PAVIMENTO

COMPONENTE DEL PAVIMENTO

         

07S-1303-D1

ASIGNATURA: PAVIMENTO

AUTOR: ALEJANDRO MOLINA CI 26.468.890

TUTOR : ING KEISI DURÁN 

                       PAVIMENTO

EL PAVIMENTO

Una de las primeras formas de pavimentación fue la calzada romana (Figura 1.1), construida en varias camadas. Esta gran obra de ingeniería logró que varios tramos hayan resistido durante siglos y se puedan encontrar inclusive hoy.

El pavimento tiene muchas funcionabilidades, las cuales depende de las cualidades que sé que quiera obtener a la hora de un proyecto de pavimentación. También existen varios tipos de pavimentos los cuales tienen distintos usos, también hay diferencias entre estos tipos de pavimentos.

Para resumir el pavimento es la base principal de las vías de comunicación, y depende de un buen mantenimiento para su duración.

Figura 1.1 Calzada romana de pavimento

     

COMPONENTES

En la Figura 1.2 se muestra esquemáticamente, los componentes principales de un pavimento asfáltico. Se puede considerar que la estructura de un pavimento está formada por una superestructura encima de una fundación, esta última debe ser el resultado de un estudio geotécnico adecuado. En los pavimentos camineros, la superestructura está constituida por la capa de revestimiento y la capa base; la fundación está formada por las capas de sub-base y suelo compactado.

 Clasificación de la secciones del pavimento:  

                          

Figura 1.2 Sección típica de un pavimento.

1. Capa de Rodadura
2. Capa Base
3. Capa Sub-base
4. Suelo Compactado
5. Subrasante
6. Sub-drenaje longitudinal
7. Revestimiento de Hombreras
8. Sub-base de Hombreras

Las funciones del pavimento 

 Es la de proveer una superficie de rodamiento, al tránsito y distribuir las cargas aplicadas por el mismo, sin que se sobrepasen las tensiones admisibles de las distintas capas del pavimento y de los suelos de fundación.

Las principales funciones que tiene la capa de rodadura o revestimiento asfáltico son:

• Impermeabilizar el pavimento, para que las capas subyacente puedan mantener su capacidad de soporte.

• Proveer una superficie resistente al deslizamiento, incluso en una pista húmeda.

•  Reducir las tensiones verticales que la carga por eje ejerce sobre la capa base, para poder controlar la acumulación de deformaciones plásticas en dicha capa.

Figura 1.3 Capas de rodadura

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 tracción que las cargas por eje ejercen a la capa de revestimiento asfáltico.

• Permitir el drenaje del agua que se infiltra en el pavimento, a través de drenajes laterales longitudinales (Figura 1.2).

      La capa sub-base está constituida por un material de capacidad de soporte superior a la del suelo compactado y se utiliza para permitir la reducción 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 subbase.

     El suelo compactado, es el mismo suelo del terraplén, que esta escarificado y compactado una cierta profundidad dependiendo de su naturaleza o de las especificaciones del proyecto. 

Figura 1.4 Pavimento rígido y flexible

LOS TIPOS DE PAVIMENTOS 

    Se clasifican en:

• ·        Pavimentos flexibles  
• ·        Pavimentos rígidos
• ·        Pavimentos semirrígidos

El pavimento flexible y rígido se puede observar el la (Figura 1.4), mientras el pavimento semirrígido es una combinación del pavimento rígido y flexible.

      Dentro de los pavimentos flexibles se pueden distinguir los siguientes sub-tipos:

• Convencionales de base granular.
• Deep-Strength de base asfáltica.
• Pavimentos full-depth.
• Pavimentos con tratamiento superficial (pueden ser semirrígidos también).

                                       NORMA COVENIN 

Norma Venezolana COVENIN 1716-92 Asfaltos

LINK: https://drive.google.com/file/d/0B0G-9shtdrCUcjBSaGdHb0h4VTQ/edit?usp=sharing

CLASIFICACIÓN DE SUELOS

  El suelo es cualquier material no consolidado formado por partículas sólidas discretas con líquidos y gases que ocupan los espacios entre ellas. El suelo es el material de construcción más abundante dentro de las prácticas de la ingeniería civil, y constituye el soporte de las estructuras como edificaciones, vías, puentes, canales, torres, entre otros, además se utiliza como el material de terraplenes viales, muros de tierra reforzada con geotextil, diques, rellenos de adecuación de terrenos en relieves, pendientes para áreas urbanas.

