PAVIMENTOS

Concepto y Tipos de pavimentos Estructura de los pavimentos Diseo de pavimentos Mtodos de diseo de pavimentos C.B.R. Mdulo Resiliente Mtodos y Pruebas de campo

Concepto de Pavimento

Estructura conformada por un conjunto de capas(multicapa) destinada a: resistir y distribuir a la capa de fundacin

(subrasante) los esfuerzos verticales producidospor el trfico

resistir los esfuerzos horizontales haciendo msdurable la superficie de rodamiento

mejorar las condiciones de rodamiento en cuanto acomodidad y seguridad

Peculiaridades del Pavimento como Estructura

Estructura Multicapa: diferentes capas de materiales conpropiedades mecnicas diferentes

Estructura en faja: ancho y alto "finito"; largo "infinito"

Cargas de trnsito: efecto destructivo variable; previsin deevolucin y vida til aproximada; intemperizacin ydegradacin de capas superiores afectan integridad depavimento

Clima es un factor preponderante

Falla de pavimento: Fatiga causada por efecto de carga detrnsito (cargas cclicas) e intemperismo

Vida til pequea

Tipos de Pavimentos segn solicitaciones

Pavimentos Autoviarios Carga de trnsito baja, variable (camiones, mnibus, autos, etc.) Intensidad de trnsito variable: Alto volumen de trnsito; Bajo

volumen de trnsito Pavimentos Aeroportuarios Carga de trnsito pesada Cargas dinmicas (impacto) en zona de aterrizaje Intensidad de transito menor que pavimentos de alto volumen de

trnsito Pavimentos Ferroviarios Carga de trnsito alta Transmisin de carga a travs de durmientes (carga lineal

transversal)

Tipos de Pavimentos segn estructura

Pavimentos Autoviarios y Aeroportuarios

Flexibles: revestimiento bituminoso (mezcla asfltica)

Rgido: revestimiento de hormign (losas)

Base

Revestimiento bituminoso

Sub-baseSubrasante

Pavimento Flexible Pavimento Rgido

Carpeta de hormign

Sub-base

Subrasante

Paquete Estructural

Carpeta Asfltica

Base

Sub-base

Funcin estructural de cada capa

Revestimiento: Recibe directamente las cargas de trnsito.Resiste esfuerzos rasantes (horizontales) y proporciona superficiede rodamiento adecuada

Base: Resiste y distribuye esfuerzos normales (verticales)

Sub-base: Complementaria de Base (por economa) o Correctivade Subrasante (transicin)

Subrasante: Capa de fundacin de la estructura del pavimento.Resiste esfuerzos normales sin grandes deformaciones

Mtodos de Diseo de Pavimentos

Empricos: Basados en parmetros que correlacionanpropiedades fsicas de los materiales

ndice Soporte de California (CBR)

Coeficiente de Balasto

Mecansticos: Basados en anlisis de comportamientomecnico de los materiales

Teora de Elasticidad (Boussinesq, Burmister)

Mdulos Elsticos

Parmetros Empricos de Diseo de Pavimentosndice Soporte de California (CBR)

Porter (1929): Ensayo de medida de la capacidad soporte,denominadondice Soporte de California(California BearingRatio,CBR)

Ensayo mide: Resistencia a la penetracin por punzonado de un vstago en

una muestra de material compactado en un molde rgido Expansin

Pistn de cargacomparador

suelo

molde

carga

CBR

Relacin entre la tensin necesaria para penetrar 0,1 in (0,25cm) un material dado y la tensin necesaria para la mismapenetracin en un material arbitrario, adoptado como patrn

100(%)"1,0

"1,0 =patrn

muestraCBR

Material Patrn: Piedra triturada de California de la que seconoce las tensiones necesarias para producir penetracionespreestablecidas

