PAVIMENTOS Texto Gua
La Ingeniera de Pavimentos tiene por objetivo el proyecto, la construccin, el mantenimiento y la gerencia de pavimentos, de tal modo que las funciones sean desempaadas con el menor costo para la sociedad. Tratndose, esencialmente, de una actividad multidisciplinaria, donde estn involucrados conceptos y tcnicas de las Ingenieras: 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.
2004
UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMN FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGA
I
UMSS Facultad de Ciencias y Tecnologa CARRETERAS II
Contenido General
CAPITULO I 1
I. INTRODUCCIN 2
I.1. FUNCIONES DE UN PAVIMENTO 2
I.2. COMPONENTES DE UN PAVIMENTO 3
I.3. PROYECTO DE UN PAVIMENTO 5
I.4. TIPOS DE PAVIMENTOS 10
I.4.1. PAVIMENTOS CON TRATAMIENTO SUPERFICIAL 10
I.4.2. PAVIMENTOS FLEXIBLES 11
1.4.3. PAVIMENTOS RGIDOS 11
I.4.4. PAVIMENTOS SEMIRGIDOS 11
I.5. CONSIDERACIONES SOBRE LOS SUELOS DE FUNDACIN 12
I.6. DRENAJE Y SUBDRENAJE 17
I.7. MDULO DE RESILIENCIA 17
I.8. CONFIGURACIN DE EJES 20
I.8.1. DEFINICIONES 20
I.8.2. PESO ADMISIBLE POR NEUMTICO 21
CAPITULO II 26
II. AGREGADOS PTREOS Y MATERIALES ASFLTICOS 27
II.1. AGREGADOS PTREOS 27
II.1.1. ESPECIFICACINES DE LOS AGREGADOS PARA BASE Y SUB-BASE 27
II.1.2. PROPIEDADES DE LOS AGREGADOS 28
II.1.2.1. TAMAO DE PARTCULAS Y GRADUACIN DE LOS AGREGADOS 28
II.1.2.2. RESISTENCIA AL DESGASTE 29
II.1.2.3. DURABILIDAD O RESISTENCIA AL INTEMPERISMO 30
II.1.2.4. DENSIDAD RELATIVA Y ABSORCIN 30
II.1.2.5. ESTABILIDAD QUMICA DE LOS AGREGADOS 32
II.1.2.6. FORMA, TEXTURA Y LIMPIEZA DEL AGREGADO 33
II.2. MATERIALES ASFLTICOS 34
II.2.1. TERMINOLOGA DEL ASFALTO 34
II
UMSS Facultad de Ciencias y Tecnologa CARRETERAS II
II.2.2. PROPIEDADES DEL MATERIAL ASFLTICO 37
II.3. EMULSIONES ASFLTICAS 37
II.3.1. DEFINICIN 37
II.3.2. COMPOSICIN 38
II.3.3. CLASIFICACIN DE LAS EMULSIONES 42
II.3.4. VENTAJAS QUE OFRECEN LAS EMULSIONES 45
II.3.5. CUIDADOS QUE DEBEN TOMARSE EN EL USO DE EMULSIONES
ASFLTICAS 46
II.4. ENSAYOS EN MATERIALES ASFLTICOS 47
II.4.1. BETN ASFLTICO 47
II.4.1.1. PENETRACIN 47
II.4.1.2. VISCOSIDAD 48
II.4.1.3. PUNTO DE INFLAMACIN 49
II.4.1.4. ENSAYO EN ESTUFA EN PELICULA DELGADA 50
II.4.1.5. DUCTILIDAD 50
II.4.1.6. SOLUBILIDAD 51
II.4.1.7. PESO ESPECFICO 51
II.4.1.8. PUNTO DE REBLANDECIMIENTO 52
II.4.2. ASFALTO LQUIDO DE CURADO RPIDO (RC) Y CURADO MEDIO (MC) 52
II.4.2.1. PUNTO DE INFLAMACIN 52
II.4.2.2. VISCOSIDAD 53
II.4.2.3. DESTILACIN 54
II.4.2.4. PESO ESPECFICO 55
II.4.3. ASFALTO LQUIDO DE CURADO LENTO (SC) 55
II.4.3.1. PUNTO DE INFLAMACIN 55
II.4.3.2. VISCOSIDAD 55
II.4.3.3. DESTILACIN 56
II.4.3.4. FLOTADOR 57
II.4.3.5. ASFALTO RESIDUAL DE PENETRACIN 100 57
II.4.3.6. DUCTILIDAD 57
II.4.3.7. SOLUBILIDAD 58
II.4.3.8. PESO ESPECFICO 58
II.4.4. EMULSIN ASFLTICA 58
II.4.4.1. VISCOSIDAD 58
II.4.4.2. RESIDUO DE DESTILACIN 58
II.4.4.3. SEDIMENTACIN 59
III
UMSS Facultad de Ciencias y Tecnologa CARRETERAS II
II.4.4.4. DEMULSIBILIDAD 59
II.4.4.5. ENSAYO DE TAMIZADO 60
II.4.4.6. MEZCLADO CON CEMENTO 60
II.4.4.7. ENSAYOS SOBRE EL RESIDUO 61
II.4.4.8. PESO ESPECFICO 61
II.5. TEMPERATURAS DE APLICACIN DEL ASFALTO 67
CAPITULO III 69
III. TRATAMIENTOS SUPERFICIALES 70
III.1. DEFINICIN 70
III.2. FACTORES QUE INTERVIENEN EN EL DISEO DE TRATAMIENTOS
SUPERFICIALES 72
III.2.1. PROPIEDADES DE LOS AGREGADOS 72
III.2.1.1. CARACTERSTICAS FUNDAMENTALES 72
III.2.1.2. CARACTERSTICAS FSICAS 73
III.2.1.2.1. GRANULOMETRA 73
III.2.1.2.2. TAMAO MXIMO 74
III.2.1.2.3. FORMA 75
III.2.1.2.4. ANGULARIDAD 75
III.2.1.2.5. DUREZA 76
III.2.1.2.6. POROSIDAD 76
III.2.1.2.7. LIMPIEZA 76
III.2.1.3. PROPIEDADES FSICO QUMICAS 76
III.2.1.3.1. ADHERENCIA 76
III.2.1.3.2. ALTERABILIDAD 77
III.2.2. PROPIEDADES DE LOS LIGANTES 77
III.2.2.1. FACTORES QUE SE CONSIDERAN PARA LA ELECCIN
DE LOS LIGANTES 77
III.2.2.2. CONDICIONES BSICAS QUE DEBE CUMPLIR EL
LIGANTE BITUMINOSO 78
III.2.2.3. TEMPERATURA DE APLICACIN DE LOS LIGANTES
BITUMINOSOS 80
III.2.2.4. DETALLES DEL PROYECTO 81
III.3. DOSIFICACIN DE TRATAMIENTOS SUPERFICIALES 83
III.3.1. MTODO DIRECTO DE VANISCOTTE Y DUFF 83
III.3.2. MTODOS INDIRECTOS 84
IV
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III.3.2.1. MTODO DE HANSON 84
III.3.2.1.1. DESCRIPCIN DEL MTODO 84
III.3.2.1.2. PROBLEMAS RESUELTOS 89
III.3.2.1.3 PROBLEMAS PROPUESTOS 93
III.3.2.2. MTODO DE PODESTA Y TAGLE 95
III.3.2.2.1. DESCRIPCIN DEL MTODO 95
III.3.2.2.2. PROBLEMAS RESUELTOS 98
III.3.2.2.3. PROBLEMAS PROPUESTOS 105
III.3.2.3. MTODO DE N. W. McLEOD 106
III.3.2.3.1 DESCRIPCIN DEL MTODO 106
III.3.2.3.2. PROBLEMAS RESUELTOS 114
III.3.2.3.3. PROBLEMAS PROPUESTOS 117
III.4. DETALLES CONSTRUCTIVOS 118
III.5. EQUIPO UTILIZADO EN LOS TRATAMIENTOS SUPERFICIALES 120
CAPITULO IV 122
IV. PAVIMENTOS DE CONCRETO ASFLTICO MTODO AASHTO-93 123
IV.1. MDULO DE RESILIENCIA 123
IV.2. PERIODO DE DISEO 126
IV.3. NDICE DE SERVICIABILIDAD 126
IV.4. PRDIDA O DISMINUCIN DEL NDICE DE SERVICIABILIDAD 128
IV.5. ANLISIS DE TRNSITO 128
IV.6. NMERO TOTAL DE EJES SENCILLOS EQUIVALENTES (ESALs) 136
IV.7. NIVEL DE CONFIANZA Y DESVIACIN ESTNDAR 137
IV.8. COEFICIENTE DE DRENAJE Cd 140
IV.9. DETERMINACIN DEL NMERO ESTRUCTURAL (SN) 141
IV.10. DETERMINACIN DE ESPESORES POR CAPAS 142
IV.11. ESPESORES MNIMOS EN FUNCIN DEL SN 151
IV.12. PROBLEMAS RESUELTOS 162
IV.13. PROBLEMAS PROPUESTOS 169
CAPITULO V 172
V. PAVIMENTOS DE CONCRETO ASFLTICO MTODO DEL DNER-81 173
V.1. INTRODUCCIN 173
V.2. CARACTERIZACIN DEL SUELO 173
V
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V.2.1. CLASIFICACIN DE SUELOS POR EL MTODO AASHTO 173
V.2.2. CAPACIDAD DE SOPORTE 175
V.2.3. CLASIFICACIN DE LOS MATERIALES GRANULARES 177
V.3. TRFICO 178
V.4. FACTOR CLIMTICO REGIONAL 185
V.5. COEFICIENTE DE EQUIVALENCIA ESTRUCTURAL 186
V.6. ESPESOR MNIMO DEL REVESTIMIENTO BITUMINOSO 187
V.7. DIMENSIONAMIENTO DEL PAVIMENTO 188
V.8. BERMAS 191
V.9. CONSTRUCCIN DE PAVIMENTOS POR ETAPAS 191
V.10. PROBLEMAS RESUELTOS 192
V.11. PROBLEMAS PROPUESTOS 204
CAPITULO VI 207
VI. PAVIMENTOS DE CONCRETO ASFLTICO MTODO DEL INSTITUTO
DEL ASFALTO (MS-1) 208
VI.1. INTRODUCCIN 208
VI.2. VENTAJAS DE BASES DE ASFALTO 208
VI.3. VENTAJAS DE PAVIMENTOS DE ASFALTO FULL-DEPTH 210
VI.4. CLASIFICACIN DE CARRETERAS Y CALLES 212
VI.5. FASES DE COSTRUCCIN 212
VI.6. PRINCIPIOS DE DISEO 213
VI.6.1. CRITERIO DE DISEO 215
VI.7. CARACTERSTICAS DE LOS MATERIALES 215
VI.8. ANLISIS DE TRFICO 217
VI.8.1. ESTIMACIONES DEL VOLUMEN DE TRFICO 218
VI.8.2. ESTIMACIN DE EAL 220
VI.8.3. DETERMINACIN EAL DE DISEO 227
VI.9. CARACTERIZACIN DE LOS MATERIALES 229
VI.10. PROCEDIMIENTO DE DISEO ESTRUCTURAL 234
VI.10.1. PROCEDIMIENTO DE DISEO 234
VI.10.2. VALORES DE ENTRADA DE TRFICO DE DISEO, SUBRASANTE Y
MATERIALES 235
VI.10.3. FACTORES DE AMBIENTE 236
VI.10.4. ESPESOR MNIMO DE HORMIGN DEL ASFALTO 237
VI.10.5. DETERMINACIN DEL ESPESOR PARA PAVIMENTOS DE CONCRETO
VI
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ASFLTICO FULL-DEPTH 237
VI.10.6. DETERMINACIN DEL ESPESOR PARA PAVIMENTOS DE BASES DE
EMULSIONES ASFLTICAS 238
VI.10.7. DETERMINACIN DEL ESPESOR PARA PAVIMENTOS CON CONCRETO
ASFLTICO ENCIMA DE BASE DE AGREGADOS NO TRATADOS 240
VI.10.8. DETERMINACIN DEL ESPESOR PARA PAVIMENTOS CON MEZCLAS
