplo de diseño



4. Medida de deflexiones en la huella externa (mils)


A partir de las medidas de deflexión en cada punto, se calcula

el parámetro AREA

D0 D12 D24 D36

3.79 3.47 2.93 2.40

pgAREA 06.3079.3

)40.293.2*247.3*279.3(*6







determinar en la figura el k dinámico efectivo = 290 pci






A partir del k dinámico se determina el k estático efectivo:


ke = 290 / 2 = 145 pci






soportar el tránsito futuro (Df)


rígidos nuevos, con los siguientes datos:

ke: 145 pci Sc: 720 psi (nuevo)

E: 5.0* 106 psi Pérdida de soporte (LS): 0.0

ΔISP: 4.5 – 2.5 = 2.0 Confiabilidad ( R ): 90% (Zr = 1.282)

J: 3.6 Error estándar total (S0): 0.35

- Coeficiente de drenaje (Cd): 1.0





Df






Deff = D*Fjcu= Deff = 9.0*0.90 = 8.1 pg

7. Determinación del espesor de sobrecapa en concreto hidráulico

(Dol )

pgDDD effol f44.7)1.8()11( 2222

Previamente a la colocación de la sobrecapa se deberán

reparar localmente las zonas más deterioradas y colocar la

capa separadora






DISEÑAR UNA SOBRECAPA NO ADHERIDA DE

CONCRETO SOBRE UN PAVIMENTO RÍGIDO


deterioradas sea tan reducida, que existan otras soluciones más

económicas

Cuando el pavimento por reparar sea susceptible de sufrir

grandes asentamientos o levantamientos






DISEÑO DE

RECONSTRUCCIÓN

DE PAVIMENTOS


DISEÑO DE RECONSTRUCCIÓN DE PAVIMENTOS

ENFOQUE PARA EL DISEÑO DE LA RECONSTRUCCIÓN

La alternativa de reconstrucción es la más drástica que

se contempla para la rehabilitación de pavimentos

Se adopta cuando el pavimento existente presenta

deterioros tan severos y extensos, que resulta necesaria

la remoción parcial o total de la estructura y su

reemplazo por materiales totalmente nuevos

En este caso, la vida residual del pavimento existente

es nula

PROCEDIMIENTO PARA EL DISEÑO DE LA

RECONSTRUCCIÓN

1. Estimación del tránsito futuro de diseño

2. Determinación de la resistencia de la subrasante y del

espesor de capas por remover, según las características de

sus materiales y el tipo, gravedad e intensidad de las fallas

del pavimento

3. Determinación del aporte que pueden presentar las capas

del pavimento existente que no esté previsto remover

4. Determinación del espesor requerido de nuevas capas para

soportar el tránsito futuro sobre la estructura remanente

empleando un procedimiento reconocido. La solución

puede ser en pavimento asfáltico o rígido


Características del pavimento por rehabilitar

Capa de rodadura de 80 mm de espesor promedio con

elevado grado de deterioro (agrietamientos y deformaciones

severos y abundantes, ojos de pescado y pérdidas de película de

ligante)

Base granular de 180 mm deficientemente compactada (IP =

12 %; equivalente de arena =16 %; % pasa tamiz 200=22 %)

Subbase granular aceptable de 300 mm (IP=6 %; CBR=25 %)

La subrasante es una arena arcillosa que, en la condición de

equilibrio actual presenta un CBR = 6 % (MR = 60 MPa)


EJEMPLO DE DISEÑO DE RECONSTRUCCIÓN DE UN

PAVIMENTO ASFÁLTICO MEDIANTE ALTERNATIVA

ASFÁLTICA


El pavimento se debe rehabilitar para un tránsito de diseño

de 6*106 ejes simples equivalentes (flexible)

Leyes de fatiga

Concreto asfáltico: la de Shell

Subrasante: la de Shell (85 % de confiabilidad)

Otras características de la mezcla asfáltica compactada

Composición volumétrica= Agregados 82%, Asfalto 12%,

Aire 6%

Stiffness = 2,300 MPa, para t = 0.02 segundos


Clima

w - MAAT = 14 º C

Módulo capas granulares nuevas

Calculado al 85 % de confiabilidad

Relaciones de Poisson (μ)

Mezcla asfáltica = 0.35

Capas granulares nuevas = 0.35

Soporte del nuevo pavimento= 0.40


Solución del problema

Debido a la deficiente condición de las capas superiores se

recomienda la remoción de la capa de rodadura y de la base

granular y diseñar una nueva estructura a partir de la

subbase existente, de espesores apropiados para soportar el

tránsito futuro de diseño

El módulo de la subrasante es 60 MPa y el módulo de la

subbase se puede estimar con la expresión SHELL

MRsb = 0.2*hsb0.45* MRsr

MRsb = 0.2*(300)0.45* 60 = 156 MPa



En estas condiciones, corresponde estimar el aporte

que brinda el sistema bicapa constituido por la

subrasante y la subbase granular

Dicho aporte se puede establecer mediante la gráfica

de Ivanov o el criterio checoeslovaco

3

2

3

2

3

Re

sb

sb

srR

sb

sbRsb

quiv

h

ah

Mh

aMh

M


Empleando la ecuación checoeslovaca se halla:

MR equivalente = 131 MPa

A partir del MR equivalente se diseña una nueva

estructura para el tránsito previsto

El ejemplo se resolverá para una alternativa asfáltica

empleando el SPDM 3.0



El método SPDM 3.0 exige adoptar un espesor de

capas granulares

—Para el ejemplo se adopta hg=0.20 m (200 mm)

Con todos los demás parámetros de diseño, el

programa calcula automáticamente el espesor

requerido de capas asfálticas y entrega el resultado:

0.130 m ( 130 mm)



Solución del problema (SPDM 3.0)


En consecuencia, el diseño consistirá en:

—Remoción de las capas asfálticas y base existentes

—Conformación y recompactación de la subbase

—Base granular nueva de 200 mm

—Capas asfálticas nuevas (Stiffness = 2,300 MPa)

de 130 mm



VÍAS EN AFIRMADO

CONTENIDO

Introducción

Espesor requerido de afirmado

Materiales para la construcción de afirmados

Evaluación de vías en afirmado

Soluciones para el mantenimiento

Frecuencia de las operaciones de mantenimiento

periódico

Umbral de pavimentación de las vías afirmadas

VÍAS EN AFIRMADO

INTRODUCCIÓN

TIPOS DE CAMINOS NO PAVIMENTADOS

TROCHA TEMPORAL

TROCHA PERMANENTE

VÍA EN AFIRMADO

TROCHA TEMPORAL

Pista rudimentaria formada por la limpieza de la

vegetación superficial

Su trazado está ligado a la topografía del terreno

Las obras de arte son muy simples (generalmente de

madera)

Suele ser intransitable en época lluviosa

El tránsito que la usa es escaso (no mayor de 25

vehículos diarios)

La velocidad de operación es relativamente baja

TROCHA PERMANENTE

Dispone de algunas rectificaciones en el trazado

(generalmente construcción de terraplenes para

salvaguardar la calzada del agua en zonas bajas)

Las obras de arte son más sólidas

Ocasionalmente se les coloca una capa de rodamiento

para reforzar la calzada en los puntos más débiles

El tránsito que la usa es mayor que en la trocha

temporal

La velocidad de operación es mayor que en la trocha

temporal

VÍAS EN AFIRMADO

Disponen de mejoramientos en el trazado para

facilitar la circulación de manera permanente en dos

sentidos

Las obras de arte son permanentes

El terreno natural es reforzado, en toda la longitud,

con una capa de material seleccionado

El tránsito diario puede superar los 100 vehículos

Si la vía está bien mantenida, la velocidad de

circulación puede ser alta

VÍAS EN AFIRMADO

ESPESOR REQUERIDO DE LA CAPA DE AFIRMADO

En las vías afirmadas no son de temer las fisuras

superficiales

Las deflexiones de la calzada pueden ser elevadas, sin

que se presenten inconvenientes

Los espesores por adoptar son inferiores a los

requeridos en las vías pavimentadas

Existen métodos empíricos para el diseño de espesores

de afirmado (PELTIER, TRL, AASHTO, etc.)

VÍAS EN AFIRMADO

ESPESOR

REQUERIDO DE

AFIRMADO

ESPESOR REQUERIDO DE AFIRMADO

MÉTODO DE PELTIER

5

150100

I

Pe

e = espesor de la calzada en centímetros

P = carga máxima por rueda en toneladas

I = CBR del suelo de subrasante

La fórmula sólo es válida para valores de CBR

inferiores a 15


MÉTODO DEL TRL


MÉTODO AASHTO

Establece el espesor requerido en función de tres

parámetros:

—Región climática

—Calidad relativa del suelo de subrasante

—Nivel de tránsito


REGIONES CLIMÁTICAS

REGIÓN CARACTERÍSTICAS

I

II

III

IV

V

VI

Húmeda, sin heladas

Húmeda, con ciclos de congelamiento y deshielo

Húmeda, con alta penetración de la helada

Seca, sin helada

Seca, con ciclos de congelamiento y deshielo

Seca, con alta penetración de la helada

MÉTODO AASHTO


CALIDAD RELATIVA DEL SUELO DE SUBRASANTE

Región

climática

Muy pobre Pobre Regular Buena Muy buena

I

II

III

IV

V

VI

2800*

2700

2700

3200

3100

2800

3700

3400

3000

4100

3700

3100

5000

4500

4500

5600

5000

4100

6800

5500

4400

7900

6000

4500

9500

7300

5700

11700

8200

5700

* módulo resiliente efectivo, en lb/pg2

NIVEL DE TRÁNSITO

Nivel Número de ejes equivalentes de 80

kN

Alto

Medio

Bajo

60,000 – 100,000

30,000 – 60,000

10,000 – 30,000

MÉTODO AASHTO


Calidad relativa Nivel de

del suelo de tránsito I II III IV V VI

subrasante

Muy buena Alto 8 10 15 7 9 15

Medio 6 8 11 5 7 11

Bajo 4 4 6 4 4 6

Buena Alto 11 12 17 10 11 17

Medio 8 9 12 7 9 12

Bajo 4 5 7 4 5 7

Regular Alto 13 14 17 12 13 17

Medio 11 11 12 10 10 12

Bajo 6 6 7 5 5 7

Pobre Alto ** ** ** ** ** **

Medio ** ** ** 15 15 **

Bajo 9 10 9 8 8 9

Muy pobre Alto ** ** ** ** ** **

Medio ** ** ** ** ** **

Bajo 11 11 10 8 8 9

Región climática

Espesor de afirmado en pulgadas

El módulo del material de afirmado es 30,000 psi

** Se recomienda la construcción de un pavimento

MÉTODO AASHTO


MÉTODO DE DAKOTA DEL SUR

MATERIALES

PARA LA

CONSTRUCCIÓN

DE AFIRMADOS

VÍAS EN AFIRMADO

MATERIALES PARA LA CONSTRUCCIÓN DE AFIRMADOS

Resistencia al deslizamiento

Brindar una superficie lisa (baja rugosidad)

Propiedades cohesivas

Resistencia a la pérdida de grava y a la erosión

Estabilidad en condiciones seca y húmeda

Baja permeabilidad

Buena capacidad de distribución de esfuerzos

Facilidad para su conformación y compactación

PROPIEDADES DESEABLES


Materiales deseables

Gravas arenosas bien gradadas, con una pequeña

proporción de finos de tipo arcilloso

Materiales indeseables

Materiales carentes de partículas de grava y con

finos limosos. Estos materiales son porosos e

inestables y sufren pérdidas importantes bajo la acción

del tránsito automotor


PROPIEDADES RECOMENDADAS POR EL ARRB

(AUSTRALIA)

Para facilidad de conformación y compactación y para

brindar comodidad y seguridad al tránsito, el 100 % del

material debe pasar el tamiz de 25 mm ( 1”)

Para brindar resistencia a la pérdida de material, el

porcentaje retenido en el tamiz de 2.36 mm (No 8) se

debe encontrar entre 20 % y 60 %

Para brindar estabilidad y reducir la permeabilidad, la

relación entre los pasantes de los tamices de 75μm (No

200) y de 2.36 mm (No 8) debe encontrarse entre 0.2 y

0.4



(AUSTRALIA)

El Índice Plástico (IP) debe encontrarse entre 4 y 15

Los menores valores del rango se recomiendan en

climas húmedos, en vías con altos volúmenes de tránsito

y donde los materiales tengan bajo contenido de grava, en

tanto que los valores más altos se recomiendan para la

situación contraria

El Producto Plástico (IP * % pasa tamiz de 0.425 mm)

debe encontrarse entre 300 y 400



(AUSTRALIA)

El Límite de Contracción debe encontrarse entre 4 y 8

Los menores valores del rango se recomiendan en vías

en climas húmedos y con altos volúmenes de tránsito y

donde los materiales tengan bajo contenido de grava, en

tanto que los valores más altos son recomendables donde

se presente la situación contraria

El CBR debe ser mayor de 11 para el 95% de

compactación


PROPIEDADES RECOMENDADAS EN SUDÁFRICA

(Jones y Paige-Green, 1996)

Rural Urbana

Tamaño máximo (mm) 37,5 37,5

Cantidad de sobretamaños ( % ) 5 máx 0

Producto de contracción (Pc)1

100 - 3652

100 - 240

Coeficiente de gradación (Cg)3

16 - 34 16 - 34

Valor de impacto ( % ) 20 - 65 20 - 65

CBR ( % ) 15 mín4

15 mín

1004 al 95% de compactación tras 4 días de inmersión en agua

1 Producto de contracción = Contracción lineal * % pasa tamiz 0.425 mm2 Preferible un máximo de 240

3 Coeficiente de gradación = (%pasa t. 25 mm - % pasa t. 2.0 mm)*%pasa t. 4.25 mm


RELACIÓN ENTRE EL PRODUCTO DE CONTRACCIÓN Y EL

COEFICIENTE DE GRADACIÓN

VÍAS EN AFIRMADO

EVALUACIÓN DE

VÍAS EN

AFIRMADO

EVALUACIÓN DE VÍAS EN AFIRMADO

OBJETIVOS DE LA EVALUACIÓN

Clasificar y cuantificar los deterioros

Determinar la condición de los diferentes segmentos

de la vía objeto de la evaluación

Observar los cambios en la condición de la calzada

durante el transcurso del tiempo

Identificar las medidas necesarias de mantenimiento

o mejoramiento

Establecer prioridades de intervención

CLASIFICACIÓN DE LOS DETERIOROS

Deterioros generalizados

—Pérdida de grava

—Ondulaciones

—Ahuellamiento

—Pérdida de pendiente transversal

Otros deterioros

—Baches

—Surcos de erosión

—Cabezas duras


DETERIOROS GENERALIZADOS

PÉRDIDA DE GRAVA

Desaparición del material superficial como

consecuencia de las agresiones sufridas por el afirmado,

incluyendo algunas acciones de conservación

Su velocidad de evolución es variable de acuerdo con el

clima, los materiales de construcción, el tránsito y la

topografía

Ocurre en cualquier época del año, pero se acentúa en

la lluviosa

En épocas secas se forman nubes de polvo que reducen

la visibilidad y afectan a los vecinos de la vía

Pérdida de grava

Nube de polvo


ONDULACIONES

Reordenación de la superficie en ondas paralelas

orientadas perpendicularmente al sentido del tránsito

Ocupan todo el ancho de la vía y su longitud de onda

varía desde 300 mm en calzadas arenosas, hasta 1,000

mm en calzadas con alto contenido de grava

El deterioro se desarrolla en la estación seca, cuando

los materiales presentan débil cohesión


ONDULACIONES


AHUELLAMIENTO

Deformación que altera la pendiente transversal, la

cual proviene de las fuerzas ejercidas por los

neumáticos de los vehículos, siendo más marcada

cuanto más pesado y canalizado sea el tránsito.

