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Pavimento: En ingeniería civil, el pavimento forma parte del firme y es la capa constituida por uno o más materiales que se colocan sobre el terreno natural o nivelado, para aumentar su resistencia y servir para la circulación de personas o vehículos. Entre los materiales utilizados en la pavimentación urbana, industrial o vial están los suelos con mayor capacidad de soporte, los materiales rocosos, el hormigón y las mezclas asfálticas. En la actualidad se encuentra en investigación pavimentos que ayudan al medio ambiente como el formado por noxer. Una de las primeras formas de pavimentación fue la calzada romana, construida en varias camadas. Esta gran obra de ingeniería logró que varios tramos hayan resistido durante siglos y se puedan encontrar inclusive hoy

DISEÑO DE PAVIMENTO: http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/lic/gutierrez_g_f/capitulo4.pdf FUNCIONES DE PAVIMENTO: http://tesis.uson.mx/digital/tesis/docs/2944/Capitulo2.pdf http://blog.vise.com.mx/funciones-de-las-capas-de-un-pavimento https://www.wikiteka.com/apuntes/pavimentos-1/ COMPONENTE DE UN PAVIMENTO: En la Figura I.1 se muestra esquemáticamente, los componentes principales de un pavimento asfáltico. Se puede considerar que la estructura de un pavimento esta formada por una superestructura encima de una fundación, esta última debe ser el resultado de un estudio geotécnico adecuado. En los pavimentos camineros, la superestructura está constituida por la capa de revestimiento y la capa base; la fundación está formada por las capas de sub-base y suelo compactado.

Figura I.1. Sección típica de un pavimento. Fuente: Instituto Tecnológico de Aeronáutica, Ingeniería de Pavimentos, Brasil, 2000.

Capa de Rodadura

5. Subrasante

Capa Base

6. Sub-drenaje longitudinal

Capa Sub-base

7. Revestimiento de Hombreras

Suelo Compactado

8. Sub-base de Hombreras

La capa de rodadura o revestimiento asfáltico tiene las siguientes funciones:

Impermeabilizar el pavimento, para que las capas subyacentes puedan mantener su capacidad de soporte. Proveer una superficie resistente al deslizamiento, incluso en una pista húmeda. Reducir las tensiones verticales que la carga por eje ejerce sobre la capa base, para poder controlar la acumulación de deformaciones plásticas en dicha capa. La capa base tiene las siguientes funciones:

Reducir las tensiones verticales que las cargas por eje ejercen sobre las capas sub-base y suelo natural. Reducir las deformaciones de tracción que las cargas por eje ejercen a la capa de revestimiento asfáltico. Permitir el drenaje del agua que se infiltra en el pavimento, a través de drenajes laterales longitudinales (Figura I.1). La capa sub-base esta constituida por un material de capacidad de soporte superior a la del suelo compactado y se utiliza para permitir la reducción del espesor de la capa base. La capa de suelo reforzado, puede estar presente en una estructura de pavimento, para poder reducir el espesor de la capa sub-base.

El suelo compactado, es el mismo suelo del terraplén, que esta escarificado y compactado una cierta profundidad dependiendo de su naturaleza o de las especificaciones del proyecto. SECCION TIPICA DE UN PAVIMENTO: Los elementos de la sección transversal de una carretera influyen sobre sus características operativas, estéticas y de seguridad. Esos elementos deben ser compatibles con los patrones ya establecidos de velocidad, capacidad, nivel de servicio, estética, seguridad y drenaje superficial. Los principales elementos de la sección transversal que condicionan esos patrones son: el ancho y número de carriles de circulación; el ancho y características de las bermas; las pendientes transversales de las calzadas y bermas; el ancho y características de los canteros centrales; los taludes de cortes y terraplenes; el sobre ancho de la calzada en las curvas horizontales los gálibos horizontales y la visibilidad en las curvas horizontales; las defensas necesarias para impedir o reducir los efectos de los accidentes causados por vehículos descontrolados; los dispositivos para el drenaje superficial. Sección transversal del camino.