DE EMULSIONES ASFLTICAS ENCIMA DE BASE DE AGREGADOS
NO TRATADOS 242
CAPITULO VII 254
VII. DISEO DE MEZCLAS ASFLTICAS MTODO MARSHALL 255
VII.1. CONSIDERACIONES GENERALES 255
VII.1.1. FACTORES QUE DEBEN CONTROLARSE EN LAS MEZCLAS
ASFLTICAS 256
VII.1.2. INFLUENCIA RELATIVA DEL ASFALTO Y DEL AGREGADO
MINERAL EN LAS CARACTERSTICAS DEL CONCRETO ASFLTICO 257
VII.1.3 EFECTO DEL ASFALTO EN LA ESTABILIDAD (CANTIDAD DE
ASFALTO) 258
VII.1.4. CARACTERSTICAS DEL ASFALTO 258
VII.1.5. EFECTO DEL AGREGADO MINERAL EN LA ESTABILIDAD 258
VII.1.6. EFECTO DE LA DENSIDAD DE LA MEZCLA EN LA ESTABILIDAD 261
VII.1.7. DURABILIDAD 261
VII.1.8. EFECTO DEL ASFALTO EN LA DURABILIDAD 262
VII.1.9. EFECTO DEL AGREGADO MINERAL EN LA DURABILIDAD 262
VII.1.10. TEMPERATURA DE MEZCLA 263
VII.1.11. CANTIDAD DE ASFALTO EN LA MEZCLA 263
VII.1.12. ASFALTO ABSORBIDO POR EL AGREGADO 264
VII.2. MTODOS DE DISEO 264
VII.2.1 MTODO MARSHALL 264
VII.2.1.1. CONSIDERACIONES PRELIMINARES 264
VII.2.1.2. CRITERIOS PARA EL PROYECTO DE UNA MEZCLA
ASFLTICA 266
VII.3. DESCRIPCIN DEL MTODO MARSHALL 267
VII.3.1. EQUIPO 268
VII.3.2. PREPARACIN DE LAS MUESTRAS PARA ENSAYO 269
VII.3.3. PREPARACIN DE LAS MEZCLAS 270
VII
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VII.3.4. COMPACTACIN DE LOS NCLEOS DE PRUEBA 271
VII.4. ENSAYO MARSHALL 271
VII.4.1. PROCEDIMIENTO DE ENSAYO 271
VII.4.2. EQUIPO REQUERIDO 272
VII.4.3. PRUEBAS DE ESTABILIDAD Y FLUENCIA 272
VII.5. ANLISIS DE DENSIDAD Y VACOS 274
VII.6. PRESENTACIN DE RESULTADOS 275
VII.7. DETERMINACIN DEL CONTENIDO PTIMO DE ASFALTO 276
VII.8. TENDENCIAS Y RELACIONES DE LOS RESULTADOS DE ENSAYO 276
VII.9. CRITERIO PARA ELEGIR UNA MEZCLA SATISFACTORIA 277
VII.10. GUA GENERAL PARA AJUSTAR LA MEZCLA DE PRUEBA 278
VII.11. EJEMPLO 280
CAPITULO VIII 287
VIII. PAVIMENTOS DE CEMENTO PORTLAND MTODO AASHTO-93 288
VIII.1. VARIABLES DE ENTRADA 288
VIII.1.1. VARIABLES DE TIEMPO 288
VIII.1.2. CONFIABILIDAD O NIVEL DE CONFIANZA 288
VIII.1.3. DESVIACIN ESTNDAR Y FACTOR DE
DESVIACIN NORMAL 289
VIII.1.4. NIVEL DE SERVICIABILIDAD 290
VIII.1.5. TRNSITO 291
VIII.1.6. MDULO DE REACCIN DE LA SUBRASANTE 301
VIII.1.7. PERDIDA DE SOPORTE LS 304
VIII.1.8. CARACTERIZACIN DEL HORMIGN UTILIZADO EN EL
PAVIMENTO 305
VIII.1.9. DRENAJE 307
VIII.1.10 TRANSFERENCIA DE CARGAS J 308
VIII.2. PROCEDIMIENTO PARA CALCULAR EL ESPESOR DE LOSA 309
VIII.3. DISEO DE JUNTAS 313
VIII.3.1. ESPACIAMIENTO ENTRE JUNTAS 315
VIII.4. PAVIMENTOS DE HORMIGN ARMADO 316
VIII.4.1. CLCULO DE ARMADURAS 317
VIII.4.1.1. VARIABLES PARA EL CLCULO DE ARMADURAS EN
PAVIMENTOS CON JUNTAS 317
VIII
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VIII.4.2. ARMADURA LONGITUDINAL PARA PAVIMENTOS
CON JUNTAS 319
VIII.5. PAVIMENTOS DE HORMIGN CON ARMADURA CONTINUA 320
VIII.5.1. VARIABLES PARA EL CLCULO DE ARMADURAS 320
VIII.5.2. ARMADURA LONGITUDINAL 322
VIII.5.3. CRITERIOS LIMITANTES 325
VIII.5.4. DISEO DE ARMADURA TRANSVERSAL 332
VIII.5.5. CALCULO DE BARRAS DE UNIN 332
VIII.6. PROBLEMAS RESUELTOS 338
VIII.7. PROBLEMAS PROPUESTOS 341
CAPITULO IX 343
IX. PAVIMENTOS DE CEMENTO PORTLAND MTODO PCA-98 344
IX.1. INTRODUCCIN 344
IX.1.1. FACTORES DE DISEO 348
IX.1.1.1. TRNSITO 348
IX.1.1.2. DISTRIBUCIN DEL TRFICO DE ACUERDO A LOS EJES 349
IX.1.1.3. FACTOR DE DISTRIBUCIN POR CARRIL 349
IX.1.1.4. FACTOR DE CRECIMIENTO 350
IX.1.1.5. FACTORES DE SEGURIDAD 351
IX.1.1.6. DAO ACUMULADO EN EL PERIODO DE DISEO 351
IX.1.1.7. REPETICIONES PERMISIBLES DE LAS CARGAS 352
IX.1.2. RESISTENCIA DEL CONCRETO 352
IX.1.3. MDULO DE REACCIN DE LA SUBRASANTE 353
IX.1.4. MDULO DE REACCIN DE LA SUB-BASE 353
IX.1.5. CRITERIO DE FATIGA 356
IX.1.6. CRITERIO DE EROSIN 357
IX.2. ACOTAMIENTOS (BERMAS) 366
IX.3. PROBLEMAS RESUELTOS 367
IX.4. PROBLEMAS PROPUESTOS 373
CAPITULO X 374
X. EVALUACIN DE PAVIMENTOS 375
X.1. INTRODUCCIN AL MTODO PCI 375
X.2. DEFINICIONES 376
IX
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X.2.1. DEFINICIN DE TRAMO 376
X.2.2. DEFINICIN DE SECCIN 377
X.2.3. DEFINICIN DEL PCI 380
X.3. DIVISIN DEL PAVIMENTO EN UNIDADES DE PRUEBA 381
X.4. DETERMINACIN DE UNIDADES DE PRUEBA A SER INSPECCIONADAS 383
X.4.1. INSPECCIN A NIVEL DE PROYECTO DE EVALUACIN 384
X.4.1.1. DETERMINACIN DEL NMERO DE UNIDADES DE PRUEBA
A SER INSPECCIONADOS 384
X.4.1.2. SELECCIN DE UNIDADES DE PRUEBA PARA
INSPECCIONAR 386
X.4.2. INSPECCIN A NIVEL DE RED VIAL 387
X.4.2.1. DETERMINACIN DEL NMERO DE UNIDADES DE PRUEBA
A SER INSPECCIONADOS 387
X.4.2.2. SELECCIN DE UNIDADES DE PRUEBA PARA
INSPECCIONAR 388
X.4.3. CONSIDERACIONES ESPECIALES 389
X.4.3.1. INSPECCIN EN CAMINOS 389
X.4.3.2. SELECCIN ADICIONAL DE UNIDADES DE PRUEBA 389
X.5. EJECUTANDO LA EVALUACIN DE CONDICIONES 390
X.5.1. EQUIPO 390
X.5.2. PROCEDIMIENTO 391
X.6. CALCULO DEL PCI DE UNA UNIDAD DE PRUEBA 391
X.7. CLCULO DEL PCI PARA UNA SECCIN 395
X.8. EJEMPLO DE EVALUACIN DE PAVIMENTOS POR EL MTODO PCI 396
CAPITULO XI 415
XI. REHABILITACIN DE PAVIMENTOS CON REFUERZOS MTODO AASHTO-93 416
XI.1. INTRODUCCIN 416
XI.2. CONSIDERACIONES PARA LA FACTIBILIDAD DE CADA TIPO DE REFUERZO 417
XI.3. CONDICIONES IMPORTANTES EN EL DISEO DE UN REFUERZO 418
XI.4. REFUERZO DE CONCRETO ASFLTICO SOBRE PAVIMENTOS DE
CONCRETO ASFLTICO 419
XI.4.1. FACTIBILIDAD 419
XI.4.2. REPARACIONES PREVIAS 420
XI.4.3. CONTROL DE REFLEXIN DE FISURAS 421
XI.4.4. DISEO DE ESPESORES 422
X
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XI.4.5. FRESADO SUPERFICIAL DEL PAVIMENTO EXISTENTE 438
XI.5. REFUERZO DE CONCRETO ASFLTICO SOBRE PAVIMENTOS DE HORMIGN 438
XI.5.1. FACTIBILIDAD 439
XI.5.2. TAREAS DE REPARACIN PREVIAS 439
XI.5.3. CONTROL DE REFLEXIN DE FISURAS 440
XI.5.4. DISEO DE ESPESORES 442
BIBLIOGRAFA 459
ANEXOS 461
XI
UMSS Facultad de Ciencias y Tecnologa CARRETERAS II
ndice de Figuras
FIG. I.1. SECCIN TPICA DE UN PAVIMENTO 3
FIG. I.2. ACTIVIDADES PERTENECIENTES A UN PROYECTO 6
FIG. I.3. COSTO DEL CICLO DE VIDA DE UN PAVIMENTO CCV 8
FIG. I.4. RELACIN ENTRE DEFORMACIN VERTICAL Y CARGA DESVIANTE 19
FIG. II.1. COMPARACIN DE LAS VISCOSIDADES DE LOS ASFALTOS LQUIDOS A 60C 54
FIG. II.2. COMPARACINDE LOS GRADOS ANTIGUOS Y MODERNOS DE
ASFALTO LQUIDO 56
FIG. III.1. DIMENSIN MEDIA MNIMA 85
FIG. III.2. CURVA GRANULOMTRICA DEL AGREGADO 88
FIG. III.3. VALOR DEL TAMAO MXIMO EFECTIVO (ALD) 88
FIG. IV.1. BACO PARA LA DETERMINACIN DEL DAO RELATIVO 124
FIG. IV.2. BACO DE DISEO AASHTO PARA PAVIMENTOS FLEXIBLES 142
FIG. IV.2. BACO DE DISEO AASHTO PARA PAVIMENTOS FLEXIBLES 145
FIG. IV.3. BACO PARA ESTIMAR EL NMERO ESTRUCTURAL DE LA CARPETA
ASFLTICA a1 146
FIG. IV.4. BACO PARA ESTIMAR EL NMERO ESTRUCTURAL DE LA CAPA BASE
GRANULAR a2 147
FIG. IV.5. BACO PARA ESTIMAR EL NMERO ESTRUCTURAL DE LA SUB-BASE
GRANULAR a3 148
FIG. IV.6. BACO PARA ESTIMAR EL NMERO ESTRUCTURAL DE LA CAPA
ESTABILIZADA CON CEMENTO 149
FIG. IV.7. BACO PARA ESTIMAR EL NMERO ESTRUCTURAL DE LA CAPA
ESTABILIZADA CON ASFALTO 150
FIG. V.1. FACTORES DE EQUIVALENCIA DE OPERACIONES (FCj) PARA EJES
SIMPLES Y TANDEM 184
FIG. V.2. ESPESOR DE PAVIMENTO, EN FUNCIN DE (N) Y EL I.S. O C.B.R. 190
FIG. V.3. SIMBOLOGA UTILIZADA EN EL DIMENSIONAMIENTO DEL PAVIMENTO 190
FIG. VI.1. PROPAGACIN DE LA PRESIN DE LA CARGA DE RUEDA A TRAVS DE
LA ESTRUCTURA DEL PAVIMENTO 209
XII
