Módulo III. Evaluación de Pavimentos. Manual de Evaluación de Pavimentos. Ing. Maylin Corros B. Ing. Ernesto Urbáez P. Ing. Gustavo Corredor M.

Transcripción

1 Manual de Evaluación de Pavimentos Universidad Nacional de Ingeniería Facultad de Tecnología de la Construcción Programa de Capacitación Académica Maestría en Vías Terrestres Módulo III Diseño de Pavimentos I Evaluación de Pavimentos Ing. Maylin Corros B. Ing. Ernesto Urbáez P. Ing. Gustavo Corredor M.

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3 Manual de Evaluación de Pavimentos Universidad Nacional de Ingeniería Facultad dde Tecnología de la Construcción Programa de Capacitación Académica Maestría en Vías Terrestres Módulo III Diseño de Pavimentos I Evaluación de Pavimentos Ing. Maylin Corros B. Ing. Ernesto Urbáez P. Ing. Gustavo Corredor M.

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5 Presentación PRESENTACIÓN MANUAL DE HERRAMIENTAS PARA LA EVALUACIÓN FUNCIONAL Y ESTRUCTURAL DE PAVIMENTOS FLEXIBLES MAYO 2009 El presente trabajo fue realizado por la Empresa MAYER 97 INGENIEROS ASOCIADOS, C.A. con la colaboración del Ing. Gustavo Corredor M. y se enmarca dentro de los manuales y cursos que dicta el Instituto Venezolano del Asfalto (INVEAS) con el objeto de fortalecer la capacitación de los diferentes profesionales y técnicos dedicados a la construcción y mantenimiento de la infraestructura vial, específicamente en lo que se refiere a la estructura de pavimento. La preparación del presente trabajo ha sido posible, gracias al aporte que la Empresa Pavimentadora LIFE C.A. ha realizado al INVEAS bajo el ámbito de la Ley Orgánica de Ciencia Tecnología e Innovación (LOCTI). El material incluido en el presente Manual está orientado a la descripción de las diferentes herramientas para la evaluación funcional y estructural de pavimentos flexibles, considerándose tanto los equipos como los procedimientos y metodologías para el análisis de alternativas de mantenimiento y rehabilitación de pavimentos flexibles. El documento está dividido en siete (07) capítulos. El primero presenta una introducción del contexto y ámbito del Manual. El segundo capítulo está dedicado a la obtención y manejo de la información de tránsito. Los capítulos tercero y cuarto describen las distintas fallas que afectan la condición del pavimento flexible y una metodología para determinar el Índice de Condición del Pavimento (PCI). Por su parte los capítulos quinto y sexto, describen en qué consiste la evaluación funcional y estructural de pavimentos mostrando cuáles son los principales parámetros de medición y los equipos necesarios. Por último el capítulo 7 presenta algunos métodos de análisis estructural para el diseño de espesores. Es importante destacar que los conceptos, procedimientos y metodologías presentados en este manual, son ampliamente utilizados tanto a nivel nacional como internacional. Sin embargo, algunos de los mismos han sido simplificados e incluso tropicalizados considerando las características propias de Venezuela, sin perder de vista la esencia del ensayo, equipo o método de análisis. Esta simplificación es producto de la experiencia en la ejecución de algunos ensayos, por lo que la misma no debe generalizarse sin un análisis minucioso. Finalmente es importante destacar, que el presente Manual fue desarrollado bajo el patrocinio del Instituto Venezolano del Asfalto, INVEAS, sin embargo, los conceptos contenidos en el mismo no necesariamente corresponden a los del Instituto, por lo que INVEAS no se hace responsable de la interpretación ni resultados obtenidos de la aplicación de los conceptos contenidos en este Manual. 0

6 Introducción 1. INTRODUCCIÓN La infraestructura vial es un componente de gran importancia dentro del patrimonio de una nación, considerando su vinculación directa con el desarrollo social y económico, pues permite la comunicación e interrelación entre centros poblados, así como el intercambio de bienes y servicios. En este orden de ideas, la estructura de pavimento -como parte de la infraestructura vial- juega un papel preponderante, ya que su objetivo es ofrecer a los usuarios un rodaje cómodo, seguro y económico. En este sentido, el presente Manual incluye diferentes herramientas para la evaluación de pavimentos flexibles y muestra tanto los equipos de evaluación como los procedimientos para la determinación de espesores de refuerzo de pavimentos flexibles. El pavimento es una de las pocas estructuras civiles que tiene un período de diseño finito, por lo que su falla está prevista al término de ésta. Esto significa que durante el período de vida de una estructura de pavimento, la misma iniciará un proceso de deterioro tal que al final de su vida útil manifestará un conjunto de fallas que reducirán su calidad de rodaje y en definitiva incrementarán los costos de los usuarios y los costos de mantenimiento por parte de Agencia responsable. Independientemente del proceso de deterioro natural en toda estructura de pavimento, se deben iniciar labores de mantenimiento y rehabilitación de las mismas, prácticamente desde el inicio de su período de diseño, con el objeto de reducir el impacto que las diferentes fallas pueden afectar a la estructura y de esta manera optimizar los recursos disponibles para una eventual rehabilitación, sin necesidad de ejecutar trabajos de reconstrucción de la estructura. Cabe destacar, que en el proceso de deterioro de una estructura de pavimento, en especial del pavimento flexible, el tránsito o solicitaciones de carga representa una de las principales variables que inducen la fatiga de la estructura, es por ello que el presente Manual se inicia discutiendo los conceptos básicos referentes al análisis e interpretación de la información de tránsito. Seguidamente el Manual presenta una descripción de las diferentes fallas que afectan al pavimento flexible, destacando sus orígenes, magnitud y severidad, para luego presentar y discutir uno de los indicadores para la evaluación de fallas presentes en el pavimento, como es el Índice de Condición del Pavimento (PCI) de uso reconocido a nivel internacional. El momento en el cual se puede optimizar la inversión económica en trabajos de mantenimiento y rehabilitación de pavimentos, incrementando considerablemente su vida útil, es el objetivo primordial de la evaluación de todo pavimento en servicio. Para ello existen principalmente dos (02) tipos de evaluación de pavimentos. La primera de éstas corresponde a la evaluación funcional, la cual no es mas que la ejecución de ensayos que permitan determinar las características superficiales del mismo, traducidas en parámetros como: textura, rugosidad, fricción, etc, que tienden a evaluar la calidad de rodaje del pavimento, la cual -a pesar de estar asociada con su capacidad estructural- no necesariamente es un indicativo de ésta, en vista que pueden existir sectores con buena calidad de rodaje y sin embargo poseer una estructura débil, que con el paso de la carga se fatigará y presentará un agrietamiento severo. 1-1

7 Introducción El segundo tipo de evaluación es la estructural, la cual permitirá medir distintos parámetros, tales como: fallas presentes en el pavimento, deflexión superficial, radio de curvatura del cuenco de deflexiones del pavimento, tipos de materiales que conforman la estructura de pavimento, espesores de cada una, su condición, etc. Tomando en cuenta éstos dos ámbitos de evaluación, el presente manual dedica dos capítulos que describen los equipos y procedimientos asociados con la evaluación funcional y estructural de pavimentos flexibles. En éstos capítulos se presentan los equipos utilizados a nivel nacional e internacional, destacando aquellos equipos disponibles en el país, de tal manera de inducir al lector en la recolección de la data y sentar las bases para el posterior análisis de la información. El presente Manual está basado en procedimientos y metodologías aceptadas tanto a nivel nacional como internacional, destacando principalmente los métodos de mayor uso en Venezuela, sin que ello signifique limitar el empleo de otros equipos de evaluación o métodos de interpretación de datos. 1-2

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9 Tránsito 2. EL TRÁNSITO COMO VARIABLE DE DISEÑO DE PAVIMENTOS El material que se presenta a continuación es cortesía del Ing. Gustavo Corredor M. (M.Sc) y el mismo forma parte de su reconocida publicación titulada APUNTES DE PAVIMENTOS editada por las Universidades Santa María y Católica Andrés Bello de Caracas-Venezuela. Dicha publicación es utilizada ampliamente a nivel de Pre-Grado y Post-Grado en varias universidades del país. 2.1 Características del Tránsito El tránsito es la variable más importante en el diseño de pavimentos. Así comienza el Profesor Yang H. Huang de la Universidad de Kentucky, el Capítulo dedicado a este tema en su libro Análisis y Diseño de Pavimentos 1. En Venezuela deberíamos añadir que es la variable menos estudiada y a la que se le otorga la menor importancia. Para el dimensionamiento de un pavimento es necesario determinar los efectos que las cargas de los vehículos causarán sobre el pavimento, por lo cual se debe conocer el número y tipo que circulará por una vía, así como la intensidad de la carga y la configuración del eje que la aplica. El objeto de este capítulo es presentar la metodología para determinar los parámetros de tránsito que se requieren para el diseño estructural de los pavimentos en carreteras y autopistas. En el país los bienes de producción y consumo se transportan básicamente por carretera. La Norma COVENIN 614 actualizada en el año , establece la siguiente reglamentación en cuanto a cargas máximas: kg. en eje simple de 2 cauchos kg. en eje simple de 4 cauchos kg en dos ejes simples consecutivos de 4 cauchos cada uno (Eje Doble) kg en tres ejes simples consecutivos de 4 cauchos cada uno (Eje Triple) No existe en Venezuela un control de cargas eficiente; lo dispuesto en la Ley y Reglamentos de Tránsito es "letra muerta", y por ello estas disposiciones son violadas constantemente, lo que ha traído como consecuencia el deterioro prematuro de centenares de kilómetros de vías pavimentadas causando pérdidas apreciables al Patrimonio Nacional. 1 Huang, Yang: Pavement Analysis and Systems. University of Kentucky. Mac Graw International, Comisión Venezolana de Normas Industriales (COVENIN): Norma : Límite de peso para vehículos de carga (1ra. Revisión). 2 1

10 Tránsito 2.2 Definiciones y Conceptos Básicos A continuación se presentan una serie de definiciones de términos referentes a los vehículos y cargas que se sirven de una vía, y que serán empleados en los procesos de diseño de pavimentos. Estos términos han sido tomados de la publicación "NORVIAL: Vocabulario Vial", la cual fue editada por el Ministerio de Transporte y Comunicaciones en Mayo de 1977: Tránsito (Tráfico): Los vehículos de todo tipo, con sus respectivas cargas, considerados aisladamente o en conjunto mientras utilizan cualquier vía. Volumen de Tránsito: Número de vehículos que pasan por una sección dada de un canal o vía durante un período determinado Promedio Diario de Tránsito (PDT o TPDA): volumen promedio de tránsito en veinticuatro (24) horas, obtenido al dividir el volumen total de un determinado período de tiempo, generalmente un (1) año, entre el número de días del mismo período Volumen de tránsito Actual: es aquel que circularía por una vía si ésta fuera abierta al tránsito. En el caso de vías existentes, donde se cuenta con datos estadísticos, el tránsito actual se puede obtener proyectando para la fecha en consideración la tendencia de los registros históricos. En el caso de vías que van a ser mejoradas, el tránsito actual estará compuesto por el existente antes de la mejora más el tránsito atraído de otras vías cercanas por las ventajas que ésta ofrece. En el caso de vías nuevas todo el tránsito será atraído. Tasa de Crecimiento (TC): Es el incremento anual del volumen de tránsito en una vía, expresado en porcentaje. Se determina en base a los datos de las estaciones de conteo, extrapolando la tendencia de los datos estadísticos. Proyección de Tránsito: El volumen de tránsito para un año cualquiera se determina empleando la siguiente ecuación: Donde: PDT n = PDT o * (1+ TC) n (E-1) PDT n = Volumen diario de vehículos para el año "n". PDT o = Volumen diario de vehículos para el año inicial del período considerado. TC n = Tasa de Crecimiento para el período de años en análisis, expresada en forma decimal. = Número de años del período considerado. 2 2

11 Tránsito Composición del Tránsito: es la relación porcentual entre el volumen de tránsito correspondiente a cada tipo de vehículos, expresado en función del volumen de tránsito total. Vehículos Livianos: son todos los vehículos de dos ejes y cuatro ruedas, tales como: automóviles, camionetas y camiones de dos ejes con ruedas traseras sencillas. Vehículos Pesados: son todos los autobuses y camiones, con no menos de seis ruedas y/o tres o mas ejes individuales (eje trasero con cuatro ruedas, en el caso de vehículos de dos ejes). Se clasifican de acuerdo a las diferentes categorías señaladas en la Tabla 1, donde se indica tanto la nomenclatura que utiliza la Oficina de Planificación del Transporte Terrestre (O.P.T.T) del Ministerio de Infraestructura, como la establecida en la Norma "COVENIN Tabla 1 Tipos y características de los vehículos pesados que circulan normalmente por la red vial venezolana, con indicación del número de ejes por camión y la carga máxima total de acuerdo a la Norma COVENIN

12 Tránsito Los tipos de camiones se dividen en los siguientes grupos, de acuerdo a la Norma COVENIN : (a) camiones unitarios: vehículos con sistema de tracción y de carga integrados en una sola unidad (2RD, y O3E). (b) Semitrailers: vehículo compuesto por una unidad de tracción que no lleva carga (chuto) que arrastra una plataforma o batea sobre la cual va la carga, y que tiene un solo grupo de ejes, ya sea simple o compuesto. Se identifican con un primer dígito que designa el número de ejes individuales del tractor, seguido por el carácter alfabético S (Semitrailer) y con un segundo dígito que designa el número de ejes individuadles de la plataforma remolcada. (c) Remolques: vehículo compuesto por un camión unitario que arrastra un componente carente de motor con eje(s) delantero(s) y trasero(s) -remolque-. Se identifican con un primer dígito que designa el número de ejes individuales del camiòn, seguido por el carácter alfabético R (Remolque) y con un segundo dígito que designa el número de ejes individuadles de la unidad remolcada. Período de Análisis: Se entiende como tal el número de años seleccionado para la comparación de las diversas alternativas de diseño; puede comprender varios períodos de diseño (diseño por etapas). Generalmente es de veinte (20) años para vías troncales y autopistas, aún cuando actualmente se está considerando un período de hasta treinta (30) años para autopistas urbanas. Período de Diseño: Es el número de años para el cual se diseña específicamente el pavimento; generalmente varía entre los ocho (8) y veinte (20) años, dependiendo del tipo de vía. En casos excepcionales pudiera reducirse el periodo de diseño hasta un mínimo de cinco (5) años. Al final del Período de Diseño puede esperarse que el pavimento requiera una carpeta asfáltica de refuerzo para restaurar su capacidad de servicio. La Tabla 2 resume los periodos de diseño recomendados por la AASHTO y la correspondiente a la tipología de la red vial nacional. Tabla 2Períodos recomendados de diseño Tipo de vía según AASHTO Principal Según nomenclador vial venezolano Autopista urbana o rural de alto volumen y vía troncal Período de diseño (años) (30 en autopistas urbanas) Secundaria Vía local Terciaria Vía ramal, sub-ramal o agrícola 8-12, con mínimo de 5 años 2 4

13 Tránsito El "Período de Diseño" no debe ser confundido con la "Vida Útil" del pavimento ni con el Período de Análisis, como se indicó este último puede comprender varios Períodos de Diseño, como en el caso de la pavimentación por etapas. Por su parte la "Vida Útil" de un pavimento puede extenderse indefinidamente con la colocación de carpetas de refuerzo y otras medidas de rehabilitación, o extenderse mucho menos de lo estimado en el diseño debido a fallas prematuras o "sub-diseño" del pavimento. 2.3 Obtención de los Valores de Tránsito Para el Diseño de Pavimentos Normalmente el Ingeniero Proyectista de pavimentos recibe la información de tránsito que ha sido obtenida y procesada por la OPTT o por especialistas consultores en éste área de la ingeniería, sin embargo, su responsabilidad es la de procesar adecuadamente tal información, y muchas veces, realizar mediciones en el sitio con el fin de ajustar o verificar la información recibida. Debido a la importancia de este tema, se considera que en cualquier diseño de pavimentos debe participar un especialista en tráfico, con el fin que ésta variable de diseño, tan importante incluso más que la información de suelos y materiales, sea lo más ajustada posible a las expectativas futuras de la facilidad vial. Como e indicó, es opinión del Autor que en Venezuela no se le ha dado la importancia que realmente tiene la recolección y procesamiento de la información de tránsito para el diseño de pavimentos, debiéndose profundizar en los estudios de esta variable para cada diseño particular. A continuación se describe muy brevemente el proceso empleado en Venezuela para la obtención de la información de tránsito para el diseño de pavimentos: 1. Volumen y tipo de vehículos (a) Sistema de Primera Generación La antigua Oficina de Planeamiento Vial, adscrita al desaparecido Ministerio de Obras Públicas (MOP) implementó, desde el año 1963 y hasta el año 1976, un Sistema de Conteos de Tránsito en puntos de la red vial nacional de carreteras, mediante el empleo de sistemas mecánicos con detectores neumáticos tales como los que se ilustran en las siguientes figuras: 2 5

14 Tránsito Los sistemas mecánicos por bandas neumáticas presentan la ventaja de su economía, pero su mayor limitación es que no clasifican los tipos de vehículos que circulan sobre las bandas, por lo cual sus mediciones siempre deben ser corregidas por observaciones visuales, de tal manera que el número de ejes registrados coincida con los ejes reales. Esta corrección se hace a lo largo de un tiempo determinado, y su factor de corrección se aplica a toda la medición, independientemente del tiempo que en que ésta haya sido realizada. Esta actividad fue paralizada desde 1977 hasta 1979, cuando inicia el Ministerio de Transporte y Comunicaciones (MTC). Entre los años 1979 y 1981 se reinicia ésta actividad pero prácticamente, desde 1982 se cubren cada vez un menor número de estaciones. Cada tipo de estación tiene la siguiente característica: Estaciones Permanentes (67 puntos de registro en la red vial): Son aquellas localizaciones de la carretera, señalizadas ó no, sobre las cuales se efectúan conteos del volumen de tránsito en forma continua, mediante dispositivos mecánicos (todas las horas del día y todos los días del año). Estas estaciones han sido hoy en día sustituidas por los conteos realizados en los puntos de peaje. Estaciones de Cobertura 1 (395 puntos de registro en la red vial): Son aquellas localizaciones de la carretera, señalizadas ó no, sobre las cuales se efectúan conteos del volumen de tránsito mediante dispositivos mecánicos en días laborales de 24 horas de duración, cada mes del año. Estaciones de Cobertura 5 (1259 puntos de registro en la red vial): Son aquellas localizaciones de la carretera, señalizadas o no, sobre las cuales se efectúan conteos del volumen de tránsito mediante dispositivos mecánicos en días laborales de 24 horas de duración, tres veces al año (una vez cada cuatro meses). 2 6

15 Tránsito Estaciones Especiales: Son aquellas localizaciones en carreteras o vías urbanas, señalizadas o no, sobre las cuales se efectúan conteos del volumen de tránsito mediante, dispositivos mecánicos en días laborales o no, durante 24 horas, en cualquier momento. La información recabada mediante este sistema de conteos no solamente ha permitido conocer las leyes que rigen la circulación del tránsito en las carreteras del país, sino que también ha servido para determinar los valores de los coeficientes de ajustes diarios y mensuales para los conteos realizados en "Estaciones de Cobertura 5", ubicadas sobre la red primaria. Es conveniente observar que las cifras presentadas en todas la estadísticas de tránsito publicadas hasta la fecha, incluyendo la última publicada en 1983, no han sido ajustadas mediante la aplicación de dichos coeficientes. También cabe observar que, aún cuando se sigue manteniendo la nomenclatura y los nombres de los tres tipos de estaciones creados en 1973, los conteos que se han venido realizando desde 1976 no se ajustan a las condiciones establecidas en la definición de cada tipo de estación. Mediante el análisis estadístico de los valores de tráfico correspondientes al período , se determinó que los máximos errores de estimación que podían contener las cifras presentadas en las estadísticas publicadas hasta 1976, y los cuales se consideran como válidos hasta la fecha actual, eran las indicadas en la Tabla 3, siempre que las mismas se refieran a carreteras de poco tránsito recreacional: Tabla 3 Niveles de precisión y confianza de los valores de tráfico según el tipo de Estación de Conteo Tipo de Estación Precisión Error Nivel de confianza Permanente Ninguno 100 Cobertura Cobertura Todos los análisis se basaron en la suposición de muestras aleatorias simples, así como de que los datos seguían una distribución normal o de Gauss. Es conveniente señalar nuevamente que la Oficina de Planificación de Transporte Terrestre (OPTT) del Ministerio de Infraestructura (MINFRA) puede suministrar la información básica de tránsito de la mayor parte de la red vial venezolana. La Figura que se muestra en la siguiente página corresponde a la información que suministra el MINFRA como resultado de uno de sus conteos mecánicos. 2 7

16 Tránsito La determinación del volumen de tránsito actual en las vías nuevas, o que vayan a sufrir mejoras de consideración, requiere de un cúmulo de información que normalmente no está al alcance del proyectista de pavimentos; en estos casos generalmente habrá que obtener los valores de tránsito de la OPTT; si ésta no los tuviere se tendrá que realizar un estudio especial, directamente a través de ella o a través de especialistas en esta rama de la ingeniería. Figura 1: ejemplo de conteo vehicular por medios mecánicos 2 8

17 Tránsito La Tabla 4 muestra una de las hojas típicas de la publicación "Estadísticas de Tránsito, Período , Ministerio de Transporte y Comunicaciones, 1982". Tabla 4 2 9

18 Tránsito En la Tabla 4 se presenta, para cada Estación de Conteo, la siguiente información: Número de la estación. Identificación (Descripción del tramo vial en el cual está ubicada la estación de conteo. Identificación de la vía (Troncal, local, etc.). Entidad Federal a la que pertenece el tramo vial. Tipo de pavimento (asfalto, concreto, granzón, tierra). Año y valor del PDT. Porcentaje de vehículos pesados. Año de la última determinación del porcentaje de vehículos pesados. La información de tránsito, tal como es suministrada por la OPTT, puede ser utilizada para proyectar el tráfico futuro de una vía, en vez de utilizar la Fórmula (E-1), cuando los valores de Tasa de Crecimiento no son constantes a lo largo de los años, que es el caso común. El procedimiento consiste en graficar la información, y obtener una curva y su correspondiente ecuación, tal como se presenta en la Figura siguiente, a partir de la cual se puede estimar el valor de tráfico en un año futuro cualquiera. Figura 2 Ejemplo de proyección gráfica de valores futuros de tráfico en función de valores históricos Registros históricos de volúmenes de tránsito. Límite Aragua-Distribuidor Santa Clara 20,000 PDT 18,000 16,000 14,000 12,000 10,000 8,000 6,000 y = x - 1E+06 R 2 = , Año del conteo 2 10

19 Tránsito (b) Sistemas de segunda generación Los sistemas de conteo vehicular por medios mecánicos han sido mejorados gracias al desarrollo de equipos que utilizan diversos sistemas: eléctricos, fotoeléctricos, piezoeléctricos, de radar, magnéticos, ultrasónicos, infrarrojos, etc. Desde comienzos de la década de los años 90 cuando fue implementada en Venezuela el sistema de las Concesiones de Mantenimiento, se instalaron cerca de 62 Estaciones de Peaje en los corredores viales de las troncales y autopistas que emplean fundamentalmente los medios piezo-eléctricos o magnéticos para la obtención de la información de tránsito. Peaje El Rastro, Estado Guárico Estas estaciones de peaje reemplazaron las estaciones de conteo permanente y registran la información diaria, sobre el número de vehículos, así como su clasificación por tipos de vehículos que atraviesan un peaje determinado. Su gran ventaja es que permiten registrar todos y cada uno de los diferentes vehículos que transitan por el punto de medición; en su contra se esgrime el argumento que presentan un mayor costo de ejecución. Para Octubre 2004 el costo de una medición de una semana continua se aproxima a los Bs. (1.640 US$). La Tabla 4-a muestra el reporte de datos ofrecido por una estacón de peaje. 2 11

20 Tránsito Tabla 4-a: Ejemplo de registro mensual en la estación de Peaje Simón Planas, ubicada en la carretera Acarigua-Barquisimeto, Csrretera TO-05 El modelo de registro anterior clasifica los vehículos no por Tipo COVENIN, sino en función del tipo y Número de ejes. La siguiente tabla muestra un ejemplo sobre la tipología de clasificación: Clase Descripción 1 Vehículo liviano (pasajeros y pickup) 2 Colectivos (2RD y O3E) 3 Camión 2RD Carga liviana, Tipo Camión 2RD Carga pesada, Tipo Camión O3E y Semitrailers 2S1 6 Semitrailers y remolques de 4 ejes 7 Semitrailers y remolques de 5 ejes 8 Semitrailers y remolques de 6 o más ejes Debe recordarse que, en el caso venezolano, cada estación de peaje puede tener su propia tabla de clasificación. 2 12

21 Tránsito La precisión de estos sistemas es del 100%, con la ventaja ya comentada que no solo permiten el registro del total de vehículos, sino aportan la información del conteo clasificado por tipo de vehículo. La información mostrada anteriormente, obtenida año tras año en los sitios de conteo, tal como se ilustra en la Tabla 4, permite estimar cómo será el volumen en una vía en un año futuro, por medio de proyecciones estadísticas, un ejemplo se presenta en la Figura 2 mostrada anteriormente. A continuación se muestra la serie histórica del registro en una estación de peaje: Resultados de conteos en Carretera Acarigua-Barquisimeto Conteo en ambos sentidos Año Mes N días Clase 1 Clase 2 Clase 3 Clase 4 Clase 5 Clase 6 Clase 7 Clase 8 Exonerados Total PDT %Vp 1998 Diciembre 18 92,057 4,770 10,688 7,078 1,095 1,152 5,103 3,734 1, ,036 7, % 1999 Enero ,339 7,518 18,316 13,143 2,276 2,181 8,928 7,212 1, ,640 6, % 1999 Febrero ,617 7,344 18,878 13,447 2,435 1,946 8,107 6,826 1, ,912 6, % 1999 Marzo ,700 8,080 21,132 15,260 2,701 2,269 10,715 8,010 1, ,239 7, % 1999 Abril ,073 7,240 17,119 12,092 2,293 1,982 9,707 7,052 1, ,834 6, % 1999 Mayo ,979 7,801 18,495 12,859 2,315 1,962 9,931 7,218 1, ,074 6, % 1999 Junio ,135 7,526 17,799 12,094 2,074 1,684 8,811 6,438 1, ,167 6, % 1999 Julio ,956 8,140 17,989 12,053 2,043 1,513 8,098 5,960 1, ,187 6, % 1999 Agosto ,348 8,973 17,698 12,095 2,120 1,614 9,034 6,357 1, ,595 7, % 1999 Septiembre ,845 8,613 18,584 13,354 2,343 1,527 7,825 6,372 1, ,691 7, % 1999 Octubre ,360 8,975 18,260 12,608 2,194 1,722 8,014 6,827 1, ,333 6, % 1999 Noviembre ,466 8,762 19,265 13,157 2,355 1,660 7,826 6,477 1, ,181 7, % Inauguración Variante Los Cristales: Diciembre Diciembre ,937 9,265 19,651 12,367 2,364 1,488 8,795 7,205 1, ,328 7, % 2000 Enero ,029 9,154 18,376 12,015 2,411 1,900 9,402 7,152 1, ,622 7, % 2000 Febrero ,345 9,184 20,983 13,682 2,524 1,909 10,911 6,907 1, ,838 7, % 2000 Marzo ,646 10,412 22,134 14,482 2,519 2,094 11,336 7,399 1, ,589 7, % 2000 Abril ,846 10,338 18,114 11,563 2,111 1,454 10,808 7,227 1, ,597 7, % 2000 Mayo ,308 9,716 20,511 14,606 2,304 2,029 12,944 9,312 1, ,360 7, % 2000 Junio ,285 9,335 19,019 12,803 2,138 1,725 10,366 7,491 1, ,904 7, % 2000 Julio ,557 9,951 18,595 11,937 1,959 1,406 9,721 6,292 1, ,879 7, % 2000 Agosto ,448 10,725 20,416 12,873 2,198 1,739 10,662 7,088 1, ,523 7, % 2000 Septiembre ,303 10,109 18,851 12,727 2,093 1,712 10,988 6,857 1, ,895 7, % 2000 Octubre ,716 10,082 20,215 12,228 2,155 1,534 9,848 7,166 1, ,639 7, % 2000 Noviembre ,189 9,628 21,846 13,561 2,251 1,687 10,976 7,830 1, ,719 8, % 2000 Diciembre ,795 10,704 20,860 12,852 2,093 1,870 11,608 7,765 1, ,024 8, % 2001 Enero ,168 9,369 20,126 13,016 2,388 2,283 13,374 8,147 1, ,278 8, % 2001 Febrero ,675 9,270 21,914 12,660 2,326 2,194 11,358 7,160 1, ,893 8, % 2001 Marzo ,256 9,960 25,196 15,791 2,793 2,494 14,117 9,171 1, ,493 8, % 2001 Abril ,681 10,403 20,281 12,612 2,277 1,898 12,071 8,200 1, ,846 8, % 2001 Mayo ,423 9,750 22,591 14,417 2,724 2,557 14,497 9,944 1, ,386 8, % 2001 Junio ,412 9,474 20,833 13,231 2,370 2,120 11,779 8,401 1, ,187 8, % 2001 Julio ,423 9,750 22,591 14,417 2,724 2,557 14,497 9,944 1, ,386 8, % Total periodo Dic-99- Julio ,434, , , ,840 46,722 38, , ,658 29,334 4,809,386 7, % 2 13

22 Tránsito (c) Conteos visuales Aún cuando lo ideal es que el conteo vehicular -clasificado o no se realice mediante el empleo de equipos, en el caso de que ésto no sea posible, por razones de tiempo o carencia de recursos, siempre se podrá recurrir al sistema de contar los vehículos mediante la simple observación visual del paso del flujo vehicular. El conteo visual permite no solo determinar el total de vehículos que circulan por el punto de medición, sino que se obtiene un conteo clasificado, ya que se contabiliza el número de cada tipo de vehículo que pasa por esa sección durante el tiempo de la medición. La planilla que se muestra a continuación puede ser utilizada para un conteo visual clasificado. En esta planilla se detallan los tipos de vehículos más comunes que circulan por la red vial venezolana. 2.4 Lapso de Medición de Volúmenes de Tránsito El lapso ideal para la realización de un conteo -ya que se elimina cualquier error por condiciones estacionales del flujo de vehículo- es de un (1) año. Cuando el conteo se realiza en estaciones de Cobertura 1, o en peajes, automáticamente al correr del año se va registrando el volumen acumulado de vehículos. En otras ocasiones o puntos de medición, no es ni práctico ni económico el que se disponga de este lapso de tiempo. Lo 2 14

23 Tránsito ideal entonces es realizar una medición de un mes continuo. En caso de que esto tampoco sea posible, la medición debería ser de una (1) semana completa, en forma tal que se obtenga un registro de lunes a domingo. Si tampoco esto fuese posible, debería al menos disponerse de un registro de un día laboral y de un día de fin de semana (sábado o domingo). Si en algunos casos ni siquiera esto fuese posible, el conteo debe ser realizado en un día (24 horas) continuas, preferiblemente en un día laborable. Pudiera darse el caso que ni aún pudiese contarse en un lapso de 24 horas; en este caso debe irse a un conteo de doce horas. De no ser posible debe irse a conteos de ocho (8) horas, y a veces solo podrá contarse durante una hora. En cualquiera de estos tres casos, el PDT debe ser obtenido dividiendo el número de vehículos contado durante el periodo entre el factor de medición que se indica en la siguiente tabla: PDT = Tabla 5 Estimaciones del PDT en función del conteo horario Total de conteo Horas continuas durante el lapso del conteo Factor de medición (total conteo) / (factor de medición) 7:00 am 7:00 pm 12 0,754 8:00 am 4:00 pm 8 0,504 1 hora (hora pico) 1 0,083 Fuente: Corredor, G.: V Jornadas de Vialidad y Transporte, Valencia, La tabla siguiente presenta los Factores de Medición Horaria en función del porcentaje de ocurrencia en la Hora Pico: En caso de no conocer la Hora pico de la carretera, puede estimarse de la Tabla Tabla 6 Frecuencia de ocurrencia de las Horas-Pico % de ocurrencia 2 15 Factor de medición horaria Promedio Rango 6:00 am-7:00 am 6,45 0,091 0,062-0,131 7:00 am-8:00 am 10,75 0,087 0,065-0,112 8:00 am-9:00 am 5,37 0,073 0,065-0,082 9:00 am-10:00 am 6,45 0,082 0,069-0,096 10:00 am- 11:00 am 2,15 0,081 0,080-0,081 11:00 am 12:00 m 3,23 0,082 0,075-0,094 12:00 m 1:00 pm 1,08 0,086 0,086 1:00 pm 2:00 pm 2,15 0,089 0,082-0,095 2:00 pm 3:00 pm 5,38 0,083 0,070-0,108 3:00 pm- 4:00 pm 11,83 0,078 0,061-0,096 4:00 pm- 5:00 pm 12,90 0,081 0,068-0,105 5:00 pm- 6:00 pm 20,43 0,081 0,065-0,153 6:00 pm- 7:00 pm 9,68 0,082 0,070-0,109 7:00 pm- 8:00 pm 2,15 0,101 0,075-0,127 No se registraron horas pico fuera de las señaladas Fuente: Corredor, G.: V Jornadas de Vialidad y Transporte, Valencia, 1998.