En la estación seca se produce el desplazamiento

lateral de los materiales poco cohesivos, en tanto que

en la húmeda se puede producir pérdida de estabilidad

del afirmado o de la capa de soporte

Este deterioro dificulta los desplazamientos laterales

de los vehículos y afecta notoriamente la seguridad de

los usuarios


AHUELLAMIENTO


PÉRDIDA DE PENDIENTE TRANSVERSAL

Deterioro causado por el desgaste superficial

producido por el tránsito, así como por pérdidas

irregulares de grava o asentamientos desiguales del

suelo de fundación

Se traduce en estancamientos de agua y en el

reblandecimiento del cuerpo de la calzada


PÉRDIDA DE PENDIENTE TRANSVERSAL


BACHES

Depresiones localizadas de forma más o menos

circular que tienen su origen en defectos del perfil de la

subrasante o en otros deterioros preexistentes

Se desarrollan principalmente en época húmeda,

debido a que el agua estancada satura el material

superficial y lo hace más vulnerable a la acción del

tránsito

OTROS DETERIOROS

BACHES

OTROS DETERIOROS

SURCOS DE EROSIÓN

Pueden ser paralelos o perpendiculares al eje de la

calzada y se producen por deficiencias en el drenaje

superficial

Afectan la calzada principalmente en zonas con

fuerte pendiente y baja compactación

La intensidad del fenómeno depende de la cantidad

de agua involucrada y de la velocidad de los cursos

de agua formados

OTROS DETERIOROS

Longitudinales

OTROS DETERIOROS

Transversales

SURCOS DE EROSIÓN

CABEZAS DURAS

Partículas gruesas que se asoman en la superficie

del afirmado, por desprendimiento del material fino

alrededor de ellas

El fenómeno se puede producir por la presencia de

sobretamaños, por discontinuidades en la

granulometría de la grava o por diferencias de dureza

entre las partículas del agregado grueso

Dan lugar a una pésima calidad del rodamiento y

obligan a una drástica disminución en la velocidad de

circulación

OTROS DETERIOROS

CABEZAS DURAS

OTROS DETERIOROS

http://www.fahrindustries.com/images/l1-800.jpg


Aunque todos los deterioros inciden en la condición

del afirmado, los dos cuya presencia continua afecta

más las condiciones de circulación son:

—Pérdida de pendiente transversal (incluyendo en

ella los ahuellamientos y los surcos de erosión)

—Ondulaciones

Estos deterioros se cuantifican en función de su

amplitud y su gravedad



Amplitud

—Porcentaje de la longitud del tramo evaluado en

el cual se presenta el deterioro

Gravedad

—Severidad que presenta el deterioro

—Si en un determinado trayecto se observan

diferentes niveles de severidad, se deberá

establecer un grado ponderado de gravedad


ÍNDICES DE CALIFICACIÓN DEL ESTADO

DE LA CALZADA

Partiendo de las amplitudes y de los niveles de

gravedad de las pérdidas de pendiente transversal y

de las ondulaciones, se pueden establecer índices

representativos de dichos deterioros en cada tramo

(Ip e Io)

A partir de ellos, se puede determinar un índice de

deterioro (Id) del tramo evaluado


ÍNDICES DE CALIFICACIÓN DEL ESTADO DE LA

CALZADA


ÍNDICE ESTRUCTURAL DE LA CALZADA AFIRMADA (Ie)

La pérdida de grava es un deterioro característico de las

calzadas afirmadas

Entre más delgada sea la cobertura de grava, más

esforzada se encontrará la subrasante y mayores serán los

riesgos de un deterioro pronunciado

La falta de capacidad estructural se hace más evidente a

medida que la intensidad del tránsito aumenta

El Índice Estructural de la calzada afirmada (Ie)

combina estos dos factores


ÍNDICE ESTRUCTURAL DE LA CALZADA

AFIRMADA


SOLUCIONES

PARA EL

MANTENIMIENTO

VÍAS EN AFIRMADO

SOLUCIONES PARA EL MANTENIMIENTO

DETERMINACIÓN DEL TIPO DE SOLUCIÓN

Las opciones de intervención para el mantenimiento

se establecen en función de los factores que inciden en

el estado y comportamiento actual del afirmado,

resumidos a través de los índices de deterioro (Id) y

estructural (Ie)

SOLUCIONES PARA EL MANTENIMIENTO

DETERMINACIÓN DEL TIPO DE SOLUCIÓN

E1: Calzada en buen estado para la intensidad del tránsito por

servir, donde el trabajo necesario se reduce a operaciones

rutinarias de barrido y perfilado ligero, sin aporte de material

E2: Calzada de bajo tránsito y con alto deterioro o de tránsito y

deterioro medios, que amerita un reperfilado pesado sin aporte de

material, escarificando y cortando hasta el fondo de las

deformaciones y reponiendo debidamente el afirmado existente

E3: Calzada con alto deterioro y bajo espesor de grava, donde el

tránsito es de alguna consideración. La solución es similar a la E2,

pero se requiere una recarga de grava para que la calzada recupere

la capacidad estructural

TRATAMIENTO CON RASTRAS Y ESCOBAS

Es un tratamiento continuo durante la temporada seca,

para detener la formación de ondulaciones, eliminando el

material suelto de la superficie

El tratamiento con escobas sólo es eficaz en caminos

con bajo volumen de tránsito y superficies de suelo

arenoso y suelto

El tratamiento con rastras es más eficiente y su

frecuencia depende del volumen de tránsito, del tipo de

material por tratar y de la rapidez con la cual tienden a

formarse las ondulaciones

DESCRIPCIÓN DE LAS SOLUCIONES

PARA EL MANTENIMIENTO

TRATAMIENTO CON ESCOBA



TRATAMIENTO CON RASTRAS DE LLANTAS



TRATAMIENTO CON RASTRAS DE CLAVOS



PERFILADO LIGERO

Consiste en rebajar ligeramente la superficie del

camino para controlar las asperezas y las ondulaciones

superficiales leves.

El trabajo no contempla la adición de materiales



PERFILADO PESADO

Se aplica cuando las operaciones de perfilado ligero

resulten ineficientes y su frecuencia deba ser tan alta

que dicha opción se vuelva impráctica y costosa

Es deseable realizar el trabajo al final de la

temporada lluviosa, para que la humedad del material

sea alta y facilite la recompactación y evite la pérdida

de grava

El perfilado pesado es impracticable en afirmados

con espesor inferior a 75 mm



PERFILADO PESADO



RECARGA DE GRAVA

Se aplica cuando el material de afirmado se ha desgastado

por el tránsito, por los perfilados periódicos, por la erosión

hídrica y por la dispersión causada por el viento

El espesor de recarga se establece como la diferencia

entre el espesor de un nuevo afirmado para servir el tránsito

previsto y el espesor remanente del afirmado existente

No se debe permitir que la compactación se deba a la

acción exclusiva del tránsito, pues ella se concentraría en las

zonas de rodada, causando ahuellamientos con notable

rapidez



RECARGA DE GRAVA



REAPLICACIÓN LOCALIZADA DE GRAVA

Consiste en el relleno de baches o surcos en áreas de

reducida extensión, mediante métodos manuales

El procedimiento consiste en retirar el agua y los

materiales sueltos de la zona deteriorada, cortar los

costados de ella hasta alcanzar el material en buen

estado, rellenar con material humedecido y compactarlo

con pisones pequeños o vibradores manuales, dejando la

última capa unos 30 mm por encima de la superficie de

la calzada



REAPLICACIÓN LOCALIZADA DE GRAVA



CONTROL DEL POLVO



Aplicación de un producto supresor de polvo en forma de riego

Los productos más empleados son los cloruros (de calcio y

magnesio), los cuales absorben la humedad del ambiente,

manteniendo húmeda la superficie del camino

También se emplean resinas, asfaltos y productos comerciales

La aplicación del producto reduce la emisión de polvo, la

pérdida de grava y la frecuencia de las operaciones de perfilado

La dosis por aplicar depende de la concentración del producto



CONTROL DEL POLVO

FRECUENCIA DE LAS

OPERACIONES DE

MANTENIMIENTO

PERIÓDICO

VÍAS EN AFIRMADO

FRECUENCIA DE LAS OPERACIONES

DE MANTENIMIENTO PERIÓDICO

PERFILADO LIGERO

BANCO MUNDIAL

Paso de motoniveladora cada 4,000 a 8,000 vehículos

INGEROUTE (MOPT Colombia)



PERFILADO LIGERO

TRL (Reino Unido)



PERFILADO PESADO

Depende del tránsito, de las condiciones

atmosféricas y de la frecuencia con la cual se realice

el perfilado ligero

Los intervalos se fijan en cada caso particular,

dependiendo del tiempo que transcurra hasta que la

combinación de los índices de deterioro (Id) y

estructural de la calzada (Ie), exijan una intervención

de mantenimiento del tipo E 2



RECARGA DE GRAVA

Hay coincidencia en la necesidad absoluta de hacerlo

cuando el espesor del afirmado haya disminuido hasta

alcanzar 75 mm

El espesor de recarga se establece como la diferencia

entre el espesor de un nuevo afirmado para servir el

tránsito previsto y el espesor remanente del afirmado

existente

No hay consenso entre los expertos, en cuanto a la

rapidez con la cual se pierde la grava del afirmado



RAPIDEZ CON LA CUAL SE PIERDE LA GRAVA

La situación se debe resolver en cada caso, aunque hay guías de

carácter muy general:

—TRL – 30 mm/año por cada 100 vehículos diarios (pero cita

casos de pérdidas hasta de 80 mm/año)

—INGEROUTE – 20 a 30 mm/año por cada 200 vehículos diarios

—LCPC – 20 a 40 mm/año por cada 150 a 500 vehículos diarios

—AASHTO – presenta 3 ecuaciones empíricas para calcular las

pérdidas a partir de las lluvias, condiciones geométricas de la vía,

calidad del afirmado, tránsito y frecuencia del perfilado ligero

UMBRAL DE

PAVIMENTACIÓN

DE LAS VÍAS

AFIRMADAS

VÍAS EN AFIRMADO

UMBRAL DE PAVIMENTACIÓN

DE LAS VÍAS AFIRMADAS

La decisión de pavimentar una vía en afirmado

depende de muchos factores (técnicos, políticos,

económicos, sociales)

La aplicación de un sistema de administración de

mantenimiento es el mejor recurso del que pueden

disponer los gobiernos para determinar los

tratamientos más efectivos a largo plazo para todas

sus vías, controlar sus costos de mantenimiento e

invertir los recursos de la manera más acertada

(I)



En términos muy amplios, se justifica pavimentar

una vía en afirmado cuando los costos de provisión

y mantenimiento de la vía pavimentada, más los de

operación de los vehículos que circulen sobre ella,

resulten inferiores a los costos de mantenimiento y

operación de la vía sin pavimentar

(II)



IMPACTO DE LAS SUPERFICIES NO PAVIMENTADAS

SOBRE LOS COSTOS DE LOS USUARIOS



SELECCIÓN ECONÓMICA DEL UMBRAL DE PAVIMENTACIÓN



RECOMENDACIONES INTERNACIONALES

BANCO MUNDIAL

Entre menos de 100 y más de 400 vehículos por día

YODER

El punto de equilibrio se encuentra en el entorno de los 500

vehículos diarios

FHWA

Los volúmenes de tránsito promedio diario que justifican

pavimentar, varían desde 50 hasta 400 o 500 vehículos

CONCLUSIÓN

Cada país o región debe realizar sus definiciones,

a partir de sus condiciones singulares

ADMINISTRACIÓN DE

PAVIMENTOS

CONTENIDO

Definición

Ciclos de vida de los pavimentos

Análisis de costos durante el ciclo de vida

Sistemas de administración de pavimentos

Herramientas de cómputo para los sistemas de

administración de pavimentos

ADMINISTRACIÓN DE PAVIMENTOS

DEFINICIÓN


Proceso sistemático para mantener, mejorar y operar

una red de pavimentos

El proceso comprende tres componentes principales:

—Ciclos de vida de los pavimentos

—Costos durante el ciclo de vida de los pavimentos

—Sistemas de administración de pavimentos

DEFINICIÓN


CICLOS DE VIDA

DE LOS

PAVIMENTOS

CICLOS DE VIDA DE LOS PAVIMENTOS

Consideran la manera como fueron construidos los

pavimentos, la manera como cambia su condición

durante el tiempo y la manera como este proceso de

cambio se ve afectado por las diferentes formas de

mantenimiento, rehabilitación y reconstrucción


Todos los pavimentos se deterioran durante el

transcurso del tiempo:

—Al comienzo se presentan pocos deterioros y el

pavimento presenta una condición aceptable

—Con el transcurso del tiempo y a causa de la

acción de un tránsito cada vez mayor, se

presentan mayores deterioros y cada deterioro

contribuye en la generación de otros


El mantenimiento reduce la velocidad del deterioro

del pavimento corrigiendo pequeños defectos antes

de que ellos empeoren y conduzcan a deterioros

mayores

Más allá de cierto punto, el simple mantenimiento

no es suficiente y se requieren obras de rehabilitación

que conducen a un mejoramiento en la condición del

pavimento

EFECTOS DEL MANTENIMIENTO Y LA REHABILITACIÓN


EFECTOS DEL MANTENIMIENTO Y LA REHABILITACIÓN

1. El pavimento se deteriora con menor rapidez debido al mantenimiento rutinario

2. Un trabajo inicial de rehabilitación restaura la condición del pavimento

3. Una segunda intervención de rehabilitación restaura la mayoría de la condición original del pavimento


EFECTOS DE LA OPORTUNIDAD DE LOS TRABAJOS

DE MANTENIMIENTO Y REHABILITACIÓN

El instante en el cual se atiendan el mantenimiento

y la rehabilitación afecta tanto la efectividad en costo

de la intervención como la vida misma del pavimento


ANÁLISIS DE

COSTOS DURANTE

EL CICLO DE VIDA

El análisis de costos durante el ciclo de vida

(ACCV) es un proceso a través del cual se evalúan

todos los costos involucrados en la construcción,

mantenimiento y rehabilitación y los impactos

asociados de los usuarios de un pavimento, sobre un

determinado período de análisis

El ACCV es una comparación económica de

alternativas factibles de un proyecto, evaluadas a lo

largo del mismo período de análisis

DEFINICIÓN

ANÁLISIS DE COSTOS DURANTE

EL CICLO DE VIDA

Número de años utilizado para evaluar las

estrategias de actuación a largo plazo, basadas en los

costos del ciclo de vida

Su duración debe exceder el período de diseño de

las obras iniciales, de manera que incluya al menos

un trabajo de rehabilitación, para establecer las

diferencias de costos a largo plazo entre

alternativas

PERÍODO DE ANÁLISIS


EL CICLO DE VIDA

CATEGORÍA DE T.P.D RANGO RECOMENDADO

LA VIA (AÑOS)

Muy importante > 5000 20 - 40

Importante 1000 - 10000 15 - 30

poco importante < 1000 10 - 30

PERÍODOS DE ANÁLISIS RECOMENDADOS

POR EL INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS

PERÍODO DE ANÁLISIS


EL CICLO DE VIDA

Costos de la agencia

—Costos de proyecto (estudios e interventoría)

—Costos iniciales de construcción

—Costos de mantenimiento

—Costos de las rehabilitaciones

—Valor residual del pavimento

Costos de los usuarios

—Costos de operación vehicular

—Costos por demoras durante la ejecución de las

obras


EL CICLO DE VIDA

COSTOS A CONSIDERAR EN EL ANÁLISIS

Costos esperados por los estudios de campo,

laboratorio y oficina necesarios para preparar los

documentos del proyecto a nivel definitivo

Incluyen el costo de la interventoría de las obras

Sólo se incluyen en el ACCV si los costos de

proyecto de una alternativa son diferentes de los de

las otras

Se suelen estimar en 15 % del valor de las obras

iniciales

COSTOS DE PROYECTO


EL CICLO DE VIDA

Son los costos asociados con la materialización de

cada alternativa de construcción, de acuerdo con los

planos y las especificaciones aplicables al proyecto

Para efectos de la comparación se ignoran los costos

de los ítem no relacionados con el pavimento, así

como aquellos que, refiriéndose al pavimento, sean

comunes a todas las alternativas

COSTOS INICIALES DE CONSTRUCCIÓN


EL CICLO DE VIDA

Comprenden los costos asociados con el

mantenimiento de la superficie del pavimento a un

nivel aceptable predeterminado

Incluyen los costos de las operaciones de

mantenimiento preventivo y correctivo, pero no los

de rehabilitación

COSTOS DE MANTENIMIENTO


EL CICLO DE VIDA

Comprenden los costos asociados con las obras

de rehabilitación que requiera el pavimento durante

el período de análisis

Representan los costos periódicos en que habrá de

incurrir la Agencia para restaurar el nivel de

servicio del pavimento

COSTOS DE REHABILITACIÓN


EL CICLO DE VIDA

Son aquellos en los cuales incurren los usuarios

debido al tipo de pavimento y su condición, así

como a causa de las actividades de mantenimiento y

rehabilitación

Incluyen los costos por la operación vehicular

normal y los generados por pérdidas de tiempo por

disminuciones en la velocidad de viaje o el cierre

parcial de las vías a causa de las actividades de

mantenimiento o de rehabilitación. También pueden

incluir los derivados de los accidentes en la vía

COSTOS DE LOS USUARIOS


EL CICLO DE VIDA

COSTOS DE LOS USUARIOS POR

LA OPERACIÓN VEHICULAR NORMAL


EL CICLO DE VIDA

Son los costos asociados al uso del pavimento

durante períodos libres de construcción, de

mantenimiento diferente del rutinario y de trabajos de

rehabilitación que restrinjan la capacidad de la vía

Estos costos generalmente se asocian con la

rugosidad del pavimento

Se acostumbra omitirlos del ACCV, puesto que se

suele asumir que son iguales para todas las alternativas

COSTOS DE LOS USUARIOS POR

LA OPERACIÓN VEHICULAR NORMAL


EL CICLO DE VIDA

La demora vehicular se determina a través del mayor

tiempo que tarda el vehículo en atravesar la zona de las

obras de construcción, mantenimiento y rehabilitación

Los costos asociados a estas demoras son los más

difíciles de establecer, debido a la dificultad de asignar

el costo del tiempo de cada usuario

COSTOS DE LOS USUARIOS POR DEMORAS


EL CICLO DE VIDA



EL CICLO DE VIDA

VALORES RECOMENDADOS EN USA POR WALLS & SMITH

(DÓLARES DE FEBRERO DE 2003)

))()(( PCPTTPDVI

L

VR

LXCU

CU = costo de los usuarios por las demoras

X = valor promedio de la demora por vehículo / hora

L = longitud del tramo en obra

VR = velocidad reducida a través de la zona de las obras

VI = velocidad de operación antes de llegar a la zona de las obras

TPD = tránsito promedio diario en el año de ejecución de las obras

PT = proporción del tránsito cuya velocidad es afectada

PC = período de ejecución de los trabajos


EL CICLO DE VIDA


Ejemplo de cálculo

X = $ 12,000 / hora

L = 5 km

VR = 20 km / h

VI = 60 km / h

TPD = 10,000 vehículos

PT = 75 % (0.75)

PC = 30 días

000,000,450$)30)(75.0)(000,10(60

5

20

5000.12CU


EL CICLO DE VIDA


Es el valor del pavimento al final del período de

análisis

Si una alternativa alcanza su ciclo total de vida al

término del período de análisis, se considera que no

tiene valor residual

VALOR RESIDUAL DEL PAVIMENTO


EL CICLO DE VIDA

Si al término del período de análisis, el pavimento

no ha completado su ciclo total de vida, su valor

residual (VS) se estima como

VTE

VREUCRVS

UCR = costo de la última rehabilitación (o de la construcción

si el pavimento no se ha rehabilitado)

VRE = vida residual esperada

VTE = vida total esperada


EL CICLO DE VIDA


Ejemplo de cálculo de valor residual

Un pavimento se construirá para un período de diseño

inicial de 15 años y a partir del décimo segundo año será

reforzado cada 12 años, lo que indica que se colocarán

capas de refuerzo en los años 12 y 24

Si el período de análisis es de 30 años y el costo del

refuerzo a los 24 años se estima en $5,000,000,000, su

valor residual al término del período de análisis será

000,000,500,2$12

6000,000,000,5VS


EL CICLO DE VIDA


Es la suma de todos los costos considerados durante

el período de análisis

Todos los costos futuros deben ser descontados, para

tener en cuenta la variación del valor del dinero con el

tiempo

Para efectuar el descuento se utilizan tres métodos:

Valor Presente Neto (VPN), costos anualizados

equivalentes y relación Beneficio / Costo (B/C)

El método más utilizado es el del Valor Presente

Neto (VPN)

COSTO TOTAL


EL CICLO DE VIDA

Es la suma de los valores presentes de los beneficios

netos, actualizados en un cierto año de referencia

Si se elige como año de referencia el año ―0‖ de la

primera inversión, el Valor Presente Neto queda

expresado porn

tt

t

a

bVPN

0

)0()1(

bt = diferencia entre beneficios y costos en el año t

bt = Bt – Ct

a = tasa de descuento o tasa de actualización del dinero


EL CICLO DE VIDA

VALOR PRESENTE NETO

Ejemplo de aplicación (costos en millones de pesos)

Costo inicial de proyecto y construcción en año ―0‖ = 10,000

Costo de rehabilitación a los 12 años = 12,000

Costo de rehabilitación a los 24 años = 16,000

Valor residual del pavimento a los 30 años = 8,000

302412)0()12.1(

000,8

)12.1(

000,16

)12.1(

000,12000,10VPN

867,13)0(VPN millones de pesos


EL CICLO DE VIDA

VALOR PRESENTE NETO

Diferencia entre la tasa de interés en el mercado y la

inflación, en dinero constante

Una tasa de descuento alta favorece las alternativas

que difieren los costos sobre un período alejado en el

tiempo, puesto que los costos futuros son descontados

en relación con el costo inicial

Una baja tasa de descuento favorece alternativas con

altos costos iniciales, puesto que los costos futuros son

añadidos casi a su valor nominal


EL CICLO DE VIDA

TASA DE DESCUENTO

1) Identificar las alternativas de intervención que

satisfagan las necesidades del proyecto

2) Definir el período de análisis

3) Determinar adecuadamente los factores de costo

del proyecto


EL CICLO DE VIDA

PASOS PARA LA REALIZACIÓN DEL ANÁLISIS

DE COSTOS DURANTE EL CICLO DE VIDA

4) Establecer la tasa de descuento (conviene aplicar

varias, para hacer un análisis de sensibilidad)

5) Calcular el valor presente neto de cada alternativa

(VPN)

6) Establecer un orden de prioridades desde la óptica

del ACCV


EL CICLO DE VIDA

PASOS PARA LA REALIZACIÓN DEL ANÁLISIS

DE COSTOS DURANTE EL CICLO DE VIDA

(continuación)

Considérese un proyecto de rehabilitación de un

tramo de pavimento asfáltico para el cual se han

estudiado tres alternativas con diferentes estrategias

de mantenimiento posterior y los siguientes costos

para un período de análisis de 30 años


EL CICLO DE VIDA

EJEMPLO DE APLICACIÓN

ALTERNATIVA 1 ALTERNATIVA 2 ALTERNATIVA 3

Costo de rehabilitación 1904.0 2113.0 1677.0

Costo de proyecto

(15% de la rehabilitación) 285.6 317.0 251.6

Costo total inicial (Ci) 2189.6 2430.0 1928.6

Costo de mantenimiento periódico

a 10 años (incluye proyecto) 1502.0 1446.0


a 12 años (incluye proyecto) 1741.0


a 20 años (incluye proyecto) 2189.0 2167.0


a 24 años (incluye proyecto) 2190.0

Valor residual del pavimento (AÑO 30) 381.0 377.0 952.0

COSTOS ALTERNATIVAS (MILLONES DE PESOS)


EL CICLO DE VIDA


(continuación)

De acuerdo con la evolución prevista del TPD y los

tiempos estimados de demora de los usuarios durante

la ejecución de las diferentes obras, se estiman los

siguientes costos por demoras

AÑO ALTERNATIVA 1 ALTERNATIVA 2 ALTERNATIVA 3

0 480.0 480.0 720.0

10 322.0 322.0

12 229.0

20 435.0 435.0

24 487.0

COSTOS DE LOS USUARIOS POR DEMORAS (MILLONES DE PESOS)


EL CICLO DE VIDA


(continuación)

Concepto Año Alternativa 1 Alternativa 2 Alternativa 3

Costo inicial 0 2189.6 2430.0 1928.6

Usuarios 0 480.0 480.0 720.0

Total 2669.6 2910.0 2648.6

Costo refuerzo 10 1502.0 1446.0

Usuarios 10 322.0 322.0

Total 10 1824.0 1768.0

Costo refuerzo 12 1741.0

Usuarios 12 229.0

Total 12 1970.0

Costo refuerzo 20 2189.0 2167.0

Usuarios 20 435.0 435.0

Total 20 2624.0 2602.0

Costo refuerzo 24 2190.0

Usuarios 24 487.0

Total 24 2677.0

Valor Residual 30 381.0 377.0 952.0

RESUMEN DE COSTOS (millones de pesos)


EL CICLO DE VIDA

AÑO 1/(1+a)t Alternativa 1 Alternativa 2 Alternativa 3

0 1.0000 2669.6 2910.0 2648.6

10 0.3855 703.2 681.6

12 0.3186 627.6

20 0.1486 389.9 386.7

24 0.1015 271.7

30 0.0573 21.8 21.6 54.5

TOTAL 3740.8 3956.6 3493.4

DETERMINACIÓN DEL VALOR PRESENTE NETO DE LAS ALTERNATIVAS

Tasa de Descuento a = 10 %

(MILLONES DE PESOS)


EL CICLO DE VIDA

Solución


(continuación)

Conclusión

Para la tasa de descuento utilizada, la alternativa 3

se presenta como la más conveniente desde el punto

de vista económico

Es recomendable repetir el análisis con otras tasas

de descuento


EL CICLO DE VIDA


(continuación)