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FIG. VI.2. DEFORMACIN DEL PAVIMENTO PRODUCIDO POR ESFUERZOS DE
TENSIN Y COMPRESIN 209
FIG. VI.3. LOCALIZACIN DE LOS ESFUERZOS CONSIDERADOS EN EL
PROCEDIMIENTO DE DISEO 214
FIG. VI.4. FACTORES DE EQUIVALENCIA DE CARGA 223
FIG. VI.5. FACTOR DE AJUSTE EAL PARA PRESIN DEL NEUMTICO 229
FIG. VII.1. CURVA VISCOSIDAD TEMPERATURA PARA CEMENTOS ASFLTICOS 270
FIG. VII.2. CURVA ESTABILIDAD vs. PORCENTAJE DE ASFALTO 283
FIG. VII.3. CURVA DE PESO UNITARIO vs. PORCENTAJE DE ASFALTO 284
FIG. VII.4. CURVA PORCENTAJE DE VACOS EN LA MEZCLA vs. PORCENTAJE
DE ASFALTO 284
FIG. VII.5. CURVA FLUJO vs. PORCENTAJE DE ASFALTO 285
FIG. VII.6. CURVA PORCENTAJE DE VACOS EN EL AGREGADOS vs. PORCENTAJE
DE ASFALTO 285
FIG. VIII.1. BACO PARA OBTENER EL MDULO DE REACCIN COMPUESTO POR
EFECTO COMBINADO DE SUBRASANTE Y SUB-BASE 302
FIG. VIII.2. DAO RELATIVO DEL PAVIMENTO RGIDO 303
FIG. VIII.3. BACO PARA CORREGIR EL MDULO DE REACCIN DE LA SUBRASANTE
POR PERDIDA DE SOPORTE DE LA SUB-BASE 304
FIG. VIII.4.a. BACO DE DISEO PARA PAVIMENTOS RGIDOS 311
FIG. VIII.4.b. BACO DE DISEO PARA PAVIMENTOS RGIDOS 312
FIG. VIII.5. BACO DE DISEO PARA PAVIMENTOS DE HORMIGN ARMADO
CON JUNTAS 319
FIG. VIII.6. BACO PARA ESTIMAR LAS TENSIONES DE TRACCIN DEBIDAS
A CARGAS DE RUEDAS 324
FIG. VIII.7. PORCENTAJE DE ARMADURA LONGITUDINAL PARA SATISFACER
CRITERIO DE ESPACIAMIENTO DE FISURAS 328
FIG. VIII.8. PORCENTAJE MNIMO DE ARMADURA LONGITUDINAL PARA
SATISFACER CRITERIO DE ANCHO DE FISURAS 329
FIG. VIII.9. PORCENTAJE MNIMO DE ARMADURA LONGITUDINAL PARA
SATISFACER CRITERIO DE TENSIN EN ACERO 330
FIG. VIII.10. ESPACIAMIENTO MXIMO RECOMENDADO PARA BARRAS DE
UNIN DE 13 mm EN PAVIMENTOS DE HORMIGN SIMPLE 334
FIG. VIII.11. ESPACIAMIENTO MXIMO RECOMENDADO PARA BARRAS DE
UNIN DE 16 mm EN PAVIMENTOS DE HORMIGN SIMPLE 335
FIG. VIII.12. DISTANCIA AL BORDE LIBRE PARA CLCULO DE BARRAS DE UNIN 338
XIII
UMSS Facultad de Ciencias y Tecnologa CARRETERAS II
FIG. IX.1. FACTORES DE DISTRIBUCIN POR CARRIL 350
FIG. IX.2. MTODO PCA 1984, ANLISIS POR FATIGA - ACOTAMIENTO CON Y
SIN PAVIMENTO 358
FIG. IX.3. MTODO PCA 1984, ANLISIS POR EROSIN - ACOTAMIENTO
SIN PAVIMENTO 359
FIG. IX.4. MTODO PCA 1984, ANLISIS POR EROSIN - ACOTAMIENTO
PAVIMENTADO 360
FIG. X.1. ILUSTRACIN CONCEPTUAL DEL CICLO DE VIDA DE LA CONDICIN
DEL PAVIMENTO 375
FIG. X.2. EJEMPLO DEL USO DEL ENSAYO NO-DESTRUCTIVO DE DEFLEXIN (NDT) 378
FIG. X.3. EJEMPLO DE IDENTIFICACIN DE TRAMO Y SECCIN 380
FIG. X.4. EJEMPLO DE UNA RED DE CAMINO DIVIDIDA EN UNIDADES DE PRUEBA 382
FIG. X.5. EJEMPLO DE UNA SECCIN DE PAVIMENTO DIVIDIDA
EN UNIDADES DE PRUEBA 383
FIG. X.6. SECCIN DEL NMERO MNIMO DE UNIDADES DE PRUEBA 385
FIG. X.7. EJEMPLO DE MUESTREO SISTEMTICO ALEATORIO 386
FIG. X.8. CURVA DEDUCIDA DE PAVIMENTO AC PARA ANOMALA DE
PIEL DE COCODRILO 392
FIG. X.9. CURVAS DE CORRECCIN PARA PAVIMENTOS DE CAMINOS DE
CONCRETO ASFLTICO 394
FIG. XI.1. ESQUEMA DE LA ZONA SOMETIDA A TENSIONES EN UN PAVIMENTO
SOMETIDO A UN ENSAYO FWD 424
FIG. XI.2. DISTANCIA A LA QUE LA DEFLEXIN DEPENDE SOLO DE LAS PROPIEDADES
DE LA SUBRASANTE 425
FIG. XI.3. DETERMINACIN DE EP/MR 429
FIG. XI.4. AJUSTE PARA d0 POR TEMPERATURA PARA PAVIMENTO CON BASE
GRANULAR O TRATADA CON ASFALTO 430
FIG. XI.5. AJUSTE PARA d0 POR TEMPERATURA PARA PAVIMENTO CON BASE
TRATADA CON CEMENTO Y/O PUZOLANAS 431
FIG. XI.6. SNef EN FUNCIN DE EP (MTODO NDT) 435
FIG. XI.7. FACTOR A PARA CONVERTIR DEFICIENCIAS EN ESPESOR DE
HORMIGN EN ESPESOR DE REFUERZO DE CONCRETO ASFLTICO 443
FIG. XI.8. VALOR EFECTIVO DINMICO DE k EN FUNCIN DE d0 Y REA 448
FIG. XI.9. MDULO ELSTICO DEL HORMIGN EN FUNCIN k Y REA 449
FIG. XI.10. FACTOR DE AJUSTE POR JUNTAS Y FISURAS 456
XIV
UMSS Facultad de Ciencias y Tecnologa CARRETERAS II
ndice de Tablas
TABLA II.1. VALORES ESPECIFICADOS PARA MATERIALES DE BASE Y SUB-BASE 27
TABLA II.2. COMPOSICIN DE LAS EMULSIONES ASFLTICAS 41
TABLA II.3. NORMAS DESARROLLADAS POR LA AASHTO Y LA ASTM 44
TABLA II.4. CUADRO COMPARATIVO DE LOS MATERIALES ASFLTICOS 46
TABLA II.5. ESPECIFICACIONES PARA BETUNES ASFLTICOS 62
TABLA II.6. ESPECIFICACIONES PARA ASFALTOS FLUIDIFICADOS DE CURADO
RPIDO (RC) 63
TABLA II.7. ESPECIFICACIONES PARA ASFALTOS FLUIDIFICADOS DE CURADO
MEDIO (MC) 64
TABLA II.8. ESPECIFICACIONES PARA ASFALTOS FLUIDIFICADOS DE CURADO
LENTO (LC) 65
TABLA II.9. ESPECIFICACIONES PARA EMULSIONES ASFLTICAS 66
TABLA II.10. TEMPERATURAS DE APLICAIN DEL ASFALTO 68
TABLA III.1. TEMPERATURA DE APLICACIN DEL LIGANTE BITUMINOSO 80
TABLA III.2. ANLISIS DE FACTORES QUE PUEDEN AFECTAR LA ELECCIN Y
COMPORTAMIENTO DE LOS LIGANTES 81
TABLA III.3. ANLISIS DE FACTORES QUE PUEDEN AFECTAR LA ELECCIN Y
COMPORTAMIENTO DE LOS AGREGADOS 82
TABLA III.4. CANTIDAD DE LIGANTE PARA LLENAR EL 20 % DE VACOS 87
TABLA III.5. PORCENTAJE DE LIGANTE PARA DIFERENTES RELACIONES 96
TABLA III.6. AUMENTO DE LIGANTE POR RUGOSIDAD DE LA SUPERFICIE 97
TABLA III.7. VALORES DEL FACTOR DE PERDIDA E 108
TABLA III.8. VALORES DEL FACTOR DE TRFICO T 109
TABLA III.9. VALORES DE CORRECCIN POR LA TEXTURA DE LA SUPERFICIE S 109
TABLA III.10. VALORES DE LA FRACCIN RESIDUAL R 111
TABLA IV.1. PERIODOS DE DISEO EN FUNCIN DEL TIPO DE CARRETERA 126
TABLA IV.2. FACTOR DE CRECIMIENTO 132
TABLA IV.3. FACTOR DE DISTRIBUCIN POR CARRIL 133
TABLA IV.4. VALORES DEL NIVEL DE CONFIANZA R DE ACUERDO AL TIPO DE CAMINO 138
TABLA IV.5. FACTORES DE DESVIACIN NORMAL 139
XV
UMSS Facultad de Ciencias y Tecnologa CARRETERAS II
TABLA IV.6. CAPACIDAD DEL DRENAJE 140
TABLA IV.7. VALORES mi PARA MODIFICAR LOS COEFICIENTES ESTRUCTURALES
O DE CAPA DE BASES Y SUB-BASES SIN TRATAMIENTO 141
TABLA IV.8. ESPESORES MNIMOS EN PULGADAS EN FUNCIN DE LOS EJES
EQUIVALENTES 144
TABLA IV.9. FACTORES EQUIVALENTES DE CARGA, EJES SIMPLES, pt = 2,0 153
TABLA IV.10. FACTORES EQUIVALENTES DE CARGA, EJES TANDEM, pt = 2,0 154
TABLA IV.11. FACTORES EQUIVALENTES DE CARGA, EJES TRIDEM, pt = 2,0 155
TABLA IV.12. FACTORES EQUIVALENTES DE CARGA, EJES SIMPLES, pt = 2,5 156
TABLA IV.13. FACTORES EQUIVALENTES DE CARGA, EJES TANDEM, pt = 2,5 157
TABLA IV.14. FACTORES EQUIVALENTES DE CARGA, EJES TRIDEM, pt = 2,5 158
TABLA IV.15. FACTORES EQUIVALENTES DE CARGA, EJES SIMPLES, pt = 3,0 159
TABLA IV.16. FACTORES EQUIVALENTES DE CARGA, EJES TANDEM, pt = 3,0 160
TABLA IV.17. FACTORES EQUIVALENTES DE CARGA, EJES TRIDEM, pt = 3,0 161
TABLA V.1. CLASIFICACIN DE LOS SUELOS MTODO AASHTO
(MATERIAL GRANULAR) 174
TABLA V.2. CLASIFICACIN DE LOS SUELOS MTODO AASHTO
(MATERIAL LIMO - ARCILLOSO) 175
TABLA V.3. VALOR DEL CBR CORREGIDO EN FUNCIN DEL IG 176
TABLA V.4. GRANULOMETRA DEL MATERIAL PARA CAPA BASE 178
TABLA V.5. ORGANIZACIN DE LA INFORMACIN PARA CALCULAR EL
FACTOR DE CARGA (FC) 182
TABLA V.6. PORCENTAJE DE VEHCULOS COMERCIALES EN CARRIL DE DISEO 183
TABLA V.7. VALORES DE (FR) PARA DIFERENTES NIVELES DE LLUVIA 185
TABLA V.8. COEFICIENTES DE EQUIVALENCIA ESTRUCTURAL 186
TABLA V.9. ESPESOR MNIMO DEL REVESTIMIENTO 187
TABLA VI.1. PORCENTAJE DE TRFICO TOTAL DE CAMIONES EN EL CARRIL DE DISEO 219
TABLA VI.2. FACTOR DE CRECIMIENTO 220
TABLA VI.3. FACTOR DE EQUIVALENCIA DE CARGA 224
TABLA VI.4. EJEMPLO DE DISTRIBUCIN DE CARGAS POR EJE 225
TABLA VI.5. DISTRIBUCIN DE FACTOR DE CAMIN (FT) PARA DIFERENTES CLASES
