Tipos de fallas en el pavimento

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BERMAS

Son franjas que flanquean pavimento de calzadas. Pavimentadas, tratadas superficialmente o constituidas por grava, chancado o Césped.

Si la carretera tiene una sola calzada, las bermas tienen Anchos iguales. En carreteras unidireccionales con calzadas separadas existirán Bermas interiores y exteriores en cada calzada, las primeras de ancho inferior.

Las Bermas cumplen 4 funciones básicas:

Proteger el pavimento y capas inferiores de la erosión y la Inestabilidad.

Permitir detenciones ocasionales.

Asegurar luz libre lateral que actúa sicológicamente sobre Conductores, aumentando capacidad de la vía.

Ofrecer espacio adicional para maniobras de emergencia.

Bermas deben tener ancho que permita al menos cumplir Función de protección del pavimento, mínimo de 0,50 m.

A medida  que crece la Velocidad y los volúMenes de diseño, también crecen las bermas, hasta un ancho Máximo de 2,50 m. Lo que permite el estacionamiento de vehículos sin afectar el Tránsito de paso.

Las Bermas deben tener inclinación para drenaje rápido de Aguas lluvias que caen sobre ellas y las que llegan desde la calzada.

SOBREANCHOS DE COMPACTACIÓN, (S. A. C.)

Plataforma debe contar con sobreancho que permita Compactación uniforme de la Berma, sin riesgos para el operador.

Además, el s. A. C. Cumple función defensora de berma y Proporciona soporte lateral y provee espacios para barreras, señalización e Iluminación.

Se considera aceptable que el s. A. C. Tenga un mínimo Absoluto de 0,50 m.

Sin embargo, donde se prevea iluminación conjuntamente con Barrera de seguridad, el ancho deberá aumentarse según carácterísticas del Proyecto.

OBRAS DE PROTECCIÓN DE TALUDES

Los Taludes, en terraplén o corte, están expuestos a agentes Erosivos naturales: el agua principalmente cae directamente en ellos o en Superficies adyacentes y corre a mayor velocidad, a mayor altura del talud.

Soleras, fosos y contrafosos: elementos que controlan y Encauzan flujo de aguas. Se proyectan según imperativos hidráulicos y la Mecánica de suelos.

Las plantaciones, (docas, hidrosiembras, etc.) son Protecciones complementarias contra la erosión.

LAS SOLERAS

Presentan dimensión vertical y se ubican en algún punto de La sección transversal de la Plataforma.

Zonas Urbanas o suburbanas: embellecimiento, demarcación de La vía y canalización de vehículos

Zonas Rurales: Evitar caída de agua por los taludes de Terraplenes altos, llevándolas longitudinalmente hacia bajantes diseñados para Ello.

LOS FOSOS

Canales laterales paralelos al pie de terraplenes y los Protegen de aguas superficiales provenientes de la carretera o del terreno Adyacente.

El Foso puede estar apegado al pie del terraplén por Espacio. Así, el talud del terraplén es el mismo del Foso. Si el terraplén es Bajo, el Foso circular amplio otorga mayor seguridad.

Para evitar socavamientos del terraplén o llegada de Materiales de arrastre, se deja espacio libre de al menos dos metros entre el Pie del terraplén y el foso. Lo mismo por el exterior del foso, (limpieza, Instalación de servicios).

Los Fosos pueden ser circulares, triangulares, trapezoidales O rectangulares. Revestidos o no.

Todas las condiciones anteriores dependen de la topografía, De los espacios disponibles en la faja, de los caudales, etc.

Deben ser de una profundidad al menos de 0,50 m bajo cota de Subrasante más cercana de la plataforma.

Los Fosos, por lo general, vierten hacia cauces Preexistentes o hacia pozos drenantes. Deben considerarse obras de disipación Y/o encauzamientos por el aporte mayor hacia estos cauces.

(Lámina 3.303.401.A)

LOS CONTRAFOSOS 

Son canales por sobre cota de coronamiento del corte para Evitar llegada de importantes cantidades de agua y arrastres a los taludes de Corte de una carretera.

Influyen en los límites de obra, porque la topografía obliga A alejarlos del coronamiento del corte o porque este alejamiento es necesario Para evitar derrumbes por infiltración. Se requiere una amplia Faja de Expropiación.

