GUÍA METODOLÓGICA PARA EL DISEÑO DE OBRAS DE REHABILITACIÓN DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS DE CARRETERAS

PRÓLOGO DE LA SEGUNDA EDICIÓN

Mediante Resolución 2658 del 27 de junio de 2002, el Instituto Nacional de Vías adoptó la“Guía metodológica para el diseño de obras de rehabilitación de pavimentos asfálticos decarreteras”. Los cinco años largos que han transcurrido desde entonces, han aconsejado suactualización, para adaptarla a las experiencias que se han obtenido con su empleo, al estadoactual de la red vial nacional, a las condiciones prevalecientes del tránsito que circula por ella,al avance en los sistemas constructivos, a la evolución tecnológica en el campo de losmateriales de construcción, a la necesidad de enfatizar el empleo de aquellos modernossistemas no destructivos de evaluación de pavimentos que han demostrado su utilidad, y alhecho de que el INVÍAS ha asumido recientemente la administración de la red vial terciaria delpaís, la cual incluye algunos tramos pavimentados.

Asimismo, la necesidad insoslayable de proteger el medio ambiente obliga a privilegiar elestudio y la aplicación de las técnicas de rehabilitación de pavimentos que resulten menosagresivas para el entorno y que, a la vez, produzcan las menores repercusiones desfavorablessobre la circulación vehicular durante la ejecución de los trabajos de rehabilitación, enparticular en lo referente a la seguridad de los usuarios. Por otra parte, considerando que elMinisterio de Transporte, mediante Resoluciones 3288 y 3290 del 15 de agosto de 2007,ordenó la adopción de las Especificaciones Generales de Construcción de Carreteras y lasNormas de Ensayo de Materiales para Carreteras, elaboradas en 2006 por el Instituto Nacionalde Vías, se hace necesario incluir en la Guía las referencias pertinentes a los materiales y a losprocedimientos establecidos en dichos documentos, con el fin de mantener la coherencianecesaria entre las diferentes publicaciones técnicas de la entidad.

El lector podrá observar la inclusión de algunos temas no considerados en la primera edición,así como un cambio de enfoque en las pautas para el diseño de los refuerzos, buscandoadaptar la guía a la actual práctica común de la ingeniería de pavimentos colombiana.También, advertirá que algunos de los asuntos conservan el texto de la primera edición, porcuanto se ha considerado que durante el último lustro no se han producido modificacionesque ameriten un cambio en ellos y, además, no han sido objeto de observaciones por parte delos usuarios del documento.

Manteniendo su tradicional y permanente espíritu de actualización en el campo tecnológico,el Instituto Nacional de Vías agradece todas las sugerencias que realicen los lectores de estanueva versión de la guía metodológica, las cuales serán tenidas muy en cuenta para lasiguiente actualización, la cual habrá de producirse en los años venideros.

DANIEL ANDRÉS GARCÍA ARIZABALETADirector General

Bogotá D.C., mayo de 2008

PRÓLOGO DE LA PRIMERA EDICIÓN

Con motivo de los estudios del primer plan de recuperación de la red nacional pavimentada, elantiguo Ministerio de Obras Públicas elaboró, en marzo de 1974, una nota técnicadenominada “Guía para la reestructuración de los pavimentos”.

A pesar de los enormes avances que ha tenido desde entonces la mecánica de las calzadascomo ciencia, del gran desarrollo tecnológico alcanzado por los equipos de construcción decarreteras y del hecho de que a partir de 1981 las inversiones en mantenimiento yrehabilitación de la red vial nacional han superado siempre las destinadas a la provisión denuevas carreteras, no se ha dispuesto de un documento propio actualizado que fije las pautasgenerales bajo las cuales se deben realizar los diseños de las obras de rehabilitación de lospavimentos de las vías rurales del país.

Debido a esta carencia, los estudios que han soportado las obras de rehabilitación se basan enmétodos foráneos de muy diversa concepción, con requerimientos de información muydiferentes, con distintos grados de confiabilidad en los diseños e, inclusive, con toques de tipopersonal que desfiguran los principios bajos los cuales ellos fueron desarrollados. La falta deuniformidad de criterio en este sentido ha representado un punto de debilidad para el INVÍAS,dada la imposibilidad de conocer si las soluciones aplicadas eran realmente las más favorablesdesde los puntos de vista técnico y económico, a la vez que le han impedido definir unascondiciones razonables de evolución del deterioro de los pavimentos que alimenten con unadecuado nivel de confianza los sistemas de administración del mantenimiento que utiliza laentidad.

En la intención de superar estas dificultades, el Instituto ha elaborado esta “Guíametodológica para el diseño de obras de rehabilitación de pavimentos asfálticos decarreteras”, basada en técnicas de evaluación, diagnóstico y diseño actualizadas y cuya únicaoriginalidad es la correspondiente al ordenamiento e interdependencia de los temas tratados,así como al suministro de pautas de trabajo precisas y uniformes, destinadas a lograrcoherencia en los diseños que se deriven de su aplicación.

Por el dinamismo propio de la ingeniería de pavimentos, el Instituto es consciente de lanecesidad casi permanente de actualización de esta guía que hoy pone a consideración de laingeniería vial nacional. Por tal motivo, agradece de antemano todas las observaciones querealicen sus lectores destinadas a su mejoramiento y, consecuentemente, al mejoramiento dela gestión de la entidad y del servicio a los usuarios de la red vial colombiana.

GLORIA CECILIA OSPINA GÓMEZDirectora General

Bogotá, D.C., marzo de 2002

ADVERTENCIA A LOS USUARIO DE LA GUÍA

La presente guía metodológica se ha elaborado con el propósito de orientar aquienes tengan a su cargo el diseño de las obras de rehabilitación de lospavimentos asfálticos de las carreteras a cargo del Instituto Nacional de Vías.

Para su preparación se han adoptado procedimientos de tecnología reciente, alalcance de las posibilidades de la consultoría colombiana, debidamente validadosen diseños elaborados en diferentes proyectos de la red vial nacional. La guíaincluye programas de cómputo y hojas de cálculo, tanto de elaboración propia,como foránea, ésta última debidamente autorizada por sus autores, cuya finalidades facilitar la labor del ingeniero diseñador.

En la elaboración de esta guía, sus autores han tenido un cuidado razonable. Noobstante, el Instituto Nacional de Vías no asume ninguna responsabilidad por lasinexactitudes que ella pueda contener o por el uso que le den los usuarios, quienesdeberán aplicar su buen criterio ingenieril y su responsabilidad en todas lasdeterminaciones que tome en relación con los diseños que elaboren con base enella.

FACTORES DE CONVERSIÓN DE UNIDADESConversiones aproximadas a unidades SI Conversiones aproximadas desde unidades SI

Símbolo Si conoce Multiplique por Para convertir a Símbolo Símbolo Si conoce Multiplique por Para convertir a Símbolo

LONGITUD LONGITUD

pgpieydmi

pulgadaspies

yardasmillas

25.40.3050.9141.61

milímetrosmetrosmetros

kilómetros

mmmmkm

mmmmkm

milímetrosmetrosmetros

kilómetros

0.0393.281.09

0.621

pulgadaspies

yardasmillas

pgpieydmi

ÁREA ÁREApg2

pie2

yd2

pulgadas cuadradaspies cuadrados

yardas cuadradas

645.20.0930.836

milímetros cuadradosmetros cuadradosmetros cuadrados

mm2

m2

m2

mm2

m2

m2

milímetros cuadradosmetros cuadradosmetros cuadrados

0.001610.7641.195

pulgadas cuadradaspies cuadrados

yardas cuadradas

pg2

pie2

yd2

VOLUMEN VOLUMENgalpie3

yd3

galonespies cúbicos

yardas cúbicas

3.7850.0280.765

litrosmetros cúbicosmetros cúbicos

lm3

m3

lm3

m3

litrosmetros cúbicosmetros cúbicos

0.26435.711.307

galonespies cúbicos

yardas cúbicas

galpie3

yd3

MASA MASAozlb

onzaslibras

28.350.454

gramoskilogramos

gkg

gkg

gramoskilogramos

0.0352.202

onzaslibras

ozlb

FUERZA Y PRESIÓN O ESFUERZO FUERZA Y PRESIÓN O ESFUERZO

lbflbf/pg2

libras fuerzalibras fuerza por

pulgada cuadrada

4.456.89

newtonskilopascales

NkPa

NkPa

newtonskilopascales

0.2250.145

libraslibras fuerza por

pulgada cuadrada

lbflbf/pg2

MASA POR UNIDAD DE VOLUMEN MASA POR UNIDAD DE VOLUMEN

lb/pie3 libras por pie cúbico 16.02kilogramos por metro

cúbicokg/m3 kg/m3 kilogramos por metro

cúbico0.0624 libras por pie cúbico lb/pie3

TEMPERATURA TEMPERATURAºF grados Farenheit (F-32) / 1.8 grados Celsius ºC ºC grados Celsius 1.8C + 32 grados Celsius ºF

