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1. UNIVERSIDAD NACIONAL PEDRO RUIZ GALLO FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL DE SISTEMAS Y DE ARQUITECTURA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL CURSO: PAVIMENTOS DOCENTE: ING. WESLEY SALAZAR BRAVO MAGISTER EN GERENCIA DE OBRAS Y CONSTRUCCIONES UNPRG Reg. CIP.Nº 25386 Lambayeque Abril del 2025

2. INTRODUCCION . El diseño de pavimentos es una disciplina de la ingeniería civil que se encarga de la determinación de los espesores y de las características físico mecánicas que deben tener los materiales que componen la estructura de una vía para sea capaz de soportar las cargas de trafico y ambientales a los que estará sometido durante un determinado periodo de tiempo. Esta disciplina se inicio con la construcción de los primeros caminos; sin embargo, es a partir de la aparición de los vehículos que cobra un impulso mayor, siendo cada vez mas sofisticados en términos de los elementos de análisis y predicción del comportamiento.. Los primeros métodos de diseño de pavimentos fueron principalmente empíricos y se basaban en relaciones similares a las desarrolladas en la mecánica de suelos, estableciendo cargas limites para mantener los esfuerzos cortantes bajo ciertos niveles para evitar fallas. Actualmente la ingeniería de pavimentos es una disciplina por si misma, combina el conocimiento de la mecánica de los materiales, el análisis estructural de los componentes, las tecnologías constructivas y la gestión de conservación. Esta interacción entre diferentes áreas de conocimiento representa un reto para el ingeniero de pavimentos quien debe buscar la solución mas adecuada al costo mas efectivo. La ingeniería de pavimentos representa retos importantes para el ingeniero ya que ahora esta disponible una mayor variedad de materiales producidos industrialmente como los modificadores y estabilizadores, cada vez existe una menor cantidad de materiales de cantera disponibles , el trafico se ha incrementado sustancialmente en los últimos años, y hay una mayor presión por obtener diseños económicos y efectivos. INTRODUCCION 2 ING. WESLEY SALAZAR BRAVO

3. CAPITULO I:PAVIMENTOS FUNCIONES Y CONCEPTOS GENERALES DESCRIPCION Y FUNCIONES DEL PAVIMENTO 1.1. HISTORIA DE LOS PAVIMENTOS Los caminos se originan cuando el hombre deja de ser nómada y requiere conectarse con otros grupos humanos para intercambiar objetos o alimentos. Cuando estos senderos empiezan a ser muy transitados surge la necesidad de mejorar algunas de las características tales como el ancho, la superficie, y el paso de cursos de agua. Pero es a partir de la aparición de los vehículos de arrastre y rodadura que se da la gran transformación de los caminos de simples senderos vías con ciertas condiciones de superficie de rodadura y geométrica. Se tiene conocimiento de caminos de hace mas de seis mil años en la zona del Cáucaso y el golfo Pérsico que con la invención de la rueda estos caminos fueron dotados de gradientes adecuadas, superficies mas lisas y mayores anchos. El imperio romano desarrollo un sistema vial que le permitió comunicaciones rápidas y seguras, estableciendo diferentes categorías de vías, postas y un sistema eficiente de mantenimiento. Las calzadas eran de 5 a 6 m, con 4.5 m la calzada central para el paso de los vehículos llegando a desarrollar una red de 90,000 kilómetros. En Europa los caminos luego de la caída del Imperio Romano por lo general se encontraban en mal estado, hasta el siglo XVIII donde los estados empiezan a organizar sistemas de transporte terrestre invirtiendo en el mejoramiento de caminos para que a fines del siglo XIX con el desarrollo de los vehículos a motor se aborde el problema de las carreteras de manera mas científica y organizada. 3 ING. WESLEY SALAZAR BRAVO

4. En el Perú los primeros caminos construidos con ciertas técnicas fueron realizados por los huaris e la sierra y los mochicas y chimús en la costa, sin embargo los incas fueron quienes integraron los caminos en un sistema vial que permitió la circulación de personas y animales, estos caminos comprendían también las obras de arte necesarias para atravesar ríos y quebradas y estaban dotados de tambos ubicados entre aproximadamente 15 a 35 km. Se estima que alcanzaros una longitud de 25,000 kilómetros compuestos por dos grandes caminos longitudinales norte a sur uno en la costa y el otro en la sierra y varios caminos longitudinales (este-oeste) que conectaban los valles costeros con la sierra La red vial del Perú en la época de la colonia no mejoro sensiblemente y se mantuvieron muchos de los caminos incas y preincas. En los primeros años de la república la red de caminos empeoro notablemente, situación que cambio durante el “oncenio” de Leguía ya que con la llegada de los vehículos a motor la red carretera se constituyo en una prioridad, esta fue atendida a través de una ley de conscripción vial. En los años treinta, Benavides construyo la Panamericana y se restableció la comunicación de valle en valle por la costa, atravesando los desiertos, algo que se había perdido durante la colonia. En 1858 el asfalto es utilizado por primera vez como un material para proteger la superficie de rodadura, en EE:UU en 1870 se construye la primera vía con asfalto y el 1876 se coloca la primera carpeta asfáltica. Los primeros tramos de pavimentos de concreto fueron construidos en Escocia en 1865. En EE.UU. El primer tramo de concreto fue construido en 1908 4 ING. WESLEY SALAZAR BRAVO

