Protocolo - Calidad y Durabilidad de Pavimentos Flexibles

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TECNOLÓGICO NACIONAL DE MÉXICO

PROTOCOLO DE INVESTIGACIÓN(CI-02/2015)

NOMBRE DE LA INSTITUCIÓNINSTITUTO TECNOLOGICO DE MATEHUALA

Título del proyecto

CALIDAD Y DURABILIDAD DE LOS PAVIMENTOS FLEXIBLES EN LA REGION ALTIPLANO OESTE (MATEHUALA Y CEDRAL)

1. DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO

1.1 Resumen

Desde hace ya un buen tiempo, en los municipios de Cedral y Matehuala se ha venido presentando un gran deterioro en gran parte de sus vialidades, lo cual ha ocasionado molestias por parte de los usuarios, ya que a diario se observan problemas de tránsito, deterioro de los automóviles que a diario circulan en dichas calles o carreteras y, últimamente, accidentes viales trágicos provocados por fallas presentadas en el pavimento.

La primera vez que se usó el asfalto en nuestra región, mas específicamente en Matehuala, fue para pavimentar la famosa calle Hidalgo, actualmente la mayoría de los caminos de Matehuala están pavimentados con asfalto. Sin embargo, también son muchas las calles, del centro y de la periferia de la ciudad, que presentan un gran deterioro y que llevan un buen tiempo en esas condiciones. Son decenas de calles en las colonias de la periferia y varios caminos a comunidades se encuentran severamente dañados sin recibir mantenimiento.

En el municipio de Cedral la situación en cuanto al estado de calles, avenidas y tramos carreteros no es mejor que la observada en Matehuala, ya que al ser municipios vecinos, se utilizan los mismos materiales en obras de pavimentación, lo cual, la mayoría de las veces, ocasiona que se presenten fallas similares, presentando un gran deterioro por periodos de tiempo prolongados, sin que se le de mantenimiento.

En este trabajo de investigación se tratara de encontrar y determinar las causas del por qué el pavimento flexible utilizado en los municipios de Cedral y Matehuala presenta una baja durabilidad y por ende una mala calidad, esto con el fin de que se corrijan estos errores para que en obras futuras de pavimentación en estos municipios, estas mismas tengan una mejor calidad y mayor durabilidad para beneficio de la población que a

CI-02-2015 Convocatoria de Apoyo a Proyectos de Investigación Científica, Aplicada, Desarrollo Tecnológico e Innovación 2015

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diario hace uso de las principales vías de comunicación terrestre en estos municipios.

Se pretende obtener conocimientos sobre nuevas maneras de construir pavimento flexible de mayor resistencia y durabilidad, o en su caso, nuevos materiales o agregados que se le puedan aplicar a los pavimentos que comúnmente se manejan en estos dos municipios, los cuales sean resistentes a las condiciones de tránsito y condiciones ambientales, principalmente, que presenta nuestra región.

1.2 Introducción (Máximo tres cuartillas)

En esta investigación abordaremos el gran problema que tenemos en los municipios de Cedral y Matehuala en cuanto a la durabilidad y calidad que presentan los pavimentos flexibles en las arterias y vías de comunicación terrestre existentes en los mismos, como lo son: calles, avenidas y tramos carreteros que los comunican. Esto debido a que desde siempre se ha visto una baja durabilidad de este tipo de pavimento que es empleado en la construcción y mantenimiento de calles, avenidas y carreteras en los dos municipios, lo cual genera problemas como inseguridad e incomodidad al transitar por dichas arterias, desgaste en los vehículos que utilizan a diario estas vías y en los últimos meses se han llegado a presentar accidentes debido a fallas y mal estado de la carpeta asfáltica.

Nos enfocaremos en el análisis, estudio y experimentación de nuevos procesos constructivos para pavimentos flexibles y, a la vez, la utilización de nuevos materiales pétreos que se le puedan agregar a los ya existentes para que de esta manera las nuevas obras de pavimentación con carpeta asfáltica en nuestros municipios presenten una mayor calidad y por ende una mejor calidad.

Los motivos de nuestra investigación se basan en querer mejorar la calidad y durabilidad en buen estado de las vías de comunicación terrestre que tenemos en nuestra región y que utilizamos y transitamos en ellas a diario, esto mediante los conocimientos que queremos obtener con nuestra investigación, ya que cada administración municipal que llega cada tres años, esto en ambos municipios, gasta gran parte del presupuesto en mantenimiento de obras mal construidas o de baja calidad en los materiales utilizados. Además, con esto, también se mejorara el aspecto estético de las cabeceras municipales, haciéndolas atractivas para el turismo local y en su caso, foráneo.

Esperamos que nuestra investigación arroje resultados que no solo sean utilizados en nuestra región, si no que puedan ser utilizados en mas lugares de nuestro país, siendo que estos problemas se presentan muy a menudo en nuestro territorio, y que de esta manera sea un aporte mas a la amplia gama de conocimientos que abarca la carrera de ingeniería civil.

