Evaluación de Pavimentos

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL DEPARTAMENTO DE TOPOGRAFIA Y VIAS DE TRANSPORTE TEMA: EVALUACION DE PAVIMENTOS FLEXIBLES

Universidad Nacional de Ingeniería FACULTAD FACUL TAD DE INGEN INGENIERÍA IERÍA CIVIL

DISEÑO DE PAVIMENTOS

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EVALUACIÓN EVAL UACIÓN DEL DEL PAVIMENTO PAVIMENTO ANÁLISIS DE ANTECEDENTES RECONOCIMIENTO PRELIMINAR

CONDICIÓN FUNCIONAL

CONDICIÓN ESTRUCTURAL

CALIDAD DE MATERIALES

Relevamiento de Fallas

Viga Benkelman

Normas Internacionales

Medición de Rugosidad

ESTADO REAL DEL PAVIMENTO

MEDIDAS DE REHABILITACIÓN

ACTUALIZACIÓN DE PARÁMETROS

OTROS ASPECTOS

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EVALUACION DE PAVIMENTOS

-

Comprende el desarrollo de los Conceptos de Condición Funcional y Estructural

-

Así mismo considera la Calidad de Materiales, Actualización de Parámetros y Otros Aspectos.

-

La conjugación de estos parámetros nos permitirá establecer el Juicio sobre el estado Real del Pavimento resultando por tanto fundamental el desarrollo mínimo de estos conceptos al efectuar una Evaluación.



ETAPAS DE EVALUACION ANÁLISIS DE ANTECEDENTES

•

Expediente Técnico.-

•

Proceso Constructivo.-

RECONOCIMIENTO PRELIMINAR

Permite establecer correspondencia entre lo ejecutado y lo proyectado. Resulta vital determinar de manera inicial el tipo de falla existente.

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CONDICIÓN FUNCIONA FUNC L FUNCIIONAL ONAL Establecido mediante la ejecución de Relevamiento de Fallas y Medición de Rugosidad

RELEVAMIENTO DE FALLAS . • Reco Recono noci cimi mien ento to deta detallllad adoo de de la la vía vía,, ano anotá tánd ndos osee los los asomos o existencia de fallas. • Catalogo de Fallas



MEDICIÓN DE RUGOSIDAD Equipos de Medici ó n.-(*)

Análisis comparación e interpretación de resultados estableciendo la aplicación de cada uno de ellos en función a la cantidad de datos que conforman el universo de los mismos. El MTC emplea el rugosímetro Bump Integrator para efectuar la evaluación de sus vías.



• El equipo merlin es igualmente aceptado para determinar rugosidades en las longitudes propias en las que opera. • Para el proceso de Medición en campo se efectúan como mínimo 04 mediciones por carril. • Calculo de IRI mediante una formula de calibración, válida sólo para el vehículo empleado.



Condici ó n Estructural Estudiar el comportamiento estructural del pavimento Establecer si presenta adecuada performance. Procedimiento Deflectométrico Viga Benkelman :

Su principio de operación es ampliamente conocido y consiste en medir el desplazamiento vertical del pavimento ante la aplicación de una carga estática o de lenta aplicación. No obstante tener sus orígenes en los años 50-60 la Viga Benkelman debido a las ventajas que ofrece es aún empleada en nuestro medio para la evaluación deflectométrica de Pavimentos.





An álisis de Deflexiones 

Determinar comportamientos estructurales similares.



En el Perú el análisis de Deflexiones se resume en el simple contraste de las denominadas Deflexión Característica y Admisible.



Si la característica es menor que la admisible se establece adecuado comportamiento estructural.



Lo inverso conlleva al empleo de métodos empíricos para determinar los trabajo de Rehabilitación que generalmente son Refuerzos.



Deflexi ó n Caracter ística De acuerdo al Estudio realizado por el MTC-CONREVIAL las deflexiones recuperables se asemejan a una distribución normal por lo que la Característica la define como : Dc=Dm+1.3

Deflexi ó n Admisible El principio en este caso es que el comportamiento de un Pavimento hasta alcanzar niveles críticos es inversamente proporcional a su Deflexión, lo que representa de la siguiente manera: N = k1/Dk2adm (k1=1.15 y k2=4) N = Numero de Ejes equivalentes (8.2 tn) Dadm = Deflexión Admisible



CALIDAD DE MATERIALES Muestreo de Materiales Mezcla Asfáltica Ubicación .- Características Superficiales o Estructurales similares

