TEMA : DISEÑO Y EVALUACION DE PAVIMENTOS FLEXIBLESTEMA : DISEÑO Y EVALUACION DE PAVIMENTOS FLEXIBLES

Ing. José Melchor A.Ing. José Melchor A.jmelchor@mtc.gob.pejmelchor@mtc.gob.pe

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERUNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍÍAAFACULTAD DE INGENIERIA CIVILFACULTAD DE INGENIERIA CIVIL

DEPARTAMENTO DE TOPOGRAFIA Y VIAS DE TRANSPORTEDEPARTAMENTO DE TOPOGRAFIA Y VIAS DE TRANSPORTE

CURSO DE TITULACICURSO DE TITULACIÓÓN N PROFESIONAL PORPROFESIONAL POR

ACTUALIZACIACTUALIZACIÓÓNN DE CONOCIMIENTOSDE CONOCIMIENTOS

PRESENTACIONPRESENTACION

I I ParteParte.. DISEÑO DE DISEÑO DE PAVIMENTOSPAVIMENTOS

II II ParteParte.. EVALUACIÓN DE EVALUACIÓN DE PAVIMENTOS PAVIMENTOS

PARAMETROS PRINCIPALES PARAMETROS PRINCIPALES EN EL DISEÑO DE EN EL DISEÑO DE

PAVIMENTOS PAVIMENTOS

DISEÑO DE PAVIMENTOSDISEÑO DE PAVIMENTOS

1.1.-- SuelosSuelos

2.2.-- TráficoTráfico

3.3.-- MaterialesMateriales

1.0 ESTUDIO DE SUELOS1.0 ESTUDIO DE SUELOS

1.1 Exploración1.1 Exploración1.2 Caracterización1.2 Caracterización1.3 Propiedades1.3 Propiedades1.4 Capacidad de Soporte 1.4 Capacidad de Soporte

1.1.-- EXPLORACIÓN DEL SUELO DE FUNDACIÓNEXPLORACIÓN 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 INFLUENCIA DE LAS CARGAS EN UN PAVIMENTO FLEXIBLEPAVIMENTO FLEXIBLE

1.50 m

1.2 CARACTERIZACION DE LOS SUELOS1.2 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

TexturaForma de los granosGranulometríaPlasticidad

1.3 PROPIEDADES FISICO1.3 PROPIEDADES FISICO--MECANICASMECANICAS

Análisis granulométrico ASTM D-422

Constantes Físicas ASTM D-4318

Clasificación de los suelos SUCS y AASHTO

Capacidad de Soporte (CBR)

PERFIL ESTATIGRÁFICOPERFIL ESTATIGRÁFICO

El perfil Estratigráfico es confeccionado con los datos que se obtiene de los análisis granulométricos.

1.4 1.4 VALOR DE SOPORTE DEL SUELO DE FUNDACIONVALOR 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.

2.2.-- ESTUDIO DE TRAFICOESTUDIO DE TRAFICO

2.1 Composición2.1 Composición2.2 Estadística2.2 Estadística2.3 Proyección2.3 Proyección

TIPO DE EJE Y PESO MAXIMO

Ejes Neum áticos Kilogram os

Simple

Simple

Doble (Tandem)

Doble (Tandem)

Doble (no

Tandem)

Triple (Tridem)

Triple (Tridem)

02

04

06

08

08

10

12

6,000

11,000

15,000

18,000

16,000

23,000

25,000

Sinm ac

2.1 COMPOSICIÓN DEL 2.1 COMPOSICIÓN DEL TRÁNSITOTRÁNSITO

La Norma establece:peso bruto máximo total por vehículo < 48,000Kg

2.2 2.2 ESTADÍSTICA DE TRÁFICOESTADÍSTICA DE TRÁFICO

hEsta basado en el conteo de tráficohEl tráfico que recibirá la carretera puede ser:

Tráfico Derivado .-

El Tráfico Inducido.-

2.3 PROYECCION DEL TRAFICO2.3 PROYECCION DEL TRAFICO

hLa metodología para encontrar la tasa de crecimiento para el tráfico está basada en:

Crecimiento poblacionalCrecimiento Bruto InternoProducto Bruto Interno Per-Capital por habitante

hLa tasa de crecimiento sé calcula de la siguiente forma:

hPara el calculo del tráfico futuro se emplea la siguiente fórmula:

rrvpvp = (1 + = (1 + rrPBIhPBIh x x EEvpvp) x (1) x (1+r+rhh) ) -- 11

rrvcvc = = rrPBIPBI x x EEvcvc

TTnn = = TToo(1+r)(1+r)nn

3.3.-- ESTUDIO DE MATERIALES 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 CanteraIdentificación de la CanterahReconocimiento en planos topográficos con el

propósito de orientar la búsqueda.

hProspecciones que aseguren los volúmenes requeridos.

hEnsayos de Calidad de Materiales.

DISEÑO DE PAVIMENTOSDISEÑO DE PAVIMENTOS1.1. Metodologías ClásicasMetodologías Clásicas2.2. Metodologías ActualesMetodologías Actuales3.3. Nuevas Tendencias Nuevas Tendencias

1.0 Metodologías Clásicas1.0 Metodologías Clásicas

Método del CBRMétodo del CBR-- CBR de la CBR de la SubrasanteSubrasante-- Tráfico Tráfico

Método del Índice de Grupo Método del Índice de Grupo -- Índice de Grupo del SuelosÍndice de Grupo del Suelos-- TráficoTráfico

2.0 Metodologías Actuales2.0 Metodologías Actuales

2.1 Método de la AASHTO2.1 Método de la AASHTO2.2 Método del Instituto del Asfalto2.2 Método del Instituto del Asfalto

2.1 METODO AASHTO 2.1 METODO AASHTO -- 9393

hEl método AASHTO para diseño de pavimentos flexibles publicada en 1993 incluye importantes modificaciones dirigidas a mejorar la confiabilidad del método

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

W18 = 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

Parámetros de DiseñoParámetros de Diseño

hPara la guía AASHTO corresponde al EAL afectado por coeficientes que representan el sentido y el número de carriles que tendrá la vía

WW1818 = = DDDDxDxDLLxEALxEAL

EALEAL = Numero de ejes equivalentes a 8.2 tn en el periodo de diseño.

DD DD = Es un factor de distribución direccional. Por lo general se considera 0.5

DL DL = Esta dictado por el siguiente cuadro

Parámetro WParámetro W1818

Fuente : AASHTOFuente : AASHTO

50 50 -- 757544

60 60 –– 808033

80 80 –– 10010022

10010011

PORCENTAJE PARA EJES DE PORCENTAJE PARA EJES DE 8.2 TN EN CADA DIRECCI8.2 TN EN CADA DIRECCIÓÓNN

NUMERO DE LNUMERO DE LÍÍNEAS EN NEAS EN CADA DIRECCICADA DIRECCIÓÓNN

FACTOR CARRILFACTOR CARRIL

NUMERO DE EJES EQUIVALENTES A 8.2 NUMERO DE EJES EQUIVALENTES A 8.2 TnTn

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 ejesIMD3E : Índice Medio Diario de Camiones de 3 ejesIMDTyST : Índice Medio Diario de Camiones de TySTFD2E : Factor Destructivo de Camiones de 2EFD3E : Factor Destructivo de Camiones de 3EFDTyST : Factor Destructivo de Camiones de TySTi : Tasa de crecimiento de los vehículos n : Periodo de Diseño

EAL(8.2 tn)=365(IMD2E*FD2E + IMD3E*FD3E + IMDTYS*FDTYS)[(1+i)n -1]i

CLASIFICACION GENERAL NIVEL DE CONFIABILIDAD

RECOMENDADOS

URBANO RURAL

AUTOPISTA Y CARRETERAS

INTERESTATALES

85-99.9 80-99.9

OTRAS ARTERIAS PRINCIPALES 80-99 75-95

COLECTORAS 80-95 75-95

LOCALES 50-80 50-80

CONFIABILIDADCONFIABILIDAD

-- 0.000.00-- 0.2530.253-- 0.5240.524-- 0.6740.674-- 0.8410.841-- 1.0371.037-- 1.2821.282

..

..-- 3.7503.750

5050606070707575808085859090....