DE CARRETERAS Y VEHCULOS E.E.U.U. 226
TABLA VI.6. EJEMPLO DE HOJA DE CLCULO PARA EL ANLISIS DE TRFICO 228
TABLA VI.7. ENSAYOS DE SUELOS DE LA SUBRASANTE Y TAMAOS DE PARTICULAS 230
TABLA VI.8. VALOR PERCENTIL DEL MR PARA DISEO DE LA SUBRASANTE,
DE ACUERDO AL NIVEL DEL TRNSITO 231
XVI
UMSS Facultad de Ciencias y Tecnologa CARRETERAS II
TABLA VI.9. REQUISITOS DE CALIDAD DE BASE Y SUB-BASE DE AGREGADO
NO TRATADO 232
TABLA VI.10. SELECCIN DE LA CALIDAD DE ASFALTO 236
TABLA VI.11. ESPESOR MNIMO DE CONCRETO ASFLTICO ENCIMA DE BASES
DE EMULSIONES ASFLTICAS 237
TABLA VI.12. ESPESOR MNIMO DE CONCRETO ASFLTICO ENCIMA DE BASES
DE AGREGADO NO TRATADO 241
TABLA VII.1. EFECTO DE LA DENSIDAD EN LA PRUEBA MARSHALL 261
TABLA VII.2. ESPECIFICACIONES MARSHALL DE DISEO 277
TABLA VII.3. PORCENTAJE MNIMO DE VACOS EN EL AGREGADO MINERAL 278
TABLA VII.4. DATOS OBTENIDOS DEL ENSAYO MARSHALL 281
TABLA VII.5. FORMULARIO PARA REGISTRO Y CLCULO ENSAYO MARSHALL 286
TABLA VIII.1. NIVELES DE CONFIABILIDAD RECOMENDADAS POR AASHTO 289
TABLA VIII.2. DESVIACIN NORMAL DE CONFIABILIDAD 290
TABLA VIII.3. FACTORES EQUIVALENTES DE CARGA PARA PAVIMENTO RGIDO 292
TABLA VIII.4. VALORES DEL FACTOR LS 305
TABLA VIII.5. COEFICIENTE DE DRENAJE PARA PAVIMENTOS RGIDOS 308
TABLA VIII.6. COEFICIENTE DE TRANSFERENCIA DE CARGAS 309
TABLA VIII.7. VALORES DEL FACTOR DE FRICCIN 318
TABLA VIII.8. VALORES DE CONTRACCIN DEL HORMIGN 320
TABLA VIII.9. COEFICIENTE DE DILATACIN DEL HORMIGN 321
TABLA VIII.10. PLANILLA DE CLCULO DE ARMADURA LONGITUDINAL
DE PAVIMENTOS CONTINUOS 323
TABLA VIII.11. TENSIONES DE TRABAJO DEL ACERO 325
TABLA VIII.12. PLANILLA PARA EL CLCULO DE ARMADURA LONGITUDINAL 331
TABLA VIII.13. ESPACIAMIENTO MXIMO RECOMENDADO PARA BARRAS DE UNIN 336
TABLA IX.1. ESFUERZO EQUIVALENTE [kg
/cm2] ACOTAMIENTO SIN PAVIMENTAR 346
TABLA IX.2. ESFUERZO EQUIVALENTE [kg
/cm2] ACOTAMIENTO PAVIMENTADO 347
TABLA IX.3. FACTORES DE CRECIMIENTO FC 351
TABLA IX.4. EFECTO DE LAS SUB-BASES GRANULARES SOBRE LOS VALORES DE K 354
TABLA IX.5. VALORES DE K PARA SUB-BASE DE SUELO CEMENTADO 355
TABLA IX.6. EFECTO DE LAS SUB-BASES NO TRATADAS SOBRE LOS VALORES DE K 355
TABLA IX.7. VALORES DE DISEO DE K PARA BASES TRATADAS CON CEMENTO 356
TABLA IX.8. VALORES DE K PARA SUB-BASES DE CONCRETO ASFLTICO 356
TABLA IX.9. FACTOR DE EROSIN, JUNTA CON PASAJUNTAS ACOTAMIENTO
SIN PAVIMENTO 363
XVII
UMSS Facultad de Ciencias y Tecnologa CARRETERAS II
TABLA IX.10. FACTOR DE EROSIN, JUNTA SIN PASAJUNTAS ACOTAMIENTO
SIN PAVIMENTAR 364
TABLA IX.11. FACTOR DE EROSIN, JUNTA CON PASAJUNTAS ACOTAMIENTO
PAVIMENTADO 365
TABLA IX.12. FACTOR DE EROSIN, JUNTA SIN PASAJUNTAS ACOTAMIENTO
PAVIMENTADO 366
TABLA IX.13. DISTRIBUCIN DE TRNSITO PARA DATOS DE EJES CARGADOS 370
TABLA IX.14. PLANILLA DE CLCULO PARA DISEO DE PAVIMENTO RGIDO 371
TABLA X.1. EJEMPLO DE NIVEL DE RED VIAL: CRITERIO DE MUESTREO 387
TABLA X.2. EJEMPLO DE NIVEL DE RED VIAL, BASADO EN LA ECUACIN X.1 388
TABLA XI.1. VALORES SUGERIDOS DEL COEFICIENTE ESTRUCTURAL PARA
CAPAS DE PAVIMENTOS DETERIORADOS 436
XVIII
UMSS Facultad de Ciencias y Tecnologa CARRETERAS II
ndice de Anexos
ANEXOS 461
ANEXO I: Ensayos para Obras de Pavimentacin 462
ANEXO II: Manual de Anomalas PCI 518
ANEXO II-A: HOJAS DE ESTUDIO DE CAMPO (En Blanco) 519
ANEXO II-B: DEFINICIONES DE ANOMALAS Y CURVAS DE VALORES
DEDUCIDOS EN CAMINOS DE CONCRETO ASFLTICO 523
ANEXO II-C: DEFINICIONES DE ANOMALAS Y CURVAS DE VALORES
DEDUCIDOS EN CAMINOS DE CONCRETO DE CEMENTO
PORTLAND 576
1
INTRODUCCIN
CAPITULO I
CAPITULO I: Introduccin 2
UMSS Facultad de Ciencias y Tecnologa CARRETERAS II
I. INTRODUCCIN
I.1. FUNCIONES DE UN PAVIMENTO
Un pavimento de una estructura, asentado sobre una fundacin apropiada, tiene por
finalidad proporcionar una superficie de rodamiento que permita el trfico seguro y
confortable de vehculos, a velocidades operacionales deseadas y bajo cualquier
condicin climtica. Hay una gran diversidad de tipos de pavimento, dependiendo del
tipo de vehculos que transitaran y del volumen de trfico.
La Ingeniera de Pavimentos tiene por objetivo el proyecto, la construccin, el
mantenimiento y la gerencia de pavimentos, de tal modo que las funciones sean
desempaadas con el menor costo para la sociedad. Tratndose, esencialmente, de una
actividad multidisciplinaria, donde estn involucrados conceptos y tcnicas de las
Ingenieras: 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.
En un camino no pavimentado, las condiciones de funcionamiento son precarias, lo que
genera limitaciones en las velocidades y las cargas de los vehculos, tambin se elevan
los costos operacionales (mantenimiento y combustible). La utilizacin de un camino de
tierra depende de las condiciones climticas y de un drenaje satisfactorio. En un camino
con revestimiento primario (cascajo o un suelo pedregoso arenoso), las condiciones
climticas pueden ser menos importantes pero si un drenaje eficaz.
Un pavimento difcilmente sufre una ruptura catastrfica, a menos que exista un error en
el proyecto geotcnico en casos como los de pavimentos asentados en terraplenes sobre
suelos expansivos. Esa degradacin se da, usualmente, de forma continua a lo largo del
tiempo es desde la abertura al trfico, por medio de mecanismos complejos y que no
estn ntegramente relacionados, donde gradualmente se van acumulando deformaciones
CAPITULO I: Introduccin 3
UMSS Facultad de Ciencias y Tecnologa CARRETERAS II
plsticas y siendo formadas a trabes de las capas (asflticas o cementadas), provenientes
de una combinacin entre la accin de las cargas del trfico y los efectos de la
intemperie (variaciones de temperatura y humedad a lo largo del tiempo). Adems, la
condicin de ruptura de un pavimento es, hasta cierto punto, indefinida y subjetiva,
existiendo divergencias entre los tcnicos y administradores en cuanto al mejor
momento para restaurar un pavimento que presenta un cierto nivel de deterioro
estructural y/o funcional.
I.2. COMPONENTES DE UN PAVIMENTO
En la Figura I.1 se muestra esquemticamente, los componentes principales de un
pavimento asfltico. Se puede considerar que la estructura de un pavimento esta 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.
Figura I.1. Seccin tpica de un pavimento. Fuente: Instituto Tecnolgico de Aeronutica, Ingeniera de Pavimentos, Brasil, 2000.
CAPITULO I: Introduccin 4
UMSS Facultad de Ciencias y Tecnologa CARRETERAS II
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 asfltico 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 hmeda.
Reducir las tensiones verticales que la carga por eje ejerce sobre la capa base,
para poder controlar la acumulacin de deformaciones plsticas 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 traccin que las cargas por eje ejercen a la capa de
revestimiento asfltico.
Permitir el drenaje del agua que se infiltra en el pavimento, a travs 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 reduccin del espesor de la capa base.
CAPITULO I: Introduccin 5
UMSS Facultad de Ciencias y Tecnologa CARRETERAS II
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 terrapln, que esta escarificado y
compactado una cierta profundidad dependiendo de su naturaleza o de las
especificaciones del proyecto.