5. Los métodos de diseño evolucionaron con la ejecución de las pistas de prueba, siendo la primera la construida en 1952 en Maryland donde se ensayaron pavimentos de concreto. Posteriormente WASHO, ensayo en 1955 una pista de pruebas ubicada en Idaho similar a la de Maryland pero conformada por secciones de pavimento flexible. Entre 1956 y 1960 AAHTO construyo y ensayo una pista de pruebas conformada por secciones de pavimentos rígidos como flexibles. 1.2. PAVIMENTO Un pavimento esta formado por un conjunto de capas superpuestas, relativamente horizontales, que se diseñan y se construyen técnicamente con materiales apropiados y adecuadamente compactados. Estas estructuras estratificadas se apoyan sobre la subrasante de una vía obtenida por el movimiento de tierras en el proceso de exploración y que han de resistir adecuadamente los esfuerzos que las cargas repetidas del transito le trasmiten durante el periodo para el cual fue diseñada la estructura del pavimento. 1.3.¿QUE ES EL DISEÑO DE PAVIMENTOS? Es el proceso por el cual los componentes estructurales (carpeta,losa,base,subbase, subrasante) de un segmento de carretera son determinados tomando en consideración la naturaleza de la subrasante, las consideraciones ambientales, densidad y composición del trafico y las condiciones de mantenimiento. En forma resumida el diseño de la estructura del pavimento es: Establecer espesores y rigideces de los materiales para mantener la vía bajo un cierto nivel de deterioro y confort. 5 ING. WESLEY SALAZAR BRAVO

6. CONCEPTO DE PAVIMENTO Conjunto de Capas superpuestas, relativamente paralelas, de varios centímetros de espesor, de materiales de diversas características, adecuadamente compactados, que se construyen sobre la sub rasante obtenida por el movimiento de tierras y que han de soportar las cargas del transito durante varios años sin presentar deterioros que afecten la seguridad y la comodidad de los usuarios o la propia integridad de la estructura. 6 ING. WESLEY SALAZAR BRAVO

7. OTRAS DEFINICIONES Un pavimento es un elemento estructural monocapa o multicapa, apoyado en toda su superficie, diseñada y construido para soportar cargas estáticas y /o móviles durante un periodo de tiempo predeterminado, durante el que necesariamente deberá recibir algún tipo de tratamiento tendiente a prolongar su “vida de servicio”. Estando formado por una o varia capas de espesores y calidades diferentes que se colocan sobre el terreno preparado para soportarlo, tiene por función mas importante el proporcionar una superficie resistente al desgaste y suave al deslizamiento; y un cuerpo estable y permanente bajo la acción de las cargas ( Vivar, 1995) Un pavimento esta constituido por un conjunto de capas superpuestas, relativamente horizontales, que se diseñan y construyen técnicamente con materiales apropiados y adecuadamente compactados. Estas estructuras estratificadas se apoyan sobre la subrasante de una vía obtenida por el movimiento de tierras en el proceso de explanación y que han de resistor adecuadamente los esfuerzos que las cargas repetidas del transito transmite durante el periodo para el cual fue diseñada la estructura del pavimento (Montejo – 2001) 7 ING. WESLEY SALAZAR BRAVO

8. El pavimento es una estructura simple o compuesta que tiene una superficie regularmente alisada destinada a la circulación de personas, animales y/o vehículos. Su estructura es una combinación de cimiento, firme y revestimiento, colocada sobre terreno de fundación resistente a las cargas, y a los agentes climatológicos y a los efectos abrasivos del transito. ( Mora – 2007 ). El pavimento es una estructura sometida a cargas externas que generan esfuerzos y deformaciones internas. El tipo de pavimento a emplearse depende de la función a desempeñar y de los esfuerzos que lo afectan durante el periodo de servicio para el cual se diseña ( Chang – 2007 ) Y así podríamos seguir con otras definiciones en esencia coincidentes con las ya planteadas, que nos permitan fijar aspectos puntuales muy importantes para definir a los pavimentos. 8 ING. WESLEY SALAZAR BRAVO

9. TIPOS DE PAVIMENTOS 9 ING. WESLEY SALAZAR BRAVO

10. ETAPAS DEL DISEÑO DE PAVIMENTOS Estudio de la subrasante Definición del tipo de superficie de rodadura y los componentes estructurales Selección de los materiales Estudio del trafico Sectorización del terreno Diseño de los espesores de cada capa Análisis del ciclo de vida Determinación del tipo de pavimentos y de los espesores finales ING. WESLEY SALAZAR BRAVO 10

11. FUNCIONES DE LA ESTRUCTURA DE PAVIMENTOS Proporciona a los usuarios circulación segura, cómoda y confortable sin demoras excesivas. Proporcionar a los vehículos acceso bajo cualquier condición de clima Reducir y distribuir la carga de trafico para que esta no dañe la superficie . Cumplir requerimientos medio ambientales y esteticos . Limitar el ruido y la contaminación del aire ING. WESLEY SALAZAR BRAVO 11

12. 1.4. CARACTERISTICAS QUE DEBE REUNIR UN PAVIMENTO Un pavimento para cumplir adecuadamente sus funciones debe reunir las siguientes requisitos Ser resistente a la acción de las cargas impuestas por el transito Ser resistente ante los agentes del intemperismo Presentar una textura superficial adaptada alas velocidades previstas de circulación de los vehículos, por cuanto ella tiene una decisiva influencia en la seguridad vial. Además, debe ser resistente al desgaste producido por el efecto abrasivo de la s llantas de los vehículos Debe presentar una regularidad superficial, tanto transversal como longitudinal, que permitan adecuada comodidad a los usuarios en función de las longitudes de ondas de las deformaciones y de la velocidad de circulación. Debe ser durable Presentar condiciones adecuadas respecto al drenaje El ruido de rodadura, en el interior de los vehículos que afectan al usuario, así como en el exterior, que influye en el entorno, debe ser adecuadamente moderado Deber ser económico Debe poseer el color adecuado para evitar reflejos y deslumbramientos y ofrecer una adecuada seguridad al transito. 12 ING. WESLEY SALAZAR BRAVO

13. 1.5. CLASIFICACION DE LOS PAVIMENTOS Para clasificar los pavimentos existen diversos criterios y puntos de vista, por lo que en la actualidad es muy difícil tener una clasificación unificada De manera general se dice que un pavimento es toda superficie convenientemente preparada y alisada en su parte superior con el objeto de brindar una fácil, cómoda, y segura circulación a las personas y vehículos automotores. Bajo este punto de vista se tiene la siguiente clasificación: A.- LA CALIADAD DE LOS MATERIALES EMPLEADOS EN SU CONSTRUCCION Afirmados Empedrados Estabilizados Cemento Asfaltico Cemento Portland B.- POR SU VIDA UTIL Temporales Definitivos C.- POR SU ESTRUCTURA Simples Reforzados 13 ING. WESLEY SALAZAR BRAVO

