AUSCULTACIÓN DE PAVIMENTOS URBANOS CON EQUIPOS DE ALTO RENDIMIENTO

Transcripción

1 ANEXO SECCIÓN 8 ART A.8 AUSCULTACIÓN DE PAVIMENTOS URBANOS CON EQUIPOS DE ALTO RENDIMIENTO A.8.1 ANTECEDENTES Tal como se señala en Sección 8 un sistema de gestión de pavimentos implica un análisis sistémico y sistemático, de una red de vías, orientado a la óptima selección de alternativas de intervención y mantenimiento, de acuerdo a criterios especificados y a las condiciones imperantes. Todo sistema de gestión requerirá información técnica previa, que constituirá las bases de datos que alimentarán dicho Sistema de Gestión. Para conformar estas bases de datos, se requerirá mucha información, entre ésta una completa información referida al pavimento, un completo inventario de la red de vías, historia de la conformación de la misma, condición estructural y funcional de sus pavimentos. Atendiendo lo señalado, entre la información requerida para la adecuada gestión de los pavimentos de una red de vías, está aquella que permite evaluar la condición del pavimento. Se conocen como indicadores de pavimento y se obtienen mediante las técnicas de Auscultación de Pavimentos que se resumen a continuación o Regularidad superficial (IRI) o Agrietamiento o Ahuellamiento o Escalonamiento o Resistencia al deslizamiento o Macrotextura o Capacidad estructural ( deflectometría ) En el presente Anexo se incluye para cada indicador de manera resumida, su descripción, equipos utilizados y la respectiva metodología de auscultación de pavimentos. A.8.2 REGULARIDAD SUPERFICIAL ( IRI ) A DESCRIPCIÓN La regularidad superficial se define como la sumatoria de las alteraciones del perfil longitudinal de una vía, que provocan vibraciones en los vehículos que la recorren. Se mide a través del Índice de Regularidad Internacional (IRI), que se expresa en m/km. Para definir el IRI, los expertos del Banco Mundial desarrollaron, en los años 80, un modelo denominado cuarto de coche, que simulaba la 4ª parte de un vehículo. De esta manera utilizando un vehículo estándar circulando a una velocidad de 80 km/h, se obtiene la respuesta del usuario al circular sobre la vía a evaluar. Por lo tanto, la información a levantar durante la medición es el perfil longitudinal de la vía. A EQUIPOS UTILIZADOS Históricamente se han utilizado diversos equipos, siempre a objeto de levantar el perfil longitudinal de la vía. Actualmente dicha medición se realiza con equipos Clase 1, según clasificación del Banco Mundial que corresponden a equipos perfilométricos láser de precisión, capaces de levantar información con un distanciamiento de 25 cm y con una

2 precisión de 0.5 mm A METODOLOGÍA DE EVALUACIÓN La evaluación del IRI, debe seguir el siguiente procedimiento: El IRI debe ser procesado en el sentido de avance del tránsito, por pista Se debe registrar el IRI en m /km. promedio del tramo, aproximando a un decimal. No quedarán afectos a evaluación de IRI aquellos tramos definidos como Singularidad Se establecerán como singularidades todos aquellos hitos que alteren el perfil longitudinal definido o bien imposibiliten el ajuste del perfil al proyectado. Las singularidades tendrán influencia en el tramo completo en el que se encuentren. A.8.3. AGRIETAMIENTO A DESCRIPCION Corresponde al deterioro por rompimiento de la superficie del pavimento. Su origen es variado y su clasificación también, sin embargo es de vital importancia realizar un correcto levantamiento de esta información. A EQUIPOS UTILIZADOS Si bien el levantamiento del agrietamiento es posible realizarlo en forma manual, dichos resultados, además de ser obtenidos lentamente, presentan un nivel importante de subjetividad, por quedar sujetos a la experiencia y agudeza del observador. Actualmente se emplean equipos de alto rendimiento y tecnología, que permiten la captura de las imágenes del pavimento y con ellos una visión objetiva del agrietamiento. Consisten en una plataforma móvil diseñada para recolectar, por medio de dos cámaras de alta resolución, imágenes del estado de deterioro superficial y agrietamiento de los pavimentos. Ambas cámaras se encuentran sincronizadas por un software, en tiempo real, que permite superponer ambas fotografías de modo de obtener una imagen completa del ancho de la pista. Las fotos son capturadas en forma sucesiva, gracias al disparador automático de alta velocidad que posee el sistema y con la ayuda del software, las fotografías virtualmente se pegan una tras otra obteniendo como resultado una sola imagen continua de la pista recorrida A METODOLOGÍA DE EVALUACIÓN El agrietamiento debe ser procesado en el sentido de avance del tránsito, por pista. Se debe registrar el agrietamiento promedio del tramo, por tipo y severidad de él.