Durante el desarrollo de nuestra investigación realizaremos diferentes estudios y análisis en diferentes ámbitos dentro del contexto de nuestro tema, algunos de los cuales se enlistan a continuación:


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Encuestas a diferentes sectores de la población en ambos municipios, cuestionándolos sobre cómo ven ellos la situación de los pavimentos flexibles y como afecta esto en sus vidas, para tener una idea mucho más clara de la problemática que enfrentamos.

Observaciones del proceso constructivo actual de este tipo de pavimentos en lugares donde se estén llevando a cabo obras de este tipo, con el fin de ver si pueden ocurrir errores en la construcción por parte del personal empleado en la obra.

Pruebas de laboratorio a los materiales pétreos que comúnmente se utilizan para la construcción de las diferentes capas del pavimento flexible y así determinar si desde aquí cumplen con las especificaciones necesarias para su fin.

Pruebas y experimentos con diferentes y nuevos agregados pétreos o aditivos que puedan servir para darle mayor resistencia a las diferentes capas del pavimento flexible.

Como se puede observar nuestra investigación implementara tanto aspectos cualitativos como aspectos cuantitativos, ya que, aunque la mayoría de las actividades son prácticas, también se requiere cierta teoría acerca de estas para poder realizarlas.

Dentro de los resultados y productos que se esperan obtener se encuentran: una nueva manera de realizar el proceso constructivo para un pavimento flexible, así como nuevos materiales o aditivos que se le pueden agregar para que tenga una mejor calidad.; estos conocimientos se publicaran en forma de un reporte técnico o manual de los resultados de nuestra investigación dentro de los distintos medios de comunicación existentes en la actualidad.

En general, mediante nuestra investigación intentamos obtener innovaciones en cuanto a los materiales y procesos constructivos para pavimentos flexibles para poder emplearlas en las obras de pavimentación necesarias en nuestra región, la cual comprende los municipios de Cedral y Matehuala, con la finalidad de que se aproveche mejor el presupuesto público gastado por cada administración que llega al poder cada tres años en ambos municipios en la construcción de este tipo de obras publicas, ya que se espera que se puedan construir pavimentos flexibles de mayor calidad y por lo tanto de mayor durabilidad. Además se pretende que con estas nuevas construcciones que duraran un periodo un poco más prolongado de tiempo, también las ciudades o cabeceras municipales se mantengan funcionales y fluidas en cuanto a sus vialidades, y también tengan un buen aspecto estético por más tiempo.


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1.3 Antecedentes

Historia de los pavimentos

La historia de los pavimentos en México se remonta a tiempos precortesianos, en donde sobresale mencionar la existencia de rutas de comunicación entre las civilizaciones mayas y olmecas mediante caminos revestidos o empedrados denominados sac-bés, o en el caso de las calzadas de Tenochtitlan por parte de los aztecas, algunas desplantadas sobre suelos lacustres que sorprendieron a los conquistadores españoles al mando de Hernán Cortés. Existieron algunas calzadas principales construidas a base de piedra y tierra que comunicaba a Tenochtitlan con Xochimilco, Texcoco, Teotihuacan, Tollancingo, Atlixco, Cholula hasta llegar a la región mixteco- zapoteca en Oaxaca y Chiapas, y algunas secundarias que comunicaban a la región purépecha en Michoacán y Mezcaltepec en la región del Pacífico.

Durante la época colonial se adecuaron muchas veredas y brechas de comunicación existentes para formar una red de vías terrestres en la Nueva España, con fines de comercialización, expansión, conquista, religiosidad y minería usados por recuas y carretas de dos y cuatro ruedas, introducidas por los españoles junto con el caballo dando origen a los caminos reales con rutas principales que comunicaban a México con Veracruz por Jalapa, a Veracruz por Orizaba, a Acapulco, a Guatemala por Chiapas, a Santa Fé de Nuevo México, a Querétaro; también había rutas de San Luis Potosí a Monterrey, de Morelia a Guadalajara y Colima, de Zacatecas a Monclova y de Durango a Morelia. Durante el movimiento insurgente los caminos sirvieron para transportar víveres y material de combate por los ejércitos de ambos mandos, con uso de carretas y diligencias utilizando las vías existentes, muchas de las cuales fueron saboteadas y se encontraban en pésimas condiciones al no recibir su adecuado mantenimiento.

En la era de la República se dio más importancia a los puertos y la construcción de la red ferroviaria que al crecimiento de las vías terrestres, provocando con ello, que en 1848 México perdiera más de la mitad de su territorio debido a la falta de caminos que permitieran integrar a los pobladores de ese territorio a la idiosincrasia mexicana. Con la llegada de Benito Juárez a la presidencia de México se dio un gran apoyo a la construcción de nuevos caminos, mismos que fueron usados