24 Tránsito En caso de no conocer la Hora Pico, lo mas conveniente es realizar la medición entre las 5 y 6 de la tarde, ó entre las 4 y 5 de la tarde, ya que la mayoría de las carreteras presentaron horas-pico entre éstas horas. 2.5 Peso Total y Peso por Eje de los Vehículos de Carga Para el conteo de vehículos, tal como ha sido mencionado en párrafos anteriores, se podrá disponer desde equipos electrónicos muy modernos hasta una simple observación visual, pero siempre, aun en el caso de mayores dificultades, se podrá obtener o validar en campo la información de volúmenes de tránsito. Para el caso de determinación de las cargas en los vehículos, por el contrario, deberá contarse con sistemas de pesaje, los cuales serán realizados con balanzas con carga detenida o a través de medios electrónicos. A continuación se describen algunos tipos de pesajes disponibles: (a) Pesaje mediante el empleo de balanzas con carga detenida (a.1) Balanza de peso total: Este sistema permite la medición de la carga de un vehículo por medio de una balanza, normalmente mecánica, sobre la cual el vehículo debe estar detenido. Las balanzas que se emplean son del tipo romana, sobre la cual se coloca todo el vehículo, y registran su peso total. Pueden ser empleadas para determinar el peso por eje, o grupo de ejes, desplazando el vehículo sobre la balanza, en forma tal que sobre la balanza solo esté cargando el eje, o grupo de ejes, que se desea pesar. Este tipo de balanza es el que se emplea en los sitios en que pesan los vehículos para el control de carga y sobre-carga. Son de tipo fijo, aun cuando se dispone de algunos modelos portátiles. (a.2) Balanzas de peso por rueda: Mediante este tipo de balanzas portátiles se logra determinar el peso por cada rueda o conjunto de ruedas en un eje. Se ubican en sitios estratégicamente seleccionados y requieren de un número alto de operadores: uno por cada juego de balanzas, dos o tres señaleros y un jefe de grupo. Lo ideal, para que el sistema sea mas rápido, es que se disponga de siete (7) balanzas de modo que pueda colocarse una bajo cada grupo de ejes. Su precio de adquisición es relativamente bajo pero tienen poco rendimiento. En un día de trabajo se pueden pesar entre 40 y 60 vehículos. Una de sus grandes limitaciones es que la muestra del pesaje debe ser muy bien diseñada, en forma tal que represente el universo de vehículos que circulan por la vía en estudio. La siguiente figura presenta una balanza de peso total: 2 16

25 Tránsito Balanza de carga detenida, para pesaje del vehículo en una única operación Las dos figuras que se incluyen a continuación corresponden al modelo de balanzas portátiles de carga por rueda: Ejemplo de equipos de pesaje con carga detenida mediante balanzas portátiles 2 17

26 Tránsito (b) Pesaje mediante el empleo de balanzas con carga en movimiento (WIM) Gracias a la electrónica, hoy en día se dispone de medios mucho mas rápidos y seguros para el pesaje de vehículos. Estos dispositivos permiten pesar cualquier vehículo, eje a eje y peso total sin obligarlo a detenerse; se conocen como sistemas WIM por sus siglas en inglés Weight In Motion. El costo de un pesaje total de vehículos alcanza a la fecha un valor cercano a los Bs por día (US$ 375 al cambio actual de Bs/US$ ). La característica mas importante de este sistema es su confiabilidad, ya que permite obtener y registrar el peso de cada vehículo, es decir el 100% de la muestra bajo medición, sin interrupción alguna de tránsito, ya que el sistema se compone de una serie de cables coaxiales empotrados o adheridos sobre el pavimento. Detalle Fotográfico de sensores piezo-eléctricos adheridos sobre el pavimento: 2 18

27 Tránsito El siguiente esquema muestra el procedimiento de recolección de la data de pesaje por medio de un sensor piezo-eléctrico: 2 19

28 Tránsito 2.6 Utilización de la Información de Tránsito Para el Diseño de Pavimentos La información de tránsito que interesa al proyectista de pavimentos debe comprender: El volumen de tránsito, es decir el número de vehículos que utilizará la facilidad vial. La composición del tránsito, es decir la identificación de los tipos de vehículos que circularán sobre el pavimento. La intensidad de la carga, lo cual implica determinar el peso de los vehículos vacíos más el de la carga que transportan. La configuración de los ejes que transmiten las cargas al pavimento. El canal de circulación que servirá como patrón de diseño. Volumen de tránsito El número de vehículos que circulará sobre la vía será determinado, tal como ha sido señalado, en función de las estadísticas y estudios de tránsito, y/o mediciones reales de campo. Debe conocerse tanto el volumen para el año inicial de diseño, como la tasa de crecimiento interanual para el período de diseño. Composición del tránsito El número de vehículos de pasajeros y el número y tipo de vehículos pesados es obtenido también de los conteos y proyecciones de tráfico. En la Tabla 1 fueron presentados los tipos de vehículos de carga más comunes en Venezuela. Intensidad de carga El total del peso del vehículo, tanto vacío como cargado, según sea el caso, también se obtiene en las "Estaciones de pesaje" mediante el uso de un sistema de balanzas que permiten determinar tanto el peso bruto total, como el peso en cada uno de los ejes del vehículo. En la Tabla 1 citada anteriormente, se muestran las cargas máximas para cada uno de los diversos tipos de vehículos pesados y más adelante se comentará sobre la carga que transmiten los neumáticos sobre el pavimento. Configuración de los ejes que transmiten las cargas al pavimento Una de las piezas de información más importantes en cuanto al tráfico se refiere es la manera como se aplicará la carga sobre el pavimento, es decir cuántos ejes y de qué tipo son (número de ruedas por eje, número de ejes, separación entre ejes, presión de inflado de neumáticos, etc.) 2 20

29 Tránsito A este respecto es conveniente definir los tipos de ejes que pueden ser encontrados en los vehículos que transitan sobre nuestros pavimentos, de acuerdo a lo establecido en la Norma COVENIN (Tipología de vehículos de carga): Ejes Simples: Son ejes sencillos de dos o cuatro ruedas. Ejes Tandem (dobles): Es el conjunto de dos ejes sencillos, separados entre 1,20 y 1,60 metros aproximadamente, que tienen una suspensión común. 2 21

30 Tránsito Ejes Triples: es el conjunto de tres ejes sencillos, separados entre 1,20 y 1,40 metros aproximadamente, los cuales no tienen una suspensión común. Canal de circulación que servirá como patrón de diseño: Es necesario, además conocer cómo se distribuirá el flujo de vehículos en ambos sentidos de la vía. A tal efecto se aplican los siguientes conceptos: Tránsito Balanceado: se denomina así cuando la composición, volumen e intensidad de carga en una vía es similar en ambas direcciones. Tránsito Desbalanceado: cuando no se cumple la definición anterior en la circulación del tráfico en la vía. Canal de Diseño: es aquel canal de una vía que estará sometido a las condiciones más severas de carga y por lo tanto será el que controle el diseño del pavimento. En una carretera de un canal por sentido con tránsito balanceado, el Canal de Diseño es cualquiera de los dos canales de circulación. En una vía de varios canales, el Canal de Diseño corresponderá, normalmente, al canal de circulación lenta del sentido más cargado, a menos que exista una información de tránsito que permita conocer específicamente cuál será ese canal más cargado. En vías de múltiples canales con isla central y tránsito desbalanceado, puede seleccionarse un canal de diseño para cada sentido. 2 22

31 Tránsito 2.7 Determinación del Efecto de las Cargas Transmitidas por los Diferentes Ejes Sobre un Pavimento Flexible Uno de los factores de diseño que presenta mayor variabilidad es el correspondiente al efecto de las cargas que transmiten los vehículos al pavimento. Cualquier observador, por más inexperto que sea en el área de pavimentos, no puede dejar de notar que por una sección dada de pavimento circulan diariamente un sinnúmero de tipos de vehículos, y un mayor número de tipos de carga: observará para un mismo tipo de camión que algunos circularán vacíos, otros cargados con cemento, otros con cerveza, otros con materiales de construcción, etc.; además la condición de variabilidad descrita se repetirá para cada tipo de camión sobre la vía. Es necesario, en consecuencia, transformar toda esa gama de realidades de formas e intensidades de carga, en un valor que los represente y que sea simplemente obtenible y manejable. Por esta razón se definió un "Eje Patrón" que representa la carga estándar o normalizada. En Venezuela, como en la gran mayoría de los países occidentales, el "eje patrón" contempla una carga por eje simple de cuatro ruedas de kg (80 KN ó libras ó 18 kips.). Adicionalmente fue necesario asignar a este eje patrón un valor del efecto que causaba al pasar sobre un pavimento, este efecto se conoce como "factor daño", y para una carga patrón de 18 kips, sobre un eje simple de cuatro ruedas (o ruedas morochas), se le asignó un valor unitario, es decir cada vez que un eje simple de lbs pasa sobre una sección de un pavimento flexible, causa sobre ese pavimento un daño igual a uno (1). Como consecuencia de esta simplificación surge la definición de los "Factores de Equivalencia de Cargas" que "son valores numéricos que definen el daño que causa el paso de un vehículo, o eje determinado sobre una sección de pavimento en una manera relativa al daño que el vehículo o eje patrón causa al pasar sobre la misma sección de pavimento", o dicho de otra manera, los "Factores de Equivalencia" transforman las repeticiones de un eje cualquiera, a un número de repeticiones del eje patrón que causan el mismo efecto de daño sobre el pavimento que el daño causado por ese eje cualquiera. Los "Factores de Equivalencia" para los ejes simples y tandem (dobles y triples) son los derivados empíricamente en el Ensayo Vial AASHO en función no solo de la magnitud de la carga y la configuración del eje que la transmite al pavimento, sino también del tipo de pavimento (flexible o rígido), del espesor del pavimento y de la condición final de calidad de rodaje del pavimento para el momento final del período de diseño y obedecen, en una forma muy simplificada, a la relación exponencial siguiente: 2 23

32 Tránsito Factor de equivalencia = [Carga en eje / Carga normalizada]^4 Si se establece como carga normalizada los valores de 6.6 ton en eje simple de dos ruedas, de 8.2 ton en ejes simple de cuatro ruedas y ejes tandem (dobles) y de 23 ton en eje tridem (triples), los factores de equivalencia toman las expresiones aproximadas siguientes: (Fei simple de dos ruedas ) = (Carga por eje (i) / 6.6) 4 (Fei simple de cuatro ruedas ) = (Carga por eje (i) / 8.2) 4 (Fei doble ) = (0,57 * Carga por eje doble (i) /8.2) 4 (FEi triple ) = (Carga por eje triple (t)/23) 4,22 (E-2) (E-3) (E-4) (E-5) Ejemplos de estimación de los ejes equivalentes: Ejemplo 1 Camión semitrailer 3S3 con 48 toneladas de carga total Eje individual Eje 1 Eje 2 Eje 3 Eje 4 Eje 5 Eje 6 Carga (Ton) 5,76 7,68 9,12 8,16 10,56 6,72 Eje de carga Simple dos ruedas Tandem doble (Eje 2 + eje 3) Tandem triple (eje 4 + eje 5 + eje 6) Toneladas en eje de carga 5,76 16,80 25,44 Factor de equivalencia Ejes equivalentes causados por el paso 0,58 1,86 1,53 (0,58 + 1,86 + 1,53 ) 2 24

33 Tránsito de este vehículo (Factor daño) 3,97 Es decir que el paso de este camión causa el mismo daño sobre el pavimento que el causaría un camión virtual de 3,97 ejes simples de cuatro ruedas, cada eje cargado con 8,2 toneladas Ejemplo 2 El mismo Camión semitrailer 3S3 pero con 96 toneladas de carga total Eje individual Eje 1 Eje 2 Eje 3 Eje 4 Eje 5 Eje 6 Carga (Ton) 11,52 15,36 18,24 16,32 21,12 13,44 Eje de carga Simple dos ruedas Tandem doble (Eje 2 + eje 3) Tandem triple (eje 4 + eje 5 + eje 6) Toneladas en eje de carga 11,52 33,60 50,88 Factor de equivalencia Ejes equivalentes causados por el paso de este vehículo (Factor daño) 9,28 29,76 28,52 (9, , ,52) 67,56 Es decir que el paso de este camión causa el mismo daño sobre el pavimento que el causaría un camión virtual de 67,56 ejes simples de cuatro ruedas, cada eje cargado con 8,2 toneladas. La carga, en este ejemplo se dobló, pero el efecto daño fue prácticamente 16 veces mayor. El Factor camión de esta flota de dos camiones sería igual a: FC = (3, ,56) / 2 = 35,76 ejes equivalentes 2 25

34 Tránsito Ejemplo 3 Camión Semitrailer 3S2 con una carga de 55 toneladas Eje individual Eje 1 Eje 2 Eje 3 Eje 4 Eje 5 Carga (Ton) 6,60 8,25 10,45 16,24 13,46 Eje de carga Simple dos ruedas Tandem doble (Eje 2 + eje 3) Tandem doble (Eje 4 + eje 5) Toneladas en eje de carga Factor de equivalencia Ejes equivalentes causados por el paso de este vehículo (Factor daño) 6,60 18,70 29,70 1,00 2,86 18,17 (1,00 + 2,86+ 18,17) 22,03 Es decir que el paso de este camión causa el mismo daño sobre el pavimento que el causaría un camión virtual de 22,03 ejes simples de cuatro ruedas, cada eje cargado con 8,2 toneladas. El Factor camión de esta flota de tres camiones sería igual a: FC = (3, ,56 +22,03 ) / 3 = 31,18 ejes equivalentes 2 26

35 Tránsito Ejemplo 4 Camión Remolque 3R3 cargado con 55 toneladas Eje individual Eje 1 Eje 2 Eje 3 Eje 4 Eje 5 Eje 6 Carga (Ton) 4,95 8,25 8,25 12,65 10,45 10,45 Eje de carga Simple dos ruedas Tandem doble (Eje 2 + eje 3) Simple cuatro ruedas Tandem doble (Eje 5 + eje 6) Toneladas en eje de carga Factor de equivalencia Ejes equivalentes causados por el paso de este vehículo (Factor daño) 4,95 16,50 12,65 20,90 0,32 1,73 5,66 4,46 (0,32 + 1,73 + 5,66 + 4,46) 12,17 Es decir que el paso de este camión causa el mismo daño sobre el pavimento que el causaría un camión virtual de 12,17 ejes simples de cuatro ruedas, cada eje cargado con 8,2 toneladas. El Factor camión de esta flota de cuatro camiones sería igual a: FC = (3, ,56 +22, ,17) / 4 = 26,43 ejes equivalentes 2 27

36 Tránsito Ejemplo 5 Un Camión Tipo O3E autobús cargado con 20 toneladas Eje individual Eje 1 Eje 2 Eje 3 Carga (Ton) ,60 7,60 Eje de carga Simple dos ruedas Tandem doble (Eje 2 + eje 3) Toneladas en eje de carga Factor de equivalencia Ejes equivalentes causados por el paso de este vehículo (Factor daño) 4,80 15,20 0,28 1,25 (0,28 + 1,25 ) 1,53 Es decir que el paso de este camión causa el mismo daño sobre el pavimento que el causaría un camión virtual de 1,53 ejes simples de cuatro ruedas, cada eje cargado con 8,2 toneladas. El Factor camión de esta flota de cinco camiones sería igual a: FC = (3, ,56 +22, ,17 + 1,53) / 5 = 21,45 ejes equivalentes 2 28

37 Tránsito 2.8 Metodología para el Cálculo del Número de Cargas Equivalentes (REE o W t18 ) para el Diseño de Pavimentos La determinación de las cargas que actuarán sobre un pavimento, en su período de diseño, se basa en la aplicación de la Ecuación E-6-a ó E-6-b: REE = W t18 = EE o * { [ (1+TC) n - 1) ] / TC } (E-6-a) ó REE = W t18 = EE o * { [ (1 + r) n - 1] / [ ln (1+r) ] } (E-6-b) Donde: REE = cargas equivalentes totales en el período de diseño TC = r = tasa de crecimiento interanual EE o = cargas equivalentes acumuladas en el primer año de diseño, siendo igual a: EE o = PDT o * %V p * FC * fds * fuc * A * D (E-7) Donde: PDTo = volumen diario del total de vehículos (livianos + pesados), para cualquier día el año inicial de diseño. %V p = número de vehículos pesados, expresado en forma decimal, como porcentaje del PDT. El resultado de la expresión (PDTo * %Vp), se define como VTP i y es igual al volumen diario de tráfico pesado -o número de camiones- para el año inicial de diseño. Uno de los valores más importantes es el que corresponde al término "FC", el cual se define como "Factor Camión", y es igual al número de cargas equivalentes promedio por camión, y se obtiene dividiendo el valor obtenido al sumar el total de cargas equivalentes de cada camión, de un número dado de camiones que circulan por una sección de carretera, entre el número total de camiones considerados en la sumatoria de los ejes equivalentes. (véanse ejemplos de estimación de ejes equivalentes por tipo de camión) 2 29

38 Tránsito El Factor Camión es una constante característica de la distribución de frecuencia de eje por rango de carga e independiente del número de vehículos; es decir no depende del número de camiones a partir de los cuales se determine, pero sí de la conformación, o distribución de los diversos camiones dentro del total del tráfico pesado diario de la vía en estudio. El Factor Camión permanece constante si la distribución de los tipos y cargas de los camiones permanece invariable. Por lo contrario, si se modifica en algo el porcentaje de vehículos cargados, o el tipo de carga, o los tipos de camiones dentro del total de vehículos diarios, el FC se variará con respecto al anterior. Los otros términos considerados en la Ecuación (E-7) son: Factor de distribución por sentido (fds) El factor de distribución por sentido (fds) permite cuantificar la fracción del total del tránsito que circulará en el sentido de diseño, y sus valores son los que se indican en la Tabla 7: Tabla 7 Valores del Factor de distribución por sentido Modo de medición del PDT Valor del fds En ambos sentidos 0,50 Por sentido de circulación 1,00 Factor de utilización de canal (fuc) Este valor permite asignar al canal de diseño, la fracción del total de vehículos que circulará por éste canal. En Venezuela tradicionalmente sus valores han sido los siguientes para el tránsito ya asignado al sentido de circulación: (a) para un canal por sentido el fuc=1,0. (b) para dos canales por sentido el fuc=0,90. (c) para tres o mas canales por sentido el fuc = 0,80. La Tabla 8, presenta unos valores de fuc en función del número de canales por sentido y del número de vehículos totales que circulan por el sentido de diseño: 2 30

39 Tránsito Tabla 8 Valores recomendados de factor de utilización de canal Fuente: NCHRP Project 1-32: Pavement Design Tools, Eres Consultants, Inc PDT en un solo sentido Vía de dos (2) canales por sentido de circulación Canal Canal Vía de más de dos (2) canales por sentido de circulación Canal(es) Canal Canal rápido lento rápido(s) central lento ,06 0,94 0,06 0,12 0, ,12 0,88 0,06 0,18 0, ,85 0,07 0,21 0, ,18 0,82 0,07 0,23 0, ,19 0,81 0,07 0,28 0, ,23 0,77 0,07 0,28 0, ,25 0,75 0,07 0,30 0, ,27 0,73 0,07 0,32 0, ,28 0,72 0,08 0,33 0, ,30 0,70 0,08 0,34 0, ,31 0,69 0,08 0,35 0, ,33 0,67 0,08 0,37 0, ,34 0,66 0,08 0,39 0, ,08 0,40 0, ,08 0,41 0, ,09 0,42 0,49 Factor de Ajuste por Tránsito Desbalanceado (A) Este factor reconoce que cuando la medición de los volúmenes de tránsito se hace por ambos sentidos, lo normal es que uno de los polos generadores de tránsito resulte con un mayor número de vehículos y por ende con mayor carga que el otro polo. La Tabla 9 presenta los valores tradicionalmente empleados en Venezuela, así como los resultantes de las mediciones obtenidas en investigaciones de tránsito en Venezuela. Tabla 9 Factores de Ajuste por Tránsito Desbalanceado (A) Tipo de tránsito, con conteo en ambos Factor de Ajuste (A) sentidos Tránsito desbalanceado en la mayoría de 1,05 1,35 las vías (1,20 valor más común) (Nota 1) Tránsito desbalanceado en vías mineras 1,90 (Nota 1) Tránsito desbalanceado en la mayoría de las vías (Nota 2) 1,03 1,53 (1,23 valor promedio) Vías con tránsito balanceado, o conteos 1,00 por sentido y en ambos sentidos Nota 1: fuente: Ing. Luis Salamé R. Método Venezolano para el Diseño de Pavimentos Flexibles. Nota 2: fuente: elaboración propia 2 31

40 Tránsito Número de días por año en que las variables anteriores son aplicables (D) En Venezuela se ha venido aplicando la fórmula para la estimación de las cargas totales acumuladas en el período de diseño para un total de 365 días por año, lo cual es válido cuando se considera que: (a) el valor de PDT ha sido determinado para el promedio de, al menos, los siete días de la semana, es decir tanto los días laborables (Lunes a Viernes), como los Sábados y Domingos, y (b) que las condiciones restantes del tránsito (%Vp, FC, etc.) se aplican a lo largo de los 365 días. En la mayoría de los casos estas dos premisas no se cumplen a lo largo del año: es suficiente destacar las carreteras en zonas agrícolas, en las cuales hay meses de siembra y meses de cosecha y transporte; es evidente que en ambos lapsos no se aplican las mismas cargas, ni circulan los mismos números de camiones. Es conveniente, en consecuencia, comenzar a diferenciar en, al menos, días de trabajo (Lunes a Viernes) y días de descanso (Sábados y Domingos), y aplicar a cada grupo de días los correspondientes valores de las otras variables independientes que han sido citadas. La misma situación sucede en cualquier otra vía: un menor número de camiones transita los fines de semana y los días feriados, ya que los conductores de estos vehículos también toman su descanso de sábados y Domingos. Conviene, en consecuencia, comenzar a diferenciar cada una de las variables independientes de tránsito para estos dos grupos de días: PDT, %Vp, y Factor Camión. Análisis estadísticos de estas variables, en un número de 9 vías, arrojan los siguientes resultados: Tabla 15 Variables de tránsito para sábados y domingos, expresados como porcentajes de los valores correspondientes para días laborables % correspondiente para Variable de tránsito los días de fín de semana Promedio (%) Rango (%) Promedio diario de tránsito (PDT) 94,1 83,0 111,9 % de vehículos pesados (%Vp) 63,3 54,4 70,0 Factor Camión Ponderado Total 80,5 70,1 89,1 Cargas Equivalentes diarias 48,3 34,8 69,2 De todos estos valores el más significativo es, sin duda, el correspondiente a las cargas equivalentes diarias, que permitiría expresar la Ecuación de EEo de la siguiente manera: EEo = [ (PDT (l-v * %Vp (l-v * FC (l-v * 251) + (0,483 * 114) ] * ( fds * fuc * A ) Donde: el subíndice (l-v) representa los valores de cada factor de tránsito para los días laborables, la cifra de 251 corresponde a los días laborables, resultantes de descontar a los 365 días del año 114 Sábados y Domingos más un estimado de 10 días festivos adicionales, y el valor de 0,483 es el promedio obtenido de las cargas equivalentes diarias de fines de semana, expresado como fracción del correspondiente valor de lunes a viernes. 2 32

41 Tránsito Actualmente se están adelantando dos Trabajos de Grado en la Universidad Centro- Occidental Lisandro Alvarado (UCLA): uno persigue validar la ecuación anterior para un mayor universo de datos estadísticos y el otro espera determinar la relación entre las mediciones de tránsito (fundamentalmente conteos clasificados) realizados en un mes o semana determinado y el valor correspondiente obtenido en una medición continua a lo largo de un año. De igual manera, si se dispone de la distribución de camiones de los días laborables, se puede estimar la distribución en fines de semana, de acuerdo a los porcentajes indicados en la Tabla 16: Tabla 16 Distribución de camiones de fines de semana, expresada como % del número diario correspondiente de Lunes a Viernes. Tipo de vehículo % correspondiente para los días de fín de semana Promedio (%) Rango (%) Autobusete 190,8 136,6 260,1 Autobús 184,1 142,6 225,1 2 ejes liviano (350) 125,7 98,2 248,1 2 ejes pesado (750) 80,6 65,5 102,1 3 ejes 72,7 47,1 93,1 4 ejes 63,8 23,7 86,7 5 ejes 66,5 41,2 81,2 6 + ejes 66,0 43,2 81,9 Factor de Crecimiento (F): Es un factor que toma en cuenta la variación del volumen de tránsito en el período de diseño considerado, y se utiliza para determinar las cargas equivalentes acumuladas. Los valores del Factor de Crecimiento (F) se presentan en la Tabla de la página siguiente, y son función de la Tasa de Crecimiento (TC ó r ) y del período de diseño (n), en años. El Factor de crecimiento se calcula a partir de cualquiera de las expresiones siguientes, y ha ya sido comentado en la Ecuación 6:: ó también: FC = [ (1 + TC) n 1] / TC FC = [ (1 + r) n 1] / [ ln (1+r) ] La tasa de crecimiento interanual (TC) permite integrar el crecimiento del tránsito a lo largo del período de diseño, y en el caso de que no pueda ser obtenido de los registros históricos de tránsito, pueden emplearse los resultados de mediciones en el año 1993 que arrojan los resultados que se presentan en la Tabla 10: 2 33

42 Tránsito Tabla 10 Valores de Tasa de Crecimiento Interanual Fuente: Corredor, G.: V Jornadas de Vialidad y Transporte, Valencia, Criterio estadístico TC Promedio 4,20 % Desviación 1,80% estándar Valor mínimo 0,24% Valor máximo 8,28% Tabla 11 Factores de Crecimiento 2 34

43 Tránsito 2.9 Estimación del Factor Camión para el Caso en que No Pueden Pesarse los Camiones. En nuestro país, tal como ha sido señalado en varias oportunidades anteriores, puede ocurrir que la información de tránsito no esté disponible o no puede ser actualizada fácilmente. El Ingeniero siempre podrá realizar conteos clasificados, aun cuando sea por el método visual, pero si no se dispone de balanzas evidentemente no se podrá pesar los vehículos. Esta situación es muy común en nuestro país. Esta situación puede presentarse, por otra parte, cuando se requiere una estimación rápida del número de cargas equivalentes aproximadas, para realizar la determinación de los espesores de un pavimento a los fines de anteproyecto o tomar decisiones administrativas de programación de inversiones anuales. Para lograr en éstos casos la determinación de los valores del Factor Camión, el proyectista podrá utilizar una de las tablas que se prentan a continuación las cuales proporcionan valores de FC en función de ciertos niveles de información, indicados en cada tabla en particular. Estas tablas fueron inicialmente (1982) elaboradas por los Ings. Luis Salamé, Andrés Pinaud, William Stalhuth y Arturo Carvajal, durante el desarrollo del "Método Venezolano para el Diseño de Pavimentos Flexibles para Carreteras", y han facilitado enormemente el trabajo de los ingenieros de pavimentos. Hoy en día han sido actualizadas a través de Trabajos Especiales de Grado desarrollados en las Universidades Santa María y Metropolitana en Caracas, Venezuela. Es indudable que, mientras sea posible, deberá recurrirse al procedimiento de calcular el valor del FC en función de la información de la distribución de Frecuencia de Ejes por Rangos de Cargas. En el caso que tal hecho no pueda ser logrado, el proyectista deberá aplicar su criterio para hacer la mejor selección de aquella tabla que mejor represente el nivel de información de que pueda disponer. Se recomienda en éstos casos, el tratar de realizar al menos conteos de número y tipos de vehículos, ya que los valores así obtenidos podrán ser comparados con los de las diversas tablas y tomar la decisión más conveniente, aplicando el buen juicio ingeneril y la experiencia personal. 2 35

