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Eder Melendres
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7/17/2019 Eder Melendres
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Congreso Internacional deX nfraestructura Vial
& Expo Vial y TransporteLima, 22 y 23 de Agosto 2014
INSTITUTO DE LA CONSTRUCCIÓN Y GERENCIA – ICGe-mail: [email protected] / Web: www.construcción.org
XIII Congreso Internacional Infraestructura Vial & Expo Vial y Transporte 2014
El concepto principal de los contratos por niveles de servicio
es la transferencia de riesgo al Contratista. Su Valor
referencial está basado en ratios típicos y techos de inversión
por Km.
¿De que depende la magnitud del riesgo?
Genéricamente depende del costo requerido para cumplir con
los Niveles de Servicio.
¿De que depende el costo requerido?
INTRODUCCION
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¿De que depende el costo requerido?
La actividad más incidente en el servicio es definitivamente la
Conservación Periódica , y su costo depende del Pavimento
Básic o requer ido, consecuentemente es muy importante
determinar y analizar las variables técnicas mas importantes
que intervienen en su diseño.
INTRODUCCION
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• Definir las variables técnicas más relevantes que tienen
mayor incidencia en el tipo de Mantenimiento Periódico.
• Contar con información adecuada, para estimar y analizar
el nivel de riesgo inherente en un proyecto de conservación
vial.
• Recomendar criterios de diseño a nivel de pavimento
básico para optimizar el desempeño del mantenimiento
periódico.
OBJETIVOS
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Sin tener carácter limitativo, técnicamente se considera quese requiere evaluar los siguientes aspectos:
ANALISIS
ITEM VARIABLE
1 Premisas contractuales y condición inicial del pavimento,
en términos estructurales.
2 Tipo de fundación del pavimento.
3 Tecnología y/o tipo de pavimento básico.
4 Condiciones particulares de precipitación, drenaje y
homogeneidad de materiales.
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Premisas contractuales Típicas
Independientemente del requerimiento contractual el pavimento tiene que
estar diseñado para satisfacer el Numero Estructural requerido (SNreq).
Para ubicarnos en este escenario determinaremos cual es el rango de
SNreq, según los manuales de diseño de carreteras de bajo volumen detransito del Perú.
Premisas contractuales y condición inicial
del pavimento
METODO DEDISEÑO
TRAFICO
T0 T1 T2 T3
2.50E+04 7.80E+04 1.50E+05 3.10E+05
CBR
FUNDACION
(%)
BUENA REG UL AR POBR E MUY P OB RE
20 10 5 3
NAASRA ESPESOR (cm) 15 19 31 45
SNreq 0.62 0.79 1.28 1.86
AASHTO 93 SNreq 1.23 1.77 2.27 2.80
Tipo de Conservación Periódica Requerimiento estructural de la capade material granular
Pavimento básico con protecciónsuperficial
SN=0.87 / IRI= 3.5
Afirmado estabilizado sin protecciónsuperficial
SN=0.40 /IRI=7.5
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Es muy alta la probabilidad de que el SNreq sea mayor al valor de SNcontractual. Es aquí donde entra en el análisis una variable de importanciaque es la calidad y espesor la capa de material granular existente, queasumirá el déficit estructural (SNdif).
Espesor de pavimento adicional al contractual (cm), en función a l coeficiente estructural y déficit estructural SNdif .
Premisas contractuales y condición inicial
del pavimento
0.07 0.08 0.09 0.10 0.11 0.12
0.10 4 3 3 3 2 2
0.20 7 6 6 5 5 4
0.30 11 10 8 8 7 6
0.40 15 13 11 10 9 8
0.50 18 16 14 13 12 11
0.60 22 19 17 15 14 13
0.70 25 22 20 18 16 15
0.80 29 25 23 20 18 17
0.90 33 29 25 23 21 19
1.00 36 32 28 25 23 21
1.10 40 35 31 28 25 23
1.20 44 38 34 30 28 25
Leyenda
Aporte en la fase de Transitabilidad
S N d i f
COEFICIENTE ESTRUCTURAL (pulg/pulg)
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Es muy importante tomar datos in situ, puesto que en el caso de proyectos
de conservación vial no se interviene a nivel fundación, por lo tanto no es
posible que se adquiera los grados de compactación con las cuales se
calculan los CBR de laboratorio.
Caracterización de la fundación del
pavimento
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En esta fase se analiza el tipo de pavimento que puede ser desde unmaterial granular convencional procesado, hasta un suelo estabilizado con
alguna tecnología acorde al perfil del suelo. Posteriormente se verifica la
necesidad, espesor y calidad de la capa subyacente. En su conjunto el
pavimento debe cumplir con el SNreq.
La función de la capa subyacente, además de su aporte en términos de SN, es disipar los esfuerzos verticales a nivel de fundación, y garantizar una adecuada relaciónmodular.