I.3. PROYECTO DE UN PAVIMENTO
Proyectar un pavimento significa determinar la combinacin de materiales, espesores y
posiciones de las capas constituyentes que sea ms econmica, 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 sern seguidas
durante la construccin, 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
sucesin temporal directa entre ellos. A medida que van siendo concebidas las
soluciones tcnicamente viables se requieren nuevos datos, cuya necesidad hasta
entonces era insospechada.
En el anlisis econmico de las alternativas se tiende a concentrar nicamente en el
costo inicial (construccin 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 minimizacin del costo total del ciclo de vida del pavimento, que est
compuesto por la suma de los costos de construccin (costo inicial), de mantenimiento
(recurrente durante el periodo de proyecto) y de restauracin (al final del periodo de
proyecto).
Otra recomendacin importante es analizar el mayor nmero posible de alternativas para
la seccin del pavimento, considerando todos los tipos de estructura que sean capaces de
CAPITULO I: Introduccin 6
UMSS Facultad de Ciencias y Tecnologa CARRETERAS II
satisfacer los requisitos funcionales especificados (pavimentos flexibles, semirgidos,
rgidos, etc.).
Figura I.2. Actividades pertenecientes a un proyecto. Fuente: Instituto Tecnolgico de Aeronutica, Ingeniera de Pavimentos, Brasil, 2000.
Los siguientes factores deben ser tomados en cuenta, para que el proyecto sea completo
y eficaz:
Materiales disponibles.
Experiencia prctica de las empresas constructoras en la ejecucin de los
servicios previstos.
Restricciones presupuestarias.
PROYECTO
1. Definicin de problema.
2. Obtencin de informacin necesaria.
3. Concepcin y generacin de alternativas
tcnicamente viables.
4. Anlisis del desempeo esperado de las
alternativas viables y determinacin de las
alternativas aceptables.
5. Anlisis de las alternativas aceptables.
6. Definicin de la solucin a ser
implementada.
Especificaciones
De los materiales de construccin.
De los procesos constructivos.
Del control tecnolgico y de la
calidad de ejecucin.
CONSTRUCCIN
CAPITULO I: Introduccin 7
UMSS Facultad de Ciencias y Tecnologa CARRETERAS II
Restricciones operacionales y logsticas.
Nivel de confiabilidad: Nc = PR (Vs > PP) deseable para el proyecto. El
porcentaje de rea que representar la vida de servicio (Vs) mnima 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
ser la frecuencia con que ocurrirn los deterioros localizados antes del final
del periodo de proyecto, siendo necesaria la ejecucin de trabajos de
conservacin mas frecuentes. Otro factor que tiene influencia en el nivel de
confiabilidad (Nc) es la variacin esperada de las propiedades mecnicas de
los materiales de construccin.
Modelo deseado para la utilizacin del pavimento a lo largo del periodo de
proyecto.
Trfico previsto durante el periodo de proyecto.
Condiciones climticas regionales (rgimen pluviomtrico y temperaturas).
Consideraciones o no de estrategias de pavimentacin por etapas, en funcin
de la incertidumbre sobre el trfico futuro.
Con la aplicacin del sistema de gerencia de pavimento no se pretende minimizar
nicamente el costo de construccin del pavimento, si no el costo total del ciclo de vida,
definido en la Figura I.3.
CAPITULO I: Introduccin 8
UMSS Facultad de Ciencias y Tecnologa CARRETERAS II
CI
Costo
CR
CCi
PP Tiempo
Figura I.3. Costo del ciclo de vida de un pavimento CCV Fuente: Instituto Tecnolgico de Aeronutica, Ingeniera de Pavimentos, Brasil, 2000.
111
11
PP
PP
ii
i
r
PPCR
r
CCCICCV
donde:
CCV = Costo del ciclo de vida de un pavimento.
CI = Costo inicial de la construccin del pavimento nuevo.
CCi = Costo de mantenimiento por ao i.
CR(PP) = Costo de restauracin al final del periodo de proyecto (PP).
r = Tasa de oportunidad del capital (% por ao) = tasa interna de
retorno de inversin de riesgo mnimo de economa.
(r = 16% - 6% = 10%) donde 6% representa la inflacin.
La ventaja de este procedimiento est en poder elegir la solucin ms eficaz en trminos
econmicos, y no aquella que es de menor costo de implantacin. El procedimiento
convencional puede llevar a serios problemas cuando llega el momento de restaurar el
CAPITULO I: Introduccin 9
UMSS Facultad de Ciencias y Tecnologa CARRETERAS II
pavimento. El caso tpico de los pavimentos semirgidos cuya restauracin tiende a ser
onerosa debido a la reflexin de las fisuras de la base cementada.
Un proyecto efectivamente optimizado est definido por:
Minimizar CCV
sujeto a:
CI restriccin presupuestaria
Vs PP
Por las consideraciones realizadas el proyecto de un pavimento debe tener los siguientes
componentes:
Dimensionamiento estructural: donde se determina la seccin del pavimento para
que sea capaz de resistir los efectos deteriorantes de las cargas de trfico.
Especificacin de los materiales de construccin: incluyendo los procesos
constructivos y procedimientos para el control tecnolgico de calidad.
Proyecto geotcnico: incluyendo la consideracin 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 infiltracin.
CAPITULO I: Introduccin 10
UMSS Facultad de Ciencias y Tecnologa CARRETERAS II
I.4. TIPOS DE PAVIMENTOS
Pavimentos flexibles.
o Convencionales de base granular. o Deep-Strength de base asfltica. o Pavimentos full-depth. o Pavimentos con tratamiento superficial (pueden ser semirgidos tambin).
Pavimentos rgidos.
Pavimentos semirgidos.
I.4.1. PAVIMENTOS CON TRATAMIENTO SUPERFICIAL
Los tratamientos superficiales dobles o triples pueden ser utilizados como capas de
revestimiento en carreteras de trfico leve a medio. Se construyen mediante la aplicacin
de capas de ligante bituminoso sobre las cuales se conforman capas de materiales
ptreos compactados, cuya granulometra debe ser rigurosamente controlada para
satisfacer las exigencias de las especificaciones tcnicas adoptadas en el proyecto.
El deterioro del revestimiento se produce principalmente por la fisuracin debida a la
fatiga y/o al desgaste. Los tratamientos superficiales simples que deben ser utilizados
apenas para accesos donde el trfico de proyecto es del orden del 1% del trfico de
proyecto de las fajas de rodadura, o para la proteccin provisoria de bases granulares
hasta que el revestimiento definitivo sea construido.
CAPITULO I: Introduccin 11
UMSS Facultad de Ciencias y Tecnologa CARRETERAS II
I.4.2. PAVIMENTOS FLEXIBLES
Son aquellos que tienen un revestimiento asfltico sobre una capa base granular. La
distribucin de tensiones y deformaciones generadas en la estructura por las cargas de
rueda del trfico, se da de tal forma que las capas de revestimiento y base absorben las
tensiones verticales de compresin del suelo de fundacin por medio de la absorcin de
tensiones cizallantes. En este proceso ocurren tensiones de deformacin y traccin en la
fibra inferior del revestimiento asfltico, que provocar su fisuracin por fatiga por la
repeticin de las cargas de trfico. Al mismo tiempo la repeticin de las tensiones y
deformaciones verticales de compresin que actan en todas las capas del pavimento
producirn la formacin de hundimientos en la trilla de rueda, cuando el trfico tiende a
ser canalizado, y la ondulacin longitudinal de la superficie cuando la heterogeneidad
del pavimento fuera significativa.
1.4.3. PAVIMENTOS RGIDOS
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 flexin, cuando se generan tensiones y deformaciones de
traccin de bajo la losa producen su fisuracin por fatiga, despus de un cierto nmero
de repeticiones de carga. La capa inmediatamente inferior a las losas de C.C.P.
denominada sub-base, por esta razn, 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.
I.4.4. PAVIMENTOS SEMIRGIDOS
En trminos amplios, un pavimento semirgido compuesto es aquel en el que se
combinan tipos de pavimentos diferentes, es decir, pavimentos flexibles y pavimentos
rgidos, normalmente la capa rgida esta por debajo y la capa flexible por encima. Es
CAPITULO I: Introduccin 12
UMSS Facultad de Ciencias y Tecnologa CARRETERAS II
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 asfltico.
La estabilidad de suelos por medio de ligantes hidrulicos (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.
I.5. CONSIDERACIONES SOBRE LOS SUELOS DE FUNDACIN
Al igual que en la casi totalidad de aplicaciones de la Mecnica de Suelos, los materiales
que se eligen para la fundacin de pavimentos, son de dos tipos claramente
diferenciados. Los que se denominan materiales gruesos (arenas, gravas, fragmentos de
roca, etc.) constituyen el primer grupo, el segundo grupo est formado por los suelos
finos, cuyo arquetipo son los materiales arcillosos.
Es bien conocida la gran diferencia de comportamiento que tienen ambos grupos de
suelos, respecto a sus caractersticas de resistencia y deformacin, estas diferencias
ocurren por la naturaleza y la estructura ntima que adoptan las partculas individuales o
sus grumos, los suelos finos forman agrupaciones compactas y bien familiares, en
cambio los suelos gruesos adoptan formas vaporosas con grandes volmenes de vacos y
ligas poco familiares en el caso de los finos.
En los suelos gruesos tales como las arenas y las gravas, la deformacin del conjunto por
efecto de cargas externas, slo puede tener lugar, por acomodo brusco de partculas
menores en los huecos que dejan entre s las mayores, o por ruptura y molienda de sus
partculas. La expansin de suelos gruesos, es un fenmeno que para efectos prcticos
no se considera en el diseo de carreteras. La estabilidad de los suelos gruesos ante la
presencia del agua es grande, si se prescinde de la posibilidad de arrastres internos de
partculas menores por efecto de la circulacin de corrientes de agua interiores, efecto
que relativamente es poco comn en las carreteras. Por tanto, si el suelo grueso est
CAPITULO I: Introduccin 13
UMSS Facultad de Ciencias y Tecnologa CARRETERAS II
constituido por partculas mineralgicamente sanas, su resistencia al esfuerzo cortante es
grande, y est basada en mecanismos de friccin interna de sus partculas, o en la
resistencia que oponen esas partculas a deslizarse unas con respecto a otras,
dependiendo por tanto de la friccin interna y de su dureza.
Para cualquier solicitacin se cumple que a mayor presin ejercida sobre el conjunto de
partculas por las cargas exteriores, la resistencia del conjunto crece, tal como establecen
las leyes de friccin. Evidentemente, cualquier aumento en la compacidad del conjunto
trae consigo un aumento en su resistencia intrnseca y al reacomodo. En caso de
producirse algn deslizamiento o reacomodo entre partculas, debido a elevados
esfuerzos, la deformacin ocasionada es de magnitud relativamente pequea. Un
material de esta naturaleza bien compactado, adquiere caractersticas de resistencia y
difcil deformabilidad, permanentes en el tiempo y muy poco dependientes del contenido
de agua que el material adquiera con el transcurso del tiempo. Estas caractersticas son
favorables para el desempeo estructural de las carreteras.
El caso de los suelos finos arcillosos, su tendencia a adoptar estructuras internas abiertas,
con alto volumen de vacos, hace que estos suelos tengan una capacidad de deformacin
mucho ms alta. Si se ejerce presin sobre suelos finos saturados se puede ocasionar un
fenmeno de consolidacin, que induce al agua acumulada entre sus partculas a salir del
conjunto, produciendo una reduccin del volumen que originar deformaciones del
conjunto, las que afectarn la estabilidad del pavimento.
