DISEÑO DE PAVIMENTOS-Definicion-clases-componentes

DISEÑO DE PAVIMENTOSIngeniero. Henry Martínez BarbosaEsp. Vías y Transporte UNAL.

Pereira‐Risaralda‐Colombia

PAVIMENTOS

Del latín pavimentum, el pavimento es la capa o base que constituye el suelo de una construcción o de una superficie no natural. El pavimento funciona como sustento de los seres vivos y de las cosas.Definición de pavimento ‐ Qué es, Significado y Concepto http://definicion.de/pavimento/#ixzz4Gc2M0PlC

Conjunto de capas superpuestas, relativamente paralelas, de varios centímetros de espesor, de materiales de diversas características, adecuadamente compactados,que se construyen sobre la subrasante obtenida por el movimiento de tierras y que han de soportar las cargas del tránsito durante varios años sin presentar deterioros que afecten la seguridad y la comodidad de los usuarios o la propia integridad de la estructura.

CARLOS KRAEMER & MIGUEL ANGEL DEL VAL

PAVIMENTOS

DISEÑO DE PAVIMENTOSProceso por medio del cual se determinan los componentes estructurales de un segmento vial, teniendo en cuenta la naturaleza de la subrasante, los materiales disponibles, la composición del tránsito y las condiciones del entorno.

PAVIMENTOS

INGENIERÍA DE PAVIMENTOSEs el arte de utilizar materiales que no entendemoscompletamente, en formas que no podemos analizar con precisión, para que soporten cargas que no sabemos predecir, de tal forma que nadie sospeche de nuestra ignorancia‖

Matthew W. Witczak

FUNCIONES DE LA ESTRUCTURA DE UN PAVIMENTO• Reducir y distribuir los esfuerzos producidos por las cargas del

tránsito, de manera que no causen daño en la subrasante.

• Proporcionar comunicación vehicular entre dos puntos en todo tiempo

• Proporcionar una superficie de rodamiento segura, lisa y confortable, sin excesivo desgaste.

• Satisfacer los requerimientos ambientales y estéticos

• Limitar el ruido y la polución del aire

• Brindar una razonable economía

PAVIMENTOS

PAVIMENTOSDISEÑO TRANSVERSAL DE LA VIA


Fuente: Elaboración propia


TERRENO DE FUNDACION.Parte de la corteza terrestre sobre la que se apoya la obra vial. Su función es soportarla.

EXPLANACIONES.Conjunto de cortes y terraplenes de una obra vial ejecutados hasta la superficie subrasante. Su Función es apoyar el pavimento.

CORTE.Parte de la estructura de una obra vial realizada por excavación para formar secciones previstas.


TERRAPLEN.Parte de la estructura construida con material producto de un corte o un préstamo.

SUBRASANTE.Superficie especialmente acondicionada sobre la cual se apoya la estructura delpavimento.

Punto de Vista Estructural

Resistencia Mecánica

Deformabilidadadecuada

Durabilidad

Drenaje adecuado

Economía

Punto de vista Social

Económico

Cómodo

Seguro

PAVIMENTO

CARACTERISTICAS

PAVIMENTO

Resistencia Mecánica

• Debe soportar cargas del transito con nivel razonable de deterioro.

• Resistencia proporcional a los materiales que lo conforman.

• Hace que los esfuerzos que lleguen al terreno sean tolerables.

Determinar la resistencia de los materiales en el pavimento es difícil.

Propiedades mecánicasIntemperie

Contenido de humedadTipo de carga

Características‐Punto de vista Estructural

PAVIMENTO

Deformabilidadadecuada

• Las deformaciones excesivas.

• Estados de falla.

• No cumple la función.

La deformación máxima permisible solo debe alcanzarse al final de la vida útil.


PAVIMENTO

Durabilidad• No es practico ni económico

recurrir a interrupciones frecuentes para realizar reparaciones.

Drenaje Adecuado• Uno de los aspectos mas

importantes para la vida útil.• Los elementos de drenaje forman

parte del diseño.