Diamantina o Bloques de 30 x 40 cm Verificación del Espesor de Carpeta Sentido de Fisuras Material de Base Granular Material de Subrasante Controles de Compactación



Trabajos En Laboratorio Obtener las características de los materiales. Empleo estricto de modos operativos establecidos en Normas Internacionales (ASTM y AASHTO). -

Ensayos a la Mezcla Asfáltica

-

Ensayos al Cemento Asfáltico

-

Ensayos al Material de Base Granular

-

Ensayos para controles de compactación

-

Ensayos al material de subrasante



ANALISIS DE RESULTADOS Del Análisis de Antecedentes Expediente Técnico

Soluciones adoptadas para la construcción de la vía (espesores de pavimento y demás trabajos) suficientes para las condiciones de la zona.



Informes Mensuales de Obra 

Diseños de Mezcla



Controles de Producción de Material de Base Granular



Los controles de producción de mezcla asfáltica: a. Rígidas (alto factor de rigidez ) b. Sobrecalentadas (temp > 150 ºC), lo que acelera el proceso de oxidación del asfalto.



De los Trabajos en Campo Evaluación Superficial a)

Relevamiento de Fallas en el Pavimento Catalogo de Fallas MTC-CONREVIALSeveras(S).Moderadas(M).Escasas(E).-



b) De la Medición de Rugosidad

Bump Integrator ⇒ Unidades BI BI + Ecuación de Calibración⇒IRI (m/Km) Apreciación del Indice de Serviciabilidad AASHTO IRI = 5.5 x LN(5/PSI), IRI ≤ 12(m/Km)



CUADRO DE RESULTADOS MEDICIÓN DE RUGOSIDAD CARRIL Rugosidad máxima (m/km) Rugosidad mínima (m/km) Desviación Típica Coeficiente de Variación

IRI (m/km) DERECHO 2.5 2.3 0.129 5.22

IZQUIERDO 2.5 2.2 0.142 5.68

Rugosidad Caracter ística Rc = IRI prom ± Fs x Sx


Índice de Serviciabilidad Presente (PSI) 0–1 1–2 2–3 3–4 4-5 CARRIL


Calificativo Pésimo Mala Regular Buena Muy Buena

DERECHO

IZQUIERDO

AMBOS

IRI (m/km)

2.5

2.5

2.5

PSI (AASHTO)

3.1

3.1

3.1

Serviciabilidad Buena



Evaluaci ó n Estructural

De acuerdo al Estudio realizado por el MTC - CONREVIAL la Deflexión Característica (Dc), se define como: Dc =D prom +1.3 D prom = Deflexión Media, = Desviación Estándar, Dc = Deflexión Característica del tramo,

Estos valores han sido confrontados con la Deflexión Admisible, valor que está en relación principal con el tránsito que soportará la vía y que indicará la performance de la estructura construida.



VALORES DE DEFLEXIÓN ADMISIBLE CRITERIO MTC – CONREVIAL CARRIL

Dv. Ancón – Pte. Chancay Km 43+377 – km 66+287 DERECHO IZQUIERDO

Sub- Tramo Deflexión Característica x 10-2

I

II

III

I

II

III

42.1

57.3

24.1

37.2

66.2

37.2

Deflexión Admisible x 10-2

53.2

53.2

53.2

53.2

53.2

53.2



Calculo de Refuerzo Estructural Métodos que involucran el empleo de Deflexiones medidas con Viga Benkelman - Instituto del Asfalto

- California

- TRRL

- Ontario

- Dr. Ruiz De los anteriores en el Perú se aplica el Método del Doctor Ruiz (MTC-CONREVIAL)

h = R 0.434

log Do Dh



Donde H

= Espesor de Refuerzo

Do = Deflexión Recuperable (característica antes del refuerzo) Dh = Deflexión Característica luego del refuerzo. R

= Coeficiente con dimensiones de espesor que representa la capacidad de los materiales de refuerzo para reducir las deflexiones del pavimento subyacente.



Los resultados de la aplicación de la relación anterior en la vía tomada como ejemplo se indican a continuación : ESPESORES DE REFUERZO (Método del Dr. Ruiz) CARRIL Rugosidad Característica Superior (m/km)

ESPESOR DE REFUERZO DERECHO I II III

IZQUIERDO I II III

Rugosidad Característica Inferior (m/km)

-

-

5.0

-

5.0

-

Se considera el método como apropiado a nuestro objetivo principalmente por que propone la solución a casos típicos definidos en base al análisis combinado de factores como Inspección visual. Deflexiones Recuperables y evaluación de aspectos como Espesor de Capas, Calidad de Materiales, Calidad de Suelos etc.