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por él durante su peregrinar por la invasión francesa en nuestro país, quienes usaron las rutas acondicionadas para un mejor avance en territorio mexicano. Debido a que Juárez recorrió casi todas las rutas existentes durante su travesía y descubrió sus incomodidades, se empeñó en remediar el problema que representaba la comunicación terrestre convirtiéndose en el primer gobierno caminero estableciendo una red carretera con rutas de México a Puebla, Jalapa, Veracruz, Pachuca, Tuxpan, Toluca, Morelia, Guadalajara, etc., prácticamente comunicó a todo el país. Durante el período del Porfiriato se dio gran impulso a la red ferroviaria realizando pocas obras en materia de carreteras, dedicando su atención a la rehabilitación y adecuación de los caminos existentes para el paso de los primeros vehículos automotores que empezaron a circular en México, construyendo algunas rutas como la de Tehuacán a Oaxaca y Puerto Ángel, de Tula a Cd. Victoria. Después de la Revolución Mexicana se inició la reconstrucción del país por parte de Venustiano Carranza, dando origen a la Secretaría de Comunicaciones y Obras Públicas en 1917, para que después el gobierno de Álvaro Obregón diera impulso real a la industria caminera al adquirir maquinaria especializada para la construcción de nuevas carreteras, e incluso celebrar el primer Congreso de Caminos que fue la punta de lanza para dar origen a la Comisión Nacional de Caminos por parte del gobierno de Elías Calles, en 1926, rescindiendo con ello los contratos de las empresas extranjeras que se encargaban de la construcción de las primeras carreteras asfaltadas para permitir que ingenieros mexicanos se encargaran ahora de ello. Tocó al gobierno de Lázaro Cárdenas la terminación en 1935 de la carretera México a Nuevo Laredo, destacando por su longitud como una obra de ingeniería mexicana en esa época. La nacionalización del petróleo derivó en un apoyo del gobierno para la construcción de nuevos caminos utilizando el asfalto como principal materia prima y estableciendo las pautas para definir instituciones regularizadoras de los proyectos nuevos y su construcción bajo la supervisión de las dependencias institucionales. Así, en 1940 aparece la Ley de Vías Generales de Comunicación, dando origen a la Secretaría de Comunicaciones y Obras Públicas que posteriormente se convertiría en la Secretaría de Comunicaciones y Transportes (SCT) actual. La creación del organismo descentralizado denominado Caminos y Puentes Federales de Ingresos y Servicios Conexos (CAPUFE) dio apertura al proyecto y construcción de carreteras de altas especificaciones a partir de 1952, permitiendo el establecimiento de cuotas en carreteras, autopistas y puentes gestionados por dicho organismo.

Pavimentos de concreto sustentable

En cuanto a últimos avances en las investigaciones se ha tratado de desarrollar pavimentos que sean sustentables esto como medida de ser más amables con nuestro planeta y el medio ambiente. El diseño de pavimentos sustentables pretende hacer frente a este reto mediante el desarrollo de un sistema innovador capaz de captar parte de la energía procedente de la irradiación solar a través de un pavimento asfáltico y almacenarla en la sub-base de un firme permeable empleado como sistema urbano de drenaje sostenible (SUDS).


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Entre las características de sustentabilidad de los pavimentos de concreto destaca:

El pavimento de concreto está siendo mejorado tanto en la flexibilidad, como en la textura, en especial para su uso en carreteras o vías rápidas.

Estos pavimentos tienen una menor resistencia al rodamiento de vehículos (fricción) en comparación con las carpetas asfálticas, por lo cual existe una significativa reducción de combustible en los vehículos.

En términos de ahorro de energías, este tipo de pavimentos disminuye las necesidades de iluminación de las vías y reduce el efecto de isla de calor en las ciudades, así como la producción de smog.

Se puede realizar directamente sobre carpetas asfálticas, sin generar residuos por eliminación del pavimento existente.

En caso de utilizar concretos permeables, la principal y más importante aportación es que podemos aprovechar las aguas pluviales y evitar inundaciones.

Aspectos socio-económicos que influyen en la construcción de pavimento flexibles de buena calidad

Debe reconocerse que los pavimentos que México necesita en sus carreteras no son hoy los mismos que fueron en otras épocas. La red nacional comenzó a formarse en el sentido actual a partir de la época 1920 - 1930 y creció a un ritmo relativamente moderado hasta 1950. Entre 1950 y 1970, la red fue objeto de un desarrollo muy importante y a partir de 1980 continuó creciendo significativamente, pero probablemente con un gradiente menor, si bien en los últimos años (en el periodo 1990 - 1995) tuvo lugar la incorporación de una red de modernas autopistas con longitud del orden de los 5,000 Km.

Es claro que nadie es partidario de gastar el presupuesto nacional en números mayores que lo necesario en cada caso, pero el gasto necesario raramente coincide con la mínima inversión inicial. Suele ser mayor, por tener que tomar en cuenta otros factores. De esta manera, el criterio del costo inicial mínimo ha llevado a México y a muchos países a infraestructuras deficientes en muchos casos; no preparadas para un futuro uso y crecimiento y, a veces, con un funcionamiento defectuoso en lo construido con alto costo y gran sacrificio.