Economía• Como todo en ingeniería:Balance entre satisfacción de requisitos de resistencia‐estabilidad & Costos


PAVIMENTO

Económico• Minimizar daños en los vehículos

que usan la vía.• COSTOS DE OPERACION

Cómodo • Minimizar molestias al usuario.• Ondulaciones, baches, etc.

Seguro

• Rugosidad que permita fácil frenado.

• Visibilidad, señalización.• Lo anterior brinda confianza al

usuario. < accidentes.

Características‐Punto de vista Social

PAVIMENTO

FLEXIBLE

TIPOS DE PAVIMENTOS

ARTICULADO

Los pavimentos se clasifican de acuerdo con la forma como se transmite al sueloLos esfuerzos generados por el paso de los vehículos

RIGIDO SEMI‐RIGIDO(Mixto)

PAVIMENTO

FLEXIBLE

• Placa de concreto hidráulico de gran rigidez.

• Admite pequeñas deformaciones bajo la aplicación de la carga.

• Se transmiten los esfuerzos al terreno repartiendo en un área muy amplia.

• Capa asfáltica sobre una o varias capas de gran flexibilidad.

• Admite grandes deformaciones sin rotura.

• Se transmiten los esfuerzos al terreno mediante mecanismo de disipación de tensiones.

• A > profundidad < tensión

TIPOS DE PAVIMENTOS

RIGIDO

PAVIMENTO

SEMIRIGIDO

• Elementos prefabricados muy rígidos, pero en conjunto se asemeja comportamiento a flexible.

• Se transmiten los esfuerzos al terreno mediante mecanismo de disipación de tensiones.

• Capa asfáltica sobre capa de suelo cemento.

• Suelo cemento se asemeja a concreto hidráulico pero con menos rigidez.(admite deformaciones un poco mayores.

• Se transmiten los esfuerzos al terreno mediante mecanismo de disipación de tensiones y por repartición.

TIPOS DE PAVIMENTOS

ARTICULADO

PAVIMENTO

PAVIMENTO FLEXIBLE

ELEMENTOS ESTRUCTURALES

Base

Concreto Asfaltico

Subbase

Subrasante

Riego de Liga

Rasante

Geotextil

Berma

Berma

Calzada

PAVIMENTO

PAVIMENTO FLEXIBLE


Elemento Funciones Tipos mas comunes

Materiales

1. Subrasante Servir de fundación al pavimento

CorteTerraplénMixto

RocaSuelo

2.Sub‐bases y bases

‐Facilitar la construcción estructural‐Absorber deformaciones de la subrasante‐Facilitar drenaje.‐Servir de rodadura provisional

‐Bases granulares‐Bases estabilizadas‐Suelo cemento‐Suelo asfalto‐Bases asfálticas‐Macadamanasfaltico‐Concreto asfaltico

‐Agregados‐Cemento‐Asfalto‐Suelo

PAVIMENTO

PAVIMENTO FLEXIBLE



Materiales

3.Imprimación ‐Adherir la base y la carpeta.Impermeabilizar la base

Película asfáltica ‐Asfalto liquido.‐Emulsiones asfálticas.

4.Carpeta asfáltica

‐Estructural‐Proporciona rodadura suave, segura y limpia.‐Impermeabiliza superficialmente el pavimento.

Tratamientos superficiales: Simples, dobles, triples.‐Macadamasfaltico.Concreto asfaltico.

‐Asfalto‐Agregados

PAVIMENTO

PAVIMENTO FLEXIBLE



Materiales

5.Rasante ‐Superficie de rodadura

6.Bermas ‐Permiten detención de vehículos en emergencia.‐Aumenta capacidad vial.‐Mejoran su nivel de servicio.‐Confinamiento lateral al pavimento.

Elementos inherentes al diseño de la vía

7.Cunetas ‐Recibir, encauzary descargar agua de escorrentía.

Concreto PiedraTierra

Subbase

Concreto Hidráulico

Subrasante

PAVIMENTO RIGIDO

PAVIMENTO ELEMENTOS ESTRUCTURALES

Rasante

Elemento deseparación

PAVIMENTO

PAVIMENTO RIGIDO



Materiales



RocaSuelo

2.Sub‐bases ‐Controlar bombeo‐Estructural‐Facilita drenaje‐Facilita construcción.‐Rodadura provisional.‐Amortigua cambio de volumen en subrasante.

