diseÑo de pavimento icg dp2007-06

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DISEÑO DE PAVIMENTOSM.Sc. JOSE RAFAEL MENENDEZ ACURIO

DISTANCIA – CLASE 06

INSTITUTO DE LA CONSTRUCCION Y GERENCIA

EXPOSITOR : Ing. M.Sc. J.Rafael Menéndez A.

DISEÑO DE PAVIMENTOS

EJEMPLO:Concesión Canchaque

Piura-Canchaque




Base Tratada con Cemento

Agregados de gradación densa mezclados con cemento portlandLos mismos agregados de la base granular20-25% de la resistencia del pavimento de concretoSobreyacente a una subbase granular

Base Tratada con Cemento

− Fácil de construir− Mas fuerte y mas resistente a la erosión que una base

granular− Apropiada para niveles de tráfico medio y elevado− Contribuye a la capacidad estructural si está adherida a la

losa

Pros:

Contras:− Cuesta mas que la base granular− Puede ser susceptible a la erosión− Puede causar agrietamiento reflejo en las losas PCC− Puede incrementar los esfuerzos de rizado de la losa si se

despega de ella




CASO: Antamina

Suelo mejorado

Base granular

Carpeta asfáltica en frío

arena

Mineroducto

Suelo estabilizadocon cemento

Base granular

arena

Mineroducto

Geomalla biaxial

carga

Base de Concreto Pobre(LCB – Lean Concrete Base)

Similar al pavimento de concreto, pero con menos cemento y por lo tanto de menor resistenciaContenidos de cemento típicos de 120-210 kg/m3

20-50% de la resistencia del pavimento de concretoLas juntas longitudinales de construcción deben coincidir

con las juntas longitudinales en la losaLa base y la losa pueden estar adheridas o no




Base de Concreto Pobre

− Soporte Uniforme− Mas fuerte y resistente a la erosión− Apropiada para niveles de tráfico medio y alto− Contribuye a la capacidad estructural si está adherida

a la losa

Pros:

Contras:− Cuesta mas que una base granular u otra base tratada− Puede causar agrietamiento reflejo en la losa PCC o

en la carpeta asfáltica− Puede incrementar los esfuerzos de combadura si

pierde adherencia con la losa

Base Permeable

Remueve rápidamente el agua del pavimentoRequiere un sistema colector/saliday una capa separadoraRequiere piedra chancada de altacalidad

Agregados de gradación abierta, no tratados, o tratados con asfalto o cemento




Base Permeable

− Drena mas rápidamente que la base de gradación densa

− Puede presentar desarrollo lento de fallasrelacionadas con la humedad (Escalonamiento, Agrietamiento “D”)

− Contribuye a la capacidad estructural si estáadherida a la losa

Pros:

− Cuesta más que una base granular− Puede ser difícil de construir (base permeable no

tratada)− Puede incrementar los esfuerzos de rizado de la losa si

se despega de ella

Contras:

Base Permeable




Requisitos granulométricosbase granular

PARTICIPACIÓN DE AUDITORIO

• Como que tiene otro más cerrado ¿no?• En realidad es más. Genera más gravedad, en

sí es mayor• Evita la poder funcionar con congelamiento




Requisitos base granular






Requisitos sub-base




Requisitos sub-base granular

Base y Base y subsub base base AASHTO 1993AASHTO 1993




Conceptos con AASHTOServiciabilidadNúmero estructural

SN = a1D1 + a2D2m2 + a3D3m3

a1, a2 , a3 : coeficiente de capa

D1 , D2 , D3 : espesores

m2 , m3 : coeficientes de drenaje

1pulg

1cm

____ , ____

Base granular

a2 = 0.249(log10EBS) – 0.977 EBS = k1θk2

a2 = 0.14EBS = 30,000 psi

CBR = 100 (aprox.)R-value = 85 (aprox.)

