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“Año del Bicentenario, de la consolidación de nuestra Independencia, y de la conmemoración de las heroicas batallas de Junín y Ayacucho”.
UNIVERSIDAD NACIONAL INTERCULTURAL DE LA SELVA
CENTRAL “JUAN SANTOS ATAHUALPA”
FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL
MAQUINAS Y EQUIPOS
MONOGRAFÍA
“ PAVIMENTOS FLEXIBLES Y RIGIDOS ”
CATEDRÁTICO: Ing. Wilson Amado Chacaltana Vásquez ESTUDIANTE: ➢ Brener Martinez Johan Michael. ➢ Eulogio Aquino Emely Enury. Chanchamayo – Perú 2024
1. INDICE
1. INTRODUCCIÓN
Desde los senderos hechos a fuerza de paso, hasta las grandes carreteras de concreto, el hombre ha modificado su entorno de acuerdo con las necesidades de su tiempo. Actualmente, en la era de las comunicaciones, la necesidad de construir caminos más fuertes y más seguros intensifica su mirada en el concreto, material de grandes posibilidades para el desarrollo de los caminos en el mundo contemporáneo. La historia de las modernas técnicas de construcción de caminos y puentes tiene sus inicios alrededor de 1850, con Tressaguet en Francia y John Metcalfe en el Reino Unido, quienes desarrollaron un método de construcción con base en la colocación de piedras largas, limitadas por piedras de tamaño progresivamente más pequeño. Este tipo de caminos, junto con otros realizados con piedras, grava y arena, fueron diseñados para los bajos volúmenes y velocidades de los primeros vehículos, hasta que la industria automotriz, al ir creciendo a pasos agigantados, fue demandando mejores carreteras y caminos urbanos. El reto, entonces, era buscar un material que resistiera pesadas cargas de manera eficiente y duradera: la solución se tradujo en lo que ahora llamamos la construcción de caminos pavimentados. Fue John Loundon MacAdam, a principios del siglo XIX quien desarrolló el sistema notablemente más económico que se usa en la actualidad. En este trabajo monográfico se desarrollarán en forma concisa los conceptos básicos sobre pavimentos, para tener una idea general de los tipos de pavimentos, así como de los principales elementos que conforman el pavimento. Asimismo, se describirá brevemente cada uno de los factores o parámetros necesarios para el diseño de pavimentos según el método AASHTO.
2. OBJETIVOS
2.1 Objetivo General
▪ Analizar y comparar las características, ventajas, desventajas, y aplicaciones de los pavimentos flexibles y rígidos, con el fin de proporcionar una base técnica y científica que permita seleccionar el tipo de pavimento más adecuado según las necesidades de diseño y condiciones de uso.Analizar el papel de las maquinarias en la industria de la construcción
2.2 Objetivos Específicos
▪ Describir los conceptos básicos de los pavimentos flexibles y rígidos. ▪ Comparar las propiedades mecánicas de los pavimentos flexibles y rígidos. ▪ Examinar las metodologías de diseño de pavimentos. ▪ Evaluar las aplicaciones prácticas de los pavimentos flexibles y rígidos. ▪ Proporcionar recomendaciones para la selección del tipo de pavimento.
4. PAVIMENTOS
4.1 Definición de pavimentos
Se llama pavimento al conjunto de capas de material seleccionado que reciben en forma directa las cargas del tránsito y las transmiten a los estratos inferiores en forma disipada, proporcionando una superficie de rodamiento, la cual debe funcionar eficientemente. Las condiciones necesarias para un adecuado funcionamiento son las siguientes: ➢ Proporcionar al tránsito de vehículos una superficie de rodamiento cómoda, segura, uniforme y permanente, conforme a su vida de proyecto y con el mantenimiento adecuado. ➢ Deben resistir los esfuerzos generados por el paso de vehículos difundiéndolos de manera que la magnitud de las solicitaciones que se transmitan a las terracerías sean inferiores a la resistencia de estos materiales. ➢ Deben ser capaces de resistir la acción del medio ambiente, sobre todo a la acción del agua y las temperaturas extremas. La construcción de carreteras es clave para conectar comunidades, fomentar el comercio y facilitar el transporte de personas y bienes. Este tipo de construcción requiere maquinaria eficiente y diseñada para trabajar en áreas extensas. Además, la calidad es crucial para garantizar la durabilidad y seguridad de las vías construidas.
