Fundamentos de Pavimentos

Clasificación de Pavimentos

Según su Origen

Del latín: Pavimentum. Superficie artificial transitable y consolidada.

Según su Funcionalidad

Es una estructura constituida por una o varias capas, capaces de soportar las cargas transmitidas por el tránsito vehicular sin llegar a la falla, distribuyéndolas en áreas cada vez mayores hasta que puedan ser soportadas por las terracerías.

Componentes Estructurales del Pavimento

  • Carpeta: Está constituida por una mezcla asfáltica (combinación de material pétreo con material asfáltico).
  • Base: Constituida por una grava limpia bien graduada (de preferencia angulosa) o base hidráulica.
  • Sub-base: Constituida por grava o arena con cierto porcentaje de finos (grava en greña).

Factores de Equivalencia de Ejes

  • Factor de Equivalencia (K): Peso del eje real / Peso del eje equivalente.
  • Para Ejes Normales y Duales: KS = (LS/8.2)4, donde KS es el factor de equivalencia y LS es el peso del eje sencillo.
  • Para Ejes Tándem: KT = (LT/15)4.

Teorías sobre el Origen del Asfalto

Principales Teorías

  • Teoría Hullera: Atribuye el origen del asfalto a la descomposición vegetal.
  • Teoría Volcánica: Atribuye el origen de los asfaltos a la unión de iones de hidrógeno y carbono sometidos a altas temperaturas.
  • Teoría Orgánica: Atribuye el origen de los asfaltos a la descomposición de organismos animales, principalmente de la familia de los insectos. Se considera la teoría más aceptable.

Obtención del Asfalto

Obtención Natural

Se encuentra en yacimientos ubicados en depósitos de rocas sedimentarias y se le denomina asfalto nativo.

Obtención Artificial (Destilación del Petróleo)

Se obtiene por medio de la destilación del petróleo, generando diferentes destilados:

  • Destilado Ligero: Se evaporan con mucha facilidad (gasolina y aceites volátiles).
  • Destilado Medio: Se evaporan más lento que los ligeros (queroseno – semivolátiles).
  • Destilado Pesado: Se evaporan más lento que los medios (diésel, aceites no muy volátiles).

El proceso residual conduce a: Aceites y lubricantes, producto residual: petróleo diáfano → asfalto.

Tipos de Asfaltos y Cementos Asfálticos

Cemento Asfáltico

Producto obtenido de la destilación del petróleo, cuya consistencia va de semisólida a sólida.

Clasificación Numérica

Va del #3 al #10, aumentando la dureza. Se utiliza el número dependiendo de la temperatura de la zona. Para la zona de Villahermosa se recomienda un #8.

Clasificación Alfanumérica

AC-5, AC-10, AC-15, AC-20, AC-25, AC-30. Para la zona de Villahermosa se utiliza el AC-20.

Cementos Asfálticos Modificados

Combinación de cemento asfáltico normal más polímeros.

Tipos de Polímeros
  • Elastómeros: Combinación de partículas S.B.R. (S: Estirenos, B: Butadienos, R: Ruber (hule)).
  • Plastómeros: Combinación de partículas E.V.A. (E: Etilenos, V: Vinil, A: Acetato).

Nota: No es recomendable calentar una mezcla asfáltica a más de 117 ºC.

Asfaltos Rebajados

Son cementos asfálticos mezclados con solventes para reducir su viscosidad.

  • FR (Cemento Asfáltico + Gasolina): Utilizado para carpetas a base de tratamientos superficiales, para que el material pétreo se adhiera a la base (riego de liga, riego de sello).
  • FM (Cemento Asfáltico + Queroseno): Utilizado en la elaboración de mezclas asfálticas, especialmente aquellas cuyo material pétreo contiene un determinado porcentaje de finos y/o materiales porosos (riego de impregnación).
  • FL (Cemento Asfáltico + Diésel): Tuvo poca utilidad, solo en zonas de muy bajas temperaturas (menores a 5 ºC), debido a que se observó que el diésel no alcanzaba la evaporación total, reservándose para trabajos muy especiales.

Emulsiones Asfálticas

Son pequeños glóbulos de asfalto dispersos en agua, en la cual el asfalto forma una fase discontinua (dispersa) y el agua forma una fase continua. También son llamadas emulsiones de aceites en agua.

