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UNIVERSIDAD TECNICA FEDERICO SANTA MARIADEPARTAMENTO DE OBRAS CIVILES

REHABILITACIN DE PAVIMENTOSMEDIANTE RECAPADOS

Proyecto Vial

Fernando Lizama Abarca

Josu Larenas Valenzuela

20/01/2014


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Rehabilitacin de Pavimentos mediante Recapados Proyecto Vial

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INDICE GENERAL

Contenido

RESUMEN EJECUTIVO ............................................................................................................................................ 3

INTRODUCCIN ..................................................................................................................................................... 4

CONSIDERACIONES BSICAS PARA LA REPOSICIN DE PAVIMENTOS.................................................................. 5

1. GENERAL ................................................................................................................................................... 5

2. CONSIDERACIONES IMPORTANTES PARA EL DISEO DE RECARPETEOS .................................................. 5

2.1. REPARACIONES PREVIAS .................................................................................................................. 5

2.2. REFLEXIN DE GRIETAS .................................................................................................................... 5

2.3. EJES SOLICITANTES ........................................................................................................................... 6

2.4. DRENAJE ........................................................................................................................................... 6

3. EVALUACIN DE LA ESTRUCTURA EXISTENTE .......................................................................................... 8

3.1. TRAMOS UNIFORMES ....................................................................................................................... 8

3.2. CONDICIN FUNCIONAL ................................................................................................................... 8

3.3. CONDICIN ESTRUCTURAL ............................................................................................................... 9

CONDICIN ACTUAL DEL PAVIMENTO ................................................................................................................ 11

4. ESTRUCTURA EXISTENTE ......................................................................................................................... 11

5. AUSCULTACIN DEL PAVIMENTO ........................................................................................................... 11

5.1. Resumen del mtodo ..................................................................................................................... 11

5.2. Resultados Obtenidos .................................................................................................................... 126. CALCULO DE LAS PROPIEDADES ELASTICAS A PARTIR DE LA DEFLECTOMETRIA DE IMPACTO .............. 13

RECARPETEO ASFLTICO SORE PAVIMENTOS DE ASFALTO ....................................Error! Bookmark not defined.


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INDICE DE TABLAS

Tabla 1. Factores de equivalencia a utilizar en Recapado ..................................................................................... 6

Tabla 2. Valores del coeficiente C ....................................................................................................................... 10

Tabla 3. Estructura de las Vas en Estudio ........................................................................................................... 11

Tabla 4. Mediciones obtenidas de Avenida El Rincn ......................................................................................... 12

Tabla 5. Mediciones obtenidas de Calle de la Aguada ........................................................................................ 12Tabla 6. Mediciones obtenidas de Camino La Rinconada ................................................................................... 12


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RESUMEN EJECUTIVO


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INTRODUCCIN

En la actualidad, el diseo de pavimentos se efecta de tal manera que la estructura mantenga las

propiedades para las cuales fue creado y cumpla con las solicitaciones de trfico y del ambiente durante una

cierta cantidad de aos, denominada vida de diseo, que depende de la importancia de la va y la

confiabilidad.

Con el transcurso del tiempo el pavimento se va deteriorando producto de las distintas solicitaciones, se

pierde la capacidad funcional y estructural de esta, por lo cual se hace necesaria ya sea la repavimentacin o

la rehabilitacin de la estructura. Este tipo de trabajos no solo se realizan cuando el pavimento se encuentra

defectuoso, muchas veces es producto del requerimiento de un mayor espesor de la estructura debido a una

mayor solicitacin por trfico. La repavimentacin y la rehabilitacin de los pavimentos, se puede efectuar

mediante asfalto y tambin de hormign.

En este documento se presenta el recarpeteo de tres pavimentos flexibles distintos, ste recapado se efecta

utilizando mezcla asfltica. Para el diseo de esta capa adicional se siguen los procedimientos propuestos por

el Manual de Carreteras y tambin de la Gua de Diseo de Pavimentos de la AASHTO.

Para la estimacin de la capacidad actual de los pavimentos se recurre a ensayos no destructivos,

especficamente lo que es el Deflectmetro de Impacto, y a partir de aquellas mediciones se define la

capacidad estructural efectiva con la cual es posible despus definir el espesor del recapado a utilizar.


