PAVIMENTOS

1. PAVIMENTOS Concepto y Tipos de pavimentos Estructura de los pavimentos Diseño de pavimentos Métodos de diseño de pavimentos CBR Módulo Resiliente Métodos y Pruebas de campo

2. Concepto de Pavimento Estructura conformada por un número de capas (multicapa) • Resistir y distribuir a capa de fundación (subrasante) esfuerzos verticales del tráfico • Resistir esfuerzos horizontales haciendo más durable superficie de rodamiento • Mejorar condiciones de rodamiento en cuanto a comodidad y seguridad

3. El Pavimento como Estructura • Estructura Multicapa: diferentes capas de materiales con propiedades mecánicas diferentes • Estructura en faja: ancho y alto "finito"; largo "infinito" • Cargas de tránsito: magnitud e intensidad variables; previsión de evolución y vida útil aproximada • Efectos intempéricos: afectan integridad del pavimento por degradación de capas • Falla de pavimento: Fatiga causada por efecto de cargas de tránsito (cargas cíclicas) e intemperismo • Vida útil pequeña

4. Tipos de Pavimentos según solicitaciones Pavimento Autoviario Pavimento Aeroportuario Pavimento Ferroviario

5. Pavimento Flexible Pavimento Rígido Revestimiento bituminoso Carpeta de hormigón Base Sub-base Sub-base Subrasante Subrasante Tipos de Pavimentos según estructura • Pavimentos Autoviarios y Aeroportuarios • Flexibles: revestimiento bituminoso (mezcla asfáltica) • Rígido: revestimiento de hormigón (losas)

6. Estructura de Pavimento Flexible Carpeta Asfáltica Base Sub-base

7. Función Estructural de cada Capa • Revestimiento: Recibe directamente cargas de tránsito. Resiste esfuerzos rasantes (horizontales) y proporciona superficie de rodamiento adecuada • Base: Resiste y distribuye esfuerzos normales (verticales) • Sub-base: Complementaria de Base (por economía) o Correctiva de Subrasante (transición) • Subrasante: Capa de fundación de estructura. Resiste esfuerzos normales sin grandes deformaciones

8. Métodos de Diseño de Pavimentos • Empíricos: Basados en parámetros que correlacionan propiedades físicas de materiales • Índice Soporte de California (CBR) • Coeficiente de Balasto • Mecanísticos: Basados en análisis de comportamiento mecánico de materiales • Teoría de Elasticidad (Boussinesq, Burmister) • Módulos Elásticos

9. carga comparador Pistón de carga molde suelo Índice Soporte de California (CBR)Porter (1929) Medida de la capacidad soporte de materiales granulares, denominada Índice Soporte de California (California Bearing Ratio, CBR) • Ensayo que mide: • Resistencia a penetración por punzonado de vástago en muestra de material compactado en molde rígido • Expansión

10. CBR Relación entre tensión necesaria para penetrar 0,1 in (0,25 cm) un material dado y tensión necesaria para la misma penetración en un material arbitrario, adoptado como patrón Material Patrón: Piedra triturada de California de la que se conoce tensiones necesarias para producir penetraciones preestablecidas

11. Tensión – Penetración del Vástago para Muestra Patrón

12. Tensión – Penetración del Vástago para Muestra Patrón

13. Ensayo de CBRASTM D1883; AASHTO T193 • 3 probetas compactadas con diferentes energías, en moldes de 6 in, a humedad óptima de Ensayo Proctor • 12 golpes por capa • 25 golpes por capa • 56 golpes por capa (PUSM) • Probetas se sumergen en agua 4 días con sobrecarga (“saturación de muestras”) • Se mide expansión en 4 días • Probetas saturadas se cargan por punzonado en prensa • Vástago de 3 in2 (19,4 cm2) • Velocidad de penetración 0,05 in/min (0,127 cm/min)

14. Ensayo CBR Curva Tensión - Penetración Se compara CBR0,1" y CBR0,2" adoptándose valor mayor

15. Ensayo CBR Curva CBR–PUS y CBR–Humedad de Compactación

16. Ensayo CBR Curva CBR – PUS PUSM

17. Crítica del Ensayo CBR • Condición saturada: • Se da en materiales granulares (arenas y gravas) • No se da en materiales finos (arcillas y limos) • Condición del ensayo: • Drenado para materiales granulares • No drenado para materiales finos Se comparan materiales ensayados en condiciones diferentes

