UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL DEPARTAMENTO DE TOPOGRAFIA Y VIAS DE TRANSPORTE
CURSO DE TITULACIÓN PROFESIONAL POR ACTUALIZACIÓN DE CONOCIMIENTOS
TEMA : DISEÑO Y EVALUACION DE PAVIMENTOS FLEXIBLES
Ing. José Melchor A.
[email protected]
PRESENTACION I Parte.
DISEÑO DE PAVIMENTOS
II Parte.
EVALUACIÓN DE PAVIMENTOS
DISEÑO DE PAVIMENTOS
PARAMETROS PRINCIPALES EN EL DISEÑO DE PAVIMENTOS 1.- Suelos 2.- Tráfico 3.- Materiales
1.0 ESTUDIO DE SUELOS 1.1 Exploración 1.2 Caracterización 1.3 Propiedades 1.4 Capacidad de Soporte
1.- EXPLORACIÓN DEL SUELO DE FUNDACIÓN h Tiene por finalidad definir el tipo y capacidad de soporte de los suelos de fundación. Se deben efectuar : -
Calicatas como mínimo cada 250 m.
-
Profundidad mínima de 1.50m
INFLUENCIA DE LAS CARGAS EN UN PAVIMENTO FLEXIBLE
1.50 m
1.2 CARACTERIZACION DE LOS SUELOS hVisualmente se clasifica a los suelos en grupos básicos tales como: grava, arena, limos y arcillas hObservación Directa propiedades en campo 9 9 9 9
Textura Forma de los granos Granulometría Plasticidad
1.3 PROPIEDADES FISICO-MECANICAS ¾Análisis granulométrico
ASTM D-422
¾Constantes Físicas
ASTM D-4318
¾Clasificación de los suelos SUCS y AASHTO ¾Capacidad de Soporte (CBR)
PERFIL ESTATIGRÁFICO El perfil Estratigráfico es confeccionado con los datos que se obtiene de los análisis granulométricos.
1.4 VALOR DE SOPORTE DEL SUELO DE FUNDACION a. Ensayo de California Bearing Ratio (CBR) b. Norma ASTM D-1883 c. Actualmente se viene remplazando al CBR por el Módulo Resilente (MR) especificado en la Norma AASHTO T-274.
2.- ESTUDIO DE TRAFICO 2.1 Composición 2.2 Estadística 2.3 Proyección
2.1 COMPOSICIÓN DEL TRÁNSITO
La Norma establece:peso bruto máximo total por vehículo < 48,000Kg TIP O D E E JE Y P E S O M A X IM O E jes
N eu m áticos
K ilogram o s
S im ple
02
6,000
S im ple
04
11,000
D oble (Tandem )
06
15,000
D oble (Tandem )
08
18,000
D oble (no
08
16,000
Tandem )
10
23,000
Triple (T ridem )
12
25,000
Triple (T ridem ) S inm ac
2.2 ESTADÍSTICA DE TRÁFICO hEsta basado en el conteo de tráfico hEl tráfico que recibirá la carretera puede ser: Tráfico Derivado .El Tráfico Inducido.-
2.3 PROYECCION DEL TRAFICO hLa metodología para encontrar la tasa de crecimiento para el tráfico está basada en: ¾ Crecimiento poblacional ¾ Crecimiento Bruto Interno ¾ Producto Bruto Interno Per-Capital por habitante
hPara el calculo del tráfico futuro se emplea la siguiente fórmula:
Tn = To(1+r)n hLa tasa de crecimiento sé calcula de la siguiente forma: rvp = (1 + rPBIh x Evp) x (1+rh) - 1 rvc = rPBI x Evc
3.- ESTUDIO DE MATERIALES La búsqueda de materiales es una labor fundamental dentro del diseño de pavimentos por lo tanto demanda mucha rigurosidad.
Identificación de la Cantera hReconocimiento en planos topográficos con el propósito de orientar la búsqueda. hProspecciones requeridos.
que
aseguren
hEnsayos de Calidad de Materiales.
los
volúmenes
DISEÑO DE PAVIMENTOS 1. 2. 3.
