Ingenieria

1. CONCEPTOS BASICOS Y ASPECTOS GENERALES
PARA EL DISEÑO DE PAVIMENTOS
CAPITULO I
Ing. Isandra Villegas Julien
Universidad de Carabobo
Facultad de Ingeniería
Escuela de Ingeniería Civil

2. DISEÑO DE PAVIMENTOS.
LA OEA, a través de su organismo técnico denominado Congreso Panamericano de
Carreteras, define un pavimento como:
Definición Estructural.
“La superestructura de una vía, construida sobre la subrasante, compuesta por la
sub base, la base y la capa de rodamiento, cuya función principal es soportar las
cargas rodantes y transmitir los esfuerzos al terreno, estos se distribuyen de tal
forma que no produzcan deformaciones perjudiciales, así como proveer una
superficie lisa y resistente al tránsito.
“Estructura multicapas, compuesta por material granular seleccionado y colocado
sobre la subrasante de suelo natural, la cual es protegida por una capa asfáltica o de
concreto de cemento Pórtland”
Definición Funcional.
“La parte superior de una carretera, pista de aterrizaje, o estacionamiento cuyo
objetivo es servir al trafico de una manera segura, cómoda, eficiente, permanente y
económica.”

3. DISEÑO:
“Es el proceso de determinación de una combinación de materiales, y
espesores de capas construidas con estos, que garanticen tanto el
comportamiento estructural al ser sometido a efectos impuestos por las
variables actuantes sobre esta estructura, así como el cumplimiento de las
funciones para lo cual fue diseñado.”
ASPECTOS RESALTANTES PARA EL DISEÑO DE PAVIMENTOS.
• Es prácticamente la única estructura que se diseña bajo la hipótesis que
fallara en un tiempo determinado.
• “Es de desarrollo resiente; se inicia a partir de 1945”
• Es dinámico: los métodos están cambiando continuamente al obtener nuevos
datos.

4. • Se diseña en un periodo de tiempo: Toma en consideración la variable “tiempo” a lo
largo de un numero de años preestablecidos
• No es uniforme: se dispone de numerosos métodos; existen diferencias sobre la
aplicabilidad del mismo en diversos sitios.
• Es critico: Están sujetos a condiciones ambiéntales, los cuales son no controlables
(abuso carga pesada, mal mantenimiento, y los métodos no contemplan ningún
“factor de seguridad” de aplicación directa.
• Tiene una alta incidencia en la economía: Pequeñas variaciones (cm de esperar)
resultan en altos valores de inversión por los grandes volúmenes que esto
representa.
• Genera Impactos Negativos: La perdida de horas/hombre, los accidentes de
transito (muertos).
• Requiere el uso de mucho criterio: no existen dos pavimentos en condiciones
idénticas, para optimizar el proceso de diseño, se debe aportar la experiencia y
criterios del ingeniero.

5. Pavimentos flexibles
•Capacidad estructural la proporciona la
capacidad de aceptación y distribución de
las capas.
•Son construidos en al menos la capa
superior, con material asfáltico.
•Las propiedades de las mezclas, afectan,
aun cuando en menor grado, la
resistencia del conjunto multicapas.
Pavimentos Rígidos
•Distribuye carga sobre un área
relativamente grande del suelo; por la
rigidez y alto nódulo de elasticidad de sus
componentes.
•Gran parte de la capacidad estructural la
proporciona la capa superior.
•Construidos de Concreto (cemento).
•Su comportamiento depende de la
resistencia del concreto.
•Variaciones pequeñas de suelo tienen
poca inclinación en la capa estructural.
Clasificación de los Pavimentos
De acuerdo a la forma con la que se transporta la carga a la sub rasante se
clasifican en:
a.- Pavimentos flexibles.
b.- Pavimentos Rígidos.