i

TABLA DE CONTENIDO

PARTE 1 - INTRODUCCIÓN 1

1.1. GENERALIDADES 31.2. GÉNERO 51.3. ÁMBITO DE APLICACIÓN DE LA GUÍA 5

1.3.1. Conceptos generales 51.3.2. Tipos de pavimentos considerados en la Guía 6

1.4. NIVELES JERÁRQUICOS DE INFORMACIÓN 71.5. PLAN DE ACCIÓN 91.6. PERÍODO DE DISEÑO DE LAS OBRAS DE REHABILITACIÓN DEL

PAVIMENTO 10

PARTE 2 - RECOLECCIÓN DE INFORMACIÓN 13

2.1. GENERALIDADES 15

CAPÍTULO 1 - DEFINICIÓN DEL SECTOR VIAL 19

CAPÍTULO 2 - RECOLECCIÓN DE ANTECEDENTES 21

CAPÍTULO 3 - GUÍAS PARA EL ANÁLISIS DEL TRÁNSITO 232.3.1. Introducción 232.3.2. Tránsito Promedio Diario Anual (TPDA) 242.3.3. Proporción del Tránsito Promedio Diario constituido por

vehículos comerciales (VC) 282.3.4. Distribución direccional del tránsito de vehículos

comerciales (DD) 282.3.5. Distribución del tránsito de vehículos comerciales por

carril (DC) 292.3.6. Distribución de los vehículos comerciales por clases 312.3.7. Evolución histórica del tránsito automotor 312.3.8. Factor vehicular de deterioro (Factor Camión) 34

Instituto Nacional de Vías Guía metodológica para el diseño de obras derehabilitación de pavimentos asfálticos de carreteras

ii

2.3.8.1. Carga equivalente para diseño 342.3.8.2. Concepto del factor de equivalencia de carga

por eje (FECE) 352.3.8.3. Los sistemas de ejes de los vehículos automotores 362.3.8.4. Obtención de la información sobre las cargas por

eje y vehiculares 372.3.8.5. Concepto de los factores vehiculares de deterioro 412.3.8.6. Aplicación de los FECE en el cálculo del factor vehicular

de deterioro (Factor Camión) 442.3.9. Conversión del tránsito mixto en aplicaciones equivalentes

del eje de referencia 442.3.10. Tasas de crecimiento del tránsito de los vehículos comerciales 472.3.11. Proyección del tránsito 482.3.12. Algunos factores que afectan la precisión del cálculo de

los ejes equivalentes para el diseño 502.3.12.1. La validez de los FECE obtenidos en el AASHO ROAD

TEST, para el medio colombiano 502.3.12.2. Efecto de las condiciones de aplicación de la carga 53

2.3.13. Resumen 58

CAPÍTULO 4 - GUÍAS PARA LA CLASIFICACIÓN Y CUANTIFICACIÓNDE LOS DETERIOROS DEL PAVIMENTO 63

2.4.1. Introducción 632.4.2. Clasificación y cuantificación de los deterioros de un

pavimento asfáltico en el método VIZIR 672.4.3. Algunos deterioros no contemplados por el sistema 702.4.4. Registro manual y procesamiento de la información sobre

los deterioros de los pavimentos 70

CAPÍTULO 5 - GUÍAS PARA LA MEDICIÓN DEL PERFIL Y DE LAREGULARIDAD SUPERFICIAL DEL PAVIMENTO 73

2.5.1. Introducción 732.5.2. Técnicas para medir la regularidad superficial del pavimento 76

2.5.2.1. Clase 1: Medidas de precisión del perfil 762.5.2.2. Clase 2: Otros métodos perfilométricos 772.5.2.3. Clase 3: Medidores de rugosidad del tipo respuesta

(RTRRMs) 772.5.2.4. Clase 4: Evaluaciones subjetivas 78

2.5.3. El “Índice de Rugosidad Internacional” o “Índice deRegularidad Internacional” (IRI) 79

2.5.3.1. Definición del IRI 79

Tabla de contenido

iii

2.5.3.2. Modelo del cuarto de carro 792.5.3.3. Cálculo del IRI 81

2.5.4. Medida de la Regularidad Superficial 812.5.5. Aplicación de los resultados de las medidas de Regularidad

Superficial 822.5.6. Comodidad para la circulación (Serviciabilidad) 832.5.7. Niveles jerárquicos de información 87

CAPÍTULO 6 - GUÍAS PARA LA MEDICIÓN DE LA RESISTENCIA ALDESLIZAMIENTO 89

2.6.1. Introducción 892.6.2. Oferta y demanda de fricción 892.6.3. Factores que afectan la fricción superficial 90

2.6.3.1. Diseño y condición de los neumáticos 902.6.3.2. Microtextura y macrotextura del pavimento 922.6.3.3. La altura de la lámina de agua sobre la superficie 942.6.3.4. Influencia del tránsito 972.6.3.5. Influencia de la velocidad de los vehículos 972.6.3.6. Influencia de la estación en la cual se realizan las medidas 97

2.6.4. Influencia de la composición y de la colocación de las mezclasasfálticas de rodadura sobre la adherencia neumático -pavimento [ref. 2.6.7] 98

2.6.5. Evaluación de la resistencia al deslizamiento y la texturasuperficial 99

2.6.5.1. Medida de la resistencia al deslizamiento 1002.6.5.2. Medida de la textura superficial 104

2.6.6. Valores mínimos deseables de adherencia en pavimentosasfálticos nuevos y en servicio 106

2.6.7. El Índice de Fricción Internacional (IFI) 1072.6.8. Evolución del coeficiente de resistencia al deslizamiento y de

la macrotextura 1082.6.9. Aplicabilidad de las medidas de resistencia al deslizamiento y

textura 1092.6.10. Niveles jerárquicos de información 109

CAPÍTULO 7 - GUÍAS PARA LA MEDICIÓN DEL RUIDO EN ELCONTACTO NEUMÁTICO - PAVIMENTO 113

2.7.1. Introducción 1132.7.2. Naturaleza del ruido 113

2.7.2.1. Intensidad 114


iv

2.7.2.2. Adición de niveles de presión sonora 1162.7.2.3. Propagación del ruido con la distancia 1172.7.2.4. Frecuencia 1192.7.2.5. Intensidad y frecuencia 1202.7.2.6. Efecto de enmascaramiento 121

2.7.3. El ruido del tránsito automotor 1222.7.3.1. Estándares del ruido del tránsito vial 1222.7.3.2. Causas del ruido del tránsito vial 1222.7.3.3. Mecanismos de generación de ruido en el contacto

neumático-pavimento 1232.7.3.4. Textura y ruido 1232.7.3.5. Efecto del tipo de neumático y de la velocidad 124

2.7.4. Métodos de medida del ruido producido por el tránsito vial 1252.7.4.1. Método de la pasada SPB 1252.7.4.2. Método de la pasada CPB 1252.7.4.3. Método de proximidad cercana CPX 1262.7.4.4. Comparación entre procedimientos 128

2.7.5. El ruido según el tipo de rodadura asfáltica 1292.7.5.1. Mezclas drenantes 1292.7.5.2. Mezclas stone matrix asphalt (SMA) 1302.7.5.3. Mezclas densas convencionales 1302.7.5.4. Tratamientos superficiales 131

2.7.6. Variación del ruido del pavimento durante el transcursodel tiempo 131

2.7.7. Superficies silenciosas vs superficies seguras 131

CAPÍTULO 8 - GUÍAS PARA LA CARACTERIZACIÓN ESTRUCTURAL DELPAVIMENTO MEDIANTE PRUEBAS NO DESTRUCTIVAS –MEDIDA DE DEFLEXIONES 135

2.8.1. Introducción 1352.8.2. Deflexiones del pavimento 1362.8.3. Equipos para la medida de las deflexiones 138

2.8.3.1. Sistemas de medida de deflexión bajo carga estática ocuasi-estática 139

2.8.3.2. Sistemas de medida de deflexión bajo carga vibratoriasinusoidal 141

2.8.3.3. Sistemas de medida de deflexión bajo carga por impacto 1432.8.4. Factores que afectan la magnitud de las deflexiones 144

2.8.4.1. Factores debidos a la carga 1452.8.4.2. Factores debidos al pavimento 1472.8.4.3. Factores debidos a las condiciones climáticas 148

2.8.4.3.1. Efecto de la temperatura 148

Tabla de contenido

v

2.8.4.3.2. Efecto de las lluvias 1502.8.5. Ejecución de los ensayos de deflexión 150

2.8.5.1. Medidas de la temperatura de las capas asfálticas 1502.8.5.2. Ubicación de los sitios de ensayo y frecuencia de las medidas 1512.8.5.3. Auscultación deflectométrica intensiva 152

2.8.6. Limitaciones en el uso de las deflexiones 152

CAPITULO 9 - GUÍAS PARA LA CARACTERIZACIÓN ESTRUCTURAL DE UNPAVIMENTO ASFALTICO MEDIANTE OTRAS PRUEBAS NODESTRUCTIVAS 155

