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Diseño de Pavimentos
INTRODUCCION
Este método se emplea casi exclusivamente para calcular volúmenes en
proyectos lineales de construcción como carreteras, vías férreas y canales. En
este método, después de estacar la línea eje del camino se toman perfiles del
terreno llamado “secciones transversales o ángulos rectos con la línea eje”,
generalmente a intervalos de ! o "!! pie #" o $! metros%. &a determinación de
las secciones transversales consiste en la medición de las elevaciones del terreno
y de sus correspondientes distancias perpendiculares a la i'(uierda y a la derec)a
de la línea eje. &as lecturas de*en tomarse en la línea eje, en los puntos altos y
*ajos y en las localidades donde se presentan cam*ios de pendiente para
determinar con precisión el perfil del terreno. Esto puede )acerse en el campo
usando nivel, estacas y cinta.
+ran parte del tra*ajo de campo (ue antiguamente significa*a el tra'o de líneas
ejes preliminares, la o*tención de datos de las secciones transversales, la fijación
de estacas de talud y otras mediciones en los levantamientos para vías terrestres,
se efectúa a)ora más eficientemente gracias a la fotogrametría.
espués (ue se )an tomado y graficado las secciones transversales, las plantillas
de dise-o “perfiles de la *ase y taludes de la excavación o terraplén planeado” se
superponen en cada tra'o para definir la excavación o terraplén por construirse en
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superponen en cada tra'o para definir la excavación o terraplén por construirse en
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OBJETIVOS
Ela*orar las secciones transversales de un tramo de la vía con diversas
variaciones en su recorrido. las dimensiones e inclinaciones para así definir las
áreas y los volúmenes constituidos entre las secciones.
Ela*orar una metodología (ue permita al estudiante de ingeniería civil poder
desarrollar proyectos de carreteras utili'ando el programa de dise-o y di*ujo,
como el /010&$ y el 0/.
&as medidas tomadas llevaran consigo una *uena compensación de una
nivelación, ya sea esta por puntos de cam*io acumulados y2o distancia
acumulada3 lo (ue posteriormente arrojará consigo una compensación de las
cotas iniciales para corregir luego cada uno de los puntos restantes (ue eran
intermedios o laterales a los puntos compensados. y por ultimo llevara a un *uen
plano de los perfiles longitudinales y transversales para calcular los cortes o
terraplenes de cada uno de los perfiles transversales, con el fin de calcular al
concluir con la cu*icación del terreno, lo (ue visará el futuro movimiento de tierra
en la o*ra.
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ENSAYOS DE LABORATORIO Y DE CAMPO NECESARIOS PARA EL
CONTROL DE CALIDAD EN PAVIMENTOS
.4/onceptos 5ásicos6
7avimentos6 Es la capa constituida por uno o más materiales (ue se colocan
so*re el terreno natural o nivelado, para aumentar su resistencia y servir para la
circulación de personas o ve)ículos. Entre los materiales utili'ados en la
pavimentación ur*ana, industrial o vial están los suelos con mayor capacidad de
soporte, los materiales rocosos, el )ormigón
y las me'clas asfálticas.
Tipos de Pavimentos:
Pavimento ati!"#ado
6 posee una capa de )ormigón (ue se caracteri'a por ser
muy resistente y flexi*le demás se le agregan varios elementos como el
http://es.wikipedia.org/wiki/Hormig%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Mezclas_asf%C3%A1lticashttp://es.wikipedia.org/wiki/Mezclas_asf%C3%A1lticashttp://es.wikipedia.org/wiki/Hormig%C3%B3n
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Pavimento $%ido6 está sostenido so*re una capa de material, está dotado de
una losa de cemento )idráulica. Estos tienen la capacidad de soportar cargaspesadas gracias a su *ase de concreto.
Estos tipos de pavimento son *astante económicos, so*re todo a la )ora del
mantenimiento.
