Generalidades

de los

Pavimento

Generalidades de los pavimentos

Un pavimento es el conjunto de capas entre la subrasante y la superficie de

rodamiento que reciben en forma directa las cargas del trnsito y las transmiten a

los estratos inferiores en forma disipada, proporcionando una superficie de

rodamiento, la cual debe funcionar eficientemente. Dependiendo del tipo de

pavimento se clasifica en pavimento asfltico o flexible y de concreto hidrulico

o rgido. Este ltimo en ocasiones presenta un armado de acero, tiene un

costo inicial ms elevado que el flexible, su periodo de vida varia entre 20 y 40

aos; el mantenimiento que requiere es mnimo y solo se efecta generalmente en

las juntas de las losas.

La principal diferencia entre el pavimento asfltico y el hidrulico es la

forma como reparten las cargas como se observa en la Figura 1. Desde el

punto de vista de diseo, los pavimentos flexibles estn formados por

una serie de capas y la distribucin de la carga est determinada por las

caractersticas propias del sistema de capas. Los rgidos tienen un gran mdulo de

elasticidad y distribuyen las cargas sobre un rea grande

Figura 1. Esquema de comportamiento de un pavimento flexible y rgido

En un pavimento rgido, debido a la rigidez de la losa de concreto

se produce una buena distribucin de las cargas de las ruedas de los vehculos,

dando como resultado tensiones muy bajas en la subrasante. En un pavimento

flexible, el concreto asfltico, al tener menor rigidez, se deforma y transmite

tensiones mayores en la subrasante.

Los pavimentos de disean en funcin del efecto del dao que produce el

paso de un eje con una carga y para que resistan un determinado nmero

de cargas aplicadas durante su vida til.

Un pavimento rgido, adems de cumplir con resistir los esfuerzos,

debe tener el espesor suficiente que permita introducir en los casos

ms desfavorables solo deflexiones pequeas a nivel del suelo del terreno

de cimentacin y cada nivel estructural apto para resistir los esfuerzos a los

que est sometido.

Definicin de pavimentos

Un pavimento puede definirse como la capa o conjunto de capas de

materiales apropiados, comprendidos entre el nivel superior de las terraceras

(subrasante) y la superficie de rodamiento, cuyas principales funciones son las de

proporcionar una superficie de rodamiento uniforme, de calor y textura apropiados,

resistente a la accin del trnsito, a la del intemperismo y otros agentes

perjudiciales; asi como de transmitir adecuadamente los esfuerzos a la

subrasante, de modo que esta no se deforme de manera perjudicial.

Funcin de los pavimentos

1. Pavimento flexible

Sub-Base: Para muchos, una de las principales funciones de esta capa en

un pavimento exible es de carcter econmico. Se trata de formar el

espesor requerido del pavimento con el material ms barato posible. Todo

el espesor podra construirse con un material de alta calidad, como el usado

en la base, pero se preere hacer aquella ms delgada y sustituirse en

parte por una sub-base de menor calidad, aun cuando esto traiga consigo

un aumento en el espesor total del pavimento, pues, naturalmente cuando

menor sea la calidad del material colocado ser mayor el espesor necesario

para soportar los esfuerzos transmitidos.

Sus funciones son la de resistir las cargas de trnsito y transmitirlas

adecuadamente a las terraceras.

Otra funcin consiste en servir de transicin entre el material de base,

generalmente granular ms o menos grueso y la propia subrasante. La sub-

base, ms na que la base, acta como ltro de esta e impide su

incrustacin en la subrasante.

La sub-base tambin se coloca para absorber deformaciones perjudiciales

en la subrasante, por ejemplo cambios volumtricos asociados a cambios

de humedad, impidiendo que se reejen en la supercie del pavimento.

Otra funcin de esta capa es la de actuar como dren para desalojar el agua

que se inltre a travs de las capas superiores, y para impedir la ascensin

capilar hacia la base de agua procedente de la terracera.

Base: Hasta cierto punto existe en la base una funcin econmica anloga

comentada para el caso de la sub-base, pues permite reducir el espesor de

la carpeta que viene a ser la capa ms costosa. Pero la funcin

fundamental de esta capa consiste en proporcionar un elemento resistente

que transmita a la sub-bese y a la subrasante los esfuerzos producidos por

el trnsito en una intensidad apropiada. La base en muchos casos debe

tambin el agua que se introduzca a travs de la carpeta o por los

acotamientos del pavimento, as como impedir la ascensin capilar.