A) Ancho del carril de circulación El ancho de carril generalmente proviene de la adición de un ancho de seguridad al ancho del vehículo tipo del proyecto. Este ancho de seguridad, depende de la velocidad de diseño, de la categoría del tramo de la carretera y de que la calzada tenga uno o ambos sentidos de circulación. Ancho de carril de circulación. Categoría de la carretera

Características

Velocidad directriz (Km/hr)

Ancho de carril (m)

O

Doble calzada

120 – 80

3.65 - 3.50

I.A

Doble calzada

120 – 70

3.65 - 3.50

I.B

Calzada simple

120 – 70

3.65 - 3.50

II

Calzada simple

100 – 50

3.65 - 3.35

III

Calzada simple

80 – 40

3.65 - 3.00

IV

Calzada simple

80 – 30

3.65 – 3.00

B) Ancho de Bermas Las bermas son las zonas longitudinales de la carretera comprendidas entre el borde exterior del pavimento y la cuneta. Generalmente es utilizada por los conductores para detener o estacionar sus vehículos momentáneamente. La determinación del ancho de las bermas, debe considerar el siguiente conjunto de valores: · La categoría de la carretera, el volumen de tránsito y sus características y la velocidad directriz del tramo. · La Topografía y la geología sobre la cual se desarrolla el trazado. · El clima de la zona y, particularmente, la precipitación pluvial. · La posibilidad futura de aumentar el ancho de la calzada. La consideración de estos factores, conduce a comparar los costos de construcción y mantenimiento de las bermas externas, los costos de mantenimiento de la calzada y los costos derivados del efecto sobre el nivel de servicio y la seguridad, de las distintas alternativas del proyecto de las bermas. Ancho de bermas. Categoría de la carretera

Características

Velocidad directriz (Km/hr)

Ancho de bermas (m)

O

Doble calzada

120 – 80

3.50 - 3.00

I.A

Doble calzada

120 – 70

3.50 - 2.50

I.B

Calzada simple

120 – 70

3.00 - 2.50

II

Calzada simple

100 – 50

3.00 - 2.00

III

Calzada simple

80 – 40

3.00 - 1.00

IV

Calzada simple

80 – 30

3.00 - 0.50

C) Pendientes transversales La pendiente transversal o bombeo es la inclinación que se da a la superficie de rodadura para evacuar rápidamente hacia los colectores y drenajes toda el agua superficial que cae sobre la superficie de rodadura; para drenar el agua superficial, se recomiendan los valores de inclinación en función a la calidad y tipo de superficie de rodadura. Valores de bombeo recomendables

Tipo de Pavimento

Pendiente Transversal (%)

O de Calzada Zona Húmeda Zona Seca Pavimento de Hormigón

2.00 – 1.50 2.00 – 1.50

Pavimento Flexible de Alta Calidad

2.50 – 2.00 2.00

Pavimentos Porosos

3.00 – 2.50 2.50 – 2.00

Calzadas no Pavimentadas

4.00 – 3-00 3.50 – 2.50

D) Taludes La determinación de las pendientes de los taludes depende de la aplicación de criterios de seguridad, estabilidad, mantenimiento, estética y economía. La inclinación adoptada en cada caso dependerá, también, de la naturaleza de los suelos, características geológicas y geotécnicas, y de las condiciones hidrológicas y de desagüe variables en cada sección de un tramo carretero. Los principales conceptos relativos a los criterios de seguridad, estética y economía, son los siguientes: · Principalmente por seguridad, un vehículo en emergencia que se desplace hacia el talud de terraplenes, debe tener pocas probabilidades de volcar. Esto se logra con pendientes de 1:4, siendo preferible la utilización de pendientes más suaves (1:6), lo que dependerá de la categoría y el volumen de tránsito de la carretera. · En general, a partir de alturas de terraplenes del orden de los 3 o 4 metros es recomendable la colocación de defensas que eviten la salida hacia el talud de un vehículo en emergencia. Estas alturas pueden ser menores, si los taludes tienen inclinaciones superiores a los anteriormente indicados. Hasta cierta altura, la elección de un talud suave sin defensa o uno más empinado con defensa, depende de un análisis económico donde se consideren los respectivos costos iniciales y posteriores de renovación y mantenimiento; en cambio, para alturas de terraplén donde se requiera defensa, la inclinación estará limitada por los criterios de estabilidad. · En las zonas en corte, el proyectista debe verificar que la inclinación del talud no interfiera la distancia mínima de visibilidad para frenado en las curvas horizontales. En caso de cortes con pendiente empinada, es conveniente prever una primera faja del orden de 1:4 o menos, que proporcione la visibilidad citada y que reduzca las necesidades de defensas. · En general, los taludes suaves mejoran las posibilidades del crecimiento de pasto; consecuentemente, se reduce la erosión y las tareas de mantenimiento y se facilita la operación de los equipos mecánicos de mantenimiento. · Desde el punto de vista estético, los taludes deberán adaptarse dentro de lo posible a la conformación general de la topografía y tener una proyección horizontal uniforme, aunque eso implique inclinaciones variables. Además, en ciertos casos particulares, los cortes empinados