Metodologías Clásicas Metodologías Actuales Nuevas Tendencias
1.0 Metodologías Clásicas
Método del CBR - CBR de la Subrasante - Tráfico
Método del Índice de Grupo - Índice de Grupo del Suelos - Tráfico
2.0 Metodologías Actuales 2.1 Método de la AASHTO 2.2 Método del Instituto del Asfalto
2.1 METODO AASHTO - 93 hDesde la publicación de la primera guía AASHTO en 1961, se han efectuado modificaciones en la ecuación de diseño con la finalidad de mejorar su uso y su confiabilidad hEl método AASHTO para diseño de pavimentos flexibles publicada en 1993 incluye importantes modificaciones dirigidas a mejorar la confiabilidad del método
Parámetros de Diseño W 18
=
Número esperado de repeticiones de ejes equivalentes a 8.2 tn en el periodo de diseño.
Zr
=
Desviación Estándar del error combinado en la predicción del tráfico y comportamiento estructural.
So
=
Desviación Estándar Total
∆PSI
=
Diferencia entre la Serviciabilidad Inicial (Po) y Final (Pt).
Mr
=
Módulo Resilente de la Sub-rasante (psi)
SN
=
Número Estructural, indicador de la Capacidad Estructural requerida (materiales y espesores).
ai
=
Coeficiente Estructural de la capa i
Di
=
Espesor de la Capa i
mi
=
Coeficiente de Drenaje de la Capa Granular i
Parámetro W18 hPara la guía AASHTO corresponde al EAL afectado por coeficientes que representan el sentido y el número de carriles que tendrá la vía W18 = DDxDLxEAL EAL = Numero de ejes equivalentes a 8.2 tn en el periodo de diseño. DD = Es un factor de distribución direccional. Por lo general se considera 0.5 DL = Esta dictado por el siguiente cuadro
FACTOR CARRIL NUMERO DE LÍNEAS EN CADA DIRECCIÓN
PORCENTAJE PARA EJES DE 8.2 TN EN CADA DIRECCIÓN
1
100
2
80 – 100
3
60 – 80
4
50 - 75
Fuente : AASHTO
NUMERO DE EJES EQUIVALENTES A 8.2 Tn EAL(8.2 tn)=365(IMD2E*FD2E + IMD3E*FD3E + IMDTYS*FDTYS)[(1+i)n -1] i Donde : EAL(8.2 Tn) :
Número de Ejes Equivalentes a 8.2 tn en el periodo de diseño.
IMD2E
:
Índice Medio Diario de Camiones de 2 ejes
IMD3E
:
Índice Medio Diario de Camiones de 3 ejes
IMDTyST
:
Índice Medio Diario de Camiones de TyST
FD2E
:
Factor Destructivo de Camiones de 2E
FD3E
:
Factor Destructivo de Camiones de 3E
FDTyST
:
Factor Destructivo de Camiones de TyST
i
:
Tasa de crecimiento de los vehículos
n
:
Periodo de Diseño
CONFIABILIDAD CLASIFICACION GENERAL
NIVEL DE CONFIABILIDAD RECOMENDADOS URBANO
RURAL
85-99.9
80-99.9
OTRAS ARTERIAS PRINCIPALES
80-99
75-95
COLECTORAS
80-95
75-95
LOCALES
50-80
50-80
AUTOPISTA Y CARRETERAS INTERESTATALES
Confiabilidad R (%)
Desviación Estándar Normal (Zr)
50 60 70 75 80 85 90 . . 99.99
0.00 - 0.253 - 0.524 - 0.674 - 0.841 - 1.037 - 1.282 . . - 3.750 -
Desviación Estándar Total (So) 0.30 - 0.45 Pavimentos Rígidos 0.40 - 0.45 Pavimentos Flexibles
Índice de Serviciabilidad Presente PSI inicial = Inicio del Periodo PSI Final = Fin del Periodo ∆ PSI = PSI Final – PSI inicial
Módulo Resilente de la Subrasante hLa guía AASHTO reconoce que muchas agencias no poseen los equipos para determinar el Mr y propone el uso de la conocida correlación con el CBR Mr(psi) = 1500xCBR
Mr = 1500xCBR para CBR < 10% sugerida por AASHTO Mr = 3000xCBR 0.65 para CBR de 7.2% a 20% esta ecuación fué desarrollada en Sudáfrica Mr = 4326xlnCBR + 241 utilizada para suelos granulares por la propia guía AASHTO
En el año de 1972 Van Til Et efectuó un monograma de correlación entre el Módulo Resilente con el CBR
