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MATERIAL DE DISEÑO DE PAVIMENTOS Y MESCLAS ASFALTICAS
- 1. PAVIMENTOS Semana 01.s1 –Introducción a la Ingeniería de Pavimentos
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- 3. Logro de laSesión Al finalizar la sesión el estudiante se introduce a los conceptos de pavimentos.
- 4. Utilidad El estudiante utilizaráestos conceptos previos que serán esenciales para el diseño de pavimentos.
- 5. Datos/Observaciones SÍLABO Unidad deaprendizaje 1: INTRODUCCIÓN A LA INGENIERÍA DE PAVIMENTOS Y NORMATIVIDAD PARA SU DISEÑO Unidad de aprendizaje 2: EL ASFALTO Y SUS APLICACIONES EN LOS PAVIMENTOS Unidad de aprendizaje 3: DISEÑO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES Unidad de aprendizaje 4: DISEÑO DE PAVIMENTOS RÍGIDOS, CONSERVACIÓN Y MANTENIMIENTO DE PAVIMENTOS.
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- 7. Datos/Observaciones IMPORTANTE Para quese apoye el afirmado o la estructura del pavimento, se requiere que los últimos 0.60 m de la capa de suelos debajo del nivel de la subrasante tenga un CBR ≥ 6%. Sí los suelos no cumplen esta condición por tratarse de suelos de mala calidad, CBR < 6%, es decir suelos blandos o muy compresibles o con materia orgánica o suelos pobres e inadecuados; el Ingeniero Responsable considerará la estabilización, mejora o refuerzo de los suelos, según la naturaleza de los mismos.
- 8. Datos/Observaciones CONCEPTOS FUNDAMENTALES DELA INGENIERÍA DE PAVIMENTOS EXPLANACIÓN: Se denomina explanación, al movimiento de tierras, conformado por cortes y rellenos (terraplén), para obtener la plataforma de la carretera hasta el nivel de la subrasante del camino SUBRASANTE DEL CAMINO: La Subrasante es la superficie terminada de la carretera a nivel de movimiento de tierras (corte y relleno), sobre la cual se coloca la estructura del pavimento o afirmado. En la etapa constructiva, los últimos 0.30m de suelo debajo del nivel superior de la subrasante, deberán ser compactados al 95% de la máxima densidad seca obtenida del ensayo proctor modificado.
- 9. Datos/Observaciones CONCEPTOS FUNDAMENTALES DELA INGENIERÍA DE PAVIMENTOS AFIRMADO: El Afirmado consiste en una capa compactada de material granular natural o procesada, con gradación específica que soporta directamente las cargas y esfuerzos del tránsito. Debe poseer la cantidad apropiada de material fino cohesivo que permita mantener aglutinadas las partículas. Funciona como superficie de rodadura en caminos y carreteras no pavimentadas.
- 10. Datos/Observaciones HISTORIA DE LOSPAVIMENTOS Los caminos se originan cuando el hombre deja de ser nómada y requiere conectarse con otros grupos humanos para intercambiar objetos y alimentos. Cuando estos senderos empiezan a ser muy transitados surge la necesidad de mejorar algunas de sus características tales como el ancho, la superficie, y el paso de cursos de agua. Pero es a partir de la aparición de los vehículos de arrastre y rodadura que se da la gran transformación de los caminos de simple senderos a vías con ciertas condiciones de superficie de rodadura y geometría. El imperio romano desarrollo un sistema vial que le permitió comunicaciones rápidas y segura, estableciendo diferentes categorías de vías, y un sistema eficiente de mantenimiento. Las calzadas eran de 5 a 6 metros, llegando a desarrollar una red de 90,000 kilómetros.