Construidos los pavimentos, para circunscribir este trabajo a su tema central, deben conservarse y operar para cumplir sus fines de propiciar un óptimo transporte. Conservarse, no quiere decir tenerlos siempre flamantes como el día de su estreno. México crece y progresa y lo que se hace para cubrir un servicio que va a durar mucho más de lo que suele considerarse el periodo de vida útil de una obra, deberá cubrir en


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cualquier futuro fines cada vez más amplios en lo cualitativo y en lo cuantitativo; esta es experiencia del pasado. Conservar una carretera, quiere decir mantenerla todos esos años en la misma calidad de servicio, haciendo frente a una demanda sin duda creciente y muy frecuentemente, grandemente creciente. Este hecho, puede y debe ser previsto en el proyecto inicial.

Al igual que en la casi totalidad de las aplicaciones de la Mecánica de Suelos, los materiales de esa naturaleza que se utilizan en la construcción de pavimentos, son de dos tipos claramente diferenciados. Los que se denominan materiales gruesos (arenas, gravas, fragmentos de roca, etc.) constituyen un primer grupo, siendo el segundo el formado por los suelos finos, cuyo arquetipo son los materiales arcillosos.

Es bien conocida la gran diferencia que en comportamiento tienen ambos grupos de suelos, debido al mismo origen de los miembros de cada grupo. Dando atención únicamente a las características de resistencia y de deformación, se sabe que la diferencia de comportamiento entre los suelos gruesos y finos no es de carácter cuantitativo, sino que esas diferencias son de orden cualitativo, en el sentido de que las manifestaciones de esas propiedades en el comportamiento ingenieril no son de grado, sino de la naturaleza misma de los mecanismos íntimos operantes. También es cierto que en un plano más profundo de análisis, esos mecanismos últimos tienden a acercarse mucho entre los dos grupos de suelos; por ejemplo, una muy amplia corriente de opinión en la Mecánica de Suelos actual, tiende a explicar la generación de resistencia al esfuerzo cortante, de ambos grupos de suelos, con base en los conocimientos fundamentales que se tienen sobre fricción mecánica y, análogamente, muchas de las ideas en torno a la deformabilidad de los materiales térreos pueden conceptualizarse de una manera muy análoga en los suelos gruesos y en los suelos finos.

Debe reconocerse que los mismos “enemigos” del ingeniero de carreteras han cambiado en México con los años. Si antaño era el agua y sus efectos más directos la causa de los más evidentes destrozos, hoy son otros los elementos nocivos más activos. En los pavimentos actuales, la acción de las cargas repetidas es la más notable causa de deterioro; como se dijo estas cargas han aumentado mucho, tanto en magnitud como en número de repeticiones, lo que induce la posibilidad de fallas por fatiga y por el efecto de la deformación acumulativa. La falla por fatiga es la que ocurre por la acción reiterada de un esfuerzo que, aplicado una sola vez, no provocaría ningún problema.

Obviamente, este efecto reiterativo depende de dos condiciones. Primero de la intensidad de la acción reiterada, vale decir del esfuerzo aplicado cada vez y, segundo, de la magnitud de la deformación inducida en cada aplicación de la carga; también influye poderosamente la flexibilidad o rigidez de la capa del pavimento que soporta la repetición. En un pavimento, la intensidad del efecto es medida por la magnitud de la carga que se aplica a través de las llantas de un vehículo y la reiteración es medida por las repeticiones de esa carga sobre una misma zona de dicho pavimento. Como se dijo, ambas cosas han crecido mucho en la red básica pavimentada del México actual.


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De las ideas anteriormente expuestas debe desprenderse la conveniencia de proteger la sección estructural de los pavimentos asfálticos de los efectos del agua exterior que pudiera penetrar en ellas. Este efecto es siempre nocivo por más que se extremen las precauciones para controlar la presencia siempre indeseable de los materiales arcillosos. Reducir la presencia de éstos por abajo de los límites antes someramente expuestos y que se detallan en las actuales especificaciones de construcción puede resultar en muy altos costos de construcción, la manera que suele resultar más conveniente realizar también acciones de protección contra el agua exterior para que una política de eliminación de finos razonable, tal como la que se ha descrito, funcione convenientemente en lo general y añadir acciones especiales de protección contra el agua en aquellos lugares en que las condiciones del flujo interno del agua hagan pensar que el criterio general establecido pueda ser insuficiente. Situaciones de este estilo suelen presentarse en laderas inclinadas en que se efectúen cortes, especialmente en cajón. En estos casos convendrá siempre analizar la posibilidad de efectuar acciones de sub-drenaje, que protegen adecuadamente a la sección estructural.

1.4 Marco teórico

Generalidades de los Pavimentos

Un pavimento es una estructura construida sobre el terreno natural para permitir el paso de los vehículos a una velocidad considerable ofreciendo cierta comodidad y seguridad al usuario final. Un pavimento está constituido por diferentes capas de materiales comenzando con la superficie de rodamiento, continua una serie de capas de sustento que se desplantan, finalmente, sobre el terreno natural. Existen dos tipos de pavimentos: a) los rígidos, en los cuales la superficie de rodamiento la proporciona una losa de concreto hidráulico, y b) los flexibles, todos aquellos que no son rígidos.