Clasificación de Emulsiones

Por su Constitución

  • Directas: Son las que tienen utilidad en la industria de la pavimentación.
  • Inversas: No tienen utilidad en la industria de la construcción.

Elementos que Componen una Emulsión

  • Cemento Asfáltico: 60% a 70% del volumen de la emulsión.
    • Constitución: Asfaltenos (características de dureza), Maltenos (aceites: características de consistencia; resinas: características de aglutinamiento).
  • Emulsificante: 30% a 40% del volumen de la emulsión (potasio, elemento tensoactivo que se encarga de romper la tensión superficial entre el asfalto y el agua, algo similar a lo que sucede con los detergentes).
  • Agua: 0.5% a 1% del peso de la emulsión (H2O, limpia).

Rompimiento de la Emulsión

Proceso físico mediante el cual los glóbulos de asfalto quedan libres del emulsificante, uniéndose entre sí y formando masas de mayor tamaño, precipitándose y dejando libre el agua para que sea expulsada por cualquier causa.

Clasificación por su Rompimiento

  • RR (Rompimiento Rápido): Cantidad mínima de emulsificante, consideradas emulsiones inestables. Utilizadas en la construcción de carpetas a base de tratamientos superficiales (riego de liga, riego de sello).
  • RM (Rompimiento Medio): Cantidad de emulsificante mayor a la anterior, consideradas emulsiones semiestables. Utilizadas en la elaboración de mezclas asfálticas con cierto porcentaje de finos (riego de impregnación).
  • RL (Rompimiento Lento): Mayor cantidad de emulsificante, consideradas emulsiones estables. Utilizadas en la elaboración de mezclas asfálticas que contengan un porcentaje considerable de finos y/o materiales pétreos (riego de impregnación sobre material fino).

Causas del Rompimiento

Electrostática, dilución, evaporación, electrólisis, congelación.

Según su Carga Eléctrica

  • Aniónica (-): Se mezcla con sílice basáltica que tiene carga (+).
  • Catiónica (+): Se mezcla con calizos cuarzosos que son (-).

Ventajas de las Emulsiones

Costo, humedad, temperatura, adhesividad.

Materiales Pétreos y Minerales en Ingeniería Civil

Minerales

Sustancia inorgánica de estructura definida y composición química determinada.

Escala de Dureza de Mohs

Talco, Yeso, Calcita, Fluorita, Apatita, Ortoclasa, Cuarzo, Topacio, Corindón, Diamante.

Minerales más Comunes en Ingeniería Civil

Sulfatos, Carbonatos, Fosfatos, Nitratos.

Rocas

Masa natural de consistencia de semidura a dura, constituida por uno o varios minerales.

Tipos de Rocas

  • Rocas Ígneas: Son productos de la solidificación del magma (roca fundida a temperaturas mayores de 900 ºC).
    • Intrusivas: Se forman por debajo de la corteza terrestre.
    • Extrusivas: Son todas las que conocemos como de origen de erupción volcánica.
  • Rocas Metamórficas: Son aquellas que modifican sus propiedades por medio de un fenómeno de metamorfismo.
    • Termometamórficas: Cuando el cambio es por variaciones de temperatura.
    • Plinamometamórficas: Cuando es originado por cargas (presión).
  • Rocas Sedimentarias: Son las que se originan por la solidificación de diferentes tipos de sedimentos, debido a fenómenos físicos, químicos o mecánicos.

Clasificación de Materiales Granulares

  • Gravas: Material granular suelto y friccionante, cuya granulometría va de 7 a 70 mm. Se encuentran en los lechos y márgenes de los ríos, provenientes de rocas ígneas, o también pueden ser cementantes (calizos, férricos).
  • Arenas: Material friccionante cuyo tamaño de partícula varía de 7 a 0.2 mm. Pueden ser silícicas o calcáreas; las más utilizadas en la industria de la construcción son las silícicas.
  • Limos: Materiales inertes friccionantes cuya partícula varía de 0.2 a 0.002 mm.
  • Arcillas: Suelo producto de la desintegración de diferentes tipos de rocas, las cuales reciben el nombre de rocas madres. Compuestas por silicatos y hierro, con tamaños de 1 micra hasta 10 micras. Tipos: simples, compuestas, panaloides, floculenta.