2.9.1. Empleo del Georradar para la determinación de los espesores 1552.9.1.1. Principio de operación e interpretación de la información 1552.9.1.2. Integración del georradar con el deflectómetro de impacto 1602.9.1.3. Limitaciones en el uso del georradar para la determinación

de los espesores de las capas de un pavimento 1602.9.1.4. Normalización y aplicación 161

2.9.2. Sistemas de propagación de ondas superficiales para ladeterminación de la respuesta elástica de un pavimento asfáltico 161

2.9.2.1. Propagación de ondas superficiales en pavimentos 1622.9.2.2. Métodos de modo simple 1652.9.2.3. Métodos multimodales 167

2.9.3. Comparación de las características de los distintos métodos 168

CAPITULO 10 - GUÍAS PARA LA CARACTERIZACIÓN DE LOS MATERIALESDEL PAVIMENTO Y DE LA SUBRASANTE MEDIANTEPRUEBAS DESTRUCTIVAS 171

2.10.1. Introducción 1712.10.2. Núcleos y apiques 1712.10.3. Programa de ensayos 1732.10.4. Inspección visual de las muestras 1742.10.5. Número requerido de ensayos 1762.10.6. Niveles de información 182

CAPITULO 11 - GUÍAS PARA LA INSPECCIÓN DEL DRENAJE CON FINESDEL DISEÑO DE LAS OBRAS DE REHABILITACIÓN DELPAVIMENTO 185

2.11.1. Importancia del drenaje en la rehabilitación de pavimentos 1852.11.2. Fuentes de agua que afectan el pavimento 1862.11.3. Aspectos que se deben considerar para la inspección del

drenaje del pavimento 189


vi

2.11.4. Factores extrínsecos e intrínsecos del drenaje de los pavimentos 1922.11.4.1. Factores extrínsecos 1922.11.4.2. Factores intrínsecos 194

2.11.5. Sistemas para el manejo del agua que afecta al pavimento 1942.11.5.1. Condiciones geométricas y textura superficial del pavimento 1952.11.5.2. Drenaje superficial 1952.11.5.3. Drenaje interno 196

2.11.6. Inspección del sistema de drenaje existente 1992.11.7. Niveles de jerarquía 202

PARTE 3 - EVALUACIÓN DE LA CONDICIÓN GLOBAL DELPAVIMENTO 205


CAPÍTULO 1 - GUÍAS PARA LA EVALUACIÓN DE LOS DETERIOROSDEL PAVIMENTO 209

3.1.1. Determinación del Índice de Deterioro Superficial 2093.1.2. Juicio sobre la capacidad del pavimento a partir de la evaluación

de los deterioros del tipo A 2123.1.3. Los deterioros del tipo B y el juicio sobre la capacidad del

pavimento 2123.1.4. Aplicaciones del inventario de los deterioros del pavimento 218

CAPÍTULO 2 - GUÍAS PARA LA EVALUACIÓN ESTRUCTURAL DELPAVIMENTO 219

3.2.1. Definición de sectores de respuesta elástica homogénea 2193.2.2. Determinación de los Módulos Dinámicos de las diferentes

capas del pavimento, a partir de los valores de deflexión 2213.2.2.1. Proceso de retrocálculo 2233.2.2.2. Profundidad de la capa rígida 2283.2.2.3. Determinación del módulo de la subrasante por cálculo

directo 2313.2.2.4. Determinación del módulo de la subrasante mediante

ecuaciones de regresión 2343.2.2.5. Determinación del módulo de las capas granulares mediante

ecuaciones de regresión 236

Tabla de contenido

vii

3.2.2.6. Determinación del módulo de las capas asfálticas mediantecálculo directo 237

3.2.2.7. Determinación del módulo de las capas asfálticas medianteecuaciones de regresión 239

3.2.3. Otros parámetros basados en el Cuenco de Deflexiónque brindan información sobre la condición estructural delpavimento 239

3.2.4. Evaluación de la capacidad estructural de un pavimento asfálticoa partir de las deflexiones 241

3.2.4.1. Determinación del SNeff según la guía AASHTO-93 2413.2.4.2. Determinación del SNeff según el método Rohde 2413.2.4.3. Determinación del SNeff según el método YONAPAVE 242

3.2.5. Niveles jerárquicos para la determinación de la capacidadestructural del pavimento a partir de las medidas de deflexión 242

3.2.6. Evaluación estructural de pavimentos cuyo comportamientono sea esencialmente elástico 243

CAPITULO 3 - GUÍAS PARA LA EVALUACION FUNCIONAL DELPAVIMENTO 247

3.3.1. Evaluación de la regularidad superficial 2473.3.2. Evaluación de la resistencia al deslizamiento 2483.3.3. Evaluación del ruido en el contacto neumático - pavimento 248

CAPITULO 4 - GUÍAS PARA LA EVALUACION DEL DRENAJE 2513.4.1. Calificación de la información sobre el drenaje 251

CAPITULO 5 - GUÍAS PARA LA EVALUACIÓN DE LA CONDICIÓNGLOBAL DEL PAVIMENTO 253

3.5.1. Evaluación estructural global 2533.5.2. Evaluación funcional global 2543.5.3. Incidencia del drenaje en el juicio sobre la capacidad global

del pavimento 2563.5.4. Áreas débiles localizadas 2573.5.5. Definición de sectores homogéneos 2573.5.6. Diagnóstico de la situación existente 258


viii

PARTE 4 - SELECCIÓN DE TÉCNICAS DE REHABILITACIÓN 259


CAPÍTULO 1 - DESCRIPCIÓN DE LAS ALTERNATIVAS DEREHABILITACIÓN 263

4.1.1. Tratamientos de preparación 2634.1.1.1. Sello de fisuras 2634.1.1.2. Parcheo y bacheo 2644.1.1.3. Capa de nivelación 2654.1.1.4. Fresado 2664.1.1.5. Otros tratamientos previos 266

4.1.2. Restauración 2674.1.2.1. Sello tipo niebla o riego en negro 2694.1.2.2. Sello de arena – asfalto 2704.1.2.3. Tratamiento superficial 2714.1.2.4. Lechada asfáltica 2724.1.2.5. Microaglomerado en frío 2734.1.2.6. Sello del Cabo (Cape seal) 2734.1.2.7. Microaglomerado en caliente 2734.1.2.8. Mezcla drenante 2744.1.2.9. Sobrecapa delgada 2754.1.2.10. Limitaciones y efectividad de los trabajos de restauración 275

4.1.3. Refuerzo 2764.1.3.1. Tratamiento previo al refuerzo 2774.1.3.2. El problema de la reflexión de las fisuras 2794.1.3.3. El ahuellamiento del refuerzo 2854.1.3.4. Oportunidad para el refuerzo 287

4.1.4. Reciclado 2894.1.4.1. Reciclado en planta en caliente 2904.1.4.2. Reciclado en el sitio 291

4.1.4.2.1. Reciclado superficial en caliente 2934.1.4.2.2. Reciclado en frío en el sitio 295

4.1.4.2.2.1. Reciclado en frío en el sitio con ligantes hidrocarbonados 2964.1.4.2.2.2. Reciclado en frío con conglomerantes hidráulicos 3004.1.4.2.2.3. Reciclado mixto en frío en el sitio 301

4.1.4.3. Consideraciones adicionales 3014.1.5. Reconstrucción 301

4.1.5.1. Reconstrucción de tipo flexible 3024.1.5.2. Reconstrucción de tipo semiflexible o semirrígido 3024.1.5.3. Reconstrucción de tipo rígido 3034.1.5.4. Recubrimiento blanco 303

Tabla de contenido

ix

4.1.6. Corrección de fallas localizadas 3034.1.7. Otros materiales para la rehabilitación 304

CAPÍTULO 2 - TÉCNICAS INDICADAS POR LA EVALUACIÓN DEDETERIOROS 307

CAPÍTULO 3 - TÉCNICAS INDICADAS POR LAS EVALUACIONESESTRUCTURAL, FUNCIONAL Y DEL DRENAJE 313

4.3.1. Generalidades 3134.3.2. La vida residual del pavimento 314

4.3.2.1. Criterio de agrietamiento por fatiga 3154.3.2.2. Criterio de deformación permanente 3194.3.2.3. Aclaración sobre las ecuaciones de fatiga incluidas en la guía 322

4.3.3. Técnicas indicadas por las evaluaciones estructural y funcional 3224.3.4. Técnicas indicadas por la evaluación del drenaje 322

PARTE 5 - GUÍAS PARA LA FORMACIÓN DE ESTRATEGIASDE REHABILITACIÓN 329


CAPÍTULO 1- COMBINACIÓN DE LAS TÉCNICAS DE REHABILITACIÓNEN ESTRATEGIAS 333

5.1.1. Formación de las estrategias de rehabilitación 3335.1.2. Formación de estrategias plausibles 3335.1.3. Tratamientos previos 3335.1.4. Otras consideraciones de ingeniería que afectan la elección de

la estrategia 3355.1.4.1. Geometría de la carretera 3355.1.4.2. Comportamiento de pavimentos similares en el área del

proyecto 3365.1.4.3. Características periféricas 336

CAPÍTULO 2- DISEÑO DE LA REHABILITACIÓN 3415.2.1. Diseño de las obras de restauración 3415.2.2. Diseño mecanístico de la rehabilitación 342