An álisis de Ensayos de LaboratorioDISEÑO DE PAVIMENTOS • La gradación, Constantes físicas, Abrasión, Equivalente Arena y CBR cumplen con las Especificaciones . • Los lavados Asfálticos indican variación en los porcentajes de Cemento Asfáltico; capa de Superficie (4.9%-6.0%) y de Base (3.9%-6.0%). • Variación en los porcentajes de agregados • La granulometría de la mezcla de Base Asfáltica no cumple Especificaciones Técnicas (IV-c del Instituto del Asfalto). • Penetraciones inferiores al 50% (respecto al tipo de asfalto empleado ( PEN 60-70). • Sobrecalentamiento de la mezcla , ensayo de Oliensis positivo.



ACTUALIZACION DE PARAMETROS

A través del análisis de las condiciones de la zona se determina los parámetros que requieren ser actualizados por ser determinantes para la calificación final. • Generalmente es necesario actualizar trafico (aumento de producción, población, turismo etc) • Actualización de datos de lluvia. (coef. de Drenaje) • Registros de Temperaturas etc| (verif. de diseños)



OTROS ASPECTOS Comprende la evaluación de la totalidad de causas probables de fallas de pavimentos no consideradas. Igualmente deben ser definidas de acuerdo a las características de la zona. Requiere de la participación de los especialistas en cada caso.

-

Estabilidad de Taludes Hidrología Drenaje Geólogo



Trabajos de Reparaci ó n para Rehabilitaci ó n de Pavimentos Flexibles Métodos de Rehabilitaci ó n sin Refuerzo

Analizar la fatiga de superficie, condición estructural y condición funcional del pavimento existente. Métodos de Rehabilitación con Refuerzo

Para remediar deficiencia estructurales o funcionales de pavimentos existentes. Se debe definir si el pavimento tiene deficiencia estructural o funcional, para que pueda desarrollarse un apropiado tipo de refuerzo.



METODOS PREVENTIVOS Y DE REPARACION PARA FATIGAS ASFALTICAS FATIGA O FALLA

Piel de Cocodrilo

METODOS DE REPARACION

METODOS PREVENTIVOS

Exudación

Reparación de todo el espesor de la carpeta Sellado de fisuras (cuando son fallas escasas) Aplicar arena caliente -

Fisura en bloques

Sellar fisuras

-

Depresión

Nivelar superficie

-

Pulimento de Agregados - Resistencia al deslizamiento - Tratamiento Superficial - Slurry Seal

-

Baches

Reparación de todo el espesor implicado

Sellado de fisuras y total

Bombeo

Reparación de todo el espesor implicado

Sellado de fisuras y total

Surcos y desgaste

Sello

Sello rejuvenecedor

Ahuellamiento (Rutting)

Nivelar superficie y/o cold milling

Ondulación del terreno

Remover y desplazar

Pavimentar hombros confinados



Trabajos a Ejecutar En concordancia con el tipo y magnitud de las fallas encontradas, se establece los trabajos requeridos tales como: Actividad Tratamiento de Fisuras (Emulsiones Asfálticas) Tratamiento de Fisuras (Slurry Seal) Parchado Superficial Carpeta Asfáltica Sello Asfáltico Reparación de Bermas



Otros Equipos como el Profilograp y el rugosimetro láser miden la rugosidad y el Falling Weigth que mide la deflexión ante una carga dinámica, pueden ser empleados debiendo aplicarse para su análisis e interpretación los modelos respectivos.



DISPOSITIVO PROFILOGRAPH

Evalua la condición superficial de la carretera (rugosidad IRI). Viene montando en un vehículo y sé encuentra equipado con dispositivos láser de medición, los datos son acopiados en forma inmediata a una computadora para su posterior análisis. Utilizado también como indicador del rozamiento del camino.



DISPOSITIVO FALLING WEIGHT DEFLECTOMETER (FWD)

Mide deflexiones en el pavimento (mediante la interpretación de las líneas de deformación de la estructura vial determina adecuadamente los módulos de elasticidad de las distintas capas del pavimento.



“TENDENCIAS EN EL DISEÑO DE PAVIMENTOS”



Tendencias en el Diseño de Pavimentos: Antecedentes.El diseño de pavimentos se ha venido realizando en base a experimentaciones realizadas hace más de medio siglo, los cuales fueron realizados a partir de cargas de trafico menores a 2 millones de ejes equivalente (pista de prueba ASSHTO ), pero con el crecimiento del parque automotor, estas cargas de trafico se han incrementado por encima de los 50 millones de ejes equivalentes.