Definición y Estructuración del Pavimento
Básico
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Fallas Típicas en Pavimentos Básicos
Definición y Estructuración del Pavimento
Básico
Asentamientos a nivelde fundación, y fatigaacelerada de la capasuperior del pavimento
por insuficienciaestructural.
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¿Cómo podemos definir y estructurar el pavimento básico?
Debemos considerar:
1. Numero Estructural requerido (SNreq)
2. Disponibilidad de Materiales, y
3. Comportamiento de la estructura.- Los esfuerzos verticales que llegan
a nivel de fundación y la correspondiente relación modular, deben serconsideradas en la estructuración. La experiencia ha demostrado quelas fallas típicas están relacionadas a este aspecto.
Definición y Estructuración del Pavimento
Básico
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Respecto al com portamiento, en términos de esfuerzos y deformaciones,analizarem os el caso típic o de una base conv enci onal y una base estabi lizada .
Para tal efecto, primeramente definimos como parámetro de control, el esfuerzoadmisible vertical a nivel de fundación, en la bibliografía existen relaciones matemáticasque pueden usarse, tales como la siguiente expresión dada por Kerkoven y Dormont:
Si asumimos como caso crítico, una fundación de CBR 3% a 5% (E=29 Mpa), y un tipode tráfico T2 (ESAL=150000), y usando el coeficiente de Jeuffray, obtendremos que elesfuerzo vertical admisible es de 0.05Mpa = 50 Kpa.
Definición y Estructuración del Pavimento
Básico
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Definición y Estructuración del Pavimento
Básico
Caso Bases Estabilizadas
Configuraciones estructurales supuestasSección TIPO A TIPO B
Modulo Espesor Poisson Modulo Espesor PoissonBase Estabilizada 362 Mpa 11cm 0.25 362 Mpa 11cm 0.25Capa Subyacente 98 Mpa 10 cm 0.35 98 Mpa 20 cm 0.35Fundación 29 Mpa 0.45 29 Mpa 0.45
RESULTADOS - CASO A
PROF. CAPAz (Kpa)
GRAFICO
0 Base Estabilizada 560.0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
0 .0 1 00 .0 2 00 .0 3 00 .0 4 00 .0 5 00 .0 6 00 .0 7 00 .0 8 00 .0
P R O F U N D I D A D ( c m )
ESFUERZO (Kpa)
5 Base Estabilizada 453.6
11 Base Estabilizada 216.3
11.001 Capa Subyacente 216.3
16 Capa Subyacente 125.2
21 Capa Subyacente 77.8
21.001 Fundación 77.8
50 Fundación 25.0
100 Fundación 8.3Comentario: Para el caso de tener una capa subyacente de 10cm, o menor, se excede elesfuerzo vertical admisible produciéndose una falla a este nivel.
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Definición y Estructuración del Pavimento
Básico
Caso Bases Estabilizadas
Configuraciones estructurales supuestasSección TIPO A TIPO B
Modulo Espesor Poisson Modulo Espesor PoissonBase Estabilizada 362 Mpa 11cm 0.25 362 Mpa 11cm 0.25Capa Subyacente 98 Mpa 10 cm 0.35 98 Mpa 20 cm 0.35Fundación 29 Mpa 0.45 29 Mpa 0.45
RESULTADOS - CASO B
PROF. CAPAz (Kpa)
GRAFICO
0 Base Estabilizada 560.0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
0 .0 1 00 .0 2 00 .0 3 00 .0 4 00 .0 5 00 .0 6 00 .0 7 00 .0 8 00 .0
P R O F U N D I D A D ( c m )
ESFUERZO (Kpa)
5 Base Estabilizada 462.6
11 Base Estabilizada 242.6
11.001 Capa Subyacente 242.6
26 Capa Subyacente 63.9
31 Capa Subyacente 44.4
31.001 Fundación 44.4
50 Fundación 22.5
100 Fundación 7.6
Comentario: Para el caso de tener una capa subyacente de 20cm, el esfuerzo verticalobtenido es menor al admisible, estos resultados nos indican que cuando se plantee eluso de bases estabilizadas es muy importante el espesor del pavimento en su conjunto,más aun teniendo fundaciones pobres y muy pobres.
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Definición y Estructuración del Pavimento
Básico
Caso Bases Convencionales
Configuración estructural supuesta
Sección Modulo Espesor Poisson
Base Convencional 210 Mpa 20 cm 0.25
Capa Subyacente 98 Mpa 10 cm 0.35
Fundación 29 Mpa 0.45RESULTADOS
PROF. CAPAz (Kpa)
GRAFICO
0 Base Convencional 560.0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
0 .0 1 00 .0 2 00 .0 3 00 .0 4 00 .0 5 00 .0 6 00 .0 7 00 .0 8 00 .0
P R O F U N D I D A D ( c m )
ESFUERZO (Kpa)
10 Base Convencional 352.8
20 Base Convencional 113.8
20.001 Capa Subyacente 113.7
25 Capa Subyacente 69.5
30 Capa Subyacente 46.9
30.001 Fundación 46.9
50 Fundación 22.8100 Fundación 7.9
Comentario: Para el caso de tener una capa subyacente de 10cm, el esfuerzo verticalobtenido es menor al admisible, esta es una de las ventajas de las bases convencionalesque permiten a través de su espesor alejar a la fundación de esfuerzos verticales mayoresal admisible.