hCálculo de Número Estructural
∆ PSI log [ ---------- ] 4.2 - 1.5 log W 18 = Zr x So + 9.36 x log (SN+1) - 0.20 + ----------------- + 2.32 x log MR - 8.07 1094 0.40 + ---------------5.19 (SN+1)
CARTA DE DISEÑO AASHTO 1993
ESTRUCTURACIÓN DEL PAVIMENTO
SN=a1xD1+a2xD2xm2+a3xD3xm3
COEFICIENTE DE DRENAJE
CARACTERISTICAS DE DRENAJE
Excelente Bueno Regular Pobre Muy Malo
AGUA
Porcentaje de tiempo en el año, que la estructura del
ELIMINADA
Pavimento está expuesta a un nivel de humedad próxima a la
EN
saturación
< 1%
1% - 5%
5% - 25%
> 25%
2 horas
1.40-1.35
1.35-1.30
1.30-1.20
1.20
1 día
1.35-1.25
1.25-1.15
1.15-1.00
1.00
1 semana
1.25-1.15
1.15-1.05
1.00-0.80
0.80
1 mes
1.15-1.05
1.05-0.80
0.80-0.60
0.60
No drena
1.05-0.95
0.95-0.75
0.75-0.40
0.40
Coeficiente de Aporte Estructural hEn lo que respecta a este coeficiente se puede decir lo siguiente: El coeficiente de aporte estructural (a1) para carpetas asfálticas en caliente esta en función a su Modulo de Elasticidad y a su vez de la estabilidad Marshall
hEl coeficiente estructural para material de Base es estimado a traves de la siguiente formula a2 = 0.2 x log EBS – 0.977 EBS = K1 θ K2 Donde: θ
= Sumatoría de estados de esfuerzos (psi)
K1 y K2 = Constantes estadísticas de regresión que estan en función del tipo de material Los valores típicos para materiales de Base son: K1 = 3000 a 8000 K2 = 0.5 a 0.7
Abaco de correlación entre CBR y coeficiente estructural de Base Granular
Material de Base y del Ensayo de CBR (al 100%MDS)
ESPESORES MINIMOS (PULGADAS) RANGO DE TRAFICO
Menos de 50,000
CONCRETO
ESPESOR
ASFALTICO
DE BASE
1 (Tratamiento
4
Superficial) 50,001 – 150,000
2.0
4
150,001 – 500,000
2.5
4
500,001 - 2'000,000
3.0
6
2'000,001 - 7'000,000
3.5
6
Mayor a 7'000,000
4.0
6
AASHTO
Ejemplo de Diseño: Tráfico de Diseño (W18): 6.02x106x0.5x0.9 = 2.71x106 CBR = 17.25% Mr = 19100 psi Confiabilidad = 80% (Zr= -0.841) So = 0.45 Pi = 4.2
DESIGNACIÓN
ESPESOR (cm)
Pt = 2.0
CARPETA ASFÁLTICA EN CALIENTE BASE GRANULAR
09 20
SN = 2.69 a1 = 0.17/cm, a2 = 0.053/cm (CBR=80%) m1= 1.0
2.2 Metodología del Instituto del Asfalto h Parámetros de Diseño h Calidad de la subrasante. h Materiales de construcción h Tráfico El Método introduce valores promedios de temperatura ambiental a la que el pavimento estará sometidas todo el año
TEMPERATURA MEDIA DE DISEÑO TEMPERARURA MEDIA ANUAL DEL AIRE
EFECTOS DE LA HELADA
24°C(75?C)
No
Instituto del Asfalto
PORCENTAJE DE TRAFICO POR CARRIL DE DISEÑO NUMERO DE CARRILES
PORCENTAJE DE TRAFICO EN EL
(DOS DIRECCIONES)
CARRIL DE DISEÑO (%)
2
50
4
45(35-48)*
6 o más
40(25-48)*
VALOR DE PERCENTIL PARA TRAFICO DE DISEÑO RANGO DEL TRAFICO
VALOR DEL PERCENTIL
Menos 104
60%
104 a 106
75%
mas de 106
87.5%
ESPESORES MINIMOS RECOMENDADOS RANGO DE TRAFICO
CONDICION DE
ESPESOR MINIMO
TRAFICO
DE CONCRETO ASFALTICO
4
Menos de 10 4
6
10 a 10
6
Mas de 10
Tráfico bajo
75mm
Tráfico medio
100mm
Tráfico alto
125mm
Abaco de Diseño de Espesores Instituto del Asfalto
Cálculo y Elección del Método de Diseño hEl método para el diseño y cálculo de espesores depende del buen criterio del Ingeniero, condiciones climáticas y disposición de materiales. hLa Metodología AASHTO se ajusta mejor a las características de nuestro medio por lo que es recomendada y aceptada por las entidades gubernamentales de nuestro país
II Parte.
