INFRAESTRUCTURA VIAL Y PAVIMENTOS

Introducción

La infraestructura vial incide mucho en la economía de nuestro país por el gran valor que tiene en ésta, pues al alto costo de construccion, mantenimiento o rehabilitación hay que adicionarle también los costos que se derivan por el mal estado de las vías, por eso los nuevos ingenieros que se dediquen a esta rama de la profesión se enfrentaran a un reto muy importante que es el de proporcionar estructuras de pavimentos eficaces con presupuestos cada vez más restringidos.

Referencia

http://www.buenastareas.com/ensayos/Infraestructura-Vial/2123294.html
Dentro del contexto del diseño de pavimentos se acepta que el dimensionamiento de estas estructuras permite que se establezcan las características de los materiales de las distintas capas del pavimento y los espesores, de tal forma que el pavimento mantenga un "índice" de servicio aceptable durante la vida de servicio estimada.
El método que se describe en este documento está encaminado a dar una aproximación de las correlaciones empíricas logradas hasta la primera mitad del siglo XX en el diseño estructural de pavimentos; se ha llegado a este estado del arte aplicando metodologías usadas en otras áreas de la ingenieria que tienen en cuenta las propiedades de los materiales que constituyen el pavimento; el procedimientos puede tener el grado de sofisticación que el ingeniero desee. Con este procedimiento se pueden obtener los esfuerzos, deformaciones y deflexiones producidas por las cargas a las que está sometida la estructura (tránsito).El procedimiento seguido para el diseño de un pavimento por metodos racionales se planteó inicialmente por medio de modelos bicapas que posteriormente fueron generalizados a tricapas y multicapa.

Es el área de la Ingeniería Civil encargada del diseño y mantenimiento de las vías y sus estructuras. Un ingeniero especializado en Infraestructura vial y pavimentos debe tener conocimientos en las siguientes áreas:

Diseño geométrico de vías

Diseño de pavimentos rígidos

Diseño de pavimentos flexibles

Ingeniería de materiales

Diseño geométrico de vías

El Diseño geométrico de carreteras es la técnica de ingenieria civil que consiste en situar el trazado de una carretera o calle en el terreno. Los condicionantes para situar una carretera sobre la superficie son muchos, entre ellos la topografía del terreno, la geología, el medio ambiente, la Hidrologia o factores sociales y urbanísticos. El primer paso para el trazado de una carretera es un estudio de viabilidad que determine el corredor donde podría situarse el trazado de la vía. Generalmente se estudian varios corredores y se estima cuál puede ser el coste ambiental, económico o social de la construcción de la carretera. Una vez elegido un corredor se determina el trazado exacto, minimizando el coste y estimando en el proyecto de construcción el coste total, especialmente el que supondrá el volumen de tierra desplazado y el firme necesario.

Diseño de pavimentos flexibles y rígidos

. Desde el punto de vista de diseño, los pavimentos flexibles están formados por una serie de capas y la distribución de la carga está determinada por las características propias del sistema de capas. Los rígidos tienen un gran módulo de elasticidad y distribuyen las cargas sobre una área grande, la consideración más importante es la resistencia estructural del concreto hidráulico.

Una buena forma de caracterizar el comportamiento de un pavimento flexible bajo la acción de cargas de ruedas, es considerarlo como un semiespacio homogéneo; este tiene una área infinita y una profundidad infinita con una carpeta delgada encima donde son aplicadas las cargas.

Como un primer análisis para determinar la distribución de esfuerzos en un pavimento se aplicó el modelo propuesto por el matemático francés Boussinesq en 1885, estado de esfuerzos en una masa de suelo a cualquier profundidad; el estudio del matemático se basó en una carga concentrada aplicada en un semiespacio lineal, elástico, isótropo y homogéneo; los esfuerzos, deformaciones y deflexiones debidos a la carga concentrada pueden ser extrapolados para obtener aquellas debidas a una área circular cargada.

