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UNIVERSIDAD CENTRAL DE CHILE

Escuela de Obras Civiles y Construcción

Diseño de Pavimentos 

Alejand ro Torres Flores

alejandro.torres@ucentral.cl 

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Estructura básica de un pavimento

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Ingeniería Básica en un

 proyecto vialLa ingeniería básica para un proyecto vial implicalos siguientes aspectos:

Geodesia y Topografía Sistema de posicionamiento global (GPS) , que opera referido alsistema geodésico mundial WGS-84. Permite referenciar los trabajos topográficos. 

Hidrología, Hidráulica y Transporte de Sedimentos Estudios que permiten al proyectista eldiseño de obras como: alcantarillas, puentes, alturas de terraplén, canales, drenaje superficial,drenaje profundo, o cualquier obra que permita sacar las aguas superficiales de la calzada, o

encauzar las aguas que pudieran llegar a la calzada hacia afuera de ésta.Geotecnia Reconocimiento y determinación de las características geotécnicas del áreade emplazamiento del camino. Permite determinar aspectos como capacidad desoporte de los suelos, taludes de corte y terraplén, fundación de estructuras (obras dedrenaje, puentes, etc.) , empréstitos y botaderos de material.

Demanda y características del Tránsito Su función es lograr conjugar los aspectos funcionalesdel diseño del camino con aspectos relacionados con la rentabilidad del proyecto (privada ysocial).

Medioambiente Neutralizar o mitigar las externalidades negativas que se generan enun proyecto vial, sobretodo en sus etapas de construcción y explotación.

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Ingeniería Geotécnica

Rama de la ingeniería civil que estudia laspropiedades hidráulicas y mecánicas engeneral de los materiales provenientes delsubsuelo.

Objetivos Adecuado aprovechamiento de los materialesexistentes en el trazado del camino

Determinar el emplazamiento y las

especificaciones técnicas de cada tipo dematerial

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Mayor exigencia en los trazados Trazados mas “amigables” y seguros implican

un mayor movimiento de tierras. Aspectos medioambientales Aplicación de técnicas para minimizar o mitigar elimpacto producido en el entorno

 Aspectos económicos Desarrollo de técnicas de mejora de suelos de baja

calidad.

 Aprovechamiento de los materiales existentes en el trazado, evitando

cuando es posible, el transporte a botaderos o la explotación de

empréstitos.

Ingeniería Geotécnica

Impactos negativos Disminución calidad del aire y del agua, pérdida ydisminución de calidad de los suelos, alteración del ecosistema, alteracióndel valor paisajista, etc.

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•  Auscultación visual

• Exploración in – situ del subsuelo• Estudios de laboratorio

OBJETIVOS

 –  Estudio de propiedades del suelo para:fundación del pavimento, fundación deestructuras, estabilidad de taludes

 –  Ubicación de empréstitos

 –  Nivel de aguas subterráneas

 –  Ubicación de ductos subterráneas enzonas urbanas (servicios)

 –  Tramificación del proyecto para eldiseño

Estudio del suelo  –  Reconocimiento geotécnico

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CORTES

• Material a escavar• Uso del material a excavar y eventuales tratamientos

• Estabilidad e inclinación del talud de corte

• Calidad del suelo al fondo del corte

• Presencia de nivel freático

TERRAPLENES

 – 

Asentamientos previstos y tratamientos para reducirlos –  Estabilidad e inclinación del talud de terraplén

 –  Erosionabilidad de los materiales

 –  Capacidad de soporte de la plataforma y del cimiento del pavimento

Según el tipo de obra, se deberá analizar conprecisión lo siguiente:

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ESTRUCTURAS

• Tipo de fundación

•  Asentamientos esperados

TRANSICIONES –  Tratamiento de las transiciones terraplén  –  estructura

 –  Tratamiento de las transiciones corte  –  terraplén

BOTADEROS Y EMPRÉSTITOS• Calidad de los materiales existentes

• Cantidad de material que es posible extraer a un precio razonable

• Distancia a la obra

Según el tipo de obra, se deberá analizar conprecisión lo siguiente:

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Ensayos a suelos Realizar unacaracterización objetiva del material,cuantificando sus propiedades.