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CONSIDERACIONES BSICAS PARA LA REPOSICIN DE PAVIMENTOS

1. GENERAL

En el concepto ms amplio, la reposicin de pavimentos involucra numerosas tcnicas y procedimientos

destinados a mejorar la capacidad estructural y/o funcional de los pavimentos. Varios de estos

procedimientos son ms propios del mantenimiento pues no involucran diseos propiamente tales, de

manera que no corresponde detallarlos en este documento. Aqu se entregan criterios y mtodos para

disear reposiciones que involucran la colocacin de una capa adicional de pavimento, que puede ser de

hormign o de asfalto, con el objetivo de extender significativamente la vida til de la superestructura. Por

incluir una capa adicional cuyo diseo considera el aporte estructural del pavimento a reponer, los

procedimientos que se describen se denominan recarpeteos. Se diferencian de las reconstrucciones o

repavimentaciones porque en esas el diseo prescinde del aporte del pavimento a reponer, ya sea porque

ste se retira previamente o por que no trabaja conjuntamente con la nueva estructura.

Algunas de las consideraciones importantes que se deben tener a la hora de disear un recapado se muestran

a continuacin.

2. CONSIDERACIONES IMPORTANTES PARA EL DISEO DE RECARPETEOS

2.1. REPARACIONES PREVIAS

El deterioro de un pavimento incluye fallas visibles y otras que no pueden verse desde la superficie y deben

detectarse por otros medios. Cualquiera fuera el tipo y caractersticas del recarpeteoa colocar, se requiere

una cierta cantidad de reparaciones previas, de manera que el comportamiento de la nueva capa no se vea

adversamente afectado. Muchas de las fallas que se presentan en este tipo de rehabilitaciones tienen su

origen en una carencia o reparaciones previas deficientes.

La cantidad y caractersticas de las reparaciones previas estn relacionadas con el tipo de recarpeteo a

colocar; consecuentemente, la seleccin de cual tipo utilizar est influenciada por el nivel del deterioro que

presente el pavimento. Cuando un pavimento se encuentra muy deteriorado deben elegirse los sistemas

menos sensibles a la condicin del pavimento existente.

Como las reparaciones previas dependen del tipo de rehabilitacin a utilizar, los alcances que deben darse a

estas obras se sealan al analizar los diferentes tipos de recarpeteos.

2.2. REFLEXIN DE GRIETAS

La reflexin de grietas es frecuentemente el origen de muchos deterioros de los recarpeteos. Los mtodos de

diseo no consideran los efectos de la reflexin de grietas, de manera que deben tomarse medidas especiales

para minimizar la ocurrencia de este fenmeno. Algunos criterios que se han utilizado con xito para

minimizar la reflexin de grietas son:

Como norma general, entre mayor es el espesor del recarpeteo ms se retarda la aparicin de grieta

reflejadas. Sin embargo, casi nunca resulta recomendable aumentar el espesor ms all de ciertos lmites

slo para disminuir este efecto.


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Se han obtenido excelentes resultados al incluir en los recarpeteos asflticos sobre pavimentos de

hormign, una base asfltica de granulometra abierta. Para caminos rurales, donde existe un nmero

significativo de camiones pesados, recarpeteos de un espesor total igual o superior que unos 120 mm,

incluyendo la capa de granulometra abierta, han retardado significativamente la aparicin de grietas

reflejadas.

Antes de recarpetear con asfalto un pavimento de hormign se deben reparar o reemplazar las losas muyquebradas (3 ms grietas) que presenten signos de estar trabajado (las juntas presentan saltaduras de

bordes).

Antes de recarpetear con asfalto un pavimento asfltico, se deben reemplazar todas las reas que

presenten agrietamiento por fatiga de alta severidad y cualquier otra zona inestable. Los conceptos de

nivel de severidad son los que se indican en el MC-V7 Mantenimiento Vial, Anexo Catlogo de Deterioros

de Pavimentos.

El espesor de un recarpeteo asfltico sobre un pavimento asfltico, con propsito de reforzar la

estructura de un camino rural con un nmero significativo de camiones, no deber ser inferior a 90 mm.Capas destinadas a una mejora funcional del pavimento pueden tener espesores mucho menores.