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4/ondiciones necesarias (ue se de*en tener para llevar a ca*o un *uen control de
la calidad de los pavimentos, es la siguiente6
7ersonal competente6 ingenieros civiles, geólogos, (uímicos, de*idamente
colegiados y analistas expertos en las diversas áreas de ensayo6 suelos,
concreto, asfalto, etc. Empresas u organi'aciones encargadas de la reali'ación de los tra*ajos,
(ue tengan infraestructura apropiada. &a*oratorio de ensayo con acreditación oficial, para (ue los resultados
tengan valor oficial.
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demás de o*servaciones de tipo litológico, se pueden o*tener datos
so*re la compacidad del material, la esta*ilidad de las paredes de la
excavación, nivel freático, etc. 8am*ién permiten la ejecución de algunos
ensayos in situ a diferentes cotas, como el penectrómetro dinámico de
cono.
Existen tam*ién los llamados métodos geofísicos, siendo los más utili'ados6;étodos sísmicos
;étodos eléctricos, sondeos eléctricos verticales #9.E.1.%;étodos gravimétricos+eorradar
l igual (ue en el caso de los ensayos “in situ”, existe una gran variedad de
ensayo de la*oratorio disponi*les, dependiendo de las características del
terreno. &os ensayos más usuales son los de IDENTI)ICACI*N, de
RESISTENCIA y de DE)ORMABILIDAD+
&a toma de muestras de*e ser lo más representativa posi*le de la realidad a
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e la reali'ación de este ensayo se o*tiene la siguiente información6
• istri*ución granulométrica del suelo anali'ado.
• /lasificación de los suelos granulares.• 9e puede, en algunos casos, inferir su origen geológico.
• 9e pueden o*tener parámetros como el diámetro efectivo, coeficiente de
uniformidad, y coeficiente de curvatura.
Detemina!i0n de #os L$mites de Atte(e%:Es junto con la granulometría uno de los ensayos más comunes, de*ido a la
información (ue se o*tiene del mismo y la posi*ilidad de clasificar un suelo a
partir de los datos o*tenidos.El contenido de agua o )umedad límite al (ue se produce el cam*io de estado
varía de un suelo a otro. El método usado para medir estos límites se conoce
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Contenido en 1"medad:Es junto con el contenido de vacíos, una de las características fundamentales
para explicar el comportamiento del suelo #especialmente en a(uellos de
textura más fina%, como por ejemplo cam*ios de volumen, co)esión, esta*ilidad
mecánica.El método tradicional de determinación de la )umedad del suelo en la*oratorio,
es por medio del secado a )orno, la relación #@% entre el peso agua 2 partículas
sólidas. Atros métodos para determinar el contenido de )umedad6 método delalco)ol metílico, método del 9peedy, y método nuclear.
Ensa/o de Co#apsa(i#idad:
&a colapsa*ilidad es la tendencia (ue puede tener un terreno a reducir su
volumen de forma rápida #colapso%. Este fenómeno sucede en determinados
tipos de suelos, como son los de granulometría tipo limo y los (ue pueden
perder parte de sus componentes por lavado de finos #rellenos% o por disolución
#yesos%.El ensayo reproduce el efecto de una saturación sú*ita del terreno cuando está
sometido a una carga de magnitud prefijada.9e estudia en suelos naturales poco consolidados, rellenos y terrenos con alto
contenido de limos. Ensayos de identificación de suelos:. Ensayos+/B.
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El fenómeno de consolidación, se origina de*ido a (ue si un suelo parcial o
totalmente saturado se carga, en un comien'o el agua existente en los poros
a*sor*erá parte de dic)a carga puesto (ue esta es incompresi*le, pero con el
transcurso del tiempo, escurrirá y el suelo irá a*sor*iendo esa carga
paulatinamente.
Ensa/os 2"$mi!os:
Ensayos destinados a determinar la agresividad del terreno con las estructuras
proyectadas en el mismo, especialmente a las estructuras de )ormigón, como
suelen ser las o*ras de drenaje./ontenido en materia orgánica/ontenido en sulfatos solu*les en suelos
cide' del suelo.