4.2 Características
4.2.1 Funcional
PSI, (índice de servicio actual del pavimento), es un indicador de las características funcionales del pavimento, es un indicador de como califican los usuarios el pavimento. Las características funcionales son: ▪ Regularidad superficial. - Está referida a las deformaciones, tanto longitudinales como transversales, con respecto a la superficie ideal. Provoca movimientos verticales en la
suspensión de los vehículos y por lo mismo la que genera más incomodidad a los usuarios y a su vez la que más afecta a los costos de operación vehicular. Afecta también en la seguridad ya que las deformaciones pueden provocar descontrol al conductor además de dificultar el desalojo de agua de la superficie de rodamiento con lo cual se incrementa el riesgo de acuaplaneo. ▪ Resistencia al derrapamiento. - La textura de la superficie de rodamiento debe ser tal que aporte un coeficiente de fricción suficiente para la operación eficiente de los vehículos a la velocidad de proyecto de la vía aún en presencia de precipitaciones. ▪ Drenaje superficial. - La combinación de regularidad superficial, pendiente transversal y textura debe evitar que se presente una lámina de agua en la superficie del pavimento, ya que esta facilita el fenómeno de acuaplaneo además de que el rocío que generan las llantas de un vehículo al circular reducen la visibilidad de los que lo siguen. ▪ Reducir el ruido. - El ruido es un problema ambiental que genera problemas serios en la salud, un pavimento bien diseñado y construido puede reducir el ruido de manera considerable el ruido que se percibe tanto en el interior de los vehículos como en su entorno.
4.2.2 Seguridad
Proporcionar seguridad a los vehículos (que no se deslice el vehículo), que halla suficiente tracción en los vehículos y que las llantas no se deslicen.
4.2.3 Estructural
Se refieren a las propiedades, sobre todo mecánicas de los materiales que conforman la estructura del pavimento. Por ejemplo la distribución de los esfuerzos que aplican las llantas para que no haga fallar la subrasante.
5. TIPOS DE PAVIMENTO Y PROCESO DE CONSTRUCCION
5.1 Pavimentos rígidos
Un pavimento de concreto o pavimento rígido consiste básicamente en una losa de concreto hidráulico colocada sobre la sub-rasante, la cual tiene la doble función de proporcionar las características tanto estructurales como funcionales al pavimento. La losa, debido a su rigidez y alto módulo de elasticidad, absorbe gran parte de los esfuerzos que se ejercen sobre el pavimento lo que produce una buena distribución de las cargas de rueda, dando como resultado tensiones muy bajas en la sub-rasante.
5.1.1 Elementos de los pavimentos rígidos o de concreto
Los elementos que conforman un pavimento rígido son: sub-rasante, sub-base y la losa de concreto. A continuación, se hará una breve descripción de cada uno de los elementos que conforman el pavimento rígido.