99.9999.99

Desviación Estándar Desviación Estándar Normal (Normal (ZrZr))

ConfiabilidadConfiabilidadR (%)R (%)

Desviación Estándar Total (So)Desviación Estándar Total (So)

0.30 0.30 -- 0.45 Pavimentos R0.45 Pavimentos Ríígidosgidos

0.40 0.40 -- 0.45 Pavimentos Flexibles0.45 Pavimentos Flexibles

Índice de Índice de ServiciabilidadServiciabilidad PresentePresente

PSI inicial = Inicio del Periodo PSI inicial = Inicio del Periodo

PSI Final = Fin del PeriodoPSI Final = Fin del Periodo

∆∆ PSI = PSI = PSIPSI Final Final –– PSI inicialPSI inicial

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

MrMr(psi(psi)) = 1500= 1500xxCBRCBR

MrMr == 1500xCBR para CBR < 10% sugerida por AASHTO1500xCBR para CBR < 10% sugerida por AASHTO

MrMr == 3000xCBR 3000xCBR 0.650.65 para CBR de 7.2% a 20% esta para CBR de 7.2% a 20% esta ecuación ecuación fuéfué desarrollada en Sudáfricadesarrollada en Sudáfrica

MrMr == 4326xlnCBR4326xlnCBR + 241 utilizada para suelos granulares + 241 utilizada para suelos granulares por la propia guía AASHTOpor la propia guía AASHTO

Módulo Módulo ResilenteResilente de la de la SubrasanteSubrasante

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 W18 = Zr x So + 9.36 x log (SN+1) - 0.20 + ----------------- + 2.32 x log MR - 8.07 1094 0.40 + ----------------

(SN+1)5.19

CARTA DE DISEÑO AASHTO 1993CARTA DE DISEÑO AASHTO 1993

SN=a1xD1+a2xD2xm2+a3xD3xm3

ESTRUCTURACIÓN ESTRUCTURACIÓN DEL PAVIMENTODEL PAVIMENTO

CARACTERISTICAS DE

DRENAJE

AGUA

ELIMINADA

EN

Porcentaje de tiempo en el año, que la estructura del

Pavimento está expuesta a un nivel de humedad próxima a la

saturación

< 1% 1% - 5% 5% - 25% > 25%

Excelente 2 horas 1.40-1.35 1.35-1.30 1.30-1.20 1.20

Bueno 1 día 1.35-1.25 1.25-1.15 1.15-1.00 1.00

Regular 1 semana 1.25-1.15 1.15-1.05 1.00-0.80 0.80

Pobre 1 mes 1.15-1.05 1.05-0.80 0.80-0.60 0.60

Muy Malo No drena 1.05-0.95 0.95-0.75 0.75-0.40 0.40

COEFICIENTE DE DRENAJECOEFICIENTE DE DRENAJE

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

Coeficiente de Coeficiente de Aporte EstructuralAporte Estructural

hEl coeficiente estructural para material de Base es estimado a traves de la siguiente formula

a2 = 0.2 x a2 = 0.2 x loglog EBS EBS –– 0.9770.977

EBS = K1 EBS = K1 θ K2K2

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)

RANGO DE TRAFICO CONCRETO

ASFALTICO

ESPESOR

DE BASE

Menos de 50,000 1 (Tratamiento

Superficial)

4

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

ESPESORES MINIMOS (PULGADAS)

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

Pt = 2.0

SN = 2.69

a1 = 0.17/cm, a2 = 0.053/cm (CBR=80%)

m1= 1.0

Ejemplo de Diseño:

09092020

CARPETA ASFÁLTICA EN CALIENTECARPETA ASFÁLTICA EN CALIENTEBASE GRANULARBASE GRANULAR

ESPESORESPESOR(cm)(cm)

DESIGNACIÓNDESIGNACIÓN

2.2 Metodología del Instituto del Asfalto2.2 Metodología del Instituto del Asfalto

h Parámetros de Diseño h Calidad de la subrasante.h Materiales de construcciónh Tráfico

El Método introduce valores promedios de temperatura ambiental a la que el pavimento estará sometidas todo el año