5.2.2.1. Análisis de la subrasante 3435.2.2.2. Análisis de las capas granulares 344


x

5.2.2.3. Análisis de las capas asfálticas antiguas y de los refuerzos 3465.2.2.4. Deterioro acumulado y vida residual 3485.2.2.5. Diseño mecanístico de estructuras recicladas en frío con

adición de estabilizantes 3515.2.2.5.1. Reciclado con ligantes hidrocarbonados 3535.2.2.5.2. Reciclados con cemento 3565.2.2.5.3. Consideraciones especiales sobre el tránsito de diseño 360

5.2.2.6. Desarrollo del método para el cálculo de refuerzos y de lasestructuras recicladas 360

5.2.3. Diseño de la rehabilitación por el método AASHTO-93 3605.2.3.1. Aspectos generales del método de diseño AASHTO-93 3615.2.3.2. Descripción del método 3625.2.3.3. Número estructural efectivo 3645.2.3.4. Determinación del número estructural efectivo a partir de

la condición actual de las capas estructurales 3655.2.3.5. Determinación del número estructural efectivo a partir de las

medidas de deflexión 3675.2.3.5.1. Módulo resiliente de la subrasante 3685.2.3.5.2. Módulo efectivo del pavimento 3695.2.3.5.3. Número estructural efectivo 3695.2.3.5.4. Ajuste del número estructural efectivo por fresado 370

5.2.3.6. Módulo de la subrasante para diseño 3705.2.3.7. Cálculo del espesor de refuerzo 3715.2.3.8. Diseño de las estructuras recicladas por el método AASHTO 3745.2.3.9. Hojas electrónicas para el cálculo de refuerzos 376

5.2.4. Diseño de pavimentos reconstruidos 3765.2.5. Incidencia de los bacheos en el diseño de refuerzos 3775.2.6. Ampliaciones 3775.2.7. Bermas 3805.2.8. Consideraciones finales sobre el drenaje 382

CAPÍTULO 3 - SELECCIÓN DE LOS MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN 3895.3.1. Generalidades 3895.3.2. Capas de rodadura de tipo asfáltico 3895.3.3. Capas de rodadura en concreto hidráulico 391

CAPÍTULO 4 - PREDICCIÓN Y EVALUACIÓN DEL COMPORTAMIENTODE LAS ESTRATEGIAS DE REHABILITACIÓN 393

5.4.1. Predicción del comportamiento 3935.4.2. Evaluación del comportamiento 393

Tabla de contenido

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APÉNDICE 397

PARTE 6 - ANÁLISIS ECONÓMICO 419


CAPÍTULO 1 - ANÁLISIS DE COSTOS DURANTE EL CICLO DE VIDA 4236.1.1. Costos y beneficios de un proyecto de rehabilitación de

pavimentos 4236.1.1.1. Principales costos a tener en cuenta en la evaluación 424

6.1.1.1.1. Principales costos para la entidad vial 4256.1.1.1.2. Principales costos y beneficios para los usuarios 430

6.1.2. Métodos de evaluación económica aplicables en unproyecto de rehabilitación de pavimentos 434

6.1.2.1. Definiciones conceptuales 4346.1.2.2. Métodos para la evaluación económica de las estrategias 436

6.1.3. El HDM - 4 como herramienta para la evaluación técnicoeconómica de proyectos viales 440

6.1.3.1. Funciones y usos del HDM-4 en la gestión de carreteras 4426.1.3.2. Componentes de cálculo del modelo HDM-4 443

6.1.3.2.1. Modelo de deterioro de carreteras/RD Model (RoadDeterioration Model) 443

6.1.3.2.2. Modelo de las obras de mantenimiento/WE Model (WorksEffects Model) 443

6.1.3.2.3. Modelo de efectos para los usuarios/RUE Model (Road UserEffects Model) 444

6.1.3.2.4. Modelo de efectos sociales y ambientales/SEE Model(Social and Environment Effects) 446

6.1.3.3. Indicadores Económicos 4466.1.3.4. Precios económicos y financieros 4476.1.3.5. Información requerida por el Modelo HDM-4 4476.1.3.6. Estudio y análisis de proyectos de rehabilitación de

pavimentos 4496.1.3.7. Estimación de costos de mantenimiento con HDM-4 4496.1.3.8. Procedimiento operativo para evaluación de proyectos con

el modelo HDM-4 4516.1.3.9. Manejo básico del modelo HDM-4 451

6.1.3.9.1. Ingreso al Programa 4516.1.3.9.2. Organización de las bases de datos y configuración básica 453


xii

6.1.3.10. Ejemplo de aplicación de HDM-4 en rehabilitación depavimentos asfálticos 454

6.1.4. Análisis de sensibilidad a los parámetros básicos del ACCV 466

PARTE 7 - GUÍAS PARA LA ELECCIÓN DE LA ESTRATEGIADE REHABILITACIÓN 469


CAPÍTULO 1 - ANÁLISIS DE FACTORES NO MONETARIOS 4737.1.1. Factores por considerar 473

CAPÍTULO 2 - SELECCIÓN DE LA ESTRATEGIA PREFERIDA 477

PARTE 8 - CONSTRUCCIÓN Y SEGUIMIENTO 481

8.1. CONSTRUCCIÓN DE LA OBRA DISEÑADA 483

8.2. SEGUIMIENTO Y RETROALIMENTACIÓN 485

PARTE 1

Introducción


2

Parte 1 - Introducción

3

PARTE 1INTRODUCCIÓN

1.1. GENERALIDADES

El buen servicio de un pavimento es su capacidad para proporcionar a los usuarioscomodidad, seguridad y economía. La recuperación del nivel de servicio de unpavimento en uso, por medio de obras de rehabilitación, se hace necesaria por unao más de las siguientes razones:

- Incomodidad para la circulación vehicular.

- Exceso de defectos superficiales.

- Reducción de la adherencia entre la calzada y los neumáticos de los vehículos.

- Necesidad excesiva de servicios de mantenimiento rutinario.

- Costos de operación elevados para los usuarios.

- Capacidad estructural inadecuada para las solicitaciones del tránsito previsto.

Las actividades requeridas para la rehabilitación de las estructuras de pavimento sevan haciendo más importantes, en magnitud y costo, a medida que ellas sedeterioran a causa de los efectos ambientales y el tránsito. El énfasis en laadministración de pavimentos es la preservación de la inversión inicial, mediante laaplicación oportuna de tratamientos adecuados de mantenimiento y derehabilitación para prolongar la vida de estas estructuras. De particular interés parael Instituto Nacional de Vías es establecer la oportunidad de la aplicación de untratamiento particular de mantenimiento o rehabilitación en función de lacondición del pavimento. El mantenimiento y la rehabilitación de un pavimentocubren un rango muy amplio de actuaciones, las cuales varían desde la simplecorrección de defectos superficiales para mejorar la calidad de la circulaciónvehicular, hasta las operaciones de reconstrucción, destinadas a recuperartotalmente la capacidad estructural de la calzada.

El diseño de las obras de mantenimiento y de rehabilitación de un pavimentoasfáltico tiene tanto de arte como de ciencia. En general, no existen ábacos,


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fórmulas o programas de cómputo que brinden una solución satisfactoria a todaslas situaciones que deba enfrentar un diseñador. Consecuentemente, el estudio deestos problemas requiere una combinación de análisis y de buen juicio, muysuperior a la requerida para el diseño de estructuras de pavimento nuevas.

Ante estas limitaciones, es necesaria una retroalimentación continua en relacióncon el comportamiento de las estrategias aplicadas. Debido a ello, aún no se puedeconsiderar que existan soluciones “correctas” o “equivocadas” para el diseño deestos trabajos sino, simplemente, estrategias “buenas” o “mejores”. La mejorestrategia será aquella que, dentro de las limitaciones del proyecto, dé lugar a undiseño técnicamente idóneo, maximice los beneficios económicos y brinde unarespuesta razonable a los factores no monetarios del proyecto.

La determinación de la mejor estrategia es, sin duda, un problema complejo querequiere una respuesta paso a paso como se propone en esta segunda edición de laguía metodológica. El ingeniero diseñador será el responsable de determinar, conbase en su mejor juicio, esa mejor estrategia para cada combinación decondiciones técnicas y de entorno y las limitaciones que deba enfrentar.

El principal objetivo de esta segunda edición, al igual que en la primera, esconstituir una guía de tipo metodológico y no una norma taxativa de diseñoaplicable a cualquier situación, imposible de elaborar con una confiabilidadrazonable, a la luz del estado actual del conocimiento y de nuestras posibilidadestecnológicas. Por tal razón, se circunscribe al establecimiento de criterios generalesque permitan la selección y el proyecto de soluciones idóneas para la rehabilitaciónde los pavimentos asfálticos de las carreteras a cargo del Instituto Nacional de Vías.Los procedimientos que en definitiva se utilicen para el dimensionamiento de lasobras y los espesores resultantes de los mismos, serán de entera responsabilidadde los diseñadores, quienes deberán sustentarlos debidamente a la luz del estadodel arte y del desarrollo tecnológico del país, en el instante en que seanpresentados los estudios.

