Diseño y rehabilitación de Pavimentos

1. GEOTECNIA Y VIAS TERRESTRES
ASIGNATURA: DISEÑO Y
REHABILITACIÓN DE PAVIMENTOS
Maestría en Ingeniería Civil
Mag. Ing. Miguel Angel Vilca Rojas

2. CONCEPTOS BASICOS
CONSTRUCCIÓN: Ejecución de obras de una vía nueva con
características geométricas acorde a las normas de diseño y
construcción vigentes.
REHABILITACIÓN: Ejecución de las obras necesarias para devolver
a la infraestructura vial sus características originales y adecuarla
a su nuevo periodo de servicio; las cuales están referidas
principalmente a reparación y/o ejecución de pavimentos,
puentes, túneles, obras de drenaje, de ser el caso movimiento de
tierras en zonas puntuales y otros.
MEJORAMIENTO: Ejecución de las obras necesarias para elevar el
estándar de la vía mediante actividades que implican la
modificación sustancial de la geometría y de la estructura del
pavimento; así como la construcción y/o adecuación de los
puentes, túneles, obras de drenaje, muros, y señalizaciones
necesarias.

3. CONCEPTOS BASICOS
MANTENIMIENTO o CONSERVACIÓN PERIÓDICA: Es el conjunto de
actividades, programables cada cierto período, que se realizan en las vías
para recuperar sus condiciones de servicio. Estas actividades pueden ser
manuales o mecánicas y están referidas, principalmente, a: i) reposición de
capas de rodadura, reciclado de pavimento, recapeo, colocación de capas
nivelantes, tratamientos superficiales y sellos, ii) aplicación de soluciones
básicas, técnicamente evaluadas y ambientalmente sostenibles, en las
capas de rodadura, iii) reparación puntual de capas inferiores del
pavimento, iv) reparación puntual de: túneles, muros, sistema de drenaje,
elementos de seguridad y señalización, v) reparación puntual de la
plataforma de la carretera, que puede incluir elementos de drenaje y
actividades que contribuyan a la estabilidad de la misma, y vi) reparación
puntual de los componentes de los puentes, tanto de la superestructura,
como de la subestructura. Este tipo de actividades se realizan por la
modalidad de ejecución presupuestaria directa o indirecta; siendo que en
este último caso, se sustentarán en términos de referencia formulados en
base a los “Estudios de Mantenimiento o Conservación Vial por Niveles de
Servicio” o en “Criterios Básicos de Ingeniería”, previamente aprobados.

4. CONCEPTOS BASICOS
MANTENIMIENTO O CONSERVACIÓN RUTINARIA: Es el conjunto de
actividades que se realizan en las vías con carácter permanente para
conservar sus niveles de servicio. Estas actividades pueden ser manuales
o mecánicas y están referidas, principalmente, a labores de limpieza,
bacheo y perfilado de la plataforma, roce y limpieza del derecho de vía,
limpieza general del sistema de drenaje, mantenimiento de la señalización
y elementos de seguridad vial, eliminación de derrumbes de pequeña
magnitud; así como, limpieza de juntas de dilatación, elementos de apoyo,
pintura y drenaje en la superestructura y subestructura de los puentes.
Este tipo de actividades se realizan por la modalidad de ejecución
presupuestaria directa o indirecta; siendo que en este último caso, se
sustentarán en términos de referencia formulados en base a los “Estudios
de Mantenimiento o Conservación Vial por Niveles de Servicio” o en
“Criterios Básicos de Ingeniería”, previamente aprobados.

5. Que es Pavimento?
Conjunto de capas de material
seleccionado que recibe en forma
directa las cargas del tránsito y las
transmiten a los estratos inferiores en
forma disipada.

6. Que, características que deben de cumplir un
Pavimento
- Ser resistente a la acción de las cargas
impuestas por el tránsito.
- Ser resistente ante los agentes de
intemperismo
- Debe ser durable
- Presenta condiciones adecuadas
respecto al drenaje.

7. - Debe ser económico.
- Debe presentar una regularidad
superficial, tanto transversal y
longitudinal, que permite una adecuada
comodidad a los usuarios
- Presentar una textura superficial
adaptada a las velocidades previstas de
circulación de los vehículos
- Resistente al desgaste producido por el
efecto abrasivo de las llantas de los
vehículos.