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- 12. Datos/Observaciones HISTORIA DE LOSPAVIMENTOS En Europa los caminos luego de la caída el imperio romano por lo general se encontraban en mal estado, por lo que los estados empiezan a organizar sistemas de transporte terrestre, que luego a finales del siglo XIX con el desarrollo de los vehículos a motor se aborda el problema de las carreteras de manera mas científica y organizada. En el Perú los primero caminos construidos con ciertas técnicas fueron realizados por los huaris en la sierra y los mochicas en la costa, sin embargo los incas fueron los que sobresalieron, logrando alcanzar (estimado) 25,000 kilómetros de longitud. En los años treinta, Benavides construyo la Panamericana comunicando de valle a valle por la costa y atravesando desiertos.
- 13. Datos/Observaciones HISTORIA DE LOSPAVIMENTOS En 1870 EE.UU construye la primera vía con asfalto. Los primeros tramos de pavimentos de concreto fueron construidos en Escocia en 1865. y en EE.UU el primer tramo de concreto fue construido en 1908. Los métodos de diseño evolucionaron con la ejecución de pistas de prueba. Entre 1956 y 1960 AASHTO construyó y ensayó una pista de prueba conformada por secciones tanto de pavimento rígido como flexible.
- 14. Datos/Observaciones ANTES DE LA DÉCADADE 1920, EL ESPESOR DEL PAVIMENTO SE BASA ÚNICAMENTE EN LA EXPERIENCIA
- 15. Datos/Observaciones QUE ES ELDISEÑO DE PAVIMENTOS? Es el proceso por el cual los componentes estructurales (carpeta, losa, base, subbase, subrasante) de un segmento de carretera son determinados tomando en consideración la naturaleza de la subrasante, las consideraciones ambientales, densidad y composición del tráfico y las condiciones de mantenimiento. En forma resumida el diseño de la estructura del pavimento es: Establecer espesores y rigidez de los materiales para mantener la vía bajo un cierto nivel de deterioro y confort.
- 16. Datos/Observaciones ETAPAS DEL DISEÑODE PAVIMENTOS Estudio de la subrasante. Definición del tipo de superficie de rodadura y los componentes estructurales. Selección de los materiales. Estudio del tráfico. Diseño de los espesores de cada capa. Análisis del ciclo de vida (incluido mantenimiento y tipo de ejecución).
- 17. Datos/Observaciones FUNCIONES DE LAESTRUCTURA DE PAVIMENTOS Proporcionar a los usuarios circulación segura, cómoda y confortable sin demoras excesivas. Reducir y distribuir la carga de tráfico para que esta no dañe la subrasante. Cumplir requerimientos medio ambientales y estéticos. Limitar el ruido y la contaminación del aire.
- 18. Datos/Observaciones INTRODUCCIÓN - FUNCIONESDE UN PAVIMENTO Un pavimento de una estructura, asentado sobre una fundación apropiada, tiene por finalidad proporcionar una superficie de rodamiento que permita el tráfico seguro y confortable de vehículos, a velocidades operacionales deseadas y bajo cualquier condición climática. Hay una gran diversidad de tipos de pavimento, dependiendo del tipo de vehículos que transitarán y del volumen de tráfico La Ingeniería de Pavimentos tiene que las funciones sean desempañadas con el menor costo para la sociedad. Tratándose técnicas para 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 vehículos, también se elevan los costos operacionales (mantenimiento y combustible). https://www.youtube.com/watch?v=7oToiFok0MY
- 19. Datos/Observaciones COMPONENTES DE UNPAVIMENTO Se puede considerar que la estructura de un pavimento esta formada por una superestructura encima de una fundación, esta última debe ser el resultado de un estudio geotécnico adecuado.
- 20. Datos/Observaciones FUNCIONES DE UNREVESTIMIENTO La capa de rodadura o revestimiento asfáltico tiene las siguientes funciones. Impermeabilizar el pavimento, para que las capas subyacentes puedan mantener su capacidad de soporte. Proveer una superficie resistente al deslizamiento, incluso en una pista húmeda. Reducir las tensiones verticales que la carga por eje ejerce sobre la capa base, para poder controlar la acumulación de deformaciones plásticas en dicha capa.
- 21. Datos/Observaciones Por costosy por características resistentes, la gradación de las capas es de arriba abajo. Arriba las mas caras y mejores y debajo capas de menor precio y prestaciones resistentes menores. CRITERIO!!!