14. D.- POR EL TRANSITO A SOPORTAR O EL USO AL QUE ESTARAN DESTINADOS Urbanos De Carreteras De Aeropuertos Industriales Deportivos E.-POR LA FORMA DE DISTRIBUCION DE CARGAS AL TERRENO Rígidos Flexibles Semi Rígidos (Articulados) F.- POR SU IMPORTANCIA Pavimentos Económicos Pavimentos tipo Intermedios Pavimentos de Tipo Superior Pavimentos Refinados 1.6. PAVIMENTOS FLEXIBLES . Este tipo de pavimentos están formados por una capa bituminosa apoyada generalmente sobre dos capas no rígidas, la base y la sub base . No obstante puede prescindirse de cualquiera de de estas capas dependiendo de las necesidades particulares de cada Obra. 14 ING. WESLEY SALAZAR BRAVO

15. PAVIMENTOS FLEXIBLES En general, están constituidos por una capa delgada de mezcla asfáltica construida sobre una capa de base y una capa y una capa de sub base las que usualmente son de material granular Estas capas descansan en una capa de suelo compactado, llamada subrasante. En las capas superiores donde los esfuerzos son mayores, se utilizan materiales con mayor capacidad de carga y en las capas inferiores donde los esfuerzos son menores, se colocan materiales de menor capacidad. El uso de materiales con menor requerimiento permite el uso de materiales locales, dando como resultado diseños mas económicos. ING. WESLEY SALAZAR BRAVO 15

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18. PAVIMENTO FLEXIBLE 18 ING. WESLEY SALAZAR BRAVO

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20. PAVIMENTOS FLEXIBLES ING. WESLEY SALAZAR BRAVO 20

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22. 22 ING. WESLEY SALAZAR BRAVO

23. 23 ING. WESLEY SALAZAR BRAVO

24. TERRENO DE FUNDACION TERRENO DE FUNDACION PESIMO. Zonas Pantanosas o Fangosas (Turbas). La Inestabilidad proviene en gran medida de su contenido de humedad muy alto. Estos suelos blandos tienen tres condiciones en común: Zona Plana Mal drenaje superficial Suelos muy finos u orgánicos TERRENO DE FUNDACION MALO. Suelo fino, limoso o arcilloso, susceptible de saturación TERRENO DE FUNDACION REGULAR O BUENO Suelo bien graduado, o es material de granulometría Gruesa. TERRENO DE FUNDACION EXCELENTE. Valor soporte elevado, y no existe la posibilidad de que se sature de agua. 24 ING. WESLEY SALAZAR BRAVO

25. FUNCIONES DE LAS CAPAS DE UN PAVIMENTO FLEXIBLE LA SUB BASE GRANULAR FUNCION ECONOMICA Una de las principales funciones de seta capa es netamente económica, en efecto el espesor total que se requiere para que el nivel de esfuerzos en la subrasante sea igual o menor que su propia resistencia, puede ser construido con materiales de alta calidad, sin embargo, es preferible distribuir las capas mas calificadas en la parte superior y colocar en la parte inferior del pavimento la capa de menor calidad la cual es frecuentemente la mas barata. Esta solución puede traer consigo un aumento en el espesor total del pavimento y no obstante , resulta mas económica. CAPA DE TRANSICION La sub base bien diseñada impide la penetración de los materiales que constituyen la base con los de la subrasante, por otra parte, actúa como filtro de la base impidiendo que los finos de la sudrasante la contaminen menoscabando su calidad. DISMINUCION DE LAS DEFORMACIONES Algunos cambios volumétricos de la capa subrasante, generalmente asociados a cambios en su contenido de agua( expansion ), o a cambios extremos de temperatura (heladas), pueden absorberse en la capa sub base impidiendo de que dichas deformaciones se reflejen en la superficie de rodamiento. RESISTENCIA La sub base debe soportarlos esfuerzos transmitidos por las cargas de los vehículos a través de las capas superiores y transmitida a un nivel adecuado de subrasante. DRENAJE En muchos casos la subbase debe drenar el agua, que se introduce a través de la carpeta o por las bermas , así como impedir la ascensión capilar. 25 ING. WESLEY SALAZAR BRAVO

26. LA BASE GRANULAR RESISTENCIA La función fundamental de la base granular de un pavimento consiste en proporcionar un elemento resistente que transmite a la sub base y a la subrasante los esfuerzos producidos por el transito en una intensidad apropiada. FUNCION ECONOMICA Respecto a la carpeta asfáltica, la base tiene una función económica análoga a la que tiene la sub base, respecto a la base. CARPETA ASFALTICA SUPERFICIE DE RODAMIENTO La carpeta debe proporcionar una superficie uniforme y estable al transito, de textura y color conveniente y resistir los efectos abrasivos del transito IMPERMEABILIDAD Hasta donde sea posible debe impedir el paso del agua al interior del pavimento RESISTENCIA Su resistencia a la tensión complementa la capacidad estructural del pavimento Para muchos autores, básicamente existen dos tipos de pavimentos: flexibles y rígidos y como una transición o nexo entre ambos se consideran los pavimentos mixtos. Los pavimentos flexibles tienen ligante característico el asfalto en sus diferentes formas de utilización. Los pavimentos rígidos en cambio tienen al cemento portland en sus diferentes tipos. Los pavimentos mixtos, de utilización creciente, preferentemente están representados por los adoquinados de piedra, de concreto, enlosetados, etc. 26 ING. WESLEY SALAZAR BRAVO

27. CARPETA DE RODADURA ASFALTICA Es la parte superior y la capa mas rígida del pavimento flexible, es comparativamente mas fina que el resto de las capas pero de mayor resistencia y calidad. Debe ser resistente a las presiones verticales y horizontales impuestas por la acción directa de los neumáticos de los vehículos, impermeable y a la vez de elevado coeficiente de fricción. La Granulometría de los áridos utilizados serán de acuerdo a las Especificaciones Técnicas, mezclados en caliente en una planta central, el Cemento Asfaltico deberá tener la penetración mas recomendable de acuerdo a la zona a colocar la carpeta asfáltica. ING. WESLEY SALAZAR BRAVO 27

