FACULTAD DE INGENIERIA

CURSO:

PAVIMENTOS

DOCENTE:

ING.VIDAL MANUEL NAHON

TEMA:

DISEÑO DE PAVIMENTOS

ESTUDIANTES:

CASTREJON RODRIGUEZ, Jean Marco

CIEZA ACUÑA, Segundo

CHIRINOS GUTIERREZ, Juan Carlos

PRESENTACIÓN:

CAJAMARCA, ENERO DEL 2013

INTRODUCCION

Los pavimentos son los conectores de vías de comunicación con asfaltos

combinados naturales. En ingeniería civil, 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.

Las metodologías actuales para el diseño de pavimentos son, en la mayoría de los

casos, de carácter empírico; es decir, no incorporan directamente en el diseño el

conocimiento actual del comportamiento de los materiales bajo condiciones de

prueba representativas. Aquellas metodologías que tratan de ser mecanicistas se

basan en teorías de comportamiento ideales, como lo es la Elasticidad, y tratan

entonces de ajustar la realidad a la teoría. Parece, sin embargo, que hay una

tendencia de ciertos investigadores para tratar de conformar una verdadera Teoría

de Mecánica de Pavimentos.

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

Conocer el procedimiento para la construcción de un pavimento flexible

teniendo en cuenta el método ASSHTO.

OBJETIVO ESPECIFICO

Aprender los conceptos básicos con respecto a pavimentos.

Entender los diferentes tipos de diseño de pavimentos

Identificar las variables a tener en cuenta para el diseño del pavimentos

MARCO TEORICO

PAVIMENTO

FUNCIONES DE UN PAVIMENTO

Un pavimento es una estructura, asentado sobre una fundación apropiada, tiene por

finalidad proporcionar una superficie de rodamiento que permita el tráfico seguro y

confortable de vehículos, a velocidades operacionales deseadas y bajo cualquier condición

climática. Hay una gran diversidad de tipos de pavimento, dependiendo del tipo de vehículos

que transitaran y del volumen de tráfico.

La Ingeniería de Pavimentos tiene por objetivo el proyecto, la construcción, el

mantenimiento y la gerencia de pavimentos, de tal modo que las funciones sean

desempañadas con el menor costo para la sociedad. Tratándose, esencialmente, de una

actividad multidisciplinaria, donde están involucrados conceptos y técnicas de las Ingenierías:

Geotecnia, de Estructuras, de Materiales, de Transportes y de Sistemas, en vista de la

importancia se debe estimar y efectuar el mantenimiento de pavimentos existentes.

Un pavimento difícilmente sufre una ruptura catastrófica, a menos que exista un error en el

proyecto geotécnico en casos como los de pavimentos asentados en terraplenes sobre suelos

expansivos. Esa degradación se da, usualmente, de forma continua a lo largo del tiempo es desde

la abertura al tráfico, por medio de mecanismos complejos y que no están íntegramente

relacionados, donde gradualmente se van acumulando deformaciones.

TIPOS DE PAVIMENTOS

Pavimentos Flexibles:

Un pavimento flexible se define como la capa o conjunto de capas de materiales apropiados

comprendidas entre el nivel superior de las terracerías (calles de tierra) y la superficie de

rodamiento cuya función es proporcionar una superficie uniforme, de color y textura apropiados,

resistente y para transmitir a las terracerías los esfuerzos producidos por cargas impuestas en el

tránsito.

Características del pavimento flexible:

Un pavimento flexible se adapta a las cargas. La estructura de pavimento flexible está compuesta

por varias capas de material. Cada capa recibe cargas, se extiende en ella, y pasa a estas cargas, a

la siguiente capa inferior. Por lo tanto, la capa más abajo en la estructura del pavimento, recibe

menos carga. Con el fin de aprovechar al máximo esta propiedad, las capas son generalmente

dispuestas en orden descendente de capacidad de carga, por lo tanto la capa superior será la que

posee la mayor capacidad de carga de material (y la más cara) y la de más baja capacidad de carga

de material (y más barata) ira en la parte inferior.