Q = stress state or sum of principal stressesσ1 + σ2 + σ3 (psi), and

k1, k2 = regression constants which are a function of material type

Typical values for base materials are:k1 = 3,000 to 8,000k2 = 0.5 to 0.7




Base granular

Sub-base granular

a3 = 0.227(log10EBS) – 0.839

a3 = 0.11EBS = 15,000 psi

CBR = 30 (aprox.)R-value = 60 (aprox.)




Sub-base granular

Coeficientes de capa

Figura 5.29Variación de coeficientes a2con diferentes parámetros de resistencia de la base granular




Coeficientes de capa

Figura 5.32 Variación de coeficientes a2con diferentes parámetros de resistencia de la subbase

Base y Base y subsub base base Instituto del AsfaltoInstituto del Asfalto




Base y sub-base granular

Base y Base y subsub base base AASHTO 2002AASHTO 2002




NIVEL 1:

3k1

aPoct2k

aPap1krM ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+

τ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ θ=

2)32(2)31(2)21(31stressshearoctahedraloct σ−σ+σ−σ+σ−σ==τ

NIVEL 2: Correlación con otras propiedades del material




Procedimiento de cálculo del módulo

resilente(AASHTO 2002)

NIVEL 3:Valores Típicos

MATERIALES MATERIALES BITUMINOSOSBITUMINOSOS

Ing. M.Sc. J.Rafael Menéndez A.




1800 D.C.En Francia se emplea la roca asfáltica parapavimentación de suelos , puentes y aceras

1838 D.C.En Filadelfia se emplea la roca asfálticaimportada para la construcción de aceras

RESUMEN HISTÓRICO DEL USO DEL ASFALTO


1870 D.C.Construcción del primer pavimento asfáltico en Newark, New Jersey

1876 D.C. Construcción del primer pavimento asfáltico tipo “Sheet Asphalt” en Whasington con asfalto de lago




1902 D.C.En EE.UU. Se comienza a obtener asfalto por destilación del petroleo a razón de 20.000 Tnanuales


Mill

ones

de

tone

lada

s 30

25

20

15

10

0

Año200019801960194019201900

5

CRECIMIENTO DEL CONSUMO DE ASFALTO




NOMENCLATURA DE MATERIALES BITUMINOSOS

ASFALTOS

Materiales aglomerantes sólidos o semisólidos de color negro que se licuan fácilmente al calentarse, cuyos constituyentes predominantes son BETUNES, que se dan en la Naturaleza en forma sólida o semisólida o se obtienen a partir del Petróleo


BETUNES

Son mezclas de hidrocarburos de origen natural que se caracterizan por ser totalmente solubles en SULFURO DE CARBONO




ALQUITRANES

Son BETUNES que se obtienen de la destilación de carbones fósiles, maderas u otras sustancias orgánicas


BREA

Son BETUNES sólidos o semisólidos obtenidos de la Destilación del Alquitrán que desarrollan propiedades ligantes y cohesivas y cuya consistencia disminuye con la temperatura





En EuropaASFALTO = Betún + Agregados Minerales

En América del NorteASFALTO = BETUN


El ASFALTO que se emplea en pavimentación en Mezclas en Caliente se lo conoce comoCEMENTO ASFALTICO





Tipos de mezclas asfálticasASFALTO EN FRÍO

Diluido RC-250+

Grava+

Arena+

Filler+

Aditivo

MEZCLA ASFÁLTICAEN CALIENTE (HMA)

Cemento asfáltico+

Grava+

Arena+

Filler+

Aditivomejorador deAdherencia

+Modificador

polímero

Cemento asfáltico+

Emulsificante+

Agua+

Grava+

Arena+

Filler+

Aditivo+

Polímero

EMULSIONES

DEL PETRÓLEO

DE ROCAS

DE LAGOS

LOS ASFALTOS PROVIENEN




CLASIFICACIÓN DE LOS PETRÓLEOS

En base a su Densidad API(American Petroleum Institute)

141,5° API = -----------------------

Peso específico

DESTILACIÓN DEL PETRÓLEO




DESTILACIÓN DEL PETRÓLEOGASOLINA

NAFTA

KEROSENE

GAS OIL LIVIANO

GAS OIL PESADO

FUEL OIL O MEZCLA

230-315 ºC

CRUDO

FRAC.