En ingeniería civil, tradicionalmente, se dice que el pavimento descansa sobre las terracerías; este concepto se refiere a las capas de material que se construyen hasta el nivel de la rasante a partir del terreno natural despalmado, formando dos capas principales: a) la capa sub-rasante, la


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que se ubica inmediatamente por debajo de la línea virtual llamada rasante y definida por los niveles del proyecto ejecutivo a partir de la curva-masa, y b) el cuerpo de terracerías, que puede ser corte o terraplén, según el caso. En algunos casos, la estructura del pavimento puede estar combinado formando una estructura llamada en balcón, en donde una parte se encuentra en corte, y la restante en terraplén.

Las capas que forman parte del pavimento, de abajo hacia arriba, son: a) sub-base, b) base y c) superficie de rodamiento. La capa sub-base puede no ser necesaria si el diseño así lo considera; la base puede ser de varios tipos, como veremos más adelante, sobresaliendo el tipo de base hidráulica, que es muy común en las estructuras de pavimentos en México. La superficie de rodamiento o rodadura puede ser de mezcla asfáltica o de concreto hidráulico, algo que más adelante comentaremos.

Tipos de pavimentos

Estructuralmente existen dos tipos de pavimentos: a) Los pavimentos rígidos formados por una superficie de rodamiento de concreto hidráulico, con refuerzo o sin refuerzo, que absorbe la mayor cantidad de los esfuerzos inducidos por el tránsito transmitiendo a las capas inferiores valores muy bajos; b) Los pavimentos flexibles, formados por superficies de rodamiento de material asfáltico o adoquines soportadas por capas de material graduado que permiten la transmisión de esfuerzos por cohesión y fricción a través de las capas que lo forman.

Características de los tipos de pavimentos

En los pavimentos rígidos se utiliza una losa de concreto hidráulico reforzada o no como superficie de rodamiento, con modulación a través de juntas transversales y longitudinales que permitan una adecuada transferencia de cargas entre los módulos por medio de varillas pasa juntas, trabazón de agregados o elementos machimbrados. La losa se coloca sobre una base, de preferencia rígida, formada por material gravoso arenoso o gravoso limoso estabilizada con cemento Portland, que presente muy bajas deformaciones para que sirve de capa de sustento a la losa; por debajo de la esta capa se ubicará la capa sub-rasante, que forma parte de las terracerías. En los pavimentos flexibles, la superficie de rodamiento o carpeta lo proporciona una mezcla asfáltica formada por gravas, arenas y finos aglutinados por cemento asfáltico, la cual tiene la propiedad de ajustarse a las deformaciones que puedan presentarse en las capas inferiores por cedencia; la primera capa por debajo de la carpeta asfáltica es la base, la cual puede ser: a) hidráulica, si está formada por gravas y arenas (agregados) controladas que permitan el drenado del agua hacia las capas inferiores, b) estabilizada, si se agrega cemento Portland o cal para rigidizar a los agregados, c) cementada, si contiene finos poco plásticos que ofrecen cohesión para cementar a los agregados, d) base asfáltica o base negra, si se agrega cemento asfáltico mediante emulsiones a los agregados. La siguiente capa, conocida como sub-base, está formada por material gravoso-arenoso economizada con la combinación con material del terreno natural, si se ajusta a la calidad


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requerida, o con material de bancos de préstamo más económicos, permitiendo el presentar diseños de pavimentos más asequibles.

Estructuras de los pavimentos

Es importante definir la estructura de un pavimento tomando en cuenta la capa de cimentación que proporcionan las terracerías a través del terreno natural y las capas que lo conforman, como la cama de los cortes, el cuerpo del terraplén, la capa subyacente y la capa sub-rasante.

El terreno natural es la sección del material del sitio seleccionado para el trazo de un camino que posee sus propiedades de humedad, plasticidad y granulometría naturales sin ser modificadas por adición de otro material, aunque se permite un mejoramiento de su capacidad de carga mediante la reducción volumétrica del suelo (compactación). Cuando se requiere, por especificación del proyecto del camino, realizar cortes para conformar la cama de los mismos, se deberá cortar o abrir una caja del espesor que requiere el diseño del pavimento para escarificar el piso de desplante y compactar en capas al grado de compactación especificado, según el ensaye indicado. Esto logra aumentar la capacidad de soporte del terreno natural y permite definir a la capa sub-rasante; en el caso del cuerpo del terraplén, deberán colocarse las capas compactadas del material propuesto para rellenar y alcanzar los niveles del proyecto para finalizar con la capa sub-rasante; en los caminos de altas especificaciones o de gran volumen de tránsito, se requiere una capa de transición entre el cuerpo del terraplén o la cama de los cortes y la capa sub-rasante que se conoce como capa subyacente, la cual deberá cumplir con los requisitos de calidad especificados en la normativa vigente. Es recomendable que el terreno natural proporcione una capacidad de carga mínima de 1 kg/cm2 como piso de desplante medido mediante una prueba de cortante, compresión simple inconfinada o ensaye triaxial sin consolidar y sin drenaje (UU); sin embargo, en los suelos de los pavimentos, el parámetro de resistencia lo proporciona el valor de soporte California (CBR) o el valor relativo de soporte (VRS) obtenidos mediante un ensaye AASHTO o un ensaye Porter modificado, respectivamente. La normativa vigente de la Secretaría de Comunicaciones y Transportes (SCT) indica los siguientes parámetros y características de los materiales para terracerías, capa subyacente y capa subrasante de mostrados en las Tablas 1 y 2.