‐Sub‐basesgranulares‐Sub‐bases suelo‐cemento

‐Agregados‐Cemento‐suelo‐Agua

PAVIMENTO

PAVIMENTO RIGIDO



Materiales

3.Elemento de separación

‐Impedir flujo de agua capilar a la placa‐Disminuir fricción sub‐base y placa‐Evita contaminación de concreto fresco.

‐Polietileno ‐Polietileno

PAVIMENTO

PAVIMENTO RIGIDO



Materiales

5.Juntas ‐Controlar agrietamiento del concreto simple.‐Facilita construcción.

Según su función:‐Retracción‐Expansión‐Alabeo‐ConstrucciónSegún Posición:‐Transversales‐Longitudinales‐SeparaciónSegún forma de transmitir esfuerzos:Grieta inducida‐Machihembrada‐Con pasadores

‐Polietileno

PAVIMENTO

PAVIMENTO SEMIRIGIDO


Base -Suelo Cemento

Concreto Asfaltico

Subrasante

Riego de Liga

Rasante Berma

Berma

Calzada

PAVIMENTO

PAVIMENTO SEMIRIGIDO



Materiales

1.Subrasante Servir de fundación al pavimento


RocaSuelo

2. Base. O Placa de cemento

‐Estructural‐Impermeabilizar

‐Suelo cemento SueloCemento

3.Carpeta asfáltica

‐Proteger al suelo cemento del desgaste.‐Proporciona rodadura suave, segura y limpia.‐Impermeabiliza superficialmente el pavimento.Estructural

‐Tratamientos superficiales.‐Concreto asfaltico.

‐Asfalto‐Agregados

PAVIMENTO

PAVIMENTO ARTICULADO


Elemento de confinamiento

Calzada

Elemento de confinamiento

PAVIMENTO




Materiales



RocaSuelo

2.Sub‐bases y Bases

‐Estructural‐Absorberdeformaciones perjudiciales en la subrasantedebido a cambios volumétricos. (suelos expansivos)

‐Bases granulares‐Bases estabilizadas‐Suelo cemento‐Suelo asfalto‐Bases asfálticas‐Macadam asfalticoConcreto asfaltico

‐Agregados‐Cemento‐suelo‐Agua

PAVIMENTO




Materiales

3. Capa de arena ‐Soportar y retener los adoquines‐EstructuralDrenaje

Arena Arena limpia de granulometría seleccionada

4.Adoquin ‐Estructural‐‐Proporciona rodadura suave, segura y cómoda.‐Estética

‐Según su forma:Cuadrados, rectangulares,Hexagonales.‐Según material:MaderaPiedraConcretoCerámica

‐Concreto‐Madera‐Piedra ‐Arcilla

PAVIMENTO




Materiales

5. Sellante ‐Impermeabilizar‐Retener adoquín

Arena limosaAsfalto liquido

Arena limosaAsfalto liquido

6. Cordón de confinamiento

‐Impedir desplazamiento de los adoquines

Cordón de confinamiento.

‐Concreto


http://www.villadelrosarionet.com.ar/ejecutan‐obras‐en‐el‐pavimento‐articulado‐de‐bo‐velez‐sarsfield‐pronto‐a‐inaugurarse/

FLEXIBLE vs. RÍGIDO

FLEXIBLE• Vida Estimada de Servicio

entre 10 a 20 años• Costos iniciales bajos• Requiere mantenimiento

continuo• Reparación fácil pero

continua si no se hace mantenimiento

RÍGIDO• Vida Estimada de Servicio

entre 20 a 30 años• Costos iniciales altos• Requiere mantenimiento

continuo pero mínimo (primordialmente las juntas)

• Reparación difícil pero esporádica

PAVIMENTO

FLEXIBLE• Se puede añadir capas en

cualquier momento• No pierde propiedades

antideslizantes• Es mas suave y menos

ruidosa• Soporta un mayor rango de

temperaturas

RÍGIDO• Poner capas encima

produce grietas de reflejo• Soporta mejor inundaciones

y contaminación de estructura.

