Descripción funcional de las capas de los pavimentos

Descripción funcional de las capas del pavimento, tipos de pavimento y modos de falla.

Conception et dimensionnement des structures de chaussée.

Ministère de l’Equipement, des Transports et du Tourisme – SETRA – LCPC (Décembre 1994).

Universidad Nacional de Colombia Sede Manizales Facultad de Ingeniería y Arquitectura Departamento de Ingeniería Civil Pavimentos. Profesor: Luis Ricardo Vásquez Varela, M.Sc.

Descripción funcional de las capas de pavimento.

• Pavimentos: – Estructuras multicapa.

– Construidas sobre una plataforma:

• Suelo de subrasante.

• Capa de conformación.

• Capa de conformación. – Transición entre el suelo y las capas de pavimento.

• Durante la construcción protege el suelo y permite el paso de la maquinaria (transporte de materiales y conformación).

• Permite mejorar y homogeneizar el terreno.

• Ofrece protección contra procesos de congelamiento.

LUIS RICARDO VÁSQUEZ VARELA, M.Sc. 2


Parte superior del movimiento de tierras.

Cota del movimiento de tierras.

Plataforma de apoyo del pavimento.

Berma.

Rodadura. Enlace. Base. Fundación.

Capas superficiales.

Capa de apoyo.

Capa de conformación.

Suelo de soporte.

Cuerpo del pavimento.

• Capas de apoyo: fundación y base. – Materiales seleccionados:

• Cementados para vías de alto tráfico.

– Aportan la resistencia mecánica frente a las cargas verticales inducidas por el tráfico.

– Distribuyen las presiones en la plataforma de soporte con el fin de mantener las deformaciones en niveles admisibles.

– En pavimentos de poco tráfico es viable que la fundación se constituya con suelo mejorado in situ.


• Capas superficiales. – Capa de rodadura:

• Capa superior del pavimento que sufre la agresión conjugada del tráfico y el clima.

• Sus características dependen del uso esperado del pavimento.

• Impermeabiliza el pavimento.

– Capa de enlace (de requerirse):

• Transición entre la rodadura y las capas de apoyo.

• Interfase superficie – base – Mecanismos anti-reflexión de fisuras para capas tratadas con ligantes

hidráulicos.


Funcionamiento y modo de falla de diferentes familias de pavimentos.

• Evolución y degradación de pavimentos: – Repetición de cargas de tráfico.

– Agentes climáticos.

– Paso del tiempo (se “envejece”).

• Importancia de conocer la naturaleza y forma del deterioro de los pavimentos: – Comprender el funcionamiento de las estructuras.

– Elegir el modelo de cálculo apropiado.

– Ajustar los resultados de los cálculos considerando los aspectos mal representados del modelo.


Daños de la capa de rodadura.

• Desgaste debido a los esfuerzos tangenciales causados por el tráfico.

• Ahuellamiento por flujo en condiciones excesivas de temperatura y solicitaciones de tráfico.

• Agrietamiento por fatiga debido a una mala adherencia de la capa de rodadura asfáltica con el apoyo.

• Agrietamiento por reflexión de fisuras de las capas de apoyo (cementadas).

• Agrietamiento por fatiga térmica debido al envejecimiento del asfalto.



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http://www.fhwa.dot.gov/publications/publicroads/99novdec/images/pave2.jpg

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Fisuración por fatiga. Ahuellamiento.

Fisuración por fatiga térmica. Reflexión de grietas.

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Daños de las capas de apoyo tratadas.

• Agrietamiento por fatiga debido a la repetición de esfuerzos de tensión por flexión al paso de las cargas.

• Agrietamiento por retracción térmica de gravas tratadas con ligantes hidráulicos (cemento).

• Agrietamiento debido a gradientes térmicos en losas de concreto.

• Bombeo y escalonamiento de las losas en las capas que presentan grietas de retracción o en las juntas, debido a una mala calidad en la transferencia de carga o la erodabilidad del apoyo.



http://training.ce.washington.edu/wsdot/Modules/09_pavement_evaluation/Images/rigid_distress/pumping2.jpg

http://hdm4.piarc.org/test/couches_assises_fichiers/slide0119_image004.gif





Daños de las capas de apoyo no tratadas y soporte del pavimento.

• Deformación permanente de la estructura debido a la acumulación de deformaciones plásticas.


http://onlinemanuals.txdot.gov/txdotmanuals/pdm/destructive_evaluation_of_pavement_structural_properties.htm

DIFERENTES TIPOS DE ESTRUCTURAS DE PAVIMENTO.

Familias de pavimentos y su comportamiento.


http://www.apao.org/images/pringlecrew.jpg

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1. Pavimentos flexibles.

1. Capa superficial en material asfáltico (o tratamiento superficial).

2. Material asfáltico de apoyo (< 15 cm).

3. Materiales granulares no tratados (20 a 50 cm).

4. Plataforma de soporte.


Esfuerzos debidos al tráfico: Materiales granulares poco rígidos (soporte y espesor).

Esfuerzos importantes en al subrasante.

Influencia de las condiciones ambientales: Sensible a la condición hídrica de la fundación (efecto de borde).

Pérdida de capacidad portante.

Evolución del daño: Deformación permanente: ahuellamiento, depresiones y subsidencia.

Esfuerzos repetidos de flexión causan grietas aisladas que se unirán en un patrón cerrado.

Las grietas permiten la entrada de agua a la estructura, el material se pierde y se forma huecos.