TEMPERARURA MEDIA

ANUAL DEL AIRE EFECTOS DE LA HELADA

<7°c (46°F) Si

15.5°C(60?F) Posible

>24°C(75?C) No

Instituto del Asfalto

TEMPERATURA MEDIA DE DISEÑO

NUMERO DE CARRILES

(DOS DIRECCIONES)

PORCENTAJE DE TRAFICO EN EL

CARRIL DE DISEÑO (%)

2 50

4 45(35-48)*

6 o más 40(25-48)*

PORCENTAJE DE TRAFICO POR CARRIL DE DISEÑO

RANGO DEL TRAFICO VALOR DEL PERCENTIL

Menos 104 60%

104 a 106 75%

mas de 106 87.5%

VALOR DE PERCENTIL PARA TRAFICO DE DISEÑO

RANGO DE TRAFICO CONDICION DE

TRAFICO

ESPESOR MINIMO

DE CONCRETO

ASFALTICO

Menos de 104 Tráfico bajo 75mm

104 a 106 Tráfico medio 100mm

Mas de 106 Tráfico alto 125mm

ESPESORES MINIMOS RECOMENDADOS

Abaco de Diseño de Espesores Instituto del AsfaltoAbaco de Diseño de Espesores Instituto del Asfalto

Cálculo y Elección del Método de DiseñoCálculo 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 II ParteParte.. EVALUACIÓN DE EVALUACIÓN DE PAVIMENTOS PAVIMENTOS

EVALUACIÓN DEL PAVIMENTO

ANÁLISIS DEANTECEDENTES

RECONOCIMIENTOPRELIMINAR

CALIDAD DEMATERIALES

ACTUALIZACIÓN DEPARÁMETROS

OTROSASPECTOS

CONDICIÓNESTRUCTURAL

CONDICIÓNFUNCIONAL

Relevamiento de Fallas Viga Benkelman Normas Internacionales

Medición de Rugosidad

ESTADO REAL DELPAVIMENTO

MEDIDAS DEREHABILITACIÓN

- 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.

EVALUACION DE PAVIMENTOS

ETAPAS DE EVALUACIONETAPAS 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 FUNCIONALCONDICIÓN FUNCIONAL

RELEVAMIENTO DE FALLAS

• Reconocimiento detallado de la vía, anotándose los asomos o existencia de fallas.

• Catalogo de Fallas

.

Establecido mediante la ejecución de Relevamiento de Fallas y Medición de Rugosidad

MEDICIÓN DE RUGOSIDADMEDICIÓN DE RUGOSIDADEquipos de Medición.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.

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.

Condición EstructuralCondición Estructural

Análisis de DeflexionesAnálisis 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.

Deflexión CaracterísticaDeflexión CaracterísticaDe 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 σ

Deflexión AdmisibleDeflexión AdmisibleEl 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/Dk2

adm (k1=1.15 y k2=4)N = Numero de Ejes equivalentes (8.2 tn)Dadm = Deflexión Admisible

Muestreo de MaterialesMezcla AsfálticaUbicación .- Características Superficiales o Estructurales similares

Diamantina o Bloques de 30 x 40 cm

Verificación del Espesor de Carpeta

Sentido de FisurasMaterial de Base Granular

Material de Subrasante

Controles de Compactación

CALIDAD DE MATERIALESCALIDAD DE MATERIALES

Trabajos En LaboratorioTrabajos 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 RESULTADOSANALISIS DE RESULTADOS

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

Del Análisis de Antecedentes

Expediente Técnico

Diseños de Mezcla

Controles de Producción de Material de Base Granular

Los controles de producción de mezcla asfáltica:

Informes Mensuales de ObraInformes Mensuales de Obra

a. Rígidas (alto factor de rigidez )

b. Sobrecalentadas (temp > 150 ºC), lo que acelera el proceso de oxidación del asfalto.

