Pavimentos Flexibles: Los pavimentos para carreteras y vías urbanas son estructuras viales multicapa, es decir, están constituidos por un conjunto de capas superpuestas relativamente horizontales compuestas por materiales seleccionados. Estas estructuras son diseñadas para soportar las cargas impuestas por el tránsito y por las condiciones ambientales (función estructural).
Asimismo, deben diseñarse con el fin de ofrecer un paso cómodo, seguro y confortable al parque automotor que se imponga sobre su superficie en determinado período de tiempo (objetivo funcional).
Las cargas dinámicas de los vehículos que transitan sobre estas estructuras producen en las interfaces de las capas esfuerzos cíclicos y deformaciones verticales, horizontales y de corte. El pavimento se soporta sobre una subrasante natural o sobre una plataforma, que puede ser la subrasante mejorada, estabilizada, o un terraplén, que se denomina capa de conformación.
Todos los Tipos de PAVIMENTOS
De manera general, se pueden considerar las siguientes familias de pavimentos:
- Pavimentos flexibles.
- Pavimentos con capas asfálticas gruesas.
- Pavimentos con capas tratadas con ligantes hidráulicos.
- Pavimentos con estructuras mixtas.
- Pavimentos con estructuras inversas.
- Pavimentos rígidos.
- Pavimentos articulados o en adoquín.
- Pavimento semirrígido
Pavimentos flexible
Las estructuras de pavimento del tipo flexible pueden ser definidas como estructuras viales conformadas por una capa asfáltica apoyada sobre capas de menor rigidez, compuestas por materiales granulares no tratados o ligados (base, subbase, afirmado y en algunos casos subrasante mejorada o material de conformación), que a su vez se soportan sobre el terreno natural o subrasante (ver figura A).
Los esfuerzos que generan las cargas vehiculares se disipan a través de cada una de las capas de la estructura de tal forma que, al llegar a la subrasante, la resistencia mecánica del suelo que la compone debe ser capaz de resistir dicho esfuerzo sin generar deformaciones que permitan el deterioro funcional o estructural de la vía.
Adicionalmente, cada una de las capas de la estructura debe resistir la influencia del medio ambiente. La capa asfáltica en un pavimento flexible está conformada por la carpeta de rodadura, la base intermedia y la base asfáltica; sin embargo, esta capa puede estar constituida únicamente por la capa de rodadura cuando los niveles de tránsito son bajos. Las principales funciones de la capa asfáltica son las siguientes:
- Estructural. Esta capa debe estar diseñada y construida de tal forma que sea resistente a los fenómenos de fatiga y acumulación de las deformaciones permanentes inducidas por las cargas cíclicas vehiculares que se repiten en el tiempo. Adicionalmente, debe resistir los efectos del clima.
- Funcional. Esta capa recibe de manera directa las cargas que circulan sobre la superficie del pavimento; por lo tanto, debe estar diseñada y construida de tal manera que permita la circulación cómoda y segura del parque automotor durante su vida útil (serviciabilidad).
- Impermeabilización. Esta capa impide la penetración directa del agua a las capas subyacentes, restringiendo la pérdida de resistencia al corte que pueden experimentar las capas granulares de base y subbase, así como la subrasante cuando se incrementa el grado de saturación de los materiales que la conforman .
Cada una de las capas que componen la carpeta asfáltica están compuestas por mezclas asfálticas, las cuales a su vez se componen de materiales granulares (agregado pétreo) seleccionados, ligados con un material asfáltico o asfalto. Estas mezclas están conformadas por agregados pétreos con granulometría y requisitos mínimos de calidad diferentes. Asimismo, presentan diferencias en cuanto a su función dentro de la estructura del pavimento y al tipo de material asfáltico o ligante que utilizan.
Pavimentos con capas Asfálticas Gruesas
Este tipo de estructura de pavimento se compone de una capa de rodadura asfáltica apoyada sobre materiales tratados con ligantes asfalticos (capa asfáltica gruesa). A su vez, dependiendo del tipo de subrasante, esta capa asfáltica gruesa se apoya sobre una subrasante mejorada, una capa de conformación o directamente sobre el terreno natural (ver figura B).
La rigidez y la resistencia a la tensión de las capas construidas con materiales asfalticos permiten que los esfuerzos verticales se repartan en el sentido horizontal y, en consecuencia, el esfuerzo vertical en la subrasante disminuye. Los esfuerzos inducidos por las cargas rodantes producen esfuerzos de flexo-tensión en la fibra inferior de las capas asfálticas. Los esfuerzos en el suelo de subrasante generalmente son bajos, de tal forma que no suelen producirse deformaciones permanentes en la superficie antes de que se presente la rotura por fatiga de las capas asfálticas.