Carpeta: La carpeta debe de proporcionar una supercie de rodamiento

adecuada con textura y color convenientes y resistir los efectos abrasivos

del trco hasta donde sea posible ya que estar en contacto directo con l;

adems debe impedir hasta cierta medida el paso del agua a las capas

inferiores.

2. Pavimento rgido

Sub-Base: Sus funciones son anlogas a la misma en un pavimento

exible y sirve tambin para proporcionar una superficie uniforme que sirva

de apoyo a la losa y facilite su colado; protege tambin a la losa de cambios

volumtricos en la subrasante, que de otra manera induciran esfuerzos

adicionales a aquella. En este caso, la Sub-Base no tiene ningn fin

estructural pues la losa debe ser suciente para soportar las cargas.

Losa: Las funciones de la losa en el pavimento rgido son las mismas de la

carpeta en el exible, ms la funcin estructural de soportar y transmitir en

nivel adecuado las cargas que se le apliquen.

Caractersticas de los pavimentos

Regularidad superficial: Est referida a las deformaciones, tanto

longitudinales como transversales, con respecto a la superficie ideal. Provoca

movimientos verticales en la suspensin de los vehculos y por lo mismo la que

genera ms incomodidad a los usuarios y a su vez la que ms afecta a los costos

de operacin vehicular. Afecta tambin en la seguridad ya que las deformaciones

pueden provocar descontrol al conductor adems de dificultar el desalojo de agua

de la superficie de rodamiento con lo cual se incrementa el riesgo de acuaplaneo.

Resistencia al derrapamiento: La textura de la superficie de rodamiento

debe ser tal que aporte un coeficiente de friccin suficiente para la operacin

eficiente de los vehculos a la velocidad de proyecto de la va an en presencia de

precipitaciones.

Drenaje superficial: La combinacin de regularidad superficial, pendiente

transversal y textura debe evitar que se presente una lmina de agua en la

superficie del pavimento, ya que esta facilita el fenmeno de acuaplaneo adems

de que el roco que generan las llantas de un vehculo al circular reducen a la

visibilidad de los que lo siguen.

Reducir el ruido: El ruido es un problema ambiental que genera problemas serios

en la salud, un pavimento bien diseado y construido puede reducir el ruido de

manera considerable el ruido que se percibe tanto en el interior de los vehculos

como en su entorno.

Clasificacin de los pavimentos

La clasicacin de pavimentos est sujeta a las limitaciones inherentes a las

tcnicas de clasicacin. Histricamente, los pavimentos han sido divididos en dos

categoras: Flexibles y Rgidos.

Pavimentos Flexibles: Consisten de una supercie de desgaste o carpeta

relativamente delgada construida sobre unas capas ( Base y Sub-Base),

poyndose este conjunto sobre la subrasante compactada, de manera que

la sub-base, base y supercie de desgaste carpeta son las componentes

estructurales de este tipo de pavimento (ver gura 2)

Pavimentos Rgidos: Consisten en una losa de concreto hidrulico y

pueden o no tener una capa sub-base entre la losa y la subrasante (Ver

gura 3).

Criterios y normas que se deben en cuenta en el diseo de pavimentos

Para el diseo y construccin se debe de tomar en cuenta principalmente

las siguientes normas:

Norma Venezolana COVENIN: 2000:1987 Sector Construccin.

Especificacin.Codificaciones y Mediciones. Parte 1: Carreteras.

Norma Venezolana COVENIN: 2000:1991 Sector Construccin.

Codificacin DePartidas Para Presupuestos. Parte 1. Carreteras.

Norma Venezolana COVENIN: 3:2-001 Carreteras. Pavimentos.

ConcretoAsfltico. Requisitos

Norma Venezolana COVENIN: 3:2-002 Carreteras Pavimentos. Concreto

Asfltico. Especificaciones Y Mediciones

Cemento asfaltico (MOP-M201): El cemento asfaltico debe ser de una de las

siguientes penetraciones: 60, 70, 85, 100, 120, 150 y debe satisfacer los requisitos

siguientes, correspondientes al tipo escogido.

Requisitos generales: El cemento asfaltico debe ser preparado por refinacin del

petrleo, debe ser de naturaleza uniforme y no debe formar espuma al ser

calentado a 175 c

Asfalto lquidos de curado rpido (COVENIN 1471)

Requisitos General: El materia asfaltico no debe formar espuma al ser calentado

a la temperatura de aplicacin indicada en la especificacin seleccionada.

