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INTRODUCCIÓN AL DISEÑO
DE PAVIMENTOS
CONTENIDO
Desarrollo histórico
Definiciones
Tipos de pavimentos
Factores que afectan el diseño y el comportamiento de los
pavimentos
Pavimentos flexibles contra pavimentos rígidos
Pavimentos de aeropistas contra pavimentos de carreteras
Marco general del diseño de pavimentos
INTRODUCCIÓN AL
DISEÑO DE PAVIMENTOS
DESARROLLO
HISTÓRICO
EVENTO ÉPOCA LUGAR SIGNIFICADO
Invención de la
rueda
3000 A.C. Asia Facilitó el intercambio comercial y el desplazamiento
de las personas
Caminos de gran
longitud
500 A.C. Asia Vía de enlace entre Susa (Persia) y el Mediterráneo
Legislación sobre
caminos
1607 Francia Se sancionó el primer código de carreteras,
estableciendo métodos de construcción y
mantenimiento de caminos
Uso del alquitrán 1848 Inglaterra Primer camino con superficie pavimentada
Uso moderno del
asfalto
1852 Francia Primer pavimento de macadam con asfalto natural
Caminos de
hormigón
1879 Escocia Primer pavimento de concreto de cemento
Automóvil de llanta
neumática inflable
1895 Francia Aumento de la comodidad de circulación
Autoestrada Milan -
Lagos Alpinos
1924 Italia Primera vía del mundo con control total de accesos,
para servir altos volúmenes de tránsito
Inauguración de la
Pennsylvania
Turnpike
1940 U.S.A. Primera supercarretera construida en América
DESARROLLO HISTÓRICO
INVENCIÓN DE LA RUEDA
DESARROLLO HISTÓRICO
Las ruedas más antiguas que se conocen fueron
construidas en la antigua Mesopotamia, entre los años
3500 A.C. y 3000 A.C.
En su forma más simple, la rueda era un disco sólido
de madera, fijado a un eje redondo mediante espigas de
madera
Con el transcurso de los años se eliminaron secciones
del disco para reducir su peso y los radios empezaron a
emplearse en torno al año 2000 antes de Cristo
Estandarte de Ur
(2500 A.C.)
Rueda de Ur
¿3000 A.C.?
INVENCIÓN DE LA RUEDA
DESARROLLO HISTÓRICO
PRIMER CAMINO DE GRAN LONGITUD
DESARROLLO HISTÓRICO
En el siglo V A.C., Darío I el Grande expandió el
imperio aqueménida, dividió sus dominios en veinte
satrapías encabezadas por miembros de la familia real y
ordenó la construcción de una carretera desde la capital
de Lidia, en el oeste de la actual Turquía, hasta Susa,
para llevar el correo imperial mediante postas ecuestres
Este servicio sirvió de inspiración al ―Pony Express‖,
establecido por la administración postal norteamericana
a mediados del siglo XIX
PRIMER CAMINO DE GRAN LONGITUD
DESARROLLO HISTÓRICO
CALZADAS ROMANAS
DESARROLLO HISTÓRICO
Red de carreteras muy eficiente, sin igual hasta los
tiempos actuales, que abarcaba todo el Imperio Romano
 En un principio, el sistema fue diseñado con fines
militares y políticos: mantener un control efectivo de las
zonas incorporadas al Imperio era el principal objetivo de
su construcción
Una vez construidas, las calzadas adquirieron gran
importancia económica, pues al unir distintas regiones,
facilitaban el comercio y las comunicaciones
CALZADAS ROMANAS
DESARROLLO HISTÓRICO
En la cumbre de su poder, el sistema de carreteras del
Imperio Romano alcanzó unos 80.000 km, consistentes
en 29 calzadas que partían de la ciudad de Roma, y una
red que cubría todas las provincias conquistadas
importantes, incluyendo Gran Bretaña
 Las calzadas romanas tenían un espesor de 90 a 120
cm y estaban compuestas por tres capas de piedras
argamasadas cada vez más finas, con una capa de
bloques de piedras encajadas en la parte superior
DESARROLLO HISTÓRICO
CALZADAS ROMANAS
(Sección transversal típica)
DESARROLLO HISTÓRICO
CALZADAS ROMANAS
DESARROLLO HISTÓRICO
CALZADAS ROMANAS
(Mapa general)
Calzada en Paestum
Italia
Vía Apia, construida en el 312 A.C. por
el censor romano Apio Claudio el Ciego
DESARROLLO HISTÓRICO
CALZADAS ROMANAS EN LAACTUALIDAD
TABLA DE PEUTINGER
Mapa de carreteras más antiguo que existe y contiene
algunos caminos del Imperio Romano
Tiene 11 hojas y cubre 20.000 kilómetros de vías
Fue elaborado en los siglos XII o XIII y es una copia
de un documento más antiguo, quizás del siglo IV
Konrad Peutinger lo heredó en 1508 del bibliotecario
del emperador Maximiliano de Austria
Se encuentra en la Biblioteca Nacional de Austria
DESARROLLO HISTÓRICO
TABLA DE PEUTINGER
(fragmento de una edición del siglo XVI)
DESARROLLO HISTÓRICO
Hubert Gautier (1660 - 1737)
Escribió en 1716 el ―Traité des Ponts‖,
y en 1721 el ―Traité de la Construction
des Chemins‖, considerados los primeros
tratados modernos sobre construcción de
puentes y de caminos
Fue durante 28 años inspector de
puentes y caminos de la provincia de
Languedoc (Francia)
PERSONAJES NOTABLES
DESARROLLO HISTÓRICO
Pierre-Marie Jérôme Trésaguet (1716 - 1796)
Consideró que el suelo de fundación, y no las capas de
la calzada, debería soportar las cargas y desarrolló un
sistema de construcción mejorando el soporte con una
espesa capa de piedras uniformes, cubierta por otras dos
capas de partículas de menor tamaño y de bajo espesor
PERSONAJES NOTABLES
DESARROLLO HISTÓRICO
Thomas Telford (1757 – 1834)
Aplicando conceptos similares a los de
Trésaguet, mejoró el soporte mediante el
empleo de piedras cuidadosamente
seleccionadas de gran tamaño (100 mm de
ancho y hasta 180 mm de altura), sobre las
cuales colocaba otras capas de partículas
de tamaño menor
PERSONAJES NOTABLES
DESARROLLO HISTÓRICO
PERSONAJES NOTABLES
John Loudon McAdam (1756 – 1836)
Construyó caminos con una capa de
partículas de piedra partida de igual
tamaño (según él, ninguna partícula que no
quepa en la boca de un hombre puede ir en
el camino), cubierta por partículas más
pequeñas, la cual se consolidaba bajo
tránsito, hasta formar una capa de rodadura
densa e impermeable
DESARROLLO HISTÓRICO
PERSONAJES NOTABLES
Edmund J. DeSmedt
Aunque anteriormente se
construyeron algunas superficies
pavimentadas con alquitrán, fue
el 29 de Julio de 1870 cuando
este químico belga colocó el
primer verdadero pavimento
asfáltico (Sheet Asphalt) en los
Estados Unidos de América, en
Broad Street, al frente del City
Hall de Newark (New Jersey)
DESARROLLO HISTÓRICO
PERSONAJES NOTABLES
George Bartholomew
Construyó el primer pavimento
de concreto en América, en
Bellefontaine, Ohio, en 1891
DESARROLLO HISTÓRICO
PERSONAJES NOTABLES
Edouard Michelin (1859-1940)
Inventó el neumático inflable y
desmontable para automóvil y, en
1895, condujo el primer automóvil
con llantas de este tipo en la
carrera París -Burdeos-París
DESARROLLO HISTÓRICO
INSPIRACIÓN PARA BIBENDUM
Frederick J. Warren
Patentó en 1900 las primeras mezclas asfálticas en caliente
para pavimentación, denominadas ―Warrenite-Bitulithic‖
PERSONAJES NOTABLES
DESARROLLO HISTÓRICO
LOS CAMINOS A COMIENZOS DEL SIGLO XX
DESARROLLO HISTÓRICO
LOS CAMINOS A COMIENZOS DEL SIGLO XX
DESARROLLO HISTÓRICO
En 1910, se construyó el primer pavimento de concreto en
una carretera en el continente americano (6 pulgadas de
espesor), en un tramo aproximado de una milla en Wayne
County (Michigan)
LA PRIMERA CARRETERA COLOMBIANA PARA