Pavimentos con capas tratadas con Ligantes hidráulicos
Están compuestos por una capa de rodadura asfáltica apoyada sobre un soporte de materiales tratados con ligantes hidráulicos en una o dos capas (base y subbase) (ver figura C). Teniendo en cuenta la rigidez de los materiales tratados con ligantes hidráulicos, los esfuerzos verticales transmitidos al soporte del pavimento son bajos.
Por el contrario, los esfuerzos en tracción por fatiga por carga que deben soportar las capas ligadas con cementantes hidráulicos son altos y son determinantes en el diseño del espesor de la estructura. Las capas tratadas con ligantes hidráulicos están sometidas a retracción por fraguado del material.
Lo anterior induce a fisuras en la dirección transversal del material. Generalmente, estas son individuales en el momento de su aparición pero posteriormente se ramifican debido al tráfico. Por lo anterior, en este tipo de estructuras se deben tomar medidas constructivas para minimizar este inconveniente.
Estructuras de pavimentos mixtas.
Este tipo de estructura está constituida por una capa asfáltica (capa de rodadura + base asfáltica), apoyada sobre una capa granular tratada o ligada con materiales hidráulicos (ver figura D). En las estructuras mixtas se recomienda que el espesor de la capa asfáltica sea igual al de la capa tratada con cementantes hidráulicos. Esto con el fin de dar a la estructura de pavimento un espesor de capa asfáltica adecuado que evite que el calcado de fisuras que se genera en la capa tratada con cementante hidráulicos por retracción durante el proceso de fraguado llegue a la superficie. Pavimentos flexibles
La capa de materiales tratados con ligantes hidráulicos cumple con el oficio de subbase, y su función, considerando su gran rigidez, es la de disipar los esfuerzos verticales que se transmiten al suelo de subrasante. Esta capa permite garantizar que las deformaciones de la carpeta asfálticas sean bajas. Las capas asfálticas (generalmente son gravas bituminosas) cumplen con varios oficios. En primer
lugar, estas capas permiten la buena regularidad del pavimento.
Además, tienen la función de retardar la aparición en la superficie de las fisuras transversales que se originan en la capa tratada con ligantes hidráulicos durante el proceso de retracción por fraguado. En una primera fase del funcionamiento de la estructura del pavimento, las distintas capas están ligadas, y la capa tratada con ligante hidráulico está sometida a fatiga por carga por flexión.
Luego, por efecto de los movimientos de dilatación diferencial entre la grava bituminosa y la grava tratada con ligantes hidráulicos y por la acción del tráfico, la adherencia de estas capas se rompe en ciertas zonas. Esto lleva a elevar los esfuerzos de tracción en la capa de grava bituminosa que ocasiona la falla total de la estructura por fatiga al final de su vida de servicio. Pavimentos flexibles
Estructura de pavimento rígido.
Este tipo de estructura está compuesta generalmente por una capa o losa de concreto hidráulico de 18 a 30 cm de espesor, soportada sobre una capa granular no tratada o estabilizada con cementantes hidráulicos. La descripción de este tipo de estructura y un perfil típico se presenta en la figura E. Debido al valor del módulo elástico elevado del concreto, los esfuerzos inducidos por el tráfico son esencialmente atenuados en flexión por la losa de concreto, y los esfuerzos de compresión se distribuyen en un área amplia y se transmiten al suelo en magnitudes muy pequeñas.
Un pavimento rígido se construye a partir de hormigón de cemento o losas de hormigón armado. Las carreteras de hormigón lechado están en la categoría de pavimentos semirrígidos. El diseño del pavimento rígido se basa en proporcionar una losa de hormigón de cemento estructural de resistencia suficiente para resistir las cargas del tráfico. El pavimento rígido tiene rigidez y alto módulo de elasticidad para distribuir la carga en un área relativamente amplia de suelo. Pavimentos flexibles
Las variaciones menores en la resistencia de la subrasante tienen poca influencia en la capacidad estructural de un pavimento rígido. En el diseño de un pavimento rígido, la resistencia a la flexión del hormigón es el factor principal y no la resistencia de la subrasante. Debido a esta propiedad del pavimento, cuando la subrasante se desvía debajo del pavimento rígido, la losa de hormigón es capaz de puentear sobre las fallas localizadas y las áreas de soporte inadecuado de la subrasante debido a la acción de la losa.