EL CICLO DE VIDA

El análisis de costos durante el ciclo de vida es sólo

uno de los factores que influyen en la selección de una

estrategia de intervención a nivel de proyecto

La decisión final suele incluir factores adicionales de

análisis, tales como políticas locales, disponibilidad de

recursos, capacidad de la industria de la construcción

vial, experiencia de la Agencia con un determinado

tipo de pavimento y aspectos de tipo ambiental y

social


SISTEMAS DE

ADMINISTRACIÓN

DE PAVIMENTOS

SISTEMAS DE ADMINISTRACIÓN

DE PAVIMENTOS

Conjunto de herramientas y actividades coordinadas

que apoyan a los administradores de redes viales en los

aspectos referentes al análisis y el diseño de programas

económicos y efectivos de construcción, rehabilitación

y mantenimiento de pavimentos

DEFINICIÓN


DE PAVIMENTOS

Reconocimientos de la condición de los pavimentos

Base de datos con información relacionada con los

pavimentos

Algoritmos para interpretar la información

disponible de manera significativa

Criterios de decisión o reglas desarrolladas para

guiar en las decisiones de la administración de

pavimentos

Procedimientos de implementación de las decisiones

COMPONENTES DE UN SISTEMA

DE ADMINISTRACIÓN DE PAVIMENTOS


DE PAVIMENTOS

Las actividades de administración de pavimentos se

desarrollan en dos niveles:

—Nivel de red

—Nivel de proyecto

NIVELES DE ACTIVIDAD DE LOS SISTEMAS DE


El sistema de administración se puede enfrentar de

arriba hacia abajo tratando primero las decisiones al

nivel de red, o de abajo hacia arriba tratando primero

las decisiones al nivel de proyecto


DE PAVIMENTOS

NIVELES DE ACTIVIDAD DE LOS SISTEMAS DE


La aproximación ―arriba – abajo‖ ofrece mejor

control institucional, claras ventajas en la

determinación de la aptitud de los escenarios

potenciales y mejor capacidad de acomodarse a los

cambios de política y a los asuntos sociales inherentes

a la forma de gobierno del país

La aproximación ―abajo – arriba‖ sólo proporciona

la aptitud de los escenarios potenciales, aunque

también puede brindar datos mucho más detallados y

aproximados para ayudar a soportar las decisiones de

los proyectos individuales

El nivel de red es una visión global de la

infraestructura de pavimentos y se encamina

fundamentalmente hacia asuntos relacionados con

la planeación y el presupuesto

Sus resultados brindan soporte a decisiones de

tipo administrativo y legislativo

ADMINISTRACIÓN AL NIVEL DE RED


DE PAVIMENTOS

La administración al nivel de red combina

métodos, procedimientos, datos (tránsito, inventario

vial, condición de los pavimentos, costos, seguridad,

etc.), software, políticas y decisiones para producir

soluciones que son optimizadas para toda la red de

pavimentos

En una aproximación al nivel de red es

fundamental disponer de datos con buen nivel de

precisión, modelos de computador y personal

entrenado en el manejo de los modelos



DE PAVIMENTOS

Los elementos claves en la administración al nivel

de red son los siguientes:

Definición del sistema: Las soluciones que se

obtienen son óptimas para el sistema que se haya

definido

Modelo de la red: Las decisiones al nivel de red y

las que se deriven de ellas se basan en las salidas de

un complejo modelo de simulación. Por lo tanto, las

decisiones serán tan buenas como el modelo

utilizado y los datos con el cuál éste se alimenta



DE PAVIMENTOS

Definición de los límites de la red

Inventario de las vías incluidas en la red

Campaña de auscultación para identificar la condición

de los pavimentos de la red

Desarrollo de estrategias de mantenimiento,

estimativos de costos y expectativas de vida

PRINCIPALES ELEMENTOS DE LA ADMINISTRACIÓN

DE PAVIMENTOS AL NIVEL DE RED


DE PAVIMENTOS

Determinación de las necesidades reales de la red

Pronóstico de la evolución del estado de la red, de

acuerdo con las diferentes posibilidades de intervención

Selección de las estrategias de intervención, de

acuerdo con las disponibilidades de fondos y costos de

los usuarios

Implementación de un sistema de retroanálisis

PRINCIPALES ELEMENTOS DE LA ADMINISTRACIÓN

DE PAVIMENTOS AL NIVEL DE RED

(continuación)


DE PAVIMENTOS

Optimiza las soluciones para la red total

Produce escenarios posibles de manera más rápida y

aproximada

Prioriza tramos amplios de mantenimiento y

rehabilitación

Usa datos de entrada consistentes en la modelación de

los diferentes escenarios

Se obtiene más fácilmente la atención de los niveles

más altos de la administración de la Agencia

VENTAJAS DE LA APROXIMACIÓN AL NIVEL DE RED


DE PAVIMENTOS


DE PAVIMENTOS

Usa la metodología ―abajo – arriba‖ para combinar

métodos, procedimientos, datos, software, políticas y

decisiones para producir soluciones al nivel de red

Se usan datos de proyectos individuales para

determinar en ellos las estrategias óptimas de

mantenimiento y rehabilitación y luego las decisiones

al nivel de red se toman a partir de la inclusión y

exclusión de proyectos en la red

ADMINISTRACIÓN AL NIVEL DE PROYECTO


DE PAVIMENTOS

El propósito inicial de la aproximación al nivel de

proyecto es encontrar la mejor estrategia para el

diseño, construcción, mantenimiento y rehabilitación

de un proyecto de pavimento, teniendo en cuenta los

fondos disponibles y otras restricciones

Este tipo de aproximación constituye la mayor parte

de los sistemas de administración que operan en la

actualidad



DE PAVIMENTOS


Los elementos claves en la administración al nivel

de proyecto son los siguientes:

Metas del nivel de proyecto vs el nivel de red:

Puesto que la decisiones se toman primero al nivel

de proyecto, se requiere un alto esfuerzo a este nivel

para coordinar las prioridades anticipadas o

promulgadas al nivel de red

Escalafón de proyectos: Determina los proyectos

que deben ser incluidos o excluidos con base en las

metas del nivel de red


DE PAVIMENTOS

Las actividades de administración al nivel de

proyecto suelen comprender:

—Evaluación de las necesidades para construir,

mantener o rehabilitar un sector

—Identificar estrategias factibles de intervención

—Analizar la efectividad en costo de diversas

alternativas

—Seleccionar la estrategia más efectiva teniendo

en cuenta las restricciones



DE PAVIMENTOS

Los modelos son más simples y dependen menos de

la acumulación de datos

Se produce mejor vínculo entre la decisiones entre

los niveles de proyecto y de red cuando se va de

―abajo hacia arriba‖

El nivel de proyecto es menos dependiente de la

retroalimetación para su éxito

Las aproximaciones al nivel de proyecto son más

simples y fáciles de entender que las aproximaciones

al nivel de red

VENTAJAS DE LA APROXIMACIÓN AL NIVEL DE PROYECTO


DE PAVIMENTOS

HERRAMIENTAS DE

CÓMPUTO PARA LOS

SISTEMAS DE

ADMINISTRACIÓN DE

PAVIMENTOS

HERRAMIENTAS DE CÓMPUTO

Existen muchos sistemas de administración de

pavimentos, cada uno con su nivel propio de

complejidad

Para una población pequeña o para una provincia

con una limitada red vial, puede ser suficiente el uso

de un sistema simple, basado en la inspección visual

y una base de datos elaborada en Excel o Access

Para redes municipales y departamentales

importantes o para una red nacional, resulta

necesario un sistema de administración de

pavimentos más complejo


Los sistemas de administración de pavimentos

complejos deben emplear software especializado

para almacenar, procesar y analizar los datos, así

como para suministrar informaciones y

recomendaciones útiles para la toma de decisiones,

dada la gran cantidad de información que deben

manejar

Un ejemplo de estas herramientas de cómputo es

el HDM – 4 (Highway Development and

Management Tools), elaborado por el World Bank

CARACTERÍSTICAS DEL HDM -4

Sistema de software para investigar alternativas de

inversión en infraestructura de transporte

Estas alternativas de inversión pueden incluir:

—Construcción de nuevas vías

—Mejoramiento de las vías existentes

—Mantenimiento de las vías existentes

—Introducción de nueva tecnología vehicular

—Introducción de nuevos métodos de financiación

y de administración del patrimonio vial


POSIBILIDADES DEL HDM -4

Permite predecir el comportamiento de una red vial en

función de:

—Volúmenes de tránsito y cargas

—Capacidad estructural del pavimento

—Normas de mantenimiento

Permite cuantificar los beneficios de usuarios viales a

partir de:

—Ahorros en costos de operación vehicular

—Reducción de tiempos de viaje

—Disminución del número de accidentes

—Efectos ambientales


POSIBILIDADES DEL HDM -4

(continuación)

Permite realizar evaluaciones económicas de los

impactos económicos y ambientales de las diferentes

alternativas de inversión

Permite considerar las inversiones sobre una sección

de carretera, sobre una subred o sobre una red vial

completa

Permite refinar la precisión de las predicciones para

una determinada región geográfica, mediante la

calibración de los modelos de predicción a partir de la

experiencia local


APLICACIONES DEL HDM -4

Evaluaciones económicas detalladas de las opciones

de inversión al nivel de proyectos

Programación de trabajos de mantenimiento y

mejoramiento a través de uno o varios años, en

proyectos o redes, bajo limitaciones presupuestales

Análisis de estrategias para el mantenimiento y el

mejoramiento a largo plazo en una red de carreteras

Investigación de diferentes políticas para la

administración de una red de carreteras


El HDM - 4 es una herramienta compuesta por 4

módulos de gestión de datos que alimentan las

variables y las ecuaciones de los modelos de

simulación que posee:

—Red de carreteras

—Parque de vehículos

—Trabajos de conservación

—Configuración

ESTRUCTURA Y COMPONENTES DEL HDM -4


ESTRUCTURA GENERAL DEL HDM -4


GESTORES DE DATOS

Red de carreteras

Contiene los datos que definen las características

físicas de los tramos de la red o subred por estudiar

HDM-4 usa el concepto de ―tramos

homogéneos‖, donde cada tramo tiene una

geometría, estructura, tipo de tránsito y

características de condición uniformes en toda su

longitud

Incluye los factores de ajuste para los modelos de

deterioro


GESTORES DE DATOS

Parque vehicular

Contiene las características físicas y operativas,

así como los precios unitarios de los consumos de

recursos de la flota vehicular y los factores de ajuste

de los modelos de costo

Incluye vehículos motorizados y no motorizados

y no presenta límite en el tipo de vehículos que se

pueden especificar


Trabajos de conservación

Los estándares de conservación y mejoramiento se usan

para representar objetivos o niveles de condición y respuesta

que una administración de carreteras desea alcanzar

Los estándares de conservación definen los trabajos

requeridos para mantener la carretera en el nivel deseado, en

tanto que los de mejoramiento definen los trabajos que se

deberían realizar cuando el estado de la red decrece a un

cierto nivel

La carpeta provee facilidades para definir una lista de

estándares de conservación y mejoramiento, junto con los

costos unitarios de ellos

GESTORES DE DATOS


Configuración

Define los datos predefinidos que se usan en las

diferentes aplicaciones: patrones de intensidad de

tránsito; relación capacidad – velocidad; zonas

climáticas; tipo de moneda y datos agregados del tramo

(suficiencia estructural, calidad de la construcción,

deterioros, textura superficial y otros)

Un grupo de estos datos está provisto por defecto

dentro del sistema, pero el usuario puede modificarlo

para adaptarlo a la realidad de las condiciones locales

GESTORES DE DATOS


El proceso de gestión de carreteras se puede

considerar como un ciclo de actividades que se realizan

dentro de cada una de las siguientes funciones de

gestión:

—Planificación

—Programación

—Preparación

—Operaciones

FUNCIONES DE GESTIÓN


Planificación

Comprende el análisis de una red de carreteras

elegida como un total, para preparar estimaciones a

medio y largo plazo de los gastos necesarios para el

desarrollo y conservación de la red bajo diferentes

supuestos económicos y presupuestales



Programación

Comprende la preparación, bajo restricciones

presupuestales, de programas de gastos y obras por

cada año de duración de los programas, en los que se

seleccionan y analizan tramos de la red que necesitarán

conservación, mejoramiento o nueva construcción

En esta fase, la red física de carreteras se considera

itinerario por itinerario, caracterizado cada uno de

ellos por tramos homogéneos de pavimentos



Preparación

Es una fase de planificación a corto plazo, donde los

planes de carreteras aprobados son agrupados en forma

de proyectos

En esta fase, se refinan los diseños y se hacen listas

detalladas de cantidades de obra y costos junto con las

especificaciones y un análisis beneficio – costo para

confirmar la viabilidad de las diferentes opciones de

inversión



Operaciones

Comprende las actividades diarias o semanales de la

organización: programación de obras a corto plazo;

supervisión de mano de obra, equipos y materiales;

registro de obras finalizadas y aplicación de esta

información para supervisión

Las actividades se centran en tramos o subtramos de

carretera y las medidas se realizan a un nivel de

bastante detalle

Estas actividades no están cubiertas por HDM - 4



FUNCIONES DE GESTIÓN Y APLICACIONES DEL HDM 4


La línea de trabajo del HDM 4 es similar para cada

análisis de estrategia, programa o proyecto

En cada caso, el modelo simula las condiciones de

ciclo de vida para un período de análisis dentro de un

escenario de circunstancias especificado por el usuario

Los beneficios económicos se determinan

comparando los flujos de costos totales para varias

alternativas de intervención con un caso básico,

generalmente representado por la rutina mínima de

conservación

ANÁLISIS DEL CICLO DE VIDA EN HDM - 4



ANÁLISIS DEL CICLO DE VIDA EN HDM - 4

MODELOS DE CÁLCULO

El sistema HDM-4 se basa en los siguientes modelos

para el cálculo técnico de las mejores alternativas de

conservación y mejoramiento de los distintos tramos

de carretera bajo análisis:

—Deterioro de la vía (RD)

—Efecto de los trabajos de conservación (WE)

—Efectos para los usuarios (RUE)

—Efectos ambientales, de seguridad y energía

(SEE)


MODELOS DE CÁLCULO

Mediante el uso de estos modelos, la herramienta

calcula, para cada año de la evaluación, para cada

tramo de la carretera y para cada alternativa o

estrategia de conservación:

— Las condiciones de la carretera y los recursos

utilizados para la conservación con cada

estrategia

—Las velocidades vehiculares y los recursos

físicos consumidos por la operación de los

vehículos


MODELO RD

El modelo prevé la evolución de los deterioros del

pavimento en función de su condición actual, de los

efectos ambientales y del tránsito esperado

El modelo contempla para análisis:

—Tipo de estructura (pavimentada – afirmado)

—Tipo de rodadura (asfáltica – concreto)

—Tipo de base (estabilizada – granular)


MODELO WE

Predice el efecto de los trabajos de conservación

(rutinaria, periódica y especial) y de desarrollo

(mejoramiento y construcción) sobre el estado del

pavimento

Determina los costos correspondientes a los trabajos,

a partir de los costos unitarios especificados por el

usuario


MODELO RUE

El modelo determina el comportamiento y los costos

de operación de los vehículos motorizados y no

motorizados, de los accidentes y de los tiempos de

viaje, para las opciones de intervención incluidas en un

estudio

El modelo predice los efectos de interacciones entre

flujos de tránsito motorizado y no motorizado

Estima los ahorros de los usuarios para las diversas

opciones de intervención


MODELO SEE

Determina los efectos de las emisiones de los

vehículos y el consumo de energía

El modelo contempla:

—Efecto de las emisiones contaminantes para las

diversas opciones e intervención

—Balance total energético, que contempla la

energía utilizada por los vehículos motorizados y

no motorizados, así como la consumida durante la

construcción y conservación de las redes


ANÁLISIS ECONÓMICO

Evalúa el impacto económico de las diferentes

opciones de inversión durante los respectivos ciclos

de vida

Determina los indicadores de comportamiento de las

inversiones (VPN, TIR, B/C) para las diversas

opciones de intervención

Determina la inversión más benéfica para la

sociedad o la combinación de inversiones entre

opciones competitivas cuando se consideran objetivos

económicos y no económicos y los recursos son

limitados


INVESTIGACIÓN Y ESTUDIOS DE POLÍTICAS

HDM-4 puede ser empleado para desarrollar políticas en el

sector de carreteras, incluyendo:

—Políticas de financiación para necesidades

relacionadas (por ejemplo: carreteras principales vs

carreteras secundarias)

—Cargos sobre los usuarios para ajustar la financiación

—Impacto de los cambios en consumo de energía sobre

la política de transporte

—Impacto de los límites de carga por eje

—Estándares de conservación y rehabilitación de

pavimentos


ESQUEMA DEL PAPEL DEL HDM-4 EN

UN SISTEMA DE GESTIÓN DE PAVIMENTOS


INTRODUCCIÓN A LA GUÍA

AASHTO DE DISEÑO

EMPÍRICO-MECANÍSTICO DE

PAVIMENTOS

CONTENIDO

Generalidades

Módulo de información general

Módulo de tránsito

Módulo de clima

Módulo de materiales

Materiales asfálticos

Materiales para pavimentos rígidos y otras características

Materiales estabilizados químicamente

CONTENIDO

Materiales no ligados

Roca madre

Resumen de datos de entrada

Módulo de análisis empírico – mecanístico

Módulo de salidas

Resumen del proceso de diseño

Análisis de sensibilidad

Sensibilidad en el diseño de pavimentos flexibles

Sensibilidad en el diseño de pavimentos rígidos

GUÍA AASHTO

GENERALIDADES

GENERALIDADES

Suministrar a la comunidad vial una herramienta con

el estado de la práctica para el diseño de estructuras de

pavimentos nuevas y rehabilitadas

El objetivo fue cumplido mediante:

—El empleo de procedimientos de diseño que

emplean tecnologías empírico – mecanísticas

—El desarrollo de software y documentación

apropiados

OBJETIVO DE LA GUÍA

GENERALIDADES

La nueva guía AASHTO presenta procedimientos para

el análisis y el diseño de pavimentos flexibles y rígidos,

nuevos y rehabilitados

Los métodos de diseño incluidos en la guía se basan

en un procedimiento empírico-mecanístico que integra

en el diseño el comportamiento de los materiales, el

clima y las cargas del tránsito, durante el transcurso del

tiempo

FILOSOFÍA DE LA GUÍA

GENERALIDADES

Los métodos de diseño parten de la elaboración de

modelos que simulan las estructuras de los pavimentos

Los modelos estructurales de pavimentos flexibles son

analizados por un programa elástico multicapa para

análisis lineal (JULEA) o por uno de elementos finitos

para análisis no lineal (DSC2D)

Los modelos estructurales de pavimentos rígidos son

analizados por un programa de elementos finitos bi-

direccional (ISLAB2000)


GENERALIDADES

Los programas de cómputo entregan tensiones,

deformaciones y desplazamientos en puntos críticos de la

estructura modelada y en la subrasante

El método aplica modelos empíricos de deterioro que

permiten evaluar el tipo y la extensión de los daños

durante cualquier instante de la vida del pavimento

Si alguno de los tipos de daño considerados por los

métodos excede el límite fijado como admisible, se debe

elaborar un nuevo modelo estructural y repetir los análisis


GENERALIDADES

SOFTWARE MEPDG

(Mechanistic-Empirical Pavement Design Guide)

GENERALIDADES

BOSQUEJO DEL PROCESO DE DISEÑO

ESQUEMA CONCEPTUAL DEL PROCESO DE DISEÑO

GENERALIDADES

NIVEL 1—Es el más riguroso y de mayor precisión

—Se aplica al diseño para vías con altos volúmenes de tránsito

—Requiere datos de campo y ensayos de laboratorio rigurosos

NIVEL 2

—Corresponde a un nivel medio de exactitud

—Los datos de entrada se obtienen de un programa limitado de

medidas o ensayos o son estimados mediante correlaciones

NIVEL 3

—Aporta el menor nivel de exactitud

—Los datos de entrada suelen ser valores promedio según

experiencia local o regional

—Se usa cuando las consecuencias de fallas prematuras son

mínimas

GENERALIDADES

NIVELES JERÁRQUICOS DE DATOS

Módulos de datos

—Módulo de información general

—Módulo de tránsito

—Módulo de clima

—Módulo de materiales

Módulo de análisis empírico-mecanístico

Módulo de salidas

MÓDULOS DE LA GUÍA EMPÍRICO - MECANÍSTICA

GENERALIDADES

MÓDULOS DEL MÉTODO EMPÍRICO - MECANÍSTICO

GENERALIDADES

El estado de cualquier módulo (o sub-módulo) en un

instante determinado se indica en la pantalla de entrada

mediante colores: verde – amarillo - rojo

GUÍA AASHTO

MÓDULO DE

INFORMACIÓN

GENERAL

PANTALLA INICIAL

MÓDULO DE INFORMACIÓN GENERAL

IDENTIFICACIÓN DEL SITIO DEL PROYECTO


PARÁMETROS DE ANÁLISIS


La pantalla permite incluir la condición anticipada del

pavimento al ponerlo en servicio (IRI inicial), así como los

valores límites de comportamiento que acepta la agencia vial

CRITERIOS DE COMPORTAMIENTO PARA PAVIMENTOS FLEXIBLES Y

RÍGIDOS

PARÁMETROS DE ANÁLISIS PARA PAVIMENTO FLEXIBLE



PARÁMETROS DE ANÁLISIS PARA PAVIMENTO RÍGIDO

Probabilidad de que un determinado deterioro y el IRI

no excedan un nivel crítico establecido por la agencia


CONFIABILIDAD EN EL DISEÑO

GUÍA AASHTO

MÓDULO DE

TRÁNSITO

MÓDULO DE TRÁNSITO

INTRODUCCIÓN

El método exige considerar el espectro de los ejes

simples, tándem, triples y cuádruples

Se elimina del proceso el concepto de los ejes simples

equivalentes

La calidad de los datos sobre tránsito difiere según el

nivel de diseño que se aplique

NIVEL 1—Requiere el uso de datos específicos de tránsito del sitio,

incluyendo conteos vehiculares por clase, por dirección y

por carril

—Las distribuciones del espectro de cargas y las proyecciones

se realizan independientemente para cada clase de vehículo

NIVEL 2—Similar al Nivel 1, pero acepta distribuciones locales o

regionales del espectro de carga para cada clase de

vehículo , según la experiencia del organismo vial

NIVEL 3—Adopta valores espectrales por defecto para cada categoría

de vía según propuesta del organismo vial


El indicador de cálculo para el diseño del pavimento es

el número mensual acumulado de vehículos comerciales

en el carril de diseño

Para obtener este indicador, se requiere información

clasificada en cuatro grupos:

—Información básica

—Factores de ajuste

—Factores de distribución de cargas por eje

—Datos generales


La pantalla de entrada solicita datos “tradicionales” y

tiene “links” para entrar los otros 3 grupos de información

INFORMACIÓN BÁSICA


FACTORES DE AJUSTE (Ajuste mensual por clase de vehículo)


FACTORES DE AJUSTE (Distribución por clase de vehículo)


FACTORES DE AJUSTE (Distribución horaria)


FACTORES DE AJUSTE (Crecimiento anual)


FACTORES DE DISTRIBUCIÓN DE CARGAS POR EJE

La pantalla permite distribuir las cargas por eje por mes,

por tipo de vehículo y por intervalo de carga


DATOS GENERALES

Comprenden información referente a:

—Deriva del tránsito (punto medio de pisada y desviación

estándar)

—Configuración de ejes (ancho, separación entre

neumáticos de un sistema de rueda doble, separación entre

ejes)

—Neumático (dimensiones, presión de inflado - 120 psi-)


DATOS GENERALES


GUÍA AASHTO

MÓDULO DE

CLIMA

Los perfiles de temperatura y humedad a lo largo del

período de diseño del pavimento son estimados a través

del “Modelo integrado y mejorado de clima” (EICM)

El software EICM forma parte integral de la guía de

diseño, realiza internamente todos los cálculos

requeridos por ésta y alimenta las salidas procesadas a

las 3 componentes principales de la estructura de la guía:

—Materiales

—Respuestas estructurales

—Predicción de comportamiento

GENERALIDADES

MÓDULO DE CLIMA

DATOS REQUERIDOS POR EL MÓDULO DE CLIMA PARA

MODELAR LAS CONDICIONES TÉRMICAS Y DE HUMEDAD

—Información general

—Información relacionada con el clima

—Información sobre el nivel freático

—Información sobre propiedades superficiales y de drenaje

—Información sobre la estructura del pavimento y sus

materiales

Existe algún traslapo entre los datos requeridos para el análisis

climático y los requeridos por los otros módulos del método

MÓDULO DE CLIMA

INFORMACIÓN GENERAL

Es la información que ya se introdujo en la pantalla

inicial del Módulo de Información General

MÓDULO DE CLIMA

INFORMACIÓN RELACIONADA CON EL CLIMA

(horaria durante el período de diseño)

—Temperatura del aire

—Precipitación

—Velocidad del viento

—Radiación solar

—Humedad relativa

La configuración de esta información es la misma para los

tres niveles jerárquicos de entrada de datos

El método dispone de una base de datos de estaciones

meteorológicas de EEUU donde se encuentra esta información

MÓDULO DE CLIMA

INFORMACIÓN RELACIONADA CON EL CLIMA

(horaria durante el período de diseño)

MÓDULO DE CLIMA

INFORMACIÓN SOBRE EL NIVEL FREÁTICO

Se debe incluir el mejor estimativo entre la profundidad

promedio anual y la promedio estacional

MÓDULO DE CLIMA

INFORMACIÓN SOBRE PROPIEDADES SUPERFICIALES Y DRENAJE

Esta información es pertinente a las capas de rodadura asfálticas y

de hormigón

Depende de la composición, color y textura superficial de la capa

Las superficies claras y más reflectivas tienden a presentar menores

absorciones

Nivel 1 Medir mediante ensayo de laboratorio

AASHTO no tiene normalizada la prueba

Nivel 2 No aplica

Nivel 3 Capa asfáltica usada (gris) 0.80 – 0.90

Capa asfáltica nueva (negra) 0.90 – 0.98

Pavimento rígido 0.70 – 0.90

—Absorción superficial de onda corta

MÓDULO DE CLIMA


Se establecen 4 valores, aplicables a todos los niveles jerárquicos

de entrada de datos

No hay

Menor 10 % del agua lluvia se infiltra

Se aplica cuando la calzada y la berma de un

pavimento flexible están integradas o cuando un

pavimento rígido tiene bermas de concreto

ancladas y las juntas bien selladas

Moderada 50 % del agua lluvia se infiltra

Situaciones normales diferentes de las anteriores

Extensa 100 % del agua lluvia se infiltra

Generalmente inaplicable a pavimentos nuevos

—Infiltración

MÓDULO DE CLIMA


Distancia máxima que recorre una gota de agua desde que toca

la superficie del pavimento hasta el punto donde sale de la misma

Queda definida por una línea que depende de las pendientes

superficiales del pavimento

—Longitud de la trayectoria de flujo

—Pendiente transversal del pavimento (%)

Se requiere para determinar el tiempo que tarda en drenar una

capa de base o subbase que se encuentre saturada

MÓDULO DE CLIMA


MÓDULO DE CLIMA

INFORMACIÓN SOBRE LA ESTRUCTURA DEL PAVIMENTO

Y SUS MATERIALES

En este instante, el diseñador comienza la elaboración

del diseño del pavimento, fijando los tipos de materiales y

los espesores de las diferentes capas para un primer tanteo

En relación con las características de los materiales de

las diferentes capas, ellas se definen en el módulo

siguiente

MÓDULO DE CLIMA


Y SUS MATERIALES (caso pavimento flexible)