Capas: La típica estructura de un pavimento flexible consta de las siguientes capas:

Capa superficial: Esta es la capa superior y la capa que entra en contacto con el tráfico. Puede

estar compuesta por uno o varias capas asfálticas.

Base: Esta es la capa que se encuentra directamente debajo de la capa de Superficial y, en general,

se compone de agregados (residuos asfalticos).

Capa Sub-base: Esta es la capa (o capas), están bajo la capa de base. La Sub-base no siempre es

necesaria.

Duración de un Pavimento Flexible: Para pavimentos flexibles, la estrategia de diseño

seleccionado deberá presentar un mínimo inicial de duración de ocho años antes de que sea

obligatoria la superposición de otra capa. En general la duración óptima debería estar diseñada

para un período de 20 años.

IDENTIFICACION DE AGENTES QUE AFECTAN EL PAVIMENTO FLEXIBLE

Para poder solucionar este problema debemos tomar en cuenta los diversos aspectos que pueden afectar o beneficiar en la investigación, como son:

a) La resistencia estructural

b) La deformabilidad

c) La durabilidad

d) El costo

e) Los requerimientos de conservación

f) La comodidad

Ventajas de un Pavimento Flexible:

- Resulta más económico en su construcción inicial.

- Tiene un periodo de vida de entre 10 y 15 años.

Desventajas de un Pavimento Flexible:

- Requiriere mantenimiento constante para cumplir con su vida útil.

- Las cargas pesadas producen roderas y dislocamientos en el asfalto y son un peligro

potencial para los usuarios. Esto constituye un serio problema en intersecciones, casetas

de cobro de cuotas de peaje, rampas, donde el trafico está constantemente frenando y

arrancando.

- En el estudio denominado "Consideraciones de seguridad en la formación de roderas y

de ondulaciones en superficies de rodamiento de asfalto”, los parámetros medidos

indican que las distancias de frenado para superficies de concreto son mucho mayores

que para las superficies de asfalto sobre todo cuando el asfalto esta húmedo y con

roderas

- Una vez que se han formado roderas en un pavimento de asfalto, la experiencia ha

demostrado, que la colocación de una sobre carpeta de asfalto sobre ese pavimento no

evitara que se vuelva a presentar.

VARIABLES DE DISEÑO

ESTUDIO DE TRÁFICO:

El conteo de tráfico para tener una estadística real del volumen de tránsito vehicular

diario que pasan por un punto predeterminado de acuerdo a la clasificación según su

capacidad de carga.

ÍNDICE MEDIO DIARIO (I.M.D.):

El Índice Medio Diario es el volumen de tránsito que circula durante las 24 horas para el

estudio el conteo de tráfico se ha realizado para un periodo de 07 continuos en los puntos

ya determinados anteriormente durante las 24 horas del día, así mismo para hacer un

acopio de datos del movimiento vehicular según el tipo de vehículo que nos permite

cuantificar con mayor precisión, para ellos se ha utilizado el formato de clasificación

vehicular, y el sentido de la carretera en el punto de control de conteo vehicular se ha

determinado el siguiente número de vehículos que circulan en ambos sentidos de la

carretera y para determinar el volumen de tránsito promedio dividido el número de

vehículos que pasa por el punto dado en ambos sentidos y en período de 07 días que duró

el conteo para nuestro estudio.

PARAMETRO DE DISEÑOS

Los parámetros de diseño que se van a considerar con respecto al diseño de pavimentos mediante

el método AASHTO son:

El método considera las siguientes variables de diseño:

Características de la subrasante o fundación.

Repeticiones de cargas.

Confiabilidad estadística

Numero estructural

Reducción de serviceabilidad

La figura muestra la ecuación de diseño AASHTO-93 para pavimentos flexibles.

Esta versión del método contiene modificaciones para incorporar algunas variables en

forma más racional así como para su uso en Sistemas de Gerencia de Pavimentos.