44 Tránsito Tabla 12 Factor Camión por Tipo de Vehículo para vías de tránsito muy pesado Valores de Factor Camión para vías con condición de "tránsito muy pesado" % en la distribución % cargados Factor Camión Vacío Factor Camión Cargado Factor Camión Ponderado Tipo de camión % vacíos 2RD autobús RD camión O3Eautobús O3Ecamión S S S S S S R R R R R Total Fuente: Pesajes en la red vial venezolana, Gustavo Corredor M Procesamiento de pesaje en camiones a través de Trabajos Especiales de Grado en USM y UNIMET, incluyendo la data original del Ing. Luis Salamé R(+) del año 1983 y pesajes realizados por el Ing. Salvador Pulido (Pisigma c.a.), en un total de 19 vías troncales de la red vial venezolana con características de tránsito muy pesado, y las Autopistas Caracas-La Guaira, Centrooccidental y Caracas-Tejerías (TO-01). Tabla 13 Factor Camión por número de ejes, para vías de tránsito muy pesado Tipo de camión Valores de Factor Camión para vías con condición de "tránsito muy pesado" % en la distribución % cargados Factor Camión Vacío Factor Camión Cargado Factor Camión Ponderado % vacíos 2 ejes ejes ejes ejes ejes ejes Total Fuente: Pesajes en la red vial venezolana, Gustavo Corredor M Procesamiento de pesaje en camiones a través de Trabajos Especiales de Grado en USM y UNIMET, incluyendo la data original del Ing. Luis Salamé R(+) del año 1983 y pesajes realizados por el Ing. Salvador Pulido (Pisigma c.a.), en un total de 19 vías troncales de la red vial venezolana con características de tránsito muy pesado, y las Autopistas Caracas-La Guaira, Centrooccidental y Caracas-Tejerías (TO-01). La Tabla 13 es muy útil cuando se procesa la información proveniente de las Plazas de Peaje, ya que en ellas los vehículos se clasifican por número de ejes 2 36

45 Tránsito Tabla 14 Factor Camión por Tipo de Vehículo para vías de tránsito medio a liviano Fuente: 1er. Simveas, Valencia, Octubre de % en la distribución % cargados Factor Camión Vacío Factor Camión Cargado Factor Camión Ponderado Tipo de camión % vacíos 2RD autobús RD camión O3E S S S S S S R R R R R Total Fuente: Pesajes en la red vial venezolana, 1995 Gustavo Corredor M Procesamiento de pesaje en camiones a través de Trabajos Especiales de Grado en USM y UNIMET, a partir de pesajes realizados por el Ing. Salvador Pulido (Pisigma c.a.), en un total de 15 vías de la red vial venezolana con características de tránsito medio a bajo. Otra Tabla de interés A continuación se transcribe la Tabla 17, la cual permite estimar el Factor Camión Ponderado Total por Estado y la cual es muy útil cuando se realizan estimaciones de inversión en planes regionales de pavimentación, o en cualquier otro trabajo de planificación. Tabla 17 Valores Promedio del Factor Camión para las diferentes Entidades del País Factor Entidad Camión Promedio Ponderado Amazonas 1,29 Anzoátegui 2,05 Apure 1,42 Aragua 3,77 Barinas 1,42 Bolívar 6,69 Carabobo 3,93 Cojedes 1,42 Delta Amacuro 1,29 Dtto. Federal 3,61 Falcón 3,03 Lara 1,42 Mérida 1,29 Miranda 3,61 Monagas 2,05 Nueva Esparta 1,25 Portuguesa 1,

46 Tránsito Sucre 2,05 Trujillo 1,47 Zulia 3,45 Fuente: II Taller Evaluación y Clasificación de la Red Vial Principal, Caracas, Ministerio de Transporte y Comunicaciones, Dirección General Sectorial de Vialidad Terrestre, Dirección de Conservación Vial La Variable Tránsito en el Método de Diseño AASHTO-2002 El nuevo método de diseño de pavimentos que la AASHTO ha venido ofreciendo desde el año 2000 no manejará la información de tránsito bajo el procedimiento de los ejes equivalentes, sino -a partir de la misma data basada en éstos ejes equivalentesintroducirá en los módulos del programa de diseño la carga expresada en toneladas por tipo de eje, ya sea a nivel de cada tipo de vehículo de carga o agrupándolos por tipo de eje: simple, doble y triple. En Venezuela, al igual que en otros países de nuestra América, se ha comenzado a manejar la data de pesaje para producir éstos espectros de carga. A continuación se presentan los siguientes gráficos que muestran la frecuencia de ocurrencia de las cargas para los ejes simples de dos ruedas, ejes simples de cuatro ruedas, ejes tandem dobles (8 ruedas) y tandem triples (12 ruedas), los cuales han sido obtenidos del procesamiento del pesaje de un total de cerca de vehículos de carga. En éstas figuras resalta el hecho de la sobrecarga, un problema de gran magnitud no resuelto en Venezuela, como lo demuestran las siguientes cifras de ejes sobrecargados: 27.1%; 20.3%, 38.6% y 49.6% para los ejes simples de dos ruedas, de cuatro ruedas, ejes tandem dobles y tandem triples respectivamente. Espectro de carga en ejes simples de 2 ruedas Espectro de cargas en eje simple de 4 ruedas % de frecuencia % de frecuencia Carga en eje simple (ton) Carga en eje simple (ton) Espectro de cargas en eje doble (8 ruedas) Espectro de carga en eje triple (12 ruedas) % de frecuencia % de frecuencia Carga en eje doble (ton) Carga en eje triple (ton) 2 38

47 Fallas en pavimentos flexibles 3. FALLAS EN PAVIMENTOS ASFÁLTICOS 3.1 Causas del Surgimiento de las Fallas Durante la vida de servicio de un pavimento, causas de diverso origen afectan la condición de la superficie de rodamiento, lo cual compromete su función de ofrecer a los usuarios la posibilidad del un rodaje seguro, cómodo y económico. Entre las causas de falla de un pavimento se pueden mencionar: 1. Fin del período de diseño original y ausencia de acciones de rehabilitación mayor durante el mismo. En este caso la falla es la prevista o esperada. 2. Incremento del tránsito con respecto a las estimaciones del diseño de pavimento original. 3. Deficiencias en el proceso constructivo, bien en procesos como tal como en la calidad de los materiales empleados. 4. Diseño deficiente (errores en la estimación del tránsito o en la valoración de las propiedades de los materiales empleados). 5. Factores climáticos imprevistos (lluvias extraordinarias). 6. Insuficiencia de estructuras de drenaje superficial y/o subterráneo. 7. Insuficiencia o ausencia de mantenimiento y/o rehabilitación de pavimentos. Dependiendo de su origen, las fallas pueden ser clasificadas como fallas funcionales (superficiales) o fallas estructurales. En el primer caso, el defecto se presenta o circunscribe a la superficie de la capa asfáltica y las acciones de reparación se dirigen a al corrección de la fricción (seguridad), o al restablecimiento de la a rugosidad o regularidad (comodidad), lo cual se logra con la colocación de capas asfálticas de bajo espesor que no contribuyen desde el punto de vista estructural. Por su parte las fallas estructurales tienen su origen en defectos en una o mas de las capas que conforman la estructura del pavimento, las cuales están destinadas a resistir y compartir los esfuerzos impuestos por el tráfico, de manera que a nivel de sub-rasante o suelo de fundación de pavimento lleguen los menores esfuerzos y lo mas distribuido posible. En éstos casos la corrección de las fallas va dirigida al refuerzo de la estructura existente mediante la colocación de una capa cuyo espesor debe ser calculado en función de los requerimientos de las cargas de tráfico previstas en el período de tiempo previsto para la rehabilitación. La falla estructural se deriva de dos causas fundamentales: 1. Cuando la capacidad de deformación-recuperación de los materiales que conforman la estructura de pavimento es excedida mas allá del valor que determinan las deformaciones recuperables por elasticidad instantánea y retardada, desarrollándose deformaciones permanentes (ahuellamiento) en cada aplicación de las cargas, las que se acumulan modificando los perfiles de la calzada hasta valores que resultan intolerables para la comodidad, seguridad y rapidez del tránsito y aun pueden provocar el colapso de la estructura (1). Las deformaciones permanentes o ahuellamiento pueden ocurrir a nivel de: (1) Montejo F., A. Ingeniería de Pavimentos. Tomo II. Universidad Católica de Colombia. Bogotá, Colombia (2006) 3-1

48 Fallas en pavimentos flexibles Suelos de sub-rasante, capas de base y/o sub-base granulares. Capas asfálticas. En el caso de suelos, la falla ocurre por lo general por intrusión de humedad que conlleva a su debilitamiento, haciendo imposible la recuperación del suelo ante las cargas impuestas, originando deformaciones plásticas (no elásticas), es decir, sin posibilidad de recuperación. AHUELLAMIENTO POR FALLA EN LA SUB-RASANTE O CAPA INTERMEDIA Fuente imagen: INSTITUTO MEXICANO DEL TRANSPORTE. Garnica A., P; Gómez L., J.A.; Sesma M., J. A. MECÁNICA DE MATERIALES PARA PAVIMENTOS. Publicación Técnica No Sanfandila, Qro, México (2002). Cuando el ahuellamiento ocurre en las capas asfálticas, el mismo obedece a la presencia de mezclas que van acumulando deformaciones bajas en magnitud pero permanentes en el tiempo debido al paso continuo del tránsito pesado (camiones). El ahuellamiento puede ocurrir directamente en la capa asfáltica superficial o en alguna otra capa asfáltica subyacente cuya deformación luego es reflejada por la capa superficial. 2. C u a n d o l a s d AHUELLAMIENTO POR FALLA EN LA MEZCLA ASFÁLTICA Fuente imagen: INSTITUTO MEXICANO DEL TRANSPORTE. Garnica A., P; Gómez L., J.A.; Sesma M., J. A. MECÁNICA DE MATERIALES PARA PAVIMENTOS. Publicación Técnica No Sanfandila, Qro, México (2002). eformaciones recuperables son elevadas, los materiales y en particular las capas 3-2

49 Fallas en pavimentos flexibles asfálticas sufren el fenómeno denominado fatiga cuando el número de aplicaciones de las cargas pesadas es elevado, que se traduce en reducción de sus características mecánicas. En este caso la deformación horizontal por tracción en la parte inferior de las capas asfálticas al flexionar la estructura, puede exceder el límite crítico y se llega a la iniciación del proceso de fisuramiento (1). Existe otro tipo de agrietamiento ocasionado por la variación de temperatura que experimenta la mezcla asfáltica lo cual origina su contracción. Este tipo de fisuramiento es denominado Grietas por Contracción (o de Bloque) no está asociado con las cargas impuestas por el tráfico. Del mismo modo, en los casos de refuerzo de pavimentos de concreto tipo Portland utilizando mezclas asfálticas, es posible la aparición de grietas como reflejo de las juntas del pavimento rígido (grietas por reflexión). Este tipo de falla se conoce como Grietas por Reflexión. El desempeño de una mezcla asfáltica ante las deformaciones permanentes depende del tipo de ligante asfáltico empleado, forma y tamaño de las partículas, calidad de los agregados, así como sus porcentajes en la combinación de agregados. Las mezclas asfálticas deben: Soportar la tensión aplicada en la base de la capa asfáltica σ h, según la figura siguiente. Ser lo suficientemente elásticas para soportar la aplicación de carga repetida sin romperse (fatiga). Por su parte la sub-rasante, al igual que las capas de base y/o sub-base granular deben resistir esfuerzos de compresión σv a fin de evitar deformaciones permanentes o ahuellamientos. (1) Montejo F., A. Ingeniería de Pavimentos. Tomo II. Universidad Católica de Colombia. Bogotá, Colombia (2006) 3-3

50 Fallas en pavimentos flexibles Finalmente es conveniente resaltar que para diagnosticar la condición de un pavimento y en consecuencia definir las acciones que conlleven a su mantenimiento y/o rehabilitación, es necesario realizar un amplio trabajo el cual contempla -además del reconocimiento de las fallas existentes lo cual es objeto del presente capítulo- la recopilación de información relacionada con tránsito (tipo y cantidad) que utiliza la vía, espesores y calidad de las capas que conforman la estructura de pavimento, condición de fricción de la capa de rodamiento, tipo(s) de suelo de fundación o sub-rasante, historial de trabajos de mantenimiento y/o rehabilitación previamente realizados, estructuras de drenaje (tipo, ubicación, condición), aspectos climáticos, topografía, etc. A continuación se presenta una serie de fallas identificadas de 1 a 19 de acuerdo con el sistema de convención propuesto por el Método Pavement Condition Index -PCI- (USA) para la determinación de la condición del pavimento, el cual se describe en detalle en el capítulo 4, sin embargo, es conveniente destacar que dicha metodología no es única existiendo a nivel internacional diversos catálogos para la identificación y cuantificación del deterioro en pavimentos. 3.2 Tipos, Descripción, Causas y Procedimientos de Reparación Falla Tipo 1: Piel de cocodrilo (a) Descripción: Las grietas de fatiga o piel de cocodrilo son una serie de grietas interconectadas cuyo origen es la falla por fatiga de la capa de rodamiento bajo acción repetida de las cargas de tránsito. El agrietamiento se inicia en el fondo de la capa asfáltica (o base estabilizada) donde los esfuerzos y deformaciones unitarias de tensión son mayores bajo la carga de una rueda. La piel de cocodrilo se considera como un daño estructural importante y usualmente se presenta acompañado por ahuellamiento. 3-4

51 Fallas en pavimentos flexibles Inicialmente, las grietas se propagan a la superficie como una serie de grietas longitudinales paralelas. Después de repetidas cargas de tránsito, las grietas se conectan formando polígonos con ángulos agudos que desarrollan un patrón que se asemeja a una malla de gallinero o a la piel de cocodrilo. Generalmente, el lado más grande de las piezas no supera los 0.60 m. El agrietamiento de piel de cocodrilo ocurre únicamente en áreas sujetas a cargas repetidas de tránsito tales como las huellas de las ruedas. Por lo tanto, no podría producirse sobre la totalidad de un área a menos que este sujeta a cargas de tránsito en toda su extensión....falla Tipo 1: Piel de cocodrilo 3-5

52 Fallas en pavimentos flexibles Nivel de severidad Bajo (Low): L Grietas finas capilares y longitudinales que se desarrollan de forma paralela con pocas o ninguna interconectadas. Las grietas no están descascaradas, es decir, no presentan pérdida del material a lo largo de sus lados. Nivel de severidad Medio (M): Desarrollo posterior de grietas piel de cocodrilo del nivel L, en un patrón o red de grietas que pueden estar ligeramente descascaradas. Inicia el proceso de interconexión. 3-6

53 Fallas en pavimentos flexibles Nivel de severidad Alto (High): (H) Red o patrón de grietas que ha evolucionado de tal forma que las piezas o pedazos están bien definidos y descascarados los bordes. Algunos pedazos pueden moverse bajo el efecto del tránsito. Pueden venir acompañadas de ahuellamiento (Falla Tipo 15). (b) Medición: Piel de Cocodrilo acompañada de Ahuellamiento (Falla 15). Metros cuadrados (m 2 ) de área afectada. La mayor dificultad en la medida de este tipo de daño radica en que, a menudo, dos o tres niveles de severidad coexisten en un área deteriorada. Si éstas porciones pueden ser diferenciadas con facilidad, deben medirse y registrarse separadamente. De lo contrario, toda el área deberá ser calificada en el mayor nivel de severidad que se presente. 3-7

54 Fallas en pavimentos flexibles (c) Opciones de reparación: L: No se hace nada, sello superficial. Sobrecarpeta. M: Parcheo parcial o en toda la profundidad (Full Depth). Sobrecarpeta. Reconstrucción. H: Parcheo parcial o Full Depth. Sobrecarpeta. Reconstrucción. Falla Tipo 2: Mancha en pavimentos (Exudación) (a) Descripción: La exudación es una película de material bituminoso en la superficie del pavimento, la cual forma una superficie brillante y reflectiva que usualmente llega a ser pegajosa. La exudación puede ser originada por exceso de asfalto en la mezcla, exceso de aplicación de un sello asfáltico, bajo contenido de vacíos de aire en la mezcla. La exudación ocurre cuando el asfalto llena los vacíos de la mezcla en medio de altas temperaturas ambientales, emerge y entonces se expande en la superficie del pavimento. 3-8

55 Fallas en pavimentos flexibles Nivel de severidad Bajo (Low): L La mancha ha ocurrido solamente en un grado muy ligero, siendo apreciable únicamente durante unos pocos días del año. El asfalto no se pega a los zapatos o a los neumáticos de los vehículos. Nivel de severidad Medio: (M) La mancha ha ocurrido hasta un punto en el cual el asfalto se pega a los zapatos y vehículos únicamente durante unas pocas semanas del año. Nivel de severidad Alto (High): (H) La mancha ha ocurrido de forma extensa y gran cantidad de asfalto se pega a los zapatos y vehículos al menos durante varias semanas al año. 3-9

56 Fallas en pavimentos flexibles (b) Medición: Metros cuadrados (m 2 ) de área afectada. Si se contabiliza la mancha no deberá contabilizarse el pulimento de agregados. (c) Opciones de reparación: L: No se hace nada. M: Se aplica arena / agregados y compactación. Lavado. H: Se aplica arena / agregados y compactación (precalentando si fuera necesario). Lavado. Falla Tipo 3: Grietas de contracción (bloque) (a) Descripción: Las grietas en bloque son grietas interconectadas que dividen el pavimento en pedazos aproximadamente rectangulares. Los bloques pueden variar en tamaño de 0.30 m x 0.30 m a 3.0 m x 3.0 m. Las grietas en bloque se originan principalmente por la contracción del concreto asfáltico y los ciclos de temperatura diarios. Las grietas en bloque no están asociadas a cargas e indican que el asfalto se ha endurecido significativamente. Normalmente ocurre sobre una gran porción del pavimento, pero algunos casos puede aparecer en áreas sin tránsito. Este tipo de daño difiere de la piel de cocodrilo en que este último forma pedazos más pequeños, de muchos lados y con ángulos agudos. También, a diferencia de los bloques, la piel de cocodrilo es originada por cargas repetidas de tránsito y, por lo tanto, se encuentra únicamente en áreas sometidas a cargas vehiculares (por lo menos en su primera etapa). 3-10

57 Fallas en pavimentos flexibles Nivel de severidad Bajo (Low): L Existe una de las siguientes condiciones: 1. Grieta sin relleno de ancho menor que 10.0 mm. 2. Grieta rellena de cualquier ancho (con condición satisfactoria del material llenante). Nivel de severidad Medio : M Existe una de las siguientes condiciones: 1. Grieta sin relleno de ancho entre 10.0 mm. y 76.0 mm. 2. Grieta sin relleno de cualquier ancho hasta 76.0 mm., rodeada de grietas adjyacentes pequeñas. 3. Grieta rellena de cualquier ancho, rodeada de grietas adyacentes pequeñas. 3-11

58 Fallas en pavimentos flexibles Nivel de severidad Alto (High): H Existe una de las siguientes condiciones: 1. Cualquier grieta rellena o no, rodeada de grietas adyacentes pequeñas de severidad media o alta. 2. Grieta sin relleno de más de 76.0 mm. de ancho. 3. Una grieta de cualquier ancho en la cual pocas pulgadas del pavimento alrededor de la misma están severamente fracturadas. Falla Tipo 3: Grietas de contracción (bloque) (b) Medición: Metros cuadrados (m 2 ) de área afectada. (c) Opciones de reparación: L: Sellado de grietas con ancho mayor a 3.0 mm. Riego de sello. M: Sellado de grietas, reciclado superficial. Escarificado en caliente y sobre-carpeta. H: Sellado de grietas, reciclado superficial. Escarificado en caliente y sobre-carpeta. 3-12

59 Fallas en pavimentos flexibles Falla Tipo 4: Elevaciones y/o Hundimientos (a) Descripción: Los abultamientos son pequeños desplazamientos hacia arriba localizados en la superficie del pavimento. Se diferencian de los desplazamientos, pues éstos últimos son causados por pavimentos inestables. Los abultamientos pueden ser causados por factores tales como: 1. Levantamiento o combadura de losas de concreto de cemento tipo Portland con una sobrecarpeta de concreto asfáltico. 2. Expansión por congelación (crecimiento de lentes de hielo). 3. Infiltración y elevación del material en una grieta en combinación con las cargas del tránsito.los hundimientos son desplazamientos hacia abajo -pequeños y abruptos- de la superficie del pavimento. Las distorsiones y desplazamientos que ocurren sobre grandes áreas del pavimento causando extensas o largas depresiones en el mismo, se llaman ondulaciones (hinchamiento: swelling). Si aparecen en un patrón perpendicular al flujo del tránsito y están espaciadas a menos de 3.0 m, el daño se llama corrugación (Falla 5). Nivel de severidad Bajo (Low): L No tienen una consecuencia importante en la calidad de rodaje. Nivel de severidad Medio : M Producen un efecto medio en la calidad de rodaje. 3-13

60 Fallas en pavimentos flexibles Nivel de severidad Alto (High): H Producen un efecto negativo muy marcado en la calidad de rodaje. (b) Medición: Metros lineales. Si el abultamiento ocurre en combinación con una grieta, ésta también se registra. (c) Opciones de reparación: L: No se hace nada. M: Reciclado en frío. Parcheo profundo o parcial. H: Reciclado (fresado) en frío. Parcheo profundo o parcial. Sobre-carpeta. 3-14

61 Fallas en pavimentos flexibles Falla Tipo 5: Corrugaciones (a) Descripción: La corrugación (también llamada sartenejas ) es una serie de cimas y depresiones muy próximas que ocurren a intervalos bastante regulares, usualmente a menos de 3.0 m. Las cimas son perpendiculares a la dirección del tránsito. Este tipo de daño es usualmente causado por la acción del tránsito combinado con una carpeta o una base inestable. Nivel de severidad Bajo (Low): L No tienen una consecuencia importante en la calidad de rodaje. Nivel de severidad Medio : M Producen un efecto medio en la calidad de rodaje. 3-15

62 Fallas en pavimentos flexibles Nivel de severidad Alto (High): H Producen un efecto negativo muy marcado en la calidad de rodaje. (b) Medición: Metros cuadrados (m 2 ) de área afectada. (c) Opciones de reparación: L: No se hace nada. M: Reconstrucción. H: Reconstrucción. Falla Tipo 6: Depresiones (a) Descripción: Son áreas localizadas de la superficie del pavimento con niveles ligeramente más bajos que el pavimento a su alrededor. En múltiples ocasiones, las depresiones suaves sólo son visibles después de la lluvia, cuando el agua almacenada forma empozamientos. En el pavimento seco las depresiones pueden ubicarse gracias a las manchas causadas por el agua almacenada. Las depresiones son formadas por el asentamiento de la subrasante o por una construcción incorrecta. Originan alguna rugosidad y cuando son suficientemente profundas o están llenas de agua pueden causar hidroplaneo. 3-16

63 Fallas en pavimentos flexibles Nivel de severidad Bajo (Low): L Máxima profundidad de la depresión: 13.0 a 25.0 mm. Nivel de severidad Medio : M Máxima profundidad de la depresión: 25.0 a 51 mm. Nivel de severidad Alto (High): H Profundidad de la depresión: Mas de 51 mm. (b) Medición: Metros cuadrados (m 2 ) del área afectada. (c) Opciones de reparación: L: No se hace nada. M: Parcheo superficial, parcial o profundo. H: Parcheo superficial, parcial o profundo. 3-17

64 Fallas en pavimentos flexibles Falla Tipo 7: Grietas de borde (a) Descripción: Las grietas de borde son paralelas y generalmente están a una distancia entre 0.30 y 0.60 m. del borde exterior del pavimento. Éste daño puede originarse por debilitamiento debido a condiciones climáticas de la base o de la subrasante en sectores próximos al borde del pavimento, por falta de soporte lateral o por terraplenes construidos con materiales expansivos. El deterioro de la falla de borde se acelera por el efecto de las cargas de tránsito. En algunos casos se puede llegar a producir pérdida del material por disgregación. Nivel de severidad Bajo (Low): L Grietas de baja severidad sin disgregación. 3-18

65 Fallas en pavimentos flexibles Nivel de severidad Medio : M Grietas de media severidad con algo de disgregación y rotura de los bordes. Nivel de severidad Alto (High): H Considerable rotura de borde y disgregación en las grietas. (b) Medición: La grieta de borde se mide en metros lineales. (c) Opciones de reparación: L: No se hace nada. Sellado de grietas con ancho mayor a 3 mm. M: Sellado de grietas. Parcheo parcial - profundo. H: Parcheo parcial profundo. 3-19

66 Fallas en pavimentos flexibles Falla Tipo 8: Grietas de Reflexión de Juntas de Losas de Concreto (a) Descripción: Daño ocurrido solamente en pavimentos asfálticos construidos sobre una losa de concreto de cemento tipo Portland. No incluye las grietas de reflexión de otros tipos de base (por ejemplo, estabilizadas con cemento o cal). Éstas grietas son causadas principalmente por el movimiento de la losa de concreto de cemento tipo Portland, inducido por temperatura o humedad. Éste daño no está relacionado con las cargas, sin embargo, las cargas del tránsito pueden causar la rotura del concreto asfáltico cerca de la grieta. Si el pavimento está fragmentado a lo largo de la grieta, se dice que aquella está descascarada. 3-20

67 Fallas en pavimentos flexibles Nivel de severidad Bajo (Low): L Existe una de las siguientes condiciones: 1. Grieta sin relleno de ancho menor que 10.0 mm. 2. Grieta rellena de cualquier ancho (con condición satisfactoria del material de sello. Nivel de severidad Medio : M Existe una de las siguientes condiciones: 1. Grieta sin relleno de ancho entre 10.0 mm y 76.0 mm. 2. Grieta sin relleno de cualquier ancho hasta 76.0 mm., rodeada de grietas adyacentes pequeñas. 3. Grieta rellena de cualquier ancho, rodeada de grietas adyacentes pequeñas. 3-21

68 Fallas en pavimentos flexibles Nivel de severidad Alto (High): H Existe una de las siguientes condiciones: 1. Cualquier grieta rellena o no, rodeada de grietas aleatorias pequeñas de severidad media o alta. 2. Grieta sin relleno de más de 76.0 mm de ancho. 3. Una grieta de cualquier ancho en la cual unas pocas pulgadas del pavimento alrededor de la misma están severamente fracturadas. (b) Medición: Metros lineales. La longitud y nivel de severidad de cada grieta debe registrarse por separado. Por ejemplo, una grieta de 15.0 m. puede tener 3.0 m. de grietas de alta severidad; éstas deben registrarse de forma separada. Si se presenta un abultamiento en la grieta de reflexión éste también debe registrarse. (c) Opciones de Reparación: L: Sellado para anchos superiores a 3.0 mm. M: Sellado de grietas. Parcheo de profundidad parcial. H: Parcheo de profundidad parcial. Reconstrucción de la junta. 3-22

69 Fallas en pavimentos flexibles Falla Tipo 9: Desnivel Calzada-Hombrillo (a) Descripción: El desnivel calzada-hombrillo es una diferencia de niveles entre el borde del pavimento y el hombrillo. Éste daño se debe a la erosión o asentamiento del hombrillo o a la colocación de sobrecarpetas en la calzada sin elevar el nivel del hombrillo. 3-23

70 Fallas en pavimentos flexibles Nivel de severidad Bajo (Low): L La diferencia en elevación entre el borde del pavimento y el hombrillo está entre 25,0 y 51,0 mm. Nivel de severidad Medio : M La diferencia en elevación entre el borde del pavimento y el hombrillo está entre 51,0 y 102,0 mm. Nivel de severidad Alto (High): H La diferencia en elevación entre el borde del pavimento y el hombrillo es mayor de 102,0 mm. 3-24

71 Fallas en pavimentos flexibles (b) Medición: Metros lineales. (c) Opciones de reparación: L, M, H: Relleno del hombrillo para ajustar al nivel del canal. Falla Tipo 10: Grietas Longitudinales y Transversales (b) Descripción: Las grietas longitudinales son paralelas al eje del pavimento y pueden ser causadas por: 1. Una junta de carril del pavimento pobremente construida. 2. Contracción de la superficie de concreto asfáltico debido a bajas temperaturas o al envejecimiento del asfalto. 3. Una grieta de reflexión causada por el agrietamiento bajo la capa de base, incluidas las grietas en losas de concreto de cemento Portland, pero no las juntas de pavimento de concreto. Las grietas transversales se extienden a través del pavimento en ángulos aproximadamente rectos al eje del mismo. Usualmente, este tipo de grietas no está asociado con carga. 3-25

72 Fallas en pavimentos flexibles Nivel de severidad Bajo (Low): L Existe una de las siguientes condiciones: 1. Grieta sin relleno de ancho menor que 10.0 mm. 2. Grieta rellena de cualquier ancho (con condición satisfactoria del material de sello).. Nivel de severidad Medio : M Existe una de las siguientes condiciones: 1. Grieta sin relleno de ancho entre 10.0 mm y 76.0 mm. 2. Grieta sin relleno de cualquier ancho hasta 76.0 mm, rodeada grietas adyacentes pequeñas. 3. Grieta rellena de cualquier ancho, rodeada de grietas adyacentes pequeñas. 3-26