Como en la primera edición de la guía, la elaboración de ésta se basa en el uso demetodologías actualizadas, recomendadas por organizaciones internacionales quehan gozado de amplio reconocimiento y aplicación entre los ingenieros depavimentos del país.

La presente edición de la guía se ha estructurado de manera algo diferente a laanterior. Por ello, se compone de un volumen básico donde se encuentran laspautas fundamentales para el diagnóstico y para la configuración de los diseños; en


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tanto que los detalles referentes a la información auxiliar requerida, así como losinstructivos para efectuar algunos tipos de evaluaciones, se encuentran en elcuerpo de anexos que acompaña al documento principal.

1.2. GÉNERO

Aunque los diferentes oficios, profesiones y funciones que se mencionan a lo largode este documento se encuentran en género masculino en aras de la brevedad, ellector habrá de interpretar siempre que la referencia es extensiva al génerofemenino.

1.3. ÁMBITO DE APLICACIÓN DE LA GUÍA

1.3.1. Conceptos generales

Esta guía metodológica tiene aplicación en los estudios y proyectos derehabilitación de los pavimentos asfálticos de las carreteras en servicio a cargo delInstituto Nacional de Vías, entendiendo el término “rehabilitación”, para losefectos de este documento, como un mejoramiento funcional o estructural delpavimento, que da lugar tanto a una extensión de su vida de servicio, como a laprovisión de una superficie de rodamiento más cómoda y segura y a reduccionesen los costos de operación vehicular. Dicho mejoramiento comprende alguna de lascuatro alternativas de intervención que se describen a continuación, las cualesconforman un conjunto denominado 4R:

- Restauración, Que consiste en la ejecución de trabajos que mejoran lacondición superficial del pavimento, pero no aumentan su capacidadestructural.

- Refuerzo, que consiste en la colocación de capas de pavimento queproporcionan capacidad estructural adicional o mejoran el nivel de servicio a losusuarios.

- Reciclado, que consiste en la reutilización de parte de las capas de la estructuraexistente, para mejorar su capacidad estructural. La adición de nuevosmateriales es necesaria para mejorar la resistencia y el comportamiento delpavimento mejorado.


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- Reconstrucción, que consiste en la remoción de capas y el reemplazo parcial ototal del pavimento, para mejorar su capacidad estructural, adaptándolo a lasnecesidades del tránsito futuro.

La rehabilitación funcional se encuentra enmarcada fundamentalmente en larestauración y parcialmente en el refuerzo, éste último cuando su colocación tienela finalidad básica de corregir deficiencias funcionales del pavimento. Larehabilitación estructural puede quedar comprendida en el refuerzo, si éste seconstruye con el fin principal de prolongar la vida de servicio de la calzada; asímismo, queda cubierta por las actividades de reciclado y de reconstrucción. Seconsidera que con cualquier intervención de rehabilitación estructural se corrigenlas deficiencias funcionales que presente la estructura.

Las actividades generales de mantenimiento rutinario, cuya finalidad es preservarla condición superficial del pavimento, la seguridad y la comodidad en la circulacióny que, por lo tanto, sólo pretenden ayudar a que la estructura alcance el período dediseño previsto, no forman parte del contenido de este documento.

En el caso de que los estudios y proyectos de rehabilitación incluyan tramos denueva construcción y se contemple que ella sea de tipo asfáltico, se aplicará paraellos la versión más reciente del “Manual de diseño de pavimentos asfálticos envías con medios y altos volúmenes de tránsito” o del “Manual de diseño depavimentos asfálticos en vías con bajos volúmenes de tránsito”, según el tipo de víaobjeto de los estudios.

Cuando los trabajos proyectados incluyan ampliaciones, modificaciones dealineamiento o duplicación de calzadas, aprovechando parte de la calzada a serrehabilitada, se aplicarán, de manera conjunta y complementaria, esta guíametodológica y el manual que resulte aplicable de los citados en el párrafoanterior, salvo que los Términos de Referencia del estudio permitan algo encontrario.

1.3.2. Tipos de pavimentos considerados en la Guía

Como lo establece su nombre, la guía metodológica sólo es aplicable a larehabilitación de pavimentos asfálticos, comprendidos específicamente lossiguientes:


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- Flexibles, constituidos por capas granulares no tratadas, incluida la denominadabase, protegidas por capas asfálticas de espesor que, generalmente, no excedede 150 milímetros.

- Semi-flexibles, los cuales pueden estar compuestos por una estructura típicasimilar a la de los flexibles, pero en los cuales el espesor de las capas asfálticassuperiores excede de 150 milímetros o, también, aquellos que no han sidoconstruidos con una capa de base granular, sino con una base estabilizada conun producto bituminoso.

- Semi-rígidos, constituidos en su parte superior por capas asfálticas de cualquierespesor, colocadas sobre una o más capas ligadas con un conglomerantehidráulico o puzolánico.

No son objeto de estudio en esta guía los pavimentos compuestos, entendiendopor tales los constituidos por un pavimento de concreto hidráulico protegido poruna sobrecapa asfáltica, ni las vías en “afirmado”. La rehabilitación de estasestructuras deberá ser enfrentada mediante estudios específicos, de acuerdo consus características y sus condiciones de uso.

1.4. NIVELES JERÁRQUICOS DE INFORMACIÓN

Al momento de la elaboración de la primera edición de la guía, el Instituto Nacionalde Vías sólo tenía bajo su jurisdicción las carreteras nacionales de la denominadared primaria. En el año 2003, el Decreto 2056 adicionó dentro de su objeto laejecución de las políticas, estrategias, planes, programas y proyectos de lainfraestructura de la red vial terciaria, cuyos volúmenes de tránsito son muyinferiores a los existentes en las vías que la entidad atendía con anterioridad.

En consecuencia con ello, esta nueva edición del documento debe considerar,también, los estudios y proyectos de rehabilitación de los tramos de la red terciariaque posean cobertura asfáltica. Es evidente, sin embargo, que los recursosasignados para los estudios y para la rehabilitación de las vías pavimentadas demenor tránsito serán muy limitados, motivo por el cual resulta conveniente elestablecimiento de niveles de jerarquía en la información requerida para losdiseños, asociados ellos con la disponibilidad de recursos y con la criticidad de lafalla prematura de las estructuras rehabilitadas. Los niveles jerárquicos presentanlas siguientes ventajas prácticas:


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- Brindan al ingeniero gran flexibilidad en la elección de un enfoque de ingenieríaconsistente con el tiempo, costo e importancia del proyecto

- Permiten a la entidad desarrollar una metodología de diseño inicial, consistentecon sus posibilidades técnicas

- Brindan un método conveniente de mejorar la competencia técnica de laentidad, de manera gradual con el tiempo

- Aseguran el desarrollo del diseño más exacto y eficiente en costo, compatiblecon los recursos financieros y técnicos de la entidad

En ese orden de ideas, en la presente edición de la guía se establecen tres nivelesjerárquicos para los diferentes datos de la información básica requerida para eldiseño:

- Nivel 1, el cual permite alcanzar el mayor grado de calidad en el diseño. Es elnivel deseable para las carreteras donde circulan los mayores volúmenes detránsito en el país y donde las consecuencias económicas de una fallaprematura son siempre importantes. Los diseños ajustados a este nivel deberándisponer de datos de tránsito confiables, soportados por registros históricos ypor información real sobre las magnitudes de las cargas circulantes; conresultados ensayos de campo y laboratorio de tecnología reciente para lavaloración de los suelos y de los materiales de construcción; así como conresultados de pruebas no destructivas de evaluación funcional y estructural dela calzada, realizadas con equipos de última generación y alto rendimiento.

- Nivel 2, el cual conduce a una calidad de diseño intermedia. Es el que se aplicacuando no se dispone de los recursos económicos y materiales requeridos parauna valoración del primer nivel. En este caso, la información sobre el tránsitotambién ha de fundamentarse en registros históricos, pero se admitecomplementarla con datos regionales sobre el espectro de cargas y sobre losfactores de daño asociados; los módulos resilientes requeridos para eldiagnóstico y para los diseños pueden ser estimados mediante correlacionesreconocidas, y las valoraciones no destructivas de las capacidades estructural yfuncional de las calzadas pueden combinar el uso de equipos de últimageneración y alto rendimiento con el empleo de equipos de menor rendimientoy precisión, que hayan sido de reconocida aceptación en el medio colombiano.


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- Nivel 3, el cual conduce a los diseños de menor calidad, aplicable sólo paraaquellas vías donde las consecuencias políticas y económicas de las fallasprematuras resulten asumibles y de bajo impacto para la administración. Eneste nivel resulta aceptable el uso de información elemental sobre el tránsito,así como el empleo de valores medios de las características de suelos ymateriales, obtenidos por correlaciones de tipo regional o general. En relacióncon las evaluaciones funcionales y estructurales del pavimento en servicio, ellasse podrán adelantar mediante procedimientos de bajo costo, incluidos algunosde tipo visual recomendados en la bibliografía especializada.