TIPOS DE SUELOS

       Existen diversos tipos de suelo, como se puede observar algunos en la (Figuras), más adelante cada uno con un proceso distinto de formación y de sedimentación. Existen dos clasificaciones para los tipos de suelo, una según su estructura y otra de acuerdo a sus formas físicas.

       Según su estructura  podemos hablar de:

•         Suelos arenosos. Incapaces de retener el agua, son escasos en materia orgánica y por lo tanto poco fértiles.

•   Suelos calizos. Abundan en minerales calcáreos y por lo tanto en sales, lo cual les confiere dureza, aridez y color blanquecino.

•  Suelos humíferos. De tierra negra, en ellos abunda la materia orgánica en descomposición y retienen muy bien el agua, siendo muy fértiles.

•  Suelos arcillosos. Compuestos por finos granos amarillentos que retienen muy bien el agua, por lo que suelen inundarse con facilidad.

·         Suelos pedregosos. Compuestos por rocas de distintos tamaños, son muy porosos y no retienen en nada el agua.
·         Suelos mixtos. Suelos mezclados, por lo general entre arenosos y arcillosos.

      Se clasifica por su forma física en:

•         Litosoles. Capas delgadas de suelo de hasta 10cm de profundidad, con vegetación muy baja y también llamado “leptosoles”.

•        Cambisoles. Suelos jóvenes con acumulación inicial de arcillas.

•        Luvisoles. Suelos arcillosos con una saturación de bases del 50% o superior.

•         Acrisoles. Otro tipo de suelo arcilloso, con saturación de bases inferior al 50%.

•         Gleysoles. Suelos de presencia de agua constante o casi constante.

•        Fluvisoles. Suelos jóvenes de depósitos fluviales, por lo general ricos en calcios.
•         Rendzina. Suelos ricos en materia orgánica sobre piedra caliz.

•       Vertisoles. Suelos arcillosos y negros, ubicados cerca de escurrimientos y pendientes rocosas.

     Quedad mencionar que en la ingeniería civil existen varios métodos para clasificar el suelo ya sean métodos en campo o de laboratorio que llegan hacer más exacto, como lo es el método de clasificación AASHTO.

  AASHTO

      El sistema de clasificación AASHTO (American Asotiation of State Highway and Transportación Officials) (Designación ASTM D-3282; método AASHTO M145) es uno de los primeros sistemas de clasificación de suelos, y se podría decir que unos los más completo se utiliza para clasificar y determinar el perfil granulométrico y el nivel de húmeda de los suelos, fue desarrollado por Terzaghi y Hogentogler en 1928. Este sistema pasó por varias revisiones y actualmente es usado, en la rama de la ingeniería civil enfocados más en el campo de las carreteras, como la construcción de los terraplenes, subrasantes, subbases y bases de las carreteras. Sin embargo es necesario recordar, que un suelo que es bueno para el uso de subrasantes en una carretera puede ser muy pobre para otros propósitos.

        Se podría decir que este sistema de clasificación está basado en los resultados de la  determinación en laboratorio de la distribución del tamaño de partículas, el límite líquido y el límite plástico.

       La evaluación de los suelos dentro de cada grupo se realiza por medio de un índice de grupo, que es un valor calculado a partir de una ecuación empírica. El comportamiento geotécnico de un suelo varía inversamente con su índice de grupo, es decir que un suelo con índice de grupo igual a cero indica que es material “bueno” para la construcción de carreteras, y un índice de grupo igual a 20 o mayor, indica un material “muy malo” para la construcción de carreteras.

                         CLASIFICACIÓN AASHTO

          Clasifica a los suelos en tres principales categorías:

·        Suelos granulares. Son suelos cuyo porcentaje que pasa el tamiz Nº 200 es menor o igual al 35% del total de la muestra. Estos suelos constituyen los grupos A-1, A-2 y A-3.  

·        Suelos limo-arcilla o material fino. Son suelos cuyo porcentaje que pasa el tamiz Nº 200 es mayor al 35% del total de la muestra. Estos suelos constituyen los grupos A-4, A-5, A-6 y A-7. 