73 Fallas en pavimentos flexibles Nivel de severidad Alto (High): H Existe una de las siguientes condiciones: 1. Cualquier grieta rellena o no, rodeada de grietas adyacentes pequeñas de severidad media o alta. 2. Grieta sin relleno de más de 76.0 mm de ancho. 3. Una grieta de cualquier ancho; el pavimento alrededor de la misma está severamente fracturado. (c) Medición: Metros lineales. La longitud y severidad de cada grieta debe registrarse después de su identificación. Si la grieta no tiene el mismo nivel de severidad a lo largo de toda su longitud, cada porción de la grieta con un nivel de severidad diferente debe registrase por separado. Si ocurren abultamientos o hundimientos en la grieta, éstos deben registrarse. (d) Opciones de reparación: L: No se hace nada. Sellado de grietas de ancho mayor que 3.0 mm M: Sellado de grietas. H: Sellado de grietas. Parcheo parcial. 3-27

74 Fallas en pavimentos flexibles Falla Tipo 11: Bacheo y Zanjas Reparadas (a) Descripción: Un bache es un área de pavimento la cual ha sido reemplazada con material nuevo para reparar el pavimento existente. Un bache se considera un defecto, no importa que tan bien se comporte (usualmente, un área bacheada o el área adyacente no se comportan tan bien como la sección original de pavimento). Nivel de severidad Bajo (Low): L El bache está en buena condición y es satisfactorio. El efecto sobre la calidad del tránsito se califica como de baja severidad o mejor. Nivel de severidad Medio : M El bache está moderadamente deteriorado o el efecto sobre la calidad del tránsito se califica como de severidad media. 3-28

75 Fallas en pavimentos flexibles Nivel de severidad Alto (High): H El bache está muy deteriorado o la calidad del tránsito se califica como de alta severidad. Requiere pronta sustitución. (b) Medición: en metros cuadrados (m 2 ) de área afectada, sin embargo, si un solo Bache tiene áreas de diferente severidad, éstas deben medirse y registrarse de forma separada. Por ejemplo, un bache de 2,32 m² puede tener 0,9 m² de severidad media y 1.35 m² de baja severidad. Éstas áreas deben registrarse separadamente. Ningún otro daño (por ejemplo, desprendimiento y agrietamiento) se registra dentro de un bache; aún si el material del bache se está desprendiendo o agrietando, el área se califica únicamente como bache. Si una cantidad importante de pavimento ha sido reemplazada, no se debe registrar como un bache sino como un nuevo pavimento (por ejemplo, la sustitución de una intersección completa). (c) Opciones de reparación: L: No se hace nada. M: No se hace nada. Sustitución del bache. H: Sustitución del bache 3-29

76 Fallas en pavimentos flexibles Falla Tipo 12: Agregados Pulidos (a) Descripción: Este daño es causado por la repetición de cargas de tránsito. Cuando el agregado en la superficie se vuelve suave al tacto, la adherencia con las llantas del vehículo se reduce considerablemente. Este tipo de daño se registra cuando el valor de un ensayo de resistencia al deslizamiento es bajo o ha caído significativamente desde una evaluación previa. Niveles de severidad No se define ningún nivel de severidad, sin embargo, el grado de pulimento deberá ser significativo antes de ser incluido en una evaluación de la condición y contabilizado como defecto. (b) Medición: Metros cuadrados (m 2 ) de área afectada. Si se contabiliza mancha del pavimento (exudación), no se tendrá en cuenta el pulimento de agregados. (c) Opciones de reparación: Tratamiento superficial. Sobre-carpeta. Fresado y sobrecarpeta. 3-30

77 Fallas en pavimentos flexibles Falla Tipo 13: Huecos (a) Descripción: Los huecos son depresiones pequeñas en la superficie del pavimento, usualmente con diámetros menores que 0,90 m. Por lo general presentan bordes aguzados y lados verticales en cercanías de la zona superior. El crecimiento de los huecos se acelera por la acumulación de agua de lluvia dentro del mismo. Los huecos se producen cuando el tráfico arranca pequeños pedazos de la superficie del pavimento. Con frecuencia los huecos son daños asociados a la condición de la estructura y no deben confundirse con desprendimiento. Cuando los huecos son producidos por piel de cocodrilo de alta severidad deben registrarse como huecos. Nivel de severidad : Los niveles de severidad para los huecos de diámetro menor que 762 mm. están basados en la profundidad y el diámetro de los mismos, de acuerdo con la tabla siguiente: Cuadro Niveles de severidad para huecos. Profundidad máxima Diámetro medio (mm) del hueco. 102 a 203 mm 203 a 457 mm 457 a 762 mm 12.7 a 25.4 mm L L M > 25.4 a mm L M H > 50.8 mm M M H Si el diámetro del hueco es mayor que 762 mm. debe medirse el área total del hueco en metros cuadrados y dividirla entre (0.47 m²) para hallar el número de huecos equivalentes. Si la profundidad es menor o igual que 25,0 mm. los huecos se consideran de severidad media. Si la profundidad es mayor que 25,0 mm. la severidad se considera como alta. 3-31

78 Fallas en pavimentos flexibles Nivel de severidad Bajo (Low): L Nivel de severidad Medio : M Nivel de severidad Alto (High): H (b) Medición: Los huecos se miden contando aquellos que sean de severidades baja, media y alta, y registrándolos separadamente. (c) Opciones de reparación: L: No se hace nada. Parcheo parcial o profundo. M: Bacheo parcial o profundo. H: Bacheo profundo. 3-32

79 Fallas en pavimentos flexibles Falla Tipo 14: Cruce de Sumideros de Rejilla (Cruce de Rieles) (a) Descripción: Los defectos asociados al cruce de sumideros de rejilla son depresiones o abultamientos en el plano de contacto entre el pavimento de la calzada y el sumidero, que afectan la calidad de rodaje. Nivel de severidad Bajo (Low): L No tienen una consecuencia importante en la calidad de rodaje. Nivel de severidad Medio : M Producen un efecto medio en la calidad de rodaje. Nivel de severidad Alto (High): H Producen un efecto negativo muy marcado en la calidad de rodaje. (b) Medición: Metros cuadrados (m 2 ) de área afectada. Si el acceso no afecta la calidad de tránsito, entonces no debe registrarse. (c) Opciones de reparación: L: No se hace nada. M: Bacheo superficial o parcial del cruce. Nivelación total del pavimento. H: Bacheo superficial o parcial del cruce. Nivelación total del pavimento. 3-33

80 Fallas en pavimentos flexibles Falla Tipo 15: Ahuellamientos (a) Descripción: El ahuellamiento es una depresión en la superficie de las huellas de las ruedas. Puede presentarse el levantamiento del pavimento a lo largo de los lados del ahuellamiento, pero, en muchos casos, éste sólo es visible después de la lluvia cuando las huellas están llenas de agua. El ahuellamiento se deriva de una deformación permanente en cualquiera de las capas del pavimento o la subrasante, usualmente producida por consolidación o movimiento lateral de los materiales debido a la carga del tránsito. Un ahuellamiento importante puede conducir a una falla estructural considerable del pavimento. Niveles de severidad: Dependen de la profundidad promedio del ahuellamiento: L: 6,0 a 13,0 mm. M: >13,0 mm a 25,0 mm. H > 25,0 mm.la profundidad promedio del ahuellamiento se calcula colocando una regla perpendicular a la dirección del mismo, midiendo su profundidad y usando las medidas tomadas a lo largo de aquel para calcular su profundidad promedio. Vistas Generales de Ahuellamientos de diferentes severidades: 3-34

81 Fallas en pavimentos flexibles (b) Medición: Metros cuadrados (m 2 ) de área afectada y su severidad está definida por la profundidad media de la huella. (c) Opciones de reparación: L: No se hace nada. Fresado y sobrecarpeta. M: Bacheo superficial, parcial o profundo. Fresado y sobrecarpeta. H: Bacheo superficial, parcial o profundo. Fresado y sobrecarpeta. Falla Tipo 16: Deformaciones por Empuje Descripción: El desplazamiento es un corrimiento permanente de un área localizada de la superficie del pavimento producido por las cargas del tránsito. Cuando el tránsito empuja contra el pavimento, produce una onda corta y abrupta en la superficie. Normalmente, este daño sólo ocurre en pavimentos con mezclas de asfalto líquido inestables (cutback o emulsión). Los desplazamientos también ocurren cuando pavimentos de concreto asfáltico confinan pavimentos de concreto de cemento tipo Portland. Los defectos asociados a las deformaciones por empuje están asociadas con el grado de afectación de la calidad de rodaje: 3-35

82 Fallas en pavimentos flexibles Nivel de severidad Bajo (Low): L No tienen una consecuencia importante en la calidad de rodaje. Nivel de severidad Medio : M Producen un efecto medio en la calidad de rodaje. Nivel de severidad Alto (High): H Producen un efecto negativo muy marcado en la calidad de rodaje... (a) Medición: Metros cuadrados (m 2 ) de área afectada. Las deformaciones que ocurren en baches se consideran para el inventario de daños como baches. (b) Opciones de reparación: L: No se hace nada. Fresado. M: Fresado. Parcheo parcial o profundo. H: Fresado. Parcheo parcial o profundo. 3-36

83 Fallas en pavimentos flexibles Falla Tipo 17: Grietas de Desplazamiento (a) Descripción: Las grietas parabólicas por deslizamiento son grietas en forma de media luna creciente, con sus puntas hacia el sentido del tránsito. Usualmente, este daño ocurre en presencia de una mezcla asfáltica -entre la superficie y la capa siguiente en la estructura de pavimentode baja resistencia, o de un riego de adherencia excesivo, y en algunas oportunidades pobre. Este daño no tiene relación alguna con procesos de inestabilidad geotécnica de la calzada. Nivel de severidad Bajo (Low): L Ancho promedio de la grieta menor que 10,0 mm. 3-37

84 Fallas en pavimentos flexibles Nivel de severidad Medio : M Existe una de las siguientes condiciones: 1. Ancho promedio de la grieta entre 10,0 mm y 38,0 mm. 2. El área alrededor de la grieta está fracturada en pequeños pedazos ajustados. Nivel de severidad Alta (High): H Existe una de las siguientes condiciones: 1. Ancho promedio de la grieta es mayor de 38,0 mm. 2. El área alrededor de la grieta está fracturada en pedazos fácilmente removibles. (b) Medición: Metros cuadrados (m 2 ) y se califica según el nivel de severidad más alto presente en la misma. (c) Opciones de reparación: L: No se hace nada. Parcheo parcial. M; H: Bacheo parcial (localizado). Falla Tipo 18: Hinchamientos (a) Descripción: El hinchamiento se caracteriza por un pandeo hacia arriba de la superficie del pavimento con una onda larga y gradual de longitud mayor de 3,0 m. El hinchamiento puede estar acompañado de agrietamiento superficial. Usualmente, este daño es causado por suelos potencialmente expansivos. 3-38

85 Fallas en pavimentos flexibles Nivel de severidad Bajo (Low): L El hinchamiento causa calidad de tránsito de baja severidad. Un hinchamiento de baja severidad no es siempre fácil de ver, pero puede ser detectado conduciendo en el límite de velocidad sobre la sección de pavimento: si existe un hinchamiento se producirá un movimiento hacia arriba del vehículo. Nivel de severidad Medio: M El hinchamiento causa calidad de tránsito de severidad media. Nivel de severidad alto (High): H El hinchamiento causa calidad de tránsito de alta severidad. (b) Medición: Metros cuadrados (m 2 ) de área afectada. (c) Opciones de reparación: L: No se hace nada. M: No se hace nada. Reconstrucción. H: Reconstrucción. Falla Tipo 19: Disgregación y Desintegración (Desprendimiento) (a) Descripción: La disgregación y desintegración son el desgaste de la superficie del pavimento debido a la pérdida del ligante asfáltico y de las partículas sueltas de agregado. Este daño indica que bien el ligante asfáltico se ha endurecido de forma apreciable o que la mezcla es de pobre calidad. Además, el desprendimiento puede ser causado por ciertos tipos de tránsito, por ejemplo, vehículos de orugas. 3-39

86 Fallas en pavimentos flexibles El ablandamiento de la superficie y la pérdida de los agregados debidos al derramamiento de aceites también se consideran como desprendimiento. Nivel de severidad Bajo (Low): L Han comenzado a perderse los agregados o el ligante. En algunas áreas la superficie ha comenzado a deprimirse. En el caso de derramamiento de aceite, puede verse la mancha del mismo, pero la superficie es dura y no puede penetrarse con una moneda. Nivel de severidad medio: M Se han perdido los agregados o el ligante. La textura superficial es moderadamente rugosa y ahuecada. En el caso de derramamiento de aceite, la superficie es suave y puede penetrarse con una moneda. 3-40

87 Fallas en pavimentos flexibles Nivel de severidad alto (High): H Se han perdido de forma considerable los agregados o el ligante. La textura superficial es muy rugosa y severamente ahuecada. Las áreas ahuecadas tienen diámetros menores que 10,0 mm. y profundidades menores que 13,0 mm. Áreas ahuecadas mayores se consideran huecos. En el caso de derramamiento de aceite, el ligante asfáltico ha perdido su efecto ligante y el agregado está suelto. (b) Medición: Metros cuadrados (m 2 ) de área afectada. (c) Opciones de reparación: L: No se hace nada. Sello superficial. Tratamiento superficial. M: Sello superficial. Tratamiento superficial. Sobrecarpeta. H: Tratamiento superficial. Sobrecarpeta. Reciclaje. Reconstrucción. Para los niveles M y H, si el daño es localizado (por ejemplo por derramamiento de aceite) se hace parcheo parcial. 3-41

88 Fallas en pavimentos flexibles BIBLIOGRAFÍA ASPHALT INSTITUTE. Maintenance. Asphalt in Pavement Maintenance MS-16. Third Edition. USA. CONSEJO DE DIRECTORES DE CARRETERAS DE IBERIA E IBEROAMÉRICA. M5.1. Catálogo de Deterioros de Pavimentos Flexibles. Colección de Documentos, Volumen Nº11 (2002). GARNICA, P.; GÓMEZ, J.A.; SESMA, J.A. Mecánica de Materiales para Pavimentos. Secretaría de Comunicaciones y transporte. Publicación Técnica No.197. Sanfandila, Querétaro. México (2002). JUGO B., A. Sistema de Gerencia de Inversiones en Pavimentos (GIP). Manual del Usuario. Ministerio de Transporte y Comunicaciones. Dirección General Sectorial de Vialidad Terrestre. Caracas, Venezuela (1989). MONTEJO F., A. Ingeniería de Pavimentos. Tomo II. Universidad Católica de Colombia. Bogotá, Colombia (2006). US DEPARTMENT OF TRANSPORTATION. FHWA. Distress Identification Manual for the Long-Term Pavement Performance Program. Publication FHWA-PD USA (Junio 2003) VÁSQUEZ V., L. Pavement Condition Index (PCI) Para Pavimentos Asfálticos y de Concreto en Carreteras. Ingepav. Manizales, Colombia (2002). 3-42

89 Evaluación deterioros (PCI) 4. METODOLOGÍAS DE EVALUACIÓN DE DETERIOROS EN PAVIMENTOS 4.1 Índice de Condición de Pavimento (PCI) El Índice de Condición del Pavimento (PCI por sus siglas en inglés) se constituye en la metodología más completa para la evaluación y calificación objetiva de pavimentos, flexibles y rígidos, dentro de los modelos de Gestión Vial disponibles en la actualidad. La metodología es de fácil implementación y no requiere de herramientas especializadas: el procedimiento es enteramente manual y suministra información confiable sobre las fallas que presenta el pavimento, su severidad y el área afectada. El procedimiento ofrece buena repetibilidad y confiabilidad estadística de los resultados y el mismo fue originalmente desarrollada por el Cuerpo de Ingenieros de la Armada de los Estados Unidos y presentado en el año 1978 por los Ingenieros M.Y. Shahin y S.D Khon en el Reporte Nº M-268. Dicha metodología fue revisada, traducida y adaptada para Venezuela por el Ing. Augusto Jugo B. en el año Del mismo modo, el Ingeniero Luis Vásquez de Colombia presentó su versión en el año Ambas metodologías se incluyen en el Anexo A. En líneas generales el procedimiento consiste en dividir la vía en estudio en secciones o unidades de muestreo, cuyas dimensiones varían de acuerdo con los tipos de vía y de capa de rodamiento, así por ejemplo en el caso de carreteras con capa de rodamiento asfáltica y ancho menor de 7.30 m. se tiene que el área de la unidad de muestreo debe estar en el rango entre ± 93.0 m². Nota: En Venezuela, como producto de una investigación dirigida por el Ing. Augusto Jugo, PhD, en la Universidad Metropolitana, en la que demostró que el error por reducir el tamaño del área de muestreo hasta 100 m2, es despreciable, se emplea con mucha frecuencia éste tamaño de área- LONGITUDES DE UNIDADES DE MUESTREO ASFÁLTICAS Ancho de calzada (m) Longitud de la unidad de muestreo (m) (máximo) 31.5 En la Evaluación de un Proyecto se debe inspeccionar todo el tramo en estudio; sin embargo, de no ser posible, el número mínimo de secciones de muestreo que deben evaluarse se obtiene mediante la siguiente ecuación, derivada para una confiabilidad del 95%: n = (N * σ2) / ((e2/4) (Ν 1) + σ2)) Donde: n = número mínimo de secciones a muestrear N = número total de secciones en el tramo en estudio (área total/área de sección) e = error admisible en la estimación del PCI, normalmente 5% s = desviación estándar del PCI entre las secciones medidas, normalmente se asume un valor de 10%, cuando no se conoce. 4-1

90 Evaluación deterioros (PCI) 4.2 Procedimiento para la Medición del PCI A continuación se presenta un resumen de la metodología de trabajo, la cual se esquematiza en la figura siguiente: PASOS PARA LA DETERMINACIÓN DEL PCI Fuente Imagen: JUGO B., A. Sistema de Gerencia de Inversiones en Pavimentos (GIP). Manual del Usuario. Ministerio de Transporte y Comunicaciones. Dirección General Sectorial de Vialidad Terrestre. Caracas, Venezuela (1989). La tabla siguiente muestra las diecinueve (19) fallas consideradas por el método. Es de hacer notar que las mismas, en la versión presentada por el Ing. A. Jugo, las reduce a 14 fallas que son las que en Venezuela en la práctica, se presentan comúnmente. Del mismo modo se destaca que la falla denominada Cruce de Rieles no ha sido considerada como tal dada su poca aparición en la actualidad en nuestro país, sin embargo, en su lugar se puede considerar la presencia de obras de drenaje, por ejemplo sumideros de reja (vialidad urbana), tal como se planteó en el capítulo referente al estudio de las fallas. 4-2

91 Evaluación deterioros (PCI) PAVIMENTOS FLEXIBLES MÉTODO PCI FALLAS CONSIDERADAS FALLA Nº TIPO - NOMBRE UNIDAD 1 GRIETA PIEL DE COCODRILO m 2 2 EXUDACIÓN DE ASFALTO m 2 3 GRIETAS DE CONTRACCIÓN (BLOQUE) m 2 4 ELEVACIONES-HUNDIMIENTO m 5 CORRUGACIONES m 2 6 DEPRESIONES m 2 7 GRIETAS DE BORDE m 8 GRIETAS DE REFLEXIÓN DE JUNTAS m 9 DESNIVEL CALZADA-HOMBRILLO m 10 GRIETAS LONGITUDINALES Y TRANSVERSALES m 11 BACHES Y ZANJAS REPARADAS m 2 12 AGREGADOS PULIDOS m 2 13 HUECOS Nº 14 CRUECE DE RIELES (*) m 2 15 AHUELLAMIENTO m 2 16 DEFORMACIÓN POR EMPUJE m 2 17 GRIETAS DESLIZAMIENTO m 2 18 HINCHAMIENTO m 2 19 DISGREGACIÓN Y DESINTEGRACIÓN m 2 (*): Reemplazar por acceso a Puentes, Pontones y Rejillas de Drenaje fuente: MÉTODO DE EVALUACIÓN DE PAVIMENTOS PCI (Pavement Condition Index). Cuerpo de Ingenieros de la Armada de E.U.A. Reporte Técnico M-268 (1978) M.Y. Shahin y S.D Khon. Versión en Español por: ING. AUGUSTO JUGO B. Caracas 1987 XXX : FALLAS UTILIZADAS EN LA PRÁCTICA EN VENEZUELA Paso 1: Inspección del pavimento. Determinación del número y áreas de cada sección de medición de PCI En Venezuela la práctica común es hacer una medición de PCI por km. La primera Sección se ubica aleatoriamente, y las demás a un km. de la anterior. Uno de los mayores inconvenientes del método aleatorio es la exclusión del proceso de inspección y evaluación de algunas unidades de muestreo en muy mal estado. También puede suceder que unidades de muestreo que tienen daños que sólo se presentan una vez (por ejemplo, cruce de línea férrea ) queden incluidas de forma inapropiada en un muestreo aleatorio. Para evitar lo anterior, durante la inspección del tramo deberá establecerse cualquier unidad de muestreo inusual y evaluarla como una unidad adicional en lugar de una unidad representativa o aleatoria. 4-3

92 Evaluación deterioros (PCI) Paso 2: Inspección del pavimento. Identificación del tipo de falla y medición de su severidad y magnitud La evaluación de la condición incluye los siguientes aspectos: a. Equipo: Odómetro manual para medir las longitudes y las áreas de los daños. Regla y una cinta métrica para establecer las profundidades de los ahuellamientos o depresiones. Manual de Daños del PCI con los formatos correspondientes y en cantidad suficiente para el desarrollo de la actividad. La figura muestra la planilla típica de recolección de datos ofrecida por el Método PCI. b. Seguridad durante el trabajo: Fuente Imagen: JUGO B., A. Sistema de Gerencia de Inversiones en Pavimentos (GIP). Manual del Usuario. Ministerio de Transporte y Comunicaciones. Dirección General Sectorial de Vialidad Terrestre. Caracas, Venezuela (1989). El equipo de inspección deberá implementar todas las medidas de seguridad para su desplazamiento en la vía inspeccionada, tales como dispositivos de señalización y advertencia para el vehículo acompañante y para el personal en la vía. c. Procedimiento. Se inspecciona una unidad de muestreo para medir el tipo, cantidad y severidad de los daños de acuerdo con el Manual de Daños, y se registra la información en el formato correspondiente. Se deben conocer y seguir estrictamente las definiciones y procedimientos de medida los daños. Se usa un formulario u hoja de información de exploración de la condición para cada unidad muestreo y en los formatos cada renglón se usa para registrar un daño, su extensión y su nivel de severidad. 4-4

93 Evaluación deterioros (PCI) A continuación se presenta planilla con ejemplo ilustrativo: Paso 3: Determinación del Valor de deducción para cada falla medida, a partir de su severidad, densidad y del gráfico correspondiente. 3.1 Cálculo de los Valores de deducción (VD) 3.1. a. Totalice cada tipo y nivel de severidad de daño y regístrelo en la columna y o celda del formato en uso. El daño puede medirse en área, longitud ó por número según la falla considerada b. Divida la CANTIDAD de cada clase de daño, en cada nivel de severidad, entre el ÁREA TOTAL de la unidad de muestreo y exprese el resultado como porcentaje. Esta es la DENSIDAD del daño, con el nivel de severidad especificado, dentro de la sección en estudio. 4-5

94 Evaluación deterioros (PCI) Para el ejemplo que venimos adelantando, estos valores se resumen en el siguiente cuadro: 3.1. c. Determine el VALOR DE DEDUCCIÓN para cada tipo de daño y su nivel de severidad mediante las curvas denominadas Valor de Deducción que se adjuntan en el Manual, de acuerdo con el tipo de falla medida. Así, para la Falla Tipo 3 (Grietas en bloque), con una densidad de 2.38% y una severidad baja, mediante el Gráfico 3, se obtiene un valor de deducción de

95 Evaluación deterioros (PCI) Igualmente, empleando el mismo Gráfico 3 (Grieta de bloque), pero con una densidad de 7.14%, y con una severidad media (M), se obtiene un valor de deducción de Pasando ahora a la Falla Tipo 10 (Grietas longitudinales y transversales), en el Gráfico 10, y entrando con una densidad de 9.52% y una severidad baja (M), se obtiene un valor de deducción de

96 Evaluación deterioros (PCI) Continuando con este mismo procedimiento para la otra severidad de la grieta 10, y para las densidades y severidades de las fallas 1 (piel de cocodrilo), 7 (grietas de borde) y 13 (huecos), con las gráficas correspondientes, se tiene el siguiente resumen de valores de deducción para el ejemplo que estamos adelantando. Paso 4: Cálculo del valor de deducción total (VDT), que es igual a la sumatoria de todos los valores de deducción de cada tipo de falla individual. En el ejemplo que estamos siguiendo este valor alcanza un valor total de 68. (VDT = 68). Paso 5: Cálculo del valor de deducción corregido (VDC), en función del VDT y del número de valores de VDT que sean mayores que cinco (5) (valor q ). En el ejemplo q=6 porque hay seis (06) valores de deducción mayores que dos (2). El valor de VD > 2 se emplea en la versión PCI de Colombia y en Venezuela se emplea el valor de VD > 5, muy probablemente en función del momento en que cada versión fue publicada (la versión de Colombia parece ser mas reciente), y es la que seguimos en nuestro ejemplo. 4-8

97 Evaluación deterioros (PCI) Paso 6: Cálculo del Índice de Condición del Pavimento (PCI). Para ello se utiliza la gráfica de VALOR DE DEDUCCIÓN CORREGIDA, a la cual se accede con el VDT y se intercepta la Curva con el q correspondiente, leyendo a la izquierda el Valor de Deducción Corregido (VDC), el cual será finalmente restado a 100. PCI = 100 VDC 4-9

98 Evaluación deterioros (PCI) En nuestro ejemplo: 4-10

99 Evaluación deterioros (PCI) En nuestro ejemplo, se obtiene VDC = 30 PCI = = 70 Es decir que la condición funcional de este pavimento es de bueno a muy bueno 4.3 Procedimientos Automatizados para la determinación del PCI El procedimiento de cálculo puede ser programado en hojas de cálculo tipo Excel. En la actualidad se dispone un Software desarrollado por el Ing. Luis Vásquez (Colombia) cuya portada de presentación se presenta en la figura siguiente. 4-11

100 Evaluación deterioros (PCI) 4.4 Cálculo del PCI de un Tramo de Vía Un tramo vial abarca varias unidades de muestreo. Si todas las unidades de muestreo son inventariadas, el PCI de la sección será el promedio de los PCI calculados en las unidades de muestreo. Si la selección de las unidades de muestreo para inspección se hizo mediante la técnica aleatoria sistemática o con base en la representatividad de la sección, el PCI será el promedio de los PCI de las unidades de muestreo inspeccionadas. Si se usaron unidades de muestreo adicionales, es decir, fueron detectadas fallas puntuales cuya presencia no se debía generalizar, razón por la cual les fue estimado un PCI particular o adicional) se usa un promedio ponderado calculado de la siguiente forma: PCIt = {((N A) PCIR ) + (A * PCIA )} / N Donde: PCIt: PCI del tramo de vía PCIR: PCI promedio de las unidades de muestreo aleatorias o representativas. PCIA: PCI promedio de las unidades de muestreo adicionales. N: Número total de unidades de muestreo en la sección. A: Número adicional de unidades de muestreo inspeccionadas. 4.5 Gráficos para la Determinación de los Valores de Deducción (VD) por Tipo y Severidad de Cada Falla A continuación se presentan los gráficos correspondientes a las diecinueve fallas contempladas por el Método PCI, a través de los cuales será posible conocer su Valor de deducción (VD). De igual forma se incluye -al final- la gráfica requerida para la determinación del Valor de Deducción Corregido (VDC). Estas gráficas han sido tomadas del Manual de PCI publicado por el Ing, Luis Ricardo Vásquez Varela y que puede ser bajado gratuitamente del Portal

101 Evaluación deterioros (PCI) Gráfico de valor de deducción. Falla 1: Piel de cocodrilo Gráfico de valor de deducción. Falla 2: mancha en pavimento 4-13

102 Evaluación deterioros (PCI) Gráfico de valor de deducción. Falla 2: Exudación (Manchas en pavimentos) 4-14

103 Evaluación deterioros (PCI) Gráfico de valor de deducción. Falla 3: Grietas de contracción 4-15

104 Evaluación deterioros (PCI) Gráfico de valor de deducción. Falla 4: Hundimientos y elevaciones Gráfico de valor de deducción. Falla 5: Corrugaciones 4-16

105 Evaluación deterioros (PCI) Gráfico de valor de deducción. Falla 5: Corrugaciones 4-17

106 Evaluación deterioros (PCI) Gráfico de valor de deducción. Falla 6: Depresiones 4-18

107 Evaluación deterioros (PCI) Gráfico de valor de deducción. Falla 7: Grietas de borde 4-19

108 Evaluación deterioros (PCI) Gráfico de valor de deducción. Falla 8: Grietas de reflexión de juntas Gráfico de valor de deducción. Falla 9: Desnivel calzada-hombrillo 4-20

109 Evaluación deterioros (PCI) Gráfico de valor de deducción Falla 9: Desnivel entre calzada y hombrillo 4-21

110 Evaluación deterioros (PCI) Gráfico de valor de deducción. Falla 10: Grietas longitudinales y transversales Gráfico de valor de deducción. Falla 11: Bacheo y zanjas reparadas 4-22

111 Evaluación deterioros (PCI) Gráfico de valor de deducción Falla 11: Beches y zanjas reparadas 4-23

112 Evaluación deterioros (PCI) Gráfico de valor de deducción. Falla 12: Agregados pulidos 4-24

113 Evaluación deterioros (PCI) Gráfico de valor de deducción. Falla 13: Huecos Gráfico de valor de deducción. Falla 14: Cruce de rieles o sumideros de rejilla 4-25

114 Evaluación deterioros (PCI) Gráfico de valor de deducción Falla 14: Cruce de Rieles (en Venezuela también cruce de rejillas de drenaje) 4-26

115 Evaluación deterioros (PCI) Gráfico de valor de deducción. Falla 15: Ahuellamiento 4-27

116 Evaluación deterioros (PCI) Gráfico de valor de deducción. Falla 16: Deformaciones por empuje 4-28

117 Evaluación deterioros (PCI) Gráfico de valor de deducción. Falla 17: Grietas de desplazamiento 4-29

118 Evaluación deterioros (PCI) Gráfico de valor de deducción. Falla 18: Hinchamientos Gráfico de valor de deducción. Falla 19: Disgregación y desintegración 4-30