6. Tendencia generalizada de la Servicapacidad con el tiempo de servicio

7. Secciones transversales típicas de pavimentos flexible

8. Secciones transversales típicas de pavimentos rígido

9. Los Diseños de Pavimento están basados sobre los siguientes Parámetros
• Tipo de Tráfico que soportaran:
Autopistas, carreteras, aeropuertos, estacionamientos etc.
• Intensidad de tráfico que circulan sobre ellos :
trafico liviano, medio, pesado
• Proceso construcción:
Mezclados sobre la vía, en planta, pavimentos en frío o en caliente.
Estructura Pavimento Flexible
Sub-base Material de Sub-
rasante compactada
Base granular ó
estabilizada

10. Definiciones
• Sub-rasante: ancho total de la vía que constituye la fundación del pavimento,
hombrillos y zonas de estabilización.
Esta no forma parte del pavimento, pero es una variable fundamental en su
determinación.
• Sub-base: Parte de la estructura del pavimento construida directamente sobre la sub-
rasante y que sirve de soporte a la base.
•Base: Capa o capas de agregados, o de suelos tratados, destinados a distribuir las
cargas provenientes del peso de los vehículos sobre la sub-base a sub rasante de la
vía, sobre esta se construye la capa de rodamiento
•Capa rodamiento: soporta directamente el transito. Constituida por 10 mas capas
•Tránsito (trafico): Todo tipo de vehículo, con sus respectivos cargas, consideradas
aisladamente o en su conjunto.

11. Un Sistema de Gerencia o Gestión de Pavimentos (SGP) se define, según
la guía AASHTO93 como:
Una serie de procedimientos y/o métodos que apoyan la toma de
decisiones para definir estrategias óptimas para proveer y mantener
pavimentos en una adecuada condición de servicio, durante un periodo de
tiempo establecido.
En un amplio sentido, un SGP abarca todas las actividades comprendidas en
planificación, diseño, construcción, mantenimiento, evaluación y rehabilitación
de pavimentos. La Figura Siguiente Muestra esquemáticamente la interrelación
de todas estas actividades, destacándose una gran base de datos que sirve de
apoyo todas las actividades y componentes del SGP.
La función principal de un SGP es mejorar la eficiencia de las decisiones,
expandir su alcance y proveer retroalimentación sobre las consecuencias de las
acciones aplicadas. Adicionalmente, un SGP facilita la coordinación de
actividades dentro de una organización y asegura la consistencia de las
decisiones que se tomen a diferentes niveles.
DEFINICION DE SISTEMA
DE GERENCIA DE PAVIMENTOS

13. La red vial nacional
Es importante conocer la manera conocer como se ha dividido la misma , ya sea en
función de la importancia de la vía, o de tipo de superficie de rodamiento.
Definiciones por importancia (Clasificación Reglamentaria de la red)
De acuerdo a la importancia de la vía, la red de carretera y autopista de Venezuela
se clasifican en:
• Carreteras Troncales (se codifican “TO-01”).
• Carreteras locales (se codifican “LO-01”).
• Carreteras ramales (se codifican “R-01”).
• Carreteras sub ramales (se codifican “SR-01”).
Nota: los dígitos impares significan que su trazado es “E-W” o “W-E” y los dígitos
pares se ha reservado para las troncales con sentido “N-S” o “S-N”

14. Definiciones de acuerdo al tipo de superficie de rodamientos
• Carreteras de concreto:
Vías cuya superficie de rodamiento esta construida por mezcla de concreto-
cemento.
• Carreteras de asfalto:
vías cuya superficie de rodamiento está formada por una mezcla asfáltica.
• Carreteras engranzonadas:
Vías que tienen como capa de rodamiento un material granular grueso o fino.
• Carreteras de tierra tratada:
Todas aquellas vías que presentan como capa de rodamiento una mezcla
estabilizada de suelo.
• Carreteras de tierra:
Vías construidas de suelo natural.