La mayora de las membranas plsticas fabricadas especialmente para recarpeteos asflticos sobre capas

asflticas, permiten disminuir o eliminar los espesores adicionales que se suelen colocar para retardar la

reflexin de grietas (no incluye disminuciones de espesores de diseo). Sin embargo, debe tenerse en

consideracin que la efectividad de estos elementos es muy sensible a los procedimientos utilizados al

colocarlos.

2.3.

EJES SOLICITANTES

Los ejes equivalentes acumulados durante la vida til del proyecto deben calcularse utilizando los coeficientes

de equivalencia adecuados que se sealan en el Numeral 3.603.202 del Manual de Carreteras. Los factores de

equivalencia que corresponde utilizar para cada tipo de recarpeteo son los que se indican en la siguiente

tabla:

Tabla 1. Factores de equivalencia a utilizar en Recapado

2.4. DRENAJE

El agua muy a menudo es el origen del deterioro (o la aceleracin del deterioro) que afecta tanto a

pavimentos rgidos como flexibles. En el diseo de una reposicin se debe investigar si mejorando el drenaje


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de la plataforma y/o bajo el pavimento, se podra desacelerar el ritmo del deterioro que ha venido

experimentando el pavimento. En los pavimentos flexibles la humedad puede ser la causa o el origen de la

aceleracin de fallas tales como la prdida de ridos, ahuellamientos, deformaciones, grietas por fatigamiento

y baches. En pavimentos rgidos puede causar surgencia de finos, deterioro de juntas, escalonamiento de

juntas y grietas de esquinas. En zonas donde hay penetracin de la helada, la subrasante pierde parte de la

capacidad soporte.

Durante los estudios de terreno, incluso durante la construccin, se debe verificar la eficiencia del sistema de

drenaje del pavimento existente y detectar cualquier falla originada en deficiencias de ste.


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3. EVALUACIN DE LA ESTRUCTURA EXISTENTE

3.1. TRAMOS UNIFORMES

Para abordar el diseo del recarpeteo debe subdividirse el camino en tramos uniformes, para los que se

establecen parmetros de diseo en forma independiente de los otros tramos; deben corresponder a valores

promedios de factores tales como el espesor, nmero de grietas por kilmetro, mdulo resiliente o capacidad

soporte, etc. Definidos los parmetros representativos de un tramo, se determina un espesor de recarpeteo

nico para ese tramo.

3.2. CONDICIN FUNCIONAL

La condicin funcional se refiere a cualquier factor que afecte adversamente la serviciabilidad del camino

desde el punto de vista del usuario. Ciertos tipos de deterioro funcional pueden solucionarse colocando un

recarpeteo, en especial los relacionados con un bajo coeficiente de roce al deslizamiento.

El siguiente listado describe algunos de los deterioros funcionales que ms comnmente se presentan y la

forma de abordarlos.

En todo tipo de pavimento, un coeficiente de roce al deslizamiento insuficiente originado en agregados

pulidos y/o clima hmedo, puede incrementarse colocando un recarpeteo de espesor adecuado a los

niveles de trnsito. Tambin se soluciona con un sello de friccin en los pavimentos asflticos y mediante

un cepillado en los de hormign.

Cuando el pavimento resbaloso tiene su origen en la exudacin del asfalto, la mejor solucin

normalmente consiste en remover la capa superficial mediante una fresadora, reemplazndola por una

capa de friccin de granulometra abierta o una capa diseada para los niveles de trnsito existentes.

En cualquier tipo de pavimento, las irregularidades de la superficie causadas por ondulaciones pueden

corregirse mediante una capa nivelante, es decir, de espesores variables.

Las irregularidades causadas por un agrietamiento severo y por baches, slo se corrigen temporalmente

si se coloca un recarpeteo; la solucin integral debe incluir reparaciones en todo el espesor de las reas

deterioradas y la colocacin de una capa de caractersticas y espesor adecuados para retardar la reflexin

de las grietas hacia la superficie.

Las irregularidades causadas por una prdida del rido superficial, se pueden solucionar mediante un

recarpeteo de poco espesor. En todo caso deben tomarse medidas, incluso removiendo la parte

superficial, para asegurar una buena adherencia entre la capa antigua y la nueva; tambin debe

asegurarse que el problema no se origina en una mala adherencia rido - asfalto, pues en tal caso deberemoverse toda la capa.