2. Pavimentos asfálticos gruesos.

1. Capa superficial en material asfáltico.

2. Material asfáltico de apoyo (15 a 40 cm).



Esfuerzos debidos al tráfico: La rigidez de las capas de base reduce el esfuerzo vertical que llega a la subrasante.

Los esfuerzos de tensión por flexión son altos en las capas tratadas.

El comportamiento depende de la unión entre las capas asfálticas.

Influencia de las condiciones ambientales: Similar a los pavimentos flexibles.

Ahuellamiento por flujo a altas temperaturas y con tráfico pesado (diseño inadecuado de la mezcla).

Evolución del daño: Requiere mantenimiento permanente.

Se desarrollan fisuras longitudinales, las cuales evolucionan en áreas fisuradas, pérdida de material y cambio en la respuesta estructural.

Se observa poca deformación permanente en condiciones normales de tránsito, diseño y construcción.

3. Pavimentos con capas de apoyo tratadas con ligantes hidráulicos

(“semi - rígidos”). 1. Capa superficial en material asfáltico (6 a 14 cm).

2. Materiales tratados con ligantes hidráulicos (20 a 50 cm).



Esfuerzos debidos al tráfico: Alta rigidez de los materiales: menor esfuerzo vertical en la subrasante.

La capa de base sufre de importantes esfuerzos de tensión por flexión.

El comportamiento depende de la continuidad de la base y la subbase tratadas (calidad).

La capa asfáltica está sometida a esfuerzos normales y horizontales de corte.

Influencia de las condiciones ambientales: Los materiales tratados sufren de contracción térmica y retracción de fraguado.

Se generan grietas transversales en la superficie (@ 5 a 15 m) con apertura variable.

Se concentran los esfuerzos, ingresa el agua y se deterioran los materiales.

Evolución del daño: Superficies delgadas: ingresa el agua, se deteriora el material y se generan huecos.

Se debe controlar la generación de grietas de retracción o generar un pre-agrietamiento.

A largo plazo se forman grietas longitudinales (fatiga) que se conectan con las transversales.

4. Pavimentos con estructura mixta (“compuestos”).

Relación entre el espesor de la capa asfáltica y el espesor total es cercano a ½.






Esfuerzos debidos al tráfico: La unión entre asfalto y base cementada se degrada con el tiempo y actúan en flexión

independiente.

Hay concentración de esfuerzos en las fisuras de retracción.

Influencia de las condiciones ambientales: La capa tratada con ligantes hidráulicos sufre retracción, pero el gradiente hidráulico es

atenuado por la capa asfáltica.

Evolución del daño: El comportamiento es bueno.

Aparece un agrietamiento transversal fino.

Sobre una mala fundación se pueden observar grandes depresiones.

5. Pavimentos de estructura inversa.



3. Materiales granulares no tratados (≈12 cm).




Esfuerzos debidos al tráfico: La capa tratada con ligante hidráulico provee rigidez.

La capa asfáltica sufre flexión en su fibra inferior (depende del espesor y rigidez de la capa granular).

La capa granular está sujeta a esfuerzos importantes (se requiere agregado de buena calidad y con trituración)

Influencia de las condiciones ambientales: Pueden verse los efectos de retracción y esfuerzos térmicos descritos para materiales tratados

con ligantes hidráulicos.

Evolución del daño: Ligero ahuellamiento y agrietamiento transversal de fatiga en la capa asfáltica.

No se ha observado relación entre las grietas de la subbase tratada y la rodadura asfáltica.

6. Losas sin dovelas sobre subbase.

1. Concreto de cemento (20 a 28 cm).

2. Concreto pobre (12 a 18 cm) o materiales tratados con ligantes hidráulicos (15 a 20 cm).



7. Losas con dovelas sobre subbase.


2. Concreto pobre (14 a 22 cm).



8. Losas sin subbase.


2. Capa drenante (materiales granulares o geotextil).



9. Concreto continuamente reforzado (1).


2. Concreto pobre (12 a 14 cm).



10. Concreto continuamente reforzado (2).


2. Material asfáltico de apoyo (5 cm).

3. Arena tratada con ligantes hidráulicos (50 a 60 cm).



Características generales de los pavimentos de concreto de cemento.


Todos los pavimentos de concreto pueden incluir una sobrecapa asfáltica. Esfuerzos debidos al tráfico:

La alta rigidez del concreto de cemento hace que este asuma gran parte del esfuerzo debido a la carga de tráfico mediante flexión.

El concreto de cemento sufre procesos de retracción de fraguado y contracción térmica: ▪ Se construyen juntas o se dispone refuerzo que mantenga las grietas cerradas.

En pavimentos con juntas transversales se requieren mecanismos de transferencia de carga entre losas.

Influencia de las condiciones ambientales: Los esfuerzos debidos a condiciones ambientales pueden ser mayores que los debidos al

tráfico.

Se presentan esfuerzos de fricción con el apoyo y de alabeo por los gradientes diarios de temperatura.

Evolución del daño: Agrietamiento por esfuerzos de tensión debidos a la flexión.

Bombeo (erosión del soporte) en juntas y grietas: presencia de agua, cargas pesadas y soporte erodable.

Efecto general de las condiciones ambientales.

• La reducción de la capacidad portante, asociada con las variaciones en las condiciones hídricas de subrasantes sensibles al agua, es más severa cuando las condiciones de drenaje e impermeabilización de la capa superficial no son adecuadas.

• Esto es cierto para todas las estructuras de pavimento.


http://safety.fhwa.dot.gov/local_rural/training/fhwasa09024/images/drainage4.jpg



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