15. Sistema Nacional de Carreteras Troncales y Autopistas de Venezuela

16. Red Vial Venezolana registrada (Km) por Tipo de
pavimento y nomenclatura para el año 1997

18. • Número y tipo de vehículos a lo largo del
periodo de diseño
•Magnitud de la carga aplicada
•Configuración de la carga
•Velocidad de desplazamiento
•Presión de inflado / área de contacto
•Error esperado en las estimaciones
Trafico
• Precipitación Pluvial
•Temperatura , altura sobre el nivel del
mar, (de la unidad de diseño)
•Drenaje del área de estudio
•Pendiente longitudinal promedio de la
unidad de diseño.
Condiciones Ambientales
Unidad de Diseño
Son tramos de vía que presentan condiciones similar, de topografía, drenaje, clima,
trafico esperando, suelos existentes, y materiales de construcción, para facilitar la
construcción se establecen una longitud minima de 2 Km. Como regla para las
unidades de diseño
Variables que Intervienen en el Diseño de Pavimentos

19. •Resistencia o estabilidad
•Densidad
•Contenido de humedad
•Textura o estructura
•Grado de confinamiento
Suelo de Fundación
Materiales a se empleados en
la estructura del pavimento
Nivel de servicio •Seguridad / comodidad
•Capacidad de servicio
•Durabilidad del pavimento
•Métodos constructivos
•Mantenimiento durante el periodo de
servicio
•De construcción
•Costos anual de mantenimiento
Costos
• Tipo de sub base
• Tipo de base
• Tipo de rodamiento

20. Métodos de Diseño
Todo Ingeniero que diseña pavimentos debe tener claro lo siguiente:
a) Los conceptos teóricos empleados para predecir parámetros de
falla.
b) Los métodos de evaluación de las propiedades de las materiales
o mezclas que forman parte de la estructura.
c) Relación de los criterios de falla y el comportamiento esperado.
Etapas de Diseño
Etapa I Etapa II
• Cuantificación del tránsito
• Caracterización del suelo de fundación y
de los materiales y mezclas a emplear
• Determinar los espesores de las
diferentes capas
(Métodos apropiados)

21. Distribución de cargas
La figura muestra la carga” W “, que es transmitida a la superficie del pavimento a través
del caucho, de esta resulta una presión unitaria vertical “ Po”, absorbida por cada
capa, llevando el esfuerzo menor a la subrasante.

22. El paso de un veh. Causa una deformación o deflexión, que es recuperable
(elástica), la carga “W “deforma levemente la estructura, causando esfuerzos
de tracción y compresión en la capa asfáltica.

23. Un pavimento está compuesto por un sistema multicapas, los
materiales de cada capa son homogéneos, cada capa tiene un
espesor finito, excepto la subrasante, no ocurren esfuerzos cortantes
en la capa de rod., los esfuerzos se definen mediante dos
propiedades: la relación de Poisson (μ ) y su módulo elástico (E).

24. Como se presentan la fallas ?, Estas se presentan en forma de grietas en los
pavimentos tanto rígidos como flexibles.
• Grietas longitudinales
• Transversales
• Huecos
• Piel de cocodrilo
• Ahuellamiento
Periodo de Diseño
Es el lapso seleccionado para el cual se diseña un pavimento (5 – 25 años)
dependiendo el tipo de vía.

25. 1. GRIETA PIEL DE COCODRILO (M2)
13. HUECOS (N°)

26. Tipos de fallas
De acuerdo a lo establecido anteriormente, un pavimento siempre tenderá a fallar, estas
fallas pueden ser:
Fallas Estructural: Significa el colapso de las estructuras del pavimento o rotura de
alguna de sus partes, esta es de tal magnitud que no es capaz de soportar cargas
impuestas sobre el en forma estable, los esfuerzos de trabajo exceden la zona de
comportamiento elástico del material.
Falla Funcional: Esta causa incomodidad a los pasajeros produciendo tensiones a los
vehículos, debido a su rugosidad, puedo no estar acompañada de una falla estructural
Este tipo de fallas se mide por un índice “PSI: Índice de serviceabilidad de un pavimento
(present servicebility index).
[ valores: (2.5 – 5.0) ]
Serviceabilidad: Capacidad de un pavimento de servir al trafico para el cual fue
diseñado
Pav. nuevos: 0 – 5
Pav. Rehabilitados: 0 – 4 . 2