Definición y características de las capas de las terracerías.


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Los requisitos de calidad de las capas subyacente y sub-rasante están en función del número de ejes equivalentes de 8.2 Ton (∑L), valor que se obtiene al realizar el estudio de tránsito correspondiente para el camino a proyectar y está en función de la composición vehicular, el horizonte de proyecto, la tasa de crecimiento anual, el número de carriles del camino, los coeficientes de equivalencia. Estos datos los calcularemos más adelante. Los requisitos de calidad están contenidos en la normativa SCT N-CMT-1-01/02, N-CMT-1-02/02 y N-CMT-1-03/02.

Cuando se requiere habilitar un camino de bajo tránsito para que sea circulable durante la mayor época del año, en lugares en donde prevalecen las lluvias y se presentan suelos muy deformables por la humedad, se recomienda usar la capa de revestimiento o revestido. En este caso se seleccionan materiales no susceptibles a la humedad, de naturaleza gravosa, arenosa, limosa de baja plasticidad, fragmentos de rocas, balastros, desperdicios de piedra de mampostería, suelos de barrancas cribados, conglomerados o suelos modificados químicamente que permitan la permeabilidad y que no se deformen por la presencia de arcillas plásticas o expansivas. Podemos decir que los revestimientos forman un pavimento primitivo y que puedan servir a futuro para usarse en algunas de las capas de un pavimento formal. Con las técnicas actuales de recuperación de pavimentos, en muchas ocasiones, pueden construirse revestimientos con material de carpetas recuperadas que no se utilizan en los pavimentos rehabilitados.

Requisitos de calidad de revestimientos


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Requisitos granulométricos y curva granulométrica para revestimientos

La primera capa que forma parte de la estructura del pavimento, inmediatamente después de las terracerías, es la capa sub-base, sin embargo, esta capa es opcional, si el diseño del pavimento establece que no se requiere, pues puede omitirse. Sin embargo, es una capa que economiza el diseño del pavimento al permitir el uso de materiales que pueden ser del mismo terreno natural, si se cumplen los requisitos de calidad, o combinados de bancos de préstamos con calidad menores que los que deben cumplir los materiales de la capa base. Los materiales que pueden usarse en esta capa los define la normativa SCT N-CMT-4-02-001/11, en la tabla 5.

Requisitos de calidad de los materiales para sub-bases de pavimentos asfálticos

Requisitos de granulometría de los materiales para sub-bases de pavimentos asfálticos


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La base es la capa que se encuentra inmediatamente por debajo de la superficie de rodamiento y pueden ser de los siguientes tipos:

a) Bases hidráulicas, formadas por materiales granulares que sirven de apoyo para una carpeta asfáltica, una capa de rodadura asfáltica o una carpeta de concreto hidráulico, cuyos materiales generalmente deben recibir un tratamiento como cribado, trituración parcial o total y mezclas, que ofrezcan un drenado adecuado del agua que llegue a penetrar por la carpeta para ser desalojada posteriormente por el bombeo de la sub-rasante. Normalmente este material deberá ser controlado y con requisitos de calidad muy rigurosos, en donde las granulometrías deberán ser las adecuadas para cada caso de superficie de rodamiento que vaya a recibir, como lo contempla la norma N-CMT-4-02-

∑L≤106 ∑L>106

002/11. Dependiendo del tránsito esperado durante la vida útil del pavimento medido a través de ∑L, se seleccionará como se indica en la tabla:

Los requisitos de calidad de las bases hidráulicas dependerán del tipo de superficie de rodamiento a la que dará sustento, teniendo el caso p ara carpetas de concreto hidráulico y para carpetas asfálticas, como se muestra en la tabla 8.

Requisitos de calidad para base hidráulica dependiendo del tipo de carpeta


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Requisitos granulométricos para bases hidráulicas de carpetas asfálticas de granulometría densa

b) Bases tratadas, se refiere a materiales granulares que no cumplen con los requisitos de calidad para las bases hidráulicas o que, por razones estructurales, requieren de la incorporación de un producto que modifica alguna de sus características física, generalmente haciéndolos más rígidos y resistentes, mejorando su comportamiento mecánico e hidráulico, para ser colocados sobre la sub-base o la subrasante y formar una capa de apoyo para una carpeta asfáltica o para una carpeta de concreto hidráulico.