REPETICIONES DE CARGAS

La demanda o cargas sobe el sistema se estiman en función del número de repetición de

ejes equivalentes esperadas durante el periodo de diseño es la cantidad pronosticada de

repeticiones del eje de carga equivalente de 18 kips (8,16 t = 80 kN) para un periodo

determinado, utilizamos esta carga equivalente por efectos de cálculo ya que el transito

está compuesto por vehículos de diferente peso y numero de ejes.

Los ejes equivalentes ellos denominara ESAl. Y se calcula para el carril de diseño utilizando

la siguiente ecuación:

Donde:

pi = Porcentaje del total de repeticiones para el i-ésimo grupo de vehículos o cargas.

Fi Factor de equivalencia de carga por eje, del i-ésimo grupo de eje de carga(Tablas).

P =Promedio de ejes por camión pesado.

TPD = Tránsito promedio diario.

FC = Factor de crecimiento para un período de diseño en años.

Fd = Factor direccional.

FC = Factor de distribución por carril.

NUMERO ESTRUCTURAL SN

Para determinar el número estructural SN requerido, el método proporciona la ecuación

general (1) y la gráfica, que involucra los siguientes parámetros:

El tránsito en ejes equivalentes acumulados para el período de diseño seleccionado, “W”

donde:

W18 =    Tráfico equivalente o ESAL´s.

ZR =    Factor de desviación normal para un nivel de confiabilidad R

So =    Desviación estándar

∆PSI = Diferencia entre los índices de servicio inicial y el final deseado

MR  =  Módulo de resiliencia efectivo de la subrasante

SN =   Número estructural

CONFIABILIDAD ESTADISTICA

El método usa un procedimiento estadístico que permite incluir un factor de seguridad

que corrige el diseño en función del nivel de confiabilidad deseado

Esimportantedestacarqueladeterminacióndelvalor soporte de la subrasante y la

estimación del tráfico o repeticiones de carga esperados son las variables más

importantes y significativas en el proceso de diseño.

Con el parámetro de Confiabilidad, se trata de llegar a cierto grado de certeza en el método de diseño, para asegurar que las diversas alternativas de la sección estructural que se obtengan, durarán como mínimo el periodo de diseño

Valores de Confiabilidad según tipo de carretera

Niveles de Confiabilidad (R%)Clasificación Funcional

Nivel recomendado por AASHTO

Autopista 80-99.9Red principal 75-95Red secundaria 75-95Red rural o local 50-80

Por características que posee la carretera de Cajamarca se puede estimar como una vía adscrita a una red local dentro de la región de Cajamarca, por lo tanto se adopta un nivel de confiabilidad (R%) igual a 80%.

INDICE DE SERVIEIABILIDAD

El índice de serviciabilidad consiste en el factor de confiabilidad que tendrá un pavimento el cual

está considerado entre 5 y 4.5,a la cual se tendrá que tener una pérdida de serviciabilidad la cual

será la diferencia entre índices de servicio inicial y terminal.

El cambio o pérdida en la calidad deservicio que la carretera proporcional usuario, se define en el

método con la siguiente ecuación:

PSI = Índice de Servicio Presente-Índice de Servicio final

PSI = Diferencia entre los índices de servicio inicial u original el final o terminal deseado.po = Índice de servicio inicial (4.5para pavimentos rígidos y 4.2 para flexibles).

Pt = Índice de servicio terminal, para el cual AASHTO maneja en su versión 1993 valores de 3.0, 2.5

y2.0 recomendando 2.5 ó 3.0 para caminos principales y 2.0 para secundarios

CARACTERÍSTICAS DE LA SUBRASANTE O FUNDACIÓN.

El valor de soporte de la subrasante o fundación del pavimento debe de caracterizarse en términos

del módulo de residencia (Mr) ponderado A en función de las condiciones de humedad a que

estaría sometido el suelo a lo largo del año, ya que esta condición afecta su valor de soporte, en

especial en suelos finos arcillosos.