• Requiere capas inferiores bien niveladas

FLEXIBLE vs. RÍGIDOPAVIMENTO

TRANSFERENCIA DE CARGA

‐Las cargas de la llanta son transmitidas a la subrasante por la fuerza estructural del pavimento como conjunto que actúa como un plato rígido.

PAVIMENTO FLEXIBLE PAVIMENTO RIGIDO

– Las cargas son transmitidas de “grano a grano” a través de la estructura granular del pavimento.

– Ya que es flexible tiene menor capacidad portante, y esta actúa como una capa elástica.

PAVIMENTO RIGIDO


FENOMENO DE BOMBEO El bombeo es la expulsión de agua con material fino a través de las juntas, grietas y bodes de la placa del pavimento en presencia de agua libre en la subrasante, debido a la deflexión producida en las placas por acción de cargas transmitidas por los vehículos pesados.

Fuente: INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO ICPA Fuente: INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO ICPA

PAVIMENTO RIGIDO


FENOMENO DE BOMBEO

Fuente: INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO ICPA

PAVIMENTO RIGIDO


FENOMENO DE BOMBEO

VIDEO Fallas en Pavimentos Rígidos Cap1 Escalonamiento

https://www.youtube.com/watch?v=kCXJ_qOYj_8

PAVIMENTO RIGIDO


JUNTAS

Son discontinuidades en el pavimento rígido, dispuestas tanto en el sentido longitudinal como en el transversal; tienen por objeto controlar agrietamientos que se producen por efectos de la temperatura. (Retracción, expansión y alabeo) además para la construcción.

PAVIMENTO RIGIDO


EFECTOS DE LA TEMPERATURA EN UN PAVIMENTO RIGIDO

Fenómeno de retracción

Fenómeno de Expansión

Fenómeno de Alabeo

PAVIMENTO RIGIDO


FISURAMIENTO POR CONTRACCION PLASTICA

• Se forman en el concreto fresco. (estado plástico). Recién vaciado.• Paralelas y relativamente superficiales. • Se generan por altas tasas de evaporación. (La superficie se seca

antes de fraguado)• Se minimizan tomando las medidas adecuadas.

• Velocidad del viento > 8km/h.

• Baja humedad relativa

• Altas temperaturas ambientales.

Barreras

Aspersores

Vaciado nocturno

CONTROLES

PAVIMENTO RIGIDO



http://bigboxadhost.com/opccom/boletines/grietas_plasticas.html

Rara vez afectan La estructura PEROEstéticamente no sonMuy agradables.

PAVIMENTO RIGIDO



Siga estas reglas para evitar el agrietamiento

• Humedezca la sub‐base y los encofrados cuando existan condiciones para altas tasas de evaporación.

• Prevea una excesiva evaporación de humedad de la superficie, mediante la utilización de atomizadores de agua y levantando barreras contra el viento.

• Cubra el concreto con mantas húmedas o láminas de polietileno entre las operaciones de acabado.

• Utilice un concreto más frío en clima caliente y evite las temperaturas del concreto excesivamente altas en clima frío.

• Cure adecuadamente el concreto tan pronto como el acabado se haya completado

PAVIMENTO RIGIDO


CALOR DE HIDRATACION

Las reacciones químicas producto de la hidratación del cemento general CALOR. (Reacción exotérmica).

Evapora el agua

Cambio de volumen

PAVIMENTO RIGIDO



La placa durante el fraguado aumenta la temperatura y luego disminuye. Esto hace que se encoja (Retracción).Su movimiento lo restringe la fricción con la subrasante o con la sub‐base.Por lo anterior hay esfuerzos de tracción que el concreto no resiste y se agrieta.