∑L≤106 ∑L>106

En la norma N-CMT-4-02-003/04 se habla de seis tipos de bases tratadas: 1) los materiales de base modificados con cal, con incorporaciones de 2% a 3% en masa de cal para modificar su plasticidad y reducir el efecto de la materia orgánica, 2) los modificados con cemento Portland, con incorporaciones de 3% a 4% para modificar su plasticidad e incrementar su resistencia, 3) los materiales estabilizados con cemento, con incorporaciones de 8% a 10% en masa de cemento Portland para obtener resistencias a la compresión simple a los 28 días de 25 kg/cm2 e incrementar su rigidez, reduciendo el efecto de la fatiga sobre la carpeta o mejorando el apoyo de las losas de concreto hidráulico, 4) los materiales estabilizados con asfalto mediante emulsiones o asfaltos rebajados con incorporación del 3% al 4% en masa de cemento asfáltico para mejorar su comportamiento y el efecto de la plasticidad, 5) las bases de mezcla asfáltica o bases negras, en donde se incorpora, en caliente o en frío, de 4% a 5% en masa de cemento asfáltico para formar una capa de concreto asfáltico magro, y 6) las bases de concreto hidráulico magro o de baja resistencia, con incorporación de cemento


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Portland necesario para obtener una resistencia a la compresión simple a los 28 días de 150 kg/cm2 a 200 kg/cm2 y transformar un pavimento flexible en un pavimento rígido, como es el caso de concretos compactados con rodillo (CCR) o de la recuperación en frío de pavimentos asfálticos y su base hidráulica.

Requisitos de calidad para materiales de banco modificados con cal o cemento Portland o estabilizados con cemento Portland.

Requisitos de calidad para materiales de banco estabilizados con asfalto.

Fundamento teórico que respalda el trabajo de investigación (máximo 5 cuartillas).

1.5 Objetivos CI-02-2015

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Objetivo general de la investigación

Este trabajo de investigación tiene como finalidad descubrir e identificar el “por qué” de la mala calidad y poca durabilidad que presentan los pavimentos flexibles usados en obras de pavimentación en la región altiplano oeste de San Luis Potosí (municipios de Matehuala y Cedral), y, a la vez, con el conocimiento resultante corregir estas fallas en el diseño y construcción de este tipo de pavimentos.

Objetivos específicos del problema

Identificar que materiales resultan más factibles para un mejor rendimiento en los pavimentos flexibles usados en la construcción y mantenimiento de calles y tramos carreteros en los municipios de Matehuala y Cedral.

Conocer las consecuencias que se pueden generar con la aparición de fallas y deterioro en general, en las obras de pavimentación en la zona.

Mejorar la calidad y durabilidad de los pavimentos flexibles mediante su buen diseño y elaboración.

1.6 Metas

El proyecto del tramo carretero con pavimento flexible incluirá:

1 proyecto ejecutivo del tramo carretero con pavimento asfáltico. 1 manual de especificaciones del proceso constructivo y materiales a

utilizar. 1 reporte de los resultados de las pruebas de laboratorio a los

materiales. 1 plano de construcción del pavimento. 1 memoria de cálculo.

1.7 Impacto o beneficio en la solución a un problema relacionado con el sector productivo y/o la generación del conocimiento científico o tecnológico.

El presente proyecto sigue la línea de investigación en cuanto a procesos constructivos se refiere, aunque también tiene relación con la de materiales para construcción existentes y utilizados en nuestra región. Se justifica en razón de que una vez determinadas e identificadas las causas de este problema con los pavimentos flexibles, se podrán atacar esas deficiencias en su diseño y elaboración, lo cual derivara en beneficios como:

El mejoramiento de la calidad de los pavimentos asfalticos existentes y transitados en los municipios de Cedral y Matehuala, asi como como el aumento en su periodo de duración.


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El transito cómodo y seguro de los habitantes de estos municipios por sus principales calles y tramos carreteros.

Disminución de los daños en los vehículos por transitar diariamente en calles en mal estado.

Reducción de tiempos al trasladarse de un lugar a otro.

Mejoramiento del aspecto o imagen del espacio urbano de las cabeceras municipales.

Además la patente del manual obtenido con los resultados, es decir, con las nuevas técnicas y métodos de diseño y construcción de pavimentos flexibles, adicionales a las existentes, se tratara de distribuir en los centros educativos locales en donde se imparta la carrera de ingeniería civil como una herramienta más de estudio.

1.8 Metodología

Se consultaran distintas fuentes de información, en sus diferentes modalidades, es decir, libros, revistas, páginas de internet, entre otras, que estén enfocadas a nuestro objeto de estudio para obtener fundamentos teóricos sobre el mismo.

Se realizaran pruebas en el laboratorio de ingeniería civil a los materiales que se emplean comúnmente en nuestra región para la construcción de pavimentos asfálticos, con la finalidad de comprobar que estos materiales cumplan con sus características físicas y estructurales, necesarias para este tipo de pavimentos. Por ejemplo: granulometría por tamizado, límite líquido, límite plástico, límites de Atterberg, relación de humedad y densidad, prueba de CBR, equivalente de arena, valor relativo de soporte modificado, resistencia al desgaste. Pruebas en asfaltos, prueba Marshall, contenido asfalto en una mezcla Permeabilidad en carpetas asfáltica, todas las pruebas anteriores se realizaran para las distintas capas que conforman un pavimento asfáltico.