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En base a los criterios de estructuración expuestos, en la siguiente tabla se menciona
algunas recomendaciones para la estructuración del pavimento en función a la calidad de la
Fundación, espesor de pavimento existente y clima del proyecto específico.
Definición y Estructuración del Pavimento
Básico
Fundación
Pavimento
e xi st en te (*) Re li eve y Cl ima
Zona Lluviosa
Zona de poca lluvia
Zona Lluviosa
Zona de poca lluvia
Zona LluviosaBase Convensional /Base Estabilizada Flexible
Zona de poca lluviaBase convencional /Base Estabilizada
Zona Lluviosa
Zona de poca lluvia
(*) Incluye aportes de material en la fase de transitabilidad(**) En el caso de fundaciones rocosas, no usar capas delgadas y considerar drenaje lateral revestido para evitar migración de finos.
Eo: Módulo de la fundación
E1: Módulo de la capa subyacente a la base
Buena/
Muy Buena
(**)
CBR>10%
espesor <15cm
espesor>15cm
CONDICION EN TERRENO
PAVIMENTO BASICO RECOMENDADO
espesor <15cm
espesor>15cm
Pobre/Muy
Pobre/Regu
lar
CBR<10%
OBSERVACION
Recomendable garantizar drenaje básico, y una
capa subyacente, que disipe los esfuerzos a
niveles permisibles en la fundación con una
relación Modular E1/Eo<4.
Para zonas lluviosas, implementar drenaje básico.
Base Convensional /Base Estabilizada Flexible
Base Convensional /Base Estabilizada
Base Estabilizada
Recomendable garantizar drenaje básico, y una
capa subyacente, que disipe los esfuerzos a
niveles permisibles en la fundación con una
relación Modular E1/Eo<4.
Para zonas lluviosas, implementar drenaje básico.
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Eficiencia de la estabilización: En el caso especifico de aplicación deestabilización química, se usa materiales de mediana plasticidad con
matriz fina, en cuyo caso la estabilización no solo debe ser medida en
base al mejoramiento de las propiedades mecánicas, si no también es
necesario el control de las nuevas propiedades de estabilidad volumétrica,
se recomienda incluir dentro de los diseños de mezcla el parámetro de
expansión, la experiencia indica que no debe superar el 0.5%.
Condiciones Particulares
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Homogeneidad de Materiales y espesores: Los procesos referidos a
mezclas y reciclado in situ, requieren una verificación preliminar del grado
homogeneidad en calidad y espesor de los materiales, este aspecto es
decisivo para la definición del tipo de pavimento básico.
Condiciones Particulares
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Drenaje: Es en la actualidad uno de los problemas más frecuentes queafectan este tipo de contratos, si bien se consideran obras básicas de
drenaje en los términos de referencia, en muchos casos no son
suficientes.
Condiciones Particulares
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• Se recomienda analizar los siguientes aspectos:
Conclusiones y recomendaciones
VARIABLE DESCRIPCION
1 Condición inicial de pavimento, en términos
estructurales
Exploración directa de espesores y estudio de suaporte estructural (en la mayoría de los casos son
espesores heterogéneos, y debe determinarse unespesor característico asociado a un grado deconfiabilidad).
2 Tipo de fundación del pavimento
Para definir el CBR de diseño, y sectoreshomogéneos es muy importante tomar datos in situ,
puesto que en el caso de proyectos de conservaciónvial no se interviene a nivel fundación, por lo tanto noes posible que se adquiera los grados de
compactación con las cuales se calculan los CBR de
laboratorio.
3 Tecnología y/o tipo de pavimento básico.
Directamente relacionado al performance del
mantenimiento periódico. Además de cumplir con losrequerimientos del Numero Estructural, es importante
analizar los esfuerzos y deformaciones de laconfiguración estructural que se defina.
4 Condiciones particulares
Analizar apropiadamente los aspectos relacionados, al
diseño de mezclas, Homogeneidad de los materialesdisponibles, y drenaje requerido e lo largo delproyecto.
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• Se incluye como parte del análisis, algunas recomendaciones para la
estructuración y definición del tipo de pavimento básico, no obstante
particularidades de ciertos proyectos pueden merecer la consideración
de soluciones diferentes a las mencionadas en el presente documento.
• Actualmente ya se están realizando estudios de pre inversión a nivel de
perfil, para proyectos que serán contratados bajo la modalidad de
Niveles de Servicio, lo cual permitirá optimizar las inversiones en este
tipo de proyectos.
Conclusiones y recomendaciones
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Agradecimiento a nuestros
Auspiciadores
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Muchas [email protected]