CALOR

FRAC.

GAS OIL

GAS OIL

RESIDUO

O

O

O

BITUMEN -2.5 AC A -40 AC

PROCESO SOLVENTE BITUMEN PPT

AIR BLOWING PAVIMENTO O ESPECIAL

PROCESO ALTERNADO COKE, FUEL

300-390 ºC

160-260 ºC

180-200 ºC

60-160 ºC

ATM.

CALOR

315-405 ºC

390-450 ºCVAC.

Termoplástico

Buena Adhesividad

Excelentes Propiedades Mecánicas

Altamente Impermeable

Buena Durabilidad

PRINCIPALES PROPIEDADES DE LOS ASFALTOS




PAVIMENTACIÓN

Cementos AsfálticosAsfaltos Diluídos (Cut Back)

Emulsiones AsfálticasAsfaltos Modificados

DIFERENTES USOS DE LOS ASFALTOS

En CalienteMezclas en Planta

En Frío

Mezclas en Sitio

Tratamientos Superficiales

TIPOS DE CONSTRUCCIÓN DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS




Cementos AsfCementos Asfáálticos lticos

Especificaciones cemento asfáltico




Especificaciones cemento asfáltico

Clasificación

Por Penetración : AASHTO M 20

Por Viscosidad : AASHTO M 226

PG (Performance Grade) AASHTO MP 1

Cementos asfálticos




Visc

osity

, 60C

(140

F)

4050

6070

85100

120150

200300

Penetration GradesAC 40

AC 20

AC 10

AC 5

AC 2.5

100

50

10

5

CEMENTOS ASFÁLTICOS Clasificación

Penetración(1900s)

Viscosidad(1950s)

vacio

CA

NN

ON

100A9

100 g100 g100 g

penetration

0 sec5 sec




Por Penetración : AASHTO M2040-50 60-70 85-100 120-150 200-300

Por Viscosidad : AASHTO M 226AC-2,5 AC-5 AC 10 AC-20 AC-30 AC-40


P G : Performance GradeSUPERPAVE : AASHTO MP 1

Los ensayos incluidos en el SUPERPAVE miden propiedades físicas que pueden relacionarse directamente mediante principios ingenieriles con el comportamiento de los materiales en la carretera





P G : Performance GradeSUPERPAVE : AASHTO MP 1

Propone controlar las:

Deformaciones permanentesLa fisuración a baja temperaturaLa fisuración por Fatiga


Seguridad Punto de inflamaciónManejo ViscosidadEnvejecimiento RTFOT y PAVAhuellamiento Reómetro de CorteFisuración por fatiga Reómetro de corteFisuración Térmica Reómetro de flexión

CEMENTOS ASFÁLTICOS Clasificación SUPERPAVE




Asfalto en Pavimentaciones• No trabajable, extrema viscosidad

Técnicas de manejo:• Calentamiento

– Mezclas en caliente (Concreto asfáltico) • Dilución con solventes deriv. de petróleo

– Diluidos (Mezclas en frío, imprimantes.) • Emulsificación con agua

– Emulsión Asfáltica (Mezclas en frío, reciclados, etc)

Propiedades del Asfalto

PenetraciónDuctilidadViscosidadPunto de InflamaciónSolubilidadÍndice de penetraciónEnsayo de película delgada





penetración Punto de inflamación (copa abierta de Cleveland)

Viscosidad

Fig. 3.47 Viscosímetro de vacío del Asphalt Institute

Fig. 3.48 Viscosímetro de vacío de Cannon-Manning





Ensayo de Película delgada

Viscosidad SayboltFurol

Ductilidad

Fig. 3.50 Ensayo de ductilidad




Peso específico agregado fino

Absorción agregado fino




Peso específico agregado grueso

Angularidad agregado fino




Angularidad de los agregados

Asfaltos Modificados Asfaltos Modificados




Polímeros

Sustancias formadas por a unión de miles de pequeñas moléculas pequeñas llamadas monómeros, que adicionadas al cemento asfáltico si logran ser compatibles mejoran las propiedades reológicas de la mezcla

Compatibilidad de los polímerosPara que mejoren los asfaltos usados en vías, los polímeros deben tener las siguientescaracterísticas:

– Cadena general suficientemente larga– Baja polaridad, para facilitar su

compatibilidad con el asfalto– Peso molecular elevado para disminuir

riesgos por excesiva viscosidad y problemas de dispersión

– Baja temperatura vítrea, para permitir mejorar los problemas de deformaciones a bajas temperaturas.