Asfalto lquidos de curado medio (COVENIN 1471)

Requisitos General: El material asfaltico no debe formar espuma al ser calentado

a la temperatura de aplicacin indicada en la especificacin seleccionada.

Asfalto lquidos de curado lento (COVENIN 1471)

Requisitos Generales: El material asfaltico no debe formar espuma al ser

calentado a la temperatura de aplicacin indicada en la especificacin

seleccionada.

Componentes de un pavimento

Se puede considerar que la estructura de un pavimento est formada por

una superestructura encima de una fundacin, esta ltima debe ser el resultado de

un estudio geotcnico adecuado. En los pavimentos camineros, la superestructura

est constituida por la capa de revestimiento y la capa base; la fundacin est

formada por las capas de sub-base y suelo compactado. En el siguiente esquema

se muestra los componentes bsicos de un pavimento asfltico

Donde:

1) Capa de Rodadura.

2) Capa Base.

3) Capa Sub-base.

4) Suelo Compactado.

5) Subrasante.

6) Sub-drenaje longitudinal.

7) Revestimiento de Hombreras.

8) Sub-base de Hombreras

Caractersticas de cada una de las capas que conforman un pavimento

Capa Base:

Reduce las tensiones verticales que las cargas por eje ejercen sobre las

capas sub-base y suelo natural.

Reduce las deformaciones de traccin que las cargas por eje ejercen a la

capa de revestimiento asfltico.

Permite el drenaje del agua que se infiltra en el pavimento, a travs de

drenajes laterales longitudinales.

Capa Sub-base:

Est constituida por un material de capacidad de soporte superior a la del

suelo compactado y se utiliza para permitir la reduccin del espesor de la

capa base.

Se coloca para absorber deformaciones perjudiciales en la subrasante, por

ejemplo cambios volumtricos asociados a cambio de humedad, impidiendo

que se reflejen en la superficie del pavimento.

Acta como dren para desalojar el agua que se infiltre a travs de las capas

superiores, y para impedir la ascensin capilar hacia la base.

Suelo Compactado:

Es el mismo suelo del terrapln, que esta escarificado y compactado una

cierta profundidad dependiendo de su naturaleza o de las especificaciones

del proyecto.

Subrasante:

Recibe y resiste las cargas del trnsito transmitida por la capa de pavimento

y transmitirlas en forma adecuada a las capas inferiores.

Evita que se contaminen las capas del pavimento cuando el cuerpo del

terreno sea de material fino o arcilloso.

Evita que sean absorbidas las capas superiores cuando se tienen

pedraplenes.

Evita que se reflejen las imperfecciones en los cortes hacia las capas de

pavimento para lograr espesores de pavimento constantes.

Sub-drenaje longitudinal:

Abatimiento de un nivel fretico.

Eliminacin de aguas de filtracin

Derivacin de fuentes de agua situadas debajo de la subrasante.

Control de calidad de los materiales

La bsqueda de un trasporte eficiente de pasajeros, turismo y productos

nos impulsa a llevar un mejor control de calidad sobre los materiales con los que

se construyen los caminos por donde transitan millones de usuarios diariamente.

Es por ello que en las obras viales durante todo su proceso constructivo es de

suma importancia verificar las propiedades de cada uno de los materiales

empleados y el desempeo de su combinacin al conformar las distintas capas del

pavimento.

La determinacin de las propiedades y desempeo de los materiales se

logra a partir de un conjunto de ensayos o pruebas establecidas precisamente

para comprobar que dichos materiales funcionen correctamente de acuerdo a

rangos, lmites y/o valores estndares para condiciones similares o equivalentes.

Por otro lado, la caracterizacin de dichos materiales se divide en dos campos de

la ingeniera: infraestructura civil e infraestructura vial.

Infraestructura civil: Caracterizacin y verificacin de las propiedades

fsico-mecnica de agregados, suelos, rocas, cementos, concretos, acero,

bloques, tuberas, etc.

Infraestructura vial: Caracterizacin, verificacin e investigacin de

materiales asflticos, mezclas asflticas, aditivos, emulsiones asflticas, bases

granulares, bases estabilizadas y cmo estos se comportan estructuralmente en

un pavimento flexible y/o rgido.