3 A.8.4 AHUELLAMIENTO A DESCRIPCIÓN El ahuellamiento corresponde a la deformación vertical permanente del pavimento asfáltico que se refleja en el perfil transversal y que se presenta como un surco longitudinal a lo largo del camino bajo las huellas de rodado A EQUIPOS UTILIZADOS El ahuellamiento se mide través de equipos perfilométricos láser de alto rendimiento, en donde se obtiene el perfil transversal con precisión de +/- 1 mmm, espaciado acorde lo que la tecnología permita (en general menos de 25 cm) El perfilómetro combina tecnología de escaneo láser y software de procesamiento. Dos sensores de laser se montan en las esquinas de la parte posterior del vehículo. Cada uno de estos láseres proyecta una línea de alto poder y una cámara escanea el área para medir las deformaciones del perfil cuando se proyecta en el camino. A METODOLOGÍA DE EVALUACIÓN El ahuellamiento debe ser procesado en el sentido de avance del tránsito, por pista. Se debe registrar el ahuellamiento promedio del tramo, aproximado al milímetro. A.8.5 ESCALONAMIENTO A DESCRIPCION En los pavimentos rígidos un indicador relevante de serviciabilidad es la diferencia de nivel que se produce entre dos losas separadas por una junta o grieta. A EQUIPOS UTILIZADOS El Laser SDP es un perfilómetro que utiliza dos cámaras laser y dos acelerómetros montados sobre cada huella para determinar el perfil longitudinal y el IRI en tiempo real.

4 Permite medir el escalonamiento en pavimentos de hormigón con una exactitud de ± 1mm A METODOLOGÍA DE EVALUACIÓN El escalonamiento debe ser procesado en el sentido de avance del tránsito, por pista. A.8.6 MICROTEXTURA A DESCRIPCIÓN La microtextura corresponde a las irregularidades pequeñas deseables en el pavimento, para contribuir a la resistencia al deslizamiento y por lo tanto a la seguridad de los vehículos. Corresponde a longitudes de onda entre 0 y 0,5 mm y amplitud entre 0,01 y 0,5 mm. La resistencia al deslizamiento corresponde a la fuerza que se genera entre neumático y pavimento y que resiste el deslizamiento cuando el vehículo frena. Diferencia entre Microtextura y Macrotextura Tipos de Textura A EQUIPOS UTILIZADOS La evaluación de resistencia al deslizamiento se realiza con equipo de medición contínua Grip Tester,midiendo la huella externa de cada pista. El equipo Griptester entrega la

5 medición en unidades GN (Gripnumber). Antiguamente la medición se efectuaba con Péndulo Británico, pero dado que es una medición puntual y lenta de realizar no permite su empleo a nivel de red. A METODOLOGÍA DE EVALUACIÓN La microtextura debe ser procesada en el sentido de avance del tránsito, por pista Se debe registrar la microtextura promedio del tramo, aproximando a dos decimales. A.8.7 MACROTEXTURA A DESCRIPCIÓN La macrotextura está asociada a irregularidades de mayor dimensión, que también contribuyen a la resistencia al deslizamiento y por lo tanto a la seguridad de los vehículos. Corresponde a longitudes de onda entre 0,5 y 50 mm y amplitud entre 0,01 y 20 mm. A EQUIPOS UTILIZADOS Existe un ensayo para determinar la profundidad de la macrotextura, que corresponde al denominado Círculo de Arena, que a través de un volumen conocido de arena mide los espacios existentes entre el árido de la mezcla. El ensayo del círculo de arena es de muy bajo rendimiento y entrega valores discretos, por ello no permite control adecuado de la red de vías. Actualmente se utiliza medición contnua con equipos perfilométricos de alto rendimiento que determinan un Índice de macrotextura correlacionable con la macrotextura, a traves del respectivo ajuste para cada tipo de superficie A METODOLOGÍA DE EVALUACIÓN La macrotextura debe ser procesada en el sentido de avance del tránsito, por pista Se debe registrar la macrotextura promedio del tramo, aproximando a dos decimales. A.8.8 DEFLECTOMETRÍA DE IMPACTO A DESCRIPCIÓN Las deflexiones se han usado durante mucho tiempo para evaluar, in situ, tanto la capacidad de soporte del suelo de fundación como la capacidad estructural del pavimento. Se puede usar para retrocalcular el módulo elástico de cada una de las capas que componen la estructura, evaluar la eficiencia de la transferencia de carga entre losas contiguas de las juntas y grietas de un pavimento de hormigón, así como también detectar presencia de vacíos que puedan existir bajo las losas de hormigón.