pueden ser convenientes pues tienden a ocultar la carretera y a reducir la difusión del ruido que producen los vehículos. E) Sobreancho La necesidad de proporcionar sobreancho a la calzada en la curva horizontal, obedece a la conveniencia de ofrecer condiciones de seguridad similares a las del ancho de calzada en los tramos rectos. La razón que justifica este sobreancho son que: · Un vehículo que recorre una curva horizontal, ocupa un ancho mayor que el propio porque las ruedas traseras recorren una trayectoria interior respecto a la descrita por las ruedas delanteras. · El conductor experimenta cierta dificultad para mantener el vehículo en el centro del carril, debido al continuo cambio de dirección que se produce al recorrer una curva horizontal. El sobreancho se determina a través de la siguiente expresión: S=100/R

PROYECTO DE UN PAVIMENTO: Proyectar un pavimento significa determinar la combinación de materiales, espesores y posiciones de las capas constituyentes que sea más económica, de entre todas las alternativas viables que satisfagan los requisitos funcionales requeridos. Se trata de una actividad que incluye todos los pasos usuales de un proyecto de cualquier tipo de estructura, donde el producto elaborado incluye las especificaciones que serán seguidas durante la construcción, como se indica en la Figura I.2. En esta figura los tres primeros pasos del proceso fueron agrupados en un mismo bloque para mostrar que no hay una sucesión temporal directa entre ellos. A medida que van siendo concebidas las soluciones técnicamente viables se requieren nuevos datos, cuya necesidad hasta entonces era insospechada.

En el análisis económico de las alternativas se tiende a concentrar únicamente en el costo inicial (construcción de pavimento nuevo), sin embargo el ideal es adoptar un enfoque de sistema de gerencia de pavimentos (SGP) en nivel de proyecto, que consiste en buscar la minimización del costo total del ciclo de vida del pavimento, que está compuesto por la suma de los costos de construcción (costo inicial), de mantenimiento (recurrente durante el periodo de proyecto) y de restauración (al final del periodo de proyecto).

Otra recomendación importante es analizar el mayor número posible de alternativas para la sección del pavimento, considerando todos los tipos de estructura que sean capaces de satisfacer los requisitos funcionales especificados (pavimentos flexibles, semirígidos, rígidos, etc.).

Figura I.2. Actividades pertenecientes a un proyecto. Fuente: Instituto Tecnológico de Aeronáutica, Ingeniería de Pavimentos, Brasil, 2000.

Los siguientes factores deben ser tomados en cuenta, para que el proyecto sea completo y eficaz:

Materiales disponibles. Experiencia práctica de las empresas constructoras en la ejecución de los servicios previstos. Restricciones presupuestarias. Restricciones operacionales y logísticas. Nivel de confiabilidad: Nc = PR (Vs > PP) deseable para el proyecto. El porcentaje de área que representará la vida de servicio (Vs) mínima debe ser igual al periodo de proyecto (PP) adoptado. El valor Nc a ser fijado depende de la importancia de la carretera ya que cuanto menor sea su valor, mayor será la frecuencia con que ocurrirán los deterioros localizados antes del final del periodo de proyecto, siendo necesaria la ejecución de trabajos de conservación mas frecuentes. Otro factor que tiene influencia en el nivel de confiabilidad (Nc) es la variación esperada de las propiedades mecánicas de los materiales de construcción.