MÓDULO DE CLIMA

ESTRUCTURAS TÍPICAS


Y SUS MATERIALES (caso pavimento flexible)

MÓDULO DE CLIMA


Y SUS MATERIALES (caso pavimento rígido)

MÓDULO DE CLIMA

ESTRUCTURA TÍPICA


Y SUS MATERIALES (caso pavimento rígido)

MÓDULO DE CLIMA

GUÍA AASHTO

MÓDULO DE

MATERIALES

MATERIALES CONSIDERADOS EN LA GUÍA

MÓDULO DE MATERIALES

Las propiedades requeridas para caracterizar los

diferentes materiales clasifican en tres grupos:

—Propiedades requeridas para computar la respuesta

del modelo de pavimento

—Propiedades requeridas para caracterizar el modo

de falla considerado (específicas para cada tipo de

pavimento y modo de falla)

—Propiedades requeridas para determinar los perfiles

de humedad y temperatura en la sección transversal

del pavimento


MATERIALES

ASFÁLTICOS


MATERIALES ASFÁLTICOS

La pantalla de entrada da paso a tres tablas:


TABLA DE MEZCLA ASFÁLTICA (Asphalt Mix)

Se refiere a la información necesaria para establecer las

curvas que indican la variación del módulo dinámico con la

frecuencia de ensayo y la temperatura de la mezcla

La calidad de la información depende del nivel jerárquico de

datos que se adopte



Nivel 1



Nivel 1

Los módulos se determinan sobre probetas elaboradas

con mezclas envejecidas a corto plazo según la norma de

ensayo AASHTO R 30

Con los valores obtenidos, se dibujan las curvas que

relacionan la frecuencia con el módulo para cada

temperatura

Se elige una temperatura de referencia (70ºF) y el

software construye una curva maestra usando el principio

de superposición tiempo-temperatura


CURVAS MÓDULO - TIEMPO PARA EL NIVEL 1


CURVA MAESTRA PARA EL NIVEL 1


CURVA MAESTRA PARA EL NIVEL 1

Ecuación general de la curva maestra:



Niveles 2 y 3


MÓDULO DE LA MEZCLA PARA LOS NIVELES 2 Y 3

Se determina con la ecuación predictiva de Witczak, la cual se

basa en la frecuencia de aplicación de la carga, la composición

volumétrica de la mezcla compactada, la viscosidad del ligante y

la granulometría de los agregados


Significado de los términos de la ecuación de Witczak:



La ecuación de Witczak también puede ser expresada en la

forma de una curva maestra :



TABLA DE LIGANTE ASFÁLTICO (Asphalt Binder)

El método brinda 2 posibilidades (según el nivel jerárquico

de datos) en relación con el suministro de información sobre el

ligante asfáltico, a partir de las cuales el programa puede

establecer viscosidades a diferentes temperaturas y edades



Niveles 1 y 2 (alternativa 1)



Las pruebas se deben realizar a diferentes temperaturas sobre

el asfalto envejecido en la prueba RTFOT (AASHTO T 240) y,

a partir de sus resultados, se determina la viscosidad del ligante

en cada caso:




Además, con los valores obtenidos se establece una relación

viscosidad – temperatura, con la expresión:


TR = temperatura en grados Rankine a la cual se determinó la viscosidad

A, VTS = parámetros de regresión




Con los resultados de ensayos convencionales, el programa

estima la viscosidad del ligante a la temperatura de prueba y

después se establece la relación viscosidad - temperatura



Nivel 3

En el tercer nivel jerárquico de datos, el método sólo exige la

identificación del asfalto por alguno de los siguientes sistemas:

—Grados de comportamiento (PG), norma AASHTO M320

—Grados de viscosidad (AC), norma AASHTO M226

—Grados de penetración, norma AASHTO M20

Identificado el asfalto, el programa indica los parámetros A y

VTS, con los cuales se estima la viscosidad:



Nivel 3 (alternativa 1)


EFECTO DEL ENVEJECIMIENTO DEL LIGANTE ASFÁLTICO

El efecto del envejecimiento en servicio es incorporado en la

determinación del módulo dinámico, mediante el “Sistema de

Envejecimiento Global” (GAS)

El sistema proporciona modelos que describen el cambio de

viscosidad del ligante durante las operaciones de mezcla y

compactación y luego durante el período de servicio

Además, incluye modelos que permiten hacer ajustes de

acuerdo con el volumen de vacíos con aire de la mezcla en

servicio y con la profundidad



Conocida la viscosidad del ligante en cualquier instante (η),

el sistema determina el módulo dinámico de la mezcla para

cualquier tiempo de aplicación de carga, tanto en la ecuación de

la curva maestra (Nivel 1), como en la ecuación de Witczak

(Niveles 2 y 3), utilizando un valor “tr” apropiado

Para ello, emplea una expresión obtenida en el “Sistema de

Envejecimiento Global”



Donde:

tr = tiempo reducido (el que se debe introducir en la ecuación

de la curva maestra)

t = tiempo de aplicación de carga de interés

c = valor obtenido experimentalmente al desarrollar la curva

maestra (Nivel 1) o 1.25588 (niveles 2 y 3)

η = viscosidad a la edad y temperatura de interés, cPoises

ηTr = viscosidad sobre muestra envejecida RTFOT a la

temperatura de referencia (70ºF), cPoises


TABLA DE INFORMACIÓN GENERAL (Asphalt General)


La temperatura de referencia (70ºF) no requiere ser

modificada

Las propiedades volumétricas se refieren a la mezcla “as

built” y no a la condición del diseño

La relación de Poisson y las propiedades térmicas se

determinan de diferentes maneras, según el nivel jerárquico

de datos adoptado



Nivel 1: mediante ensayos de laboratorio

Nivel 2:


Relación de Poisson (mezclas densas en caliente)

Nivel 3:


Nivel 1: la conductividad térmica (K) y la capacidad

calórica (Q) se estiman con base en los resultados de los

ensayos ASTM E1952 y ASTM D2766, respectivamente

Niveles 2 y 3: se adoptan valores típicos para el concreto

asfáltico

—K = 0.44 – 0.81 BTU/pie-hora-ºF

—Q = 0.22 – 0.40 BTU/lb-ºF


Propiedades térmicas


FATIGA TÉRMICA

Los datos requeridos para su análisis aparecen en una

pantalla independiente, en la cual se deben anotar aquellas

propiedades de tensión de las mezclas que son críticas para

la estimación del agrietamiento térmico (transversal)


FATIGA TÉRMICA

Las propiedades que usa el método para predecir el

agrietamiento térmico son:

—Resistencia a la tensión

—Complianza de creep (Creep compliance)

—Coeficiente de contracción térmica

—Absorción superficial de onda corta

—Conductividad térmica

—Capacidad calórica


FATIGA TÉRMICA

Resistencia a la tensión

Niveles 1 y 2: se requiere determinarla a 14ºF, de acuerdo

con la norma AASHTO T 322


FATIGA TÉRMICA

Resistencia a la tensión

Nivel 3: el valor aparece por defecto en la pantalla y se

basa en la regresión obtenida en el NCHRP 1-37 A


FATIGA TÉRMICA

Complianza de creep (creep compliance)

Nivel 1: se determina a -4, 14 y 32 ºF y tiempos de carga

entre 1 y 100 segundos, en acuerdo con la norma AASHTO

T 322


FATIGA TÉRMICA


Nivel 2: se determina a 14ºF y tiempos de carga entre 1 y

100 segundos, en acuerdo con la norma AASHTO T 322


FATIGA TÉRMICA


Nivel 3: se obtiene a partir de la ecuación de regresión

obtenida en NCHRP 1-37 A


FATIGA TÉRMICA



FATIGA TÉRMICA

Coeficiente de contracción térmica

No hay pruebas normalizadas AASHTO o ASTM para su

determinación

La guía de diseño lo computa internamente a partir de las

propiedades volumétricas de la mezcla y del coeficiente de

contracción térmica de los agregados


FATIGA TÉRMICA

Coeficiente de contracción térmica

Para cualquier nivel de jerarquía, se obtiene con la expresión:

Donde:

LMIX = coeficiente lineal de contracción térmica del concreto asfáltico

VMA = vacíos en el agregado mineral en la mezcla (%)

Bac = coeficiente volumétrico de contracción térmica del cemento

asfáltico en estado sólido

VAGG = volumen de agregados en la mezcla (%)

BAGG = coeficiente volumétrico de contracción térmica de los agregados

VTOTAL = 100%


FATIGA TÉRMICA

Absorción superficial de onda corta

Dato ya incluido en la pantalla con información sobre

propiedades superficiales y drenaje

Conductividad térmica

Capacidad calórica

Dato ya incluido en la tabla de información general de la

pantalla sobre propiedades de los materiales asfálticos

Dato ya incluido en la tabla de información general de la

pantalla sobre propiedades de los materiales asfálticos


RESUMEN GENERAL


DAÑO POTENCIAL

Esta pantalla permite al usuario hacer entradas para indicar

la posibilidad de que ocurran daños adicionales a los

considerados por los modelos de deterioro, información que

requieren los modelos de predicción del IRI

Las propiedades requeridas de daño potencial son:

—Agrietamientos en bloque

—Grietas longitudinales selladas, por fuera de la huella

de circulación

—Parches (sólo se requiere en rehabilitación)

—Ojos de pescado (sólo se requiere en rehabilitación)


DAÑO POTENCIAL


MATERIALES

PARA PAVIMENTOS

RÍGIDOS Y OTRAS

CARACTERÍSTICAS


CARACTERÍSTICAS DE DISEÑO

El método las clasifica en cuatro grupos:

—Diferencia efectiva de temperatura

—Diseño de juntas

—Soporte lateral

—Propiedades de la base


1

2

3

4



1 - Diferencia efectiva de temperatura

Es la diferencia de temperatura entre la superficie y el

fondo de las losas

Esta diferencia incide en los esfuerzos de flexión por

alabeo que afectan a los pavimentos de concreto simple

El programa trae por defecto -10ºF, que es el valor

determinado en la calibración nacional efectuada en U.S.A.



2 – Diseño de juntas

El programa requiere la siguiente información:

—Separación entre juntas transversales

—Tipo de sellante (ninguno, líquido, silicona,

preformado)

—Opciones de separación de juntas al azar

—Diámetro y separación de las varillas de transferencia

de carga (pasadores)



3 – Soporte lateral

El programa brinda las siguientes opciones:

—Berma de concreto anclada

—Eficiencia en la transferencia de carga a largo plazo:

→Relación entre la deflexión en el lado no cargado de la

junta y la deflexión en el lado cargado de ella

—Uso de losas ensanchadas



4 – Propiedades de la base

El programa requiere la siguiente información:

—Tipo de base

—Condición de la interfaz losa-base (ligada o no)

—Posibilidad de pérdida de liga con la edad, en el caso de

interfaz ligada

—Índice de erodabilidad de la base (el Nivel 1 de

clasificación del índice aún no se encuentra implementado,

por lo que se debe escoger entre los Niveles 2 y 3)



ÍNDICE DE ERODABILIDAD – NIVEL 2



ÍNDICE DE ERODABILIDAD – NIVEL 3


CONCRETO HIDRÁULICO

INFORMACIÓN DE LA CAPA 1 (losas de concreto)

La pantalla de entrada está compuesta por tres tablas:

—Térmica

—Mezcla

—Resistencia


La tabla se divide en dos partes:

—Propiedades generales

Material (concreto simple – concreto reforzado)

Espesor de la capa (el adoptado para el tanteo)

Peso unitario


—Propiedades térmicas

Coeficiente de expansión térmica

Conductividad térmica

Capacidad calórica

1 – Propiedades térmicas



1 – Propiedades generales



1 – Propiedades generales

PESO UNITARIO

RELACIÓN DE POISSON




Coeficiente de expansión térmica (αPCC): es el cambio

unitario de longitud por cada grado que cambie la

temperatura




Conductividad térmica: es una medida de la capacidad del

material para conducir uniformemente el calor a través de su

masa cuando las dos caras del material están bajo una

temperatura diferencial. Se define como la relación entre el

flujo de calor y el gradiente térmico

Capacidad calórica: es la cantidad de calor requerida para

elevar en un grado la temperatura de una unidad de masa del

material



2 – Propiedades de la mezcla

de diseño

de retracción



2 – Propiedades de diseño de la mezcla

Tipo de cemento: el usuario debe escoger uno de los 3

tipos que considera el método. El tipo de cemento influye

sobre la contracción última que calcula el programa

Contenido de material cementante: cantidad de cemento

por unidad de volumen de mezcla según el diseño

Relación agua/cemento: se anota la empleada en el diseño

de la mezcla. Es un dato de entrada en el modelo de

contracción



2 – Propiedades de diseño de la mezcla

Tipo de agregado: el programa tiene nueve opciones para

escoger el tipo de agregado grueso del concreto. La

contracción última del concreto depende del tipo de agregado

Temperatura de esfuerzo cero: durante el proceso de curado

de la mezcla, es la temperatura a la cual el concreto se libera

de los esfuerzos a que está sometido durante la construcción.