EVALUACIÓN DE PAVIMENTOS
EVALUACIÓN DEL 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
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.
CONDICIÓN FUNCIONAL Establecido mediante la ejecución de Relevamiento de Fallas y Medición de Rugosidad
RELEVAMIENTO DE FALLAS . • Reconocimiento detallado de la vía, anotándose los asomos o existencia de fallas. • Catalogo de Fallas
MEDICIÓN DE RUGOSIDAD Equipos de Medición.-(*) 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.
Condición 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.
Análisis de Deflexiones ¾
Determinar comportamientos estructurales similares.
¾
En el Perú el análisis de Deflexiones se resume en el simple contraste de las denominadas Deflexión Característica y Admisible.
¾
Si la característica es menor que la admisible se establece adecuado comportamiento estructural.
¾
Lo inverso conlleva al empleo de métodos empíricos para determinar los trabajo de Rehabilitación que generalmente son Refuerzos.
Deflexión Característica De acuerdo al Estudio realizado por el MTCCONREVIAL las deflexiones recuperables se asemejan a una distribución normal por lo que la Característica la define como : Dc=Dm+1.3 σ
Deflexión 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 9 Diseños de Mezcla 9 Controles de Producción de Material de Base Granular 9 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
IRI (m/km)
MEDICIÓN DE RUGOSIDAD
DERECHO
IZQUIERDO
Rugosidad máxima (m/km)
2.5
2.5
Rugosidad mínima (m/km)
2.3
2.2
Desviación Típica
0.129
0.142
Coeficiente de Variación
5.22
5.68
CARRIL
Rugosidad Característica Rc = IRI prom ± Fs x Sx
Índice de Serviciabilidad Presente (PSI)
Calificativo
0–1 1–2 2–3 3–4 4-5
Pésimo Mala Regular Buena Muy Buena
CARRIL
DERECHO
IZQUIERDO
AMBOS
IRI (m/km)
2.5
2.5
2.5
PSI (AASHTO)
3.1
3.1
3.1
Serviciabilidad Buena
Evaluación Estructural De acuerdo al Estudio realizado por el MTC CONREVIAL la Deflexión Característica (Dc), se define como: Dc =D prom +1.3 σ D prom = Deflexión Media,
σ
Dc
= Desviación Estándar, = 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
Dv. Ancón - Pte. Chancay Km 43+377 - Km 66+287
CARRIL SUB-TRAMO
DERECHO
IZQUIERDO
I
II
III
I
II
III
DEFLEX. CARACT. x 10-2
42.1
57.3
24.1
37.2
66.2
37.2
DEFLEX. ADMISIBLE x10-2
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) Rugosidad Característica Inferior (m/Km)
Espesor de Refuerzo
I -
Derecho II 5.0
III -
I -
Izquierdo II III 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.
Análisis de Ensayos de Laboratorio • 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 Reparación para Rehabilitación de Pavimentos Flexibles Métodos de Rehabilitación 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 laser 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 Æ Æ
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=f1(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 configuracion de ejes nuevos tipos de neumaticos
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, estan llevando a la reutilización de materiales bajo ciertos criterios y a la utilización de nuevos materiales para usos especificos. Como por ejemplo Reciclado de pavimentos Utilización de Geosinteticos (geotextiles) Utilización de neumaticos (Caucho) Utilización de escoria de hierro, fibra de vidrio Materiales para sellado de grietas y juntas
Gestion 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 estan bien aceptados en el diseño. Desarrollar pruebas aceleradas sobre los pavimentos.
Monitoreo, almacenamiento de datos, evaluación y experimentacion:
Conclusiones: p
La realización de experimentos a escala natural permitiran calibrar los modelos mecanistico-empíricos, y tener nuevas funciones de transferencia.
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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).
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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: p
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.
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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
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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: p
Tener calidad, exactitud y estandarización de los datos, y la colección de estos sea en forma automatizada y en tiempo real.
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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.
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Desarrollar nuevos procedimientos constructivos de rehabilitación y mejorar los existentes que permitan que los pavimentos alcancen la vida útil para los cuales fueron diseñados.
Conclusiones: p
Mejorar las especificaciones técnicas y controles de calidad en base a nuevos procedimientos constructivos, materiales, investigaciones y pruebas experimentales.
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Desarrollar modelos que tomen en consideración las nuevas configuraciones de ejes y cargas.