Ensa/o Tia'ia#:
Es un ensayo (ue se emplea para determinar los principales parámetros
resistentes de un suelo, es decir, delimitar los estados de tensiones principales
posi*les de los no posi*les.El um*ral (ue separa am*os estados es una recta (ue viene definida por el
ángulo de ro'amiento interno del suelo #CD% y la co)esión #/%.Existen diferentes tipos de ensayos triaxiales (ue a continuación se descri*irá
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♣ =o /onsolidad y =o renado #..%6 sirve para determinar la resistencia
de un suelo en condiciones de resistencia a corto pla'o. &a densidad, la
ad)erencia y unión entre partículas permanece intactas
independientemente del nivel de carga.
Ensayo 7roctor6El ensayo 7roctor es un ensayo de compactación de suelo (ue tiene como
finalidad o*tener la )umedad óptima de compactación de un suelo para una
determinada energía de compactación.&a )umedad óptima de compactación es a(uella )umedad #@de agua% para la
cual la densidad del suelo es máxima, es decir la cantidad de agua (ue )emos
de a-adir a un suelo para poderlo compactar al máximo con una energía
concreta.Existen dos tipos de ensayo proctor. &a reali'ación de un tipo u otro de*erá
estar de acorde con el material y el e(uipo de compactación (ue se utili'ará en
o*ra.
eterminación de la capacidad de soporte /5F del suelo6El ensayo /5F mide la carga necesaria para penetrar un pistón de dimensiones
determinadas a una velocidad previamente fijada en una muestra de suelo,
compactada según su proctor, formada por tres pro*etas #generalmente
compactada a ", $! y G! golpes2capa%, después de )a*erla sumergido en
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los rayos gamma provenientes de una fuente radiactiva y los
electrones de las ór*itas exteriores de los átomos del suelo, la cual es
captada por un detector gamma situado a corta distancia de la fuente
emisora, so*re, dentro o adyacente al material a medir.
8odos los aspectos mencionados, tienen por finalidad asegurar la calidad de las
o*ras viales, es decir (ue cumplan el o*jetivo para el (ue fueron proyectados, al
menor costo posi*le.Estos controles tienen (ue estar muy *ien coordinados unos con otros para
llegar a la meta re(uerida. &os ejecutores de la o*ra #contratista y supervisor%,
de*en contar con un la*oratorio (ue tenga personal vigente, y si las condiciones
del ensayo así lo re(uieren, de*en contar con condiciones am*ientales
controladas.
CONTROL DE CALIDAD6
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ENSAYO CBR: METODO DE ENSAYO Y SU IMPORTANCIA EN
PAVIMENTOS
/onceptos 5ásicos6
/.5.F6 El /5F es el valor de la resistencia al esfuer'o normal de un suelo ya
sea como elemento estructural de *ase, su**ase y su*rasantes *ajo
condiciones desfavora*les de compactación y de )umedad. &os suelos
granulares no plásticos y granulométricamente *ien graduados, serán a(uellos
(ue alcancen mejor resultado de valores soportantes o /5F.
/F7E8, 97EFB0/0E E FA;0E=8A A FAF6 parte superior de
un pavimento, por lo general de un pavimento *ituminoso o rígido, (ue sostiene
directamente la circulación ve)icular.
59E6 Es la capa de espesor dise-ado, constituyente de la estructura del
pavimento, destinada fundamentalmente a distri*uir y transmitir las cargas
originadas por el tránsito, a las capas su*yacentes y so*re la cual se coloca la
carpeta de rodadura.
9559E6 Estructura fundamental, (ue neutrali'a los efectos destructivos de
las cargas transmitidas desde las superficie de aplicación.&a capa de *ase y de su**ase6 las diferencias entre am*as está a veces en las
dif i d l t i l tili d l t í
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;á(uina /5F6
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8res especímenes de suelo son compactados con su )umedad óptima con
diferentes energías #G,
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Diseño de Pavimentos
&os diferentes métodos de dise-o, como 9J8A H$, HK y 7/ K:, consideran al
menos las siguientes capas para el dise-o estructural de los pavimentos de
concreto6
S"(asante
Es el suelo de cimentación del pavimento, pudiendo ser suelo natural,
de*idamente perfilado y compactado3 o material de préstamo, cuando el suelo
natural es deficiente o por re(uerimiento del dise-o geométrico de la vía a
proyectar.