a) Sub-rasante La sub-rasante es el soporte natural, preparado y compactado, en la cual se puede construir un pavimento. La función de la sub-rasante es dar un apoyo razonablemente uniforme, sin cambios bruscos en el valor soporte, es decir, mucho más importante es que la sub- rasante brinde un apoyo estable a que tenga una alta capacidad de soporte. Por lo tanto, se debe tener mucho cuidado con la expansión de suelos. b) Sub-base La capa de sub-base es la porción de la estructura del pavimento rígido, que se encuentra entre la sub-rasante y la losa rígida. Consiste de una o más capas compactas de material granular o estabilizado; la función principal de la sub-base es prevenir el bombeo de los suelos de granos finos. La sub-base es obligatoria cuando la combinación de suelos, agua, y tráfico pueden generar el bombeo. Tales condiciones se presentan con frecuencia en el diseño de pavimentos para vías principales y de tránsito pesado. Entre otras funciones que debe cumplir son:
5.1.2 Tipos de pavimentos rígidos
a) Pavimentos de concreto simple con juntas No contiene armadura en la losa y el espaciamiento entre juntas es pequeño (entre 2.50 a 4.50 metros ó 8 a 15 pies). Las juntas pueden o no tener dispositivos de transferencia de cargas (dovelas). Sin pasadores : Son pavimentos que no presentan refuerzo de acero ni elementos para transferencia de cargas, ésta se logra a través de la trabazón (interlock) de los agregados entre las caras agrietadas debajo de las juntas aserradas o formadas. Para que esta transferencia sea efectiva, es necesario que se use un espaciamiento corto entre juntas. Están constituidos por losas de dimensiones relativamente pequeñas, en general menores de 6 m de largo y 3.5 m de ancho. Los espesores varían de acuerdo al uso previsto. Por ejemplo, para calles de urbanizaciones residenciales, éstos varían entre 10 y 15 cm, en las denominadas colectoras entre 15 y 17 cm. En carreteras se obtienen espesores de 16 cm. En aeropistas y autopistas 20 cm o más. Este tipo de pavimento es aplicable en caso de tráfico ligero y clima templado y generalmente se apoyan directamente sobre la sub-rasante.
Con pasadores: Los pasadores (dowels) son pequeñas barras de acero liso, que se colocan en la sección transversal del pavimento, en las juntas de contracción. Su función estructural es transmitir las cargas de una losa a la losa contigua, mejorando así las condiciones de deformación en las juntas. De esta manera, se evitan los dislocamientos verticales diferenciales (escalonamientos). Según la Asociación de Cemento Portland (PCA, por sus siglas en ingles), este tipo de pavimento es recomendable para tráfico diario que exceda los 500 ESALs (ejes simples equivalentes), con espesores de 15 cm o más. b) Pavimentos de concreto reforzado con juntas Tienen espaciamientos mayores entre juntas (entre 6.10 y 36.60 metros ó 20 a 120 pies) y llevan armadura distribuida en la losa a efecto de controlar y mantener cerradas las fisuras de contracción.
e) Pavimentos de Concreto Compactado con Rodillos Su regularidad superficial es deficiente por lo que son más empleados en caminos mineros, madereros, etc.
5.1.3 Materiales necesarios para la elaboración de una estructura de pavimento
de concreto hidráulico.
a) Cemento El cemento a utilizar para la elaboración del concreto será preferentemente Portland, de marca aprobada oficialmente, el cual deberá cumplir lo especificado en las normas NMX
- C- 414 - 1999 - ONNCCE. b) Agua El agua que se emplee en la fabricación del concreto deberá cumplir con la norma NMX- C-122, debe ser potable, y por lo tanto, estar libre de materiales perjudiciales tales como aceites, grasas, materia orgánica, etc. c) Materiales pétreos Estos materiales se sujetarán al tratamiento o tratamientos necesarios para cumplir con los requisitos de calidad que se indican en cada caso, debiendo el contratista prever las características en el almacén y los tratamientos necesarios para su ulterior utilización. d) Aditivos Deberán emplearse aditivos del tipo “D” reductores de agua y retardantes con la dosificación requerida para que la manejabilidad de la mezcla permanezca durante dos (2) horas a partir de la finalización del mezclado a la temperatura estándar de veintitrés
grados centígrados (23° C) y no se produzca el fraguado después de cuatro (4) horas a partir de la finalización del mezclado. e) Concreto El diseño de la mezcla, utilizando los agregados provenientes de los bancos ya tratados, será responsabilidad del productor de concreto quien tiene la obligación de obtener la resistencia y todas las demás características para el concreto fresco y endurecido, así como las características adecuadas para lograr los acabados del pavimento. f) Membrana de Curado Para el curado de la superficie del concreto recién colada deberá emplearse una Membrana de Curado de emulsión en agua y base parafina de color claro, el que deberá cumplir con los requisitos de calidad que se describen en la normas ASTM C171, ASTM C309, Tipo 2, Clase A, AASHTO M 148, Tipo 2, Clase A, FAA Item P- 610 - 2.10. Este tipo de membranas evitan que se tapen las esperas de los equipos de rociado. g) Acero de refuerzo El acero de refuerzo necesario para la construcción del pavimento se utiliza en las juntas, ya sea como pasadores de cortante o pasajuntas o como barras de amarre para mantener los cuerpos del pavimento unidos. h) Sellador para juntas El material sellante para las juntas transversales y longitudinales deberá ser elástico, resistente a los efectos de combustibles y aceites automotrices, con propiedades adherentes con el concreto y que permita las dilataciones y contracciones que se presenten en las losas de concreto sin degradarse, debiéndose emplear productos a base de silicona, poliuretano - asfalto o similares, los cuales deberán ser autonivelantes, de un solo componente y solidificarse a temperatura ambiente.