Criterio de anlisis de resistencia de los pavimentos

La metodologa terica para el anlisis de la resistencia de un pavimento es

proporcionada por la mecnica de suelos y es sabido, que en ese campo, las

teoras de falla de mayor aceptacin por hoy son las de el esfuerzo cortante; como

consecuencia, en el estudio de los pavimentos flexibles suele considerarse a los

mismo esfuerzos como la principal causa de falla desde el punto de vista

estructural.

Las teoras de capacidad de carga de la mecnica de suelos suelen

referirse a medios homogneos e istropos; la heterogeneidad de la estructura de

los pavimentos flexibles, as como su anisotropa, conducen a una primera

incertidumbre en el planteamiento terico de resistencia.

Adems de los esfuerzos cortantes actan en los pavimentos esfuerzos

adicionales producidos por la aceleracin y frenaje de los vehculos y esfuerzos de

tensin que se desarrollan en los niveles superiores de la estructura, a cierta

distancia del rea cargada, cuando esta se deforma verticalmente hacia abajo. De

hecho, el problema de la resistencia plantea en general en relacin con la

estructura los materiales del pavimento, pues aunque los materiales de la

terraceria sean de peor calidad, el espesor protector que el propio pavimento

representa hace que los esfuerzos que llegan a aquellos niveles alcancen valores

inferiores a la carga requerida para la falla de los suelos.

La determinacin de la resistencia de los materiales que constituya: un

pavimento es un problema difcil y no resuelto satisfactoriamente, influye en el no

solo el tipo de suelo y su tratamiento, si no tambin su interaccin con los efectos

de la intemperie de los que la variacin del contenido de agua es seguramente el

ms importante. Este contenido es necesario para el proyecto, que suele tender a

definir la resistencia en esa condicin crtica. Esta es otra de las incertidumbres

bsicas de diseo, que se ha resuelto a base de hiptesis ms o menos

justificadas por la experiencia, como considerar que el suelo llegar a saturarse,

adquirir una humedad de equilibrio, mantendr la humedad ptima de

compactacin u otra prxima a ella.

Otro factor que influye substancialmente en la resistencia de los materiales

es el tipo de carga que se les aplica y la velocidad con que ello se hace. Los

pavimentos estn sujetos a cargas mviles y los efectos de estas son menos

conocidos y diferentes que los de las cargas estticas; esto es otra fuente de

incertidumbre que se ha tratado de resolver en los anlisis tericos, admitiendo

que las cargas actuales son de tipo esttico. En las pruebas de laboratorio y en los

mtodos de diseo en ellas fundados, la situacin es un poco ms realista, pues si

bien las pruebas se realizan con cargas estticas o con velocidades de aplicacin

muy lentas, su correlacin para la obtencin de normas de criterio se hace con el

comportamiento real de los pavimentos bajo cargas mviles.

Esfuerzo en pavimentos rgidos y flexibles

Los esfuerzos se analizan en la losa de concreto y provienen de varios

efectos:

Por efecto de las cargas del trnsito: Localizaciones criticas 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 est en la bisectriz del angulo

de la esquina.

Factores que afectan un diseo de pavimento rgido y flexible

Caractersticas de los materiales que constituyen la terracera y la capa

subrasante: Los materiales que constituyen la terracera y la capa subrasante de

un camino o aeropista juegan un papel fundamental en el comportamiento y

espesor requerido de un pavimento flexible e influyen poco en el espesor de la

losa, pero bastante en su comportamiento en un pavimento rgido.

El Clima: El principal factor climtico que afecta a los pavimentos suele ser la

precipitacin pluvial, ya por su accin directa o por elevacin de las aguas

freticas. Frecuentemente en el diseo se plantean y construyen estructuras

adicionales de drenaje, aparte del drenaje normal que nunca podr faltar en la

obra vial o al empleo de diseos especiales para el pavimento. Las heladas, en

los climas rigurosos y en suelos susceptibles, pueden ser fuente de un gran

nmero de problemas en pavimentos. La temperatura y sus variaciones abruptas

afectan los diseos, sobre todo en losas de concreto pues inducen esfuerzos muy

importantes en tales estructuras.

El Transito: Produce las cargas a que el pavimento va a estar sujeto. En el diseo

de pavimentos es necesario conocer la magnitud de esas cargas, las presiones de

inflado de las llantas as como su rea de contacto, su disposicin y arreglo en el

vehculo, la frecuencia y numero de repeticiones de las cargas y las velocidades

de aplicacin.