Esta solución fue por mucho tiempo la única disponible, hasta que en 1945 Donald M. Burmister propuso una teoría que se podía aplicar a estructuras de pavimentos, basada en la de Boussinesq pero que tenía en cuenta estratos y las propiedades mecánicas de los materiales que conforman la masa de suelo, para calcular el estado de esfuerzos de ésta a cualquier profundidad. Desde el punto de vista del estudio de pavimentos, el modelo de Burmister puede ser usado para determinar los esfuerzos, deformaciones y deflexiones en la subrasante si la relación de módulos del pavimento y la subrasante es cercana a la unidad, si no es así, la modelación es más compleja. Analíticamente es un procedimiento más complejo que los basados en el primer modelo, que se podía solucionar con ecuaciones relativamente fáciles; el modelo de Burmister introduce transformadas de Fourier que requieren funciones de Basel para su solución y que sin la ayuda de un programa de computador no se pueden modelar estructuras de más de dos capas.

La generalización del modelo a estructuras multicapa con diferentes condiciones de frontera fue propuesta por Westergaard, Palmer y Barber, Odemark y otros; estos modelos describen el funcionamiento del sistema en el cual, la presion ejercida por una rueda q puede ser muy alta para ser soportada por el suelo natural; la estructura del pavimento reparte la carga para llevarla lo más reducida posible a la subrasante que es la fundación del pavimento; entonces la solución al problema consiste en determinar a una profundidad z que cantidad de esfuerzo se ha disipado.

Figura 2. Modelo de Boussinesq

La modelación de la solución inicial basada en la teoría de Boussinesq. La ecuación general para determinar la distribución de esfuerzos de es la siguiente:

s z = q

Donde,

s z: es el esfuerzo vertical a cualquier profundidad.

q: es la presión de la carga.

A: es el radio de la carga de huella circular.

Se supone un comportamiento lineal entre los esfuerzos y deformaciones, lo que indica que se acepta que los materiales trabajan dentro de su rango elástico; sin embargo, la reología de los materiales asfálticos demuestra que su comportamiento es visco elástico,función  del estado de esfuerzos, del tiempo de aplicación de las cargas y de la temperatura; de la misma manera los materiales granulares responden a las cargas, de acuerdo al nivel de esfuerzos aplicados, a su densidad y humedad, en general su comportamiento no es lineal y depende en gran medida de las características del material de la capa subyacente; en este sentido existen modelos teóricos elásticos no lineales (Boyce 1980)

Referencia: http://www.monografias.com/trabajos13/pafle/pafle.shtml

ASFALTO

Asfalto (especificamente, hormigon asfáltico) ha sido ampliamente usado desde los años 1920-1930. La naturaleza viscosa del betun hace que se pueda realizar un material con una capacidad significativa de resistir la deformación plástica, aunque la fatiga debida a la carga repetida del firme es la principal causa de rotura. La mayor parte de las superficies asfálticas descansan sobre un capa de gravas o de zahorras. En zonas ricas en arcillas y limos a veces se acude a la estabilización con cemento portand para mejorar la base. Polypropileno y poliester geosintético también están siendo usados para este propósito. En algunos países septentrionales se usa una capa de poliestireno para prevenir la entrada del hielo en la capa base.

Dependiendo de la temperatura que se le aplique, el asfalto se categoriza en Mezcla Asfáltica en Caliente, Mezcla Bituminosa Templada o Mezcla Bituminosa en Frío.

·         Mezcla bituminosa en caliente: Se aplica a temperaturas entre 90 °C y 120 °C, hay que gastar una elevada cantidad de energía para la puesta (ya que hay calentarlo) y genera una enorme polución de compuestos volátiles.

·         Mezcla bituminosa en frío: Se emplea en zonas rurales, lejanas a la fábrica de mezclas, y en pequeñas reparaciones.

Las ventajas que suponen una vía asfaltada son reducción de ruido (en comparación con otros tipos de firme), menor coste que otras opciones y fácil reparación. Las desventajas incluyen menor durabilidad que otros métodos, menor resistencia que el hormigón, tendencia a ablandarse en lugares muy cálidos y una mayor cantidad de contaminación del suelo debido al empleo de hidrocarburos.

En la década de 1960 se empleó por primera vez el asfalto gama que mezcla el asfalto con viruta procedente de neumáticos. Este tipo de asfalto tiene varias ventajas: Permite dar un uso a los neumáticos (que además son inflamables) de vertederos, reducen el ruido del paso de vehículos entre 7 y 12 dB respecto al asfalto convencional y además el asfalto goma dura más tiempo que el convencional. Sin embargo la aplicación de asfalto goma es más sensible a las temperaturas y en algunos lugares solo puede ser aplicado en momentos muy determinados del año.

Referencia: http://es.wikipedia.org/wiki/Asfalto

VIDEO DE UNA VÍA ASFÁLTICA