SECCIONES ESPECIALES

Las carreteras a su paso bajo estructuras, sobre ellas o por El interior de túneles, pueden ver afectadas sus secciones transversales. Calzadas no deben alterarse en sus dimensiones. Sólo las bermas pueden Reducirse en algunos casos, (puentes y túneles largos). En pasos inferiores, Sólo se podrá modificar cunetas.

En Pasos bajo Nivel la Plataforma no debe alterarse. Espacios libres laterales y verticales, (altura), por visibilidad y gálibo. Considerar futuras ampliaciones.

Distancias libres laterales: 1,80 m entre borde de calzada Hasta un obstáculo, (estribo, muro, pilar, barrera, solera, etc.). Valor mínimo Absoluto si obstáculos están a la derecha del flujo vehicular y mínimo deseable Si es a la izquierda.

En calzadas unidireccionales, el mínimo absoluto puede ser 1,20 m.

Las distancias libres en vertical, (altura), deben ser de 4,5 m en todo el ancho útil de la Plataforma, (calzada y bermas).

FAJA AFECTADA O DERECHO DE VÍA

Un proyecto carretero afecta derechos de propiedad de una Faja de terreno y los derechos de uso de franjas adyacentes a cada lado de la Carretera. La regulación de este uso es materia de ley y sus dimensiones Transversales dependen de la Categoría de la vía y deben garantizar el buen Funcionamiento de la obra, considerando fases futuras.

Los límites de obra se tienen una vez definido 100 % el Proyecto, estructura básica y los elementos externos y huelgas que convenga Dejar. Así los límites de expropiación pueden coincidir con límites de obra o Ser externos a ellos.

El ancho teórico de expropiación y el de faja afectada varía De un punto a otro del trazado. Depende  De:

Diferencia de cota entre rasante y terreno

Inclinación taludes de cortes, (tipo de suelo)
.

Existencia de elementos externos al cuerpo principal, (caminos de servicio, fosos, contrafosos, etc.)

Ver Tabla 3.307.3.A “Anchos de Expropiación Tipo”

LEY DE EXPROPIACIONES

El término Plataforma se utiliza para designar genéricamente La zona común a la infraestructura y súperestructura de un camino.

Infraestructura: terreno natural modificado

Súperestructura: Estructura del pavimento, Bases y carpeta De rodadura.

El Diseño estructural de la Plataforma debe asegurar Estabilidad de cortes y terraplenes y dimensionar las capas de suelos Seleccionados o tratados y que, en conjunto con la carpeta de rodadura, deberán Soportar las solicitaciones de tránsito.

El proyectista debe dar máxima importancia al diseño de la Infraestructura, pues si ésta colapsa por asentamiento o por deslizamiento, de Nada sirve el dimensionamiento cuidadoso del pavimento, (súperestructura).

Factores que intervienen en la estabilidad de la Infraestructura:

Agua en terreno de fundación

Fundación de Terraplenes

El Terraplén mismo

El Corte

AGUA EN TERRENO DE FUNDACIÓN

Del agua que precipita sobre un terreno:

Una parte escurre en superficie

Otra parte se evapora y

Otra se infiltra en terreno.

Depende de:

Pendiente del terreno

Tipo de suelo

Vegetación

Clima.

El agua que escurre erosiona terreno hasta conectarse con Arroyo, estero o río.

La que infiltra penetra el suelo hasta estrato impermeable Formando nivel freático.

Cuando el agua freática aflora o es poco profunda, el terreno Es pantanoso. Si está a relativa profundidad, pero terreno o suelo es fino y de Alta capilaridad, el agua puede ascender perjudicando terracería y pavimento.

LA PLATAFORMA                         

Algunos efectos En el suelo de cimentación por cambios en agua freática y capilar:

ØResistencia al Corte: Se destruye tensión Superficial entre granos del suelo y se pierde cohesión aparente y estabilidad. Aumenta el peso volumétrico de la masa de suelo. Agua disuelve cementantes Naturales.

ØUniformidad de acción: Los movimientos y Variaciones de agua freática y sus efectos nunca son uniformes y el suelo de Cimentación tiene diferente comportamiento.

ØCambios de Volumen: En suelos expansivos, Los cambios de humedad generan cambios de volumen perjudiciales.

LA PLATAFORMA                          

ØHeladas: En suelos susceptibles de Heladas, la presencia de agua es peligrosa por los cambios de volumen y Resistencia provocados por ciclos de hielo-deshielo.