Se realizaran visitas de obra a lugares donde se estén construyendo tramos carreteros, esto con la intención de observar realmente el proceso constructivo de un pavimento flexible y descubrir los errores que pueden tener el personal encargado de la obra en cuanto al proceso constructivo se refiere.

Se proyectara un tramo carretero o de calle en forma de muestra o comprobación de nuestra investigación, el cual incluya todas las partes del proceso constructivo de un pavimento flexible, es decir, desde su planeación y diseño hasta su construcción física.


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1.9 Programa de actividades, calendarización y presupuesto solicitado.

Después de un análisis hecho a nuestro tema de investigación decidimos darnos un lapso de seis meses para desarrollar las actividades propuestas para el estudio de nuestro tema.

NO.

NOMBRE DEL

RESPONSA-BLE DE LA ACTIVIDA

D

ACTIVIDADPERIODO

DE REALIZACI

ON (MESES)

RESULTADOS

ENTREGABLES

PARTIDAS

SOLICITADAS

MONTO SOLICITA

DO

DESCRIPCION DE LOS

BIENES

1 -Jesús S. Hernández González-Salvador Rodríguez Carrillo

Pruebas de laboratorio a los materiales para base y sub-base

1 mes Reporte de cumplimiento de especificacio-nes y resultados de las pruebas.

$3,000.00 - Materiales pétreos para base y sub-base. (material de banco, arena, grava)- Máquinas, herramientas y servicios del laboratorio de ingeniería civil.

2 -Jesús S. Hernández González-Juan R. Miranda Rueda

Pruebas de laboratorio al material para carpeta y mezcla asfáltica.

2 meses Reporte de cumplimiento de especificaciones y resultados de las pruebas

$4,000.00 -Material pétreo para carpeta asfáltica.-Emulsión asfáltica.-Maquinas, herramientas y servicios del laboratorio


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de ingeniería civil.

3 -Salvador Rodríguez Carrillo-Juan R. Miranda Rueda-Jesús S. Hernández González

Visitas de obra a construcciones de pavimento asfáltico en los dos municipios.

1 mes Reporte técnico de lo visto durante la visita de obra.

$4,000.00 -Camioneta para traslado al lugar de la construcción.-Cámara de video para evidencia audio-visual.-Cuaderno para anotaciones.

4 -Julio Mendoza González-Jesús S. Hernández González

Construcción de un tramo carretero “de prueba” con carpeta asfáltica aplicando el conocimiento obtenido.

2 meses Proyecto del tramo carretero con pavimento flexible.

$100,000.00

-Maquinaria pesada de alquiler.-Materiales pétreos para base, sub-base y carpeta asfáltica.-Vehículos para traslados.

1.10 Productos entregables

Al término de esta investigación pretendemos obtener los siguientes alcances:

Un manual con el nuevo método, técnicas y, en su caso, nuevos materiales para diseñar y construir pavimentos flexibles de mayor calidad que los actuales.

Las patentes de nuestros métodos de diseño y construcción para pavimentos flexibles.

1.11 Vinculación con el Sector Productivo.


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Los principales usuarios de los resultados obtenidos de esta investigación pueden ser los siguientes:

Departamento Obras Públicas municipales, estatales y federales. Colegios de ingenieros civiles de los municipios en cuestión. Empresas constructoras de la región. Instituciones educativas de nivel superior, principalmente de la región,

en donde se imparta la carrera de ingeniería civil. Los habitantes de las cabeceras municipales de Cedral y Matehuala

que a diario transitan en sus calles y carreteras.

1.12 Referencias

http://imt.mx/archivos/Publicaciones/PublicacionTecnica/pt104.pdf

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

https://prezi.com/mhwjdzo27fwv/calidad-y-periodo-de-vida-de-los-pavimentos-flexibles-en-mat/

http://fing.uach.mx/licenciaturas/IC/2012/01/26/MANUAL_DE_PRACTICAS_DE_%20LAB_DE_PAVIMENTOS.pdf

http://ligante-asfaltico.blogspot.mx/p/tecnologia-mezclas-tibias.html

2. LUGAR(ES) EN DONDE SE VA A DESARROLLAR EL PROYECTO

El proyecto se realizara en el Departamento de Ciencias de la Tierra del Instituto Tecnológico de Matehuala.Las pruebas de campo que se necesitarán se llevaran a cabo dentro de los municipios de Cedral y Matehuala, en el estado de San Luis Potosi, los cuales tienen una distancia entre cabeceras municipales de 18 km aproximadamente.

3. INFRAESTRUCTURA

Laboratorio de Materiales de Ingeniería Civil


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



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Se deberán proporcionar informes de avances semestrales y final, en donde se incluya el cumplimiento de las metas comprometidas en función de los productos entregables. El cual será un criterio de evaluación para apoyos posteriores.


Profesor-Investigador

Responsable

Nombre y Firma

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Documents

Protocolo - Calidad y Durabilidad de Pavimentos Flexibles