En los sitios previstos para las juntas transversales de contracción se fijan a la superficie canastas metálicas con varillas lisas de diámetro, longitud y separación según diseño, colocadas a una altura igual a la mitad del espesor de las losas. ➢ Las varillas se deben colocar en correspondencia con la junta transversal del carril contiguo. ➢ Se debe asegurar la perfecta alineación de las varillas en la canasta, para prevenir daños posteriores en la junta. Instalación de canastas sobre lámina plástica impermeable: Si se desean minimizar los esfuerzos de tracción en el concreto durante la etapa de fraguado, así como las posibilidades de que se produzca “bombeo”, se coloca una lámina impermeable sobre el soporte del pavimento. Instalación de varillas de amarre: Cuando se va a trabajar con una máquina que permite pavimentar dos carriles al tiempo, las varillas de amarre se colocan en la posición prevista para la junta longitudinal. Formaletas fijas para la construcción del pavimento: Las formaletas, generalmente metálicas, deben tener una altura igual al espesor de diseño del pavimento y se deben anclar firmemente al soporte para resistir el empuje lateral del concreto fresco y ofrecer apoyo al equipo de pavimentación, cuando se trate de rodillos vibratorios o de reglas.
5.1.6 Construcción del pavimento rígido
Descarga y distribución manual del concreto: La descarga del concreto debe ser lo más baja posible para prevenir su segregación. A continuación, el concreto es esparcido en el ancho de la franja por pavimentar.
Pavimentación con regla: El concreto no debe sobrepasar los bordes de la formaleta, pues la regla no está diseñada para empujar el concreto. Si la regla no es vibratoria, el concreto se deberá vibrar antes del paso de la regla. Construcción con rodillo vibratorio: Equipo conformado por uno o más rodillos lisos que giran accionados por un motor, en la dirección opuesta a la cual son empujados. Al ser empujados sobre la formaleta, los rodillos extienden, compactan y alisan el concreto. Colocación del concreto con pavimentadora de formaleta deslizante: La pavimentadora se desplaza sobre orugas controladas por sensores láser orientados por hilos colocados previamente por una comisión de topografía. ➢ La pavimentadora distribuye el concreto en todo el ancho de construcción por medio de un tornillo sinfín. ➢ La máquina dispone de una batería de vibradores, de amplitud y frecuencia variables, que eliminan el aire atrapado en la mezcla y ayudan a distribuirla adecuadamente. ➢ Después de vibrado, el concreto pasa a la formaleta deslizante, la cual está compuesta por láminas verticales paralelas al sentido de desplazamiento de la pavimentadora y una placa superior que determina el espesor de la capa por colocar. Vibrado y nivelación: Una vez extendido el concreto e insertadas las varillas, una llana flotadora sella los poros y restablece la textura de la superficie del pavimento.