119 Evaluación deterioros (PCI) Gráfico de valor de deducción Falla 19: disgregación 4-31

120 Evaluación deterioros (PCI) Gráfico de valor de deducción corregida (VDC) BIBLIOGRAFÍA JUGO B., A. Sistema de Gerencia de Inversiones en Pavimentos (GIP). Manual del Usuario. Ministerio de Transporte y Comunicaciones. Dirección General Sectorial de Vialidad Terrestre. Caracas, Venezuela (1989). VÁSQUEZ V., L. Pavement Condition Index (PCI) Para Pavimentos Asfálticos y de Concreto en Carreteras. Ingepav. Manizales, Colombia (2002). 4-32

121 Evaluación deterioros (PCI) Referencias: JUGO B., A: Sistema de Gerencia de Inversiones en Pavimentos (GIP). Manual del Usuario. Ministerio de Transporte y Comunicaciones. Dirección General Sectorial de Vialidad Terrestre. Caracas, Venezuela, VÁSQUEZ V, L Pavement Condition Index (PCI) para Pavimentos Asfálticos y de concreto en carreteras. Ingepav, Manizales, Colombia,

122

123 Evaluación funcional de pavimentos 5. EVALUACIÓN FUNCIONAL DE PAVIMENTOS Las características superficiales o funcionales de los pavimentos afectan directamente a los usuarios de la vía, ya que durante el rodaje condicionan su: Seguridad. Comodidad. Economía. Adicionalmente, el rodaje genera un impacto ambiental por el ruido del contacto neumáticopavimento, el cual afecta a usuarios y vecinos. En consecuencia, las principales características superficiales de un pavimento están dirigidas a controlar los siguientes aspectos: 5.1 Resistencia al Deslizamiento (Seguridad). 5.2 Regularidad Superficial (Comodidad). 5.3 Costo Usuario (Economía). 5.4 Impacto ambiental. Existen otros aspectos que afectan la calidad del rodaje de los vehículos, como por ejemplo las propiedades reflexivas de la pintura empleada para la demarcación vial, la calidad del drenaje superficial y la limpieza. Dichos aspectos no están contemplados en el presente trabajo. A continuación se describen los principales equipos y/o ensayos utilizados para calificar la Resistencia al Deslizamiento y la Calidad de Rodaje (Regularidad Superficial) de un pavimento. Finalmente se presentan comentarios sobre el Costo Usuario y el impacto ambiental vinculados al rodaje. 5.1 Resistencia al Deslizamiento (Seguridad) El deslizamiento de un vehículo se produce en dos direcciones, cada una de las cuales son diferentes en cuanto a las leyes que lo rigen: Deslizamiento en dirección longitudinal o en la dirección de marcha del vehículo. Ocurre cuando se aplica un esfuerzo de frenado. En la resistencia al deslizamiento longitudinal intervienen fundamentalmente dos componentes: (a) el rozamiento por adherencia neumático-pavimento y (b) la pérdida de energía debido a la histéresis del neumático, es decir, el neumático no absorbe toda la energía aplicada; siempre existe pérdida de energía que se transforma en "calor", esto ocurre con materiales elásticos como el caucho. (Histéresis: tendencia de un material a conservar una propiedad en ausencia del estímulo que la ha generado). Deslizamiento en dirección transversal al eje de la vía. Se producen esfuerzos tangenciales que deben ser compensados con las fuerzas de rozamiento transversal. La fricción o adherencia entre el neumático y la superficie del pavimento presenta respuestas diferentes según la influencia de factores tales como: La película de agua sobre la superficie del pavimento. Actúa como lubricante y disminuye el contacto neumático-pavimento. La figura siguiente 5-1

124 Evaluación funcional de pavimentos muestra las diferentes zonas que se originan alrededor de un neumático sometido al efecto del agua. Fuente: Del Val, M.A. y Kraemer C. Firmes y Pavimentos. Universidad Politécnica de Madrid. ETS de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos. Madrid, España, 1993 Los neumáticos. Influye significativamente la presión de inflado, el material, el dibujo y la profundidad de la banda de rodamiento. Ésta última contribuye en la pronta eliminación de la película de agua. La velocidad de circulación. A mayor velocidad menor adherencia neumático-pavimento en presencia de agua, aunque el dibujo del neumático cuente con una buena profundidad de dibujo. Época del año. Además de los cambios de humedad estacional (veranoinvierno) que condicionan la presencia de agua en la calzada o superficie del pavimento, se tiene que la variación de la temperatura ambiente puede modificar las características del material del neumático. Adicionalmente, la característica termoplástica del ligante asfáltico (cemento asfáltico) condiciona su viscosidad o grado de fluidez en función la temperatura, haciéndolo menos fluido (aumentando su rigidez) a bajas temperaturas y haciéndolo mas fluido a medida que aumenta la temperatura. Éstas circunstancias afectan la adherencia neumático-pavimento. La textura de la superficie del pavimento. Es el único factor que puede ser controlado por el Ingeniero de pavimentos, ya que el mismo está relacionado con el origen mineralógico de la fuente de agregados (préstamos) y con la composición porcentual de los diferentes agregados seleccionados para la producción de las mezclas a ser empleadas en la capa de rodamiento. La textura se sub-divide en dos elementos: La Microtextura. Depende de la naturaleza mineralógica de los áridos, de su textura superficial, aspereza y resistencia al pulimento. La longitud de onda (λ) de las irregularidades superficiales originadas por la microtextura oscila entre 0 y 0,5 mm. y la amplitud (A) ó altura de onda o profundidad, oscila entre 0 y 0,2 mm., aproximadamente. La microtextrura gruesa o áspera aumenta la resistencia al deslizamiento, ya que facilita el rompimiento de la película fina de agua remanente en la superficie, luego que el neumático, 5-2

125 Evaluación funcional de pavimentos por su paso especialmente a bajas velocidades, ha eliminado el exceso de agua (capa gruesa). La microtextura influye significativamente en el desgaste en los neumáticos y en alguna medida en la generación de ruido en las altas frecuencias del espectro acústico. Por su parte la Macrotextura depende de la composición de la mezcla de agregados y ligante y está definida por el espaciamiento entre las partículas de agregado superficial. La longitud de onda (λ) de las irregularidades superficiales originadas por la macrotextura oscila entre 0,5 y 50 mm. y la amplitud (A) oscila entre 0,2 y 10 mm., aproximadamente. La macrotextura favorece la resistencia al deslizamiento a velocidades superiores a 60 Km/hora en el caso de pavimentos mojados. Longitud de Onda (λ) Superficie de Rodamiento Amplitud (A) Plano referencial Esquema Ilustrativo de la Textura de la Superficie de Rodamiento (Elaboración propia) Fuente Imagen: DEL VAL, M.A y KRAEMER, C. Firmes y Pavimentos. Universidad Politécnica de Madrid. E.T.S. de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos. Madrid, España (1993) 5-3

126 Evaluación funcional de pavimentos Adicionalmente se ha definido un ámbito de textura cuya dimensión horizontal o longitud de onda supera los 50 mm. Es ese caso recibe el nombre de Megatextrua y la misma presenta longitud de onda λ entre 50 y 500 mm. y amplitud (A) entre 1,0 y 50 mm. En general ésta condición se presenta básicamente cuando el pavimento presenta deterioro superficial (baches, ondulaciones) Capas de Rodamiento Antideslizantes Tomando en cuenta las alternativas tecnológicas disponibles hoy en día, se pueden lograr superficies de rodamiento seguras ante la posibilidad de deslizamiento controlando aspectos relacionados con: Mezclas asfálticas. Texturizado superficial de la capa de rodamiento Mezclas Asfálticas (1) En capas de rodamiento con adecuadas propiedades de resistencia al deslizamiento, son convenientes mezclas asfálticas con: Granulometría abierta para facilitar la evacuación del agua del lluvia. Esta característica se contrapone con la recomendación sobre producción de mezclas asfálticas densamente gradadas orientadas a logro de adecuada estabilidad, durabilidad y resistencia a la fatiga, sin embargo, se debe lograr un compromiso entre la capacidad estructural de un pavimento y su capacidad funcional, a fin de reconocer al tema de seguridad la importancia que le corresponde. Un ejemplo de éste tipo de mezcla lo representan las Mezclas Drenantes, con porcentajes de vacíos mayores o iguales al 20%, a fin que el agua de lluvia escurra a través de la capa y la desaloje rápidamente. Es importante señalar que mezclas con los porcentajes de vacíos indicados requieren labores de mantenimiento o limpieza superficial de manera que los vacíos no se rellenen de materiales de desecho que obstruyan el recorrido del agua, además de asfaltos modificados con polímeros. Agregados de alta dureza, textura mínima y alta resistencia al pulimento. La Especificación Especial Nº C SN2 para la Construcción de Pavimento de Concreto Asfáltico Empleando Mezcla Asfáltica con Agregados Especiales, presentada por el Ing. Augusto Jugo B. (Ph.D) en su Manual de Mantenimiento y Rehabilitación de Pavimentos Flexibles (1993), recomienda que los agregados a ser empleados cumplan, además de lo especificado por la Norma COVENIN Parte I-Carreteras, Capítulo V: Pavimentos, Sección 12.10, con recomendaciones especiales como las que se transcriben a continuación: a) La fracción gruesa, retenida en el Tamiz Nº4, deberá ser 100% triturada. No se permitirá el uso de material cernido y/o canto rodado. b) El material deberá ser de origen silíceo. Se permitirá el uso parcial (máximo 50% en volumen) de agregados artificiales, arcilla expandida, etc., siempre y cuando éstos produzcan una mezcla que cumpla con las especificaciones técnicas exigidas, no presenten problemas ni (1) Información general basada en criterios obtenidos Texto: CORREDOR M., G. APUNTES DE PAVIMENTOS. VOLUMEN 2: MEZCLAS ASFÁLTICAS MATERIALES Y DISEÑO. UNIVERSIDAD SANTA MARÍA Y UNIVERSIDAD CATÓLICA ANDRÉS BELLO. CARACAS-VENEZUELA (2005). 5-4

127 Evaluación funcional de pavimentos peligros tanto en su producción, construcción y uso, y hayan sido aprobados por el Ingeniero Inspector. No se permitirá el uso de agregados calizos o de origen calcáreo. El resultado del Ensayo de Desgaste de Los Ángeles del agregado natural empleado en la mezcla no deberá ser mayor del 30%. c) El resultado del Ensayo para la determinación del Coeficiente de Pulimento Acelerado (CPA) de los agregados a ser utilizados en la mezcla no deberá ser mayor de 0,45 de acuerdo con la Norma NLT (España). d) La textura de la superficie una vez concluido el proceso de compactación de la mezcla no debe ser menor de 0,45 mm. al ser determinada mediante el Método del Parche de Arena utilizando arena pasante del tamiz Nº50 y retenida en el tamiz Nº100. En general en caso de requerirse agregados de origen calcáreo, es recomendable mezclarlo con otro agregado de diferente origen, por ejemplo grava, ya que se irán desgastando en proporciones diferentes y siempre existirá un contacto entre grano y neumático. Bajo contenido de cemento asfáltico para evitar la exudación que puede contribuir a condiciones de rodaje resbaladizas. Uso de tratamientos superficiales con gravilla, microaglomerados, etc Texturizado Superficial de la Capa de Rodamiento El caso de capas asfálticas de rodamiento construidas con mezclas densamente gradadas, es posible la escarificación superficial de bajos espesores (5-10 mm.), mediante el empleo de maquinaria de alta tecnología disponible hoy en día, configuradas con tambores de Fuente Imágenes: WIRTGEN GROUP. Documento: Fresado fino. Un método económico para la reparación de calzadas. fresado fino, con las cuales es posible dejar una superficie micro acanalada por la cual es posible la rápida evacuación del agua de lluvia con el paso de los neumáticos. 5-5

128 Evaluación funcional de pavimentos Ensayos y/o Equipos para la Determinación de la Resistencia al Deslizamiento (Seguridad) En la actualidad se dispone de varios procedimientos de evaluación de la resistencia al deslizamiento basados en ensayos puntuales o en mediciones continuas. A continuación describen los procedimientos de evaluación de uso generalizado a nivel mundial Evaluación Puntual Determinación del parámetro representativo en un sector localizado. Parámetro a determinar: Macrotextura Nombre del Ensayo: Parche o Círculo de Arena (Ensayo ASTM E965). Descripción: El ensayo consiste en extender en forma circular sobre la superficie del pavimento un volumen conocido (normalmente 50 cm 3 ) de arena fina de granulometría uniforme o esferas de vidrio (90% en peso pasante por el Tamiz Nº60 y retenido en el Tamiz Nº80), cubriendo todas las irregularidades de la superficie (rellenando todas las depresiones) quedando enrasada la arena con los picos o proyecciones de la superficie. Finalmente es medido el diámetro del círculo logrado a fin de evaluar la siguiente expresión: T = 4 V π D 2 Donde: T: Macrotextrura superficial (mm.). Profundidad media del marco de textura superficial. V: Volumen de arena utilizado (mm 3 ). D: Diámetro medio del círculo de arena (mm). El Ensayo del Parche de Arena proporciona la Profundidad Media de la Textura o Mean Texture Depth (MTD). 5-6

129 Evaluación funcional de pavimentos v Volumen de arena conocido (V) INICIO: Arena sin esparcir (montículo) D FINAL: Arena esparcida en un área circular de Diámetro (D) Parche de Arena VISTA GENERAL PARCHE DE ARENA EJECUTADO. FUENTE IMAGEN: 5-7

130 Evaluación funcional de pavimentos Valores Referenciales: País Macrotextura (T) Mínima (mm.) HOLANDA 0,5 FRANCIA Y MAYORÍA DE PAÍSES EUROPEOS 1,0 USA - ESTADO DE MICHIGAN DUREZA DE LOS AGREGADOS -Escala de Mohs (1) - MÍN. 5,5 Para capas de rodamiento y tratamientos superficiales Fuente: JUGO B., A. CARTA TÉCNICA Nº21: PAVIMENTO RESBALADIZO EXISTE UNA MEJOR SOLUCIÓN?. MINISTERIO DE OBRAS PÚBLICAS. DIRECCIÓN GENERAL DE VIALIDAD, DIVISIÓN DE CONTROL DE OBRAS- DIVISIÓN DE LABORATORIO VIAL. (AGOSTO 1974). VENEZUELA. (1) : Escala de Mohs: Del 1 al 10, con materiales más suaves designados a los números más bajos y minerales más duros a los números más altos: 1 (Talco;) 2 (Yeso); 3 (Calcita); 4 (Flúor); 5 (Apatita: mineral del grupo de los fosfatos, su dureza es semejante a la del vidrio); 6 (Ortoclase: mineral del grupo de los tectosilicatos, es utilizado en la fabricación de porcelnas); 7 (Cuarzo); 8 (Topacio); 9 (Corindón: piedra preciosa, alúmina cristalizada); 10 (Diamante). 5-8

131 Evaluación funcional de pavimentos Parámetro a determinar: Resistencia al Deslizamiento (Fricción) Equipo: Portable Pendulum Tester o Portable Resístanse Tester (Ensayo ASTM E303). FUENTE IMÁGENES: ASTM. Standard Test Method for Measuring Surface Frictional Properties Using the British Pendulum Tester. Designation: E (Reapproved 2003). Principio de Funcionamiento: El ensayo consiste en la medición de la pérdida de energía de un péndulo -provisto en su extremo de una zapata de caucho- cuando ésta última roza la superficie del pavimento a ensayar, la cual ha sido previamente humedecida. Dicha pérdida de energía se mide por el ángulo suplementario de la oscilación del péndulo. El ensayo puede ser ejecutado en campo (pavimento) o en laboratorio, en caso de disponer de muestras preparadas para estudiarlas 5-9

132 Evaluación funcional de pavimentos con ensayos complementarios como por ejemplo el ensayo con rueda para medición de pulimento acelerado. El resultado del ensayo (valor medido en el aparato) se reporta como Número de Péndulo Británico o British Pendulum Number (BPN) o Skid Number (SN): BPN = LECTURA EFECTIVA Con el resultado del ensayo se debe reportar su ubicación (identificación), la temperatura de la superficie ensayada así como su tipo, edad y condición del pavimento. Adicionalmente se debe indicar el tipo y edad de la goma utilizada en el patín o zapata ubicado al final del brazo del péndulo (rubber slider), el cual hace contacto con la superficie a evaluar. Valores Referenciales: AASHTO VELOCIDAD (mph) NÚMERO DE DESLIZAMIENTO ó SKID NUMBER (SN) SECO HÚMEDO milla por hora (mph) = 1,609 Km/Hora Fuente: JUGO B., A. CARTA TÉCNICA Nº21: PAVIMENTO RESBALADIZO EXISTE UNA MEJOR SOLUCIÓN?. MINISTERIO DE OBRAS PÚBLICAS. DIRECCIÓN GENERAL DE VIALIDAD, DIVISIÓN DE CONTROL DE OBRAS-DIVISIÓN DE LABORATORIO VIAL. (AGOSTO 1974). VENEZUELA. NÚMERO DE DESLIZAMIENTO INGLATERRA ó SKID NUMBER (SN) MEDIDO CON EL PÉNDULO (30 Km/Hora) Sitios difíciles, curvas, pendientes, intersecciones MÍN. 65 Condiciones generales MÍN. 55 Sitios fáciles, rectas, pendientes y curvas suaves MIN. 45 Fuente: JUGO B., A. CARTA TÉCNICA Nº21: PAVIMENTO RESBALADIZO EXISTE UNA MEJOR SOLUCIÓN?. MINISTERIO DE OBRAS PÚBLICAS. DIRECCIÓN GENERAL DE VIALIDAD, DIVISIÓN DE CONTROL DE OBRAS-DIVISIÓN DE LABORATORIO VIAL. (AGOSTO 1974). VENEZUELA. 5-10

133 Evaluación funcional de pavimentos OTROS CRITERIOS NÚMERO DE DESLIZAMIENTO ó SKID NUMBER (SN) ASOCIACIÓN INTERNACIONAL DE CONGRESOS DE CARRETERAS (AIPCR) FRANCIA BÉLGICA los Estados Unidos (en la mayoría de los Estados) MÍN. 40 (V = 50 Km/Hora) MÍN. 50 (V = 30 Km/Hora) 1 Año después de la Construcción. MÍN. 50 (V = 30 Km/Hora) 2 Años después de la Construcción. [ ] (V = 40 mph) 1 milla por hora (mph) = 1,609 Km/Hora Fuente: JUGO B., A. CARTA TÉCNICA Nº21: PAVIMENTO RESBALADIZO EXISTE UNA MEJOR SOLUCIÓN?. MINISTERIO DE OBRAS PÚBLICAS. DIRECCIÓN GENERAL DE VIALIDAD, DIVISIÓN DE CONTROL DE OBRAS-DIVISIÓN DE LABORATORIO VIAL. (AGOSTO 1974). VENEZUELA Evaluación Continua La medición del parámetro representativo se realiza a lo largo de la vía a evaluar. Parámetro a determinar: Coeficiente de Fricción Longitudinal Principio de Funcionamiento: Rueda Bloqueada. Equipo Ejemplo: Equipo Grip Tester (Velocidad Circulación = 65 Km/hora; Rueda Boloqueada=15%). Principio de Funcionamiento: Simula una situación de frenado de emergencia con lo que se produce el resbalamiento del neumático sobre la calzada pero continúa su trayectoria longitudinal a la vía, es decir, no pierde el alineamiento recto. Los equipos utilizados para la determinación del Coeficiente de Fricción Longitudinal consisten en hacer rodar el equipo de medición con tres ruedas, luego de un momento determinado la rueda central es bloqueada, es decir, se interrumpe su circulación - dependiendo del equipo- hasta en un 100%. Tal interrupción o bloqueo origina el resbalamiento del neumático sobre la calzada, induciendo un momento torsor sobre la rueda, en base al cual se determina la fuerza tangencial desarrollada, que aunada al peso (fuerza) transmitido a la rueda permiten determinar el Coeficiente de Fricción Longitudinal (CFL): CFL = Fuerza Tangencial entre el neumático y el pavimento Fuerza Vertical sobre la rueda Hoy en día existen numerosos equipos que registran éste valor. A continuación se muestran imágenes ilustrativas del Equipo Grip Tester. 5-11

134 Evaluación funcional de pavimentos Rueda de Ensayo FUENTE IMÁGENES: Parámetro a determinar: Coeficiente de Fricción Transversal Principio de Funcionamiento: Rueda Oblicua. Equipos de Ejemplo: Mu-Meter (μ-meter) / SCRIM (Sideway-Force Coefficient Routine Investigation Machine) Principio de Funcionamiento: Permite evaluar la pérdida del alineamiento recto (paralelo al eje longitudinal) que experimenta el vehículo luego del frenado de emergencia en un pavimento húmedo (situación de derrape del vehículo), así como durante el rodaje en curvas cerradas o trayectorias curvas en intersecciones. Los equipos de este tipo hacen circular el neumático de ensayo formando un ángulo (Ángulo de deriva) respecto a la dirección de marcha, sin aplicar ninguna condición de frenado. El Coeficiente de Fricción Transversal (CFT) es la relación entre la componente de la fuerza tangencial, normal al plano de la rueda y la fuerza vertical que incide sobre la rueda: CFT = Componente Normal de la Fuerza Tangencial entre el neumático y el pavimento Fuerza Vertical sobre la rueda Al igual que en el caso del CFL, Hoy en día existen numerosos equipos que registran el CFT. A continuación se describen dos de éstos. 5-12

135 Evaluación funcional de pavimentos EQUIPO: SCRIM (Sideway-Force Coefficient Routine Investigation Machine) Desarrollado por el Transport Research Laboratory de Inglaterra. Un neumático o rueda de medida es incorporada a un camión que además lleva un dispositivo para riego de agua antes del paso de dicha rueda, la cual es lisa y puede ser inclinada con respecto a la dirección de marcha mediante un Ángulo de Deriva, esviaje o Divergencia (α) de 20º. La velocidad relativa de la rueda (S) de medición es igual a: Donde: S = V Sen α V: Velocidad de Circulación del Vehículo (60 Km/hora). En vista que la velocidad de la rueda de ensayo es menor que la del vehículo, el coeficiente de fricción determinado está básicamente asociado a la microtextura del pavimento, por lo que su resultado se debe complementar con una medida de la macrotextura, lo cual el SCRIM realiza mediante un dispositivo que emite una radiación láser que es detectada luego de su reflejo en la superficie del pavimento. Fuente: Del val, M.A. y Kraemer C. Firmes y Pavimentos. Universidad Politécnica de Madrid ETS. de Ingeniería de Caminos, Canales y Puertos. Madrid, España,

136 Evaluación funcional de pavimentos Características: - Rueda lisa de medida de 76*508 mm, inflada a 350kPa y con resilencia y dureza normalizadas. - Peso que carga sobre la rueda: 200 kp - Ángulo de deriva de la rueda: 2º - Capacidad de la cisterna: l - Texturómetro laser de 32 KHz - Posicionamiento mediante GPS - Rendimiento aproximado: 260 km/día Aplicaciones: - Medida y registro del Coeficiente de Rozamiento Transversal en todo tipo de pavimentos - Por ser un equipo de alto rendimiento se utiliza para la auscultación sistemática de redes de carreteras. Valores Referenciales: Los valores de CFT no es habitual que se establezcan en los Pliegos de Condiciones de Proyectos de nueva construcción ya que recién construido el pavimento, el valor siempre supera el umbral deseable. El valor de CFT de un pavimento nuevo suele situarse entre 0.70 y 0.80 (1). La siguiente tabla ilustra sobre el Coeficiente de Rozamiento o Fricción Transversal de pavimentos en funcionamiento: CFT < 0,35 0,35 < CFT < 0,50 CFT > 0,50 Estado Seguimiento Inadecuado. Estado Especial (en Acción Adecuado Observación) inmediata Fuente: Crespo, R. Calidad ante la Rodadura. Jornadas sobre la Calidad en el Proyecto y la Construcción de Carreteras, Barcelona- España (1999) Nota: Las referencias bibliográficas expresan el CFT bien como valor entero o como valor decimal. En el presente trabajo el citado parámetro se expresa en su versión decimal. (1) Fuente: Crespo, R. Calidad ante la Rodadura. Jornadas sobre la Calidad en el Proyecto y la Construcción de Carreteras, Barcelona-España (1999.) 5-14

137 Evaluación funcional de pavimentos Parámetro a determinar: Coeficiente de Fricción Transversal EQUIPO: μ-meter Principio de Funcionamiento: Rueda Oblicua. Equipo de Ejemplo: μ-meter. Trailer o remolque de tres ruedas, dos de las cuales están dispuestas con un ángulo de deriva -respecto a la dirección de marcha- de 7º 30, mientras que la tercera rueda (central) funciona como odómetro. El μ-meter es operado a velocidad constante de 60 Km/hora y la superficie a evaluar es humedecida -a través de dispositivo incluido en el equipo- desde aproximadamente un segundo antes de iniciar el ensayo hasta aproximadamente un segundo después que el ensayo es completado. El equipo registra valores denominados Mu Number en la sección de prueba. El promedio de dichos valores representa la condición del mismo. Debido a lo bajo del ángulo de deriva, su uso es mas generalizado para evaluación de pavimentos de aeropuertos. Principio de Funcionamiento: Similar al SCRIM. μ-meter. Fuente Imagen: [Figure 2-14 Photo of Mu Meter: Wambold and Henry, 2002] 5-15

138 Evaluación funcional de pavimentos MU-METER. ESQUEMA SÓLO ILUSTRATIVO DE CONFIGURACIÓN GENERAL. FUENTE IMAGEN: ASTM. Standard Test Method for Side Force Friction on Paved Surfaces Using the Mu-Meter. Designation: E (Reapproved 2000) Valores Referenciales (Argentina. Dirección Nacional de Vialidad): CFT CONDICIÓN > 0,60 MUY BIEN > 0,40 BIEN 0,39 REGULAR < 0,20 MUY MAL Como información complementaria se tiene que con los equipos multifunción para la medición continua de varios parámetros -como los mencionados en la Sección del presente capítulo- es posible determinar la textura en base a medidas perfilométricas (a lo largo de la vía), pudiéndose obtener la profundidad promedio calculada del perfil o Mean Profile Depth (MPD) que es la diferencia entre la recta de regresión de los puntos del perfil y una paralela trazada por su punto más alto (Ensayo ASTM E1845). 5-16

139 Evaluación funcional de pavimentos FUENTE: Crespo del R., R. CALIDAD ANTE LA RODADURA. JORNADAS SOBRE LA CALIDAD EN EL PROYECTO Y LA CONSTRUCCIÓN DE CARRETERA. Barcelona, España (1999) Índice de Fricción Internacional (IFI) Fuente: NORMA ASTM E 1845 Dada la gran cantidad de equipos y ensayos para la determinación de la adherencia neumático-pavimento, las características propias de cada uno y las condiciones de ensayo particulares -por ejemplo la velocidad en el caso de equipos de evaluación continua- la comparación de resultados ofrecidos por éstos no es directa, es decir, los valores no son compatibles entre sí, lo cual limitaba la comparación de experiencias y por ende el establecimiento de valores admisibles en un ámbito internacional. Ésta situación motivó que la Asociación Internacional Permanente de los Congresos de Carreteras (AIPCR) iniciara en el año 1992 un experimento internacional en España y Bélgica, a fin de armonizar los métodos para la medición de la fricción y textura de los pavimentos. En el presente contexto se entiende por armonización al hecho que, medidas efectuadas por cualquier equipo puedan ser procesadas a través de un modelo matemático, a fin que las mismas resulten asociadas dentro de la escala de referencia internacional. En la experiencia participaron 47 equipos de medición procedentes de 16 países, los cuales efectuaron medidas en aproximadamente 70 tramos experimentales. En el año 1995 fueron publicados los resultados, adicionalmente la AIPCR expresó la necesidad de establecer

140 Evaluación funcional de pavimentos como próximo paso- umbrales de intervención aceptables en base al IFI, según el tipo de carretera, a fin de utilizarlos a nivel mundial en el tema de Gerencia de Pavimentos. Inicialmente todos los equipos realizaron mediciones sobre los tramos experimentales, obteniéndose para cada equipo la respectiva curva fricción-deslizamiento. Las diferentes curvas podían estar próximas o alejadas entre sí, pero como no se disponía de valores conocidos de la fricción de un pavimento, para solucionar el problema y armonizar o estandarizar todas las medidas se estableció el procedimiento que permite ajustar las curvas de cada equipo alrededor de una curva de referencia conformada por los Golden Values que representan la función fricción-deslizamiento real de un pavimento. De esta forma cada tramo vial resultó con dos parámetros que caracterizaban su adherencia neumático-calzada: GF60 y GSp Donde: GF60: es una constante de referencia (Golden) de la Fricción que se desarrolla entre el pavimento y el neumático a una velocidad de 60 Km/hora. Éste valor depende de la microtextura y la macrotextura del pavimento. GSp: es una constante de velocidad. Está relacionada únicamente con la macrotextura. Valores bajos de GSp indican bajas macrotexturas y viceversa. Los valores de las constantes GF60 y GSp son en definitiva el promedio de los valores FR60 y Sp obtenidos en todos los tramos experimentales con todos los equipos de medición utilizando neumáticos lisos, que son mas sensibles a la macrotextura del pavimento y los mismos permiten calcular el valor de fricción que se considera real GF(S) a cualquier velocidad de deslizamiento (S) mediante la expresión: GF(S) = GF60 x e ((60-S)/GSp) Donde: e = Número exponencial e =2,71 (Base del Logaritmo Neperiano) Los parámetros de la curva de referencia fueron correlacionados con cada uno de los equipos de medición que participaron en el experimento. Como producto del experimento se define el índice de Fricción Internacional (IFI), el cual relaciona la fricción con la velocidad de deslizamiento. Se expresa mediante dos números: el primero representa la fricción -adimensional, con rango entre 0 (deslizamiento perfecto, sin adherencia) y 1 (máxima adherencia)- y el segundo representa la velocidad, asociada con la macrotextura, su magnitud no tiene rango definido. En definitiva el IFI se expresa en base a los siguientes valores: La fricción a 60 km/h (F60) de un pavimento. Es una constante de referencia de la Fricción que se desarrolla entre el pavimento y el neumático a una velocidad de 60 Km/hora. Éste valor es dependiente de la microtextura y la macrotextura del pavimento. La constante de referencia de velocidad (Sp). Está relacionada únicamente con la macrotextura. Valores bajos de Sp indican bajas macrotexturas y viceversa. 5-18

