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PAVIMENTOS Y TERRACERIAS
UNIDAD I
Identificar y conocer la terminología y conceptos que intervienen en las secciones estructurales de los pavimentos flexibles, pavimentos rígidos y sus terracerías
DEFINICIÓN DE PAVIMENTO
Es el conjunto de capas de materiales seleccionados que reciben en forma directa las cargas del tránsito y las transmiten a las capas inferiores, distribuyéndolas con uniformidad. El pavimento nos debe proporcionar seguridad, comodidad al conducir y rapidez , esto está en función del nivel de servicio y del tipo de camino a construir.
Los pavimentos se clasifican en forma general en:
Rígidos Semirrígidos Flexibles.
Las cargas que transmiten a las capas inferiores son muy diferentes, es decir:
Pavimento rígido .- Debido a la rigidez de la losa de concreto, se produce una buena distribución de las cargas producidas por las ruedas de los vehículos, dando como resultado tensiones muy bajas en la subrasante. Por la rigidez el alto módulo de elasticidad del concreto, los pavimentos rígidos basan su capacidad portante en la losa de concreto, más que en la capacidad de la subrasante.
Pavimentos flexibles : En este tipo de pavimento, el concreto asfáltico, tiene menor rigidez, por lo que se deforma y transmite tensiones mayores en la subrasante Se caracterizan por ser sistemas multicapa con las capas de mejor calidad cerca de la superficie donde las tensiones son mayores. La capa superior es de concreto asfáltico. Un pavimento flexible trabaja distribuyendo la carga hasta que llegue a un nivel aceptable para la subrasante. La carpeta asfáltica proporciona la superficie de rodamiento; las cargas de los vehículos hacia las capas inferiores se distribuyen por medio de las características de fricción y cohesión de las partículas de los materiales. Las capas que forman un pavimento flexible son: carpeta asfáltica, base y sub-base, las cuales se construyen sobre la capa subrasante, como se muestra en la siguiente figura.
Carpeta Asfáltica
Base
Sub-base
Capa subrasante
Capa subyacente.- Si se tiene un TPDA mayor a 5000 vehículos o Más de 10 000 ejes equivalentes.
Cuerpo del terraplén
Terreno Natural
Pavimentos Rígidos : La superficie de rodamiento de un pavimento rígido es proporcionada por losas de concreto hidráulico, las cuales distribuyen las cargas de los vehículos hacia las capas inferiores por medio de toda la superficie de la losa y de las adyacentes, que trabajan en conjunto con la que reciben directamente las cargas.
Las capas que forman un pavimento rígido son: Losa de concreto hidráulico y la sub-base, las cuales se construyen sobre la capa subrasante como se muestra en la siguiente figura.
Losa de concreto hidráulico
Sub-base Estructura de un pavimento Rígido
Capa subrasante
Terracerías Cuerpo del terraplén
Terreno Natural
Estructura de un pavimento flexible
Terracerías
Características y funciones de las capas que constituyen un pavimento y sus terracerías.
Los materiales para construir las capas de pavimento, provienen siempre de bancos; de ellos es posible utilizar aglomerados de arroyos y depósitos, conglomerados suaves o duros y rocas fisuradas o sanas pero que requieren casi siempre uno o mas tratamientos. Los materiales industriales como cemento Pórtland, cal, arena, acero y asfalto se adquieren en las empresas estatales o particulares que los producen y deben de cumplir los requisitos necesarios de calidad para el uso que tendrán.
Carpeta asfáltica .- Es la capa superior de un pavimento flexible que proporciona la superficie de rodamiento para la circulación de vehículos y que se elabora con materiales pétreos y productos asfálticos.
El concreto hidráulico.- Es un material pétreo, elaborado al mezclar parte de agua y cemento Pórtland con arena y grava, en proporciones tales que se produzca:
Resistencia deseada. Densidad óptima. Manejabilidad del concreto fresco.
Base.- Es la capa que recibe la mayor parte de los esfuerzos producidos por los vehículos. La carpeta es colocada sobre de ella porque la capacidad de carga del material friccionante es baja en la superficie por falta de confinamiento. Regularmente esta capa además de la compactación necesita otro tipo de mejoramiento (estabilización) para poder resistir las cargas del tránsito sin deformarse y además de transmitirlas en forma adecuada a las capas inferiores. El valor cementante en una base es indispensable para proporcionar una sustentación adecuada a las carpetas asfálticas delgadas. En caso contrario, cuando las bases se construyen con suelos inertes (compuesto por rocas y minerales y no tienen vida) y se comienza a transitar por la carretera, los vehículos provocan deformaciones transversales.
Sub - Base.- Cumple una cuestión de economía ya que ahorra dinero al poder transformar un cierto espesor de la capa de base a un espesor equivalente de material de sub-base (no siempre se emplea en el pavimento), impide que el agua de las terracerías ascienda por capilaridad y evita que el pavimento sea absorbido por la sub-rasante. Deberá transmitir en forma adecuada los esfuerzos a las terracerías.