8. CLASIFICACIÓN DE LOS PAVIMENTOS
Pavimento flexible.
Este tipo de pavimentos están formados por una
carpeta bituminosa apoyada generalmente sobre dos
capas no rígidas, la base y la sub base.
Pavimento rígido
Son aquellos en los que la losa de concreto de
cemento Portland (C.C.P.) es el principal
componente estructural, que alivia las tensiones en
las capas subyacentes por medio de su elevada
resistencia a la flexión

9. CLASIFICACIÓN DE LOS PAVIMENTOS
Pavimento semirigidos.
Este pavimento guarda la misma estructura de un
pavimento flexible, una de sus capas se flexible, una
de sus capas se encuentra rigidizadas artificialmente
con un aditivo que puede ser: asfalto, emulsiones,
cemento, cal, y químicos.

10. Sección Típica de Pavimento Flexible
Base
rasante
Superficie de Rodadura
subrasante
Terreno de fundación sin compactar
Sub base
Terreno de fundación Compactado

11. CONSIDERACIONES SOBRE LOS SUELOS
DE FUNDACIÓN
Al igual que en la casi totalidad de aplicaciones de
la Mecánica de Suelos, los materiales que se eligen
para la fundación de pavimentos, son de dos tipos
claramente diferenciados.
Los que se denominan materiales gruesos
(arenas, gravas, fragmentos de roca, etc.)
constituyen el primer grupo, el segundo grupo está
formado por los suelos finos, cuyo arquetipo son
los materiales arcillosos.

12. En los suelos gruesos: las arenas y las gravas, la
deformación del conjunto por efecto de cargas
externas, sólo puede tener lugar, por acomodo brusco
de partículas menores en los huecos que dejan entre sí
las mayores, o por ruptura y molienda de sus
partículas.
la tecnología tradicional exige el uso de suelos
gruesos casi puros en las capas bases y sub-bases
del pavimento, y va aceptando contenidoscrecientes
de suelos finos en subrasantes y terrecerías.

13. El parámetro que evalúa las deformaciones ante
cargas estáticas es el Módulo Elástico E
Un ejemplo es la zapata, el nivel de esfuerzos
aplicados al suelo a través de la zapata es mínimo
lo que originará que el suelo se deforme, pero esta
deformación no lo llevará a su condición de falla.
El módulo elástico relaciona los esfuerzos aplicados
y las deformaciones resultantes.
Comportamiento Elástico

14. Comportamiento Elástico
Carga Estática
Permanente
q
q
E
Terreno de Fundación 
e
ASENTAMIENTO ADMISIBLE = 2.5 cm
ε
a

15. La teoría elástica permite determinar el módulo
elástico del suelo mediante ensayos de campo y
laboratorio.
• Ensayos de compresión edométrica
• Triaxial
• CBR
• Placa de Carga
• Y otros

18. Comportamiento Elasto-Plástico
En pavimentos la carga transmitida es móvil, es
decir, el suelo experimenta ciclos de carga y
descarga
Para un mejor entendimiento se analizará el caso de
un ciclo (1 carga y 1 descarga).
Cuando el vehículo se aproxima al punto de análisis A,
el terreno de fundación se empieza a deformar, esta
deformación se hace máxima cuando el vehículo se
encuentra exactamente sobre el punto A, en ese
momento conocemos la deformación total. Sin
embargo, cuando el vehículo se aleja el suelo trata de
recuperar su posición inicial pero no lo consigue

19. Comportamiento Elasto-Plástico
Terreno de
fundación
Pavimento
Veloc.
q
ep ee
q

v
Un ciclo carga-descarga
etotal ??
ep : deformación plástica,
permanente, no recuperable
ee : deformación elástica,
temporal, recuperable
tiempo
Carga
móvil, q

20. La deformación no recuperable se denomina
deformación plástica y la deformación
recuperable es la deformación elástica. El suelo
ha experimentado plastificación

21. Comportamiento Elasto-Plástico
Varios ciclos carga-descarga
q
Carga
móvil, q
MR
ep ee

v
tiempo
MR : Módulo Resiliente representa el comportamiento elástico final, residual
ep : Las deformaciones plásticas son acumulables e influyen
en el comportamiento del pavimento

22. El terreno de fundación soporta muchos ciclos de
carga-descarga, las deformaciones plásticas se van
acumulando y las deformaciones elásticas se van
haciendo constantes.
El módulo resiliente representa el
comportamiento elástico final del suelo.
Cuando el suelo no acumula más deformaciones
plásticas ya se consolidó para ese nivel de cargas.
La pendiente de la recta al final de esta etapa se
denomina módulo resiliente, Mr.