ØPavimento:
El agua en base de pavimento de Hormigón puede destruirlo por la erosión por surgencia al paso de vehículos, (pumping), y en pavimentos de asfalto, por desplazamiento de película de Asfalto de las partículas.

ØErosión: El escurrimiento superficial Puede producir erosiones en la obra vial y terreno de cimentación. Se debe Proyectar drenaje superficial de las aguas.

ØSi el terraplén está bien compactado y el Suelo no falla por fuerzas de corte, entonces las deformaciones y hundimientos De la rasante se deben a asentamientos por compresibilidad y/o consolidación Del suelo.

ØEn suelos finos saturados, la sobrecarga Del terraplén induce disminución de huecos, y el agua atrapada percola Lentamente. Este proceso puede durar años y su efecto es desastroso para Caminos, pues se requerirá frecuentes repavimentaciones.

ØLos asentamientos pueden causar los Siguientes daños:

LA PLATAFORMA                          

ØPérdida de bombeo debido a la mayor Presión ejercida por el terraplén en su eje que en los bordes.

ØAsentamientos diferenciales en dirección Longitudinal por heterogeneidades en suelo de cimentación. Perjudica la Funcionalidad del camino, del pavimento y alteran drenaje superficial.

ØDescenso de rasante. Grave en zonas Inundables.

ØAgrietamientos en corona del terraplén.

ØPérdida de adecuada transición entre Terraplenes de acceso y estructuras de puentes y alcantarillas.

DISEÑO DE LA SÚPERESTRUCTURA

ØSu diseño supone estudio previo de obra Básica –cortes y terraplenes- para asegurar Plataforma estable, Subrasante, Sobre la que se apoyan la capas de la estructura del pavimento.

ØLa definición de las carácterísticas y Espesores de estas capas destinadas a soportar las solicitaciones del tráfico y A limitar el traspaso de esfuerzos a la subrasante, corresponde al diseño de la Súperestructura.

LA PLATAFORMA                           

El propósito Básico del diseño es el de configurar una súperestructura con una carpeta de Rodado que provea circulación vehicular segura y cómoda durante un tiempo Predeterminado.

Importante es la Elección de la calidad y espesor de las capas horizontales que forman la Súperestructura, (calidad/economía). Así, se colocan capas de calidad Decreciente con la profundidad pues disminuye la solicitación.

MÉTODOS DE DISEÑO

Tipos de Métodos: Teóricos, Empíricos y Teórico-empíricos.

Más usado: Métodos Teórico-empíricos que adoptan modelo matemático con resultados Experimentales respecto a las cargas repetidas que producen deformaciones Elásticas provocando fatiga del material y posterior falla del pavimento.

Están basados en Experiencias de AASHTO, PCA y en prácticas nacionales, (LNV).

El ensayo AASHTO Tiene por objeto el estudio del efecto producido por un determinado tráfico en Las diferentes capas de la súperestructura bajo acción repetida de ejes Pesados. Este método se utiliza normalmente en Chile para el diseño de Pavimentos flexibles

TIPOS DE PAVIMENTOS

Clasificación: Flexibles y rígidos.

Flexibles: Sistema de capas cuyas rigideces disminuyen gradualmente desde la subrasante. Interesa las propiedades del suelo de fundación y sus capas.

Rígidos: Losa de Hormigón posee alta rigidez respecto a capas subyacentes.
Subrasante poco Solicitada.

FACTORES DE DISEÑO

PROPIEDADES RESISTENTES DEL SUELO

1.- Capacidad de Soporte: Es la propiedad más importante del suelo para diseño de pavimentos, (flexibles). Se define como “carga por unidad de superficie que no produce más Que una deformación prevista para diversas condiciones de carga”.

2.- Métodos para Evaluar la Resistencia del suelo: para esto se usan ensayos clasificados en Tres grandes grupos:

A)Ensayos de Corte para determinar cohesión Y ángulo de fricción interna del suelo

B)Ensayos de Penetración. Un caso especial Es el ensayo CBR utilizado por LNV según NCh 1852

C)Ensayos de Carga que permiten obtener un Valor conjunto de resistencia del suelo en la zona de influencia

3.- Extensión y Profundidad del Reconocimiento, en base a Calicatas, depende de homogeneidad Del suelo de subrasante, tipo de pavimento, presencia de napa freática y del Clima.