Tendencias en el Diseño de Pavimentos: Los grandes avances en el conocimiento humano, el desarrollo de la automatización, la gran facilidad de las comunicaciones, investigaciones y experimentación ayudarán a tener un mejor conocimiento del comportamiento del pavimento ante solicitaciones de carga.



En Pavimentos : El diseño se base en procedimientos mecanísticos o mecanísticos-empíricos, los cuales incorporan el tratamiento del análisis económico y el diseño por confiabilidad. El estado de la practica, tiende a confiar más en las correlaciones empíricas mediante la durabilidad de pavimentos ya construidos, caracterizaciones de materiales basados en los valores índice (por ejemplo CBR)



Introducción: La filosofía del diseño de pavimentos se ha basado en los procedimientos mecanistico-empíricos que están disponibles hace medio siglo; sin embargo, en la última década se han desarrollado procedimientos que pueden ser utilizados fuera del ambiente académico o de la investigación, los cuales han ayudado a ingresar a una nueva etapa de avances tecnológicos en el estado del arte en el diseño de pavimentos. 





El uso del espectro de ejes de carga para el modelamiento del trafico. El uso del análisis de elementos finitos para la predicción de la respuesta del pavimento La incorporación de la confiabilidad y el análisis económico del pavimento.



Introducción: Mecanistico : Se refieren a aquellos métodos que incorporan modelos basados en principios de ingeniería mecánica para evaluar el estado de esfuerzos de un pavimento, predecir su respuesta, comportamiento y durabilidad (performance). Empírico :

2,000

Son aquellos procedimientos que cuentan con modelos desarrollados a partir de la experimentación u observaciones de durabilidad de pavimentos ya construídos.



Modelos Analíticos: Se están usando modelos para predecir el estado de esfuerzos en un pavimento bajo simulación de cargas de rueda y clima. La mayoría de estos modelos están basados en la teoría multicapa y/o en el análisis de elementos finitos. Modelos Multicapa:

predicen el comportamiento del pavimento bajo cargas de rueda, más no las variaciones del clima, relativamente fáciles de operar Modelos de Elementos Finitos:

predicen el comportamiento del pavimento bajo cargas de rueda, y también las variaciones del clima, son complicados de operar.



Funciones de Transferencia: Son aquellas que relacionan: 



La máxima carga de rueda y el esfuerzo de tracción en un área de una capa asfáltica en caliente para una eventual fatiga por agrietamiento. La carga de rueda con esfuerzos de compresión (o tracción) en la parte superior de la capa de subrasante

Por ejemplo: Nt=f 1(e1)-f2(E1)-f2

que representa el numero de repeticiones máximo para prevenir grietas por fatiga en la parte inferior de la carpeta asfáltica



Funciones de Transferencia: Estos modelos son típicamente derivados de correlaciones basadas estadísticamente de la respuesta de pavimentos existentes con buena performance. Desafortunadamente, una parte de los modelos que están disponibles no muestran buena correlación y se espera que la Guía AASHTO 2002 implemente los mejores modelos para su aplicación .



Simulación de cargas de trafico: Las cargas de tráfico se han venido realizando con conceptos que fueron desarrollados hace 40 años, esta metodología tiene todavía cierta validez Pero es débil cuando: 

Se toma en cuenta las altas presiones de los neumáticos.



Los nuevos tipos de neumáticos



Las nuevas configuraciones de ejes

En la Guía AASHTO 2002, se plantea el uso de un espectro de cargas, el cual paulatinamente irá desplanzando el uso de ESAL



Simulación de cargas de trafico:

Aumento de las cargas configuración de ejes nuevos tipos de neumáticos



Caracterización de Materiales: Para determinar el estado de esfuerzos y predecir la durabilidad del pavimento, se hace uso del modulo elástico, ya que su efecto es directo en los modelos análiticos usados, pero existen problemas significativos en la actualidad asociados a su uso, uno de ellos es que los materiales no son elasticos, como consecuencia se utiliza el modulo resilente, el cual es difícil en laboratorio medirlo con presición, pero en el futuro se prevee mejoras en los métodos de laboratorio. Otra manera de caracterizar los materiales involucra el uso de pruebas no destructivas y análisis regresivo, por ejemplo, mediciones de la deflexión de la superficie son obtenidas en forma no destructiva en el campo y luego evaluadas mecanisticamente para determinar en cada capa su modulo resilente in-situ.