Desde las postrimerías de la década del 50, se puso más énfasis en las propiedades fundamentales

de la subrasante y se idearon ensayos para caracterizar mejor a estos suelos. Ensayos usando

cargas estáticas o de baja velocidad de deformación tales como el CBR, compresión simple son

reemplazados por ensayos dinámicos y de repetición de cargas tales como el ensayo del módulo

resiliente, que representan mucho mejor lo que sucede bajo un pavimento en lo concerniente a

tensiones y deformaciones.

Las propiedades de los suelos pueden dividirse en dos categorías:

1. Propiedades físicas: son usadas para selección de materiales, especificaciones

constructivas y control de calidad.

2. Propiedades ingenieriles: dan una estimación de la calidad de los materiales para

caminos. La calidad de los suelos para subrasantes se puede relacionar con el

módulo resiliente, el módulo de Poisson, el valor soporte del suelo y el módulo de

reacción de la subrasante.

Módulo de resiliencia:

Las deformaciones resilientes o elásticas son de recuperación instantánea y suele

denominarse plásticas a aquéllas que permanecen en el pavimento después de cesar la

carga. El módulo resiliente bajo carga móvil la deformación permanente se va acumulando

y para ciclos intermedios la deformación permanente para cada ciclo disminuye, hasta que

prácticamente desaparece en los ciclos finales. La muestra llega así a un estado tal en que

toda la deformación es recuperable, en ese momento se tiene un comportamiento

resiliente. De aquí se desprende el concepto de módulo resiliente, el cual está definido

como el esfuerzo desviador repetido aplicado en compresión triaxial entre la deformación

axial recuperable.

Así pues, el concepto de módulo resiliente está ligado invariablemente a un proceso de

carga repetida.

Como se ha observado en los estudios llevados a cabo sobre módulo resiliente, este

parámetro no es una propiedad constante del material, sino que depende de muchos

factores. Los principales son: número de aplicaciones del esfuerzo, tixotropía, magnitud

del esfuerzo desviador, método de compactación y condiciones de compactación.

ESPESORES DE CAPAS

La estructura del pavimento flexible está formada por un sistema de varias capas, por lo

cual debe dimensionarse cada una de ellas considerando sus características propias.

Una vez que el diseñador ha obtenido el Número Estructural SN para la sección

estructural del pavimento, se requiere determinar una sección multicapa, que en conjunto

provea una suficiente capacidad de soporte, equivalente al número estructural de diseño.

Para este fin se utiliza la siguiente ecuación que permite obtener los espesores de la capa

de rodamiento o carpeta, de la capa base y de la sub-base:

Dónde:

a1,a2 y a3= Coeficientes estructurales de capa de carpeta, base y sub-base

respectivamente.

D1, D2y D3 = Espesor de la carpeta, base y sub-base respectivamente, en pulgadas.

m2 y m3 = Coeficientes de drenaje para base y sub-base, respectivamente.

De la misma manera se deberá obtener los coeficientes estructurales de la carpeta

asfáltica (a1), de la capa base (a2) y de la sub-base (a3), utilizando los valores del módulo

de resiliencia correspondientes a cada una de ellas.

Los coeficientes de capa a1, a2 y a3 se obtienen utilizando las correlaciones de valores de

diferentes pruebas de laboratorio: Módulo Resiliente, Texas Triaxial, Valor R y CBR, tal

como se muestra en las siguientes figuras:

Para capas estabilizadas con cemento o asfalto y para la superficie de rodadura de concreto

asfáltico, el método no considera una posible influencia de la calidad del drenaje, por lo que

en la ecuación de diseño solo intervienen los valores de m2 y m3.

ESPESORES MÍNIMOS EN FUNCIÓN DEL SN

En el control de los espesores D1, D2 y D3, a través del SN, se busca dar protección a

las capas granulares no tratadas, de las tensiones verticales excesivas que

producirían deformaciones permanentes, como se muestra en el gráfico siguiente.