Las irregularidades causadas por el escalonamiento de las juntas de un pavimento de hormign pueden

aliviarse mediante la colocacin de un recarpeteo de espesor adecuado o mediante el cepillado de la

superficie. Sin embargo, el escalonamiento est indicando una mala transferencia de cargas entre las

juntas y problemas en el drenaje de la subbase, de manera que una solucin integral debe considerar

estos problemas.


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3.3. CONDICIN ESTRUCTURAL

La insuficiencia estructural se refiere a cualquier factor que reduzca la capacidad del pavimento para soportar

solicitaciones. Los procedimientos que se describen para disear refuerzos de los pavimentos se basan en el

concepto que el tiempo y la repeticin de las cargas disminuyen la capacidad de soporte del pavimento y que

es posible incrementar esa capacidad mediante un recarpeteo.

En los pavimentos flexibles la capacidad estructural queda representada por el nmero estructural (NE); en

los rgidos es el espesor de la losa (H) el que la define, en tanto que en los compuestos (asfalto sobre

hormign) la capacidad estructural se expresa como un espesor equivalente. Si CEef es la capacidad estructural

efectiva de un pavimento existente; CEf la capacidad estructural que requiere para soportar las solicitaciones

previstas y CErec la capacidad estructural del recarpeteo a colocar, entonces la deficiencia estructural o

capacidad estructural que se debe adicionar es: CErec = CEf - CEef . Esta expresin indica obviamente, que la

capacidad estructural a adicionar slo puede ser correctamente calculada en la medida en que se evale

adecuadamente la capacidad estructural del pavimento existente.

Para evaluar la capacidad estructural efectiva se debe considerar la condicin actual del pavimento, as como

el comportamiento futuro de los materiales. No existe un procedimiento nico y definitivo para determinarla;

en este escrito se detalla el mtodo basado en ensayos no destructivos.

3.3.1. Mtodo basado en ensayos no destructivos

Este procedimiento, que consiste en medir deflexiones por medio de un deflectmetro de impacto, permite

evaluar directamente las caractersticas de la subrasante y de las capas del pavimento; es el que entrega

mejor informacin y ms fidedigna para determinar la capacidad estructural efectiva y por lo tanto, se

recomienda que se utilice siempre, dejando los otros procedimientos para obtener informacin

complementaria o para casos excepcionales debidamente autorizados, en que no se pueda disponer de un

deflectmetro de impacto. El mdulo resiliente se debe calcular mediante la ecuacin de Losberg o mediante

programas de retroanlisis; en este ltimo caso, se deber poner a disposicin de la Direccin de Vialidad los

software Modulus y Wesdef.

A pesar de las bondades sealadas, debe tenerse en consideracin que el sistema de medicin de deflexiones

presenta algunas limitaciones que deben tenerse muy en cuenta. Las deflexiones permiten determinar

mediante retroclculo, las propiedades de las diferentes capas que integran el pavimento y de la subrasante,

pero ello requiere conocer los espesores de las capas que componen la estructura. Los resultados son muy

sensibles a pequeas variaciones de espesor, de manera que es muy importante asegurarse que

efectivamente los valores usados son los reales; no deben utilizarse espesores medios o aproximados,

conviene verificarlos en terreno con cierta frecuencia a lo largo del camino.

Por otra parte, el mdulo elstico de la subrasante calculado mediante retroanlisis, no es el mismo mdulo

resiliente que se utiliza en el mtodo AASHTO. En tanto no se cuente con estudios ms acabados, se

recomienda utilizar las siguientes relaciones para transformar el mdulo retroanalizado (Esr) al mdulo

resiliente (MR) que utiliza el mtodo AASHTO.

Para pavimentos flexibles se tiene lo siguiente:


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Los valores del parmetro C son mostrados en la siguiente tabla:

Tabla 2. Valores del coeficiente C

h: altura del terrapln [m].

para h > 2 [m]; usar C = 0,33 o 1,00, segn corresponda.


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CONDICIN ACTUAL DEL PAVIMENTO

1. ESTRUCTURA EXISTENTE

Se evaluar la condicin de tres vas de distinta clasificacin y caractersticas, stas son mostradas a

continuacin:

Descripcin Camino La Rinconada Calle Central Calle Tres

Tipo de Va Camino Publico Colectora Local

Estructura de Pavimento Carpeta de Rodado deASFALTO, e=7 cm. + Base

Estabilizada, e=15 cm, 80%CBR. + Sub-Base

Estabilizada, CBR 40%,e=30 cm.