El procedimiento de diseño de las obras de rehabilitación es el mismo,independientemente del nivel jerárquico de los datos de entrada utilizados. Asímismo, es posible el uso de datos de diferente nivel para cualquier diseño; sinembargo, en este caso se deberá tener en cuenta que la calidad del diseño estaráasociada con el menor nivel jerárquico de la información básica suministrada.

1.5. PLAN DE ACCIÓN

Las habilidades y el conocimiento ingenieril requeridos para el diseño de las obrasde rehabilitación de un pavimento asfáltico son muy diferentes de los necesariospara el diseño y construcción nuevos, lo que genera nuevos retos yresponsabilidades a los ingenieros. Es indispensable, por lo tanto, que elproyectista esté debidamente familiarizado con los conceptos técnicos y con lainformación que se requiere para diseñar y construir obras de rehabilitación depavimentos.

Debido a su amplitud y complejidad, no todos los aspectos técnicos alcanzan a sertratados en una guía de reducida extensión. No obstante, este documento haceénfasis en los conceptos técnicos más importantes y en la información relevanteque debe ser obtenida y considerada en todo trabajo de esta índole en lascarreteras nacionales.

Con el propósito de que los estudios de rehabilitación que sean elaborados para elInstituto Nacional de Vías conserven un esquema coherente en los aspectosconceptuales y ordenados en relación con su presentación, en la Figura 1.1 seestablece el orden en el cual se debe obtener y procesar la información. Tal comolo muestra la figura, el trabajo de diseño se debe desarrollar en seis etapas,conforme se resume a continuación y se trata en detalle en los capítulos siguientes.Una séptima etapa, relacionada con la construcción de las obras y el seguimiento


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de su comportamiento durante el tiempo, necesaria para retroalimentar el sistema,excede el alcance de esta guía. Posteriormente, a través de sus dependenciasregionales y de los Administradores de Mantenimiento Vial, el Instituto Nacional deVías realizará el seguimiento a las obras construidas, con el fin de verificar sucomportamiento y obtener información que permita aplicar la experienciaobtenida en los futuros proyectos de mantenimiento y rehabilitación de lospavimentos asfálticos de la red vial nacional.

1.6. PERÍODO DE DISEÑO DE LAS OBRAS DE REHABILITACIÓN DEL PAVIMENTO

En el estado actual de la práctica de la ingeniería de pavimentos, en el que lasactividades de planeación, diseño, construcción, mantenimiento y rehabilitación sedeben vincular dentro de un marco único de carácter integral, el diseñador de laestructura tiene la libertad de considerar múltiples estrategias alternativas deactuación durante un período de análisis relativamente prolongado -restringidoúnicamente por las limitaciones tecnológicas, ambientales y presupuestales- lascuales somete a un análisis de costos durante el ciclo de vida, de manera derecomendar aquella que, considerando las posibilidades y las restricciones, resultemás favorable para la comunidad. Sin embargo, estos sistemas, que desde lospuntos de vista conceptual y técnico están razonablemente bien resueltos,encuentran dificultades insalvables de aplicación en países en desarrollo consituaciones inestables en los campos económico y social, debido a la permanenteincertidumbre existente en relación con la asignación de recursos a mediano oinclusive a corto plazo para el mantenimiento de la infraestructura carretera.

Ante esta realidad, y en tanto se logren implementar las soluciones institucionalesrequeridas para superar estas restricciones, la opción que se recomienda en estemanual consiste en el diseño y comparación de alternativas técnicamente viablesde rehabilitación, de acuerdo con la capacidad estructural y funcional delpavimento por intervenir y la disponibilidad inmediata de fondos para sumaterialización, realizando un análisis de costos durante el ciclo de vida de ellas,suponiendo unas condiciones razonables de intervención en el futuro, con laexpectativa de que en los años venideros se logre consolidar una política decompromiso gubernamental a largo plazo para el mantenimiento de la red vialnacional.


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Figura 1.1. – Proceso del diseño de la rehabilitación del pavimento


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En este orden de ideas, la Tabla 1.1 presenta los períodos de diseño que seproponen para el diseño de las obras iniciales de rehabilitación de los pavimentosasfálticos de la red vial nacional, adaptando en ella la clasificación vial establecidaen las “Especificaciones generales de construcción de carreteras” del INVÍAS yteniendo en cuenta, además, el hecho de que la entidad administra en laactualidad la red carretera terciaria del país.

Aunque la Tabla 1.1 señala con un número preciso los años del “periodo de diseño”,este no debe ser interpretado como un lapso exacto y perentorio, sino comosinónimo de un “período de análisis de tránsito”, es decir, como el lapso quetranscurre entre la puesta en servicio de las obras de rehabilitación y el instante enel cual haya circulado sobre ellas el número de ejes equivalentes estimado alefectuar el análisis de tránsito.

Tabla 1.1.Períodos de diseño de las obras de rehabilitación de los pavimentos asfálticos de las

carreteras nacionales

ALTERNATIVA DEREHABILITACIÓN

CATEGORÍA DEL TRÁNSITONT1 NT2 NT3

Caminos rurales contránsito medio y bajo

Colectorasinterurbanas, caminosrurales e industriales

principales

Autopistasinterurbanas, caminos

interurbanosprincipales

NÚMERO DE EJES EQUIVALENTES DE 80 kN EN EL CARRIL DE DISEÑODURANTE EL PERÍODO DE DISEÑO DE LAS OBRAS DE REHABILITACIÓN

< 0.5*106 0.5*106 – 5*106 > 5*106

PERÍODO DE DISEÑO (años)

Restauración Depende de las técnicas de intervención

Refuerzo 8 10 12

Reciclado 10 15 20

Reconstrucción 10 15 20

PARTE 2

Recolecciónde Información


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Parte 2 – Recolección de información

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PARTE 2RECOLECCIÓN DE INFORMACIÓN

2.1. GENERALIDADES

La recolección de información sirve tres importantes propósitos para el proceso deevaluación y estudio de las soluciones potenciales para la rehabilitación de unpavimento asfáltico:

- Suministra la información cualitativa requerida para determinar las causas deldeterioro del pavimento y para desarrollar alternativas adecuadas para repararlos daños y prevenir su recurrencia.

- Proporciona la información cuantitativa requerida para el diseño de las obras(espesores de refuerzo, por ejemplo) y estimar las cantidades de obra porejecutar, así como para valorar la tasa de deterioro del pavimento y calcular lasconsecuencias económicas de un atraso en la ejecución de las obras.

- Permite la comparación de los costos de los ciclos de vida de las diversasestrategias consideradas como factibles.

Tanto en la evaluación del pavimento como en el diseño de las obras, el objetivodel ingeniero vial es, fundamentalmente, económico, aunque sin soslayar losaspectos ambientales y sociales del proyecto. Para alcanzarlo, deberá realizar eluso más eficiente de los recursos disponibles que le permita obtener datosconfiables que, a su vez, se traduzcan en alternativas de diseño técnica, económica,social y ambientalmente idóneas.

La información específica por recolectar no es la misma para todos los proyectos.Así, por ejemplo, si los niveles de deformación superficial son tan considerablesque permiten concluir la necesidad de una reconstrucción parcial o total de la


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estructura, las medidas de rugosidad, deflexión y fricción carecen de relevancia. Si,por ejemplo, en un proyecto se considera la opción de reciclado de la capasuperficial, será necesario tomar muestras del material que la constituye y realizarun diseño para determinar si la nueva mezcla resulta apropiada para soportar eltránsito que circulará sobre la estructura rehabilitada.

La Tabla 2.1, adaptada de una similar incluida en la Guía de diseño de pavimentosAASHTO-93 (ref. 2.1), resume la información requerida para las diferentesalternativas de acción que se plantean en esta Guía. Los datos están clasificadoscomo necesarios, deseables o normalmente innecesarios.

El tamaño del proyecto suele determinar la cantidad de recursos que se debeinvertir en un estudio de rehabilitación. Las vías principales, las cuales soportan losmayores volúmenes de tránsito, requieren una evaluación más amplia y másdetallada que las de bajo tránsito. Ello no significa, en modo alguno, que larecolección de información sea menos importante en estas últimas, sino que losefectos de los daños prematuros en las vías más importantes tienen implicacionesde mayor severidad.

Todos los datos que se obtengan deberán ser analizados de manera cuidadosa ysistemática. Los procedimientos para ello, variarán de un pavimento a otro,dependiendo de los hallazgos durante el proceso de recolección de la información.Muchos de los datos pueden ser obtenidos en las dependencias del InstitutoNacional de Vías a partir de la información que, de manera rutinaria, se recolectaen las carreteras nacionales. Otros, requerirán de la ejecución de pruebascombinadas de campo y laboratorio.

REFERENCIAS

2.1 AASHTO, “AASHTO guide for the design of pavement structures”, Washington,1993


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CAPÍTULO 1DEFINICIÓN DEL SECTOR VIAL

El sector vial objeto del estudio deberá ser localizado dentro de la geografíaregional, identificado de acuerdo con la nomenclatura oficial del INVÍAS y suslímites han de ser definidos según los postes de referencia instalados por laentidad, tal como lo muestra el ejemplo de la Figura 2.1.1.