23. El módulo resiliente ha sido correlacionado con el
valor de la capacidad de soporte del suelo CBR, y ha
sido usado como parámetro de diseño pero no se ha
percibido que éste representa una condición
particular del suelo
El módulo resiliente representa el comportamiento
elástico final del suelo.

24. Ensayo del módulo resiliente para
suelos
El ensayo del módulo resiliente es similar a un
ensayo triaxial, se aplica un esfuerzo desviador
cíclico a la muestra previamente confinada.
El esfuerzo desviador está en función de la
velocidad, carga y confinamiento

25. CELDA
TRIAXIAL
CICLICO
ENSAYO DE
RESILIENCIA

26. Comportamiento Elástico – AASHTO 2002
Varios ciclos carga-descarga
q
Deflexión Elástica
Carpeta asfáltica
Capa granular
D
Destática(viga BENKELMAN) < 1 mm edinámica = eestática/10
Estabilizar todo terreno de fundación con CBR < 8-10%
deflexión
Terreno de fundación

27. Comportamiento Elástico – AASHTO 2002
q
E
deformación
MR es función de la velocidad directriz de la vía
MR
v < > 80 KPH v =0
MR < > 10E

28. SUPERPAVE
1.- SUPERPAVE (Superior Performance Pavement) fue
desarrollado por la SHRP entre 1987-1993 con un
presupuesto asignado por el Congreso de los EE.UU.
de 150 millones de dólares para reemplazar los
métodos y/o metodología empíricas con metodologías
mecanisticas, donde se utiliza lo conceptos de
Mecánica Estructural.
2.- El SUPERPAVE se basa en el comportamiento
mecánico, ensayos sobre el asfalto a temperaturas
extremas de servicio y temperatura media de
operación.

29. - Actualmente se utiliza en EE.UU. Canadá y se
viene incorporando en los países latino-
americanos. En el Perú se está implementando
el primer laboratorio

30. SMA
1.- Los pavimentos ubicados a mas de 3000 msnm, están
sometidos a agrietamientos prematuros por baja
temperatura.
2.- Stone Mastic Asphalt, de procedencia Alemana de los
años ’60, da solución a problemas de trafico pesado y
climas fríos.
3.- Considera una granulometria gravosa (con poco
contenido de arenas), donde predomina el contacto
piedra-piedra.
4.- La estructura densa, considera un mayor porcentaje de
ligante con mayor durabilidad.
6.- Problema de escurrimiento precisa de fibras y/o
polímeros modificados.

31. Diferencias de mezclas SMA y Superpave
SUPERPAVE
SMA

32. AASHTO 2002
1. Asumen comportamiento elástico de todas las
capas que componen el pavimento.
2. Las metodologías mecanísticas utilizan
programas de cómputo para la solución numérica
del problema elástico esfuerzo-deformación.
3. Realiza el análisis estructural del pavimento en
función de los esfuerzos transmitidos, las
deflexiones generadas y el aporte estructural de
cada capa que compone la estructura.
4. Permite analizar cualquier tipo de diseño.

33. Esfuerzos más Importantes producidos en la
Estructura del Pavimento Asfáltico
La estructura típica del
pavimento en nuestro
medio está formada por
carpeta asfáltica y capas
de material seleccionado
colocadas sobre
subrasante compactada y
subrasante natural

34. En una estructura
típica de
pavimento
(carpeta asfáltica,
base y sub base
granular) los
esfuerzos
horizontales se
disipan a través
de la carpeta
asfáltica
La llanta no sólo genera esfuerzos verticales sino
también esfuerzos horizontales.

35. Esfuerzos y Deformaciones en un Pavimento Asfáltico
Z

36. La carpeta asfáltica está sometida solamente a
esfuerzos de compresión, mientras los esfuerzos
de tracción son absorbidos por la base
estabilizada.