TRÁNSITO AUTOMOTOR
Bogotá – Santa Rosa de Viterbo
DESARROLLO HISTÓRICO
Primera carretera construida por el Ministerio de Obras
Públicas (1905 – 1908) en una longitud de 247 kilómetros,
durante la presidencia de Rafael Reyes
PRIMERA GRAN CARRETERA DEL MUNDO
Autostrada dei laghi
DESARROLLO HISTÓRICO
Obra concebida en 1921 por el ingeniero Piero Puricelli
(1883-1951), cuyo primer tramo, entre Milán y Varese, fue
inaugurado el 21 de septiembre de 1924
Aunque en su etapa inicial sólo tuvo 2 carriles, fue la primera
carretera del mundo con un diseño geométrico apropiado para
alta velocidad y con control total de accesos
PENNSYLVANIA TURNPIKE
(Primera supercarretera de América)
DESARROLLO HISTÓRICO
En 1934, Victor Lecoq empleado de la Oficina de
Planeación Estatal y William Sutherland de la Pennsylvania
Motor Truck Association propusieron construir una gran
carretera, aprovechando la explanación y los túneles de un
proyecto ferroviario abandonado desde 1885
La obra se inició el 27 de octubre de 1938, el pavimento
rígido comenzó a colocarse el 31 de agosto de 1939 y la
autopista, de 160 millas, 72 túneles, 11 intercambiadores a
desnivel y 10 plazas de peaje, se abrió al tránsito público el 1
de octubre de 1940
PENNSYLVANIA TURNPIKE
(Primera supercarretera de América)
DESARROLLO HISTÓRICO
Los primeros autos esperan la apertura
de la autopista el 1 de octubre de 1940
Corte Clear Ridge de 153 pies de
altura y media milla de longitud
CAMINOS Y PISTAS DE PRUEBA
DESARROLLO HISTÓRICO
Desde principios del siglo XX los Departamentos de
Carreteras de los Estados Unidos de América han construido
caminos pavimentados de ensayo, con el propósito de evaluar
de manera acelerada y a escala real los efectos del clima, de los
materiales de construcción y de las cargas del tránsito sobre el
diseño y el comportamiento de los pavimentos
El desarrollo tecnológico reciente ha permitido la
construcción de pistas de prueba de tamaño real o a escala
reducida en diferentes partes del mundo, en las cuales se
simulan, en poco tiempo, los efectos de las diferentes variables
sobre el comportamiento de los pavimentos a largo plazo
ARLINGTON ROAD TEST (1921 - 1922)
CAMINOS Y PISTAS DE PRUEBA
DESARROLLO HISTÓRICO
Ensayo realizado con vehículos de ruedas macizas de caucho
sobre diferentes superficies, en pistas circulares
Se comprobó el efecto de las fuerzas de impacto de diferentes
cargas por rueda, lo que condujo a estudios posteriores más
refinados y a la inclusión de llantas con neumáticos inflables
PITTSBURG (CA) ROAD TEST (1921 - 1922)
Comparación del comportamiento de pavimentos de
concreto simple y reforzado
CAMINOS Y PISTAS DE PRUEBA
DESARROLLO HISTÓRICO
1371 pies, divididos en 13 secciones de pavimentos de
concreto simple y reforzado, entre 5‖ y 8‖ de espesor
Se determinó que los pavimentos reforzados presentaban
un mejor comportamiento que los de concreto simple
En 1922 y 1923 se construyeron en Illinois 78
secciones de prueba con superficies de ladrillo, concreto
y asfalto, para determinar cuál era el material más
adecuado para pavimentar las carreteras del Estado
Como resultado de las pruebas, se eligió el concreto
para la pavimentación y se desarrolló el primer
procedimiento de diseño de espesores (Fórmula de
Older)
BATES ROAD TEST
DESARROLLO HISTÓRICO
BATES ROAD TEST
DESARROLLO HISTÓRICO
MARYLAND ROAD TEST (1950 - 1951)
Su finalidad fue estudiar el efecto de 2
configuraciones de ejes, cada una con 2 cargas
diferentes, sobre el comportamiento de pavimentos de
concreto hidráulico
DESARROLLO HISTÓRICO
CAMINOS Y PISTAS DE PRUEBA
El agrietamiento aumentó con la magnitud de la carga,
para la mayoría de las secciones de pavimento rígido
 El ―bombeo‖ se presentó cuando las losas estaban
apoyadas sobre suelos finos, pero no sobre bases granulares
 El ―bombeo‖ produjo mayores deflexiones en las esquinas
de las losas
El alabeo se producía principalmente en las esquinas de las
losas
El aumento de velocidad reducía los daños en el pavimento
PRINCIPALES HALLAZGOS DEL MARYLAND ROAD TEST
DESARROLLO HISTÓRICO
WASHO ROAD TEST (1952 - 1954)
DESARROLLO HISTÓRICO
CAMINOS Y PISTAS DE PRUEBA
Construido en Malad (Idaho) para evaluar el
comportamiento de pavimentos asfálticos bajo cuatro (4)
configuraciones diferentes de ejes
Las pruebas se realizaron entre 1952 y 1954
Se construyeron pavimentos con espesores totales
entre 150 y 550 mm, con capas asfálticas de 50 mm y
100 mm
Constó de dos circuitos con 46 secciones de ensayo
WASHO ROAD TEST (1952 - 1954)
DESARROLLO HISTÓRICO
CAMINOS Y PISTAS DE PRUEBA
 Los daños aumentan con la magnitud de la carga
 Se producen mayores deterioros en los carriles exteriores
cuando la bermas no están pavimentadas
 Ejes tándem con una carga aproximadamente igual a 1,5
veces la carga de un eje simple, causaban el mismo deterioro
 Ejes tándem con una carga aproximadamente igual a 1,8
veces la de un eje simple, producían igual deflexión máxima
Se estableció la utilidad de las medidas de deflexión en el
desarrollo de métodos de diseño de refuerzos de pavimentos
asfálticos (viga Benkelman)
PRINCIPALES HALLAZGOS DEL WASHO ROAD TEST
DESARROLLO HISTÓRICO
AASHO ROAD TEST (1958 - 1960)
DESARROLLO HISTÓRICO
CAMINOS Y PISTAS DE PRUEBA
El ensayo tuvo por finalidad estudiar el comportamiento de
estructuras de pavimentos de carreteras, de espesores
conocidos, bajo la acción de cargas en movimiento, de
magnitud y frecuencia conocidas
Se construyeron 6 pistas de ensayo, 5 de las cuales fueron
sometidas a tránsito controlado
La información obtenida en esta prueba constituyó un
avance crucial en el conocimiento del diseño estructural, del
comportamiento de los pavimentos, de las equivalencias de
daño entre cargas por eje, etc
AASHO ROAD TEST
DESARROLLO HISTÓRICO
AASHO ROAD TEST
DESARROLLO HISTÓRICO
AASHO ROAD TEST
DESARROLLO HISTÓRICO
Ottawa - Illinois
AASHO ROAD TEST
PAVIMENTOS ASFÁLTICOS
Se construyeron 468 secciones de prueba, de 30 metros cada
una, con transiciones de 5 metros
PAVIMENTOS RÍGIDOS
En total se construyeron 368 secciones. Las de concreto
simple fueron de 36 metros, con juntas transversales de
contracción cada 4.5 metros y varillas de transferencia de
carga. Las secciones de pavimento reforzado tuvieron una
longitud de 72 metros, con juntas transversales de contracción
cada 12 metros y varillas de transferencia de carga. El acero
de refuerzo se colocó 5 cm bajo la superficie
DESARROLLO HISTÓRICO
AASHO ROAD TEST
DESARROLLO HISTÓRICO
Se presentaba mayor agrietamiento en la estación fría
Las mayores deflexiones se presentaban al comienzo
de la primavera
La velocidad reducía la magnitud de las deflexiones
Se estableció la ―Ley de la Cuarta Potencia‖ sobre
equivalencias en el efecto de las diferentes cargas por eje
PAVIMENTOS ASFÁLTICOS
PRINCIPALES HALLAZGOS DELAASHO ROAD TEST
DESARROLLO HISTÓRICO
El escalonamiento se produjo en las grietas y en las
juntas sin varillas de transferencia de carga