Figura 2.1.1. – Ubicación del sector objeto del estudio de rehabilitación, comprendidoentre el PR 94 y el PR 114 del tramo 2514 de la ruta 25 de la red vial nacional


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21

CAPÍTULO 2RECOLECCIÓN DE ANTECEDENTES

Los datos por recolectar en esta primera etapa se refieren a los estudios y diseñosgeométricos, hidráulicos y del pavimento original, informes técnicos de lainterventoría de las obras, planos “record”, informes sobre actividades posterioresde mantenimiento y rehabilitación, características de las obras de drenajesuperficial y subterráneo construidas, condiciones climáticas prevalecientes,tránsito circulante, accidentalidad, etc.

Todos estos datos deberán ser considerados con la debida precaución, pues nosiempre resultan confiables, debido a la posibilidad de discrepancias entre losregistros de la construcción y mantenimiento y las características de la estructurareal. Por lo tanto, ellos requieren validación con el resto de la información que seobtenga en desarrollo de la Primera Etapa.

La recolección de antecedentes permite realizar una definición preliminar deunidades de análisis, caracterizadas por una combinación única de los diferentesfactores considerados, como lo muestra la Figura 2.2.1. La exactitud de la definiciónde las unidades definitivas de diseño de las obras dependerá, en buena parte, de laprecisión de la información histórica. Si esta última es abundante y confiable, sucontribución será mucho más valiosa y precisa que la que se puede lograr a partirde observaciones y evaluaciones actuales, por cuanto los cambios de algunos de losfactores antes citados, no siempre resultan evidentes a través de la observación.


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Longitud del proyecto PR94 PR 114

Historia de laconstrucción y delmantenimiento

REC – 5(reconstrucción

hace 5 años)

OR – 12(pavimento original – 12 años)

REF – 3(refuerzo –

3 años)

Estructura delpavimento actual

E 1 E 2 E 3 E 4

Subrasante S 1 S 2

Tránsito actual T 1 T 2

Unidades preliminaresde análisis

U 1REC – 5

E 1S 1T 1

U 2OR-12

E 2S 1T 1

U 3OR – 12

E 2S 2T 1

U 4OR – 12

E 3S 2T 1

U 5REF – 3

E 4S 2T 2

Figura 2.2.1. – Definición de unidades de análisis preliminares


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CAPÍTULO 3GUÍAS PARA EL ANÁLISIS DEL TRÁNSITO

2.3.1. Introducción

Una correcta planificación de las mejoras de un pavimento exige, además delconocimiento de las condiciones físicas y estructurales de la carretera, unaapropiada valoración del tránsito pasado, actual y futuro de la misma [ref. 2.3.1].

Desde el punto de vista estructural, la estimación del tránsito requiere, en lostérminos en los cuales está elaborada la presente guía, una estimación el númerode ejes circulantes por carril y su distribución en diferentes grupos de carga, para laactualidad y para la vida futura del diseño. En algunos casos, también es necesarioconocer el tránsito acumulado que ha soportado el pavimento hasta el instante dela construcción de las obras de rehabilitación.

La tendencia cada vez más acentuada hacia la aplicación de métodos mecanicistaspara el diseño de pavimentos asfálticos y de sus rehabilitaciones, exige unaconsideración directa y precisa de la relación existente entre las cargas por eje y losfactores que determinan la vida de estas estructuras. En tal sentido, cada vezresulta más necesario el conocimiento del espectro real de las cargas por ejeaplicadas al pavimento por el flujo de tránsito prevaleciente o estimado hacia elfuturo, tal como lo plantean, desde hace varios años, algunos métodos de diseñode pavimentos de hormigón.

La precisión en el pronóstico del tránsito bajo este último principio, sólo tiene unrazonable margen de confianza si se dispone de información permanente sobre elnúmero y el tipo de vehículos que circulan por las vías, así como sobre laconfiguración y los pesos de los ejes de los diferentes grupos vehiculares. Estainformación solamente es posible recabarla a través de conteos automáticos ysistemas de pesaje de vehículos en movimiento.

Aunque este procedimiento resulta el más apropiado en el estado actual delconocimiento, su aplicabilidad no es practicable a corto plazo en países quecarezcan de la logística necesaria para obtener información permanente y confiablesobre los volúmenes vehiculares y sobre los espectros de cargas en sus redes decarreteras. Por este motivo, en la elaboración de esta Guía se ha conservado elcriterio tradicional de los ejes simples equivalentes.


24

En consecuencia con lo anterior y teniendo en cuenta, además, los niveles detránsito tan variables que soporta la red de carreteras a cargo del INVÍAS, lapresente Guía metodológica define tres niveles jerárquicos de informaciónrespecto de la calidad de los datos de entrada para el análisis del tránsito con finesdel diseño de las obras de rehabilitación de los pavimentos asfálticos de lascarreteras nacionales. Estos niveles representan el grado de aproximación con elcual el diseñador puede estimar la variable tránsito para el diseño de las obras en elsector vial objeto del estudio. En términos amplios, ellos se definen así:

- Nivel 1, cuando existe un conocimiento aceptable de las características deltránsito pasado y previsto. Este conocimiento “aceptable” implica disponer deinformación confiable sobre la evolución reciente de los volúmenes de tránsitoen el sector del proyecto, discriminados por tipos de vehículos; así como datosreales y recientes sobre las cargas por eje circulantes por el sector vial.

- Nivel 2, cuando existe un conocimiento modesto de las características deltránsito pasado y previsto. Este conocimiento “modesto” implica disponer deinformación confiable sobre la evolución reciente de los volúmenes de tránsitoen el sector del proyecto, discriminados por tipos de vehículos; en tanto que,respecto de la magnitud de las cargas por eje de los vehículos pesados, seadmite el uso de información proveniente de otras carreteras concaracterísticas similares de uso por parte de los buses y camiones.

- Nivel 3, cuando el conocimiento de las características del tránsito pasado yprevisto es deficiente. Es el caso típico de las carreteras con bajos volúmenes detránsito, en las cuales el INVÍAS no ha establecido estaciones de conteo y en lasque, por supuesto, tampoco existe información alguna sobre la magnitud de lascargas circulantes, resultando aceptable el uso de factores promedio sobreequivalencias de cargas por eje, de origen regional o nacional.

Independientemente del nivel correspondiente a los datos de tránsito que seutilicen, los diseños exigen la obtención del tránsito de diseño en términos de ejesequivalentes, de acuerdo con las definiciones y el procedimiento que se describenen el presente capítulo.

2.3.2. Tránsito Promedio Diario Anual (TPDA)

Según se define en los boletines anuales sobre volúmenes de tránsito publicadospor el INVÍAS, el tránsito promedio diario es el número total de vehículos quepasan durante un período dado, en días completos, igual o menor a un año y mayor


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que un día, dividido entre el número de días del período. Los boletines del INVÍASpresentan información referente a tres tipos de tránsitos promedios diarios, así:

- Sobre el tránsito promedio anual (TPDA) y el tránsito promedio diario mensual(TPDM), en los tramos de la red a su cargo en los cuales tiene instaladasestaciones de peaje. La información presentada en los boletines en relación conestos tránsitos no discrimina los vehículos por tipo, pero ella es posibleobtenerla en las oficinas centrales del INVÍAS.

- Sobre el tránsito promedio diario semanal (TPDS), en más de 800 estaciones deconteo manual, distribuidas en cerca de 20,000 kilómetros de la red vialnacional. Esta información aparece discriminada, tanto por tipo de vehículo(liviano, bus y camión), como por tipo de camión (clases 2P, 2G, 3/4, 3S2, 3S3).Así mismo, junto con el TPDS de cada estación, se informa su valor dedesviación estándar (s), el cual mide la dispersión de los tránsitos de los 7 díasde la semana del conteo, en relación con el promedio semanal.

La precisión en las proyecciones de tránsito está necesariamente ligada a la calidadde los datos con los cuales se realizan. El valor del TPDA constituye, sin duda, lamejor información en este sentido (nivel 1); sin embargo, debido a que ella esrecabada sólo en muy pocos sectores de la red vial nacional, será mucho másfrecuente disponer de los valores del TPDS. En los estudios de rutina para el diseñode obras de rehabilitación de los pavimentos asfálticos de las carreteras nacionalesy salvo que el INVÍAS determine lo contrario, el valor del TPDS se podrá asumircomo representativo del TPDA. Esta suposición implica ubicarse en el nivel 2 de lainformación sobre tránsito.

Las técnicas estadísticas aplicadas a la ingeniería de tránsito permiten expandir losvalores de tránsito promedio diario semanal (TPDS) a valores de tránsito promediodiario anual (TPDA), considerando que muestras de datos sujetas a las mismastécnicas de análisis, posibilitan la generalización del comportamiento de unapoblación, siempre que se haga un análisis previo de la variabilidad de ellas parapoder afirmar, con cierto nivel de confiabilidad, que sus resultados pueden seraplicados a otras muestras o al universo de la población.