Generalmente se adopta por defecto el valor que aparece en la

tabla, el cual depende del contenido de cemento en la mezcla

y de la temperatura ambiente promedio durante el mes de la

construcción



2 – Propiedades de retracción de la mezcla

Las variaciones de humedad en la losa durante el secado

generan una contracción diferencial que genera alabeo y

susceptibilidad al agrietamiento

La contracción por secado es parcialmente reversible si el

concreto se re-humedece




Retracción última al 40 % de humedad relativa: aunque el

programa da la opción de que el usuario incluya el dato

conforme a los resultados del ensayo AASHTO T160, se

suele aceptar el valor que suministra por defecto a partir de

la fórmula:

C1 = 1.0 (cemento tipo I); 0.85 (tipo II); 1.1 (tipo III)

C2 =1.2 (curado con antisol); 1.0 (curado húmedo)

w = contenido de agua en la mezcla (lb/pie3)

f’c = resistencia a compresión a 28 días, según AASHTO T22 (lb/pg2)




Retracción reversible: porcentaje de la retracción última

que es reversible. Típicamente se usa 50 %

Tiempo para desarrollar el 50 % de la retracción última: el

Comité 209 del ACI recomienda un término de 35 días

Método de curado: incide en el cálculo de la retracción

última. Se presentan dos alternativas: húmedo o con

compuesto de curado



3 – Propiedades de resistencia de la mezcla

La pantalla permite acceder a tres tablas de resistencia del

concreto, según el nivel jerárquico de los datos

Los dos parámetros de resistencia del concreto que

considera la guía para el diseño estructural del pavimento

son:

— Módulo de elasticidad

— Resistencia a la flexión



3 – Propiedades de resistencia de la mezcla (Nivel 1)




Módulo de elasticidad: determinarlo a 7, 14, 28 y 90 días

de curado, según norma de ensayo ASTM C 469

Resistencia a la flexión: determinarla a 7, 14, 28 y 90 días

de curado, según norma de ensayo ASTM C 78

Se deben indicar el módulo elástico y la resistencia a

flexión a largo plazo, como la relación entre sus valores a

20 años y a 28 días. El método recomienda emplear un

valor igual a 1.2




Resistencia a compresión inconfinada: determinarla a 7,

14, 28 y 90 días de curado, según norma de ensayo ASTM

C 39

Se deben indicar la resistencia a compresión a largo

plazo, como la relación entre sus valores a 20 años y a 28

días. El método recomienda emplear un valor igual a 1.44




El software de la guía estima los valores de módulo

elástico y resistencia a flexión del concreto a partir de la

resistencia a compresión, con las fórmulas:

Ec = módulo elástico del concreto, psi

ρ = peso unitario del concreto, lb/pie3

f’c = resistencia a compresión del concreto, psi

MR = resistencia a flexión del concreto, psi




El nivel 3 exige conocer solamente alguno de los

siguientes datos a 28 días:

—Módulo de rotura (resistencia a flexión)

—Resistencia a compresión

—Módulo de elasticidad

Con el dato conocido, las ecuaciones internas del

programa determinan los otros, así como su evolución en el

transcurso del tiempo



MATERIALES

ESTABILIZADOS

QUÍMICAMENTE

MATERIALES ESTABILIZADOS QUÍMICAMENTE

El método incluye en esta categoría los siguientes materiales

de base estabilizada:

—Concreto pobre

—Grava cemento

—Suelo cemento

—Cemento – cal- ceniza volante

—Suelos estabilizados con cal

Los datos de entrada requeridos para todas las

estabilizaciones son los mismos

Se requiere información sobre tres tipos de propiedades:

generales, de resistencia y térmicas


1

2

3


1 – PROPIEDADES GENERALES

Tipo de material: se identifica el material por emplear

Espesor de capa: espesor de capa estabilizada elegido

para el tanteo de diseño

Peso unitario: peso por unidad de volumen según

pruebas de laboratorio

Relación de Poisson:

Concreto pobre y grava cemento 0.10 – 0.20

Suelo cemento 0.15 – 0.35

Materiales con cal y ceniza volante 0.15 – 0.15

Suelo estabilizado con cal 0.15 – 0.20


Requieren el módulo elástico:

—Concreto pobre

—Grava cemento

—Base abierta estabilizada con cemento

—Suelo cemento

—Cal – cemento – ceniza volante

Requieren el módulo resiliente:

—Suelos estabilizados con cal

2 – PROPIEDADES DE RESISTENCIA

Módulo elástico o módulo resiliente

Los valores de módulo corresponden a 28 días de curado



Módulo elástico o módulo resiliente (Nivel 1)

Las pruebas se deben efectuar sobre mezclas con el

contenido óptimo de estabilizante según diseño, a la

densidad máxima y con la humedad óptima

El estado de esfuerzos de las muestras se estima a partir

del análisis estructural o el tanteo de diseño




En el Nivel 3 los valores se estiman por experiencia o

registros históricos



Mínimo módulo elástico o módulo resiliente

Esta información sólo se precisa en el diseño de

pavimentos asfálticos, debido al deterioro de los

materiales semi rígidos bajo las aplicaciones repetidas de

las cargas del tránsito



Resistencia a la flexión para diseño

Esta información sólo se precisa en el diseño de


La vida a fatiga de un material estabilizado cementado

está ligada a los esfuerzos críticos de flexión inducidos en

la capa

El valor requerido de resistencia a flexión es el

correspondiente a 28 días de curado

La calidad de la información por suministrar depende

del nivel jerárquico de datos



Resistencia a la flexión para diseño (Nivel 1)




En este nivel se recomienda obtenerla por correlación

con la resistencia a compresión inconfinada




En el Nivel 3 los valores se estiman por experiencia o

registros históricos


3 – PROPIEDADES TÉRMICAS

Conductividad térmica: es una medida de la capacidad del

material para conducir uniformemente el calor a través de su

masa cuando las dos caras del material están bajo una

temperatura diferencial. Se define como la relación entre el

flujo de calor y el gradiente térmico

Capacidad calórica: es la cantidad de calor requerida para

elevar en un grado la temperatura de una unidad de masa del

material


3 – PROPIEDADES TÉRMICAS

VALORES RECOMENDADOS DE K y Q

MATERIALES

NO LIGADOS


MATERIALES NO LIGADOS

La pantalla de entrada es común para todos los

materiales no ligados, independientemente de si actúan

como base, subbase o subrasante

En todos los casos, el usuario deberá identificar el tipo de

material y el espesor de la capa que se está considerando

Las propiedades requeridas de estos materiales para el

diseño del pavimento son:

—Propiedades de resistencia

—Propiedades para el modelo climático (ICM)


Se debe obtener de pruebas triaxiales cíclicas sobre

muestras representativas (Protocolo NCHRP 1-28 o

norma AASHTO T307)

El estado de esfuerzos por reproducir en el laboratorio

debe representar el rango de esfuerzos dentro del cual se

espera que se encuentre sometido el material en el

pavimento, bajo las cargas móviles del tránsito


Módulo resiliente (Nivel 1)


El modelo generalizado para expresar el módulo en el

procedimiento de diseño es el siguiente:



Mr = módulo resiliente, psi

θ = estado total de esfuerzos = σ1 + σ2 + σ3

Pa = presión atmosférica

k1, k2, k3 = constantes de regresión

τoct = esfuerzo octaédrico de corte




Respecto de las constantes de regresión k1, k2 y k3 la

guía brinda al usuario 2 opciones para efectuar el ajuste

estacional del módulo:

Opción 1: Colocar un valor representativo de las

constantes y permitir que el modelo climático (EICM)

haga los ajustes por efecto del clima estacional

Opción 2: Introducir cada una de las constantes para cada

uno de los 12 meses del año




OPCIÓN 1 OPCIÓN 2




La guía usa correlaciones entre el módulo e índices del

suelo y otra propiedades de resistencia




Respecto de la consideración sobre la variación del

módulo durante el año, la guía brinda al usuario 2

opciones:

Opción 1: Colocar un valor representativo del módulo o

de algún otro índice del suelo y permitir que el modelo

climático (EICM) haga los ajustes por efecto del clima

estacional

Opción 2: Introducir el valor del módulo o de otros

índices de resistencia del suelo para cada uno de los 12

meses del año




OPCIÓN 1 OPCIÓN 2




En el Nivel 3 el introduce un valor por defecto a partir

de la clasificación del suelo

Este valor asignado es representativo para la humedad

óptima del material

El EICM realiza todas las modificaciones requeridas

por efecto del clima

El usuario tiene la opción de especificar que el Mr

representativo es el valor de diseño y no que desea que

sea afectado por el modelo de clima




VALORES TÍPICOS DE Mr EN FUNCIÓN DE LA

CLASIFICACIÓN AASHTO



Relación de Poisson (Nivel 1)

Se puede calcular a partir de los datos que se obtienen

en el ensayo triaxial cíclico para hallar Mr



Aplicar correlaciones determinadas localmente. La guía

no recomienda ninguna

Utilizar valores típicos de tablas de la bibliografía



Coeficiente de presión lateral (K0)

Expresa la relación entre la presión lateral de tierras y la

presión vertical

Se puede estimar mediante los siguientes modelos:

—Materiales no cohesivos

—Materiales cohesivos




VALORES TÍPICOS DEL ÁNGULO DE FRICCIÓN INTERNA (Φ)

Y DEL COEFICIENTE DE PRESIÓN LATERAL (K0)


2 – PROPIEDADES PARA EL MODELO CLIMÁTICO

Los datos que se introducen en la tabla ICM son usados

por el modelo de clima para la predicción de los perfiles

de temperatura y humedad a través de la estructura del

pavimento

Los datos requeridos son los mismos para los 3 niveles

jerárquicos de “inputs”

Si en la pantalla de “Propiedades de Resistencia” el

usuario aplicó la opción de no utilizar los datos de entrada

ICM, todos los datos que se incluyan en la tabla del

modelo climático (ICM) serán ignorados por el programa



Parámetros básicos

Parámetros calculados o derivados

Índice plástico

Granulometría (% pasa tamices # 4 y 200; D60)

Densidad seca máxima

Gravedad específica de sólidos

Conductividad hidráulica saturada

Humedad óptima



2.1

2.2

2.3

2.4



2.1 Parámetros básicos

Para la determinación de estos parámetros no existen

niveles jerárquicos, por lo cual su determinación se debe

realizar siempre mediante el Nivel 1:

—Índice plástico: normas de ensayo AASHTO T89 y T90

—Granulometría: norma de ensayo AASHTO T27



Densidad seca máxima y humedad óptima (Nivel 1):

—Norma de ensayo AASHTO T180 para capas de base

—Norma de ensayo AASHTO T99 para otras capas

2.2 Parámetros calculados o derivados




—Humedad óptima





—Densidad seca máxima




Gravedad específica de sólidos

Nivel 1

—Norma de ensayo AASHTO T100


Nivel 2

Nivel 3

—No aplica



Conductividad hidráulica saturada

Nivel 1

—Norma de ensayo AASHTO T215


Nivel 2



El usuario debe indicar la compactación que se brindará

a la capa durante la fase de construcción

La guía de diseño realiza internamente los ajustes al

coeficiente de presión lateral a causa de la compactación,

la cual afecta las características de deformabilidad

experimentadas por la capa, para un determinado nivel de

cargas aplicadas

2.3 Compactado o no compactado



La curva característica del agua en el suelo (SWCC)

define la relación entre el contenido de agua y la succión

para un suelo

El trabajo consiste en determinar los 4 parámetros de la

ecuación de Fredlung y Xing (af, bf, cf y hr), a partir de los

cuales el software del programa genera la función para

determinar la succión con cualquier contenido de agua del

suelo

2.4 Parámetros de la curva característica del agua en el suelo



ECUACIÓN DE FREDLUNG Y XING


θw = contenido volumétrico de agua

θsat = contenido volumétrico de agua, suelo saturado

h = succión, psi




(Nivel 1)

Para diferentes contenidos volumétricos de agua (θw),

medir la succión (h). AASHTO no recomienda protocolo

de ensayo

Determinar la densidad máxima y la humedad óptima

del suelo mediante el ensayo Proctor (AASHTO T99 o

T180, según el caso)

Determinar la gravedad específica de sólidos, Gs

(AASHTO T100)




(Nivel 1)

Mediante fórmulas internas, el programa calcula los

parámetros del modelo: af, bf, cf y hr, usando la fórmula

de Fredlund y King y los pares de valores de succión y

contenido volumétrico de agua (h, θw)

El modelo EICM generará la función SWCC para

cualquier contenido de agua




(Nivel 2)

Determinar la densidad máxima y la humedad óptima

del suelo mediante el ensayo Proctor (AASHTO T99 o

T180, según el caso)

Determinar la gravedad específica de sólidos, Gs

(AASHTO T100)

Determinar el índice plástico (AASHTO T89 y T90)

Determinar el D60 y el % que pasa tamiz 200 (P200) del

suelo (AASHTO T27)




(Nivel 2)

A partir de los datos anteriores y empleando

correlaciones, el programa calcula los parámetros del

modelo: af, bf, cf y hr

El modelo EICM generará la función SWCC para

cualquier contenido de agua, como en el caso del Nivel 1




(Nivel 3)

En este nivel se procede como en el Nivel 2, salvo que

el valor Gs no se determina mediante ensayo de

laboratorio, sino con la expresión:


RESUMEN GENERAL


ROCA MADRE

ROCA MADRE

La pantalla permite al usuario indicar la presencia de la

roca madre y suministrar los datos de entrada para tener

en cuenta su efecto en el análisis del tanteo de diseño

ROCA MADRE

Existen dos opciones:

—Roca masiva y continua

—Roca intemperizada y fracturada

PROPIEDADES GENERALES

Tipo de material

Espesor de capa

Se debe indicar su espesor si está a poca profundidad o

marcar la casilla correspondiente a “última capa”

Peso unitario

Indicar el valor correspondiente

ROCA MADRE

Nivel 1: no es aplicable

Niveles 2 y 3:



ROCA MADRE

Niveles 1y 2: no son aplicables

Nivel 3:


Módulo resiliente

RESUMEN DE

DATOS DE

ENTRADA

GUÍA AASHTO

RESUMEN DE DATOS DE ENTRADA

PAVIMENTO FLEXIBLE

RESUMEN DE DATOS DE ENTRADA

PAVIMENTO RÍGIDO

MÓDULO DE

ANÁLISIS

EMPÍRICO -

MECANÍSTICO

GUÍA AASHTO

ANÁLISIS EMPÍRICO - MECANÍSTICO

CÓMPUTO ANALÍTICO

En las pantallas iniciales se ha requerido información

sobre los meses de construcción y de apertura al tránsito

Ello permite al EICM coordinar los datos ambientales a

las condiciones estacionales de temperatura y humedad

esperadas

De esta manera, el programa calcula los perfiles de

temperatura y humedad a través de la profundidad del

pavimento y aplica el tránsito anticipado en cada período

al modelo estructural afectado por el efecto del clima, de

manera de ir evaluando el deterioro del pavimento en un

proceso de progresión en el tiempo


PERFIL HORARIO DE TEMPERATURA

PARA CAPAS ASFÁLTICAS


CÓMPUTO ANALÍTICO

En un instante t = t0

1. Se generan los perfiles de temperatura y humedad

2. Se define el espectro de cargas para el siguiente

incremento de tiempo (Δt)