En los suelos finos parcialmente saturados, la presin externa produce deformaciones
que disminuyen los vacos, comunican presin al agua interior, que se desplazar hacia
el exterior, ocasionando deformaciones volumtricas grandes. Las estructuras
precomprimidas, al cesar la presin externa y absorber agua, tienden a disipar los
estados de tensin superficial actuantes entre el agua que ocupaba parcialmente los
vacos y las partculas cristalinas del suelo, liberando energa que permite que la
estructura slida precomprimida se expanda, de manera que los suelos arcillosos son
CAPITULO I: Introduccin 14
UMSS Facultad de Ciencias y Tecnologa CARRETERAS II
muy proclives a la compresin bajo cargas y a la expansin, cuando al cesar la accin de
cualquier carga exterior, se produce la liberacin de sus esfuerzos y comienza a actuar la
succin interior del agua externa.
En cualquier caso la estabilidad volumtrica de los suelos finos est amenazada y
pueden ocurrir en ellos deformaciones volumtricas muy importantes: De compresin, a
expensas de su gran volumen de vacos y de la salida del agua interior por efecto de las
cargas exteriores, o de expansin, a causa de la succin interna que produce la expansin
de la estructura slida, que absorbe agua del exterior.
La magnitud de estos fenmenos (compresin de la estructura bajo carga externa o
expansin de una estructura precomprimida por liberacin de presin externa y
absorcin de agua), depende de la naturaleza del suelo arcilloso. Hay arcillas como la
bentonita o la montmorillonita, mucho ms activas en estos procesos que otras, como
por ejemplo, la caolinita. Este cambio en la naturaleza fsico-qumica y mineralgica
influye en el comportamiento de interrelacin de las partculas y los grumos, que se
traduce en diferencias muy importantes en la relacin de vacos o vaporosidad de su
estructura interna. Algunas arcillas pueden tener una relacin de vacos de 2, 3 4
(volumen de vacos 2, 3 4 veces ms grande que el volumen de los slidos), lo cual
representa una capacidad de deformacin volumtrica mucho mayor. Por razones
constructivas, las arcillas se incorporan en los suelos que se utilizan en las carreteras,
tras procesos de compactacin, lo que hace que estn precomprimidas, por lo que sern
proclives a procesos de succin de agua externa y/o expansin, en un grado mayor
cuanto ms intensa haya sido la compactacin con que se colocaron.
Obviamente, un cierto grado de compactacin inicial es necesario, pero siempre ocurrir
que cuanto mayor sea ese proceso inicial, mayor ser el potencial de succin
comunicado y, por ende, tambin ser mayor el potencial de expansin adquirido con
absorcin de agua; el cual al desarrollarse producir un suelo maleable de fcil
deformacin por la compresin de cualquier nueva carga. Esta deformacin producir un
CAPITULO I: Introduccin 15
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efecto de acorden, cuyas consecuencias sern altamente perjudiciales para la
carretera.
Estas consideraciones hacen ver la importancia del proceso de compactacin de suelos
finos. Si no se alcanzan en principio condiciones adecuadas, la carretera ser inestable,
pero si la compactacin es mayor a un determinado lmite, la carretera tambin llegar a
ser inestable con el transcurso del tiempo, si es que los materiales estn en contacto con
el agua libre exterior.
Las consideraciones anteriores conducen a la conclusin de que los suelos arcillosos son
indeseables en el cuerpo general de las carreteras y, desde luego, en cualquier capa de la
seccin estructural de su pavimento. Sin embargo, razones constructivas y econmicas
obligan a una cierta presencia de suelos finos, la cual debe ser mnima y cuidadosamente
tratada.
En efecto, el material que se desea para construir carreteras est constituido por suelos
gruesos, pero resultara antieconmico e innecesario eliminar por completo a los finos,
con el avance actual de las tcnicas constructivas, habr que coexistir con un cierto
volumen de stos, teniendo presente, que cuanto ms abajo se ubiquen los suelos finos,
el impacto proveniente de las cargas del trfico ser menor, de manera que su presencia
ser menos nociva. Por ello, la tecnologa tradicional exige el uso de suelos gruesos casi
puros en las capas bases y sub-bases del pavimento, y va aceptando contenidos
crecientes de suelos finos en subrasantes y terreceras.
Por razones econmicas, no es posible eliminar completamente la presencia de suelos
finos de la seccin estructural de una carretera, pero debe tenerse muy en cuenta que las
investigaciones de la Mecnica de Suelos indican que contenidos relativamente muy
pequeos de arcilla, formando parte de una matriz de suelo grueso, bastan para dar a esa
matriz un comportamiento indeseable, hacindola compresible y expansiva. El lmite en
el contenido de finos depende de la actividad de la arcilla.
CAPITULO I: Introduccin 16
UMSS Facultad de Ciencias y Tecnologa CARRETERAS II
Los anlisis exigidos para determinar la actividad de los suelos arcillosos hace
prcticamente imposible el investigar la naturaleza de los finos dentro del proceso
industrial de construccin de una carretera, por lo cual el contenido de finos suele
controlarse limitando el porcentaje de partculas que pasan el tamiz No. 200.
La investigacin desarrollada dentro de la tecnologa de la Mecnica de Suelos hace ver
las grandes diferencias que produce la inclusin de finos arcillosos en una matriz de
gravas utilizadas en bases y sub-bases de pavimentos asflticos, segn sea la actividad y
la naturaleza de las arcillas incorporadas, pero, a la vez, muestra tambin que contenidos
de finos por debajo del 10% del total, no tienen una influencia determinante en la
resistencia y en la deformabilidad del conjunto, que mantendr un comportamiento que
bsicamente puede considerarse como el de un suelo grueso. Contenidos superiores a ese
valor le dan al suelo un comportamiento notablemente indeseable, de manera que
contenidos de materiales arcillosos en el orden del 12%, ya inducen a un
comportamiento que corresponde al de un suelo fino.
Por lo anterior, el contenido de materiales finos que pasan el tamiz No. 200, en cualquier
matriz de suelo grueso que se utilice en las capas superiores de una carretera (bases y
sub-bases), no debe exceder de un 10%. Este valor debe reducirse a la mitad en las
carpetas asflticas. Adems debe tenerse en cuenta que no menos de un 4% 5% de
partculas finas van a ser aportadas por la propia fraccin gruesa, como resultado de los
procesos usuales de trituracin, por este hecho se debe reducir, en la misma proporcin,
el contenido de materiales puramente arcillosos.
En las subrasantes de carreteras puede haber una mayor tolerancia, aceptndose
contenidos de finos que pasan el tamiz No. 200 hasta un porcentaje del 15%, en las
carreteras ms ocupadas, y hasta un 25% en aquellas de menor ocupacin.
El contenido de materiales finos y sus efectos en las secciones estructurales de las
carreteras, tambin deben controlarse con la medicin del ndice de plasticidad de la
CAPITULO I: Introduccin 17
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fraccin que pasa la malla No. 40. El valor del lmite lquido no debe ser mayor a 25% y
30% en bases y sub-bases, y no mayor a 50% en subrasantes.
Evidentemente, el empleo prudente de los materiales trreos con lmites adecuados en el
contenido de materiales finos arcillosos, permite el empleo de estndares de
compactacin adecuados, para dar a las capas de la seccin estructural de una carretera
la consistencia necesaria, de manera que se garantice la permanencia de sus propiedades
durante su vida de servicio.
I.6. DRENAJE Y SUBDRENAJE
De las razones expuestas anteriormente se desprende la conveniencia de proteger la
seccin estructural de los pavimentos asflticos, de los efectos del agua exterior que
pudiera penetrar en ella. Por su elevado costo es imposible eliminar completamente la
presencia indeseable de los finos arcillosos, por este motivo resulta ms conveniente
efectuar adicionalmente obras de proteccin contra el agua exterior, para garantizar que
la prctica de eliminacin de finos funcione adecuadamente en lo general, y aadir obras
especiales de proteccin en aquellos lugares en los cuales las condiciones del flujo
interno de agua hagan que el criterio general establecido resulte insuficiente.
Situaciones de este tipo suelen presentarse en laderas inclinadas donde se ejecutan
cortes, especialmente en cajn; en estos casos convendr analizar la posibilidad de
incorporar la construccin de subdrenes, para proteger adecuadamente a la seccin
estructural.
I.7. MDULO DE RESILIENCIA
Este ensayo describe mejor el comportamiento del suelo bajo cargas dinmicas de
ruedas, que al moverse imparten un pulso dinmico a todas las capas del pavimento y a
la subrasante. Como respuesta a este pulso cada capa del pavimento sufre una deflexin.
CAPITULO I: Introduccin 18
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El pulso de las solicitaciones vara en un periodo muy breve de un valor muy bajo hasta
un mximo, en funcin de la velocidad del vehculo.
La muestra de forma cilndrica se confina en una cmara triaxial, que permite aplicar a
la probeta una gran variedad de presiones, mediante un dispositivo especial que puede
aplicar cargas pulsantes de diferente magnitud y duracin.
En el ensayo se registra:
a. La carga aplicada mediante una clula de carga electrnica.
b. La presin de confinamiento mediante el medidor de presiones.
c. La deformacin que sufre la probeta.
Para suelos finos interesa conocer la tensin desviante d = 1 - 3
Para los suelos granulares la tensin volumtrica 3 = 1 + 2 + 3
Las cargas dinmicas repetidas producen en la probeta una deformacin vertical, que
tiene dos componentes:
P = Deformacin permanente, que no se recupera cuando cesa la carga.
R = Deformacin Resiliente, que es recuperable cuando deja de actuar la carga
La relacin entre las deformaciones verticales y la carga desviante se muestra en la
figura siguiente:
CAPITULO I: Introduccin 19
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Figura I.4. Relacin entre deformacin vertical y carga desviante. Fuente: Aylln Acosta Jaime, Gua para el Diseo de Pavimentos de Concreto Asfltico.
Para determinar el mdulo resiliente se registra toda la deformacin axial de la probeta a
lo largo del ensayo y se calcula con la siguiente expresin:
MR = d / R
R tiene la misma definicin del mdulo de Young, aplicada a solicitaciones transilientes
de corta duracin.
RELACIONES C.B.R. - MDULO DE RESILIENCIA
En nuestro pas no existe experiencia ni equipos para determinar el Mdulo Resiliente.
Ante esta falencia se pueden utilizar las siguientes relaciones con el C.B.R.
(1) CBR < 15 % (Shell)
MR (MPa) = K * CBR K = 10
K = Tiene una dispersin de valores de 4 a 25
(2) MR (MPa) = 17,6 * CBR0,64
(Powell et al)
R P
CAPITULO I: Introduccin 20
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I.8. CONFIGURACIN DE EJES
I.8.1. DEFINICIONES
- Eje es el conjunto de dos o ms ruedas que transmiten el peso al camino.
- Eje delantero: Eje que se encuentra en la parte delantera del vehculo.
- Eje central: Eje que se encuentra en la parte central del vehculo.
- Eje posterior: Eje que se encuentra en la parte posterior del vehculo.
- Eje retrctil: Conjunto de dos o ms ruedas que esta provisto de un dispositivo
mecnico, hidrulico o neumtico que sirve para modificar el peso transmitido a la
superficie de la va pblica y que puede elevar sus neumticos para que ellos no
toquen esta superficie.
- Camin: Vehculo autopropulsado de carga, puede ser tambin utilizado para
remolcar. Su diseo puede incluir una carrocera o estructura portante.
- Tractor: Vehculo autopropulsado, diseado para remolcar y soportar la carga que le
transmite un semiremolque a travs de un acople adecuado para tal fin.
- Remolque: Vehculo no autopropulsado con eje(s) delantero(s) y posterior(es) cuyo
peso total, incluyendo la carga, descansa sobre sus propios ejes y es remolcado por
un camin o un tractor semiremolque.