141 Evaluación funcional de pavimentos Los valores F60 y Sp permiten calcular el valor de fricción F(S) a cualquier velocidad de deslizamiento (S) mediante la ecuación siguiente: F(S) = F60 x e ((60-S)/Sp) 1 FRICCIÓN KM/H VELOCIDAD DE DESLIZAMIENTO (S) Determinación del IFI El Índice IFI se expresa, como se indicó, en base a un par de valores: uno asociado con la fricción correspondiente a 60 km/hora (F60) y el otro asociado con la macrotextura (Sp), relacionada con la velocidad de deslizamiento del vehículo sobre el pavimento. Dichos valores son expresados entre paréntesis y separados por una coma: (F60, Sp) Como se indicó el parámetro F60 es un número adimensional; un valor de fricción F60 igual a 0 indica deslizamiento total mientras que un valor F60 igual a 1 expresa adherencia total. Por su parte Sp es un número positivo, sin rango de valores limitados y expresado en unidades de velocidad (Km/hora). A continuación se detalla el procedimiento para su cálculo: 1. Determinación de la constante de velocidad (Sp). En base a la medición de la macrotextura (Tx) a través por ejemplo del Ensayo Parche de Arena o el perfilómetro laser, se aplica la siguiente ecuación: Sp = a + b (Tx) Donde: Tx: macrotextura a y b: constantes determinadas en el experimento internacional para cada uno de los equipos y ensayos considerados. A continuación se presentan, a modo de ejemplo, algunas de éstas constantes: 5-19

142 Evaluación funcional de pavimentos Equipo a b Código Denominación País A8 Parche de Arena USA -11,60 113,63 (ASTM E-965) D2 SCRIM España -34,97 142,65 D5 SCRIM Gran Bretaña 25,83 139,68 Fuente: Bruck, M. Curso sobre Evaluación de Pavimentos. Universidad Nacional de la Plata. Maestría en Ingeniería Vial. Ciudad la Plata, Argentina (2003) 2. Cálculo de la constante FR60 utilizando la expresión: FR60 = FRS x e ((S-60)/Sp) Ec.4 Donde: FR60: Fricción a 60 Km/hora FRS: medida de fricción realizada a cualquier velocidad. S: constante de velocidad la cual corresponde a la velocidad del equipo utilizado para la medición de la fricción, por ejemplo: el Péndulo Británico o de uno de los Equipos SCRIM, μ-meter, Grip Tester. En el caso de equipos con rueda bloqueada se tiene que: Equipos con rueda parcialmente bloqueada: S=Velocidad del equipo durante el ensayo x % del deslizamiento. Equipos con rueda oblicua: S=Velocidad del equipo durante el ensayo x Senα, donde α = ángulo de deriva o esviaje. 60: corresponde a la velocidad de referencia 60 Km/h. Sp: Definido en el Punto 1. e: Número exponencial e =2,71 (Base del Logaritmo Neperiano) 3. Determinación de la Fricción Armonizada o de Referencia F60 (ó Fricción a 60 Km/hora). Se utiliza la siguiente expresión: F60 = A + B (FR60) (Equipos con neumático liso) ó F60 = A+B (FR60) +C (Tx) (Equipos con neumático estriado) Donde: Tx: macrotextura A y B: constantes correspondientes a los equipo y procedimientos de medición empleados en el ensayo internacional. A modo de ejemplo, a continuación se presentan dichas constantes para algunos de los equipos y ensayos considerados: 5-20

143 Evaluación funcional de pavimentos Equipo Código Denominación País A B C A14 Péndulo de Fricción USA 0,0563 0, B7 Péndulo de Fricción Suiza 0,0436 0, B6-501 Remolque según Norma ASTM E-274 USA -0,0228 0,6068 0,0976 D2 SCRIM España 0,0210 0, D5 SCRIM Gran Bretaña 0,0326 0, D8 Grip Tester Gran Bretaña 0,0821 0, Fuente: Bruck, M. Curso sobre Evaluación de Pavimentos. Universidad Nacional de la Plata. Maestría en Ingeniería Vial. Ciudad la Plata, Argentina (2003) 4. Establecimiento de la Ecuación General de la Curva de Referencia estimada F(S) de fricción-deslizamiento a cualquier velocidad para el pavimento evaluado: F(S) = F60 x e ((60-S)/Sp) 5. Determinación del Nivel de Intervención. Diagrama Fricción vs. Macrotextura Conocidos los valores que conforman el IFI (F60 y Sp) es posible determinar la Curva F -función FR(S)- y la línea T similares a las que se muestran por ejemplo en la figura siguiente: Para ello utilizamos las siguientes ecuaciones: Línea T: Tx min = (Sp-a) b Donde: a y b: Constantes correspondientes al dispositivo de medición de la textura. 5-21

144 Evaluación funcional de pavimentos Curva F: FR min = (F60 A) x e B ((S-60)/(a + b Tx)) A; B; a; b: Constantes correspondientes al dispositivo de medición de la fricción. S: Velocidad de ejecución del ensayo. Tx: textura en función de la cual se podrá conocer F Se grafica la curva F -para diferentes valores de Tx- y la recta correspondiente a Tx mínimo. De ésta forma quedan definidas las cuatro áreas o cuadrantes I; II; III y IV mostrados en la figura anterior, los cuales servirán para decidir si es necesario realizar o no alguna acción destinada a mejorar la seguridad del rodaje en el tramo evaluado. Para ello se entra a la gráfica con los valores de la fricción, determinada por ejemplo con el Péndulo Británico y la macrotextura (Tx), determinada por ejemplo con el Parche de Arena, y se verifica en qué cuadrante se ubica el par de valores, definiendo así la acción de mejoramiento superficial, en caso de ser requerida. Si resulta conveniente mejorar la macrotextura (Sp bajo), se puede colocar un sello con agregados o la colocación de una carpeta de concreto asfáltico de bajo espesor, diseñada con la granulometría favorable al desalojo del agua de lluvia. Es posible también proceder al texturizado mediante la escarificación superficial del pavimento, a fin de producir una superficie acanalada que contribuya al drenaje superficial. En caso de requerirse mejorar la microtextura (F60 bajo) es recomendable por ejemplo mejorar la calidad de los agregados. En caso de requerirse mejorar fricción y textura (Sp y F60 bajos) es necesario combinar acciones, a fin de mejorar la microtextrua y la macrotextura. Ésta es la situación mas crítica Ejemplo de Aplicación Fuente Datos: Crespo, R. EL ÍNDICE DE FRICCIÓN INTERNACIONAL (IFI). OBTENCIÓN Y APLICACIONES. AEPO Ingenieros Consultores. Madrid, España Determinar el IFI de un pavimento cuyo Coeficiente de Rozamiento Transversal (CRT) es igual a 0,65 obtenido haciendo uso de un Equipo SCRIM de Gran Bretaña, funcionando a 50 km/hora. En dicho pavimento fue practicado un Ensayo de Parche de Arena, obteniéndose una textura media de 1 mm. SOLUCIÓN 1. Determinación de la constante de velocidad (Sp): Sp = a + b (Tx) Ec.1 Ensayo: Parche de Arena. Resultado medición = Tx = 1 mm. Parámetros asignados al Parche de Arena según Ensayo Internacional: a = -11,60 b = 113,

145 Evaluación funcional de pavimentos Aplicando la Ec.1 se tiene: a b Tx Sp 102,03 11,60 113,63 1,00 Km/hora 2. Cálculo de la constante FR60 utilizando la expresión: FR60 = FRS x e ((S-60)/Sp) Ec El Equipo SCRIM determinó un Coeficiente de Rozamiento Transversal (CRT) = 0,65. Luego FSR = 0, Determinación de S (constante de velocidad): S: Velocidad del equipo durante el ensayo x Sen α Ec. 3 α: Ángulo de deriva, en radianes. Radianes = (grados x π) /180 Aplicando la Ec.3 se tiene: α ( ) 20,00 α (Rad) 0,35 Veloc. E quipo 50,00 S (Km/hora) 17, Cálculo de FR60: Aplicando la Ec.2 se tiene: FSR S 17,10 0,65 Km/hora S p 102,03 Km/hora FR60 0,43 3. Cálculo de F60: F60 = A + B (FR60) Ec.5 Parámetros asignados al SCRIM de Gran Bretaña según Ensayo Internacional: A = 0,0326 B = 0,

146 Evaluación funcional de pavimentos Aplicando la Ec.5 se tiene: A B FR60 F60 0,0326 0,8717 0,43 0,41 RESPUESTA: En definitiva se tiene que el IFI = (F60, Sp) = (0.41, 102) Conocido el IFI es posible es posible definir la Curva de Referencia estimada F(S) de fricción-deslizamiento a cualquier velocidad para el pavimento evaluado es: F(S) = F60 x e ((60-S)/Sp) Es decir, F(S) = 0,41 x e ((60-S)/102) La ecuación anterior permite convertir la medida de la fricción realizada a cualquier velocidad (S) a la medida de la fricción a 60 Km/hora Otros Ensayos para la Caracterización de la Resistencia al Desgaste o Abrasión de Agregados Ensayo para la Determinación del Coeficiente de Pulimento Acelerado (CPA). ASTM D3319 Es un ensayo aplicado a los agregados pétreos a ser empleados en la producción de mezclas asfálticas, a fin de conocer su susceptibilidad al pulimento bajo la acción del tránsito. El ensayo puede ser usado para clasificar los agregados en función de su habilidad para resistir su pulimento por la acción del transito vehicular. El agregado a ser ensayado -en condición seca y húmeda- corresponde al pasante del tamiz de ½ pulgada y retenido en el Tamiz de 3/8 de pulgada. Los intersticios entre agregados pueden ser llenados con arena conforme a la Especificación ASTM C778 o en su lugar puede ser utilizado algún material adherente con viscosidad tal que no fluya a la superficie de la muestra. Para la realización del ensayo es necesaria una Máquina para el Pulimento Acelerado, conocida también como British Wheel (Rueda Británica) o Rueda de Ensayo. Éste equipo consta de una rueda neumática (goma), encargada de representar el paso del tráfico vehicular y una rueda de metal tipo carrusel alrededor de la cual es posible colocar hasta 14 muestras, las cuales han sido preparadas en moldes curvos como los que se muestran en la figura siguiente, los cuales son previamente cubiertos con parafina para evitar la adherencia de la muestra al molde metálico. La muestra de agregados es endurecida utilizando algún material adherente (tipo resinas) el cual no debe fluir a través de la arena, a fin que el agregado a ensayar sea mantenido fijo en su posición original durante el proceso de rotación: 5-24

147 Evaluación funcional de pavimentos Moldes curvos para muestras a ser colocados en la periferia de la rueda de ensayo. Fuente Imagen: Internet. Empresa Mecánc Científica, S.A. Es importante comentar que, tal como se indicó anteriormente, la rueda de ensayo puede albergar 14 muestras, con ello es posible ensayar hasta 6 agregados a razón de 2 probetas o moldes por agregado, con lo que se tienen 12 muestras. Los 2 moldes restantes deben ser llenados con muestras de una piedra de referencia. En caso de no someter a ensayo 6 áridos, se emplearán probetas que hayan sido ensayadas con anterioridad para completar la rueda porta probetas. La máquina de ensayo cuenta con dispositivos surtidores de: a) Material abrasivo tipo arenilla con granulometría uniforme con tamaño pasante del tamiz Nº100 y retenido en el tamiz Nº200, alimentado a una tasa de 6 ± 2 gr/min. b) Agua irrigada a una tasa de 50 a 75 ml/min. Ambos materiales buscan ejercer efectos abrasivos y favorecer el pulido de los agregados. Rueda de Goma (Simula las de los vehículos) Brazo de Palanca: sujeta la rueda de goma y el contrapeso que fuerza el contacto entre la rueda de ensayo (muestras) y la rueda de goma Contrapeso Rueda de Ensayo. Contiene en su periferia los moldes con las muestras y rota en dirección contraria a la ruedas de goma MÁQUINA PARA EL PULIMENTO ACELERADO. Fuente Imagen: Internet. Empresa Mecánica Científica, S.A. Descripción de las partes del Equipo: elaboración propia 5-25

148 Evaluación funcional de pavimentos El proceso de ensayo comienza determinado a cada muestra seca su Número de Deslizamiento o Skid Number (SN), haciendo uso del Péndulo Británico (ASTM E303) descrito en sección anterior. Luego la rueda de ensayo comienza a rotar a una velocidad de 320 ± 5 r.p.m y las muestras colocadas en su periferia son sometidas al rozamiento por parte de la rueda neumática que ejerce una carga total de 88 ± 1 lbf. (1 lbf = 4,45 Nw.) Durante todo el ensayo se debe mantener la temperatura de las muestras, del agua y del aparato en un rango de 23,9 ± 2,8ºC. El tiempo de ensayo en la máquina corresponde a 10 horas, a menos que antes se detecte que se ha logrado el máximo pulimento de los agregados. Ello se verifica después de sucesivas medidas en que no se observe variación. Una vez cumplido el tiempo de ensayo en la máquina, se debe realizar a cada una de las muestras un nuevo ensayo para determinar el Número de Deslizamiento o Skid Number (SN), haciendo uso del Péndulo Británico (ASTM E303). El valor del Coeficiente de Pulimento Acelerado del árido (CPA), se calcula con la siguiente expresión: Donde: CPA = S + 52,5 C S: valor medio de dos resultados obtenidos en ambas fases (seca y húmeda) para el agregado. C: valor medio de dos resultados obtenidos en ambas fases (seca y húmeda) para la piedra de referencia. Jarras metálicas para colocación de muestras, esferas de acero y agua Ensayo de Abrasión Micro-Deval (Ministry of Transportation, Ontario, Test Method LS : Method of Test for the Resistance of Fine Aggregate to Degradation by Abrasion in the Micro- Deval Apparatus / AASHTO T : Resistance of Coarse Aggregate to Degradation by Abrasion in the Micro-Deval Apparatus) El ensayo consiste en inducir la abrasión de 1500 gr. de agregado (retenido en el tamiz Nº16) mediante el empleo de esferas metálicas y agua. El ensayo es similar al de Desgaste Los Ángeles (DLA) dado que ambos ensayos determinan el porcentaje de pérdida de peso del agregado, sin embargo el Ensayo DLA no utiliza agua. Por su parte el Ensayo Micro-Deval no es considerado representativo de la Resistencia al impacto. EQUIPO PARA ENSAYO MICRO-DEVAL Fuente Imagen: Descripción de las partes del Equipo: elaboración propia Previo al ensayo, el agregado es lavado para remover los finos y saturado durante 1 hora en una jarra con capacidad de 5 lt., con un volumen de agua fijo (2 lt.) y 5000 gr. de esferas de acero de 9,5 mm. de diámetro. Dicha jarra es colocada en el equipo de ensayo que comienza a rotar con velocidad de 100 r.p.m. durante 2 horas. Al final del ciclo de ensayo la muestra es removida del equipo y la calidad del agregado es determinada en base a su granulometría final. Para ello el material finalmente retenido en el tamiz Nº 16 es secado en horno a 110 ºC y pesado, con la cual será posible determinar el porcentaje de pérdida por gradación, en vista que su peso inicial es conocido 5-26

149 Evaluación funcional de pavimentos 5.2 Regularidad Superficial (Comodidad) Perfil Transversal Las deformaciones del perfil transversal ocasionada por fallas como el ahuellamiento, afectan la calidad de rodaje. Éste tipo de deformaciones puede ser detectada mediante el empleo de la Regla de 3 m. que consiste en un listón de madera de la longitud indicada, el cual es posicionado de manera transversal al eje del la vía, pudiéndose medir la distancia entre la superficie del pavimento y la base de la regla. FUENTE IMÁGEN: STRATEGIC HIGHWAY RESEARCH PROGRAM. National Research Council. DISTRESS IDENTIFICATION MANUAL FOR THE LONG-TERM PAVEMENT PERFORMANCE PROJECT. SHRP-P-338. USA (1993). FUENTE IMAGEN: INSTITUTO DEL ASFALTO DE LOS ESTADOS UNIDOS. EL ASFALTO EN EL MANTENIMIENTO DE LOS PAVIMENTOS. Manual MS-16. Versión Español Ing. J. Carciente (1970). A continuación se presentan algunos valores referenciales-informativos de calificación de la profundidad de la deformación tomados del documento: Calidad ante la Rodadura presentado por el Ing. R. Crespo en las Jornadas sobre la Calidad en el Proyecto y la Construcción de Carreteras, celebrado en Barcelona-España (1999): PROFUNDIDAD AHUELLAMIENTO CALIFICACIÓN (mm.) < 10 BUENO ACEPTABLE > 15 NO DESEABLE Prof. del Ahuellamiento 5-27

150 Evaluación funcional de pavimentos Perfil Longitudinal Regularidad Superficial. Concepto de Serviceabilidad o Servicapacidad Introducido en el Método AASHTO para medir la Calidad de Servicio El índice de Serviceabilidad Presente del Pavimento o Present Serviceability Index (PSI) tal como su nombre lo indica, se refiere a la condición actual del pavimento. Se trata de un parámetro que correlaciona -mediante análisis de regresión matemática- (1) la opinión de un panel de expertos en lo referente a la calidad del rodaje, la cual sirvió para generar el concepto de Pavement Serviceability Rating (PSR) basado en encuestas como la que se muestra en la figura; (2) la condición superficial del pavimento definida en términos de la rugosidad del pavimento (utilizando rugosímetros y/o perfilómetros) y (3) evaluaciones visuales que reportan sobre la presencia de grietas, baches y ahuellamiento. Es por ello que el PSI representa la condición del Pavimento en el momento en que se realiza su evaluación, por lo que el mismo varía con el paso del tiempo. El PSI varía en una escala que se desarrolla entre 0 (pavimento con condición superficial muy pobre) y 5 (pavimento con condición superficial perfecta ); es un indicador de gran utilidad, ya que dentro de esquemas de gerencia de pavimentos permite la definición de prioridades y programas de mantenimiento a nivel red, razón por la cual el mismo fue incorporado por la AASHTO en los años ochenta en los procedimientos de diseño de nuevos pavimentos y de la rehabilitación de los mismos, mediante la incorporación de la variable ΔPSI con la cual es posible considerar la variación de la serviceabilidad de un pavimento desde el inicio de su vida de servicio hasta el nivel de serviceabilidad que el proyectista considera de falla (o inaceptable) dependiendo de la importancia de la vía. Plantilla de evaluación para el Present Serviceability Rating (PSR) De la experiencia se determinó que la rugosidad o deformaciones longitudinales, es el parámetro que tiene mayor incidencia en la determinación del PSI, razón por la cual han 5-28

151 Evaluación funcional de pavimentos surgido varios procedimientos para su determinación, basados en mediciones topográficas y/o en el empleo de equipos que registran dichas deformaciones longitudinales. Present Serviceability Index (PSI) La Ecuación Original AASHTO para la determinación del Índice de Serviceabilidad de Pavimentos Flexibles es la siguiente: PSI = log(1+sv) 1.38 RD (C+P) 0.5 Donde: SV = varianza de las deformaciones de la pendiente longitudinal cada 30 cm. RD = promedio aritmético de las deformaciones transversales o ahuellamiento en ambas huellas, medido con regla de 3 m. (pulgadas). C = Grietas mayores de 1000 pie 2 P = Baches reparados en 1000 pie

152 Evaluación funcional de pavimentos Índice de Rugosidad Internacional (IRI) Material basado en el Documento titulado: METODOLOGÍA VENEZOLANA PARA LA ESTIMACIÓN DEL ÍNDICE DE RUGOSIDAD INTERNACIONAL (IRI) UTILIZANDO EL EQUIPO MERLÍN preparado por Ings. Corredor, G.; Urbáez, E.y Corros, M. Presentado en el 3ER. SEMINARIO LATINOAMERICANO DEL ASFALTO BUCARAMANGA-COLOMBIA. Agosto 2008 La irregularidad o rugosidad de la superficie de una vía es una medida de su serviceabilidad, es decir, refleja el grado de comodidad del usuario. Se han desarrollado una gran variedad de equipos para medir la regularidad superficial de los pavimentos y se ha adoptado mundialmente un índice único conocido como Índice de Rugosidad Internacional (IRI), desarrollado como medida estándar por el Banco Mundial entre finales de los años ochenta y comienzo de las años noventa, luego de un ensayo internacional realizado en Brasil, encaminado a su determinación. Conceptualmente el IRI relaciona la acumulación de desplazamientos del sistema de suspensión de un vehículo modelo, divididos entre la distancia recorrida por el vehículo a una velocidad de 80 km/hr. Se expresa en mm/m ó m/km. Para caminos pavimentados el rango de la escala del IRI es de 0 a 12 m/km, donde 0 representa una superficie perfectamente uniforme y 12 un camino intransitable; para vías no pavimentados la escala se puede extender hasta un valor de 20. La Figura 1 presenta la escala de clasificación que hace el Banco Mundial de las Carreteras y Autopistas del IRI dependiendo del tipo de vía (pavimentada o no), su edad y condición superficial. FIGURA 1. ESCALA DE CLASIFICACIÓN DEL IRI (BANCO MUNDIAL) Fuente: Urbáez,E., Corredor, G. y Jugo, A.: Estimación del índice de rugosidad internacional (IRI) en vías recién pavimentadas a través del Equipo MERLIN. Segundo Simposio Venezolano del Asfalto, Mérida, Estado Mérida,

153 Evaluación funcional de pavimentos Por otro lado, Pablo del Águila, reconocido Ingeniero peruano especialista en Pavimentos desarrolló a finales de los años noventa una ecuación para la estimación del IRI en el caso de vías nuevas, con rango de aplicación entre 0 y 2,5. Dado que la ecuación original para la determinación del IRI fue basada en la medición de dicho parámetro para vías en servicio, es necesario disponer de una ecuación aplicable al caso de vías repavimentadas o reforzadas con mezclas asfálticas, situación en la que la regularidad superficial de la nueva carpeta de rodamiento es altamente dependiente de la condición del las capas subyacentes que no necesariamente han recibido acciones mayores de rehabilitación, pudiendo reducirse su intervención a saneamientos localizados. La situación planteada no puede ser considerada en un caso de vía en servicio como para aplicarle el criterio original del TRRL, ni se considera una vía nueva como par aplicar la formulación propuesta por el Ing. Del Águila. En consecuencia, se trata de una situación intermedia que requiere estudio, razón por la cual, un grupo de Ingenieros venezolanos Especialistas en Pavimentos, unen sus esfuerzos y logran plantear una primera versión de ecuación para la estimación del IRI en obras rehabilitadas. Adicionalmente, se logra una correlación entre el IRI y el Índice de Serviceabilidad Presente del Pavimento (PSI). Los resultados del trabajo propuesto por los especialistas venezolanos se presenta mas adelante Equipo MERLÍN Hoy en día existen numerosos equipos de alta tecnología y rendimiento para la adquisición de la información necesaria para definir el perfil longitudinal o rugosidad de una vía, no obstante sus elevados costos representan una limitación para muchas agencias viales de países en desarrollo. Es por ello que aún se mantiene en uso el equipo -de bajo rendimiento en el caso de evaluaciones de redes viales- diseñado en 1990 por el TRANSPORTATION ROAD RESEARCH LABORATORY (TRRL) de Inglaterra para la medición de la rugosidad en pavimentos asfálticos, de hormigón y de tierra conocido como Equipo MERLÍN (MACHINE FOR EVALUATING ROUGHNESS USING LOW COST INSTRUMENTATION). Dicho equipo guarda alta precisión y repetibilidad en los datos que suministra, lo cual se ha evidenciado luego de la comparación de valores IRI determinados en base a su uso y los obtenidos por la metodología estandarizada (ASTM: E ) basada en procedimientos de nivelación topográfica para la determinación del IRI. Esta circunstancia ha servido para que el Equipo MERLÍN sea utilizado como referencia en la calibración del resto de los equipos empleados para la medición de la rugosidad o regularidad superficial. El MERLIN es un equipo de aplicación manual cuyo principio se basa en usar la distribución de las desviaciones de la superficie respecto a una cuerda promedio. Según el procedimiento se ha definido que es necesario medir 200 desviaciones respecto a la cuerda promedio en forma consecutiva a lo lago de la vía y considerar un intervalo constante entre cada medición. Para dichas condiciones se tiene que a mayor rugosidad de la superficie, mayor es la variabilidad de los desplazamientos. (1) (1) Fuente: Urbáez, E.; Corredor, G.; Jugo, A. ESTIMACIÓN DEL ÍNDICE DE RUGUSIDAD INTERNACIONAL (IRI) EN VÍAS RECIÉN PAVIMENTADAS A TRAVÉS DEL EQUIPO MERLÍN. Segundo Simposio Venezolano del Asfalto. Mérida-Venezuela (2002). 5-31

154 Evaluación funcional de pavimentos 1. Descripción del Equipo MERLÍN. Procedimiento de Medición 5-32

155 Evaluación funcional de pavimentos 5-33

156 Evaluación funcional de pavimentos Procedimiento de campo a) Calibración inicial del equipo MERLIN b) Personal requerido Un (01) Operador del Equipo. Un (01) Ayudante (para anotar lecturas). Personal de Seguridad c) Medición...Para la ejecución de los ensayos se debe seleccionar un tramo de aproximadamente 400 m. de longitud, sobre un determinado canal de la vía. Se deben efectuar 200 mediciones estacionando el equipo a intervalos regulares, generalmente cada 2 m. de separación. En la práctica esto se realiza tomando como referencia la circunferencia del la rueda del MERLIN, que es aproximadamente esa dimensión, es decir, cada ensayo se realiza al concluir una vuelta de la rueda. Para ello se coloca una señal o marca llamativa sobre la rueda, la cual debe quedar siempre en contacto con el piso. Ello facilita la labor del operador quién, una vez hecha la lectura, levanta el equipo y controla que la llanta gire una vuelta haciendo coincidir nuevamente la marca sobre el piso......la prueba empieza estacionando el equipo al inicio del trecho de ensayo, el operador espera que el puntero se estabilice y observa la posición que adopta respecto a la escala colocada sobre el tablero, realizando así la lectura. Paso seguido, el operador toma el instrumento por las manijas, elevándolo y desplazándolo la distancia constante seleccionada para usarse entre un ensayo y otro (una vuelta de la rueda). En la nueva ubicación se repite la operación y así sucesivamente hasta completar las 200 lecturas. El espaciado entre los 5-34

157 Evaluación funcional de pavimentos ensayos no es un factor crítico, pero es recomendable que las lecturas se realicen siempre estacionando la rueda en una misma posición... (1) Posicionamiento de Equipo Detalle tablero de Medicion 25 Hundimientos: Puntero Elevaciones: 1-25 EQUIPO MERLÍN. FUENTE IMAGEN: MAYER 97 INGENIEROS ASOCIADOS, C.A. ESTADO APURE (2008) (Detalle Tablero: Cortesia INGEPLAN CONSULT, C.A.) 50 Divisiones 1 División = 5 mm (1) Fuente: Urbáez, E.; Corredor, G.; Jugo, A. ESTIMACIÓN DEL ÍNDICE DE RUGUSIDAD INTERNACIONAL (IRI) EN VÍAS RECIÉN PAVIMENTADAS A TRAVÉS DEL EQUIPO MERLÍN. Segundo Simposio Venezolano del Asfalto. Mérida-Venezuela (2002). 5-35

158 Evaluación funcional de pavimentos Detalle del Tablero de Medición incorporado al Equipo: Planilla Recolección Manual de Datos leídos del Tablero y Anotados por el Ayudante del Operador, según Manual original del equipo. 5-36

159 Evaluación funcional de pavimentos Planilla recolección de datos según MERLIN (Procedimiento Venezuela) Interpretación de los Datos según MERLÍN (Criterio Ecuación Original) La siguiente ecuación corresponde a la originalmente definida por el TRANSPORTATION ROAD RESEARCH LABORATORY (TRRL) de Inglaterra cuando desarrolló el Equipo MERLÍN: IRI = * D (2.4<IRI<15.9) Ec. 1 Donde: D : Representa la Dispersión de los datos obtenidos con el equipo MERLÍN (Valor Merlín), agrupados en intervalos de frecuencia y analizados en base a la distribución de frecuencias de las lecturas o posiciones adoptadas por el puntero. Dichos datos originalmente fueron representados en un histograma de frecuencia. A continuación citamos algunas referencias que ilustran sobre la elaboración e interpretación del citado histograma....si se define el histograma de la distribución de frecuencias de las 200 mediciones, es posible medir la dispersión de las desviaciones y correlacionarlas con la escala estándar de la rugosidad. El parámetro estadístico que establece la magnitud de la dispersión es el 5-37

160 Evaluación funcional de pavimentos Rango de la Muestra (D), determinado luego de efectuar la depuración del 10% de las observaciones. El valor D es la rugosidad del pavimento en unidades MERLÍN... (1) EJEMPLO 1. Dado el siguiente Histograma en el que se han representado 200 lecturas realizadas con el Equipo Merlín, determinar el IRI en base a la Ecuación Original (TRRL- Ec.1) el IRI: Análisis del histograma: Se requiere eliminar el 10% de los 200 datos, es decir, se deben eliminar 20 datos, 10 de cada extremo del histograma. Para ello se inspecciona el extremo izquierdo del Histograma y del intervalo 1 se elimina 1 dato, del intervalo 2 se eliminan 3 datos, del intervalo 3 se eliminan 5 datos y del intervalo 4 se elimina 1 dato de 12. Por su parte en el extremo derecho del histograma del intervalo 13 se eliminan 4 datos, del intervalo 12 se eliminan 2 datos y del intervalo 11 se eliminan 4 datos de 7. En base a lo indicado resulta la siguiente cantidad de intervalos: Intervalo Nº4 = 11/12 = 0.92 (de un total de 12 datos fue eliminado 1) Intervalo Nº5 = 1 Intervalo Nº6 = 1 Intervalo Nº7 = 1 Intervalo Nº8 = 1 Intervalo Nº9 = 1 Intervalo Nº10= 1 Intervalo 11 = 3/7 = 0.43 (de un total de 7 datos fueron eliminados 4)Total Intervalos a considerar = (1 x 6) = 7.35 (1) Fuente: Urbáez, E.; Corredor, G.; Jugo, A. ESTIMACIÓN DEL ÍNDICE DE RUGUSIDAD INTERNACIONAL (IRI) EN VÍAS RECIÉN PAVIMENTADAS A TRAVÉS DEL EQUIPO MERLÍN. Segundo Simposio Venezolano del Asfalto. Mérida-Venezuela (2002). 5-38