Los materiales son seleccionados para cada capa, de acuerdo a las recomendaciones del

método, por tanto se conocen los módulos resilientes de cada capa. Usando el ábaco de

la figura IV.2 se determinan los números estructurales requeridos para proteger

cada capa no tratada, utilizando el módulo resiliente de la capa que es en cuentra

inmediatamente por debajo, por ejemplo para sacar el espesor D1 de la carpeta se

considera el MR de la capa base y así se obtiene el SN que debe ser soportado

por la carpeta asfáltica, de donde:

Se adopta un espesor D1 ligeramente mayor y el número estructural absorbido por esta

capa será:

SN=a1*D1

Para determinar el espesor mínimo de la capa base, se entra al ábaco con el MR

de la sub-base, para obtener el número estructural SN2 que será absorbido por la carpeta y la capa base, de donde:

Se adopta un espesor D2 ligeramente mayor y el número estructural absorbido será:

Se adopta un espesor D3 ligeramente mayor y el número estructural absorbido por la sub-base será:

ESTRUCTURA DEL PAVIMENTO

Los componentes principales de un pavimento asfáltico. Se puede considerar que la

estructura de un pavimento está 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.

1. Capa de Rodadura 5. Subrasante

2. Capa Base 6. Sub-drenaje longitudinal

3. Capa Sub-base 7. Revestimiento de Hombreras

4. 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

La capa sub-base: está 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 sub-base se encarga de soportar y distribuir uniformemente las cargas aplicadas en la

rodadura de pavimento. Debe por lo tanto ser capaz de controlar los cambios de volumen y

elasticidad, que puedan dañar el pavimento. Sirve como capa de drenaje y controla la

ascensión capilar, lo que protege la estructura de pavimento. En su construcción se

recomienda el empleo de materiales granulares. En los pavimentos flexibles esta capa sirve

como material de transición.

El material de la subbase debe tener un CBR mayor que el de la subrasante y su espesor

puede variar por tramos, de acuerdo con la calidad de la subrasante. Para su construcción se

verificará que los materiales cumplan con la AASHTO T-193sobre una muestra saturada según

AASHTO T180, sin bloques mayores que 2/3 del espesor de la capa, verificando el IP según

AASHTO T-90 y límites según AASHTO T89, además de estar libre de impurezas. Se colocan en

capas de 20 cm máximo, homogenizadas, conformadas y compactadas, hasta alcanzar su

máxima densidad.

La subrasante: es la capa del terreno de una carretera que soporta la estructura de

pavimento. Se extiende hasta una profundidad que no afecte la carga que corresponde al

tránsito previsto. Esta puede estar formada en corte o relleno y una vez compactada debe

tener las secciones transversales y pendientes especificadas en los planos finales de diseño.

De la calidad de ésta depende, en gran parte, el espesor que debe tener un pavimento, sea

éste flexible o rígido. Como parámetro de evaluación de esta capa se emplea la capacidad de

soporte o resistencia a la deformación por esfuerzo cortante bajo las cargas del tránsito

El espesor del pavimento dependerá, en buena parte, de la calidad de la subrasante, por lo

que es recomendable que sea resistente, incompresible e inmune a cambios por humedad.

Son ideales los materiales granulares, con porcentajes de hinchamiento que cumplan con la

AASHTO T 193. Durante la construcción, un espesor equivalente a la subrasante deberá

escarificarse, homogenizarse, mezclarse, conformarse y compactarse totalmente, hasta

alcanzar la densidad máxima definida en la AASHTO T180.

Durante su construcción, si el espesor de la base es mayor que 20 cm, la compactación se

hará por capas no mayores de 20 cm ni menores a 10 cm, humedeciendo la superficie de

contacto entre ellas.

CONCLUSIONES

Se entendieron los conceptos básicos con respecto al diseño de pavimentos

Se pudo aplicar el método AASHTO para el diseño de un pavimento.

Se identificaron las variables que interfieren en el diseño de los pavimentos

ANEXOS

FOTO 01: foto del grupo en el badén

FOTO 02: foto de conteo de vuelta del tráfico

FOTO 03: foto del tránsito en el badén

FOTO 03: conteo de transito de ida en el badén