El ―bombeo‖ es un importante factor de falla y se
presentó con mayor frecuencia a lo largo de los bordes del
pavimento
Los pavimentos de concreto simple con juntas se
deflectan menos que los de concreto reforzado con juntas
El aumento de la velocidad se tradujo en disminuciones
de deformaciones y deflexiones
PAVIMENTOS RÍGIDOS
PRINCIPALES HALLAZGOS DELAASHO ROAD TEST
DESARROLLO HISTÓRICO
FENÓMENO DE “BOMBEO” EN PAVIMENTOS RÍGIDOS
DESARROLLO HISTÓRICO
DESARROLLO HISTÓRICO
PRINCIPALES HALLAZGOS DELAASHO ROAD TEST
Se desarrolló el concepto de serviciabilidad al
usuario, mediante medidas de regularidad longitudinal
del pavimento (SV), la cantidad de áreas agrietadas (C)
y parchadas (P) en pavimentos asfálticos y rígidos y el
ahuellamiento en pavimentos asfálticos (RD)
Los valores de estas medidas fueron agrupados bajo
un término denominado ―índice de servicio presente‖
(ISP ó PSI) que oscila entre 5 (pavimento perfecto) y 0
(pavimento intransitable)
DESARROLLO HISTÓRICO
PRINCIPALES HALLAZGOS DELAASHO ROAD TEST
ÍNDICE DE SERVICIO PRESENTE
MINNESOTA ROAD RESEARCH PROJECT (1990)
Efecto del tránsito pesado y de los ciclos climáticos sobre
los materiales y sobre el diseño de pavimentos
DESARROLLO HISTÓRICO
CAMINOS Y PISTAS DE PRUEBA
Está constituido por dos caminos de ensayo:
—Un tramo real de carretera de 3 millas en la carretera
Interestatal 94
—Una pista cerrada de 2,5 millas sometida a tránsito de
baja intensidad
MINNESOTA ROAD RESEARCH PROJECT (1990)
DESARROLLO HISTÓRICO
CAMINOS Y PISTAS DE PRUEBA
—Evaluar los efectos de los vehículos pesados sobre
los pavimentos
—Evaluar los efectos de los cambios estacionales
sobre los materiales de construcción
—Mejorar el diseño de pavimentos para vías de bajo
tránsito
MINNESOTA ROAD RESEARCH PROJECT
En total, el proyecto comprendía 40 secciones de
ensayo con 4.572 sensores electrónicos. La
información obtenida ha permitido:
DESARROLLO HISTÓRICO
WESTRACK (desde 1996)
Construida para verificar los modelos de predicción de
comportamiento y de los sistemas de diseño de mezclas
SUPERPAVE
DESARROLLO HISTÓRICO
CAMINOS Y PISTAS DE PRUEBA
Consistió en dos tramos en tangente de 910 metros cada
uno conectados por 2 curvas espirales de 141.5 metros de
radio
 La pista tenía 3 kilómetros en total y la prueba se realizó
en 26 secciones en tangente, de 70 metros cada una
WESTRACK (desde 1996)
DESARROLLO HISTÓRICO
Objetivo primario de la pista de ensayo
 Construida en Carson City (Nevada), con el fin de
desarrollar una especificación de mezclas asfálticas en
caliente relacionada con el comportamiento y brindar una
verificación rápida del método de diseño volumétrico
SUPERPAVE (Nivel 1)
Cargas para la prueba
Cada camión se cargó de manera que representara 10.3
ejes simples equivalentes de 80 kN por pasada
CAMINOS Y PISTAS DE PRUEBA
WESTRACK
DESARROLLO HISTÓRICO
ESQUEMA DE LA PISTA
WESTRACK
DESARROLLO HISTÓRICO
CAMIONES PARA LA PRUEBA
HALLAZGOS INICIALES DEL WESTRACK
DESARROLLO HISTÓRICO
Los resultados fueron aleatorios, pues las mezclas gruesas
presentaron mayores ahuellamientos que las finas, para los
contenidos óptimos de asfalto
Los agrietamientos fueron más intensos en mezclas con
bajos contenidos de asfalto y altos contenidos de vacíos
Los resultados permitieron establecer unos modelos
preliminares de predicción de comportamiento
Se comprobó que el consumo de combustible se
incrementa al aumentar la rugosidad del pavimento
NCAT PAVEMENT TEST TRACK (desde 2000)
DESARROLLO HISTÓRICO
CAMINOS Y PISTAS DE PRUEBA
Su objetivo primario fue comparar el comportamiento
de diferentes mezclas asfálticas a medida que son
sometidas a tránsito real durante el transcurso del
tiempo
Tiene una extensión de 2.8 kilómetros y contiene 46
secciones diferentes de pavimento, debidamente
instrumentadas, ensayadas en 2 ciclos de 10 millones de
ejes equivalentes cada uno
NCAT PAVEMENT TEST TRACK
DESARROLLO HISTÓRICO
HALLAZGOS DEL NCAT PAVEMENT TEST TRACK EN 5 AÑOS
DESARROLLO HISTÓRICO
Las mezclas finas tipo SUPERPAVE se comportan mejor ante
el ahuellamiento y el agrietamiento que las gruesas
Los ahuellamientos se reducen en más de 50% en clima cálido
cuando el grado de alta temperatura del asfalto (SUPERPAVE) se
incrementa 2 grados sobre lo necesario
No se han establecido correlaciones entre el ahuellamiento y el
módulo de las mezclas asfálticas
No se han establecido correlaciones entre el comportamiento de
los pavimentos y los resultados de los ensayos comunes para
valorar la calidad de los agregados pétreos
Programa de 150 millones de dólares, aprobado por el
Congreso de USA en 1987, para mejorar las carreteras y
hacerlas más seguras
La investigación se condujo en 4 áreas: operaciones
viales, concretos y estructuras, asfaltos y
comportamiento de pavimentos a largo plazo (LTPP)
PROGRAMA SHRP
Strategic Highway Research Program
DESARROLLO HISTÓRICO
La investigación sobre asfaltos se tradujo en el
desarrollo del método SUPERPAVE para la
clasificación de asfaltos y el diseño de mezclas
La investigación sobre el comportamiento de los
pavimentos a largo plazo –LTPP– (Long Term
Pavement Performance) intenta establecer una gran
base de datos sobre el comportamiento de los
pavimentos en los Estados Unidos y en los demás
países participantes en el programa
PROGRAMA SHRP
Strategic Highway Research Program
DESARROLLO HISTÓRICO
INTRODUCCIÓN AL
DISEÑO DE PAVIMENTOS
DEFINICIONES
PAVIMENTO
Conjunto de capas superpuestas, relativamente
paralelas, de varios centímetros de espesor, de materiales
de diversas características, adecuadamente compactados,
que se construyen sobre la subrasante obtenida por el
movimiento de tierras y que han de soportar las cargas del
tránsito durante varios años sin presentar deterioros que
afecten la seguridad y la comodidad de los usuarios o la
propia integridad de la estructura
Kraemer & Del Val
DEFINICIONES
DISEÑO DE PAVIMENTOS
Proceso por medio del cual se determinan los
componentes estructurales de un segmento vial, teniendo
en cuenta la naturaleza de la subrasante, los materiales
disponibles, la composición del tránsito y las condiciones
del entorno
DEFINICIONES
INGENIERÍA DE PAVIMENTOS
―Es el arte de utilizar materiales que no entendemos
completamente, en formas que no podemos analizar con
precisión, para que soporten cargas que no sabemos
predecir, de tal forma que nadie sospeche de nuestra
ignorancia‖
Matthew W. Witczak
DEFINICIONES
FUNCIONES DE LA ESTRUCTURA DE UN PAVIMENTO
 Reducir y distribuir los esfuerzos producidos por las
cargas del tránsito, de manera que no causen daño en la
subrasante
Proporcionar comunicación vehicular entre dos puntos
en todo tiempo
Proporcionar una superficie de rodamiento segura, lisa y
confortable, sin excesivo desgaste
Satisfacer los requerimientos ambientales y estéticos
Limitar el ruido y la polución del aire
Brindar una razonable economía
FASES DEL DISEÑO DE PAVIMENTOS
El diseño de la vía abarca tres etapas:
Diseño geométrico (selección de ruta, alineamiento,
etc.)