- Semiremolque: Vehculo no autopropulsado con eje(s) delantero(s) y posterior(es)
cuyo peso y carga se apoyan en el tractor que lo remolca (a quien le transmite carga
parcialmente).
CAPITULO I: Introduccin 21
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I.8.2. PESO ADMISIBLE POR NEUMTICO
A los neumticos con un ancho menor a 150 mm se les asigna un peso mximo
admisible de 9 Kg por cada milmetro de ancho, a los neumticos con un ancho superior
un peso mximo admisible de 11 Kg por cada milmetro de ancho.
EJE SIMPLE
Se denomina eje simple al elemento constituido por un solo eje no articulado a otro,
puede ser: motriz o no, direccional o no, anterior, central o posterior.
Peso mximo admisible para un eje simple de 2 neumticos es de 7000 Kg (15 Kips).
Peso mximo admisible para un eje simple de 4 neumticos es de 11000 Kg (24 Kips).
EJE TANDEM
Se denomina eje Tandem al elemento constituido por dos ejes articulados al vehculo por
dispositivos comunes, separados por una distancia menor a 2,4 metros. Estos reparten la
CAPITULO I: Introduccin 22
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carga, en partes iguales, sobre los dos ejes. Los ejes de este tipo pueden ser motrices,
portantes o combinados.
Peso mximo admisible para un eje tandem de 4 neumticos es de 10000 Kg (22 Kips).
Peso mximo admisible para un eje tandem de 6 neumticos es de 14000 Kg (31 Kips).
Peso mximo admisible para un eje tandem de 8 neumticos es de 18000 Kg (40 Kips).
CAPITULO I: Introduccin 23
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EJE TRIDEM
Se denomina eje Tridem al elemento constituido por tres ejes articulados al vehculo por
dispositivos comunes, separados por distancias menores a 2,4 metros. Estos reparten la
carga sobre los tres ejes. Los ejes de este tipo pueden ser motrices, portantes o
combinados.
Peso mximo admisible para un eje tridem de 6 neumticos es de 17000 Kg (37 Kips).
Peso mximo admisible para un eje tridem de 10 neumticos es de 21000 Kg (46 Kips).
CAPITULO I: Introduccin 24
UMSS Facultad de Ciencias y Tecnologa CARRETERAS II
Peso mximo admisible para un eje tridem de 12 neumticos es de 25000 Kg (55 Kips).
EJE DOBLE
Se denomina eje doble a una combinacin de dos ejes separados por una distancia mayor
de 2,4 metros. Para la determinacin de su peso mximo admisible se considera como
dos ejes simples (11 Ton. por eje).
EJE TRIPLE
Se denomina eje triple a una combinacin de tres ejes separados por una distancia mayor
de 2,4 metros. Para la determinacin de su peso mximo admisible se considera como
tres ejes simples (11 Ton. por eje).
CAPITULO I: Introduccin 25
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Tambin pueden encontrarse ejes triples conformados por la combinacin de un eje
tandem y un eje simple. En los cuales la distancia entre los ejes tandem es menor a 2,4
metros, y la distancia al eje simple es mayor a 2.4 metros. (11 Ton. para el eje simple y
18 Ton. para el eje tandem).
26
AGREGADOS PTREOS Y MATERIALES
ASFLTICOS
CAPITULO II
CAPITULO II: Agregados Ptreos y Materiales Asflticos 27
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II. AGREGADOS PTREOS Y MATERIALES ASFLTICOS
II.1. AGREGADOS PTREOS
El trmino agregado se refiere a partculas minerales granulares que se usan
ampliamente para bases, sub-bases y relleno de carreteras. Los agregados tambin se
usan en combinacin con un material cementante para formar concretos para bases, sub-
bases, superficies de desgaste y estructuras de drenaje. Las fuentes de agregados
incluyen los depsitos naturales de arena y grava, los pavimentos pulverizados de
concreto y asfalto, el material ptreo resquebrajado y la escoria de altos hornos.
II.1.1. ESPECIFICACIONES DE LOS AGREGADOS PARA BASE Y SUB-BASE
Los agregados deben satisfacer una rigurosa especificacin, en cuanto a su
granulometra, dureza, caras fracturadas, ndice de plasticidad, porcentaje que pasa el
tamiz No. 200, porcentaje de vacos.
Tabla II.1. Valores especificados para materiales de base y sub-base
Prueba Para sub-base Para base
CBR, mnimo 20 80
Limite Liquido, mximo 25 25
ndice Plstico, mximo 6 No Plstico
Equivalente de Arena, mnimo 25 35
Material que pasa el tamiz No.
200, mximo 10 5
Fuente: The Asphalt Institutes, Manual del Asfalto.
CAPITULO II: Agregados Ptreos y Materiales Asflticos 28
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II.1.2. PROPIEDADES DE LOS AGREGADOS
Las propiedades ms importantes de los agregados que se usan para la construccin de
carreteras son:
Tamao y graduacin de las partculas.
Dureza o resistencia al desgaste.
Durabilidad o resistencia al intemperismo.
Densidad relativa.
Estabilidad qumica.
Forma de partcula y textura de la superficie.
Ausencia de partculas o sustancias nocivas.
II.1.2.1. TAMAO DE PARTCULAS Y GRADUACIN DE LOS AGREGADOS
Una propiedad clave de los agregados que se usan en las bases y superficies de las
carreteras es la distribucin de los tamaos de partculas al mezclarlos. La graduacin de
los agregados, esto es, la combinacin de tamaos de partculas en la mezcla, afecta la
densidad, la resistencia, y la economa de la estructura del pavimento.
Se usa un anlisis granulomtrico para determinar las propiedades relativas de los
diferentes tamaos de partculas en una mezcla de agregados minerales. Para llevarlo
cabo, se pasa una muestra pesada de agregado seco a travs de un juego de mallas o
tamices cuyo tamao de abertura ha sido seleccionado previamente. Los tamices se
agrupan colocando hasta arriba los que tienen la abertura mayor y debajo aquellos con
aberturas sucesivamente ms pequeas. La muestra de agregado se agita con un vibrador
mecnico de mallas y se determina el peso del material retenido en cada tamiz, el cual se
expresa como un porcentaje de la muestra original. En el mtodo T27 de la AASHTO se
dan los procedimientos detallados para ejecutar un anlisis granulomtrico de agregados
gruesos y finos.
CAPITULO II: Agregados Ptreos y Materiales Asflticos 29
UMSS Facultad de Ciencias y Tecnologa CARRETERAS II
Las mallas de prueba que se usan comnmente para los proyectos de carreteras son
aquellas con aberturas de 2, 2, 1, 1, , , 3/8 de pulgada cuadrada para las fracciones
grandes y con 4, 10, 40, 80, 100, y 200 mallas por pulgada para las fracciones ms
pequeas. Estas ltimas mallas se designan como No. 4, No. 10, etc.
A la porcin de material agregado que queda retenida en la malla No. 10 (esto es, con
partculas mayores de 2,00 mm) se le conoce como agregado grueso. Al material que
pasa por la malla No. 10 pero queda retenido en la malla No. 200 (partculas mayores
que 0,075 mm) se le conoce como agregado fino. El material que pasa por la malla No.
200 se llama fino.
II.1.2.2. RESISTENCIA AL DESGASTE
Los materiales que se usan en los pavimentos de carreteras debern ser duros y resistir el
desgaste debido al efecto de pulido del trnsito y a los efectos abrasivos internos de las
cargas repetidas. La estimacin ms comnmente aceptada de la dureza de los agregados
es la prueba de abrasin de Los ngeles. La maquina que se usa en la prueba de Los
ngeles consta de un cilindro de acero hueco, cerrado en ambos extremos y montado en
ejes en posicin horizontal.
Para ejecutar la prueba de abrasin de Los ngeles, se coloca dentro el cilindro una
muestra limpia del agregado que se ha de probar junto con un peso estndar de esferas
de acero como carga abrasiva. El tambor se hace girar 500 veces a una velocidad de 30 a
33 rpm, despus de lo cual se retira la muestra de agregado y se agita en una malla del
No. 12 (1,70 mm). El material retenido en el tamiz se lava, se seca hasta alcanzar una
masa constante y se pesa. Se reporta como porcentaje de desgaste la diferencia entre la
masa original y la masa fina de la muestra expresada como un porcentaje de la masa
original. El mtodo T96 de AASHTO da un procedimiento detallado para esta prueba.
CAPITULO II: Agregados Ptreos y Materiales Asflticos 30
UMSS Facultad de Ciencias y Tecnologa CARRETERAS II
II.1.2.3 DURABILIDAD O RESISTENCIA AL INTEMPERISMO
Comnmente, la durabilidad de los agregados se mide con una prueba de integridad,
como se describe en el mtodo T104 de AASHTO. Esta prueba mide la resistencia de
los agregados a la desintegracin en una solucin saturada de sulfato de sodio o
magnesio. Simula el intemperismo de los agregados que existen en la naturaleza.
Para la prueba se sumergen fracciones conocidas del agregado que se ha de probar en
una solucin saturada de sulfato de sodio o magnesio. Luego se retira el agregado y se
seca en un horno hasta que alcance una masa constante. Se repite este proceso para un
nmero especificado de ciclos, normalmente cinco. Despus de los ciclos alternados de
mojado y desecacin, se divide al agregado en fracciones hacindolo pasar por las
mallas y se determina para cada fraccin el porcentaje de prdida de peso. El porcentaje
de prdida se expresa como un promedio pesado. Para un tamao dado de malla, el
porcentaje de prdida promedio por peso es el producto del porcentaje que pasa por esa
malla y el porcentaje que pasa por esa malla en el material original. El total de estos
valores es el valor de prueba de perdida en porcentaje.
II.1.2.4. DENSIDAD RELATIVA Y ABSORCIN
La densidad relativa y la absorcin de los agregados son propiedades importantes que se
requieren para el diseo de concreto y de mezclas bituminosas. La densidad relativa de
un slido es la razn de su masa a la de un volumen igual de agua destilada a una
temperatura especfica. Debido a que los agregados pueden contener huecos permeables
al agua, se usan dos medidas de la densidad relativa de los agregados: densidad relativa
aparente y densidad relativa de la masa.
La densidad relativa aparente, GA, se calcula con base en el volumen neto de los
agregados, esto es, sin contar los huecos permeables al agua. As,
CAPITULO II: Agregados Ptreos y Materiales Asflticos 31
UMSS Facultad de Ciencias y Tecnologa CARRETERAS II
w
VMG NDA
/
donde:
MD = masa seca del agregado
VN = volumen neto de los agregados sin considerar el volumen del agua absorbida
w = densidad del agua
La densidad relativa total, GB, se calcula con base en el volumen total de los agregados,
incluyendo los vacos permeables al agua:
w
VMG BDB
/
donde:
VB = volumen total de los agregados, incluyendo el volumen de agua absorbida
La diferencia entre las densidades relativas aparente y la total equivale a los huecos
permeables al agua de los agregados. El volumen de estos huecos se puede medir
pesando los agregados secos y en condiciones superficiales secas y saturadas, esto es,
con todos los vacos permeables llenos de agua. La diferencia entre las dos masas es la
masa absorbida, MW. Normalmente se expresa a la absorcin de agua como un
porcentaje de la masa del agregado seco,
Porcentaje de absorcin = 100D
W
M
M
CAPITULO II: Agregados Ptreos y Materiales Asflticos 32
UMSS Facultad de Ciencias y Tecnologa CARRETERAS II
II.1.2.5. ESTABILIDAD QUMICA DE LOS AGREGADOS
Ciertos agregados pueden ser inadecuados para una aplicacin particular de construccin
de carreteras debido a la composicin qumica de las partculas del agregado. En las
mezclas de asfalto, ciertos agregados que tienen una afinidad excesiva por el agua
pueden contribuir a que se levante o remueva el asfalto, lo que conduce a la
desintegracin de las superficies de asfalto.