    Suelos orgánicos. Son los suelos que están constituidos principalmente por materia orgánica. Este tipo de suelos constituye el grupo A-8.

    

       2. Adopta el siguiente rango de tamaño de partículas:

• ·        Cantos rodados. Son fragmentos de roca, usualmente redondeados por abrasión, que son retenidos en el tamiz de 3” (75 mm).Grava.
• ·         Es la fracción que pasa el tamiz de 3” (75 mm) y es retenido en el tamiz Nº 10 (2 mm).Arena.
• ·         Es la fracción que pasa el tamiz Nº 10 (2 mm) y es retenido en el tamiz Nº 200 (0.075 mm).
• ·        El limo y la arcilla. Son partículas que pasan el tamiz Nº 200 (0.075 mm). 

     3. Establece un rango del índice de plasticidad que diferencia a los suelos limosos de los suelos arcillosos.

•          El término limoso es aplicado a la fracción fina del suelo que tiene un índice de plasticidad de 10 o menos.
•          El término arcilloso es aplicado cuando la fracción fina tiene un índice de plasticidad de 11 o más.

       4.      Considera solo la porción de suelo que pasa a través del tamiz de 75mm. Si existieran partículas mayores (guijarros y cantos rodados), estas son excluidas de la muestra de suelo que será clasificado, sin embargo el porcentaje de ese material debe ser medido y anotado junto con el resultado de la clasificación.

Tabla 1.2 Clasificacion AASTHO

                                   

                                     DENSIDAD Y HUMEDAD 

La nomas AASHTO también  hace relación de la densidad y humedad del suelo la cual se realiza en el laboratorio, la densidad del suelo debe ser trazado como ordenadas y el contenido de humedad como abscisas. 

                         LIMITE LÍQUIDO Y LIMITE PLASTICO

    Los límites de Atterberg, límites de plasticidad o límites de consistencia, se utilizan para caracterizar el comportamiento de los suelos finos,aunque su comportamiento varía a lo largo del tiempo. El nombre de estos es debido al científico sueco Albert Mauritz Atterberg (1846-1916).Los límites se basan en el concepto de que en un suelo de grano fino solo pueden existir cuatro estados de consistencia según su humedad. Así, un suelo se encuentra en estado sólido cuando está seco. Al agregársele agua poco a poco, va pasando sucesivamente a los estados de semisólido, plástico y, finalmente, líquido. Los contenidos de humedad en los puntos de transición de un estado al otro son los denominados límites de Atterberg.

Los ensayos se realizan en el laboratorio y miden la cohesión del terreno y su contenido de humedad, para ello se forman pequeños cilindros de espesor con el suelo. Siguiendo estos procedimientos se definen tres límites:

Límite líquido: cuando el suelo pasa de un estado plástico a un estado líquido. Para la determinación de este límite se utiliza la copa de Casagrande.

Límite plástico: cuando el suelo pasa de un estado semisólido a un estado plástico.

Límite de retracción o contracción: cuando el suelo pasa de un estado semisólido a un estado sólido y se contrae al perder humedad.

Grafica 1.4 Clasificación de materiales en función de los límites de Atterberg

                                                      

INDICE DE PLASTICIDAD 

El índice de plasticidad de un suelo es el tamaño del intervalo de contenido de agua, expresado como un porcentaje de la masa seca de suelo, dentro del cual el material está en un estado plástico. Este índice corresponde a la diferencia numérica entre el límite líquido y el límite plástico del suelo.

Grafica 1.5 Indice de plasticidad 

INDICE DE GRUPO AASHTO

Para evaluar la calidad de un suelo como material para terraplenes, subrasantes, sub-bases y bases de las carreteras, se debe añadir índices de grupo (IG). Este índice es escrito entre paréntesis después de la designación del grupo o subgrupo, como por ejemplo A-2-6 (3), A-4 (5), A-6 (12), A-7-5 (17), etc. A continuación se detalla la forma de cálculo del índice de grupo y de las consideraciones que se deben tomar en cuenta

 Figura 2.3.  Ábaco para el calculo del índice de grupo (Norma ASTM, 2003).