Tensin Penetracin del Vstago para muestra patrn

Penetracin Tensin aplicada

cm pulgadas kg/cm2 lb/pulg2

0,25 0,1 70,3 1000

0,50 0,2 105,5 1500

0,75 0,3 133,6 1900

1,00 0,4 161,7 2300

1,25 0,5 182,0 2600

Tensin Penetracin del Vstago para muestra patrn

703,0100

3,70(%) "1,0"1,0 muestramuestraCBR

==

70,3

105,5

133,6

161,7

182,0

020406080

100120140160180200

0,0 0,1 0,1 0,2 0,2 0,3 0,3 0,4 0,4 0,5 0,5

Penetracin (in)

Te

nsi

n

(kg

/cm2 )

Muestra Patrn Muestra Ensayada

Ensayo de CBRASTM D1883; AASHTO T193

3 muestras compactadas con diferentes energas, en moldes de 6in, a humedad ptima de Ensayo Proctor Modificado

12 golpes por capa

25 golpes por capa

56 golpes por capa (PUSM)

Muestras se sumergen en agua 4 das con sobrecargas(saturacin de muestras)

Se mide expansin en 4 das

Probetas saturadas se cargan por punzonado en prensa

Vstago de 3 in2 (19,4 cm2)

Velocidad de penetracin 0,05 in/min (0,127 cm/min)

Ensayo CBRCurva Tensin - Penetracin

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,000 0,050 0,100 0,150 0,200 0,250 0,300 0,350 0,400 0,450 0,500

Penetracin (in)

Te

nsi

n (k

g/cm

2 )

12 Golpes 25 Golpes 56 Golpes

Se compara CBR0,1" y CBR0,2" adoptndose valor mayor

Ensayo CBRCurva CBRPeso especfico seco y CBRHumedad de Compactacin

Ensayo CBRCurva CBR Peso Especfico Seco

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

17,5 18,0 18,5 19,0 19,5 20,0 20,5

PUS (kN/m3)

CB

R (

%)

PUSM

Crtica del Ensayo CBR

Condicin saturada: Se alcanza en materiales granulares (arenas y gravas) No se alcanza en materiales finos (arcillas y limos)

Condicin del ensayo: Drenado para materiales granulares No drenado para materiales finos

Se comparan materiales ensayados en condiciones diferentes

Pistn de cargacomparador

suelo

molde

carga

Crtica del Ensayo CBR

CBR es un nmero que carece de significado fsico

"CBR no es una medida directa de la capacidad soporte de losmateriales" (Porter, 1950)

"CBR no es ms que un simple ensayo de corte, siendo tilcomo indicador de la resistencia al corte de los suelos"(Turnbull, 1950)

"CBR debe ser considerado como unensayo indicativo deresistencia al corte... principios de diseo de pavimentosestn basados en prevencin de lafalla al corte de lassubrasantesde los pavimentos" (Simposio de la ASCE, 1950)

Crtica del Ensayo CBR

Mtodo de compactacin en ensayo Mtodo decompactacin de campo (estructuras distintas)

Mtodo de aplicacin de carga de ensayo (esttico) Aplicacin de carga real al pavimento (trnsito) respuestas mecnicas diferentes

Parmetro de diseo de pavimentos sencillo y rpido peroque conduce a estructuras sobredimensionadas

Parmetros Mecansticos de Diseo de Pavimentos

a (%)

Mdulo Tangente

Mdulo Secante

Parmetros Mecansticos de Diseo de Pavimentos

Comportamiento no lineal de los suelos y materiales granulares Es posible definir "mdulos de deformabilidad": Mdulo

tangencial y Mdulo secante Variables en funcin del nivel de tensiones y deformaciones Para niveles de deformacin muy bajos mdulo tangencial

mdulo secante Cuanto menor el nivel de deformacin mayor valor modular

(rigidez)

Parmetros Mecansticos de Diseo de Pavimentos

Carga de trnsito

Tensiones relativamente bajas Deformaciones bajas

Tiempo de aplicacin de carga casi instantneo

Carga de intensidad gradual y de aplicacin cclica

Mdulo de deformabilidad recuperable representa adecuadamentecomportamiento real de materiales de pavimento