&os materiales (ue pueden ser empleados como su*rasante serán de preferencia
materiales de tipo granular.
S"((ase
Es la capa (ue está apoyada so*re la su*rasante, compuesta por materiales
granulares de *uena gradación. e*erá ser perfilada y compactada entre el H@
y "!!@ de su máxima densidad seca mediante el ensayo proctor estándar. El
empleo de una su**ase implica mejorar la capacidad de soporte de suelo (ue se
traduce en una reducción del espesor de carpeta de rodadura. 9in em*argo, el
impacto no es significativo.
Base
7ara el pavimento de concreto no es común pero podría darse el caso en
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Está conformada por me'cla de concreto )idráulico. &os métodos de dise-o
especifican dise-os de me'cla con ;ódulo de Fotura a la Blexión #;F% superiores
a :< Lg2cm
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Diseño de Pavimentos
Tipos de pavimento
Existen tres tipos de pavimentos de concreto6
• 7avimento de concreto simple con juntas.
• 7avimento de concreto armado con *arras transversales.
• 7avimento de concreto continuamente refor'ados.
Pavimento de !on!eto simp#e !on 4"ntasEn este tipo de pavimentos se re(uiere reali'ar juntas de contracción transversal
cada $. y G.! metros. &a transferencia de carga entre pa-os adyacentes se
puede dar mediante tra*a'ón de agregados o mediante el empleo de pasajuntas.
&as juntas inducen el agrietamiento propio del comportamiento del concreto por
las tensiones originadas de*ido a los cam*ios de temperatura y )umedad.
Pavimento de !on!eto amado !on (aas tansvesa#es
&a carpeta de rodadura es de concreto refor'ado con mallas de acero, las (ue
permiten ampliar las distancias entre las juntas entre I. y H.! metros. un(ue
tiene refuer'o moderado de acero siempre se espera (ue se produ'can fisuras
controladas dentro de los pa-os. El refuer'o controla parte de las tensiones y
permite tener espaciamientos mayores entre las juntas. &a transferencia de carga
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)ori'onte, así como del nivel de servicio deseado y, en su caso, de los estudios
económicos pertinentes. e dic)os estudios se deducirán las previsiones de
ampliación.
En cual(uier caso se tendrán en cuenta las siguientes consideraciones6
En carreteras de cal'adas separadas6
4 =o se proyectarán más de cuatro carriles por cal'ada ni menos de dos en la
sección tipo. =o se computaran, a estos efectos, los carriles de cam*io de
velocidad o de tren'ado y los incluidos en confluencias y *ifurcaciones de autovías
o autopistas ur*anas.
4 onde se dispongan dos cal'adas separadas para cada sentido de circulación,
una central y otra lateral la cal'ada central se conectará solo con la lateral aun(ue,
excepcionalmente, podrá conectarse directamente con otras vías.
En carreteras de cal'ada única6
4 9e proyectarán dos carriles por cal'ada, una para cada sentido de circulación.
En ningún caso se proyectaran cal'adas con dos carriles por sentido =o se
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/arriles de cam*io de velocidad.
/onfluencias y *ifurcaciones.
/arriles de espera.
7asos de mediana.
&ec)os de frenado
9in perjuicio de otras limitaciones más restrictivas y salvo de*ida justificación, nopodrá reali'arse ningún tipo de conexión, nudo o glorieta en la cal'ada, ni
modificación del número de carriles, en los doscientos cincuenta metros #
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=ivelación para la cu*icación de terrecerías. 9e presenta cuatro casos generales
cuando se trata de tomar medidas en el campo para determinar los volúmenes de
las tercerías.
E8CAVACI*N 9ASTA UNA SUPER)ICIE DE PROYECTO+
/uando terreno se va a cortar o a rellenar )asta una superficie predeterminar
nada, por ejemplo, al excavar el sótano para un edificio o para ni lar un terreno. 9e
pueden tomar secciones "ransv a distancia cortas. /uando se fija la rasante de la
superficie terminada, se conoce el corte o terraplén en cada estación, y se puede
calcular el volumen de la tercería.