28. PAVIMENTOS RIGIDOS Pavimentos rígidos son aquellos que por su elevado Modulo Elastico respecto del suelo que los soporta, distribuye las cargas sobre una gran superficie provocando, en consecuencia, bajas presiones sobre la subrasante . El ligante utilizado es el cemento portland, la losa hace de base y de capa de rodadura y el espesor de la losa es función de la resistencia a la tracción por flexión de la losa. El pavimento rígido por su elevado modulo de elasticidad respecto del suelo, distribuye las cargas sobre una gran superficie provocando, en consecuencia, bajas presiones sobre la sub rasante. 28 ING. WESLEY SALAZAR BRAVO

29. Componetes basicos de los Pavimentos de concreto ING. WESLEY SALAZAR BRAVO 29 Juntas longitudinales Juntas transversales Subrasante Subbase o base Texturizado Rugosidad Diseño del espesor Barras de transmisión Materiales del concreto Barras de amarre

30. ESFUERZOS EN UN PAVIMENTO RIGIDO 30 ING. WESLEY SALAZAR BRAVO

31. TIPOS DE PAVIMENTOS RIGIDOS Losas de concreto simple 1. Sin dispositivos de transferencia de carga 2.Con dispositivos de transferencia de carga 31 ING. WESLEY SALAZAR BRAVO

32. Losas de concreto armado 1. Con refuerzo de acero no estructural 2. Con refuerzo de acero estructural 32 ING. WESLEY SALAZAR BRAVO

33. Losas continuas 1. Con refuerzo continuo contra fisuras y deformación. Losas pre o postensadas 1. De limitada practica masiva en nuestro medio Concreto compacto con rodillo 1. De creciente aplicación en el medio Bases estabilizadas con cal 1. Casos de suelos arcillosos y húmedos Bases estabilizadas con cemento portland 1. Técnica de los suelos-cemento, etc. 33 ING. WESLEY SALAZAR BRAVO

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35. ING. WESLEY SALAZAR BRAVO 35

36. ING. WESLEY SALAZAR BRAVO 36

37. 1.7.PAVIMENTOS RIGIDOS Son aquellos que fundamentalmente están constituidos por una losa de concreto hidráulico, que apoyado sobre la subrasante o sobre una capa de material seleccionado, la cual se denomina sub base del pavimento rígido. Debido a la alta rigidez del concreto hidráulico así como de su elevado coeficiente de elasticidad la distribución de esfuerzos se produce en una zona muy amplia. Además como el concreto es capaz de resistir, en cierto grado, esfuerzos a la tensión, el comportamiento de un pavimento rígido es suficientemente satisfactorio aun cuando existan zonas débiles en la subrasante. La capacidad estructural de un pavimento rígido depende de la resistencia de las losas y por lo tanto, el apoyo de las capas subyacentes ejerce poca influencia en el diseño del espesor del pavimento FUNCIONES DE LAS CAPAS DE UN PAVIMENTO RIGIDO LA SUB BASE La función mas importante es impedir la acción del bombeo en las juntas, grietas y extremos del pavimento. Se entiende por bombeo a la fluencia de material fino con agua fuera de la estructura del pavimento, debido a la infiltración del agua por las juntas de las losas. El agua que penetra a través de las juntas licua el suelo fino de la subrasante facilitando así su evacuación a la superficie bajo la presión ejercida por las cargas circulantes a través de las losas Sirve como capa de transición y suministrar un apoyo uniforme, estable y permanente del pavimento Facilitar los trabajos de pavimentación Mejorar el drenaje y reducir por tanto al mínimo la acumulación de agua bajo el pavimento Ayudar a controlar los cambios volumétricos de la subrasante y disminuir al mínimo la acción superficial de tales cambios volumétricos sobre el pavimento Mejorar en parte la capacidad de soporte del suelo de la subrasante. 37 ING. WESLEY SALAZAR BRAVO

38. LOSA DE CONCRETO Las funciones de la losa de en el pavimento rigido son las mismas de la carpeta en el flexible, mas la funcion estructural de soportar y transmitir en nivel adecuado los esfuerzoz que le apliquen PAVIMENTOS ESPECIALES Cualquier otro tipo de pavimento diferente a los dos anteriores pueden ser de: TERRACERIAS : Trocha peatonal compactada manualmente REVESTIDOS : Trocha carrozable, revestida sobre terracería EMPEDRADOS : Cantos rodados con cementantes ARTICULADOS : Elementos pequeños de concreto prefabricados, entrelazados y sellados con arena. También los hay de ladrillo, madera, adoquines etc. 1.8.PAVIMENTOS ARTICULADOS Los pavimentos articulados están compuestos por una capa de rodadura que esta elaborada con bloques de concreto prefabricados, llamados adoquines, de espesor uniforme e iguales entre si. Esta puede ir sobre una capa delgada de arena la cual a su vez, se apoya sobre una capa de subbase granular o directamente sobre la subrasante. 38 ING. WESLEY SALAZAR BRAVO

39. PAVIMENTO ARTICULADOS 39 ING. WESLEY SALAZAR BRAVO

40. TRAMAS DE PAVIMENTOS ADOQUINADOS 40 ING. WESLEY SALAZAR BRAVO

41. FUNCIONES DE LAS CAPAS DE UN PAVIMENTO ARICULADO LA BASE Es la capa colocada entre la subrasante y la capa de rodadura. Esta capa le da mayor espesor y estructura al pavimento, puede estar compuesta por dos o mas capas de materiales seleccionados CAPA DE ARENA Es una capa de poco espesor de arena gruesa y limpia que se coloca directamente sobre la sub base, sirve de asiento a los adoquines y como filtro para el agua que eventualmente puede penetrar por las juntas entre estos. ADOQUINES Deben tener una resistencia adecuada para soportar las cargas del transito y en especial al desgaste producido por este. SELLO DE ARENA Esta constituido por arena fina que se coloca como llenante de las juntas entre los adoquines, sirve como sello de los mismos y contribuye al funcionamiento como un todo, de los elementos de la capa de rodadura. 41 ING. WESLEY SALAZAR BRAVO