27. Fórmula:
PSI = 5.03 – 1.91log (I + SV) – 138 RD 2 – 0.01 (C+P) 0.5
SV: Varianza de la pendiente longitudinal / (de formación).
RD: Promedio aritmético de las deformaciones transversales (ahuellamiento
transversal).
C: Área de grietas por cada 1000 pie 2 / pavimento (grietas reparadas)
P: Área reparada por cada 1000 pie 2 / pavimento (baches o parches reparados)
Correlación del PSI con PCI
PSI = 1.5 + 0027 PCI
PCI: Índice de condiciones de un Pavimento se obtiene por medio de un método de
observación visual y determina la condición la condición del pavimento, fue traducido y
adaptado en el año 87 por el Ing. Augusto Jugo.

28. El Banco Mundial de Desarrollo otro indicador de servicio “IRI” índice de rugosidad
internacional, este mide lo mismo que el PSI pero a la inversa.

29. Causas de las falla :
El grado de falla de un pavimento es progresivo; con el paso del tránsito (cargas) y los efectos
adversos de las condiciones climatologías van haciendo aparecer, y avanzar, las fallas.
Estas causas pueden provenir de múltiples razones:
Sobrecargas:
Cargas rodantes excesivas: cargas totales muy altas, repeticiones del paso de camiones muy por
encima de las estimaciones principales, y elevados presiones de contacto entre el caucho y el
pavimento
Presión inflamado Tipo estructura Carga diseño N° Pasadas / dia Canal critico
60 a 90 Ps,o Carretera 9000 lb / nudo
18000 lb eje
1000 - 2000 Canal derecho
400 Psi Aeropuerto 100000 lb / nudo 20000 a
40000 pesada / año
Centro pista
• Trafico diseño interno
• Altas presiones de inflado

30. Costa Rica, Sábado 21 de febrero de 2009

31. Sobrecargas:
• Cargas rodantes excesivas
• Trafico diario interno
• Altas presiones de inflado (esfuerzos actos)
Condiciones ambientales:
• Estas van progresivamente deteriorando un pavimento (Temperatura lluvia,
sol aire etc.). La certeza en la predicación de su efectos sobre el pavimento
sigue siendo pobre
Defectos en la construcción: Materiales con niveles de calidad menores a
las supuestas en el diseño
• Drenajes deficientes de las vías (superficie y de la base)
• Juntas de losas mal diseñadas, mal construidas (debe haber buena
transferencia de carga)
• Falla en las juntas (hombrillo es de C.A.) por excesiva penetración de agua
• Mala compactación (falla de corte)
Variabilidad propia de los materiales:
• Materiales de mala calidad CBR bajo.
• Mezclas de C.A. inestables, sin control de calidad de la mezcla de trabajo C-
12-10 2000-83
• Modulo de ruptura insuficiente en pavimentos de concreto de CCP
Este valor es alto para cada mezcla de concreto y es función de la
resistencia a la compresión Rcr
Mrup > = 7.5 Rcr 28 en Psi

32. Mal diseño:
• Errores en la información de entrada al mando, o mala aplicación o
interpretación de los resultados de ensayos.
Mantenimiento inadecuado:
• De no hacerlo en el momento adecuado y con prevención, produciría fallas
prematuras.