E8CAVACI*N DIC CEPAS+
&as cepas se excavan, por ejemplo, cuando se trata de construir un al*a-al o de
instalar una tu*ería su*terránea. 9e )ace una nivelación a lo largo de la línea
propuesta. /uando se )a fijado la rasante del fondo de la cepa, se puede calcular
el corte en cada estación.
/uando en las anc)uras necesarias en el terreno y el fondo y su profundidad
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+eneralmente se estaca una línea con *ase cerca de momentos de sus costados,
y se tra'an líneas transversales a intervalos regulares. 9e nivelan estas líneas
transversales. /uando se )a extraído el material, se vuelven a nivelar las líneas
transversales. &a diferencia entre la sección original y la final muestra el área
cortada en cada línea transversal, con la (ue se determina el volumen.
SECCIONES TRANSVERSALES PARA CAMINOS O CANALES+
9e de*e6 excavar o terraplenar )asta una rasante dada a lo largo de una ruta
como una carretera, ferrocarril, o canal, y, además, su sección trasversal de*e
tener una forma prescrita.
&evantamiento de secciones transversales. /on frecuencias o*tiene la forma de la
superficie de un lote estacando su superficie en forma de cuadricula con lados de
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&a dirección de las secciones transversales se determina a ojo cuando éstas son
cortas3 cuando son largas por medio de una *rújula, tránsito, o una escuadra
óptica, u otro instrumento adecuado
&os (ue suelen emplearse en levantamientos de vías terrestres se muestran a
continuación. 7ara terreno plano se tiene la sección a un nivel y las secciones
transversales generalmente se emplea en condiciones ordinarias de terreno. n
relieve muy (ue*rado puede exigir la sección a cinco niveles, o de )ec)o, la
sección irregular. na sección de transición y una sección en ladera, se presentan
en terracerías al pasar de corte “excavación” o terreno “terraplén” en puntos, o
laceras de cerros.
El desplome o inclinación de talud “relación entre la separación o corrimiento
)ori'ontal del parámetro y el desnivel unitario”, depende del tipo de suelo
encontrado.
ELEMENTOS DE LAS SECCIONES TRANSVERSALES
C1a,n: 8anto derec)o como i'(uierdo, son puntos de intersección entre el talud
y el perfil natural del terreno.
Ta#"d en !ote: inclinación dada al terreno natural para lograr (ue sea esta*le una
ve' cortado 9e expresa en proporción )ori'ontal6 vertical #J6 1%
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E'p#ana!i0n: istancia )ori'ontal media entre los dos c)aflanes, representa el
anc)o total del movimiento de tierra, corte y relleno, en una sección transversal
determinada.
Ca#.ada: Es la distancia entre el *orde derec)o y el *orde i'(uierdo de la vía,
definida por la suma de los carriles más las *ermas.
Cai#: &ugar de la vía por donde viajan los ve)ículos. na vía puede tener uno o
más carriles en cada sentido.
Bema: Branja lateral, externa a los carriles, se usa para incrementar el nivel de
seguridad en la manio*ra.
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*ermas y para la u*icación de guardavías, muros o muretes de seguridad,
se-ales y cunetas de drenaje.
&a sección transversal resultante será más amplia en los territorios planos
en concordancia con la mayor velocidad del dise-o.
En territorios ondulados y accidentados, tendrá (ue restringirse lo máximo
posi*le para evitar los altos costos de construcción, e implementados con
los elementos de seguridad necesarios (ue )ayan sido identificados con los
estudios de seguridad vial #uditorias de seguridad vial en todas las etapas
del 7royecto%.
Es o*ligación del personal de topografía (ue reali'a el tra*ajo, junto con la
fiscali'ación de la o*ra vial, revisar los ángulos de la poligonal a*ierta por
medio de o*servaciones solares, y las distancias entre las estacas por
medio de arrastre de coordenadas, para así en caso de existir errores sean
estos repartidos.
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PE=A9
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