«A el concreto no le gusta que lo estiren»

Grietas separadas entre 12 y 40m entre las 12‐horas de vaviado

PAVIMENTO RIGIDO



PAVIMENTO RIGIDO



Si se toma un cilindro de 150 mm por 300 mm y se somete a una prueba de compresión a 280 kg/cm2, se puede observar que el cilindro se va quebrando y se acorta entre 0,7 y 1 mm.Ahora, se somete un cilindro similar a esfuerzos de tracción por tensión hasta que aparezca una fisura. Para la mayoría de los concretos la resistencia a la tracción es cerca de 1/10 de la que exhibe a compresión, en este ejemplo, cerca de 28 kg/cm2. A través de medidas cuidadosas se puede determinar que el cilindro de 300 mm se alarga solo 0,05 mm antes de fallar.

PAVIMENTO RIGIDO


Fenómeno de Expansión

AL aumentar la temperatura las losas de concreto se dilatan.(Expanden).Esta expansión esta restringida por las placas vecinas que no dejan que lo hagan libremente,se producen rompimientos en la zona de contacto. (Agrietamientos por esfuerzos de tracción.

Para controlar grietas se proveen JUNTAS DE DILATACION O EXPANSION.

La situación estaría gatillada por las altas temperaturas registradas en la zona, que superaron los 32ºC, ya que el calor dilata el pavimiento, colapsando ante la falta de espacio

http://www.biobiochile.cl/noticias/nacional/region‐del‐bio‐bio/2016/11/29/pavimento‐se‐levanta‐por‐efectos‐del‐calor‐y‐genera‐accidente‐en‐san‐pedro‐de‐la‐paz.shtml

PAVIMENTO RIGIDO


Fenómeno de Alabeo

Alabeo es la curvatura hacia arriba o hacia abajo de las losas de hormigón

Durante el día cuando la temperatura en la parte superior de la losa es más alta que en la inferior, la superficie superior tiende a expandirse con respecto al eje neutro mientras que la inferior tiende a contraerse. Sin embargo, el peso de la losa restringe tanto la expansión como la contracción; entonces, se inducen esfuerzos de compresión en la parte superior y de tracción en la inferior. En la noche cuando la temperatura en la parte superior de la losa es más baja que la de la inferior y así se inducen esfuerzos de tensión en la parte superior y de compresión en la inferior

PAVIMENTO RIGIDO


Fenómeno de Alabeo

Para controlar estos agrietamientos se genera discontinuidad longitudinal que disminuye el ancho efectivo de las losas por medio de JUNTAS DE ALABEO

PAVIMENTO RIGIDO


Si juntamos todas las posibles causas de agrietamiento:

PAVIMENTO RIGIDO


Juntas de contracción

Su misión fundamental es limitar las dimensiones de las losas con objeto de disminuir, hasta valores admisibles, las tensiones producidas tanto por los fenómenos de retraccióncomo por los gradientes térmicos, de forma que no se produzcan fisuras por ello.

La distancia a la que deben disponerse las juntas de contracción depende de factores tales como ‐la mayor o menor retracción del concreto,‐ su coeficiente de dilatación, ‐ el espesor del pavimento,‐ la amplitud de las variaciones de temperatura,‐ El rozamiento existente con la capa de base, etc.

PAVIMENTO RIGIDO



Dicha distancia entre juntas se conoce empíricamente y sepuede obtener a partir del espesor de la losa, no debiendo sermás de 20 a 25 veces el mismo.

Dimensiones recomendables y máximas de laslosas de un pavimento

PAVIMENTO RIGIDO



Aparición de una fisuraen una losa rectangular con unarelación de lados excesiva

Apariciónde fisuraspor disponer juntas altresbolillo.

la relación entre las longitudes de los lados en losas no debe ser superior a 1,5

Si el pavimento se construye por bandas, las juntas transversales de contracción de dos bandas contiguas deben situarse en prolongación unas de otras y no al tresbolillo.

PAVIMENTO RIGIDO



Profundidad 1/3 –1/4 de la losaEspesor entre 3mm y 9mm.

PAVIMENTO RIGIDO


Juntas de construcción

Las juntas de construcción son las que se forman entre bandas de vaciado, o bien, en una misma banda, entre losas contiguas ejecutadas con un desfase de tiempo importante.