Condiciones para un ensayo

•Sencillo y rápido en su ejecución.•Repetibilidad (igual resultado ejecutadopor cualquier persona calificada)

•Reproducibilidad (igual resultado

ejecutado en cualquier laboratoriocalificado)

•Bajo costo en relación con el materialensayado

Clasificación de los suelos - Ensayos

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Los ensayos a suelos se pueden clasificar en 3 grupos:

1. Ensayos básicos de identificación, propiedades intrínsecasdel suelo (granulometría y límites de Atterberg)

2. Ensayos complementarios de identificación, que se refierena características del estado natural del suelo (densidadnatural, contenido de humedad, materia orgánica)

3. Ensayos de caracterización del comportamiento,propiedades que el suelo puede alcanzar luego de untratamiento (compactación, estabilización)

Clasificación de los suelos - Ensayos

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Clasificación AASHTO

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CAMINO NUEVO La calidad delterraplén es controlada, ya que éstese construye.

CAMINO EXISTENTE No hay certezadel material del subsuelo, por lo cualse deben hacer prospecciones.

CALICATA  excavación realizada conmaquinaria pequeña a media hasta 3ó 4 m de profundidad como máximo.Permite ver la estratigrafía del suelo,clasificar los diferentes estratos ydeterminar la capacidad de soporte de

cada uno, densidad natural in-situ. 

Estudio del suelo – Reconocimiento geotécnico

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En general, las calicatas se realizan efectuando una prospección

 “barriendo” el camino: 

Estudio del suelo – Calicatas

d

d: 300 – 500 m en camino secundariod: 150 – 250 m en carretera (4 – 5 calicatas por km)

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Estudio de suelos – SONDAJES

• Permite conocer la estratigrafía deun suelo a mas de 5 m deprofundidad

• Su alto costo los relega a casos

excepcionales

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COMPACTACIÓN  

Es importante debido a que

aumenta la capacidad de carga

de los suelos, previene

asentamientos, disminuye los

daños causados por la heladas,

reduce la infiltración de aguas y

los cambios en volumen.

COMPACTACIÓN

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LA COMPACTACIÓN  constituye un tratamiento eficaz y

económico de mejora de los suelos y de otros materiales

para que resistan las solicitaciones con deformaciones

permanentes admisibles.

COMPACTACIÓN

Los materiales que conforman la infraestructura no debenexperimentar asentamientos irregulares, lo que trae consecuenciasnefastas para las estructuras, la infraestructura y el pavimento.

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Para la aplicación de una adecuada compactación, se

debe tener en cuenta lo siguiente:

 – Selección de los materiales más adecuados, considerando

sus propiedades resistentes una vez compactados. – Selección de la maquinaria adecuada para la compactación

estableciendo un proceso detallado, especial cuidado con el

espesor de las capas de suelo a compactar, el número de

pasadas y la humedad óptima de compactación.

 – Controlar paso a paso el proceso de compactación.

COMPACTACIÓN

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Las principales variables que intervienenen el proceso de compactación son:

1. Espesor de la capa compactada

2. Número de pasadas

3. Condiciones atmosféricas

4. Compacidad de la capa subyacente

5. Humedad de compactación

6. Energía de compactación

7. Tipo de suelo

COMPACTACIÓN  –  Variables que intervienenen el proceso

DMCS

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La densidad seca depende de la humedadde compactación.

• A humedades bajas, aumenta la resistenciaal corte, suelo con baja densidad y alto %

de vacíos.• Al aumentar la humedad, disminuye laresistencia del suelo, disminuye la densidadseca, poco % de vacíos (la energía decompactación se comunica al agua y no alaire).

• La humedad óptima se alcanza a la DMCS,para cada tipo de suelo y compactación.

COMPACTACIÓN  –  Humedad decompactación

DMCS

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• Cada tipo de compactación dará

lugar a una relación humedad  –  

densidad seca diferente

• Suelos granulares,

compactación vibratoria; suelos

finos y cohesivos, compactación

por amasado (pata de cabra)• Al aumentar la energía de

compactación, las densidades

son mayores

ENERGÍA DE COMPACTACIÓN

Un suelo con humedad excesiva, noaumenta su densidad con el número depasadas. Por otro lado, cuanto mayorsea la energía de compactación, menorserá la humedad óptima del suelo para

obtener la DMCS