Aplicaciones

Aumentar la rigidez a altas temperaturas de servicio, mejorando la resistencia a la deformación permanenteReducir la rigidez a bajas temperaturas previniendo la fisuración térmicaAumentar la resistencia a la fatiga de las mezclasMejorar la adhesión con los agregados pétreosMejorar la cohesión brindando retención de los agregados en la vida inicial de los tratamiento superficiales.

Asfaltos Modificados




PARTICIPACIÓN DE AUDITORIO• Puedo plantearle mi caso. Santa Rosa, puente

Montalvo es el alcance que lo está haciendo Málaga y a fines de este mes aplica a Santa Rosa, puente Montalvo junto al complejo

• Con SBS, pero como bien lo dice usted, SBS• Sí reciente se ha aplicado allá• Yo creo que es lo mismo, sino que se coloca a

140 grados• Rodillo neumático creo que es• Aquí ese era un mito que termina pues PDM ¿no?

Ahorita lo está haciendo Amorós• Él está haciendo el asfalto modificado aquí y lo

lleva hasta Moquegua• Para carpeta asfáltica en caliente en planta, lo

calienta a 190 grados y listo

Aplicaciones

Reducir el endurecimiento en servicio.Disminuir la susceptibilidad térmicaAumentar la viscosidad a bajas temperaturas de corte, permitiendo mejores espesores de película en el agregado de mezclas abiertas y recudiendo la exudación en tratamientos superficiales






Muestra de mezcla asfáltica modificada con polímeros

Muestra de mezcla asfáltica convencional





Efecto del tipo de cementoasfáltico en el ahuellamiento




Comportamiento viscoelásticoC

oncreto

Hid

rC

oncreto

Hid

rááulico

ulico




Proporciones de materialesen el concreto

Requisitos de los Requisitos de los agregadosagregados




Granulometría agregado

grueso

Lo que buscamos en una mezcla de agregados de grava y arena

Agregado grueso ArenaMaterial

producido




Granulometría agregado fino

Requisitos agregado fino




Tipos de cemento

Resistencia por tipo de cemento




Cementos mezclados

EvoluciEvolucióón de la n de la resistenciaresistencia




Evolución de la resistencia

Efecto de la temperaturaen la evolución de la resistencia




Resistencia vs relación a/c

Resistencia vs contenido de aire





• Con cualquiera. Se le da de golpe nada más, con caballos de golpe

• Depende. A veces cuando supervisión lo pide, en un buen negocio a veces no lo dan y a veces dan

EnsayosEnsayos




Efecto de los vacíos enlas propiedades del concreto

Propiedades a analizar

Esfuerzosde tensiónpor flexión

Carga distribuida

losa

deformación




Ensayo de compresión simple

slump




slump

Relación entrecontenido de aire y slump




contenido de aire

Compresión simple




Ensayo de compresión diagonal

Módulo de Rotura del Concreto




Pavimentos de concretoMódulo de rotura del concreto a los 28 días ensayo de viga cargada en el tercio

Módulo de elasticidad




Testigos diamantina

Ultrasonido(Impact-Echo Test)




Fatiga en pavimentos de concreto

Fatiga en pavimentos de concreto





• Dependiendo del concreto, son afectados por deflexiones por crep


• El MTC obliga al contratista a evaluar la subrasante antes de cruzar la sub-base y base; tenemos un nuevo parámetro de control y con el sistema vigente de que las deflexiones se miden a nivel de superficie final




EJEMPLO:Evaluación deflectométrica a nivel de carpeta de rodadura

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