161 Evaluación funcional de pavimentos Cálculo del IRI en base a la Ecuación 1 (Original) (a) El número de unidades (intervalos) a considerar se multiplica por 5 que es el valor de cada unidad en milímetros (mm), y se obtiene el Valor Merlin (D): En este ejemplo D = 7.35 * 5 = (b) El valor D se lleva a la Ecuación IRI del MERLIN: IRI = * D (IRI en metros por km) (c) Resultado: IRI = * = m/km 5-39

162 Evaluación funcional de pavimentos EJEMPLO 2. Dado el siguiente Histograma en el que se han representado 200 lecturas realizadas con el Equipo Merlín, determinar el IRI en base a la Ecuación Original (TRRL- Ec.1) el IRI: Valores Leídos en Campo: X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X D INTERVALOS A CONSIDERAR: INTERVALO 4 =2/3= 0,67 D = Nº INTERVALOS x 5 mm. = 18,47 x 5,00 = 92,3 INTERVALO 5 = 1,00 INTERVALO 6 = 1,00 IRI = 0, ,0471 D = 4,942 INTERVALO 7 = 1,00 INTERVALO 8 = 1,00 IRI = INTERVALO 9 = 1,00 4,94 INTERVALO 10 = 1,00 INTERVALO 11 = 1,00 INTERVALO 12 = 1,00 INTERVALO 13 = 1,00 INTERVALO 14 = 1,00 INTERVALO 15 = 1,00 INTERVALO 16 = 1,00 INTERVALO 17 = 1,00 INTERVALO 18 = 1,00 INTERVALO 19 = 1,00 INTERVALO 20 = 1,00 INTERVALO 21 = 1,00 INTERVALO 22 =4/5= 0,80 Nº INTERVALOS = 18,

163 Evaluación funcional de pavimentos Ecuaciones Utilizadas en Venezuela para la Estimación del IRI y el Índice de Serviceabilidad del Pavimento (PSI) en Vías Rehabilitadas Antecedentes. Criterios Internacionales El rango de la Ecuación 1 mostrada en la sección anterior no contempla el caso de valores de IRI inferiores a 2.4 m/km, que podría ser el caso esperado para vías recién pavimentadas o reforzadas con capas asfálticas sin que necesariamente se intervengan las otras capas (bases/sub-bsaes) y/o la sub-rasante, salvo el caso de saneamientos localizados. Dichas capas también tienen un período en servicio y por ende un deterioro y no debe perderse de vista que su integridad y desempeño en general se reflejan en la capa de rodamiento. Ésta circunstancia obliga a tomar en cuenta que no se trata de una obra nueva sino rehabilitada parcialmente en su capa de rodamiento, razón por la cual es probable que la superficie refleje una rugosidad que le es transmitida desde las capas inferiores y no necesariamente es originada por la nueva carpeta asfáltica. El Ingeniero peruano Pablo del Águila, en 1998 presenta en el II Congreso Nacional del Asfalto del Perú y en 1999 en el marco del 10 Congreso Ibero-Latinoamericano del Asfalto realizado en Sevilla, España los documentos titulados respectivamente: Desarrollo de la Ecuación de Correlación para la Determinación de la Rugosidad de Pavimentos Asfálticos, Usando el Equipo MERLÍN y Metodología para la Determinación de la Rugosidad de los Pavimentos con Equipo de Bajo Costo y Gran Precisión. Dichos documentos presentan una expresión matemática para el cálculo del IRI en el caso de pavimentos nuevos, es decir cuando las rugosidades se encuentran en el intervalo de valores IRI entre 0 y 2.5. (2) La formulación propuesta por el Ing. Del Águila es la siguiente: IRI = 0,0485 D 0 IRI 2,5 Ec. 2 D: definición equivalente a la presentada con la Ecuación Ecuación Venezolana para la estimación del IRI en Pavimentos rehabilitados La limitación planteada en la Sección llevó a un grupo venezolano de especialistas en pavimentos a desarrollar una formulación para determinar el IRI que tomara en cuenta la realidad descrita y que fuera lo mas objetiva posible a los efectos de calificar la calidad de rodamiento de una vía rehabilitada. En tal sentido, un grupo de Ingenieros venezolanos liderizado por los Ingenieros Gustavo Corredor (MSc) y Augusto Jugo (PhD), desarrollaron una formulación con la finalidad de evaluar los estándares de calidad de las obras de repavimentación -en lo que acabado superficial se refiere- a partir del Año 2002 en Venezuela fue utilizado el Equipo MERLIN en vías incluidas en diversos programas de rehabilitación de pavimentos adelantados por el Fondo Nacional de Transporte Urbano FONTUR. Luego de un consenso nacional logrado con la participación del Instituto Venezolano del Asfalto (INVEAS) y varios profesionales venezolanos especialistas en pavimentos, fue definida una ecuación de cálculo para la determinación del IRI, la cual ha sido aplicada en los últimos años en importantes obras de rehabilitación de pavimentos a nivel nacional, como es el caso de la Autopista Francisco Fajardo que atraviesa la Ciudad de (2) FUENTE: DEL AGUILA, P.M. Metodología para la Determinación de la Rugosidad de los Pavimentos con Equipo de Bajo Costo y Gran Precisión. 10 Congreso Ibero-Latinoamericano del Asfalto. Sevilla, España (1999). 5-41

164 Evaluación funcional de pavimentos Caracas en dirección Este-Oeste y la Autopista Regional del Centro que comunica la Ciudad de Caracas con los Estados Centrales Aragua y Carabobo. La formulación presentada es la siguiente: IRI= 2.7x10-7 D x10-4 D x10-2 D Ec. 3 Donde: [IRI: mm/km] D = 16,54 (Si) ; [mm.] Si : Desviación estándar de variable i i = lectura campo 25 (Nota: i max = 25 ; i puede ser negativa) Adicionalmente, se tiene una correlación entre el IRI y el Índice de Serviceabilidad Presente del Pavimento (PSI), la cual se indica a continuación: PSI = 5 (IRI / 5.5 ) e Ec. 4 Donde: e: Base del Logaritmo Neperiano (Número e = 2,711) EJEMPLO 3: Determinar el valor IRI de la Carretera Local 01 Tramo: La Luz-Empalme Local 02 en el estado Barinas, en el sector comprendido entre las Progresivas y , utilizando la Ecuación desarrollada para Venezuela (Ecuación 3). (a) Entre las Progresivas y se definen doce (12) secciones en las cuales se han realizado las 200 lecturas correspondientes a los 400 m. de cada muestra. (b) Determinación del IRI la Ecuación 3 -desarrollada para Venezuela- utilizando los siguientes resultados: 5-42

165 Evaluación funcional de pavimentos ANÁLISIS DE VALORES DE MEDICIÓN MERLIN PARA ESTIMACIÓN DE IRI Vía: EJEMPLO PSI Tramo: IRI = 1,74 3,64 Progresiva: Sentido y canal: Fecha: n = 200 max = 18 Si = 2,02 Prom = 36,6 min = 4 D = 33,4 n valor i valor i valor i valor i valor i 2, ,29 36, ,86 IRI 1, ,00 IRI PRIMEROS TERCEROS 100 m m , ,50 32, ,79 IRI 1, ,23 IRI SEGUNDOS CUARTOS 100 m. 100 m. IRI determinado según Ecuación acordada en Venezuela: IRI= 2.7*10-7*D *10-4*D *10-2*D Medición de campo realizada por: Interpretación de datos realizada por (c ) Repitiendo el procedimiento de cálculo descrito en el punto anterior en las once (11) secciones restantes se tienen los siguientes resultados, que se muestran a modo ilustrativo: 5-43

166 Evaluación funcional de pavimentos ANÁLISIS DE VALORES DE MEDICIÓN MERLIN PARA ESTIMACIÓN DE IRI Vía:Carretera Local 01, Estado Barinas Tramo:La Luz-Empalme Local 02 Progresiv a a: Sentido:Norte-Sur Resumen de valores IRI y PSI Progresivas Valor "D" IRI(1) IRI(2) PSI(1) PSI(2) a a a a a a a a a a a a Promedio IRI (1): EC.1:TRRL IRI (2): EC.3 (VENEZUELA) Criterios de Aceptación o Rechazo de la Regularidad Superficial. Referencias Internacionales Países como Estados Unidos, España, Chile, Honduras y Uruguay, han establecido valores del IRI para clasificar el grado de confort de los caminos pavimentados, así como valores para recepción de obras y para nivel de rechazo, la tabla 1 incluye éstos valores en cada uno de los países mencionados. TABLA 1 PAÍS CLASIFICACIÓN SEGÚN VALORES DEL IRI (m/km.) NIVEL DE BUENO REGULAR MAL RECHAZO NIVEL DE RECEPCIÓN U.S.A < >4.7 ESPAÑA >2.5 <1.85 CHILE >4 >2.5 <2.5 HONDURAS < >6 URUGUAY < >4.6 VENEZUELA (1) < >2.51 <2.51 FUENTE: REFERENCIA 1: URBÁEZ, E.; CORREDOR, G.; JUGO, A. ESTIMACIÓN DEL ÍNDICE DE RUGUSIDAD INTERNACIONAL (IRI) EN VÍAS RECIÉN PAVIMENTADAS A TRAVÉS DEL EQUIPO MERLÍN. 2º SIMPOSIO VENEZOLANO DEL ASFALTO. MÉRIDA- VENEZUELA (2002). (1): CLASIFICACIÓN SUGERIDA POR AUTORES DE LA REFERENCIA

167 Evaluación funcional de pavimentos Situación Venezuela. Norma INVEAS-Versión Año 2004 En el caso de Venezuela, se ha establecido un criterio -dentro del ámbito de la Norma desarrollada por el INSTITUTO VENEZOLANO DEL ASFALTO (INVEAS) en el año 2004 para la producción y colocación de concreto asfáltico- mediante el cual se considera que cuando el IRI se encuentra entre 1,21 y 1,80 la regularidad del pavimento se considera adecuada, por lo que se aplica un factor de ajuste igual a la unidad; cuando el IRI es mayor o igual a 3,01 el constructor, a sus expensas, debe procurar la reparación de la capa de rodamiento. Del mismo modo, cuando el IRI es menor o igual 1,20 su condición excelente es premiada mediante la aplicación de factores de ajuste de cantidades de obra ejecutada mediante los cuales dichas cantidades son mayoradas (incrementadas); sin embargo, cuando el IRI se ubica entre 1,81 y 3,00 se maneja un abanico de factores que disminuye las cantidades de obra ejecutada. La tabla siguiente resume señalado: NORMA INVEAS (MEZCLAS DE CONCRETO ASFÁLTICO) Norma INVEAS. Versión Revisada Diciembre

168 Evaluación funcional de pavimentos Otros Equipos Multifunción EQUIPO: Perfilógrafo Láser de Alto Rendimiento Fuente imagen: CARACTERÍSTICAS DEL EQUIPO: 15 cámaras láser de 16 khz para medida de la regularidad. Cámara láser de 64 khz para medida de la textura. Unidad inercial compuesta por dos giróscopos y tres acelerómetros. Sistema de posicionamiento G.P.S. Aplicaciones: Medida y registro del perfil longitudinal. Medida y registro de perfiles transversales. Cálculo de índices de regularidad superficial (IRI;PSI). Medida y registro de la textura de los pavimentos. 5-46

169 Evaluación funcional de pavimentos EQUIPO: Analizador de Regularidad Superficial (ARS) Fuente imagen: CARACTERÍSTICAS DEL EQUIPO: Velocidad de ensayo de 22; 55 ó 90 km/h. Lecturas a cada 25 cm. Proceso de captación de datos basado en un microprocesador que trabaja en tiempo real. El equipo es capaz de medir las ondulaciones correspondientes a longitudes de onda entre 0,6 y 30 m. Amplitud máxima de los movimientos relativos medibles del brazo: ± 10 cm. Aplicación: El equipo permite la obtención del Índice de Regularidad Internacional (IRI). 5.3 Costo Usuario (Economía) Está relacionado con los (1) Costos Operativos de los Vehículos y (2) el Costo del Tiempo de Viaje del Usuario. En los costos operativos de los vehículos se toma en cuenta el consumo de combustible, lubricantes, neumáticos, mantenimiento y los costos de posesión que incluyen la depreciación y los costos de inversión (1). Por su parte el tiempo de viaje está relacionado con demoras en el viaje por intersecciones por semaforizadas, con retrasos durante el viaje por la ejecución de acciones de mantenimiento vial y con la condición del pavimento. Éste último aspecto es especialmente interesante, ya que dependiendo de la condición del pavimento (Buena-Regular-Mala) y la topografía del terreno (Llano-Ondulado- Montañoso) varía el gasto en que incurre el usuario de la vía. Para cualquier topografía, el (1) Urbáez P. E. y Jugo B., A. Determinación del Costo Usuario en Pavimentos. Modelo Propuesto para Venezuela. (1992). 5-47

170 Evaluación funcional de pavimentos gasto por la circulación en una vía en mala condición es mayor que el gasto de circulación por la misma vía en condición regular o buena, sin embargo, dicho gasto se incrementa si el terreno pasa de llano a montañoso, así por ejemplo, una vía de montaña con pavimento en mala condición alcanza mayor costo por efectos de circulación que la misma vía en topografía plana. La determinación del Costo Usuario puede realizarse a través de varios modelos, entre ellos: 1. Modelo McFarland (USA). Relaciona el Costo Usuario con el Índice de Serviceabilidad del Pavimento, el cual fue explicado en la Sección Modelo HDM III (Highway Design and Maintenance Standards Model). Desarrollado por el Banco Mundial. Consta de cinco Sub-Modelos, uno de los cuales se orienta a la estimación de los Costos Operativos de Vehículos (COV). La versión original requiere el ingreso de gran cantidad de variables, muchas de las cuales no son fácilmente disponibles en Venezuela. 3. Modelo SCUP (Sistema de Costo Usuario en Pavimento), desarrollado en Venezuela por los Ingenieros Ernesto Urbáez y Augusto Jugo, en base a los modelos citados anteriormente, especialmente el HDM III, cuyas variables fueron sometidas a minuciosa revisión, a fin de realizar modificaciones y simplificaciones adaptadas a los requerimientos y necesidades venezolanas, sin afectar el Costo Usuario estimado. Éste modelo ha sido utilizado en proyectos financiados por el Banco Mundial, siendo aprobada la rutina de cálculo propuesta. 5.4 Impacto Ambiental (Ruido de Contacto Neumático-Pavimento) En autopistas y carreteras con velocidades de circulación relativamente elevadas es conveniente que la profundidad media de la rugosidad esté comprendida entre 0,71 y 1 mm. Las texturas muy rugosas pueden ser demasiado ruidosas tanto para los usuarios como para los habitantes de la zona, por lo que en cada caso será necesario alcanzar un equilibrio entre seguridad y nivel sonoro. (1) La figura siguiente muestra relaciones entre el nivel de ruido (decibeles/db) generado y la velocidad de desplazamiento de vehículos sobre diferentes tipos de capas de rodamiento (con variadas macrotexturas -d- y Coeficientes de Fricción Transversal -CRD- determinados con un Equipo Scrim). Se puede apreciar en general que -tanto para vehículos pesados como ligeros- las mezclas asfálticas presentan menores niveles de ruido cuando son comparadas con superficies de concreto tipo Pórtland (hormigón) estriadas y/o cepilladas. (1) Fuente del texto e imagen: De Val. M.A y Kraemer, C. Firmes y Pavimentos. Universidad Politécnica de Madrid. E.T.S. de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos. Madrid, España (1993) 5-48

171 Evaluación funcional de pavimentos Fuente Imagen: DEL VAL, M.A y KRAEMER, C. Firmes y Pavimentos. Universidad Politécnica de Madrid. E.T.S. de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos. Madrid, España (1993) Hoy en día agencias internacionales encargadas del diseño, construcción y mantenimiento vial dedican grandes esfuerzos a nivel de investigación para tratar de reducir los niveles de ruido ocasionados por el paso de los vehículos, especialmente en zonas urbanas. Para ello existen medidas de mitigación del impacto ocasionado por el ruido, tal es el caso por ejemplo, de la construcción de pantallas o muros anti-ruido cuyas dimensiones y materiales son cuidadosamente estudiados para que se logre el efecto deseado, sin embargo, el ruido generado por el movimiento vehicular también afecta a los usuarios de las vías, es decir, a conductores y pasajeros. Es por ello que los esfuerzos en la reducción del ruido también están encaminados a la producción de mezclas a ser colocadas en las capas de rodamiento cuya producción y desempeño favorezcan el objetivo deseado. En tal sentido, se ha creado una tendencia a la obtención de Quieter Pavements o pavimentos silenciosos. Los factores asociados con la mezcla de la capa de rodamiento que inciden en la producción de ruido durante el rodaje de los vehículos son: Textura de la superficie. Porosidad (vacíos de la mezcla). Rigidez de la mezcla. La textura es recomendable que sea negativa, es decir, la amplitud de onda debe darse de la superficie de rodamiento hacia abajo. Por su parte su magnitud debe ser baja (menor de 5 mm.) aunque suficiente para permitir el escape del aire. 5-49

172 Evaluación funcional de pavimentos Neumático Textura positiva: inconveniente Textura negativa: conveniente La porosidad (vacíos de la mezcla) debe ser alta, recomendable mayor del 20%, sin embargo, no se debe perder de vista que elevados porcentaje de vacíos puede afectar la durabilidad de la mezcla, por ésta razón se recomienda la incorporación de polímeros, fibras, etc. Para mitigar el efecto del ruido es conveniente que la rigidez de la mezcla sea baja, sin embargo, su logro es muy difícil de alcanzar sin que se comprometa el comportamiento general de la mezcla. Las mezclas asfálticas que mejor desempeño ante el ruido presentan son: Mezclas Drenantes: mezclas de granulometría abierta (porcentaje de vacíos mínimo igual a 20). Stone Matrix Asphalt (SMA): mezclas de granulometría abierta (elevado porcentaje de vacíos) a las que se le agregan fibras. Concretos asfálticos modificados con polímeros Concretos asfálticos con aditivo tipo polvo de neumáticos (cauchos / llantas). Las mezclas de concreto asfáltico convencional también pueden ser producidas atendiendo a limitaciones en la generación de ruidos, pero deben ser cuidadosamente diseñadas, luego de un proceso exhaustivo de selección de agregados. Finalmente, la figura siguiente ilustra sobre una clasificación de los diferentes tipos de mezcla en función de los niveles de ruido que generan por el paso vehicular a una velocidad de 90 Km/H. 5-50

173 Evaluación funcional de pavimentos FUENTE IMAGEN: FHWA-AASHTO-NCHRP. Quiet Pavement Systems in Europe. Report No.FHWA-PL USA (Mayo 2005) 5-51

174 Evaluación funcional de pavimentos BIBLIOGRAFÍA Bruck, M. Apuntes Sobre Evaluación de pavimentos. Universidad Nacional de la Plata. Magíster en Ingeniería Vial. Ciudad de La Plata, Argentina. (2003). Corredor M., G. Apuntes Sobre Pavimentos. Volumen II. Universidad Santa María y Universidad Católica Andrés Bello. Caracas, Venezuela (2205). CURSO INTERNACIONAL DE CARRETERAS. Módulo: Conservación. Universidad Politécnica de Madrid. Caminos y Aeropuertos. Departamento de Transportes. E.T.S. de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos. Madrid, España (1993). INSTITUTO DEL ASFALTO. El Asfalto en el Mantenimiento de los Pavimentos. Manual MS- 16. Maryland, USA. Versión en Español por Ing. Jacob Carciente (1970). Jugo B., A. Técnicas de Mantenimiento y Rehabilitación de Pavimentos. Universidad Central de Venezuela..Curso de Post-Grado. Caracas, Venezuela. (1991). Jugo B., A. Manual de Mantenimiento y Rehabilitación de Pavimentos Flexibles. Caracas, Venezuela (1993). Kraemer, C.; Del Val, M. Firmes y Pavimentos. Universidad Politécnica de Madrid. Caminos y Aeropuertos. Departamento de Transportes. E.T.S. de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos. Madrid, España (1993). Monticelli, C.; Osío, H.; Perera, E. Guía de Prácticos de Laboratorio. Caminos II. Facultad de ingeniería. Universidad Nacional de la Plata, Ciudad de La Plata, Argentina (2003). Pagola, M.; Giovanon, O.; Poncino, H. Adherencia Neumático Calzada. Análisis de Mediciones en Rutas Argentinas. Primeros Resultados en Términos de IFI. Publicación de la Comisión Permanente del Asfalto. Trigésima Reunión del Asfalto. Mar del Plata, Argentina. Tomo II (1998). 5-52

175 Evaluación estructural de pavimentos 6. EVALUACIÓN ESTRUCTURAL DE PAVIMENTOS Existe una gran diferencia entre el proceso de diseño de un pavimento nuevo y el proceso de diseño de la rehabilitación de un pavimento existente. En lo que se refiere a éste último, se dispone de un conjunto de materiales que ya están colocados y que han sufrido un deterioro por efecto del tránsito, de los agentes climáticos y el tiempo. Dichos materiales presentan un cierto valor estructural remanente, el cual es necesario considerar como aporte a los fines del diseño de la rehabilitación del pavimento, por lo tanto se impone como tarea previa en estos casos, a diferencia del diseño de un pavimento nuevo, la valoración o evaluación del pavimento en cuestión, la cual sólo es posible a través de procedimientos específicos Generalidades La evaluación del pavimento existente tiene como objetivo el análisis y estimación del valor estructural remanente, adicionalmente esta evaluación debe proporcionar la información necesaria para la investigación de las causas que originaron la falla del pavimento a rehabilitar, es decir, debe aportar los elementos de juicio necesarios para el diagnóstico de las fallas observadas con la finalidad de definir las acciones de mantenimiento y/o rehabilitación a ejecutar según las deficiencias encontradas. La evaluación estructural de un pavimento existente abarca necesariamente los siguientes trabajos: Evaluación superficial de la condición del pavimento. Evaluación del sistema de drenaje. Determinación de espesores y tipos de materiales constituyentes de la estructura de pavimento. Medición de deflexiones superficiales del pavimento. En lo que se refiere a la evaluación superficial, la misma debe considerar las fallas presentes en el pavimento de tal manera de valorarlas, tanto en magnitud como en severidad, para así tener un indicativo referencial de su condición. Para ello se dispone de la Evaluación Funcional del Pavimento mediante la determinación del Índice de condición del Pavimento (PCI) descrito en el Capítulo 4. Esta información se debe complementar, en especial con la medición de deflexiones, con la finalidad de establecer posibles correlaciones entre la condición superficial del pavimento y su deflexión superficial. Por otra parte, la evaluación del sistema de drenaje comprende un trabajo fundamental, en vista que la capacidad o aptitud de la estructura de pavimento para eliminar rápida y eficientemente las aguas superficiales es imprescindible para mantener su integridad, lo cual sólo puede lograrse con un adecuado sistema de drenaje. En el caso particular del estudio de suelos y capas del pavimento existente, el mismo permitirá poseer información objetiva sobre la condición, espesor y tipos de materiales que conforman la estructura del pavimento, de tal manera de reconstruir su historia y modelar el comportamiento desde su apertura al tráfico. Este aspecto es vital en todo análisis estructural de pavimento con la finalidad de valorar su estructura e incorporarla dentro la rehabilitación del mismo. 6 0

176 Evaluación estructural de pavimentos Finalmente, toda evaluación estructural debe incluir la medición de diferentes parámetros que permitan correlacionar la condición superficial del pavimento con alguna respuesta de la estructura ante la aplicación de una carga. En nuestro país se encuentra muy difundida la medición de deflexiones superficiales de los pavimentos ante la aplicación de una carga. Para ello existen distintos equipos de medición, tales como: la Viga Benkelman, la cual es un equipo de medición cuasi-estática y equipos de medición dinámica como el Falling Weight Deflectometer (FWD). A continuación se discuten los aspectos mas relevantes sobre a la medición e interpretación de las deflexiones superficiales de pavimento Deflexiones en Pavimentos La deflexión en los pavimentos no es mas que la respuesta de los mismos ante un estímulo, en general cargas impuestas por el tráfico. La deflexión en los pavimentos es la deformación vertical bajo el punto de aplicación de la carga. En definitiva la deflexión es la integración matemática de las deformaciones verticales con la profundidad 1. Dependiendo de la estructura de pavimento considerada, la sub-rasante contribuye entre un 70 a 95% de la deflexión medida en la superficie del pavimento. Por esta razón se puede afirmar que la mayor deflexión en los pavimentos es causada por la compresión elástica de la subrasante. Este es un aspecto determinante en el desarrollo de distintas metodologías para caracterizar las propiedades elásticas de los suelos de la fundación del pavimento en base a la medición de deflexiones. Entre las principales propiedades elásticas de la sub-rasante se encuentra el Módulo Resiliente, el cual corresponde al principal parámetro a determinar por diferentes modelos de cálculo. Por otra parte se debe considerar que la magnitud de la deformación en un material considerado en cualquier punto de la estructura de pavimento está directamente relacionada con el estado triaxial de esfuerzos, por lo que para las mismas condiciones cuando decrecen los esfuerzos verticales en la sub-rasante, la deflexión también decrece. Esto significa que al incrementar los espesores de las capas o incrementar su rigidez, la deflexión decrece. Considerando los aspectos discutidos, la medición de deflexiones superficiales del pavimento corresponde a uno de los principales parámetros a determinar en cualquier evaluación estructural de un pavimento. 1 Yoder And Witczak, Principles of Pavement Design, Second Edition, U.S.A. 6 1

177 Evaluación estructural de pavimentos Medición de Deflexiones con la Viga Benkelman La Viga Benkelman es probablemente el mas popular y económico equipo de medición de deflexiones superficiales del pavimento y el mismo permite medir el rebote de la deflexión estática de un pavimento asfáltico bajo la aplicación de una carga. Funciona según el principio de palanca: los dos brazos de la viga rotan alrededor de un eje horizontal, de manera tal que cualquier movimiento del extremo de la viga en contacto con el pavimento, produce un movimiento proporcional en el extremo opuesto, el cual es registrado por un dial extensómetro. La carga de medición es de libras y la proporciona un camión con un eje trasero simple, llantas dobles y presión de inflado entre 80 y 90 lb/pulg 2. Existen distintos tipos de Vigas Benkelman para realizar mediciones de deflexiones de pavimentos. Las mas comunes son: Viga Simple: Viga Múltiple: Corresponde a la viga que cuenta con un solo palpador o brazo de medición y por ende un solo dial extensómetro para la medición de la máxima deflexión (D0). Corresponde a la viga que cuenta con mas de un brazo palpador articulado en una misma base de referencia y por ende mas de un dial extensómetro para la medición de la máxima deflexión (D0) y subsecuentes deflexiones alejadas una distancia r del punto de máxima carga 0. El caso mas común corresponde a la Viga Doble que cuenta con dos brazos de medición. Este tipo de medición también es posible realizarlo utilizando varias Vigas Benkelman Simples simultáneamente. Las fotos que se incluyen a continuación ilustran en forma general los componentes del equipo: Como se puede observar, un extremo de la viga es colocado entre las ruedas traseras de un vehículo cargado con aproximadamente Kg. y el otro extremo se encuentra fijo sobre el 6 2

178 Evaluación estructural de pavimentos pavimento, en el momento en que el vehículo cargado avanza, el pavimento se recupera y el extensómetro colocado en la zona central de la viga mide dicha recuperación. A continuación se incluye un esquema del cuenco de deflexiones en un pavimento flexible debido a la aplicación de una carga: ESQUEMA DEL CUENCO DE DEFLEXIÓN DE PAVIMENTO ORIGINADO POR LA APLICACIÓN DE CARGA ESQUEMA DEL CUENCO DE DEFLEXIÓN DE PAVIMENTO ORIGINADO POR LA APLICACIÓN DE CARGA Los recursos materiales requeridos y procedimiento de campo para ejecutar el ensayo se indican a continuación: 6 3

179 Evaluación estructural de pavimentos 1) Equipo requerido para las mediciones en campo: Viga Benkelman. Camión volteo Tipo 2RD con carga de 8.2 ton en eje trasero. Cauchos tamaño u (en buen estado). Presión de inflado de los cauchos entre 80 y 90 psi. Carga balanceada. Medidor de presiones de inflado. Termómetro (de dial o infrarrojo) para medir temperatura del pavimento. Termómetro de bulbo, para medir temperatura ambiental. Martillo y destornillador. Recipiente con aceite (o agua). Camioneta pick-up. Utensilios menores. Conos de seguridad. Chalecos de seguridad. Banderas de seguridad. 2) Personal requerido para las mediciones en campo: Chofer del camión. Técnico de laboratorio. Ayudantes (3). Bandereros (2). Recomendable 4 en vías de montaña. 3) Patrones estándar de medición en Venezuela: Rendimientos promedios: 100 mediciones por día. Medición corrida a cada 100 m., al tresbolillo por canal en vías troncales o secundarias. En autopistas se recomienda mediciones en canal rápido y en canal lento. Medición a cada 20 m. en un solo sentido, en tramos representativos. 6 4

180 Evaluación estructural de pavimentos DETALLE DEL EQUIPO DE MEDICIÓN DE DEFLEXIONES (VIGA BENKELMAN): Procedimiento de medición A continuación se describe el procedimiento de campo para ejecutar el ensayo: 1. Carga y pesado del camión. CARGA DEL CAMIÓN PESAJE DEL CAMIÓN EJE TRASERO = 8,2 TON. 6 5

181 Evaluación estructural de pavimentos 2. Progresivado de la vía, para marcar la ubicación de los puntos de medición. 3. Medición de la distancia desde el borde externo o línea de demarcación, para la ubicación de las morochas traseras del camión, las cuales deben estar sobre la huella de circulación de los vehículos. La distancia desde el centro entre ruedas de la morocha derecha (en el sentido de circulación) hasta el borde o línea de demarcación debe ser: Distancia entre el centro de las ruedas Ancho Canal (m.) y el borde de la vía ó línea de Demarcación (cm) Menor 3,35 60 Mayor o igual a 3,35 m Centrado de la punta delantera de la viga entre las dos ruedas de la morocha. 5. Nivelación de la viga y colocación de la aguja del extensómetro en una lectura que permita que el vástago recorra -sin trabarse- la magnitud de la deflexión medida. 6 6