34. • Problemática de la vialidad Venezolana
• La vialidad venezolana ha pasado de ser en
la década de los setenta, de una de las mas
avanzadas de Latinoamérica, a ser en el
siglo XXI, Una de las mas deterioradas y
desfasadas en el tiempo, no adaptada a las
exigencias del desarrollo tecnológico actual
y del crecimiento del país y de la región.
• Este deterioro, originado a mediado de los
80 y acelerado los últimos 15 años, se debe
a la carencia de un verdadero plan nacional
de movilidad (vialidad e infraestructura). La
vialidad forma parte de un sistema y, no es
un componente aislado.

35. • Problemática de la vialidad Venezolana
• La vialidad venezolana ha pasado de ser en la década de los setenta, de una de las
mas avanzadas de Latinoamérica, a ser en el siglo XXI, Una de las mas deterioradas
y desfasadas en el tiempo, no adaptada a las exigencias del desarrollo tecnológico
actual y del crecimiento del país y de la región.
• Este deterioro, originado a mediado de los 80 y acelerado los últimos 15
años, se debe a la carencia de un verdadero plan nacional de movilidad
(vialidad e infraestructura). La vialidad forma parte de un sistema y, no es
un componente aislado.

36. Red Vial Nacional Actual:
La vialidad venezolana, ha pasado de ser en la década de los 70, una de las más avanzadas en
Latinoamérica, a ser hoy en el siglo XXI, una de las más deterioradas y obsoletas, donde el
deterioro físico existente en la red actual aunado a la falta de capacidad de la misma ha traído como
consecuencia incalculables pérdidas materiales y humanas.
Clasificación
administrativa
Clasificación según Tipo de Pavimentos Red Nacional Vial
Total
Vías con Asfalto Vías
Engranzonadas
Total
Long
(km)
% Long
(km)
% Long(km) % Long(km) %
Troncal 10.603 11.3 181 0.2 925 1.0 11.709 12.5
Local 8.009 8.6 1.530 1.6 1.079 1.2 10.618 11.4
Ramal 7.502 8.0 9.573 10.2 4.517 4.8 21.529 23.1
Sub-ramal 3.840 4.1 15.084 16.1 30.629 32.8 49553 53.0
Total 29.854 32.0 26.368 28.2 37.150 39.7 93.472 100

37. Red Vial Nacional Actual:
• El 68% de la vialidad es de tierra y granzón.
• Desde 1978 existen 9265.5 km de troncales
asfaltadas, y a partir de 1992 esta cifra aumento a
10.603 km ( apenas 1337.5 km)
• El sistema de autopistas apenas llega
aproximadamente a 965.8 km. (el 85% construido hace
más de 30 años), (esto es una vergüenza, ya que otros
países han construido en dos años 1000 km (México,
Chile).
• Están obsoletas sin sistemas modernos de información
al usuario, ni controles de seguridad a robos y
accidentes, señales deterioradas, no hay servicios de
ningún tipo)

38. Niveles de Accidentalidad en la red vial
venezolana.
• En Venezuela muere una persona cada 75 minutos como consecuencia de
algún accidente de tránsito (El Nacional 18 mayo 2011), constituye la
segunda causa de muerte violeta en el país, solo superada por los
homicidios, esta cifra ha ido en aumento llegando a 7714 muertes en 2011
(Anuario MPPS 2008), ocupando el quinto lugar a nivel mundial en cuanto a
tasas de mortalidad por esta causa.
• El segmento de la población juvenil que inicia etapa productiva (19-25 años)
ocupa el segundo lugar en Latinoamérica y quinto lugar a nivel mundial,
además de gran parte de la población juvenil lesionada por esta causa.
• El coordinador del observatorio venezolano de la salud (sociólogo Jorge
Díaz.) manifiesta, “la mortalidad por accidentes de tránsito en el país
adquirió el nivel de una epidemia”
• No hay planes de educación vial, nadie respeta las leyes y los entes
encargados de su aplicación atraviesan grandes crisis de perdida de
valores morales!
La crisis de valores de un país se refleja en la manera de conducir los
vehículos!