42. ING. WESLEY SALAZAR BRAVO 42 TIPOS DE PAVIMENTOS

43. ING. WESLEY SALAZAR BRAVO 43

44. ING. WESLEY SALAZAR BRAVO 44 SECUENCIA DEL PROCESO CONSTRUCTIVO DE UN PAVIMENTO ARTICULADO

45. ING. WESLEY SALAZAR BRAVO 45

46. 1.9. FACTORES A CONSIDERAR EN EL DISEÑO DE PAVIMENTOS Los principales factores de diseño son A.- TRAFICO Y CARGA . Carga por Eje Numero de Repeticiones Área de Contacto Presión de Contacto Velocidad del Vehículo B.- MEDIO AMBIENTE Temperatura Precipitación Radiación Solar C.- MATERIALES Mejoramientos Bases y Subbases granulares Materiales Estabilizados Carpeta Asfáltica Losa de Concreto 46 ING. WESLEY SALAZAR BRAVO

47. D.- CRITERIOS DE FALLA Fisuras por Fatiga Ahuellamientos Fisuras por Gradiente térmico Erosión o Bombeo 1.10.ELECCION DEL PAVIMENTO Como hemos visto anteriormente existen diferentes tipos de pavimentos, los mismos que se recomendaran en función de una serie de parámetros como son: Tipo de utilización, necesidad estructural, acabado de superficie de rodadura, costos etc. Debemos tener en cuenta que no siempre los pavimentos de costo inicial menor son los mas convenientes, sino que es necesario efectuar un estudio minucioso del “Beneficio Económico” a través de la vida útil del mismo tomando en consideración los costos de mantenimiento de la Infraestructura en general. Generalmente los pavimentos flexibles son recomendables para el caso de redes viales principales y secundarias del país, los que se deben diseñar y construir empleando las técnicas mas modernas para mejorar su performance. Los pavimentos rígidos se recomiendan para calles en zonas urbanas, playas de estacionamiento, etc. 47 ING. WESLEY SALAZAR BRAVO

48. DISEÑO DE PAVIMENTOS CONCEPTUALIZACION ESTUDIO DISEÑO CONSTRUCCION CONTROL DE CALIDAD OPERACION MANTENIMIENTO 49 ING. WESLEY SALAZAR BRAVO

49. DIAGRAMA DE FLUJO PROYECTO PAVIMENTOS 50 ING. WESLEY SALAZAR BRAVO

50. CRITERIOS PARA SELECCIÓN DE PAVIMENTOS ATRIBUTOS TIPO DE PAVIMENTO Menor Costo Inicial Asfalto Facilidad de Construcción Adoquín Rapidez de Construcción Adoquín Mas durable Concreto Facilidad de Reparación Adoquín Facilidad de Drenaje Adoquín Fácil acceso a instalaciones sub terraneas Adoquín Mejor Aspecto Adoquín Mayor resistencia Concreto Comodidad del Transito Vehicular Asfalto Menor Costo de Conservación Concreto 51 ING. WESLEY SALAZAR BRAVO

51. CAPITULO II. SUELO DE FUNDACION 2.1. METODO DE EXPLORACION DE CAMPO DEL TERRENO DE FUNDACION En la ejecución de cualquier proyecto u obra de ingeniería civil es necesario realizar la exploración del lugar, como parte de un programa de investigaciones geotécnicas, el mismo que aspectos de geología y mecánica de suelos . Del tamaño y tipo del proyecto, dependerán las consideraciones del programa de exploración. Las etapas de la exploración de campo son: Trabajos preliminares de gabinete: Es la recopilación de la información del lugar como mapas, fotografías, estudios anteriores, etc. Exploración detallada del sitio y muestreo: Levantamiento estratigráfico y mineralogía de los estratos rocosos y condiciones del subsuelo, mediante la ejecución de pozos de prueba denominados “calicatas” se identifican los estratos que conforman la subrasante y se mide la densidad del estrato mas desfavorable. Se debe identificar las condiciones de agua subterránea y tomas de muestra para exámenes mas detallados y ensayos de laboratorio. Pruebas de Laboratorios con las muestras: Ensayos con muestras alteradas y no alteradas representativas de la estratigrafía Ensayo In situ: Ensayos llevados a cabo en el propio lugar, ya sea antes o durante el proceso de construcción, controles de compactación de campo. Reporte de resultados: Detalles de estudio geológico, perfiles estratigráficos y mapeado de los resultado 52 ING. WESLEY SALAZAR BRAVO

52. 2.2.- ALCANCE DE LA EXPLORACION DE SUELOS La información generada por la exploración del lugar esta relacionada con los depósitos superficiales de rocas y suelos. El objetivo consiste en obtener un modelo tridimensional del lugar, que se extienda tanto lateral como verticalmente, para incluir todos los estratos que puedan llegar a afectarse por las cargas transmitidas al subsuelo, producidas por la vía. Los esfuerzos significativos transmitidos por las cargas del transito alcanzan hasta 1.5 m de profundidad. Los ensayos de penetración y calicatas deben efectuarse cada 250 m en caso de carreteras y cada 100 m cuando la vía es Urbana (Especificaciones Técnicas del Ministerio de Transportes, Comunicaciones ). En condiciones uniformes y homogéneas, las calicatas se pueden espaciar a varios kilómetros. En condiciones de variaciones laterales o verticales la separación se reduce, con el objeto de identificar la zona en la que cambian las condiciones de sitio. La profundidad de exploración esta relacionada con la transmisión de los esfuerzos, el alcance máximo de una calicata o ensayo de penetración ligera es hasta 1.50 m con respecto al nivel de subrazante. 53 ING. WESLEY SALAZAR BRAVO