6 En pavimentos flexibles, la deflectometría de impacto permite determinar los módulos elásticos de cada una de las capas que conforman la estructura, así como el módulo elástico del suelo de fundación. Estos valores sirven como entrada en los procedimientos de diseño mecanicistas. Cuando se emplea la Guía de Diseño AASHTO, es posible determinar también el número estructural del pavimento existente. En pavimentos rígidos, es posible determinar el módulo elástico de la losa de hormigón, así como también el módulo de reacción de la subrasante. El módulo del hormigón se puede usar para evaluar la condición estructural de la losa, mientras que el módulo de reacción se puede usar para evaluar el medio soportante. Además se puede estimar también el módulo resiliente de la fundación. A EQUIPOS UTILIZADOS Actualmente se emplea el deflectómetro de impacto (Falling Weight Deflectometer, FWD). El FWD realiza un ensaye no destructivo que consiste en aplicar sobre la superficie del pavimento, un impacto que genera un pulso de carga, similar, tanto en magnitud como en duración, al que produce la carga de una rueda de vehículo pesado, y evaluar la deformación elástica que dicha carga produce en el pavimento. A METODOLOGÍA DE EVALUACIÓN De acuerdo a lo anterior, es posible emplear esta técnica en: Diseño de Pavimentos nuevos.- Cuando se trata de nuevos trazados se dificulta el uso de esta técnica por accesibilidad del equipo, sin embrago cuando existe un trazado con o sin capa granular es posible determinar el módulo resiliente del suelo de fundación. Se puede emplear perfectamente en ensanches y duplicación de calzadas. Diseño de Recapados (Asfalto sobre Asfalto): La herramienta más adecuada de evaluación. Entrega el número estructural existente y el módulo del suelo de fundación. Diseño de Recapados (Asfalto sobre Hormigón): la deflectometría de impacto es quizás la herramienta más adecuada de evaluación. Se puede determinar el módulo elástico del hormigón, módulo de reacción de la subrasante y módulo resiliente del suelo de fundación. Además, la presencia de vacíos bajo la losa y la transferencia de carga, parámetros muy importantes al evaluar la posible reflexión de grietas. Diseño de recapados de hormigón (sobre hormigón o asfalto): se obtienen las características del pavimento existente y el suelo de fundación. Durante la construcción.- se puede emplear para controlar la homogeneidad de los terraplenes y capas granulares. Verificar y ajustar los parámetros del diseño estructural. Por último se puede emplear como control receptivo (por ej. Número Estructural). Evaluar materiales no convencionales. Acotar zonas donde se encuentra material inadecuado Durante la explotación: en el Sistema de Gestión de Pavimentos, es una gran herramienta. La capacidad estructural del pavimento y de soporte del suelo de fundación que se determinan mediante el FWD, en conjunto con otros parámetros; tales como el IRI y deterioro superficial, alimentan los modelos que permiten predecir la vida remanente del pavimento y establecer el programa de conservación para mantener el pavimento con un nivel de serviciabilidad