Parmetros Mecansticos de Diseo de Pavimentos

Hveem (1955): Fisuras progresivas de revestimientoasfltico se debe a deformacin "resiliente" (elstica) decapas subyacentes, especialmente subrasante

Utiliza Resiliente por Elstico para diferenciar

En realidad Resiliencia es una energa potencial dedeformacin (similar a la del resorte)

Ensayos de Cargas Repetidas o Cclicas

Simular condiciones reales: Cargas de trnsito Ensayo decarga repetida (cclico) Carga de compresin aplicada en un mismo sentido Intensidad de carga gradualmente variable desde cero hasta

mximo y vuelta a cero Tiempo pequeo de aplicacin de carga (fraccin de

segundos)

Reproduccin de condiciones reales Amplitud = carga de vehculo (rueda) Tiempo de pulso = velocidad de vehculo Frecuencia de aplicacin = volumen de trnsito

Ensayos de Cargas Cclicas

Deformacin recuperable (Resiliente):r Deformacin permanente (Plstica):p En primeros ciclos Mdulo sufre pequeas variaciones cada vez

menores, hasta hacerse constante

Mdulo resiliente (MR)

q: Tensin desviadora (1 3)r: Deformacin resiliente axial (vertical)

rR

qM

=

0r h

h=h: Deformacin vertical mximah0: Altura inicial de la muestra

prt +=

p: Deformacin permanente muy pequea

Tipos de Ensayos de cargas cclicas

Ensayo Triaxial cclico (Seed et al., 1955): Suelos y Materialesgranulares Desarrollado durante el estudio de la deformabilidad de las

subrasantes de la pista experimental de AASHTO(Illinois) Similar a Triaxial convencional:

Presin de cmara (3): agua oaire Tensin desviadora (d): cclica Estado de tensiones principales Resultados en tensiones totales

Normalizado: AASHTOT274-82

Ensayo de Compresin diametral cclico (Schmidt, 1972):Mezclas Asflticas y Materiales Cementados

Efecto del Peso especfico y de la Humedad de Compactacin en el Mdulo Resiliente de materiales finos

Ensayos de Campo

Basados en parmetros empricos CBR in situ (ASTMD4429) Prueba de Carga de Placa Penetrmetro Dinmico de Cono (DCP)

Basados en parmetros mecansticos (deflexiones) Viga Benkelman Deflectgrafo de Lacroix Deflectmetro de Cada de Pesa (FWD)

Prueba de Carga de Placa (McLeod, 1948)

Mdulo de reaccin de subrasante (k):

: tensin que transmite placa al suelo: deformacin fijada previamente

= k

Penetrmetro Dinmico de Cono (DCP)

Mango de agarre

Masa de 8 Kg

Cono

Regla demedida

Tope

1935 mm

575 mm

3 mm

20 mm

Puntaendurecida

a 60

Espesor de capas, peso especfico,resistencia a la penetracin

Pesa de 8 kg Cada libre de 575 mm ndice de Penetracin (IP)

: Penetracin del conoN: Nmero de golpes

NIP

=

Viga Benkelman (Benkelman, 1953)

Deflexin por Recuperacin elstica

Camin con 8,2 ton (80 kN) en eje trasero y 80 psi (550 kPa) depresin de inflado de ruedas

Viga Benkelman

Deflectgrafo de Lacroix (LCPC)

Deflexin mxima por carga transmitida por dos pares de ruedas Medidas automticas por palpadores colocados en trineos Medidas casi continuas

Deflectmetro de Impacto (Falling Weight Deflectometer)FWD (Sorensen & Hayven, 1982)

Deflexin por carga de impacto producida por pesos que caensobre placa apoyada en pavimento

Medidas automticas por sensores de velocidad Simula carga de trnsito a velocidad de 70 80 km/h