53. 2.3.- Excavaciones a Cielo Abierto (calicatas) Las calicatas son realizadas en la mayoría de los suelos, la presencia del nivel freático puede ser una de las limitaciones de este tipo de exploración. Tienen la ventaja de que se pueden realizar a mano o con una excavadora mecánica, y de exponer la sucesión de estratos para facilitar su inspección visual. No existen desventajas para este tipo de exploración. La ejecución de las calicatas requiere un conocimiento de los suelos encontrados, la identificación visual es muy importante durante esta etapa. Las muestras pueden tomarse manualmente del fondo y de las paredes laterales de la calicata. Las calicatas permiten extraer muestras alteradas que serán remoldeadas en el laboratorio, también permite obtener muestras inalteradas que se serán protegidas para que no pierdan humedad natural y se puedan realizar ensayos de densidad in situ. Las cucharas acopladas en el extremo para extraer muestras tienen diseño especial cuando se trate de suelos puramente cohesivos (arcillas) o friccionantes (arenas). Las posteadoras constituyen un método muy sencillo , económico y rápido de realizar perforaciones en suelos que no contengan presencia de gravas. 54 ING. WESLEY SALAZAR BRAVO

54. REGISTRO DE CALICATAS 55 ING. WESLEY SALAZAR BRAVO

55. 2.4.- Muestreo de Suelos, obtención de Muestras Inalteradas y Alteradas Existen dos categorías principales de muestras de suelos: 2.4.1.- Muestras Inalteradas Se preserva, en la medida de lo posible, la estructura y el contenido de humedad para que representen las condiciones de campo, las muestras inalteradas son necesarias para ensayos de CBR en suelos finos como por ejemplo las arcillas, arenas limosas o arcillosas. Las muestras inalteradas se extraen con los moldes de CBR y una accesorio de este, que permite cortar el suelo. Se protege y traslada al laboratorio para su inmediato ensayo, el CBR así calculado, estar asociado a la densidad y humedad natural. Si el suelo esta conformado por arenas y es difícil conseguir una muestra inalterada, se recomienda medir la densidad de campo y tomar una muestra para humedad, de manera que en el laboratorio se remoldee los especímenes 2.4.2.- Muestras Alteradas Las muestras alteradas se usan para la identificación del suelo y para pruebas de clasificación y calidad , a medida que se recolectan, las muestras se introducen en recipientes de vidrio o plásticos y se sellan, también se pueden usar latas o bolsas de plásticos. Se debe tomar una porción de 100 kg. aproximadamente para realizar los ensayos de proctor modificado y CBR en muestras remoldeadas al optimo contenido de humedad, para determinar el CBR de diseño para subrasantes granulares, materiales de sub base y bases granulares 56 ING. WESLEY SALAZAR BRAVO

56. 2.5.- Identificación Visual, Pruebas de Campo para Clasificación. La identificación visual, es el reconocimiento preliminar del suelo sin necesidad d empleo de equipos o ensayos de laboratorio. Mas tarde los ensayos de laboratorio confirmaran y permitirán precisar la información obtenida del terreno. Esta identificación es una etapa inicial para el estudio de Mecánica de Suelos, que permite tomar decisiones y ajustar el programa de investigación. Los términos básicos para designar a los tipos de suelos son: grava, arena, limo y arcilla, sin embargo, en la naturaleza los suelos son una mezcla de dos o mas de estos y a veces contienen una cantidad de materia orgánica. Sin embargo, es posible identificar el componente predominante y asignarles el termino básico. Por ejemplo, una arena limosa tiene las propiedades de una arena, con una cantidad importante de limo; un limo orgánico esta compuesto prioritariamente por limo, pero contiene una cantidad significativa de materia orgánica Se conoce como suelos granulares a las arenas y a las gravas, y como suelos finos a las arcillas y limos. Esta distinción se basa en la visibilidad de las partículas individuales. En laboratorio, los suelos finos y gruesos se separan con la malla Nº 200 2.5.1.- Identificación y Descripción de Suelos finos En comparación a los suelos finos, los suelos granulares son los mas fáciles de identificar. La angularidad, forma, color, olor, humedad, consistencia, cementación, estructura, tamaño máximo de las partículas y dureza, son las principales características de este tipo de suelos. Los suelos finos para su identificación necesitan de algunos ensayos de campo, para poder diferenciar las arcillas de los limos o de las arenas finas. Dentro de estos ensayos podemos considerar: Dilatancia, Tenacidad y Resistencia al estado Seco. 57 ING. WESLEY SALAZAR BRAVO

57. 2.5.2.-Identificacion y Descripción de Suelos Granulares. En campo se considera un tamaño de 5 mm para separar gravas de arenas. Las gravas pueden separarse en: Gravas gruesas Entre 75mm y 19 mm Gravas finas Entre 19 mm y 5 mm En laboratorio las arenas pueden separarse en arenas gruesas, medias y finas, según su tamaño. Arenas gruesas. Entre la malla Nº 4 (4.76 mm.) y la malla Nº 10 (2mm.). Arenas Medias Entre la malla Nº 10 (4.76 mm.) y la malla Nº 40 (0.425mm.). Arenas Finas Entre la malla Nº 40 y la malla Nº 200 (0.075mm.). En la descripción de un suelo granular se deben incluir ciertas característica que influyen en su comportamiento. Suelo Predominante (grava arenosa, arena con grava, etc.) Porcentaje aproximado de bolones Tamaño máximo de las gravas o bolones en pulgadas. Tamaño de los granos dominantes Porcentaje de finos Estado de las partículas Además de estos datos se debe indicar Angularidad. Describir la angularidad de la arena (solamente la fracción gruesa), grava, cantos rodados y boleos como angular, subangular, subredondeada y redondeada. Forma. Si las partículas tienen forma chata o chata alargada. Esta característica es muy importante porque el porcentaje de participación de estas partículas esta limitado según especificaciones. Las partículas chatas y alargadas pueden romperse durante la aplicación de las cargas y modificar la granulometría del medio. 58 ING. WESLEY SALAZAR BRAVO

58. Clasificación de Suelos según Tamaño de Partículas Tipo de Material Tamaño de las Partículas Grava 75 mm -- 4.75 mm Arena Arena Gruesa: 4.75 mm – 2 mm Arena Madia: 2 mm – 0.425 mm Arena Fina: 0.425 mm – 0.075 mm Material Fino Limo 0.075 mm – 0.005 mm Arcilla Menor a 0.005 mm ING. WESLEY SALAZAR BRAVO 59