Distancia de las Calicatas en suelos homogéneos entre 150 y 200 m y en suelos variables entre 25 Y 50 m.

La profundidad Depende de tipo de suelo:

  • 0,75 a 1 m: suelos granulares –gravas Y arenas con pocos finos-
  • 1,20 a 1,50 m: suelos finos –limos y Arcillas-
  • 1 a 1,20 m: suelos Granulares-cohesivos formados por gravas y/o arenas con alto porcentaje de Finos

ÍNDICE DE SERVICIABILIDAD

Requerimientos de Un buen pavimento: superficie de rodado con circulación del tráfico con Seguridad, comodidad, velocidad y economía.

El concepto de Serviciabilidad define el comportamiento de un pavimento y fue adoptado para Indicar la habilidad de un pavimento para servir al usuario.

Cuantitativamente Se expresa a través del “Índice de Serviciabilidad”.

En el lapso Llamado “vida de diseño” de un pavimento bien diseñado, el Índice de Serviciabilidad cambia de un cierto valor inicial pi a un valor Final pf. Este último valor es el límite inferior de servicios Deseados.

El pavimento Debe mejorarse en su Serviciabilidad hasta completar su “vida útil” o lapso Durante el cual será utilizado.

Como la Magnitud y tipo de tráfico futuro es incierto, se considera una vida de diseño Menor que la vida útil:


Pavimentos Flexibles:   vida de diseño de hasta 20 Años


Pavimentos Rígidos:   del orden de 20 a 30 años



Inicialmente se Cuantificó la Serviciabilidad de una carretera pidiendo opinión de conductores; Se establece Índice de Serviciabilidad “p” de acuerdo a siguiente calificación:

“p”

Calificación

0 – 1

Muy Mala

1 – 2

Mala

2 – 3

Regular

3 – 4

Buena

4 - 5

Muy Buena

El Índice de Serviciabilidad es un indicador del estado de la superficie de rodado en un Determinado momento y tendrá diferentes valores durante la vida de diseño.

En métodos de Diseño AASHTO es importante la relación de pérdida de serviciabilidad al tiempo “t” con respecto a la serviciabilidad inicial o de construcción.

Desde el punto de Vista del diseño y de evaluación de pavimentos existentes, se debe considerar El Índice de Serviciabilidad en tres niveles o etapas:

a)Valor Inicial :  Es el Índice de Serviciabilidad inicial o de Construcción, pi. En el ensayo AASHTO se usó 4.5 en pavimentos Rígidos y 4.2 en pavimentos flexibles.

B)Valor estimado : Es el Índice de Serviciabilidad después de transcurrido un tiempo de uso t  (pt)

c)Valor Final : Es el Índice de Serviciabilidad final,  pf. Pavimento con alto grado de deterioro como para dejar de prestar servicio Seguro y confortable. En ensayo AASHTO el pavimento se eliminó con índice final De 1.5, o sea, destrucción avanzada.

El Tráfico que Solicitará la estructura del pavimento es mixto:

üVehículos de pasajeros, (automóviles y Camionetas).

üBuses

üCamiones de dos ejes y

üCamiones de más de dos ejes.

Esta Clasificación permite estudiar crecimiento diferenciado para cada grupo de Vehículos.

TRÁFICO SOLICITANTE

La Distribución De las Cargas por Eje se determina por el pesaje de vehículos comerciales Durante al menos tres días y 24 horas diarias para tabular los diferentes tipos De peso por eje.

Los métodos de Diseño AASHTO requieren expresar los diversos pesos por eje en términos de un Común denominador usando factores de equivalencia para transformar los Diferentes estratos de pesos por eje simples y tándem a un solo eje Equivalente.

El factor de Equivalencia es un coeficiente que transforma el daño que produciría en la Estructura del pavimento un determinado peso por eje en el número de veces el Daño que produce  un eje de 8,15 Toneladas en esa misma estructura.

CarácterÍSTICAS CLIMÁTICAS  

Método AASHTO Contempla correcciones por condiciones climáticas, (pav. Flex.). Se debe contar Con estadísticas de pluviometría y temperaturas de la zona.

No se considera Este factor para pav. Rígidos.

En Chile, las Condiciones de clima son benignas, excepto en caminos cordilleranos y zona Austral por penetraciones de heladas mayores a 13 cm

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