Modelo deseado para la utilización del pavimento a lo largo del periodo de proyecto. Tráfico previsto durante el periodo de proyecto. Condiciones climáticas regionales (régimen pluviométrico y temperaturas). Consideraciones o no de estrategias de pavimentación por etapas, en función de la incertidumbre sobre el tráfico futuro. Con la aplicación del sistema de gerencia de pavimento no se pretende minimizar únicamente el costo de construcción del pavimento, si no el costo total del ciclo de vida, definido en la Figura I.3.

Figura I.3. Costo del ciclo de vida de un pavimento “CCV” Fuente: Instituto Tecnológico de Aeronáutica, Ingeniería de Pavimentos, Brasil, 2000.

donde: CCV

= Costo del ciclo de vida de un pavimento.

CI

= Costo inicial de la construcción del pavimento nuevo.

CCi

= Costo de mantenimiento por año “i”.

CR(PP)

= Costo de restauración al final del periodo de proyecto (PP).

r

= Tasa de oportunidad del capital (% por año) = tasa interna de retorno de inversión de riesgo mínimo de economía. (r = 16% - 6% = 10%) donde 6% representa la inflación.

La ventaja de este procedimiento está en poder elegir la solución más eficaz en términos económicos, y no aquella que es de menor costo de implantación. El procedimiento convencional puede llevar a serios problemas cuando llega el momento de restaurar el pavimento. El caso típico de los pavimentos semirígidos cuya restauración tiende a ser onerosa debido a la reflexión de las fisuras de la base cementada.

Un proyecto efectivamente optimizado está definido por:

Minimizar CCV sujeto a: CI £ restricción presupuestaria Vs ³ PP Por las consideraciones realizadas el proyecto de un pavimento debe tener los siguientes componentes:

Dimensionamiento estructural: donde se determina la sección del pavimento para que sea capaz de resistir los efectos deteriorantes de las cargas de tráfico. Especificación de los materiales de construcción: incluyendo los procesos constructivos y procedimientos para el control tecnológico de calidad. Proyecto geotécnico: incluyendo la consideración eventual de problemas como el acolchonamiento de suelos arcillosos debajo el peso de los terraplenes, la estabilidad y erosionabilidad de los taludes. Proyecto de drenaje: donde se determinan, dimensionan y especifican los elementos necesarios para el retiro de las aguas de infiltración.

Actividades pertenecientes a un proyecto:

NO LA CONSIGO

TIPO DE PAVIMENTO: Ø

Pavimentos flexibles.

o

Convencionales de base granular.

o

Deep-Strength de base asfáltica.

o

Pavimentos full-depth.

o

Pavimentos con tratamiento superficial (pueden ser semirígidos también).

Ø

Pavimentos rígidos.

Ø

Pavimentos semirígidos.

4.1PAVIMENTOS CON TRATAMIENTO SUPERFICIAL

Los tratamientos superficiales dobles o triples pueden ser utilizados como capas de revestimiento en carreteras de tráfico leve a medio. Se construyen mediante la aplicación de capas de ligante bituminoso sobre las cuales se conforman capas de materiales pétreos compactados, cuya granulometría debe ser rigurosamente controlada para satisfacer las exigencias de las especificaciones técnicas adoptadas en el proyecto.

El deterioro del revestimiento se produce principalmente por la fisuración debida a la fatiga y/o al desgaste. Los tratamientos superficiales simples que deben ser utilizados apenas para accesos donde el tráfico de proyecto es del orden del 1% del tráfico de proyecto de las fajas de rodadura, o para la protección provisoria de bases granulares hasta que el revestimiento definitivo sea construido.