59. Categoría de Subrasante Categoría de Subrasante CBR So : Subrasante Inadecuada CBR < 3 % S1 : Subrasante Pobre De CBR ≥ 3 % A CBR < 6 % S2 : Subrasante Regular De CBR ≥ 6 % A CBR < 10 % S3 : Subrasante Buena De CBR ≥ 10 % A CBR < 20 % S4 : Subrasante Muy Buena De CBR ≥ 20 % A CBR < 30 % S5 : Subrasante Excelente De CBR ≥ 30 % ING. WESLEY SALAZAR BRAVO 60

60. 2.5.-Ensayos de Laboratorio Las muestras representativas se remiten al laboratorio para su respectivo ensayo. Los ensayos que generalmente se solicitan para caracterizar el suelo con fines de pavimentación son 2.6.1.Ensayos para clasificación de suelos A las muestras representativas de los estratos que conforman la subrazante (hasta una profundidad de 1.50 m), se les realiza el análisis granulométrico por tamizado y limites de consistencia. Estos resultados deben corroborar la identificación visual realizada en campo. Los resultados del análisis granulométrico y los limites de consistencia se reportan gráficamente, como se muestra en la figura. 2.6.2.- Contenido de Humedad. Para determinar el contenido de humedad de una muestra de suelo. Se obtiene aproximadamente 200 gr. De muestra que se protegen en un recipiente o una bolsa cerrada. Esta muestra se traslada al laboratorio y se pesa. Se lleva al horno por 24 horas, y luego de este periodo se vuelve a pesar . El contenido de humedad se reporta en porcentaje como: W (%) = Peso húmedo – Peso Seco / Peso Seco 2.6.3.- Ensayo de Densidad Natural El ensayo de densidad natural, permitirá conocer la condición natural del terreno de fundación. En suelos granulares será importante si el terreno esta compacto o suelto. En terrenos de fundación conformados por subrasantes arenosas y limo arcillosas, este valor permitirá remoldear muestras en el laboratorio a la densidad de campo. Las muestras así remoldeadas, serán ensayadas en la prensa de CBR para determinar el CBR de diseño. Otra aplicación de este ensayo es en los controles de compactación de campo para el caso de la conformación de terraplenes, capas de afirmado, base y sub base. Conociendo la máxima densidad seca y el optimo contenido de humedad del suelo a compactar, se puede verificar el porcentaje de compactación con este ensayo 2.6.4.- Contenido de Sales Solubles. En casos especiales, dependiendo de las condiciones geológicas de sitio, es importante determinar el contenido de sales solubles que pueden influir en el comportamiento mecánico o impactar en las obras de concreto como son los cloruros y sulfatos. En zonas áridas próximas a la línea de costa es probable encontrar presencia significativa de sales solubles. 61 ING. WESLEY SALAZAR BRAVO

61. ANALISIS GRANULOMÉTRICO POR TAMIZADO 62 ING. WESLEY SALAZAR BRAVO

62. ENSAYO DE DENSIDAD NATURAL MEDIANTE EL CONO DE ARENA 63 ING. WESLEY SALAZAR BRAVO

63. 2.6.5.- Ensayo de Proctor Modificado, ASTM D 1557 La compactación de suelos constituye un capitulo importantísimo y se halla íntimamente relacionada con la pavimentación de carreteras, vías urbanas y pistas de aterrizajes. El ensayo de compactación mediante el ensayo de proctor modificado, relaciona la humedad del suelo versus su densidad seca, empleando un martillo de 4.54 kg (10 lb) soltado desde una altura de 457 mm (18 pulg), transmitiendo una energía de compactación de 56,000 lb-pie/pie3 El suelo extraído de campo es compactado en un molde de dimensiones conocidas, con diferentes contenidos de humedad. Para contenidos bajos de humedad el suelo no se compactara adecuadamente, porque no existe la lubricación que permita el acomodo de las partículas. Para altos contenidos de humedad el suelo pierde densidad, porque el agua entre las partículas impide que estas se junten, Solo se tendrá una máxima densidad seca, MDS La humedad a la que la muestra alcanza su máxima densidad seca se denomina Optimo contenido de humedad En suelos granulares densos, la densidad de campo es muy cercana a la MDS del proctor modificado; sin embargo en suelos finos como las arenas y arcillas limosas, la densidad de campo, es mucho menor que la MDS. La humedad Natural de Suelos Arenosos y Limo-Arcillosos muchas veces alcanzan valores muy por encima del O.C.H. y la Densidad Natural presenta valores mucho menores al ensayo de Proctor Modificado 64 ING. WESLEY SALAZAR BRAVO

64. 2.6.6.- California Bearing Ratio (C.B.R) Los métodos de diseño de pavimentos relacionan el valor de capacidad de soporte del suelo o C.B.R con el modulo resiliente del material. El modulo resiliente es el parámetro que se utiliza para el diseño del pavimento. El modulo resiliente se obtiene de ensayos triaxiales mediante ciclos de carga y descarga sin embargo, AASHTO presenta una ecuación que permite correlacionar el valor del modulo resiliente con el del C.B.R . De aquí la importancia de evaluar adecuadamente el CBR del material. El ensayo CBR es un ensayo relativamente simple, comúnmente usado para obtener un índice de la resistencia del suelo de subrasante, material de base, sub base o afirmado. Para materiales de base sub base y afirmado, así como subrasantes granulares, el CBR puede estar asociado a la máxima densidad seca del proctor modificado; sin embargo para sub rasantes finas el valor del CBR debe estar asociado a su densidad de campo CBR = Resistencia a la penetración (psi) requerido para penetrar 0.1 pulg/1000 psi x100 Pistón de 3 pulg2 EE.UU, recomienda que el CBR de la sub rasante debe ser como mínimo entre 8 y 10%. Caso contrario se deberá primero estabilizar el terreno antes de construir la estructura del pavimento. 65 ING. WESLEY SALAZAR BRAVO