7 adecuado. A PRINCIPIO DE OPERACIÓN DEL EQUIPO El deflectómetro de impacto es un equipo capaz de aplicar una carga dinámica impulsiva en la superficie del pavimento, la cual se asemeja en magnitud y duración a la carga aplicada por los vehículos en movimiento. Las deflexiones generadas en la superficie del pavimento por la carga aplicada se miden con sensores ubicados bajo la carga y a distintas distancias de ella. La principal característica de operación de estos equipos, es la generación de la carga transiente a través de una masa que se deja caer desde una altura predeterminada, sobre una placa de carga conectada a resortes en la figura A se muestra un esquema de la masa, la altura de caída y la placa de carga amortiguada con resortes, elementos comunes a todos los deflectómetros de impacto. Figura A Esquema en elevación del sistema de carga de un FWD La forma de la fuerza que se aplica al pavimento, se esquematiza en la figura A y se aproxima a la mitad de una función seno, con una duración entre 25 [ms] y 30 [ms]. Figura A Carga de impulso típica generada por un FWD

8 Las deflexiones verticales máximas producidas por la carga se miden con sensores de deflexión ubicados inmediatamente bajo la carga y a distintas distancias de ella, tal como se muestra en la figura A : Figura A Disposición de placa de carga y sensores de deflexión en un FWD En la figura A se muestra un esquema tipo de la configuración de un deflectómetro de impacto y del cuenco de deflexiones generado por la carga. Figura A : esquema de componentes de un FWD y del cuenco de deflexiones

9 a) Factores que afectan la medición de deflexiones con FWD: Existen tres factores fundamentales que influyen en las deflexiones que presenta un pavimento al ser evaluado con un equipo no destructivo como el deflectómetro de impacto. Estos factores son la carga aplicada, las condiciones climáticas y las condiciones del pavimento. b) Secuencia del ensayo. Se recomienda el siguiente procedimiento para realizar una campaña de ensayos completa con FWD. i. Determine las variaciones de los tipos de pavimento dentro de los límites del proyecto. Desarrolle una planificación de ensayos separada para cada tipo de pavimento. ii. iii. iv. Determine los atributos del proyecto, ya que estos influencian la planificación de los ensayos. Es muy útil preparar un esquema del proyecto que identifique al menos todos los cambios de pavimento, Las intersecciones a nivel o desnivel, las pistas de viraje, los puentes, áreas de servicio, tipos de bermas, etc. Determine el tamaño de cada atributo del proyecto, lo que le permite estimar las demandas de ensayos FWD requeridas para el proyecto, basadas en el supuesto que se pueden realizar aproximadamente 150 ensayos por día. Determine la geometría del proyecto, pues ella influencia la ubicación de los puntos por ensayar, ya que hay que tener en cuenta los aspectos relacionados con el flujo y seguridad del tránsito durante los ensayos. v. Determine las secciones de ensayo. Utilice la información recopilada en las etapas precedentes para seleccionar las secciones por evaluar con FWD. Los largos de las secciones y la geometría del proyecto determinan la configuración de los puntos de ensayo. vi. vii. viii. ix. Determine el tipo de ensayo FWD por realizar en cada sección (base, de esquina o de junta). Defina un número que caracterice el ensayo, de manera de disponer de información relativa al tipo de ensayo, tipo de pavimento y espaciamiento de sensores utilizados.anote las características de la estructura del pavimento que está siendo evaluada (espesores, tipos de capas que lo constituyen, características del suelo, de fundación, etc.). Determine el espaciamiento de ensayo con FWD para cada sección del proyecto. Configure el sistema de recolección de datos del FWD para satisfacer los requerimientos establecidos por el proyecto. x. Realice las mediciones en terreno, registrando la temperatura ambiente y de la superficie del pavimento en forma regular.

10 A.8.9 DETERMINACIÓN DE ESPESORES A DESCRIPCIÓN Para realizar evaluación estructural del pavimento, es fundamental conocer los espesores del pavimento. A EQUIPOS UTILIZADOS Tradicionalmente se ha realizado la extracción de testigos de pavimento y/o la realización de piques, sin embargo, por su bajo rendimiento y la determinación de valores en forma discreta, actualmente existen tecnología de alto rendimiento y no destructiva, como es el equipo GPR (Ground Penetrating Radar), rápida y eficaz de determinar el espesor de las capas del pavimento. Éste puede evaluar las capas de granular con una densidad de recolección de datos que no se puede obtener por métodos tradicionales, tales como la extracción de testigos. A METODOLOGÍA DE EVALUACIÓN La determinación de espesores debe ser procesada en el sentido de avance del tránsito, por pista. Se deben establecer tramos homogéneos y en ellos determinar el espesor como el promedio.