- 22. Datos/Observaciones PROYECTO DE UNPAVIMENTO En el análisis económico de las alternativas se tiende a concentrar únicamente en el costo inicial (construcción de pavimento nuevo), sin embargo el ideal es adoptar un enfoque de sistema de gerencia de pavimentos (SGP) en nivel de proyecto, que consiste en buscar la minimización del costo total del ciclo de vida del pavimento, que está compuesto por la suma de los costos de construcción (costo inicial), de mantenimiento (recurrente durante el periodo de proyecto) y de restauración (al final del periodo de proyecto). Con la aplicación del sistema de gerencia de pavimento no se pretende minimizar únicamente el costo de construcción del pavimento, si no el costo total del ciclo de vida. Los siguientes factores deben ser tomados en cuenta, para que el proyecto sea completo y eficaz:
- 23. Datos/Observaciones • Materiales disponibles. •Experiencia práctica de las empresas constructoras en la ejecución de los servicios previstos. • Restricciones presupuestarias. • Tráfico previsto durante el periodo de proyecto. • Condiciones climáticas regionales (régimen pluviométrico y temperaturas). • Consideraciones o no de estrategias de pavimentación por etapas, en función de la incertidumbre sobre el tráfico futuro.
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- 25. Datos/Observaciones TIPOS DE PAVIMENTOS Pavimentos flexibles. Pavimentos rígidos. Pavimentos compuestos. PAVIMENTOS FLEXIBLES Son aquellos que tienen un revestimiento asfáltico sobre una capa base granular. La distribución de tensiones y deformaciones generadas en la estructura por las cargas de rueda del tráfico, se da de tal forma que las capas de revestimiento y base absorben las tensiones verticales de compresión del suelo de. Pavimentos semirígidos. descansa sonre una capa base, sub base y estas sobre la sub rasante
- 26. Datos/Observaciones PAVIMENTOS RÍGIDOS Sonaquellos en los que la losa de concreto de cemento Portland (C.C.P.) es el principal componente estructural, que alivia las tensiones en las capas subyacentes por medio de su elevada resistencia a la flexión, cuando se generan tensiones y deformaciones de tracción de bajo la losa producen su fisuración por fatiga, después de un cierto número de repeticiones de carga.. PAVIMENTOS COMPUESTOS En términos amplios, un pavimento semirígido ó compuesto es aquel en el que se combinan tipos de pavimentos diferentes, es decir, pavimentos “flexibles” y pavimentos “rígidos”, normalmente la capa rígida esta por debajo y la capa flexible por encima.
- 27. Datos/Observaciones JOINTED PLAIN CONCRETEPAVEMENT (JPCP)
- 28. Datos/Observaciones PAVIMENTOS SEMIRÍGIDOS OARTICULADOS Estas constituidas por bloques de concreto prefabricado , llamados adoquines, de espesor y iguales entre si. Esta va sobre una capa delgada de arena, la cual a si vez esta apoyada sobre una base granular o sobre la subrasante.
- 29. Datos/Observaciones PAVIMENTOS SEMIRÍGIDOS OARTICULADOS https://www.youtube.com/watch?v=afYs6Ixr_WM
- 30. Datos/Observaciones CONSIDERACIONES SOBRE ELSUELO DE FUNDACIÓN Los suelos arcillosos son indeseables en el cuerpo general de las carreteras y, desde luego, en cualquier capa de la sección estructural de su pavimento. Sin embargo, razones constructivas y económicas obligan a una cierta presencia de suelos finos, la cual debe ser mínima. En efecto, el material que se desea para construir carreteras está constituido por suelos gruesos, pero resultaría antieconómico e innecesario eliminar por completo a los finos, con el avance actual de las técnicas constructivas, habrá que coexistir con un cierto volumen de éstos, teniendo presente, que cuanto más abajo se ubiquen los suelos finos, el impacto proveniente de las cargas del tráfico será menor, de manera que su presencia será menos nociva. Por ello, la tecnología 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 terrecerías.