Diseño de capacidad (determinación del número de
carriles necesarios para satisfacer la demanda)
Diseño estructural para soportar la acción de las cargas
y del medio ambiente
El diseño estructural abarca tres etapas:
 Selección del tipo de pavimento
 Determinación de los espesores de las capas
 Dosificación de materiales
REQUISITOS DE UNA ESTRUCTURA DE PAVIMENTO
 Suficiente espesor para distribuir los esfuerzos en
magnitud apropiada sobre la subrasante
 Suficiente resistencia en cada una de sus capas
para soportar las cargas del tránsito vehicular
 Impermeabilidad, para evitar la penetración de
agua superficial que pueda debilitar al pavimento
y la subrasante
 Adecuada lisura y resistencia al deslizamiento
INTRODUCCIÓN AL
DISEÑO DE PAVIMENTOS
TIPOS DE
PAVIMENTOS
TIPOS DE PAVIMENTOS
PAVIMENTOS
ASFÁLTICOS
PAVIMENTOS
RÍGIDOS
PAVIMENTOS
ARTICULADOS
FLEXIBLES
SEMI-RÍGIDOS
CONCRETO SIMPLE CON JUNTAS
CONCRETO REFORZADO CON JUNTAS
CONCRETO CON REFUERZO CONTINUO
CONCRETO CON REFUERZO ESTRUCTURAL
ADOQUINES DE CONCRETO
ADOQUINES DE ARCILLA
OTROS
TIPOS DE PAVIMENTOS
PAVIMENTO ASFÁLTICO
Pavimento constituido por una capa de rodadura
consistente en un tratamiento o mezcla de materiales
granulares y asfálticos, que se construye sobre una capa
de base granular o estabilizada y una capa de subbase
Si la capa de base es de tipo granular, el pavimento se
llama “flexible”, en tanto que si está constituida por
materiales estabilizados, el pavimento se denomina
“semi – rígido”
TIPOS DE PAVIMENTOS
ESTRUCTURA TÍPICA DE UN PAVIMENTO ASFÁLTICO
TIPOS DE PAVIMENTOS
VISTA GENERAL DE UN PAVIMENTO ASFÁLTICO
TIPOS DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS
MECANISMO DE FUNCIONAMIENTO DE UN PAVIMENTO FLEXIBLE
1. Deformación por compresión  Ahuellamiento de las capas asfálticas
2. Deformación por tensión  Agrietamiento por fatiga en las capas asfálticas
3. Deformación por compresión  Ahuellamiento en base y subbase granular
4. Deformación por compresión Ahuellamiento en la subrasante
MECANISMO DE FUNCIONAMIENTO DE UN PAVIMENTO SEMI-RÍGIDO
1. Deformación por compresión Ahuellamiento en las capas asfálticas
2. Deformación por tensión Agrietamiento por fatiga en la base estabilizada
3. Deformación por compresión  Ahuellamiento en la subbase.
4. Deformación por compresión  Ahuellamiento en la subrasante
TIPOS DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS
TIPOS DE PAVIMENTOS
PAVIMENTO RÍGIDO
Pavimento constituido por un conjunto de losas de
concreto de cemento portland que se pueden construir
directamente sobre la subrasante preparada o sobre una
capa intermedia de apoyo (base o subbase), elaborada
con materiales granulares o estabilizados o con un
concreto pobre
TIPOS DE PAVIMENTOS
ESTRUCTURA TÍPICA DE UN PAVIMENTO RÍGIDO
TIPOS DE PAVIMENTOS
VISTA GENERAL DE UN PAVIMENTO RÍGIDO
TIPOS DE PAVIMENTOS DE CONCRETO HIDRÁULICO
PAVIMENTO DE CONCRETO SIMPLE CON JUNTAS
Contiene suficientes juntas para controlar todas las
grietas previsibles
Este tipo de pavimento no contiene acero de refuerzo
Puede llevar varillas lisas en las juntas transversales y
varillas corrugadas en las juntas longitudinales
 El espaciamiento entre juntas transversales oscila
entre 4.5 y 7.5 metros
TIPOS DE PAVIMENTOS DE CONCRETO HIDRÁULICO
PAVIMENTO DE CONCRETO SIMPLE CON JUNTAS
PAVIMENTO DE CONCRETO REFORZADO CON JUNTAS
La longitud de las losas oscila entre 7.5 y 15 metros,
motivo por el cual requieren acero de refuerzo para
mantener unidas las fisuras transversales que se
desarrollan
El acero de refuerzo no tiene por función tomar
esfuerzos de tensión producidos por las cargas del
tránsito
La cantidad requerida de acero es pequeña, del orden
de 0.1% a 0.2% de la sección transversal del pavimento
Son poco utilizados en la actualidad
TIPOS DE PAVIMENTOS DE CONCRETO HIDRÁULICO
PAVIMENTO DE CONCRETO REFORZADO CON JUNTAS
TIPOS DE PAVIMENTOS DE CONCRETO HIDRÁULICO
CONSTRUCCIÓN DE PAVIMENTO DE CONCRETO
REFORZADO CON JUNTAS
TIPOS DE PAVIMENTOS DE CONCRETO HIDRÁULICO
No requieren juntas transversales de contracción a
intervalos regulares
Contienen mayores cuantías de acero de refuerzo,
generalmente de 0.5 % a 0.8 % del área transversal del
pavimento
El acero intenta forzar el agrietamiento a intervalos
pequeños, de 1 a 2 metros y mantiene firmemente
unidas las grietas que se forman
TIPOS DE PAVIMENTOS DE CONCRETO HIDRÁULICO
PAVIMENTOS DE CONCRETO CON REFUERZO CONTINUO
PAVIMENTOS DE CONCRETO CON REFUERZO CONTINUO
TIPOS DE PAVIMENTOS DE CONCRETO HIDRÁULICO
PAVIMENTOS DE CONCRETO CON REFUERZO CONTINUO
TIPOS DE PAVIMENTOS DE CONCRETO HIDRÁULICO
PAVIMENTOS DE CONCRETO CON REFUERZO
ESTRUCTURAL
En estos pavimentos el acero asume tensiones de
tracción y compresión, de manera que es posible reducir
el espesor de las losas
Se utilizan principalmente en pisos industriales, donde
las losas deben resistir cargas de gran magnitud
Las dimensiones de las losas son similares a las de los
pavimentos de concreto simple, y el acero no debe
atravesar la junta transversal para evitar la aparición de
fisuras
TIPOS DE PAVIMENTOS DE CONCRETO HIDRÁULICO
PAVIMENTOS DE CONCRETO CON REFUERZO
ESTRUCTURAL
TIPOS DE PAVIMENTOS DE CONCRETO HIDRÁULICO
TIPOS DE PAVIMENTOS
PAVIMENTO ARTICULADO
Pavimento cuya capa de rodadura está constituida por
un conjunto de pequeños bloques prismáticos que se
ensamblan de manera que formen una superficie
continua, los cuales se apoyan sobre una capa de arena
que, a su vez, se encuentra sobre una capa de base
(granular o estabilizada) y sobre una capa de subbase,
generalmente granular
TIPOS DE PAVIMENTOS
ESTRUCTURA TÍPICA DE UN PAVIMENTO ARTICULADO
TIPOS DE PAVIMENTOS
VISTA GENERAL DE UN PAVIMENTO ARTICULADO
INTRODUCCIÓN AL
DISEÑO DE PAVIMENTOS
FACTORES QUE
AFECTAN EL DISEÑO Y
EL COMPORTAMIENTO
DE LOS PAVIMENTOS
FACTORES QUE AFECTAN EL DISEÑO DE PAVIMENTOS
FACTORES QUE AFECTAN EL COMPORTAMIENTO
DE LOS PAVIMENTOS
PAVIMENTOS ASFÁLTICOS VS PAVIMENTOS RÍGIDOS
PROS Y CONTRAS
PAVIMENTOS DE AEROPISTAS VS
PAVIMENTOS DE CARRETERAS
AEROPISTAS CARRETERAS
Menor número de repeticiones de
carga
Mayor número de repeticiones de
carga
Mayores presiones de inflado Menores presiones de inflado
Mayor magnitudde carga Menor magnitudde carga
No suelen presentar deterioros en
los bordes de los pavimentos
asfálticos
Presentan deterioros de
importancia en los bordes de los
pavimentos asfálticos
Requieren mayores espesores Requieren menores espesores
PAVIMENTOS DE AEROPISTAS VS
PAVIMENTOS DE CARRETERAS
PAVIMENTO RÍGIDO
DE AEROPISTA
PAVIMENTO RÍGIDO
DE CARRETERA
MARCO GENERAL DEL DISEÑO DE PAVIMENTOS

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  • 2. CONTENIDO Desarrollo histórico Definiciones Tipos de pavimentos Factores que afectan el diseño y el comportamiento de los pavimentos Pavimentos flexibles contra pavimentos rígidos Pavimentos de aeropistas contra pavimentos de carreteras Marco general del diseño de pavimentos