• Estas últimas son necesarias al final de la jornada de trabajo y en paradas prolongadas (más de 1 hora si no se emplea retardador de fraguado) de la puesta en obra del concreto.

• Siempre que sea posible deben hacerse coincidir con una junta de contracción.• Deben ejecutarse formando un plano perpendicular a la superficie del pavimento

PAVIMENTO RIGIDO


Juntas de construcción

http://www.hmongbuy.com/di1ONXo4X0UwVlEzhttp://www.icpa.org.ar/publico/files/03‐Jornada‐ICPA‐DNV‐y‐Presentacion‐manual‐CABA‐noviembre‐2014/04‐Diseno‐de‐Juntas.pdf

PAVIMENTO RIGIDO


Juntas de dilatación

Se denominan de esta forma a aquéllas que se prevén para absorber las expansiones provocadas por los aumentos de temperatura, evitando empujes indeseables que podrían producir la rotura del pavimento.

Para ello se interpone un material compresible (madera impregnada, laminas de poliuretano o poliestireno expandido, etc.) entre las losas en contacto, o entre la losa y elementos rígidos como muros perimetrales, pozos de registro, etc.Los casos en los que se han de proyectar juntas de dilatación

PAVIMENTO RIGIDO


Juntas de dilatación

• Su ancho debe ser de 12 a 25 mm, ya que mayores dimensiones pueden causar movimientos excesivos en las juntas cercanas.

• La transferencia de carga se efectúa a través del pasador, sino debe realizarse sobre espesor de hormigón.

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PAVIMENTO RIGIDO


MECANISMOS DE TRANSMISION DE ESFUERZOS EN LAS JUNTAS

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GRIETA INDUCIDA

JUNTA MACHIHEMBRADA

JUNTAS TRANSVERSALES CON PASADORES

JUNTAS LONGITUDINALES CON PASADORES

PAVIMENTO RIGIDO


CANASTILLAS PARA EL ACERO DE TRANSFERENCIA

PAVIMENTO RIGIDO



PAVIMENTO RIGIDO



PAVIMENTO RIGIDO



Portland Cement Association

PAVIMENTO RIGIDO


CANASTILLAS PARA EL ACERO DE TRANSFERENCIA‐COLOCACION

PAVIMENTO RIGIDO



SE ALISTAN

PAVIMENTO RIGIDO



SE ASEGURAN

PAVIMENTO RIGIDO



PAVIMENTO RIGIDO



PAVIMENTO RIGIDO



PAVIMENTO RIGIDO


JUNTA LONGITUDINAL CON TRANSFERENCIA DE CARGA

PAVIMENTO RIGIDO



FUENTES CONSULTADAS.

• Pavimentos. Teoría, diseño, geología, estudio económico y fallas. Ing. Fernando Sánchez Sabogal. Instituto Nacional de Vías.

• PAVIMENTOS. Colección Universidad de Medellín. Claudia María Garcés Cárdenas, Olga María Garro Cossio, Libardo Gallego Arias‐asesor. 1997.

• http://www.adokingprefabricados.com/2014/03/16/consejos‐para‐la‐instalaci%C3%B3n‐de‐adoquines/• Análisis de métodos de diseño de pavimentos de adoquines de hormigón. Rodrigo Bahamondes1, Tomás

Echaveguren2 y Sergio Vargas‐Tejeda3. Revista de la construcción versión On‐line ISSN 0718‐915X (http://www.scielo.cl/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0718‐915X2013000300002). –Figura 1. pavimento adoquines.

• INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO• http://bigboxadhost.com/opccom/boletines/grietas_plasticas.html (agrietamiento por contracción platica).• http://civilgeeks.com/2011/02/20/agrietamiento‐por‐contraccion‐plastica/ (agrietamiento por contracción platica).• https://www.youtube.com/watch?v=‐tmfIuwHNfY pavimentos rígidos.• http://blog.360gradosenconcreto.com/que‐sabes‐de‐la‐contraccion‐retraccion‐del‐concreto/• Diseño y construcción de juntas en pavimentos de concreto. Iván Ricardo Sánchez Acevedo. Medellín 2011.

Engineering

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