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- 36. Datos/Observaciones JUSTIFICACIÓN DE UNPROYECTO DE PAVIMENTOS 0 + 270 / Capa de rodadura deteriorada 0 + 570 / Capa de rodadura deteriorada 0 + 100 / Capa de rodadura deteriorada
- 37. Datos/Observaciones JUSTIFICACIÓN DE UNPROYECTO DE PAVIMENTOS Baches existentes en la vía Agregados expuestos en superficie Baches rellenos de hormigón hidráulico
- 38. Datos/Observaciones JUSTIFICACIÓN DE UNPROYECTO DE PAVIMENTOS Señalización Vial existente Estructura de drenaje actual
- 39. Datos/Observaciones JUSTIFICACIÓN DE UNPROYECTO DE PAVIMENTOS
- 40. Datos/Observaciones JUSTIFICACIÓN DE UNPROYECTO DE PAVIMENTOS Curvas horizontales existentes
- 41. Datos/Observaciones JUSTIFICACIÓN DE UNPROYECTO DE PAVIMENTOS Curvas verticales existentes
- 42. Datos/Observaciones JUSTIFICACIÓN DE UNPROYECTO DE PAVIMENTOS Superficie rugosa Calzada deteriorada
- 43. Datos/Observaciones JUSTIFICACIÓN DE UNPROYECTO DE PAVIMENTOS Reducción del ancho de la calzada Fisura transversal
- 44. Datos/Observaciones JUSTIFICACIÓN DE UNPROYECTO DE PAVIMENTOS Profundidad de los baches Diámetro de los baches
- 45. Datos/Observaciones JUSTIFICACIÓN DE UNPROYECTO DE PAVIMENTOS Curva Pronunciada Abscisa 0 + 788 Dos Vías Abscisa 0 + 788 Pare Abscisa 0 + 899
- 46. Datos/Observaciones JUSTIFICACIÓN DE UNPROYECTO DE PAVIMENTOS Alcantarilla Sección Circular Bordillo - Cuneta
- 47. Datos/Observaciones SUELOS DE SUBRASANTE El hormigón por su elevada rigidez distribuye las cargas en mayores superficie y transmite presiones bajas a la subrasante. Los pavimentos de hormigón no requieren subrasantes de elevada resistencia.
- 48. Datos/Observaciones INFLUENCIA DE LARIGIDEZ DE APOYO EN LAS TENSIONES GENERADAS
- 49. Datos/Observaciones EROSIÓN POR BOMBEOY ESCALONAMIENTO Movimiento del agua (con material en suspensión) ubicada debajo de la losa o su eyección hacia la superficie como resultado de la presión generada por la acción de las cargas. Causas: • Material fino capaz de entrar en suspensión (arenas finas y limos). • Disponibilidad de agua en las capas inferiores del pavimento.
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- 56. Datos/Observaciones ¿CUÁNDO HAY RIESGODE EROSIÓN POR BOMBEO? Existe riesgo de erosión por bombeo cuando se presentan en forma simultánea las siguientes condiciones. • Repeticiones reiteradas de cargas pesadas (camiones) capaces de generar deflexiones importantes en juntas y bordes de la calzada de hormigón. • Disponibilidad de agua en la interfase losa – subbase – banquina. • Una subrasante compuesta por suelos finos o capaces de entrar en suspensión. Cuando en un pavimento determinado se prevea la eventual coexistencia de estos factores el EMPLEO DE UNA SUBBASE NO EROSIONABLE ES DE CARÁCTER OBLIGATORIO.
- 57. Datos/Observaciones PERIODO DE DISEÑO Es la vida útil teórica del pavimento antes de que éste requiera una rehabilitación importante o reconstrucción. Esta no representa necesariamente la vida útil, la cuál podrá ser mayor a la supuesta en el diseño, o más corta debido a un incremento inesperado del tránsito. Los períodos de diseño en pavimentos rígidos comúnmente oscilan entre 20 y 40 años.
- 58. Datos/Observaciones TRANSFERENCIA DE CARGA Es la capacidad de una losa de transferir su carga a una losa vecina .