  • 3. INTRODUCCIÓN AL DISEÑO DE PAVIMENTOS DESARROLLO HISTÓRICO
  • 4. EVENTO ÉPOCA LUGAR SIGNIFICADO Invención de la rueda 3000 A.C. Asia Facilitó el intercambio comercial y el desplazamiento de las personas Caminos de gran longitud 500 A.C. Asia Vía de enlace entre Susa (Persia) y el Mediterráneo Legislación sobre caminos 1607 Francia Se sancionó el primer código de carreteras, estableciendo métodos de construcción y mantenimiento de caminos Uso del alquitrán 1848 Inglaterra Primer camino con superficie pavimentada Uso moderno del asfalto 1852 Francia Primer pavimento de macadam con asfalto natural Caminos de hormigón 1879 Escocia Primer pavimento de concreto de cemento Automóvil de llanta neumática inflable 1895 Francia Aumento de la comodidad de circulación Autoestrada Milan - Lagos Alpinos 1924 Italia Primera vía del mundo con control total de accesos, para servir altos volúmenes de tránsito Inauguración de la Pennsylvania Turnpike 1940 U.S.A. Primera supercarretera construida en América DESARROLLO HISTÓRICO
  • 5. INVENCIÓN DE LA RUEDA DESARROLLO HISTÓRICO Las ruedas más antiguas que se conocen fueron construidas en la antigua Mesopotamia, entre los años 3500 A.C. y 3000 A.C. En su forma más simple, la rueda era un disco sólido de madera, fijado a un eje redondo mediante espigas de madera Con el transcurso de los años se eliminaron secciones del disco para reducir su peso y los radios empezaron a emplearse en torno al año 2000 antes de Cristo
  • 6. Estandarte de Ur (2500 A.C.) Rueda de Ur ¿3000 A.C.? INVENCIÓN DE LA RUEDA DESARROLLO HISTÓRICO
  • 7. PRIMER CAMINO DE GRAN LONGITUD DESARROLLO HISTÓRICO En el siglo V A.C., Darío I el Grande expandió el imperio aqueménida, dividió sus dominios en veinte satrapías encabezadas por miembros de la familia real y ordenó la construcción de una carretera desde la capital de Lidia, en el oeste de la actual Turquía, hasta Susa, para llevar el correo imperial mediante postas ecuestres Este servicio sirvió de inspiración al ―Pony Express‖, establecido por la administración postal norteamericana a mediados del siglo XIX
  • 8. PRIMER CAMINO DE GRAN LONGITUD DESARROLLO HISTÓRICO
  • 9. CALZADAS ROMANAS DESARROLLO HISTÓRICO Red de carreteras muy eficiente, sin igual hasta los tiempos actuales, que abarcaba todo el Imperio Romano  En un principio, el sistema fue diseñado con fines militares y políticos: mantener un control efectivo de las zonas incorporadas al Imperio era el principal objetivo de su construcción Una vez construidas, las calzadas adquirieron gran importancia económica, pues al unir distintas regiones, facilitaban el comercio y las comunicaciones
  • 10. CALZADAS ROMANAS DESARROLLO HISTÓRICO En la cumbre de su poder, el sistema de carreteras del Imperio Romano alcanzó unos 80.000 km, consistentes en 29 calzadas que partían de la ciudad de Roma, y una red que cubría todas las provincias conquistadas importantes, incluyendo Gran Bretaña  Las calzadas romanas tenían un espesor de 90 a 120 cm y estaban compuestas por tres capas de piedras argamasadas cada vez más finas, con una capa de bloques de piedras encajadas en la parte superior
  • 14. Calzada en Paestum Italia Vía Apia, construida en el 312 A.C. por el censor romano Apio Claudio el Ciego DESARROLLO HISTÓRICO CALZADAS ROMANAS EN LAACTUALIDAD
  • 15. TABLA DE PEUTINGER Mapa de carreteras más antiguo que existe y contiene algunos caminos del Imperio Romano Tiene 11 hojas y cubre 20.000 kilómetros de vías Fue elaborado en los siglos XII o XIII y es una copia de un documento más antiguo, quizás del siglo IV Konrad Peutinger lo heredó en 1508 del bibliotecario del emperador Maximiliano de Austria Se encuentra en la Biblioteca Nacional de Austria DESARROLLO HISTÓRICO
  • 16. TABLA DE PEUTINGER (fragmento de una edición del siglo XVI) DESARROLLO HISTÓRICO
  • 17. Hubert Gautier (1660 - 1737) Escribió en 1716 el ―Traité des Ponts‖, y en 1721 el ―Traité de la Construction des Chemins‖, considerados los primeros tratados modernos sobre construcción de puentes y de caminos Fue durante 28 años inspector de puentes y caminos de la provincia de Languedoc (Francia) PERSONAJES NOTABLES DESARROLLO HISTÓRICO
  • 18. Pierre-Marie Jérôme Trésaguet (1716 - 1796) Consideró que el suelo de fundación, y no las capas de la calzada, debería soportar las cargas y desarrolló un sistema de construcción mejorando el soporte con una espesa capa de piedras uniformes, cubierta por otras dos capas de partículas de menor tamaño y de bajo espesor PERSONAJES NOTABLES DESARROLLO HISTÓRICO
  • 19. Thomas Telford (1757 – 1834) Aplicando conceptos similares a los de Trésaguet, mejoró el soporte mediante el empleo de piedras cuidadosamente seleccionadas de gran tamaño (100 mm de ancho y hasta 180 mm de altura), sobre las cuales colocaba otras capas de partículas de tamaño menor PERSONAJES NOTABLES DESARROLLO HISTÓRICO
  • 20. PERSONAJES NOTABLES John Loudon McAdam (1756 – 1836) Construyó caminos con una capa de partículas de piedra partida de igual tamaño (según él, ninguna partícula que no quepa en la boca de un hombre puede ir en el camino), cubierta por partículas más pequeñas, la cual se consolidaba bajo tránsito, hasta formar una capa de rodadura densa e impermeable DESARROLLO HISTÓRICO
  • 21. PERSONAJES NOTABLES Edmund J. DeSmedt Aunque anteriormente se construyeron algunas superficies pavimentadas con alquitrán, fue el 29 de Julio de 1870 cuando este químico belga colocó el primer verdadero pavimento asfáltico (Sheet Asphalt) en los Estados Unidos de América, en Broad Street, al frente del City Hall de Newark (New Jersey) DESARROLLO HISTÓRICO
  • 22. PERSONAJES NOTABLES George Bartholomew Construyó el primer pavimento de concreto en América, en Bellefontaine, Ohio, en 1891 DESARROLLO HISTÓRICO
  • 23. PERSONAJES NOTABLES Edouard Michelin (1859-1940) Inventó el neumático inflable y desmontable para automóvil y, en 1895, condujo el primer automóvil con llantas de este tipo en la carrera París -Burdeos-París DESARROLLO HISTÓRICO INSPIRACIÓN PARA BIBENDUM
  • 24. Frederick J. Warren Patentó en 1900 las primeras mezclas asfálticas en caliente para pavimentación, denominadas ―Warrenite-Bitulithic‖ PERSONAJES NOTABLES DESARROLLO HISTÓRICO
  • 25. LOS CAMINOS A COMIENZOS DEL SIGLO XX DESARROLLO HISTÓRICO
  • 26. LOS CAMINOS A COMIENZOS DEL SIGLO XX DESARROLLO HISTÓRICO En 1910, se construyó el primer pavimento de concreto en una carretera en el continente americano (6 pulgadas de espesor), en un tramo aproximado de una milla en Wayne County (Michigan)
  • 27. LA PRIMERA CARRETERA COLOMBIANA PARA TRÁNSITO AUTOMOTOR Bogotá – Santa Rosa de Viterbo DESARROLLO HISTÓRICO Primera carretera construida por el Ministerio de Obras Públicas (1905 – 1908) en una longitud de 247 kilómetros, durante la presidencia de Rafael Reyes