1. El índice de grupo es calculado a partir de la siguiente ecuación empírica:

El primer término de la ecuación:

es el índice parcial de grupo determinado con el límite líquido. El segundo término:

es el índice parcial de grupo determinado con el índice de plasticidad. Determinando los índices de grupo parciales debidos al LL y al IP.

3. Si el resultado del índice de grupo calculado es un valor negativo, entonces el índice de grupo (IG) será: IG = 0.

4. Si el suelo no es plástico y no se puede determinar el Límite líquido, entonces el índice de grupo (IG) será: IG = 0. Este es el caso de los de los suelos A-1-a, A-1-b, A-2-4,  A-2-5 y A-3, en donde su índice de grupo siempre es cero.

5. Si el valor del índice de grupo calculado resulta ser un número decimal, se redondea al número entero más cercano según los siguientes criterios matemáticos.

•  Si la parte decimal es menor que 0.5 entonces se elimina, e.g. si IG = 3.4 se redondea a 3.
• 
  

     Si la parte decimal es mayor que 0.5 entonces se aumenta en una unidad al número entero, e.g. si IG = 3.6 se redondea a 4.
• 
  

      Si la parte decimal es igual a 0.5 entonces se redondea al número entero par más próximo, e.g. si IG = 3.6 se redondea a 4 y si IG = 4.5 se redondea a 4

6. El índice de grupo de los suelos A-2-6 y A-2-7 debe calcularse utilizando solo la porción del IP: 

En el caso de usarse el ábaco, observe que en la parte superior de la medida derecha se encuentra un rango para los suelos A-2-6 y A-2-7, cuando trabaje con estos subgrupos el índice de grupo (IG) resultara ser el valor del índice parcial de grupo para IP.

• Los materiales que se encuentran en los grupos A-1-a, A-1-b, A-2-4, A-2-5 y A-3 son adecuadas como subrasantes cuando están adecuadamente drenados y compactados bajo un espesor moderado de pavimento (base y carpeta de rodadura) de un tipo adecuado para el tráfico que soportará, o que puede adecuarse por adiciones de pequeñas cantidades de ligantes naturales o artificiales.

• Los materiales granulares arcillosos de los grupos A-2-6 y A-2-7 y los materiales limosos y arcillosos de los grupos A-4, A-5, A-6 y A-7, pueden clasificarse para su utilización en subrasantes desde adecuadas como materiales de subbase equivalentes a las categorías A-2-4 y A-2-5, hasta regulares e inadecuadas hasta el punto de requerir una capa de subbase o una capa mayor de subbase que la requerida en el anterior caso (1), para proporcionar un adecuado soporte a las cargas de tráfico.

• Se supone que un 35% o más de material que pasa el tamiz Nº 200 (0.0075mm.) es crítico si se omite la plasticidad, pero el mínimo crítico es solo el 15% cuando se ve afectado por IP mayor que 10.

• Se supone que el LL igual o mayor que 40% es crítico.

• Se supone que el IP igual o mayor que 10% es crítico.

El ábaco de la Figura 2.3 ha sido elaborado en 1978 por la AASHTO. Para utilizarlo, nótese que en el extremo derecho se encuentra una medida que corresponde al porcentaje de material que pasa a través del tamiz Nº 200 de la muestra de suelo. Se parte de un punto de esa medida trazando una línea recta que intercepte a un punto de la medida del límite líquido que a su vez esta misma línea interceptará a un punto de la medida del índice parcial de grupo. De igual manera se realizada pero para el índice de plasticidad, obteniendo así dos valores de índice parcial de grupo (uno para LL y otro para IP). Finalmente el índice de grupo será la suma de los dos índices parciales de grupo. 

                  COMPACTACION DE EL SUELO 

La compactación de suelos es el proceso artificial por el cual las partículas de suelo son obligadas a estar más en contacto las unas con las otras, mediante una reducción del índice de vacíos (aire), empleando medios mecánicos, lo cual se traduce en un mejoramiento de sus propiedades ingenieriles.

       ¿Por qué se Debe Compactar el Suelo?

