manual completo diseño de pavimentos - umss (facultad de ciencias y tecnología)

I

UMSS Facultad de Ciencias y Tecnologa CARRETERAS II

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

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III


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.4.2.3. DESTILACIN 54


II.4.3. ASFALTO LQUIDO DE CURADO LENTO (SC) 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.4.4. EMULSIN ASFLTICA 58


II.4.4.2. RESIDUO DE DESTILACIN 58

II.4.4.3. SEDIMENTACIN 59

IV


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.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

V


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.3.2.2.3. PROBLEMAS PROPUESTOS 105

III.3.2.3. MTODO DE N. W. McLEOD 106

III.3.2.3.1 DESCRIPCIN DEL MTODO 106


III.3.2.3.3. 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

VI


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

VII


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

VIII


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

IX


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

X


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

XI


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


XII


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

XIII


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

XIV


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

XV


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


MEDIO (MC) 64


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

XVI


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 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

XVII


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

XVIII


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

XIX


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

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



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.



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.



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



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



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.



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.

( )( )

( ) 11 1 11 = ++

++= PP

PP

ii

i

rPPCR

rCCCICCV

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 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.



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.




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



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



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



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



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.



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



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.



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:



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




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).



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



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).





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).





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). UMSS Facultad de Ciencias y Tecnologa CARRETERAS II


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

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.



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.




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.



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,



wVM

G 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:

wVM

G 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

MM



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,



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.



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:



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.



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.



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:




- 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 quitarse la grasa de sus manos con agua.

nicamente, hasta cuando use un detergente o agente jabonoso le ser posible remover

la grasa con xito. Las partculas de jabn rodean los glbulos de grasa, rompen la

tensin superficial que los une y permite que sean lavados. Se ap

manual completo diseño de pavimentos - umss (facultad de ciencias y tecnología)

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