Se puede decir que un agregado de naturaleza hidrofbica es aquel que tiene un alto
grado de resistencia a la remocin de la capa de asfalto en presencia del agua. Por lo
general, se puede suponer que la substancia bituminosa en una mezcla bituminosa est
presente en la forma de delgadas pelculas que rodean a las partculas del agregado y que
llenan, por lo menos parcialmente, los espacios vacos entre partculas adyacentes. Estas
delgadas pelculas de material bituminoso se adhieren a la superficie de los agregados
normales y contribuyen a la resistencia al corte de la mezcla; este efecto se considera
generalmente como parte de la cohesin de la mezcla. Para una exposicin continua al
agua, ya sea en el laboratorio o en el campo, las mezclas bituminosas que contengan
ciertos agregados muestran una tendencia definitiva a perder resistencia al corte,
fortaleza, debido a una disminucin en la cohesin que se debe principalmente al
reemplazo de las pelculas bituminosas que rodean a las partculas del agregado con
pelculas similares de agua. Los agregados que exhiben esta tendencia en un grado
marcado y nocivo se llaman agregados hidroflicos, que quiere decir afines al agua.
Por lo contrario, los agregados que muestran poca o ninguna disminucin en la
resistencia debido a la remocin de la capa asfltica se llaman hidrofbicoso
repelentes al agua.
Para juzgar la resistencia relativa a la remocin del asfalto de los agregados, se han
utilizado varios procedimientos de laboratorio diferentes, siendo los ms destacados la
prueba de remocin del asfalto y la prueba de inmersin-compresin. La prueba de
remocin de asfalto consiste en recubrir al agregado con el material bituminoso,
CAPITULO II: Agregados Ptreos y Materiales Asflticos 33
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sumergirlo en agua al agregado recubierto durante 16 a 18 h y luego, observar si el rea
total del agregado recubierto con una pelcula bituminosa est por encima o por debajo
del 95 por ciento. La prueba de inmersin-compresin consiste en comparar la
resistencia a la compresin de especimenes cilndricos de una mezcla bituminosa
(preparados, moldeados y probados de manera estndar) con reproducciones que han
sido sujetas a inmersin en agua por un tiempo definido y estandarizado.
Los agregados que se usan en las mezclas de concreto con cemento portland tambin
pueden causar problemas relacionados con la estabilidad qumica. En ciertas reas se ha
tenido mucha dificultad con agregados que contienen substancias nocivas que
reaccionan adversamente con los lcalis presentes en el cemento. Generalmente las
reacciones adversas de alcaliagregado provocan la expansin anormal del concreto. Se
han creado mtodos (Mtodos C227 y C289 de la ASTM) para detectar agregados con
estas caractersticas dainas y se incluyen indicaciones adecuadas en especificaciones
tpicas (por ejemplo, ASTM C33).
II.1.2.6. FORMA, TEXTURA Y LIMPIEZA DEL AGREGADO
Por lo general, las especificaciones para agregados que se usan en la construccin de
carreteras tienen requerimientos relacionados con la forma de la partcula, la textura de
la superficie y la limpieza del agregado. Normalmente, las especificaciones para
agregados que se usan en las mezclas bituminosas requieren que los agregados sean
resistentes, limpios, durables y libres de cantidades en exceso de piezas planas o
alargadas, polvo, bolas de arcilla y otro material indeseable.
De igual manera, los agregados que se usan en las mezclas de concreto con cemento
portland deben estar limpios y libres de substancias nocivas como grumos de arcilla,
slice hidratada, limos y otras impurezas orgnicas.
CAPITULO II: Agregados Ptreos y Materiales Asflticos 34
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Se garantiza generalmente la limpieza del agregado si se incluye en las especificaciones
requerimientos relativos a los porcentajes mximos permisibles de diferentes substancias
dainas presentes. Los requerimientos especficos a este respecto varan ligeramente
para las diferentes dependencias.
II.2. MATERIALES ASFLTICOS
Son materiales aglomerantes slidos o semislidos de color que vara de negro a pardo
oscuro y que se licuan gradualmente al calentarse, cuyos constituyentes predominantes
son betunes que se dan en la Naturaleza en forma slida o semislida o se obtienen de la
destilacin del petrleo; o combinaciones de stos entre s o con el petrleo o productos
de estas combinaciones.
II.2.1. TERMINOLOGA DEL ASFALTO
1. Asfalto de petrleo: Es un asfalto obtenido de la destilacin del crudo de
petrleo.
2. Asfalto fillerizado: Asfalto que contiene materias minerales finamente molidas
que pasan por el tamiz No.200.
3. Asfalto lquido: Material asfltico cuya consistencia blanda o fluida hace que
est fuera del campo de aplicacin del ensayo de penetracin, cuyo lmite
mximo es 300. Generalmente, se obtienen fluidificando el betn asfltico con
disolventes de petrleo, al exponer estos productos a los agentes atmosfricos los
disolventes se evaporan, dejando solamente el betn asfltico en condiciones de
cumplir su funcin. Entre los asfaltos lquidos se pueden describir los siguientes:
CAPITULO II: Agregados Ptreos y Materiales Asflticos 35
UMSS Facultad de Ciencias y Tecnologa CARRETERAS II
a. Asfalto de curado Rpido (RC): Asfalto lquido compuesto de betn
asfltico y un disolvente tipo nafta o gasolina, muy voltil. (vase la tabla
II.6)
b. Asfalto de curado medio (MC): Asfalto lquido compuesto de betn
asfltico y un disolvente tipo querosene de volatilidad media. (vase la
tabla II.7)
c. Asfalto de curado lento (SC): Asfalto lquido compuesto de betn
asfltico y aceites relativamente poco voltiles. (vase la tabla II.8)
d. Asfalto emulsificado: Emulsin de betn asfltico en agua, que contiene
pequeas cantidades de agentes emulsificantes, es un sistema heterogneo
formado por dos fases normalmente inmiscibles (asfalto y agua), en el
que el agua constituye la fase continua de la emulsin y la fase
discontinua est formada por pequeos glbulos de asfalto (vase la tabla
II.9). Los asfaltos emulsificados pueden ser de dos tipos aninico o
catnico, segn el tipo de agente emulsificante empleado.
e. Emulsin asfltica inversa: Es una emulsin asfltica en la que la fase
continua es asfalto, usualmente de tipo lquido, y la fase discontinua est
constituida por diminutos glbulos de agua en proporcin relativamente
pequea. Este tipo de emulsin puede ser tambin aninica o catnica.
4. Asfalto Natural (nativo): Asfalto que da en la Naturaleza y que se ha producido a
partir del petrleo por un proceso natural de evaporacin de las fracciones
voltiles dejando las asflticas. Los yacimientos ms importantes se encuentran
en los lagos de Trinidad y Bermdez, por este motivo el asfalto procedente de
estos lugares se denomina asfalto de lago.
CAPITULO II: Agregados Ptreos y Materiales Asflticos 36
UMSS Facultad de Ciencias y Tecnologa CARRETERAS II
5. Asfalto Oxidado o Soplado: Asfalto a travs de cuya masa, a elevada
temperatura, se ha hecho pasar aire para darle las caractersticas necesarias para
ciertos usos especiales, como fabricacin de materiales para techado,
revestimiento de tubos, membranas envolventes, y otras aplicaciones hidrulicas.
6. Asfalto Slido o Duro: Asfalto cuya penetracin a temperatura ambiente es
menor que 10.
7. Betn: Mezcla de hidrocarburos de origen natural o pirognico o de ambos tipos,
frecuentemente acompaados por sus derivados no metlicos que pueden ser
gaseosos, lquidos, semislidos o slidos, son solubles en sulfuro de carbono.
8. Betn asfltico: Tambin llamado Cemento Asfltico (CA), el cual es asfalto
refinado para satisfacer las especificaciones establecidas para los materiales
empleados en pavimentacin. (vase la tabla II.5) Las penetraciones normales de
estos betunes estn comprendidos entre 40 y 300 (vase II.4.1.1).
9. Gilsonita: Tipo de asfalto natural duro y quebradizo que se presenta en grietas de
rocas o filones de los que se extrae.
10. Material asfltico para relleno de juntas: Producto asfltico empleado para llenar
grietas y juntas en pavimentos y otras estructuras.
11. Material asfltico prefabricado para relleno de juntas: Tiras prefabricadas de
asfalto mezclado con sustancias minerales muy finas, materiales fibrosos,
corcho, etc., en dimensiones adecuadas para la construccin de juntas.
12. Pintura asfltica: Producto asfltico lquido que a veces contiene pequeas
cantidades de otros materiales, como negro de humo polvo de aluminio y
pigmentos minerales.
CAPITULO II: Agregados Ptreos y Materiales Asflticos 37
UMSS Facultad de Ciencias y Tecnologa CARRETERAS II
II.2.2. PROPIEDADES DEL MATERIAL ASFLTICO
El asfalto es un material de particular inters para el ingeniero porque es un aglomerante
resistente, muy adhesivo, altamente impermeable y duradero. Es una sustancia plstica
que da flexibilidad controlable a las mezclas de ridos con las que se combina
usualmente. Adems, es altamente resistente a la mayor parte de los cidos, lcalis y
sales. Aunque es una sustancia slida o semislida a temperaturas atmosfricas
ordinarias, puede licuarse fcilmente por aplicacin de calor, por la accin de
disolventes de volatilidad variable o por emulsificacin.
II. 3. EMULSIONES ASFLTICAS
II.3.1 DEFINICIN
En general, una emulsin es una dispersin de dos elementos insolubles uno en el otro.
Existen diversos tipos de emulsificados que se usan cotidianamente, por ejemplo la
mayonesa, las pinturas, los tintes para el cabello y los helados. En cada caso estn
involucrados ciertos procesos mecnicos y qumicos que permiten la combinacin de
dos o ms materiales que no se mezclaran bajo condiciones normales. Ms all de la
complejidad qumica de las emulsiones asflticas, lo importante es seleccionar la
emulsin correcta para el agregado y sistema constructivo utilizados.
Considerando esto, podemos definir una emulsin desde el punto de vista fsico-
qumico, como una dispersin fina ms o menos estabilizada de un liquido en otro, no
miscibles entre s. La emulsin asfltica es un producto conseguido por la dispersin de
una fase asfltica en una base acuosa, donde las partculas quedan electrizadas, por lo
tanto los lquidos que la forman constituyen dos partes que se denominan:
CAPITULO II: Agregados Ptreos y Materiales Asflticos 38
UMSS Facultad de Ciencias y Tecnologa CARRETERAS II
- Fase dispersa o discontinua.
- Fase dispersante o continua.
Existen dos tipos de emulsiones segn la concentracin de cada una de estas fases: una
emulsin directa es aquella en que la fase hidrocarbonada est dispersa en la parte
acuosa; en la inversa, la fase acuosa esta dispersa en la parte hidrocarbonada. Las del
primer tipo son las que ms se emplean en la industria caminera.
Es preferible el empleo de las emulsiones directas por su baja viscosidad a temperatura
ambiente, esto favorece el mojado, reparticin y cohesin con el material ptreo.
II.3.2 COMPOSICIN
Una emulsin tiene tres ingredientes bsicos: asfalto, agua y un agente emulsificante. En
algunas ocasiones el agente emulsificante puede contener un estabilizador. En
aplicaciones especiales como es el caso del Micropavimento se agrega un ingrediente
ms, el polmero.
Es bien sabido que el agua y el asfalto no se mezclan, excepto bajo condiciones
cuidadosamente controladas, usando equipo especializado y aditivos qumicos. La
mezcla de betn asfltico cemento asfltico y agua es algo anloga al caso de un
mecnico de automviles que trata de quita