4.2. PAVIMENTOS FLEXIBLES

Son aquellos que tienen un revestimiento asfáltico sobre una capa base granular. La distribución de tensiones y deformaciones generadas en la estructura por las cargas de rueda del tráfico, se da de tal forma que las capas de revestimiento y base absorben las tensiones verticales de compresión del suelo de fundación por medio de la absorción de tensiones cizallantes. En este proceso ocurren tensiones de deformación y tracción en la fibra inferior del revestimiento asfáltico, que provocará su fisuración por fatiga por la repetición de las cargas de tráfico. Al mismo tiempo la repetición de las tensiones y deformaciones verticales de compresión que actúan en todas las capas del pavimento producirán la formación de hundimientos en la trilla de rueda, cuando el tráfico tiende a ser canalizado, y la ondulación longitudinal de la superficie cuando la heterogeneidad del pavimento fuera significativa.

4.3 PAVIMENTOS RÍGIDOS

Son aquellos en los que la losa de concreto de cemento Portland (C.C.P.) es el principal componente estructural, que alivia las tensiones en las capas subyacentes por medio de su elevada resistencia a la flexión, cuando se generan tensiones y deformaciones de tracción de bajo la losa producen su fisuración por fatiga, después de un cierto número de repeticiones de carga. La capa inmediatamente inferior a las losas de C.C.P. denominada sub-base, por esta razón, puede ser constituida por materiales cuya capacidad de soporte sea inferior a la requerida por los materiales de la capa base de los pavimentos flexibles.

4.4. PAVIMENTOS SEMIRÍGIDOS

En términos amplios, un pavimento semirígido ó compuesto es aquel en el que se combinan tipos de pavimentos diferentes, es decir, pavimentos “flexibles” y pavimentos “rígidos”, normalmente la capa rígida esta por debajo y la capa flexible por encima. Es usual que un pavimento compuesto comprenda una capa de base de concreto o tratada con cemento Portland junto con una superficie de rodadura de concreto asfáltico.

La estabilidad de suelos por medio de ligantes hidráulicos (cemento Portland) permite que se obtengan materiales con capacidad de soporte suficiente para construir capas para base en pavimentos sujetos a cargas pesadas como ser camiones o aeronaves.

CLASIFICACIÓN DE PAVIMENTOS

Los pavimentos pueden dividirse en rígidos y flexibles. Las cargas que transmiten a la fundación son muy diferentes como se muestra a continuación:

En un pavimento rígido, debido a la rigidez de la losa de hormigón se produce una buena distribución de las cargas de las ruedas de los vehículos, dando como resultado tensiones muy bajas en la subrasante. En un pavimento flexible, el concreto asfáltico, al tener menor rigidez, se deforma y transmite tensiones mayores en la subrasante. Debido a la rigidez y alto módulo de elasticidad del hormigón, los pavimentos rígidos basan su capacidad portante en la losa de hormigón más que en la capacidad de la subrasante. Los pavimentos rígidos pueden dividirse en tres tipos: • Hormigón simple con juntas. • Hormigón armado con juntas. • Hormigón armado con refuerzo continuo. El pavimento de hormigón simple no contiene armadura en la losa y el espaciamiento entre juntas es pequeño entre 2.50 a 5 metros. Las juntas pueden o no tener dispositivos de transferencia de cargas. Los pavimentos de hormigón armado con juntas tienen espaciamientos mayores entre juntas entre 5 a 12 metros y llevan armadura distribuida en la losa a los efectos de controlar y mantener cerradas las fisuras de contracción. Este tipo de pavimentos se cubrirán con mayor detalle en el capítulo correspondiente. Los pavimentos de hormigón armado continuo tienen armadura continua longitudinal y no tienen juntas transversales, excepto juntas de construcción. La armadura transversal es opcional en este caso. Estos pavimentos tienen más armadura que los de hormigón armado con juntas y el objetivo de esta armadura es mantener un espaciamiento

adecuado entre fisuras y que éstas permanezcan cerradas. Los pavimentos flexibles se caracterizan por ser sistemas multicapa con las capas de mejor calidad cerca de la superficie donde las tensiones son mayores. La capa superior es de concreto asfáltico. Un pavimento flexible trabaja distribuyendo la carga hasta que llegue a un nivel aceptable para la subrasante. Por debajo de la capa de concreto asfáltico se coloca una base que puede ser de piedra partida, grava bien graduada o materiales estabilizados (con cemento, cal o asfalto). Por debajo de esta base se coloca una capa de menor calidad denominada subbase.