182 Evaluación estructural de pavimentos 6. Recordar que el vástago del extensómetro se moverá en el sentido contrario al normal ( regresará ), ya que lo que se está midiendo es el rebote de la deflexión. 7. Ordenar que el camión comience a avanzar a baja velocidad. 8. Detener el camión cuando alcance el punto de la lectura final (aproximadamente a 9 metros del punto de arranque -lectura inicial-). 6 7

183 Evaluación estructural de pavimentos 9. Algunos Ingenieros realizan una lectura intermedia cuando el camión ha avanzado desde el punto de arranque una distancia igual a la que hay entre la punta de prueba y el primer apoyo ( pata ) de la viga (2,43 m en algunos equipos). 10. Prestar atención a la escala y graduación del dial de lectura en el anillo del extensómetro, ya que existen varios tipos en el mercado. 11. Cada hora, en condiciones normales, registrar la temperatura en la superficie del pavimento (con un termómetro infrarrojo) o haciendo un orificio entre 1,0 y 1,5 cm. de diámetro y entre 4 y 5 cm. de profundidad en el cual debe llenarse con agua, luego de lo cual se debe colocar un termómetro de dial. 12. Cada hora, en condiciones normales, registre la temperatura del aire mediante un termómetro adecuado. 6 8

184 Evaluación estructural de pavimentos 13. Repetir las operaciones descritas a lo largo del tramo en estudio y registrar la información de campo en planillas destinadas para tal fin. A continuación se presentan ejemplos de planillas de recolección de datos: Carretera: Medición de Deflexiones Mediante la Viga Benkelman Sentido de medición: Medición N Progresiva Lado Lectura del dial Inicial Final Temperatura pavimento Hora Calibración del dial de medición Medición realizada por: Correlación de brazos de la viga Fecha medición Observaciones: 6 9

185 Evaluación estructural de pavimentos Medición de Deflexiones con Equipo Falling Weight Deflectometer (FWD) El FWD es un equipo de medición de deflexiones de alto rendimiento, basado en impulsos de carga, las cuales son transmitidas al pavimento por una masa que golpea desde una cierta altura un plato de ensayo colocado sobre el pavimento. El equipo cuenta con sensores (geófonos o sismógrafos según el modelo) que recogen los impulsos generados por la caída de la carga. Los sensores están colocados tanto en el punto de máxima carga como a ciertas distancias de dicho punto, esto con la finalidad de modelar el cuenco de deflexiones generado por el impacto de la carga sobre el pavimento. La transmisión de la carga a la estructura es similar a la que produce el eje de un vehículo circulando a una cierta velocidad sobre el pavimento. Las fotos que se incluyen a continuación ilustran el equipo de evaluación: FWD. MODELO DYNATEST FWD. MODELO KUAB 6 10

186 Evaluación estructural de pavimentos Deformada ESQUEMA DE MEDICIÓN DE LA DEFLEXIÓN A continuación se muestra un registro típico de la medición de deflexiones con el equipo FWD (Modelo DYNATEST) propiedad de la Fundación Laboratorio Nacional de Vialidad (FUNDALANAVIAL) de Venezuela. En este caso los sensores son geófonos: StationID DropID History Stress Force D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 D9 1 1 FALSO VERDADERO FALSO FALSO VERDADERO VERDADERO VERDADERO FALSO FALSO VERDADERO FALSO VERDADERO FALSO FALSO VERDADERO FALSO VERDADERO FALSO FALSO VERDADERO FALSO VERDADERO FALSO En las columnas D1 a D9, se incluyen los valores de las deflexiones en micrones (milésimas de milímetro) registrado por los nueve geófonos del equipo. Por su parte la columna Force corresponde a la carga aplicada en KN y finalmente la columna Stress, incluye los valores de la presión de contacto en KPa. En lo que respecta a la columna Drops, la misma corresponde a las diferentes alturas de caída de la masa que golpea el plato de aplicación de la carga. El equipo permite trabajar con cuatro (4) alturas de caídas diferentes (50; 100; 200 y 300 mm.). En vista que la masa que golpea el plato y el radio del plato del equipo son constantes, se requiere trabajar con una altura tal, que se imparta al pavimento una fuerza de 40 KN, aproximadamente, lo cual logra una presión de contacto de 80 psi, aproximadamente. Esto con la finalidad de producir una frecuencia de aplicación de la carga de aproximadamente 10 Hz., lo cual representa -en general- la velocidad promedio de circulación de un camión de dos ejes cargado con 8.2 ton. estimada entre 40 y 50 Km/h. 6 11

187 Evaluación estructural de pavimentos Es importante destacar que debido a los altos costos involucrados en la adquisición de equipos de laboratorio que permitan estimar el Módulo Resiliente, además de la necesidad de tomar muestras de suelo en sitio, ejecución de ensayos destructivos (en el caso de los pavimentos en servicio), etc., hacen de los modelos basados en la medición de deflexiones con FWD una herramienta de gran utilidad dentro de la ingeniería de pavimentos, especialmente para la evaluación de pavimentos existentes Determinación de Secciones Homogéneas Adicionalmente a la estimación del espesor de refuerzo de concreto asfáltico, la medición de deflexiones permite detectar sectores débiles en la estructura del pavimento evaluada. En este sentido es posible determinar secciones homogéneas que puedan ser tratadas como unidades de diseño. Considerando este aspecto tan importante, se han desarrollado metodologías estadísticas que permiten definir unidades de diseño en base a cualquier variable o parámetro medido en forma continua a lo largo del desarrollo de una vía. En el caso de la deflexión dichos procedimientos son muy interesantes en vista que puede ser medido a lo largo de vía y a la vez se trata de una respuesta estructural del pavimento que indica su capacidad para soportar las cargas impuestas por el tráfico. En este sentido, la metodología estadística denominada Analysis Unit Delineation by Cumulative Differences (análisis por diferencias acumuladas) que ofrece la Guía de Diseño de Pavimentos AASHTO-93 (Guide for Design of Pavement Structures, 1993), permite definir las posibles unidades de diseño en base a un parámetro característico de evaluación, en este caso dicho parámetro corresponde a las deflexiones características de la vía. La suma acumulada de las deflexiones máximas es calculada usando la siguiente expresión: ( i D) + 1 Si = δ Si Donde: Sι: Valor de la suma acumulada en la Progresiva i. δι: Valor de la deflexión máxima medida en la Progresiva i. D: Deflexión máxima media para la sección completa. 6 12

188 Evaluación estructural de pavimentos 10,00 8,00 6,00 CARRETERA XXX IDENTIFICACIÓN DE SECCIONES HOMOGÉNEAS EN FUNCIÓN DE LA DEFLEXIÓN DE PAVIMENTO "δ 0 " 0+0 T1 T2 T3 δ oprom.= 0,84 cm. s= 0,384 n= 43 Mínimo= 0,20 Máximo= 1, δ oprom.= 0,60 cm. s= 0,280 n= 159 Mínimo= 0,20 Máximo= 1,63 δ oprom.= 0,76 cm. s= 0,400 n= 67 Mínimo= 0,20 Máximo= 2,13 SUMA ACUMULADA (Zx) 4,00 2,00 0,00-2, ,00-6,00 PROGRESIVA El valor de la suma acumulada es graficado para cada una de las progresivas y las secciones homogéneas son definidas con aquellos tramos que poseen una pendiente relativamente constante. La figura que se muestra a continuación, presenta un ejemplo de un gráfico de suma acumulada con respecto a la progresiva, así como las secciones homogéneas definidas en función de la deflexión máxima Evaluación Estructural. Toma de Muestras de Pavimento Existente (Evaluación Destructiva) Éste tipo de evaluación se fundamenta en la toma de muestras representativas de los materiales que conforman las diferentes capas del pavimento en una vía. En el programa de ubicación del muestreo debe tomarse en cuenta el patrón de fallas identificadas en el pavimento con el objeto de asegurar que las condiciones significativas del pavimento sean consideradas, lo cual no implica que serán los sitios problemáticos los únicos a ser muestreados, ya que como se indicó el objeto de la exploración es conocer, a lo largo de la vía, cuál es la estructura característica. En el caso de las capas asfálticas, las mismas son normalmente extraídas a través de equipos de perforación para la toma de núcleos de capas (asfálticas y concreto hidráulico), conocidos por su denominación en inglés con el nombre de Core-drill, de aspecto similar al de la figura adjunta. A través de la extracción de muestras de capas asfálticas es posible conocer el espesor de la(s) carpeta(s) o sub-capas que conforman el espesor de total de la(s) capa(s) asfáltica(s), además se puede identificar los diferentes tipos de mezcla empleados en la construcción y en eventuales trabajos de mantenimiento y rehabilitación ejecutados, así como su condición, siendo posible identificar la presencia de fallas como por ejemplo los 6 13

189 Evaluación estructural de pavimentos Broca para Extracción de muestras EQUIPO PARA EXTRACCIÓN DE NÚCLEOS DE CAPAS ASFÁLTICAS FUENTE IMÁGENES: EMPRESA: ELE INTERNACIONAL agrietamientos y detectar problemas asociados con la durabilidad (envejecimiento) de las mezclas. Las siguientes fotos ilustan acerca del trabajo de campo relacionado con la toma de núcleos de capas asfálticas: 6 14

190 Evaluación estructural de pavimentos En el caso de los suelos de fundación (sub-rasante), sub-base y/o base, el muestreo está dirigido a su identificación y caracterización de la capacidad soporte, además de conocer los espesores de las diferentes capas y sus condiciones a lo largo de la vía en estudio. En tal sentido el mismo debe ser racionalizado en función de la longitud de la vía, de manera que todas las características geotécnicas de la misma resulten representadas. El muestreo puede adelantarse mediante diferentes tipos de sondeos exploratorios entre los que destacan la ejecución de: Taladros a Mano: son excavaciones por lo general de sección circular realizadas a mano mediante el empleo de picos, palas, barras, chícoras, etc., con profundidades entre 1 y 1,5 m. (máximo) y diámetros entre 50 y 70 cm., ejecutadas con el objeto de medir los espesores de las capas presentes y obtener muestras de los diferentes materiales detectados para proceder a la identificación de suelos a través de Métodos de Clasificación internacionalmente aceptados como el de la Highway Research Board (HRB) o el Sistema de Clasificación Unificada (SCU). Adicionalmente se realizan ensayos para determinar la humedad natural, entre otros. Calicatas: son excavaciones de sección cuadrada con dimensiones mayores que los taladros a mano, realizadas con el objeto de medir los espesores de las capas existentes y obtener cantidades suficientes de muestra de cada una de las capas que resulten de la exploración, con la finalidad de realizar -además de los ensayos de identificación de suelos- los ensayos de caracterización de la capacidad soporte de suelos (Ensayo California Bearing Ratio -CBR-). Adicionalmente a cada una las capas de suelo detectadas, es posible realizarle ensayos para la determinación de la densidad en sitio (Ensayo de Cono y Arena ), humedad natural, etc. Las dimensiones típicas de la excavación son 1,5 m. x 1,5 m. con profundidad máxima de 2,0 m. 6 15

191 Evaluación estructural de pavimentos Las calicatas pueden ser realizadas a mano o mediante el empleo de maquinaria pesada si la misma está disponible. Del mismo modo éste tipo de sondeo puede ser realizado sobre la calzada que es objeto de la evaluación o en los laterales de la vía. Es importante señalar que la opción del sondeo sobre la calzada -bien realizado a mano o con equipo pesado- representa una nueva afectación del pavimento en estudio, ya que la excavación realizada produce una discontinuidad que se está imponiendo al pavimento, en vista que en ésta zona se induce una debilidad debido a que los materiales han sido alterados y una parte de éstos removida, y aunque deben ser repuestos inmediatamente, éste no alcanzarán las mismas condiciones del material original dentro de la estructura (estado de esfuerzos, humedades, etc.) Adicionalmente, la excavación sobre la calzada origina problemas de retrasos al tránsito y limitaciones a los usuarios de la vía. Perforaciones con Percusión y Recuperación Continua de Muestras-Prueba de Penetración Normal (SPT): Dependiendo del tipo de vía a evaluar, es posible que no sea conveniente la ejecución de perforaciones y/o calicatas sobre la calzada y que tampoco sea posible en los laterales de la vía debido a que los mismos se encuentren intervenidos, tal es el caso por ejemplo de la vialidad urbana cuyo pavimento por lo general se encuentra confinado entre las aceras. En estos casos es recomendable la ejecución de perforaciones con recuperación continua de muestras a cada metro, utilizando cilindro muestreador del tipo cuchara partida de 64 mm. de diámetro, con avance inducido por percusión (golpes). Esta metodología ofrece la posibilidad de realizar el Ensayo SPT (Standard Penetration Test) en las capas de suelo del pavimento y su fundación. El Valor del SPT es utilizado para conocer -mediante correlaciones- la capacidad soporte de los suelos en términos del 6 16

192 Evaluación estructural de pavimentos CBR. Adicionalmente, es posible determinar los tipos de materiales que conforman la estructura de pavimento, así como clasificación de suelos, humedades naturales, etc. Seleccionada esta alternativa, es posible introducir el muestreador a través de los orificios realizados para la toma de los testigos de las capas asfálticas. La profundidad de evaluación de interés oscila entre 1,5 y 2 m. Cilindro toma muestra (cuchara partida) Fuente Imágenes: Prof. A.J. Leoni. Curso: Magíster en Ingeniería Vial. Materiales Viales II. Aspectos geotécnicos: Investigación del subsuelo La figura siguiente muestra -a modo ilustrativo- los resultados de un sondeo realizado mediante perforación con ensayo SPT: 6 17

193 Evaluación estructural de pavimentos Fuente Imagen: EMPRESA INGZA, C.A. REHABILITACIÓN AVENIDA ARGIMIRO GABALDON, BARCELONA. MUNICIPIO BOLÍVAR. ESTADO ANZOÁTEGUI (2008). Es importante destacar que la ubicación y cantidad del trabajo de exploración de suelos descrito, se apoya en el levantamiento visual de fallas superficiales del pavimento -tanto de origen funcional como estructural- descritas detalladamente en los Capítulos 2 y 3 del presente manual, así como en la evaluación de las condiciones de drenaje superficial y subterráneo de la vía en estudio, dado que su ausencia, insuficiencia o mal funcionamiento expone a los suelos de fundación (sub-rasante), bases y/o sub-base a niveles de saturación que tenderán a disminuir su densidad (compactación) y por ende su capacidad portante de diseño. 6 18

194 Evaluación estructural de pavimentos Ensayo Dynamic Cone Penetration (DCP) para la Determinación de la Resistencia a la Penetración de Suelos El Ensayo para la determinación de la resistencia a la penetración de los suelos mediante el empleo del Dynamic Cone Penetrometer (DCP) ó Penetrómetro Dinámico de Cono (Norma ASTM D ) es una herramienta simple y sencilla que permite realizar una evaluación geotécnica en sitio de las capas de suelos que constituyen bases, sub-bases y sub-rasantes de pavimentos. En general es un ensayo indicativo de la resistencia al corte de los materiales granulares. El procedimiento consiste en hacer hincar una barra que finaliza en un cono a través del suelo y dependiendo del número de golpes requerido para lograr una determinada profundidad, es posible obtener -mediante correlaciones internacionalmente aceptadas- algunas propiedades mecánicas de los suelos, entre éstas el CBR ó California Bearing Ratio. El equipo DCP se comenzó a utilizar en mayor escala en los años ochenta, específicamente en África del Sur, sin embargo, hoy en día es ampliamente utilizado por el USACE (US Army Corp of Engineers) y el PCASE (Pavement-Transportation Computer Assisted Structural Engineering) de los Estados Unidos. El ensayo no se puede clasificar como No Destructivo en pavimentos existentes, en vista que requiere la remoción de las capas cementadas (capas asfálticas, de concreto hidráulico o estabilizadas) hasta encontrar los suelos sueltos o en su defecto poco cementados, sin embargo, se considera como un ensayo Cuasi-No Destructivo, en vista que la remoción de las capas cementadas puede ser ejecutada en un diámetro relativamente pequeño y el ensayo no amerita la toma de muestras para ser ensayadas en laboratorio; como práctica general se tiene la introducción del equipo a través de las perforaciones realizadas para la toma de testigos (core-drill) de capas asfálticas o de concreto hidráulico. Entre los posibles usos del ensayo destacan: Proceso de reconocimiento rápido del terreno y estimación de CBR. Verificación de la eficiencia de los equipos de compactación usados en obra. Control de calidad en la construcción de las distintas capas granulares que conforman la estructura de pavimento. Seguimiento del comportamiento estructural del pavimento a lo largo de su vida útil. Identificación de zonas débiles en la estructura de pavimento. Evaluación de suelos que conforman capas de pavimentos existentes. Identificación de tramos homogéneos con características estructurales similares. 6 19

195 Evaluación estructural de pavimentos Entre las ventajas del uso del Penetrómetro Dinámico de Cono se pueden enumerar: Bajo costo de Operación. Ensayo Cuasi-No Destructivo. Alta repetibilidad de los resultados Descripción General del Equipo y Procedimiento de Ensayo El equipo es de uso manual, en general operado por dos personas, pesa alrededor de 12 Kg. y está constituido por una barra de penetración que finaliza en una punta de 20 mm. de diámetro en la base con el extremo final en forma de cono de 60º. La barra de penetración tiene adosada una regla de medida, y por la misma se desliza un mazo de peso igual a 8 kg., con altura de caída de 575 mm. La barra tiene longitud de 800 mm. y con extensiones puede llegar a 1500 mm. La figura de la página siguiente muestra un esquema general del equipo. La unidad de medida de penetración se define por la cantidad de milímetros dividida por el número de golpes (mm/golpe), y en general se le denomina número de penetración del Cono Dinámico: mientras mayor resistencia al corte tenga el suelo, mayor cantidad de golpes serán necesarios para penetrarlo y por lo tanto el número DCP debe ser bajo. 6 20

196 Evaluación estructural de pavimentos LEYENDA: 1. ASA 2. MARTILLO (8 Kg.) 3. EJE DEL MARTILLO 4. CUPLA 5. TOPE PROTECTOR 6. MORDAZA 7. BARRA 8. REGLA (1 m.) 9. CONO (60º) 575 mm. ESQUEMA GENERAL DEL DYNAMIC CONE PENETROMETER (DCP) FUENTE: JONES, COLIN. PROJECT REPORT PR/INT/277/04. Dynamic Cone Penetrometer tests and analysis. Copyright TRL Limited, May, 2004 (INGLATERRA). 6 21

197 Evaluación estructural de pavimentos Correlaciones entre Resultados del DCP y el CBR Existen numerosas correlaciones entre el valor DCP y diferentes propiedades de los suelos, siendo una de las mas interesantes las que lo vinculan con el CBR. A continuación se presentan ejemplos de correlaciones sugeridas: donde: a) US Army Corps of Engineers (1) : DCP: mm/golpe CBR = 292 / DCP 1,12 Ésta ecuación es recomendada para todos los suelos excepto CH (Arcillas de Alta Plasticidad) y los CL (arcillas de Baja Plasticidad) con CBR menor de 10%. Para éstos suelos se sugieren las siguientes correlaciones: Suelos CH: CBR = 1 / (0, x DCP) Suelos CL: CBR < 10% CBR = 1 / (0, x DCP) 2 b) Laboratorio Vial de Instituto de Mecánica Aplicada y Estructuras (IMAE) de la Universidad del Rosario, Argentina: donde: DN: mm/golpe MR: Módulo Resiliente (psi). CBR = 450 x (DN) -1,05 MR = 201 x (DN) -0,44 x (1000/6,9) (1) FUENTE: NORMA ASTM D

198 Evaluación estructural de pavimentos Resumen de Ensayos de Campo y Laboratorio a. Ensayos en Sitio: Determinación de espesores de todas las capas que conforman la estructura de pavimento. Densidad en sitio de las capas de base, sub-base y sub-rasante. Ensayo de Cono Dinámico de Penetración (DCP) en materiales no cementados. b. Ensayos en Laboratorio: Determinación del Contenido de Humedad Natural. Granulometría de suelos y mezclas asfálticas. Límites de Atterberg (Límites de Consistencia: Límite Líquido y Límite Plástico) Ensayos para determinación de Densidad (Proctor) y Valor Soporte California (CBR) de laboratorio en las capas de base, sub-base y sub-rasante. Clasificación HRB de suelos que conforman las capas de base, sub-base y subrasante. 6 23

199 Evaluación estructural. Métodos de refuerzo 7. MÉTODOS DE ANÁLISIS ESTRUCTURAL DE PAVIMENTO. DISEÑO DE ESPESORES DE REFUERZO Sobre la base de los valores medidos de deflexión superficial del pavimento, cuyos procedimientos de obtención fueron descritos en el capítulo anterior, a continuación se presentan algunas metodologías empleadas en nuestro país para el análisis e interpretación de dichos valores con la finalidad de determinar el requerimiento estructural o espesor de refuerzo requerido por el pavimento para soportar las futuras solicitaciones de carga. Cabe destacar, que todas las metodologías son válidas y ampliamente utilizadas para el diseño de espesores de refuerzo de capas asfálticas, tanto a nivel Nacional como Internacional, no obstante, todos los procedimientos de diseño sobrellevan la incertidumbre propia de la estimación del número de variables de diseño que involucran, como es el caso, por ejemplo: de las características y variabilidad propia de los materiales que conforman la estructura de pavimento, cuyo comportamiento es complejo en sí mismo. Por tal razón, aunque éstas metodologías tienen el mismo objetivo principal -la determinación del espesor de refuerzo para la estructura de pavimento existente- en ningún momento se espera que los resultados sean idénticos, aunque si consistentes entre sí para apoyar la toma de decisiones Instituto del Asfalto de los Estados Unidos de Norteamérica En el caso particular del Método del Instituto del Asfalto, desarrollado en los Estados Unidos de Norteamérica y publicado en la Serie de Manuales No. 17 (MS-17) en la edición de Junio de 1983, el mismo destaca un procedimiento para determinar la Deflexión de Diseño, la cual parte de los valores de deflexiones medidos según el procedimiento descrito en capítulos anteriores. La Deflexión de Diseño, según el Instituto del Asfalto, debe ser determinada empleando el promedio de deflexiones medidas en una sección de vía, a la cual se le debe sumar dos veces la desviación estándar; el valor obtenido se debe multiplicar por un factor de ajuste por temperatura (f) que referencia las mediciones a 21ºC (70ºF) y por un factor de ajuste por período critico (c) correspondiente al intervalo de tiempo durante el cual la estructura de pavimento se estima será mas afectada por las solicitaciones de carga. De esta forma la Deflexión de Diseño queda expresada como se indica a continuación: ( + 2s) * f c δ diseño = δ * Donde: δ diseño : Deflexión de Diseño. δ: Media aritmética de los valores de deflexiones. s: Desviación estándar del valor promedio. f: Factor de ajuste por temperatura. c: Factor de ajuste por período crítico. 7 0

200 Evaluación estructural. Métodos de refuerzo A continuación se describe el procedimiento para obtener cada uno de los factores de ajuste Factor de Ajuste por Temperatura Este factor considera los cambios de temperatura y de humedad que ocurren durante el día mes o año de medición de las deflexiones. Para ello se debe determinar la temperatura superficial del pavimento, la cual se obtiene en el momento en que se realiza la medición de deflexiones. A éste valor de temperatura se le debe sumar el promedio de las temperaturas máximas y mínimas del aire (ambiente) de los cinco días previos al día de medición de las deflexiones en el tramo en estudio. Una vez sumadas éstas temperaturas y con el espesor total de las mezclas asfálticas, se determina la temperatura en el fondo y en el medio de las capas asfálticas, haciendo uso de la Figura XVI-1, incluida a continuación: Una vez obtenidas las temperaturas en el fondo y a la mitad de las capas asfálticas, mas la temperatura en la superficie, obtenida durante la evaluación, se determina el promedio entre éstos tres valores y ésa es la temperatura que permite obtener el factor de ajuste (f), haciendo uso de la siguiente gráfica: 7 1

201 Evaluación estructural. Métodos de refuerzo Las temperaturas máximas y mínimas del aire, de los cinco (5) días anteriores al día en que se ejecutan las mediciones de campo de deflexiones, en la zona en que está ubicada la carretera en estudio, pueden ser obtenidas de fuentes tales como: ó 7 2

202 Evaluación estructural. Métodos de refuerzo 7 3

203 Evaluación estructural. Métodos de refuerzo Ejemplo temperaturas máximas y mínimas Guanare, Estado Portuguesa Año: 2007 Fecha Temp. Máx Tem. Mín. 25/06/ /06/ /06/ /06/ /06/ Promedio Ejemplo temperaturas máximas y mínimas Guanare, Estado Portuguesa Año: 2001 Fecha Temp. Máx Tem. Mín. 08/07/ /07/ /07/ /07/ /07/ Promedio

204 Evaluación estructural. Métodos de refuerzo A continuación se presenta un ejemplo de cálculo de la temperatura a ser empleada en el gráfico para la estimación de la temperatura media del pavimento: a. Temperatura del pavimento entre las 9:00 am. y las 3:00 pm.: 45 ºC. Obtenida durante la medición de deflexiones. b. Temperatura media del aire en los cinco días anteriores a la medición: (30ºC+21ºC)/2 = 25 ºC. Ver ejemplo de temperaturas máximas y mínimas del año 2007, mostradas anteriormente. c. Temperatura a ser empleada en el gráfico: 45ºC + 25ºC = 70ºC d. Espesor total mezclas asfálticas: 12.0 cm. e. Espesor medio de las mezclas asfálticas: 6.0 cm. Empleando el gráfico de la figura XVI-1 y la temperatura de 70ºC, se determina la temperatura en el fondo de la capa asfáltica y en la mitad de la capa. A continuación se muestran los valores obtenidos: Temperatura superficial del pavimento: 45ºC Temperatura a medio espesor de la capa: 32ºC Temperatura al fondo de la capa: 28ºC. Temperatura media del pavimento: (45ºC + 32ºC + 28ºC) / 3 = 35ºC Determinación del factor de corrección por temperatura (f): Con la temperatura media del pavimento, en nuestro ejemplo: 35ºC, y con el espesor de las capas granulares, en nuestro ejemplo: 10.0 cm. haciendo uso de la figura IV-2, se obtiene f. En el ejemplo: f = 0.82 Cada una de las deflexiones medidas en campo, durante el tiempo en que los valores de temperatura se mantengan, se multiplican por este f. A continuación se muestran los valores obtenidos: 7 5

205 Evaluación estructural. Métodos de refuerzo 7 6

206 Evaluación estructural. Métodos de refuerzo Existen otros procedimientos para determinar el factor de ajuste de deflexiones por temperatura, entre los que destaca el desarrollado por el Ing, Pablo del Águila de Perú, el cual se presenta a manera referencial a continuación: Donde: f = 1 / {(0.001 * (T 20) * e) +1} T = temperatura media del pavimento (ºC). e = espesor total de mezclas asfálticas (cm.). 20 = temperatura media del pavimento (ºC) a la cual se deben calcular los valores de los espesores de refuerzo. 7 7

207 Evaluación estructural. Métodos de refuerzo Factor de Ajuste por Período Crítico (c) El período crítico es el intervalo de tiempo durante el cual la estructura de pavimento esta mas sensible a ser afectada por las solicitaciones de carga. El Método del Instituto del Asfalto prevé ésta situación y define un factor de ajuste con la finalidad de corregir la deflexión medida en campo. El método recomienda dos procedimientos para determinar el factor de ajuste por período crítico: a. Poseer una base de datos de medición de deflexiones en secciones con similar estructura de pavimento, temperatura ambiente y sub-rasante, y determinar el período crítico, en el cual las deflexiones sean las mayores. De esta forma es posible: Realizar la medición de deflexiones durante este período de tiempo, en este caso el factor de ajuste por período crítico es igual a 1.0. Realizar la medición de deflexiones en cualquier época del año y ajustarlas al período critico, mediante un factor (c) igual al radio entre las deflexiones medidas y aquellas obtenidas durante el período crítico. b. Si no se posee una base de datos de medición de deflexiones se pueden realizar las mediciones en cualquier época y hacer los ajustes necesarios empleando el juicio del ingeniero proyectista. A continuación se muestran dos gráficos ilustrativos de períodos críticos definidos en generalpor la época del año de medición en algunos estados de Estados Unidos: 7 8

208 Evaluación estructural. Métodos de refuerzo En el caso particular de Venezuela, no se dispone -por lo general- de una base de datos que nos permita definir el período critico, por lo que es necesario el buen criterio del proyectista en este sentido. Por otra parte, existen publicaciones en otros países de factores de ajuste por período crítico, los cuales pueden servir de referencia. A continuación se presenta una tabla resumen con valores de factores de ajuste de deflexiones por condiciones ambientales para suelos arenosos y suelos arcillosos, desarrollados en Colombia: 7 9

209 Evaluación estructural. Métodos de refuerzo Factores de corrección de la Deflexión Promedio por condiciones ambientales Naturaleza del suelo de la subrasante Suelos arenosos y permeables Suelos arcillosos e impermeables Condiciones climáticas durante el periodo de la medición en campo Lluvias Intermedio Seco a a a a 1.8 Fuente: Alfonso Montejo Fonseca: "Ingeniería de pavimentos para carreteras", Universidad Católica de Colombia, 2da. Edición, Cálculo de la Deflexión de Diseño y Determinación del Espesor de Refuerzo Una vez definidos los diferentes factores de ajuste, se debe calcular la deflexión de diseño a través de la solución de la siguiente expresión: ( + 2s) * f c δ diseño = δ * Donde: δdiseño: Deflexión de Diseño. δ: Media aritmética de los valores de deflexiones. s: Desviación estándar del valor promedio. f: Factor de ajuste por temperatura. c: Factor de ajuste por período crítico. El espesor de refuerzo de concreto asfáltico se determina a través de la gráfica que se muestra a continuación, haciendo uso del valor de la deflexión de diseño (δdiseño) y las repeticiones de ejes equivalentes totales acumulados en el período de diseño (REE). 7 10

210 Evaluación estructural. Métodos de refuerzo A continuación se presenta un cuadro con la medición de deflexiones en un tramo de vía ubicado en Guanare en el Estado Portuguesa: 7 11