Se debe compactar el suelo para lograr el aumento de la resistencia y disminución de la capacidad de deformación que se obtiene al someter el suelo a técnicas convenientes, que aumentan el peso específico seco, disminuyendo sus vacíos. Por lo general, las técnicas de compactación se aplican a rellenos artificiales tales como cortinas de presas de tierra, diques, terraplenes para caminos y ferrocarriles, bordes de defensas, muelles, pavimentos, etc.

Propósito y Método de la Compactación de Suelos

La compactación es un proceso fundamental a la hora de iniciar cualquier trabajo

ingenieril basado en la construcción, pues no es más que preparar el terreno para realizar las bases de nuestra edificación, vialidad o drenaje, este proceso nos permite obtener ciertos beneficios como lo son:

Aumenta la capacidad para soportar cargas: Los vacíos producen debilidad del suelo e incapacidad para soportar cargas pesadas. Estando apretadas todas las partículas, el suelo puede soportar cargas mayores; debidas a que las partículas mismas que soportan mejor.

Impide el hundimiento del suelo: Si la estructura se construye en el suelo sin afirmar o afirmado con desigualdad, el suelo se hunde dando lugar a que la estructura se deforme produciendo grietas o un derrumbe total.

Reduce el escurrimiento del agua: Un suelo compactado reduce la penetración de agua. El agua fluye y el drenaje puede entonces regularse.

Reduce el esponjamiento y la contracción del suelo: Si hay vacíos, el agua puede penetrar en el suelo y llenar estos vacíos. El resultado sería el esponjamiento del suelo durante la estación de lluvias y la contracción del mismo durante la estación seca.

Impide los daños de las heladas: El agua se expande y aumenta el volumen al congelarse. Esta acción a menudo causa que el pavimento se hinche, y a la vez, las paredes y losas del piso se agrieten. La compactación reduce estas cavidades de agua en el suelo.

Los métodos empleados para la compactación de suelos dependen del tipo de materiales con que se trabaje en cada caso; En la práctica, estas características se reflejan en el equipo disponible para el trabajo, tales como: plataformas vibratorias, rodillos lisos, neumáticos o patas de cabra. Pero en general, emplean cuatro métodos principales de compactación:

    ·         Compactación estática por presión: La compactación se logra utilizando una maquina pesada, cuyo peso comprime las partículas del suelo, sin necesidad de movimiento vibratorio. Rodillo estático.

·         Compactación por impacto: La compactación es producida por una placa apisonadora con golpes y se separa del suelo a alta velocidad. Por ejemplo un apisonador (impacto).

 

·         Compactación por vibración: La compactación se logra aplicando al suelo vibraciones de alta frecuencia por ejemplo placa o rodillos vibratorios.

Compactación por amasado: La compactación se logra aplicando al suelo altas presiones distribuidas en áreas más pequeñas que los rodillos lisos. Ejemplo rodillo pata de cabra.

 Objetivos de la compactación

·         Debe tener suficiente resistencia para soportar con seguridad su propio peso y el de la estructura o las cargas de las ruedas.

·         No debe asentarse o deformarse tanto, por efecto de la carga, que se dañe el suelo o la estructura que soporta.

·         No debe ni retraerse ni expandirse excesivamente

·         Debe conservar siempre su resistencia e incompresibilidad

·         Debe tener la permeabilidad apropiada o las características de drenaje para su función.

·         Compactación de suelos Cohesivos

Suelos Cohesivos: son suelos arcillosos y limosos o sea material de grano muy fino,

y la compactación se produce por la reorientación y por la distorsión de los granos y sus capas absorbidas. Esto se logra por una fuerza que sea lo suficientemente grande para vencer la resistencia de cohesión por las fuerzas entre las partículas.

·         Compactación de Suelos No Cohesivos:

Son suelos compuestos de rocas, piedras, Gravas y arenas, o sea suelos de granos gruesos. En el caso de suelos granulares el proceso de compactación más adecuado resulta el de la vibración, pero debe tenerse en cuenta, como ya se sabe, que el comportamiento de los suelos gruesos depende mucho de la granulometría. Se requiere una fuerza moderada aplicada en una amplia área, o choque y vibración. La compactación eficiente en los suelos cohesivos requiere presiones más altas para los suelos secos que para los húmedos, pero el tamaño del área cargada no es crítico. La eficiencia se mejora aumentando la presión durante la compactación a medida que el peso específico y la resistencia aumentan.