  • 28. PRIMERA GRAN CARRETERA DEL MUNDO Autostrada dei laghi DESARROLLO HISTÓRICO Obra concebida en 1921 por el ingeniero Piero Puricelli (1883-1951), cuyo primer tramo, entre Milán y Varese, fue inaugurado el 21 de septiembre de 1924 Aunque en su etapa inicial sólo tuvo 2 carriles, fue la primera carretera del mundo con un diseño geométrico apropiado para alta velocidad y con control total de accesos
  • 29. PENNSYLVANIA TURNPIKE (Primera supercarretera de América) DESARROLLO HISTÓRICO En 1934, Victor Lecoq empleado de la Oficina de Planeación Estatal y William Sutherland de la Pennsylvania Motor Truck Association propusieron construir una gran carretera, aprovechando la explanación y los túneles de un proyecto ferroviario abandonado desde 1885 La obra se inició el 27 de octubre de 1938, el pavimento rígido comenzó a colocarse el 31 de agosto de 1939 y la autopista, de 160 millas, 72 túneles, 11 intercambiadores a desnivel y 10 plazas de peaje, se abrió al tránsito público el 1 de octubre de 1940
  • 30. PENNSYLVANIA TURNPIKE (Primera supercarretera de América) DESARROLLO HISTÓRICO Los primeros autos esperan la apertura de la autopista el 1 de octubre de 1940 Corte Clear Ridge de 153 pies de altura y media milla de longitud
  • 31. CAMINOS Y PISTAS DE PRUEBA DESARROLLO HISTÓRICO Desde principios del siglo XX los Departamentos de Carreteras de los Estados Unidos de América han construido caminos pavimentados de ensayo, con el propósito de evaluar de manera acelerada y a escala real los efectos del clima, de los materiales de construcción y de las cargas del tránsito sobre el diseño y el comportamiento de los pavimentos El desarrollo tecnológico reciente ha permitido la construcción de pistas de prueba de tamaño real o a escala reducida en diferentes partes del mundo, en las cuales se simulan, en poco tiempo, los efectos de las diferentes variables sobre el comportamiento de los pavimentos a largo plazo
  • 32. ARLINGTON ROAD TEST (1921 - 1922) CAMINOS Y PISTAS DE PRUEBA DESARROLLO HISTÓRICO Ensayo realizado con vehículos de ruedas macizas de caucho sobre diferentes superficies, en pistas circulares Se comprobó el efecto de las fuerzas de impacto de diferentes cargas por rueda, lo que condujo a estudios posteriores más refinados y a la inclusión de llantas con neumáticos inflables
  • 33. PITTSBURG (CA) ROAD TEST (1921 - 1922) Comparación del comportamiento de pavimentos de concreto simple y reforzado CAMINOS Y PISTAS DE PRUEBA DESARROLLO HISTÓRICO 1371 pies, divididos en 13 secciones de pavimentos de concreto simple y reforzado, entre 5‖ y 8‖ de espesor Se determinó que los pavimentos reforzados presentaban un mejor comportamiento que los de concreto simple
  • 34. En 1922 y 1923 se construyeron en Illinois 78 secciones de prueba con superficies de ladrillo, concreto y asfalto, para determinar cuál era el material más adecuado para pavimentar las carreteras del Estado Como resultado de las pruebas, se eligió el concreto para la pavimentación y se desarrolló el primer procedimiento de diseño de espesores (Fórmula de Older) BATES ROAD TEST DESARROLLO HISTÓRICO
  • 36. MARYLAND ROAD TEST (1950 - 1951) Su finalidad fue estudiar el efecto de 2 configuraciones de ejes, cada una con 2 cargas diferentes, sobre el comportamiento de pavimentos de concreto hidráulico DESARROLLO HISTÓRICO CAMINOS Y PISTAS DE PRUEBA
  • 37. El agrietamiento aumentó con la magnitud de la carga, para la mayoría de las secciones de pavimento rígido  El ―bombeo‖ se presentó cuando las losas estaban apoyadas sobre suelos finos, pero no sobre bases granulares  El ―bombeo‖ produjo mayores deflexiones en las esquinas de las losas El alabeo se producía principalmente en las esquinas de las losas El aumento de velocidad reducía los daños en el pavimento PRINCIPALES HALLAZGOS DEL MARYLAND ROAD TEST DESARROLLO HISTÓRICO
  • 38. WASHO ROAD TEST (1952 - 1954) DESARROLLO HISTÓRICO CAMINOS Y PISTAS DE PRUEBA Construido en Malad (Idaho) para evaluar el comportamiento de pavimentos asfálticos bajo cuatro (4) configuraciones diferentes de ejes Las pruebas se realizaron entre 1952 y 1954 Se construyeron pavimentos con espesores totales entre 150 y 550 mm, con capas asfálticas de 50 mm y 100 mm Constó de dos circuitos con 46 secciones de ensayo
  • 39. WASHO ROAD TEST (1952 - 1954) DESARROLLO HISTÓRICO CAMINOS Y PISTAS DE PRUEBA
  • 40.  Los daños aumentan con la magnitud de la carga  Se producen mayores deterioros en los carriles exteriores cuando la bermas no están pavimentadas  Ejes tándem con una carga aproximadamente igual a 1,5 veces la carga de un eje simple, causaban el mismo deterioro  Ejes tándem con una carga aproximadamente igual a 1,8 veces la de un eje simple, producían igual deflexión máxima Se estableció la utilidad de las medidas de deflexión en el desarrollo de métodos de diseño de refuerzos de pavimentos asfálticos (viga Benkelman) PRINCIPALES HALLAZGOS DEL WASHO ROAD TEST DESARROLLO HISTÓRICO
  • 41. AASHO ROAD TEST (1958 - 1960) DESARROLLO HISTÓRICO CAMINOS Y PISTAS DE PRUEBA El ensayo tuvo por finalidad estudiar el comportamiento de estructuras de pavimentos de carreteras, de espesores conocidos, bajo la acción de cargas en movimiento, de magnitud y frecuencia conocidas Se construyeron 6 pistas de ensayo, 5 de las cuales fueron sometidas a tránsito controlado La información obtenida en esta prueba constituyó un avance crucial en el conocimiento del diseño estructural, del comportamiento de los pavimentos, de las equivalencias de daño entre cargas por eje, etc
  • 44. AASHO ROAD TEST DESARROLLO HISTÓRICO Ottawa - Illinois
  • 45. AASHO ROAD TEST PAVIMENTOS ASFÁLTICOS Se construyeron 468 secciones de prueba, de 30 metros cada una, con transiciones de 5 metros PAVIMENTOS RÍGIDOS En total se construyeron 368 secciones. Las de concreto simple fueron de 36 metros, con juntas transversales de contracción cada 4.5 metros y varillas de transferencia de carga. Las secciones de pavimento reforzado tuvieron una longitud de 72 metros, con juntas transversales de contracción cada 12 metros y varillas de transferencia de carga. El acero de refuerzo se colocó 5 cm bajo la superficie DESARROLLO HISTÓRICO
  • 47. Se presentaba mayor agrietamiento en la estación fría Las mayores deflexiones se presentaban al comienzo de la primavera La velocidad reducía la magnitud de las deflexiones Se estableció la ―Ley de la Cuarta Potencia‖ sobre equivalencias en el efecto de las diferentes cargas por eje PAVIMENTOS ASFÁLTICOS PRINCIPALES HALLAZGOS DELAASHO ROAD TEST DESARROLLO HISTÓRICO