De los Trabajos en CampoDe los Trabajos en Campo

Evaluación Superficial

a) Relevamiento de Fallas en el PavimentoCatalogo de Fallas MTC-CONREVIAL-Severas(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 ServiciabilidadAASHTO

IRI = 5.5 x LN(5/PSI), IRI ≤ 12(m/Km)

CUADRO DE RESULTADOSCUADRO DE RESULTADOS

5.685.685.225.22Coeficiente de VariaciónCoeficiente de Variación0.1290.1292.32.32.52.5

DERECHODERECHO

IRI (m/IRI (m/kmkm))

0.1420.142Desviación TípicaDesviación Típica2.22.2Rugosidad mínima (m/Rugosidad mínima (m/kmkm))2.52.5Rugosidad máxima (m/Rugosidad máxima (m/kmkm))

IZQUIERDOIZQUIERDOCARRILCARRIL

MEDICIÓN DE RUGOSIDADMEDICIÓN DE RUGOSIDAD

Rugosidad CaracterRugosidad Caracteríísticastica

RcRc = IRI = IRI promprom ±± FFss x x SSxx

Serviciabilidad Buena

PésimoPésimoMalaMala

RegularRegularBuenaBuena

Muy BuenaMuy Buena

0 0 –– 111 1 –– 222 2 –– 333 3 –– 444 4 -- 55

CalificativoCalificativoÍndice de Índice de ServiciabilidadServiciabilidadPresente (PSI)Presente (PSI)

3.13.13.13.13.13.1PSI (AASHTO)PSI (AASHTO)

2.52.52.52.52.52.5IRI (m/IRI (m/kmkm))

AMBOSAMBOSIZQUIERDOIZQUIERDODERECHODERECHOCARRILCARRIL

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 = 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.

Evaluación EstructuralEvaluación Estructural

CRITERIO MTC-CONREVIAL

Dv. Ancón - Pte. Chancay Km 43+377 - Km 66+287

CARRIL

DERECHO

IZQUIERDO

SUB-TRAMO

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

VALORES DE DEFLEXIÓN ADMISIBLEVALORES DE DEFLEXIÓN ADMISIBLE

Calculo de Refuerzo EstructuralCalculo 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 log Do

0.434 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.

ESPESORES DE REFUERZO (Método del Dr. Ruiz)

Espesor de Refuerzo

Carril Derecho Izquierdo Rugosidad Característica Superior (m/Km) I II III I II III Rugosidad Característica Inferior (m/Km) - 5.0 - - 5.0 -

Los resultados de la aplicación de la relación anterior en la vía tomada como ejemplo se indican a continuación :

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 LaboratorioAnálisis 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 Oliensispositivo.

ACTUALIZACION DE PARAMETROSACTUALIZACION 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 ASPECTOSOTROS 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 Trabajos de Reparación para Rehabilitación de Pavimentos Flexibles Pavimentos Flexibles

Métodos de Rehabilitación sin RefuerzoMétodos 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.

FATIGA O FALLA METODOS DE REPARACION METODOS PREVENTIVOS

Piel de Cocodrilo Reparación de todo el espesor de la carpeta Sellado de fisuras (cuando son fallas escasas)

Exudación Aplicar arena caliente -

Fisura en bloques Sellar fisuras -

Depresión Nivelar superficie -

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

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

METODOS PREVENTIVOS Y DE REPARACION PARA METODOS PREVENTIVOS Y DE REPARACION PARA FATIGAS ASFALTICASFATIGAS ASFALTICAS

Trabajos a EjecutarTrabajos a EjecutarEn concordancia con el tipo y magnitud de las fallas encontradas, se establece los trabajos requeridos tales como

ACTIVIDADTratamiento de fisuras (Emulsiones Asfálticas)Tratamiento de fisuras (Slurry Seal)Parchado SuperficialCarpeta AsfálticaSello AsfálticoReparación de Bermas

Otros Equipos como el Profilograp y el rugosimetrolaser 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 últimadécada 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: Son aquellos procedimientos que cuentan con modelos desarrollados a partir de la experimentación u observaciones de durabilidad de pavimentos ya construídos.

2,000

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 irádesplanzando 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 análiticosusados, 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:

Modelos de Teóricos

Funciones de Transferencia

Trafico

Materiales

PAVIMENTO PERDURE LA VIDA PROYECTADA

Construcción

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: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: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: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, seránecesario 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.

Conclusiones:Mejorar las especificaciones técnicas y controles de calidad en base a nuevos procedimientos constructivos, materiales, investigaciones y pruebas experimentales.

Desarrollar modelos que tomen en consideración las nuevas configuraciones de ejes y cargas.