Carpeta de Rodado deASFALTO, e=7 cm. + Base

Estabilizada, e=15 cm, 80%CBR + Sub-Base

Estabilizada, CBR 40%,e=30 cm.

Carpeta de Rodado deASFALTO, e=5 cm + Base

Estabilizada, e=15 cm, 80%CBR.

Tabla 3. Estructura de las Vas en Estudio

La va colectora tiene tuicin MINVU RM, el camino La Rinconada tuicin MOP, mientras que la calle local

tuicin RM.

2.AUSCULTACIN DEL PAVIMENTO

Para medir las deflexiones de los pavimentos se utiliza el Deflectmetro de Impacto, este mtodo sirve para

determinar las deflexiones superficiales por medio de la aplicacin de una carga de impacto en la superficie

del pavimento o estructura. Las deflexiones resultantes son medidas en el centro y a distintas distancias del

lugar de aplicacin de la carga. Las deflexiones pueden ser directamente correlacionadas con el

comportamiento del pavimento in situ, o utilizadas para estimar las propiedades de los materiales de las

capas que conforman la estructura del pavimento.

Estos ensayes se realizan para obtener informacin que permita evaluar la capacidad de una estructura de

pavimento, determinar la capacidad de soporte del suelo de fundacin o subrasante, estimar la capacidadestructural y las propiedades de los materiales de cada capa en forma individual, estimar la transferencia de

carga en juntas y grietas de pavimentos de hormign o pavimentos compuestos (recapados), determinar en

forma estadstica secciones de pavimento con diferente comportamiento, para el control en diferentes etapas

de la construccin de una estructura de pavimento (coronamiento de terrapln, subrasante, subbase, base,

capas de rodadura, etc.), para la deteccin de vacos bajo las losas de hormign y para fines receptivos.

2.1. Resumen del mtodo

El ensaye simula un pulso de fuerza generado por la cada de un peso, y es transmitido a travs de un plato

que descansa en la superficie de la estructura por auscultar. El equipo de ensaye puede ser montado en un

vehculo o en un sistema de remolque tirado por un vehculo.

Se detiene el vehculo, posicionando el plato en el lugar del ensaye junto a los sensores de deflexin, hasta

que descansen perpendicularmente sobre la superficie. Luego se levanta la masa hasta una altura predefinida

la que al caer libremente aplique la fuerza de impacto deseada. En el momento del impacto se miden los

movimientos verticales o deflexiones del pavimento mediante la instrumentacin adecuada. Esta

instrumentacin deber ser capaz de medir las diferencias de desplazamiento, que se generan entre el reposo

inicial y la mxima deflexin alcanzada durante el impacto en cada punto de medicin. Deben realizarse al


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menos dos mediciones sin contar la carga de asentamiento con diferentes alturas de cada de la masa, antes

de retirar el plato y los sensores.

Las deflexiones mximas en cada lugar de medicin, resultantes de la aplicacin de la carga de impacto,

se debern registrar en micrmetros (m), mientras que la fuerza mxima aplicada por la masa en el

impacto es ledo en kN.

El plato de carga utilizado es de 300 [mm] de dimetro.

2.2. Resultados Obtenidos

Se ejecuta la deflectometra de impacto para cada pavimento obtenindose lo siguiente:

Avenida El Rincn ( COLECTORA)

Pista Pk Carga D0 D20 D30 D45 D60 D90 D120 Taire Tpav Hora H1 H2

m kN m m m m m m m C C cm cm

U 1 46.6 550 410 313 211 145 75 51 13.0 20.0 12:44:10 5.5 45

U 50 46.7 560 425 343 248 184 112 73 12.9 21.1 12:45:14 5.5 45

U 102 46.8 586 464 363 247 173 97 66 13.3 21.5 12:46:24 5.5 45

U 133 46.6 555 420 341 246 185 110 68 13.2 20.2 12:47:59 5.5 45Tabla 4. Mediciones obtenidas de Avenida El Rincn