Funciones de las capas Base y Sub-base : Tienen finalidades y características semejantes de resistencia (VRS de la Porter estándar), plasticidad (contracción lineal) y el valor cementante, en cuanto a funciones:
Recibir y resistir las cargas del tránsito a través de la capa que constituye la superficie de rodamiento (carpeta asfáltica o losa de concreto hidráulico). Transmitir y distribuir adecuadamente estas cargas a las terracerías. Impedir que la humedad de las terracerías ascienda por capilaridad. En caso de introducirse agua por la parte superior, permitir que el líquido descienda hasta la capa subrasante, donde se desaloja al exterior por el efecto del bombeo o la sobreelevación.
Características de bases y sub-bases
El valor cementante en una base es indispensable para dar una sustentación adecuada a la carpeta asfáltica que varían de 2 a 8 cm de espesor
Las Terracerías .- Es el volumen de materiales que se extrae o que sirve de relleno en la construcción de una vía terrestre.
La extracción puede hacerse a lo largo de la línea de la obra y si este volumen se usa en la construcción de los terraplenes o lo rellenos, las terracerías son compensadas y el volumen de corte que no se usa se denomina desperdicio. Si el volumen que se extrae en la línea no es suficiente para construir los terraplenes o los rellenos, se necesita extraer material fuera de ella, es decir, en zonas de préstamo es decir:
Si estas zonas se ubican cerca de la obra, entre 10 y 100 m a partir del centro de línea, se llama zona de préstamos laterales. Si se encuentra a más de 100 m, son préstamo de banco.
Las terracerías en terraplén se dividen en: el cuerpo del terraplén (N-CMT-1-01/02) que es la capa inferior y la capa subrasante que se coloca sobre la anterior con un espesor mínimo de 30 cm. (N-CMT-1-03/02)
Subrasante (N-CMT-1-03/02) Es la última capa de las terracerías y del proyecto geométrico de un camino; se considera la cimentación del camino y cuando en ella tenemos material de buena calidad, el espesor de las capas superiores disminuye teniendo como consecuencia un descenso en el costo de la obra ya que los materiales del pavimento son los más costosos. Debe trasmitir los esfuerzos que le mandan las capas superiores de manera disipada hacia las capas inferiores y al terreno natural para evitar deformaciones prematuras en estas últimas.
Cuando la intensidad del tránsito sea de 10 000 a 1 millón de ejes equivalentes (de 8.2 ton) tendrá un espesor
mínimo de 30 cm.
Cuando la intensidad del tránsito sea de 1 millón a 10 millones de ejes equivalentes (de 8.2 ton) tendrá un espesor
mínimo de 70 cm.
Cuando la intensidad del tránsito sea mayor a 10 millones de ejes equivalentes (de 8.2 ton) la capa subyacente
tendrá un diseño especial.
Si la capa subyacente se desplanta directamente sobre el terreno de cimentación y su espesor es menor a lo
señalado anteriormente, se deberá excavar una caja hasta la profundidad necesaria para completar el espesor mínimo.
Cuerpo del terraplén
Los terraplenes son estructuras que se construyen con materiales producto de cortes o procedentes de bancos, cuya finalidad es alcanzar la altura necesaria de la subrasante para satisfacer principalmente las especificaciones geométricas (sobre todo en lo relativo a la pendiente longitudinal), resistir las cargas del tránsito transmitidas por las capas superiores y distribuir los esfuerzos a través de su espesor para transportarlos en forma adecuada al terreno natural, de acuerdo con su resistencia; las normas que deben ser consultadas son N-CMT-1-01/02 y la N-CTR-1-01-009/00 que indican que los materiales :
Empleados para construir el cuerpo del terraplén deben tener un VRS mayor a 5% y sus tamaños máximos pueden ser de hasta 75 cm. Se clasifican con base a la facilidad que tienen para compactarse con los métodos usuales y para medir el grado alcanzado.
La construcción del cuerpo del terraplén puede realizarse de 3 maneras diferentes:
1. Cuando los materiales son compactables (Son características de un material compactable: cuando después de disgregarse, se retiene menos del 20 % en la malla de 7.5 cm (3 pulg) y menos del 5% en la malla de 15 cm) se les debe dar el tratamiento con el equipo adecuado que corresponde según su calidad, el grado de compactación de estos materiales en el cuerpo del terraplén es del 90%. 2. Para materiales que no son compactables: Se forma una capa con un espesor casi igual al de tamaño de los fragmentos de roca, no menor que 15 cm. Un tractor de orugas se pasa tres veces por cada punto de la superficie de esta capa, con movimiento en zigzag llamado bandeado. Para mejorar el acomodo es conveniente proporcionar agua en una cantidad de 100 Lt por cada m^3 de material. 3. Si es necesario efectuar rellenos en barrancas angostas y profundas, en donde no es fácil el acceso del equipo de acomodo o compactación, entonces se permite colocar el material a volteo hasta una altura en que ya pueda operar el equipo.