  • 48. El escalonamiento se produjo en las grietas y en las juntas sin varillas de transferencia de carga El ―bombeo‖ es un importante factor de falla y se presentó con mayor frecuencia a lo largo de los bordes del pavimento Los pavimentos de concreto simple con juntas se deflectan menos que los de concreto reforzado con juntas El aumento de la velocidad se tradujo en disminuciones de deformaciones y deflexiones PAVIMENTOS RÍGIDOS PRINCIPALES HALLAZGOS DELAASHO ROAD TEST DESARROLLO HISTÓRICO
  • 49. FENÓMENO DE “BOMBEO” EN PAVIMENTOS RÍGIDOS DESARROLLO HISTÓRICO
  • 50. DESARROLLO HISTÓRICO PRINCIPALES HALLAZGOS DELAASHO ROAD TEST Se desarrolló el concepto de serviciabilidad al usuario, mediante medidas de regularidad longitudinal del pavimento (SV), la cantidad de áreas agrietadas (C) y parchadas (P) en pavimentos asfálticos y rígidos y el ahuellamiento en pavimentos asfálticos (RD) Los valores de estas medidas fueron agrupados bajo un término denominado ―índice de servicio presente‖ (ISP ó PSI) que oscila entre 5 (pavimento perfecto) y 0 (pavimento intransitable)
  • 51. DESARROLLO HISTÓRICO PRINCIPALES HALLAZGOS DELAASHO ROAD TEST ÍNDICE DE SERVICIO PRESENTE
  • 52. MINNESOTA ROAD RESEARCH PROJECT (1990) Efecto del tránsito pesado y de los ciclos climáticos sobre los materiales y sobre el diseño de pavimentos DESARROLLO HISTÓRICO CAMINOS Y PISTAS DE PRUEBA Está constituido por dos caminos de ensayo: —Un tramo real de carretera de 3 millas en la carretera Interestatal 94 —Una pista cerrada de 2,5 millas sometida a tránsito de baja intensidad
  • 53. MINNESOTA ROAD RESEARCH PROJECT (1990) DESARROLLO HISTÓRICO CAMINOS Y PISTAS DE PRUEBA
  • 54. —Evaluar los efectos de los vehículos pesados sobre los pavimentos —Evaluar los efectos de los cambios estacionales sobre los materiales de construcción —Mejorar el diseño de pavimentos para vías de bajo tránsito MINNESOTA ROAD RESEARCH PROJECT En total, el proyecto comprendía 40 secciones de ensayo con 4.572 sensores electrónicos. La información obtenida ha permitido: DESARROLLO HISTÓRICO
  • 55. WESTRACK (desde 1996) Construida para verificar los modelos de predicción de comportamiento y de los sistemas de diseño de mezclas SUPERPAVE DESARROLLO HISTÓRICO CAMINOS Y PISTAS DE PRUEBA Consistió en dos tramos en tangente de 910 metros cada uno conectados por 2 curvas espirales de 141.5 metros de radio  La pista tenía 3 kilómetros en total y la prueba se realizó en 26 secciones en tangente, de 70 metros cada una
  • 56. WESTRACK (desde 1996) DESARROLLO HISTÓRICO Objetivo primario de la pista de ensayo  Construida en Carson City (Nevada), con el fin de desarrollar una especificación de mezclas asfálticas en caliente relacionada con el comportamiento y brindar una verificación rápida del método de diseño volumétrico SUPERPAVE (Nivel 1) Cargas para la prueba Cada camión se cargó de manera que representara 10.3 ejes simples equivalentes de 80 kN por pasada CAMINOS Y PISTAS DE PRUEBA
  • 59. HALLAZGOS INICIALES DEL WESTRACK DESARROLLO HISTÓRICO Los resultados fueron aleatorios, pues las mezclas gruesas presentaron mayores ahuellamientos que las finas, para los contenidos óptimos de asfalto Los agrietamientos fueron más intensos en mezclas con bajos contenidos de asfalto y altos contenidos de vacíos Los resultados permitieron establecer unos modelos preliminares de predicción de comportamiento Se comprobó que el consumo de combustible se incrementa al aumentar la rugosidad del pavimento
  • 60. NCAT PAVEMENT TEST TRACK (desde 2000) DESARROLLO HISTÓRICO CAMINOS Y PISTAS DE PRUEBA Su objetivo primario fue comparar el comportamiento de diferentes mezclas asfálticas a medida que son sometidas a tránsito real durante el transcurso del tiempo Tiene una extensión de 2.8 kilómetros y contiene 46 secciones diferentes de pavimento, debidamente instrumentadas, ensayadas en 2 ciclos de 10 millones de ejes equivalentes cada uno
  • 61. NCAT PAVEMENT TEST TRACK DESARROLLO HISTÓRICO
  • 62. HALLAZGOS DEL NCAT PAVEMENT TEST TRACK EN 5 AÑOS DESARROLLO HISTÓRICO Las mezclas finas tipo SUPERPAVE se comportan mejor ante el ahuellamiento y el agrietamiento que las gruesas Los ahuellamientos se reducen en más de 50% en clima cálido cuando el grado de alta temperatura del asfalto (SUPERPAVE) se incrementa 2 grados sobre lo necesario No se han establecido correlaciones entre el ahuellamiento y el módulo de las mezclas asfálticas No se han establecido correlaciones entre el comportamiento de los pavimentos y los resultados de los ensayos comunes para valorar la calidad de los agregados pétreos
  • 63. Programa de 150 millones de dólares, aprobado por el Congreso de USA en 1987, para mejorar las carreteras y hacerlas más seguras La investigación se condujo en 4 áreas: operaciones viales, concretos y estructuras, asfaltos y comportamiento de pavimentos a largo plazo (LTPP) PROGRAMA SHRP Strategic Highway Research Program DESARROLLO HISTÓRICO
  • 64. La investigación sobre asfaltos se tradujo en el desarrollo del método SUPERPAVE para la clasificación de asfaltos y el diseño de mezclas La investigación sobre el comportamiento de los pavimentos a largo plazo –LTPP– (Long Term Pavement Performance) intenta establecer una gran base de datos sobre el comportamiento de los pavimentos en los Estados Unidos y en los demás países participantes en el programa PROGRAMA SHRP Strategic Highway Research Program DESARROLLO HISTÓRICO
  • 65. INTRODUCCIÓN AL DISEÑO DE PAVIMENTOS DEFINICIONES
  • 66. PAVIMENTO Conjunto de capas superpuestas, relativamente paralelas, de varios centímetros de espesor, de materiales de diversas características, adecuadamente compactados, que se construyen sobre la subrasante obtenida por el movimiento de tierras y que han de soportar las cargas del tránsito durante varios años sin presentar deterioros que afecten la seguridad y la comodidad de los usuarios o la propia integridad de la estructura Kraemer & Del Val DEFINICIONES
  • 67. DISEÑO DE PAVIMENTOS Proceso por medio del cual se determinan los componentes estructurales de un segmento vial, teniendo en cuenta la naturaleza de la subrasante, los materiales disponibles, la composición del tránsito y las condiciones del entorno DEFINICIONES
  • 68. INGENIERÍA DE PAVIMENTOS ―Es el arte de utilizar materiales que no entendemos completamente, en formas que no podemos analizar con precisión, para que soporten cargas que no sabemos predecir, de tal forma que nadie sospeche de nuestra ignorancia‖ Matthew W. Witczak DEFINICIONES
  • 69. FUNCIONES DE LA ESTRUCTURA DE UN PAVIMENTO  Reducir y distribuir los esfuerzos producidos por las cargas del tránsito, de manera que no causen daño en la subrasante Proporcionar comunicación vehicular entre dos puntos en todo tiempo Proporcionar una superficie de rodamiento segura, lisa y confortable, sin excesivo desgaste Satisfacer los requerimientos ambientales y estéticos Limitar el ruido y la polución del aire Brindar una razonable economía