- 59. Datos/Observaciones CONFIABILIDAD Representa dealguna manera un factor de seguridad. Corresponde a la probabilidad estadística que un pavimento alcance las condiciones previstas en el diseño al final de su vida útil. El valor de confiabilidad a emplear en la verificación es una variable que debe ser determinada por el comitente de los trabajos, ya que la misma se encontrará asociada al costo de los mismos.
- 60. Datos/Observaciones IMPACTO EN ELCONCRETO REFORZADO - FIBRAS ESTRUCTURALES Incremento de la tenacidad. Mejor control de fisuración. Incremento significativo de la resistencia a flexotracción. Mejor comportamiento a la fatiga .
- 61. Datos/Observaciones TRÁNSITO - EJESEQUIVALENTES Representa al total de las cargas que se prevé que solicitarán al pavimento durante su vida en servicio expresadas en Ejes equivalentes. Las cargas de tránsito se convierten a ejes equivalentes mediante la aplicación de los factores de equivalencia de carga (factores de daño relativo).
- 62. Datos/Observaciones ANÁLISIS DE PAVIMENTOSRÍGIDOS - ESFUERZOS Durante el día cuando la temperatura en la parte superior de la losa es mayor que en la parte inferior, la parte superior tiene a expandirse mientras que la parte inferior tienen a contraerse. 1. Esfuerzos debido a la temperatura Durante la noche cuando la temperatura en la parte superior de la losa es menor que en la parte inferior, la parte superior tiene a contraerse con respecto a la parte inferior.
- 63. Datos/Observaciones MODELOS DE RESPUESTADE PAVIMENTOS RÍGIDOS El agrietamiento en pavimentos de concreto puede ocurrir debido a deformaciones producto de los esfuerzos de fatiga/deformación. 1. AGRIETAMIENTO El agrietamiento pueden ser inducido también por una combinación de factores, incluyendo fuerzas de contracción que son desarrolladas debido a la temperatura, causando pandeo y deflexión, y a las cargas de tráfico. a) Agrietamiento por fatiga en JPCP Para un pavimento JPCP, las juntas de contracción son proporcionadas en intervalos cercanos para prevenir el desarrollo de fallas en el centro de la losa, las cuales son el resultado de esfuerzos inducidos por la carga, temperatura y cambios de humedad.
- 64. Datos/Observaciones MODELOS DE RESPUESTADE PAVIMENTOS RÍGIDOS a) Agrietamiento por fatiga en JPCP Una cantidad de esfuerzos acumulados será razón suficiente para el inicio del agrietamiento, y mas aún la propagación de estas grietas se manifestarán en la base o en la superficie de la losa con el tiempo.
- 65. Datos/Observaciones ESCALONAMIENTO EN JUNTASTRANSVERSALES EN JPCP El escalonamiento en juntas transversales es la diferencia de elevación entre losas adyacentes. Un escalonamiento excesivo reduce el desempeño del JPCP incrementando la incomodidad del usuario resultando en agrietamientos y roturas de esquina. El escalonamiento es causado por la erosión por la erosión debajo de la losa y la acumulación en la losa próxima de finos de base por la acción del bombeo. El escalonamiento se incrementa en los meses fríos ya que las juntas se abren debido a las contracciones y la reducción de la unión de los agregados. Por el contrario en los meses mas cálidos el concreto se expande y las juntas están mas ajustadas. Las junta con un soporte adecuado de pasador incrementan la transferencia de carga de las juntas y disminuye el escalonamiento.
- 66. Datos/Observaciones ESCALONAMIENTO EN JUNTASTRANSVERSALES EN JPCP https://www.youtube.com/watch?v=_a5sE0anosY
- 67. SEGÚN LO APRECIADO ¿QUÉAPRENDIMOSEN LA SESIÓN 1? “lluvia deideas”
- 68. CONCLUSIONES • Los estudiantesse introducen a conceptos de pavimentos. • Adquieren fortalezas para el diseño de pavimentos.