Calle de la aguada

Pista Pk Carga D0 D20 D30 D45 D60 D90 D120 Taire Tpav Hora

m kN m m m m m m m C C

1 3 46.9 391 260 182 110 74 46 32 15.6 23.4 13:25:41

2 24 46.6 659 577 438 288 187 86 41 14.4 23.0 13:36:31

1 50 45.9 449 327 227 113 92 51 39 15.4 24.1 13:26:56

2 67 46.6 671 547 403 251 159 75 44 14.3 23.6 13:35:30

1 100 46.2 549 458 338 214 145 79 48 15.4 24.1 13:28:00

2 110 46.9 578 418 311 201 134 74 44 13.7 20.8 13:34:21

Tabla 5. Mediciones obtenidas de Calle de la Aguada

Camino La Rinconada

Pista Pk Carga D0 D20 D30 D45 D60 D90 D120 Taire Tpav Hora H1 H2

m kN m m m m m m m C C cm cm

1 1 47.3 539 415 334 245 183 109 69 13.0 19.6 12:50:27 7.3 45

2 22 46.5 444 380 338 203 131 66 38 14.4 21.0 13:13:22 7.3 45

1 24 47.5 689 589 497 387 276 188 103 13.4 20.3 12:51:31 7.3 45

1 35 46.4 743 581 476 397 342 182 97 13.4 21.1 12:52:46 7.3 45

1 52 47.1 680 526 428 310 223 117 67 13.1 22.4 12:53:43 7.3 45

2 75 46.6 407 308 230 168 92 42 33 13.8 24.7 13:12:15 7.3 45

1 98 47.0 552 414 324 217 147 72 40 13.2 23.2 12:54:53 7.3 45

2 124 46.3 546 417 382 272 166 85 60 14.2 24.1 13:11:20 7.3 45

1 152 46.2 780 667 561 457 393 226 146 13.2 22.1 12:55:59 7.3 45

2 170 46.3 551 477 351 243 140 63 42 14.1 22.8 13:10:22 7.3 45

1 201 46.8 545 393 304 209 146 78 38 13.8 22.8 12:56:59 7.3 45

2 225 45.8 564 506 426 226 119 59 46 14.5 21.9 13:09:26 7.3 45

1 255 46.8 436 327 257 178 124 71 48 13.4 22.4 13:00:01 7.3 45

2 274 46.2 460 349 285 145 84 40 30 14.3 21.8 13:08:30 7.3 45

1 301 46.8 574 436 350 252 188 117 78 14.5 23.8 13:01:03 7.3 45

2 325 45.4 684 505 441 376 253 125 65 14.3 24.0 13:06:22 7.3 45

1 352 46.6 528 400 312 217 152 82 41 14.0 22.4 13:02:08 7.3 45

Tabla 6. Mediciones obtenidas de Camino La Rinconada


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3. CALCULO DE LAS PROPIEDADES ELASTICAS A PARTIR DE LA DEFLECTOMETRIA DEIMPACTO

Para pavimentos flexibles, el procedimiento que se describe permite utilizar los resultados en el mtodo de

diseo de pavimentos AASHTO; por ello en el retroanlisis de las deflexiones se utiliza un modelo simplificado

de dos capas; una superior (capas aglomeradas y granulares) para la cual calcula el mdulo elstico y el

Nmero Estructural Efectivo y una inferior (suelo de fundacin) para la cual calcula el Mdulo Resiliente.

3.1. Anlisis de las deflexiones para pavimentos flexibles

3.1.1. Mdulo Resiliente

El Mdulo resiliente para los pavimentos flexibles se determina por retroanlisis de acuerdo a la expresin:

Debiendose cumplir que:

Ademas,

{

[

()]}

En donde:

3.1.2. Numero Estructural Efectivo


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En cuanto al Nmero Estructural Efectivo para pavimentos flexibles, se determina mediante la siguiente

ecuacin:

Donde:

= Espesor total de todas las capas sobre la subrasante, cm.= Modulo efectivo del pavimento, MPa.Cabe mencionar adems, que la deflexin obtenida bajo el punto de aplicacin de la carga d 0, debe ser

corregida por carga y por temperatura, o sea se normaliza este valor para una carga de 50 [kN] y a una

temperatura del pavimento de 20 [C].

La correccin por carga se realiza de la siguiente forma:

Mientras que la correccin por temperatura se efecta mediante el siguiente grfico:

Ilustracin 1. Correccin de d0por temperatura del pavimento

3.2. Resultados de las propiedades elsticas de los pavimentos

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