  • 70. FASES DEL DISEÑO DE PAVIMENTOS El diseño de la vía abarca tres etapas: Diseño geométrico (selección de ruta, alineamiento, etc.) Diseño de capacidad (determinación del número de carriles necesarios para satisfacer la demanda) Diseño estructural para soportar la acción de las cargas y del medio ambiente El diseño estructural abarca tres etapas:  Selección del tipo de pavimento  Determinación de los espesores de las capas  Dosificación de materiales
  • 71. REQUISITOS DE UNA ESTRUCTURA DE PAVIMENTO  Suficiente espesor para distribuir los esfuerzos en magnitud apropiada sobre la subrasante  Suficiente resistencia en cada una de sus capas para soportar las cargas del tránsito vehicular  Impermeabilidad, para evitar la penetración de agua superficial que pueda debilitar al pavimento y la subrasante  Adecuada lisura y resistencia al deslizamiento
  • 72. INTRODUCCIÓN AL DISEÑO DE PAVIMENTOS TIPOS DE PAVIMENTOS
  • 73. TIPOS DE PAVIMENTOS PAVIMENTOS ASFÁLTICOS PAVIMENTOS RÍGIDOS PAVIMENTOS ARTICULADOS FLEXIBLES SEMI-RÍGIDOS CONCRETO SIMPLE CON JUNTAS CONCRETO REFORZADO CON JUNTAS CONCRETO CON REFUERZO CONTINUO CONCRETO CON REFUERZO ESTRUCTURAL ADOQUINES DE CONCRETO ADOQUINES DE ARCILLA OTROS
  • 74. TIPOS DE PAVIMENTOS PAVIMENTO ASFÁLTICO Pavimento constituido por una capa de rodadura consistente en un tratamiento o mezcla de materiales granulares y asfálticos, que se construye sobre una capa de base granular o estabilizada y una capa de subbase Si la capa de base es de tipo granular, el pavimento se llama “flexible”, en tanto que si está constituida por materiales estabilizados, el pavimento se denomina “semi – rígido”
  • 75. TIPOS DE PAVIMENTOS ESTRUCTURA TÍPICA DE UN PAVIMENTO ASFÁLTICO
  • 76. TIPOS DE PAVIMENTOS VISTA GENERAL DE UN PAVIMENTO ASFÁLTICO
  • 77. TIPOS DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS MECANISMO DE FUNCIONAMIENTO DE UN PAVIMENTO FLEXIBLE 1. Deformación por compresión  Ahuellamiento de las capas asfálticas 2. Deformación por tensión  Agrietamiento por fatiga en las capas asfálticas 3. Deformación por compresión  Ahuellamiento en base y subbase granular 4. Deformación por compresión Ahuellamiento en la subrasante
  • 78. MECANISMO DE FUNCIONAMIENTO DE UN PAVIMENTO SEMI-RÍGIDO 1. Deformación por compresión Ahuellamiento en las capas asfálticas 2. Deformación por tensión Agrietamiento por fatiga en la base estabilizada 3. Deformación por compresión  Ahuellamiento en la subbase. 4. Deformación por compresión  Ahuellamiento en la subrasante TIPOS DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS
  • 79. TIPOS DE PAVIMENTOS PAVIMENTO RÍGIDO Pavimento constituido por un conjunto de losas de concreto de cemento portland que se pueden construir directamente sobre la subrasante preparada o sobre una capa intermedia de apoyo (base o subbase), elaborada con materiales granulares o estabilizados o con un concreto pobre
  • 80. TIPOS DE PAVIMENTOS ESTRUCTURA TÍPICA DE UN PAVIMENTO RÍGIDO
  • 81. TIPOS DE PAVIMENTOS VISTA GENERAL DE UN PAVIMENTO RÍGIDO
  • 82. TIPOS DE PAVIMENTOS DE CONCRETO HIDRÁULICO PAVIMENTO DE CONCRETO SIMPLE CON JUNTAS Contiene suficientes juntas para controlar todas las grietas previsibles Este tipo de pavimento no contiene acero de refuerzo Puede llevar varillas lisas en las juntas transversales y varillas corrugadas en las juntas longitudinales  El espaciamiento entre juntas transversales oscila entre 4.5 y 7.5 metros
  • 83. TIPOS DE PAVIMENTOS DE CONCRETO HIDRÁULICO PAVIMENTO DE CONCRETO SIMPLE CON JUNTAS
  • 84. PAVIMENTO DE CONCRETO REFORZADO CON JUNTAS La longitud de las losas oscila entre 7.5 y 15 metros, motivo por el cual requieren acero de refuerzo para mantener unidas las fisuras transversales que se desarrollan El acero de refuerzo no tiene por función tomar esfuerzos de tensión producidos por las cargas del tránsito La cantidad requerida de acero es pequeña, del orden de 0.1% a 0.2% de la sección transversal del pavimento Son poco utilizados en la actualidad TIPOS DE PAVIMENTOS DE CONCRETO HIDRÁULICO
  • 85. PAVIMENTO DE CONCRETO REFORZADO CON JUNTAS TIPOS DE PAVIMENTOS DE CONCRETO HIDRÁULICO
  • 86. CONSTRUCCIÓN DE PAVIMENTO DE CONCRETO REFORZADO CON JUNTAS TIPOS DE PAVIMENTOS DE CONCRETO HIDRÁULICO
  • 87. No requieren juntas transversales de contracción a intervalos regulares Contienen mayores cuantías de acero de refuerzo, generalmente de 0.5 % a 0.8 % del área transversal del pavimento El acero intenta forzar el agrietamiento a intervalos pequeños, de 1 a 2 metros y mantiene firmemente unidas las grietas que se forman TIPOS DE PAVIMENTOS DE CONCRETO HIDRÁULICO PAVIMENTOS DE CONCRETO CON REFUERZO CONTINUO
  • 88. PAVIMENTOS DE CONCRETO CON REFUERZO CONTINUO TIPOS DE PAVIMENTOS DE CONCRETO HIDRÁULICO
  • 89. PAVIMENTOS DE CONCRETO CON REFUERZO CONTINUO TIPOS DE PAVIMENTOS DE CONCRETO HIDRÁULICO
  • 90. PAVIMENTOS DE CONCRETO CON REFUERZO ESTRUCTURAL En estos pavimentos el acero asume tensiones de tracción y compresión, de manera que es posible reducir el espesor de las losas Se utilizan principalmente en pisos industriales, donde las losas deben resistir cargas de gran magnitud Las dimensiones de las losas son similares a las de los pavimentos de concreto simple, y el acero no debe atravesar la junta transversal para evitar la aparición de fisuras TIPOS DE PAVIMENTOS DE CONCRETO HIDRÁULICO
  • 91. PAVIMENTOS DE CONCRETO CON REFUERZO ESTRUCTURAL TIPOS DE PAVIMENTOS DE CONCRETO HIDRÁULICO
  • 92. TIPOS DE PAVIMENTOS PAVIMENTO ARTICULADO Pavimento cuya capa de rodadura está constituida por un conjunto de pequeños bloques prismáticos que se ensamblan de manera que formen una superficie continua, los cuales se apoyan sobre una capa de arena que, a su vez, se encuentra sobre una capa de base (granular o estabilizada) y sobre una capa de subbase, generalmente granular
  • 93. TIPOS DE PAVIMENTOS ESTRUCTURA TÍPICA DE UN PAVIMENTO ARTICULADO
  • 94. TIPOS DE PAVIMENTOS VISTA GENERAL DE UN PAVIMENTO ARTICULADO
  • 95. INTRODUCCIÓN AL DISEÑO DE PAVIMENTOS FACTORES QUE AFECTAN EL DISEÑO Y EL COMPORTAMIENTO DE LOS PAVIMENTOS
  • 96. FACTORES QUE AFECTAN EL DISEÑO DE PAVIMENTOS
  • 97. FACTORES QUE AFECTAN EL COMPORTAMIENTO DE LOS PAVIMENTOS
  • 98. PAVIMENTOS ASFÁLTICOS VS PAVIMENTOS RÍGIDOS PROS Y CONTRAS
  • 99. PAVIMENTOS DE AEROPISTAS VS PAVIMENTOS DE CARRETERAS AEROPISTAS CARRETERAS Menor número de repeticiones de carga Mayor número de repeticiones de carga Mayores presiones de inflado Menores presiones de inflado Mayor magnitudde carga Menor magnitudde carga No suelen presentar deterioros en los bordes de los pavimentos asfálticos Presentan deterioros de importancia en los bordes de los pavimentos asfálticos Requieren mayores espesores Requieren menores espesores
  • 100. PAVIMENTOS DE AEROPISTAS VS PAVIMENTOS DE CARRETERAS PAVIMENTO RÍGIDO DE AEROPISTA PAVIMENTO RÍGIDO DE CARRETERA
  • 101. MARCO GENERAL DEL DISEÑO DE PAVIMENTOS