Análisis Económico: El análisis económico es considerado un componente en el estado del arte de diseño de pavimentos, a pesar de que no forma parte de los principios de diseño. Este provee una base firme para la evaluación de alternativas factibles de diseño, y para identificar una que pueda ser la mas rentable para su construcción y mantenimiento. La nueva tendencia es que el diseñador realice la evaluación económica de las alternativas de las estructuras de pavimento propuestas y que la decisión de su ejecución sea de forma técnica. En la Actualidad la realizan entidades del gobierno

En el futuro el profesional lo efectuará



Confiabilidad: La confiabilidad es una característica que fue incorporada en la guía ASSTHO 1986 para responder a la gran incertidumbre en la determinación de los datos de entrada para el diseño y predecir la durabilidad del pavimento. Pues involucra una estimación de la variabilidad de las entradas de diseño (propiedades de los materiales, tráfico, etc.) así como de una adecuada predicción de los errores de la función de transferencia de tal manera que pueda establecerse un diseño estructural en el cual existirá algún nivel de certidumbre para que el diseño perdure la vida de servicio proyectada. El conocimiento y la certidumbre de estas variables ayudará a que diseños cumplan con la vida proyectada



Confiabilidad: Trafico Modelos de Teóricos Funciones de Transferencia Materiales Construcción

PAVIMENTO PERDURE LA VIDA PROYECTADA



Nuevos Materiales y Reciclaje: La disminución de los recursos y la conservación del medio ambiente, están llevando a la reutilización de materiales bajo ciertos criterios y a la utilización de nuevos materiales para usos específicos. Como por ejemplo Reciclado de pavimentos Utilización de Geosinteticos (geotextiles) Utilización de neumáticos (Caucho) Utilización de escoria de hierro, fibra de vidrio Materiales para sellado de grietas y juntas



Gestión de Pavimentos: Estandarizar los procedimientos de colección de datos Realizar capacitaciones de los profesionales involucrados en el diseño de pavimentos con lo último en tecnología. Desarrollar programas que abarquen no solo ciudades importantes, sino todo el territorio de una manera coherente y técnica Desarrollar procedimientos y procesos que permitan la coordinacion entre entidades que se encargan de la red víal Unir esfuerzos y recursos en el desarrollo y experimentación para no duplicar actividades, pérdida de tiempo y recursos.



Monitoreo, almacenamiento de datos, evaluación y experimentacion: Monitorear en tiempo real la capacidad estructural de los pavimentos. Realizar la colección de los datos de forma automatizada. La localización de datos de una manera más precisa con la ayuda de satélites de posicionamiento. Estandarización en la definición del deterioro y los procedimientos de colección de datos. Necesidad de una mayor experimentación de campo a escala natural , practicas de construcción y procesos de control de calidad que aun no están bien aceptados en el diseño. Desarrollar pruebas aceleradas sobre los pavimentos.



Monitoreo, almacenamiento de datos, evaluación y experimentacion:



Conclusiones: 





La realización de experimentos a escala natural permitiran calibrar los modelos mecanistico-empíricos, y tener nuevas funciones de transferencia. La tendencia en el futuro, es ralizar pruebas no destructivas sobre los pavimentos con el uso de técnicas sísmicas, radares y otras técnicas que complementen la prueba con el FWD (Falling Weigth Deflectometer). Con las investigaciones que se vienen realizando y las futuras, se podrá tener una mayor confiabilidad en los modelos que tratan de representar el comportamiento del pavimento ante solicitaciones de carga y clima.



Conclusiones: 

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Se requiere pavimentos durables y materiales para rehabilitación que puedan soportar el tránsito a las pocas horas después de haber sido colocados, de tal manera que se minimice el tiempo de la vía sin operación. Tener un sistema de gestión de pavimentos el cual permita la toma de decisiones de una manerá técnica, que promueva la capacitación de los profesionales, desarrolle y promueva el intercambio y acceso a las fuentes de información Que una esfuerzos y recursos el el desarrollo de investigaciones y experimentación con la finalidad de no duplicar actividades con la consecuente pérdida de tiempo y recursos.



Conclusiones: 



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Tener calidad, exactitud y estandarización de los datos, y la colección de estos sea en forma automatizada y en tiempo real. Debido a la disponibilidad de nuevos productos, será necesario verificar su durabilidad en aplicaciones específicas, para ello será necesario desarrollar procedimientos de prueba que puedan reflejar su comportamiento en campo. Desarrollar nuevos procedimientos constructivos de rehabilitación y mejorar los existentes que permitan que los pavimentos alcancen la vida útil para los cuales fueron diseñados.

Evaluación de Pavimentos

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