Revestimientos
Son materiales granulares o suelos seleccionados con características específicas que se colocan sobre las terracerías de los caminos (N-CMT-4-01/02), patios de maniobras y otras áreas para poder circular en cualquier época del año y con esto evitar que estas sean deformadas o levantadas por el tránsito, se emplean en caminos con bajos volúmenes de tránsito y en algunas pistas para avionetas, su finalidad es distribuir las cargas de los vehículos sobre las terracerías. El material debe presentar cierta dureza para poseer una resistencia adecuada, mezclado con un material cohesivo que le provoque cierta cementación y que se tenga un enlace apropiado o bien se le mezcla con algún producto para proporcionarle esta característica. Normalmente se les aplica un proceso previo, que puede ser: Un tratamiento mecánico de disgregado, cribado, triturados y parcialmente cribados, la mezcla de dos o más materiales o bien se les aplica algún procedimiento químico que puede modificarlos con carpetas recuperadas, con cemento hidráulico, modificados con cal o con productos químicos, como se indica a continuación:
Materiales que no requieren tratamiento mecánico.
Son las arenas y gravas, que al extraerlas en el camino quedan sueltas y que no contienen más del 5% de partículas mayores de 75 mm (3”), las que serán eliminadas manualmente.
Materiales que requieren ser disgregados
Son los limos y arenas fuertemente cementados, caliches y conglomerados, así como rocas muy alteradas, que al extraerlos resultan con porciones que pueden disgregarse mediante el uso de maquinaria; una vez disgregados, no contendrán más de 5% de partículas mayores de 75 mm (3”), las que serán eliminadas manualmente.
Materiales que requieren ser cribados.
Mezclas de grava, arena y limos que al extraerlos quedan sueltos y contienen del 5 al 25% de partículas mayores de 75 mm. (3”) y requieren tamizado por una malla de 3” (75 mm). Se tienen los casos de materiales que requieren ser triturados parcialmente por no cumplir la granulometría y el otro caso es la mezcla de suelos, la cual no es muy recomendable por su costo.
Se pueden emplear materiales producto de la recuperación de carpetas asfálticas, materiales modificados con cementos hidráulicos, con cal o con productos químicos. El material empleado deberá cumplir con los requisitos de calidad como es la granulometría y en ningún caso se debe de considerar aceptable la adición de arcillas para darle cohesión ya que esto inhibe su permeabilidad, característica esencial de un adecuado revestimiento. Los revestimientos más comunes en México son los siguientes:
En zonas montañosas con alto régimen pluviométrico y con terracerías de tipo plástico, la conservación es demasiado
costosa ya que tiende a incrustarse el material en la terracería, por lo que se recomienda mejorar esta última capa con cal o cemento en un espesor de aproximadamente 15 centímetros, para provocarle mayor dureza y después colocar el revestimiento, que podría ser un material pétreo seleccionado, con este tipo de mejoramiento se provoca una cierta dureza que evita que la terracería absorba el revestimiento.
En las zonas desérticas donde se tienen materiales duros pero inertes, si empleamos el material en esas condiciones es
probable que el transito desaloje hacia las orillas el material, formando ondulaciones longitudinales y transversales haciendo incomodo el transitar por ellas. En estos casos se mezcla emulsión asfáltica con el pétreo en una proporción de 60 a 80 litros/m^3 y una vez extendido y compactado se aplica un poreo regando superficialmente 2 litros/m^2 de emulsión asfáltica, para después cubrirla con arena y con esto tapar los huecos que pudieran quedar, cumpliendo una función de sello.
En las regiones costeras la superficie de rodamiento se construye mezclando arena con emulsión asfáltica en una
proporción de 120 a 140 litros/m^3 de arena, sin necesidad en este caso de poreo posterior ya que la granulometría de la arena sella los probables huecos que se tengan.
Existe infinidad de alternativas y soluciones, siendo la más adecuada, la que resulte más económica y funcional, pensando en emplear materiales propios de la zona donde se está efectuando el revestimiento, utilizando materiales tales como conchillas, arcillas calcinadas, etc. Cuestionario a) Defina que es pavimento y su clasificación.
b) Explique las características del pavimento flexible. c) Mediante un esquema indique y explique las capas que componen un pavimento rígido.
d) A que llamamos terracerías. e) Cuando se va a construir un camino que presente un (TPDA) mayor a 5000 vehículos, indique, cual es la
estructuración de un pavimento flexible. f) Dibuje una sección tipo de carretera en TERRAPLEN, indicando sus partes estructurales; incluya las capas de
un pavimento rígido. g) Dibuje una sección tipo de carretera en CORTE, indicando sus partes estructurales de un pavimento flexible.
h) Mencione los elementos o capas que integran las Terracerías. i) Indique las funciones del cuerpo del terraplén.
j) Indique las normas mínimas que deben cumplir los materiales para poder ser utilizados en el cuerpo del terraplén.
k) Defina la capa base.
l) Indique las funciones de la capa sub-base de un pavimento. m) Indique las funciones de la capa base y subrasante de un pavimento. n) Que es un revestimiento e indique su norma SCT, haciendo un breve resumen.