3. Se realiza un análisis estructural para estimar los

esfuerzos y deformaciones críticas en la estructura

4. Se realiza un análisis complementario para determinar

los esfuerzos y deformaciones por causas diferentes a las

cargas (por ejplo, por gradientes térmicos y de humedad)

Proceso de progresión en el tiempo


CÓMPUTO ANALÍTICO


5. Se combinan los esfuerzos y deformaciones críticos por

las cargas y por los otros factores

6. Se computan los incrementos de deterioro del

pavimento con base en los esfuerzos y deformaciones

críticas (o en sus incrementos). Ello se realiza a partir

de modelos determinísticos o empíricos e incluyen

agrietamiento, ahuellamiento, escalonamiento, IRI, etc



CÓMPUTO ANALÍTICO


7. Se estiman los cambios en los parámetros iniciales de

los materiales a causa del daño incremental de la

estructura. Por ejemplo, si una capa estabilizada con

cemento que originalmente tenía un módulo de

2,400,000 psi y ha sido sobreesforzada y agrietada en

este intervalo de tiempo, el valor de éste se reduce

8. Se incrementa la escala de tiempo a t = t0 + Δt y se

repite el ciclo



CÓMPUTO ANALÍTICO

Se analiza si la acumulación de deterioros durante el

período de diseño del pavimento satisface los criterios

de comportamiento:

— En caso afirmativo, la estrategia tentativa de

diseño es viable

— En caso negativo, se deberá modificar la estrategia

y repetir el procedimiento

Acumulación de deterioros


CÓMPUTO ANALÍTICO

Evolución de algunos parámetros de diseño


CÓMPUTO ANALÍTICO

Localización de los puntos de análisis para cálculo de deterioros

PAVIMENTO FLEXIBLE


CÓMPUTO ANALÍTICO


PAVIMENTO FLEXIBLE

El modelo de respuesta del pavimento debe buscar la

localización que produce el mayor deterioro para cada

respuesta del pavimento, de acuerdo con la configuración

del sistema de carga actuante (simple o múltiple)

El software define unos puntos donde es probable que

ocurra el mayor deterioro bajo el tránsito mezclado y

realiza los cálculos correspondientes en ellos, basando

luego la predicción de comportamiento en las condiciones

de ubicación que producen el máximo deterioro


CÓMPUTO ANALÍTICO


PAVIMENTO FLEXIBLE

PLANTA PROFUNDIDAD


CÓMPUTO ANALÍTICO


PAVIMENTO RÍGIDO


CÓMPUTO ANALÍTICO


PAVIMENTO DE CONCRETO SIMPLE –AGRIETAMIENTO

TRANSVERSAL DE ABAJO HACIA ARRIBA


CÓMPUTO ANALÍTICO


PAVIMENTO DE CONCRETO SIMPLE –AGRIETAMIENTO

TRANSVERSAL DE ARRIBA HACIA ABAJO


CÓMPUTO ANALÍTICO


PAVIMENTO DE CONCRETO SIMPLE – ESCALONAMIENTO

INCREMENTOS DE LOS DETERIOROS

En el instante t = 0 todos los deterioros son iguales a

cero, excepto el IRI, el cual se ajusta al valor incluido en

la pantalla sobre parámetros de análisis del pavimento

A medida que el tiempo se incrementa, el estado de

esfuerzos en el pavimento va siendo aplicado a unas

relaciones semi empíricas (funciones de transferencia)

que estiman el desarrollo de los deterioros:

Deterioros (instante t+ Δt) = Deterioro (instante t) + Δ deterioro


DETERIOROS DE UN PAVIMENTO ASFÁLTICO


DETERIOROS DE UN PAVIMENTO RÍGIDO


FUNCIONES DE TRANSFERENCIA

Ahuellamiento de pavimentos asfálticos



Agrietamiento por fatiga de capas asfálticas



Agrietamiento térmico (transversal) de capas asfálticas



Agrietamiento transversal de un pavimento rígido

El número de aplicaciones de carga (ni,j,k,l,m,n) es el

número real de ejes de tipo k de determinado nivel l que

pasan a través de la huella de tránsito n bajo cada

condición de edad i, estación j y diferencia de

temperatura m

El número admisible de repeticiones de carga (Ni,j,k,l,m,n)

es el número de ciclos de carga al cual se espera la falla

por fatiga (50% de la losa agrietada) y es función del

esfuerzo aplicado y del módulo de rotura del concreto



Agrietamiento transversal de un pavimento rígido



Escalonamiento de un pavimento rígido (Faulting)

El escalonamiento se predice mediante una

aproximación por incrementos

Se determina un incremento mensual y el nivel del

escalonamiento real afecta la magnitud del incremento

El escalonamiento en cada mes (Faultm) se determina

como la suma de todos los incrementos de

escalonamiento desde que el pavimento se puso al

servicio



Escalonamiento de un pavimento rígido (Faulting)



Rugosidad (IRI)

El IRI se computa para cada tipo de pavimento y

combinación de materiales, con base en una regresión

lineal usando la calibración nacional del LTPP

Las relaciones generales son de la forma:


IRI = IRI0 + Δ IRI

Δ IRI = f (Dj , Sf)

IRI0 = rugosidad del pavimento nuevo

Dj = efecto de los deterioros superficiales

Sf = efecto de variables no relacionadas con deterioros

superficiales o Factor de Sitio


Rugosidad en pavimentos flexibles (IRI)


IRI = IRI0 + 0.03670(SF)[eage/20 -1] + 0.00325(FC) + 0.4092(COVRD/100)

+ 0.00106(TC) + 0.00704(BC) + 0.00156(SLCNWPMH)

SF = factor de sitio

eage/20-1 = factor de edad

FC = agrietamiento por fatiga

RD = ahuellamiento

SDRD = desviación estándar del ahuellamiento

TC = longitud de las grietas transversales

BC = área de agrietamiento en bloque

SLCNWPMH = longitud de grietas longitudinales selladas, por fuera de la huella

de tránsito

RD

RD..

RD

SDCOV RD

RD

212606650


Rugosidad en pavimentos rígidos (IRI)


IRI = IRI0 + 0.0823(CRK)+ 0.442(SPALL) +

1.4929(TFAULT) + 25.24(SF)

CRK = porcentaje de losas con grietas transversales y de

esquina

SPALL = porcentaje de juntas con descascaramientos de

severidad media y alta

TFAULT = total de escalonamiento en las juntas, pulgadas/milla

AGE = edad del pavimento, años

FI = índice de congelamiento, ºF días

P0.075 = pasante del tamiz # 200 del suelo de subrasante

GUÍA AASHTO

MÓDULO DE

SALIDAS

MÓDULO DE SALIDAS

Las salidas se dan en formatos de Excel e incluyen:

— Un resumen de los datos de entrada, incluyendo

variables secundarias e índices basados en los “inputs”

— Una tabla resumen que muestra la evolución de los

diferentes índices de deterioro

— Una tabla resumen que compara los valores finales de

los deterioros con los criterios de comportamiento

— Una tabla resumen de la evolución de los parámetros

que varían con el tiempo o con la temperatura

— Para cada tipo de deterioro:

† Una tabla resumen de su evolución en el tiempo

† Una gráfica de su evolución en el tiempo

MÓDULO DE SALIDAS

RESUMEN DE DETERIOROS EN PAVIMENTO FLEXIBLE

MÓDULO DE SALIDAS

EVOLUCIÓN DEL AGRIETAMIENTO PIEL DE COCODRILO

MÓDULO DE SALIDAS

EVOLUCIÓN DEL AGRIETAMIENTO LONGITUDINAL

(ARRIBA –ABAJO)

MÓDULO DE SALIDAS

EVOLUCIÓN DEL AGRIETAMIENTO TÉRMICO

MÓDULO DE SALIDAS

EVOLUCIÓN DEL AHUELLAMIENTO

MÓDULO DE SALIDAS

EVOLUCIÓN DEL IRI

MÓDULO DE SALIDAS

RESUMEN DE CONFIABILIDAD – PAVIMENTO FLEXIBLE

MÓDULO DE SALIDAS

RESUMEN DE DETERIOROS EN PAVIMENTO RÍGIDO

MÓDULO DE SALIDAS

EVOLUCIÓN DEL ESCALONAMIENTO

MÓDULO DE SALIDAS

EVOLUCIÓN DEL AGRIETAMIENTO DE LOSAS

MÓDULO DE SALIDAS

EVOLUCIÓN DEL IRI

MÓDULO DE SALIDAS

RESUMEN DE CONFIABILIDAD – PAVIMENTO RÍGIDO

GUÍA AASHTO

RESUMEN DEL

PROCESO DE

DISEÑO

RSEUMEN DEL PROCESO DE DISEÑO

GUÍA AASHTO

ANÁLISIS DE

SENSIBILIDAD

ANÁLISIS DE SENSIBILIDAD

El análisis de sensibilidad permite al ingeniero identificar el

nivel de importancia que tiene cada uno de los datos de

entrada (inputs) sobre el resultado del diseño del pavimento

Centenares de corridas de los programas de diseño de

pavimentos flexibles y de concreto simple, permitieron al

Departamento de Transporte de Iowa conocer los efectos de

las diversas variables sobre:

— Agrietamiento longitudinal, piel de cocodrilo y

térmico, ahuellamiento y lisura (IRI) de los pavimentos

flexibles

— Escalonamiento, agrietamiento y lisura (IRI) de los

pavimentos de concreto simple


SENSIBILIDAD EN EL


FLEXIBLES

SENSIBILIDAD EN EL DISEÑO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES

SENSIBILIDAD DEL AGRIETAMIENTO LONGITUDINAL

(ARRIBA-ABAJO) A LOS DATOS DE ENTRADA

EFECTO DEL GRADO DEL ASFALTO SOBRE EL

AGRIETAMIENTO LONGITUDINAL (ARRIBA-ABAJO)


EFECTO DEL TIPO DE SUBRASANTE SOBRE EL

AGRIETAMIENTO LONGITUDINAL (ARRIBA-ABAJO) DE UN

PAVIMENTO FLEXIBLE


SENSIBILIDAD DEL AGRIETAMIENTO PIEL DE COCODRILO

(ABAJO-ARRIBA) A LOS DATOS DE ENTRADA


EFECTO DEL TIPO Y MÓDULO DE LA BASE SOBRE EL

AGRIETAMIENTO PIEL DE COCODRILO


EFECTO DEL ESPESOR DE LA SUBBASE SOBRE EL

AGRIETAMIENTO PIEL DE COCODRILO


SENSIBILIDAD DEL AGRIETAMIENTO TRANSVERSAL

(TÉRMICO) A LOS DATOS DE ENTRADA


EFECTO DE LAS PROPIEDADES VOLUMÉTRICAS DE LA

MEZCLA SOBRE EL AGRIETAMIENTO TRANSVERSAL


SENSIBILIDAD DEL AHUELLAMIENTO DEL CONCRETO

ASFÁLTICO A LOS DATOS DE ENTRADA


EFECTO DEL VOLUMEN DE TRÁNSITO SOBRE EL

AHUELLAMIENTO DEL CONCRETO ASFÁLTICO


EFECTO DEL GRADO DEL ASFALTO SOBRE EL

AHUELLAMIENTO DEL CONCRETO ASFÁLTICO


SENSIBILIDAD DEL AHUELLAMIENTO DE LA BASE Y LA

SUBBASE A LOS DATOS DE ENTRADA


EFECTO DEL TRÁNSITO SOBRE EL AHUELLAMIENTO DE

UNA CAPA DE BASE


SENSIBILIDAD DEL AHUELLAMIENTO DE LA

SUBRASANTE A LOS DATOS DE ENTRADA


EFECTO DEL TRÁNSITO SOBRE EL AHUELLAMIENTO DE

UNA SUBRASANTE


SENSIBILIDAD DEL AHUELLAMIENTO TOTAL A LOS

DATOS DE ENTRADA


EFECTO DEL TRÁNSITO SOBRE EL AHUELLAMIENTO

TOTAL DE UN PAVIMENTO ASFÁLTICO


EFECTO DEL ESPESOR DE LA SUBBASE SOBRE EL

AHUELLAMIENTO TOTAL DE UN PAVIMENTO ASFÁLTICO


SENSIBILIDAD DE LA LISURA A LOS DATOS DE ENTRADA


EFECTO DEL TIPO Y MÓDULO DE LA BASE SOBRE LA

LISURA (IRI) DE UN PAVIMENTO ASFÁLTICO



SENSIBILIDAD EN EL

DISEÑO DE

PAVIMENTOS RÍGIDOS

SENSIBILIDAD DEL ESCALONAMIENTO A LOS DATOS DE ENTRADA

SENSIBILIDAD EN EL DISEÑO DE PAVIMENTOS RÍGIDOS

EFECTO DE LA PRESENCIA DE VARILLAS DE

TRANSFERENCIA SOBRE EL ESCALONAMIENTO


EFECTO DE LA DIFERENCIA EFECTIVA DE

TEMPERATURA SOBRE EL ESCALONAMIENTO


EFECTO DE LA LOCALIZACIÓN DE LA HUELLA DE

CIRCULACIÓN SOBRE EL ESCALONAMIENTO


SENSIBILIDAD DEL AGRIETAMIENTO A LOS DATOS DE ENTRADA


EFECTO DE LA SEPARACIÓN ENTRE JUNTAS

TRANSVERSALES SOBRE EL AGRIETAMIENTO


SENSIBILIDAD DE LA LISURA A LOS DATOS DE ENTRADA


EFECTO DE LA DIFERENCIA EFECTIVA DE

TEMPERATURA SOBRE EL IRI


EFECTO DE LA SEPARACIÓN ENTRE JUNTAS

TRANSVERSALES SOBRE EL IRI


Curso Basico de Pavimentos - Sabogal

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