65. 2.7 Concepto de Capacidad de Soporte de la Subrasante La capacidad de soporte de la subrasante , es la capacidad que tiene el suelo de soportar los esfuerzos verticales transmitidos por las cargas de transito. La deformación del suelo la deflexión resultante deberán ser menores a las admisibles. Para que la estructura de pavimento se comporte adecuadamente y cumpla el periodo de diseño, presentara una deflexión máxima de 0.20 mm. Para cargas estáticas transmitidas por un eje estándar de 8.2 ton. La deflexión máxima, bajo cargas estáticas, puede ser medida con la Viga Benkelman, esto significa que al nivel de subrasante la deflexión máxima será de 0.5 a 1 mm. Los reglamentos estatales en EE.UU. Recomiendan que el CBR de la subrasante debe ser como mínimo entre 8 y 10 %. Caso contrario, se deberá primero estabilizar el terreno antes de construir la estructura del Pavimento. 2.8.- Estratigrafía de los suelos nomenclatura y simbología Se debe realizar la descripción de los diferentes estratos que conforman el terreno investigado. Se Detallaran las características físicas, clasificación visual, color, humedad, plasticidad de los finos, y algunas características particulares como cementación, presencia de troncos, raíces o cualquier material extraño. 66 ING. WESLEY SALAZAR BRAVO

66. 2.9.-Registros Estratigráficos Todos los resultados de la evaluación de campo y ensayos de laboratorio se indican en los registros estratigráficos Los registros estratigráficos se preparan para cada calicata o cada exploración con equipo de penetración 2.10.- Perfil longitudinal del terreno El perfil longitudinal del terreno en estudio es el resultado grafico de la interpolación de las calicatas. En este perfil se visualiza la disposición de los estratos en toda la subrasante. Los perfiles se obtienen de los trabajos de campo, como calicatas y ensayos de penetración. Todos los resultados de laboratorio deben indicarse en este perfil. De esta manera se puede tomar la decisión de los trabajos que serán considerados en el diseño y ejecución del proyecto 67 ING. WESLEY SALAZAR BRAVO

67. REGISTRO DE CALICATA Y SONDAJE 68 ING. WESLEY SALAZAR BRAVO

68. ABERTURA DE LOS TAMICES PARA ANALISIS GRANULOMETRICO ABERTURA DE MALLA ABERTURA DE MALLA 3" 76.200 mm N°8 2.380 mm 2 1/2" 63.500 N°10 2.000 2" 50.800 N°16 1.190 1 1/2" 38.100 N°20 0.840 1" 25.400 N°30 0.590 3/4" 19.050 N°40 0.426 1/2" 12.700 N°50 0.297 3/8" 9.525 N°80 0.177 1/4" 6.350 N°100 0.149 N° 4 4.760 N°200 0.074 69 ING. WESLEY SALAZAR BRAVO

69. REQUISITOS GRANULOMETRICOS REQUISITOS GRANULOMETRICOS PARA SUB BASE GRANULAR TAMIZ Porcentaje que pasa en Peso Gradacion A* Gradacion B Gradacion C Gradacion D 50 mm(2") 100 100 … … 25mm(1") … 75-95 100 100 9.5mm(3/8") 30-65 40-75 50-85 60-100 4.75mm(N°4) 25-55 30-60 35-65 50-85 2.00mm(N°10) 15-40 20-45 25-50 40-70 4.25um(N°40) 08..20 15-30 15-30 25-45 75um(N°200) 2..8 05..15 05..15 08..15 Fuente: Secccion 304 de las EG-2000 del MTC * La curva de gradacion "A" debera emplearse en zonas cuya altitud sea igual o superior a los 3000 msnm. 70 ING. WESLEY SALAZAR BRAVO

70. Numero de Calicatas para Exploración de Suelos Tipo de Carretera Profundidad (m) Numero minimo de calicatas Observacion Autopistas:carreteras de IMDA mayor de 6000 veh / dia , de calzadas separadas, cada una con dos o mas carriles 1.50m respecto al nivel de subrasante del proyecto Calzada 2 carriles por sentido 4 calicatas x km x sentido Calzada 3 carriles por sentido: 4 calicatas x km x sentido Calzada 4 carriles por sentido: 6 calicatas x km x sentido Las calicatas se ubicaran longitudinalmente y en forma alternada Carreteras Duales o Multicarril: carreteras de IMDA entre 6000 y 4001 veh / dia , de calzadas separadas, cada una con dos o mas carriles 1.50m respecto al nivel de subrasante del proyecto Calzada 2 carriles por sentido 4 calicatas x km x sentido Calzada 3 carriles por sentido: 4 calicatas x km x sentido Calzada 4 carriles por sentido: 6 calicatas x km x sentido Las calicatas se ubicaran longitudinalmente y en forma alternada Carreteras de PRIMERA Clase carreteras de IMDA entre 4000 y 2001veh/ dia , de una calzada dos carriles 1.50m respecto al nivel de subrasante del proyecto 4 calicatas x kilometro Las calicatas se ubicaran longitudinalmente y en forma alternada Carreteras de Segunda Clase carreteras de IMDA entre 2000 y 401veh/ dia , de una calzada de dos carriles 1.50m respecto al nivel de subrasante del proyecto 3 calicatas x kilometro Las calicatas se ubicaran longitudinalmente t en forma alternada Carreteras de Tercera Clase carreteras de IMDA entre 400 y 201veh/ dia , de una calzada de dos carriles 1.50m respecto al nivel de subrasante del proyecto 2 calicatas x kilometro Las calicatas se ubicaran longitudinalmente t en forma alternada Carreteras de Bajo Volumen de Transito: carreteras , de una calzadacon un IMDA menor o igual a 200 veh / dia 1.50m respecto al nivel de subrasante del proyecto 1 calicata x kilometro Las calicatas se ubicaran longitudinalmente t en forma alternada Las calicatas se ubicaran longitudinalmente t en forma alternada ING. WESLEY SALAZAR BRAVO 71

71. Curvas granulométricas para base y subbase granular según especificaciones del MTC.

72. La curva de gradación A deberá emplearse en zonas cuya amplitud sea igual o superior a los 3000 msnm