18. Crítica del Ensayo CBR Carece de significado físico • No es medida directa de capacidad soporte de materiales (Porter, 1950) • Es un ensayo de corte, siendo indicador de resistencia al corte de suelos (Turnbull, 1950) • Debe ser considerado como ensayo indicativo de resistencia al corte... principios de diseño de pavimentos están basados en prevención de falla al corte de subrasantes de pavimentos (Simposio de la ASCE, 1950)

19. Crítica del Ensayo CBR • Compactación en laboratorio  Compactación en campo (estructuras distintas) • Aplicación de carga en laboratorio (estático)  Aplicación de carga real (tránsito)  respuestas mecánicas diferentes • Parámetro de diseño de pavimentos sencillo y rápido pero que conduce a estructuras sobredimensionadas

20. Parámetros Mecanísticos de Diseño de Pavimentos • Comportamiento no lineal de suelos y materiales granulares Módulo Tangente • Módulos de deformabilidad • Variables en función de nivel de s y e • Para nivel de e muy bajo módulo tangencial  módulo secante • Menor nivel de e mayor rigidez Módulo Secante

21. Módulo Resiliente • Carga de tránsito • Tensiones bajas  Deformaciones bajas • Tiempo de aplicación de carga casi instantáneo • Carga de intensidad gradual y de aplicación cíclica Módulo de deformabilidad recuperable representa adecuadamentecomportamiento de materiales de pavimentos • Módulo Resiliente (Hveem, 1955) • Resiliente X Elástico para diferenciar • En realidad Resiliencia es energía potencial de deformación (similar a resorte)

22. Determinación del Módulo Resiliente • Simular cargas de tránsito  Ensayo de carga repetida (cíclico) • Carga de compresión aplicada en mismo sentido • Intensidad de carga gradualmente variable 0  qmáx  0 • Tiempo de aplicación de carga pequeño (fracción de segundos) • Reproducción de condiciones reales • Amplitud = Carga de vehículo (rueda) • Tiempo de pulso = Velocidad de vehículo • Frecuencia de aplicación = Volumen de tránsito

23. q Módulo Resiliente Determinación del Módulo Resiliente er: Deformación recuperable (Resiliente) ep: Deformación permanente (Plástica) q: Tensión desviadora (s1 - s3) Dh: Deformación vertical máxima h0: Altura inicial de probeta

24. Ensayos de cargas cíclicas Triaxial cíclico (Seed et al., 1955) (AASHTO T274-82) • Presión de cámara (s3): agua o aire • Tensión desviadora (sd): cíclica Compresión diametral cíclica (Schmidt, 1972)

25. Ensayos de Campo • Parámetros empíricos • CBR in situ (ASTM D4429) • Prueba de Carga de Placa • Penetrómetro Dinámico de Cono (DCP) • Parámetros mecanísticos (deflexiones) • Viga Benkelman • Deflectógrafo de Lacroix • Deflectómetro de Caída de Pesa (FWD)

26. Prueba de Carga de Placa (McLeod, 1948) Módulo de reacción de subrasante (k): s: tensión que transmite placa al suelo D: deformación fijada previamente

27. Penetrómetro Dinámico de Cono (DCP) • Espesor de capas, peso específico, resistencia a la penetración • Pesa de 8 kg • Caída libre de 575 mm • Índice de Penetración (IP) D: Penetración del cono N: Número de golpes

28. Viga Benkelman (Benkelman, 1953) • Deflexión por recuperación elástica • Camión con 8,2 ton (80 kN) en eje trasero y 80 psi (550 kPa) de presión de inflado de ruedas

29. Viga Benkelman

30. Deflectógrafo de Lacroix (LCPC) • Deflexión máxima por carga transmitida por dos pares de ruedas • Medidas automáticas por palpadores colocados en trineos • Medidas casi continuas

31. Falling Weight Deflectometer (FWD)(Sorensen & Hayven, 1982) • Deflexión por carga de impacto producida por pesos que caen sobre placa apoyada en pavimento • Medidas automáticas por sensores de velocidad • Simula carga de tránsito a velocidad de 70 – 80 km/h