Mediante este principio y con ciertas limitaciones, los volúmenes de TPDS (mediamuestral) pueden ser utilizados para estimar un rango dentro del cual se puedeencontrar el TPDA (media poblacional). Este último valor, por su carácter universal,permite un mejor conocimiento del comportamiento del tránsito. La expresión poraplicar, es la siguiente:


26

1NnN

n

szTPDSTPDA c

Donde: zc: Valor crítico o coeficiente de confianza, dependiente del nivelde confianza deseado. Para una distribución normal y un nivelde confianza de 90 %, zc = 1.64. Si el nivel de confianza seaumenta a 95 %, zc = 1.96.

s: Desviación estándar de la muestra.

Donde n: Tamaño de la muestra (7 días).

N: Tamaño de la población (número de días del año).

TDi: Volumen de tránsito del día “i”.

En el Ejercicio 1 del Anexo A se presenta un ejemplo sobre la utilización de estasexpresiones. Ellas, sin embargo, deberán ser tratadas de manera muy cuidadosa,por cuanto el tránsito vehicular por las carreteras colombianas no tiende a laconstancia durante todo el año, sino que presenta algunos picos muy marcados,principalmente en épocas vacacionales o de cosechas agrícolas. Por este motivo,los volúmenes del tránsito promedio diario que caracterizan cada mes suelen serdiferentes.

Por otra parte, las campañas de conteo manual del INVÍAS no siempre se efectúanen semanas pertenecientes a los meses en los cuales el tránsito representarazonablemente el promedio anual, por cuanto ellas dependen,fundamentalmente, de la disponibilidad presupuestal para su ejecución. Por lotanto, la expansión del TPDS a TPDA mediante estas expresiones no implica unmejoramiento en el nivel jerárquico de la información.

Las variaciones mensuales del tránsito por las carreteras nacionales quedandemostradas al comparar los valores de TPDS con los de TPDA en todos lossectores de la red vial en los cuales el INVÍAS y el INCO disponen de ambos datos.Con fines ilustrativos, en la Tabla 2.3.1 se presentan los “factores de estacionalidadmensual” (TPDM/TPDA) obtenidos durante los años 2002 y 2003 en la estación

1n

TPDS)(TDis

2


27

“Carimagua”, ubicada en el PR 60 del sector Caucasia – Sincelejo. Como se puedeapreciar en ella, el tránsito circulante entre Junio y Noviembre se asemejarazonablemente al promedio anual (Factor de estacionalidad mensual cercano a1.0), en tanto que en los demás meses, en especial en Enero, Mayo y Diciembre, lasdiferencias tienden a ser importantes.

Tabla 2.3.1.Relaciones TPDM / TPDA en la estación Carimagua

AÑOMES

E F M A M J J A S O N D2002 1.23 0.92 0.98 0.96 0.88 0.97 1.03 0.98 0.96 0.95 0.99 1.162003 1.29 0.99 0.91 0.97 0.92 0.96 1.02 0.98 0.97 0.96 1.02 1.23

Promedio 1.26 0.96 0.95 0.97 0.90 0.97 1.03 0.98 0.97 0.96 1.01 1.20

Este tipo de relaciones sólo pueden ser establecidas en Colombia en los sectoresviales con estaciones de peaje. La incertidumbre en los sectores donde únicamentese posee información del TPDS se puede manejar aplicando los factores de víasubicadas en la misma región, con rasgos similares en el comportamiento deltránsito. Este tipo de manejo corresponde a un nivel 2 en la jerarquía de lainformación.

Para las carreteras de la red terciaria no suele existir información oficial sobre losvolúmenes de tránsito. No obstante, por las características de ellas, no se requiereun alto grado de fineza en ese sentido (nivel 3 de información). Como se indica enel Manual de Diseño de Pavimentos Asfálticos en Vías con Bajos Volúmenes deTránsito, publicado por el INVÍAS en 1997, “basta con considerar adecuadamentesus variaciones semanales y de temporada. Los días de mercado representan unaproporción importante del tránsito pesado semanal y su efecto se puede compensarmediante dos conteos, uno en un día corriente y otro durante el día de mercado.Como estas carreteras prácticamente no tienen tránsito nocturno, conteos de 16horas (de 6 a.m. a 10 p.m.) resultan normalmente adecuados y precisos. Latemporada agrícola también tiene gran incidencia. Durante y después de lascosechas se presenta un considerable aumento en el tránsito de vehículos pesados,el cual deberá tener en cuenta el diseñador”.

El Ejercicio 2 del Anexo A, tomado de la referencia que se acaba de citar, describeun procedimiento simple para estimar un valor razonable del TPDA en una vía debajo tránsito, correspondiente a la red terciaria.


28

2.3.3. Proporción del Tránsito Promedio Diario constituido por vehículoscomerciales (VC)

Como las cargas por eje y vehiculares de relevancia para el comportamientoestructural de un pavimento son las correspondientes a los buses y los camiones(vehículos comerciales), los conteos que se realicen con fines de diseño depavimentos deberán discriminar el tránsito por tipo de vehículo.

2.3.4. Distribución direccional del tránsito de vehículos comerciales (DD)

La distribución direccional (DD) corresponde a la proporción del tránsito devehículos comerciales que circula en una dirección. Generalmente, se consideraque la mitad de ellos circula en cada dirección (DD = 0.50). No obstante, si lasobservaciones a largo plazo en el lugar indican que la tendencia es diferente, sedeberá utilizar el valor observado. El uso del valor observado de largo plazo en elsector vial del proyecto constituye el nivel 1 de la información.

La Tabla 2.3.2 muestra, para algunas de las vías nacionales de acceso a Bogotá D.C.[ref. 2.3.2], la distribución direccional del tránsito durante el año 2000, obtenida apartir de los conteos manuales. Se puede advertir que, aunque en algunos casos ladistribución fue prácticamente simétrica, la tendencia general de la distribución delos vehículos pesados en las dos direcciones es hacia el desequilibrio,presentándose diferencias de consideración en las proporciones de las diversasclases de camiones en una misma vía.

El nivel 2 de información corresponde al uso de factores de distribución direccionalde índole regional, en tanto que, a falta absoluta de información confiable sobre elparticular, se recomienda adoptar un DD = 0.55 (nivel 3). Este valor es levementeconservativo y concuerda con el adoptado por defecto en la Guía de diseñoAASHTO 2002 [ref. 2.3.4].


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Tabla 2.3.2.Distribución direccional del tránsito en cuatro carreteras de acceso a Bogotá D.C. (año

2000)

Carretera DIRECCIÓN %A %B% CAMIONES

2 3 / 4 3S2 3S3

Guaymaral – La CaroEntrada 52.2 48.8 56.3 63.1 57.3 56.5Salida 47.8 51.2 43.7 36.9 42.7 43.5

Soacha – T del SaltoEntrada 50.4 40.3 50.8 49.2 47.8 46.9Salida 49.6 59.7 49.2 50.8 52.2 53.1

Fontibón – Tres esquinasEntrada 50.4 50.1 53.5 53.5 51.9 51.8Salida 49.6 49.9 46.5 46.5 48.1 48.2

El Cortijo - SiberiaEntrada 47.2 42.9 40.8 38.8 29.6 30.6Salida 52.8 57.1 59.2 61.2 70.4 69.4

2.3.5. Distribución del tránsito de vehículos comerciales por carril (DC)

La distribución del tránsito de vehículos comerciales por carril depende del númerode carriles que tenga la carretera en cada dirección. Si bien es evidente que cuandola vía sólo tiene un carril por dirección, éste acoge el 100 % del tránsito circulanteen dicha dirección (DC = 1.0), en el caso de vías con más de un carril por dirección,el carril exterior suele conducir un mayor número de vehículos comerciales –y,consecuentemente, un mayor número de ejes simples equivalentes- que el interior,razón por la cual se le denomina “carril de diseño”.

En vías de carriles múltiples, los factores de distribución por carril son altamentedependientes de factores relacionados con el tipo y con la localización de la vía y,principalmente, con la cultura de los conductores de los vehículos comerciales.Para este caso, el nivel 1 de información se aplica a factores DC determinadosespecíficamente en el sector vial del proyecto, obtenidos mediante conteosvehiculares de tipo manual o automático. El uso de factores de tipo regional,obtenidos por el mismo procedimiento, constituye el nivel 2 de información, entanto que el nivel 3 se refiere a recomendaciones de tipo general, como lasincluidas en la Tabla 2.3.3, la cual presenta las proporciones de distribución porcarril (DC) que recomiendan el manual de diseño de pavimentos asfálticos en víascon medios y altos volúmenes de tránsito del INVIAS [ref. 2.3.3] y el métodoAASHTO 2002 [ref. 2.3.4], o en la Tabla 2.3.4, donde se muestran las proporcionesrecomendadas en un estudio del programa NCHRP, realizado hace algunos años enlos Estados Unidos de América [ref. 2.3.5].


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Tabla 2.3.3.Factores de distribución por carril (DC) según el Manual de diseño de pavimentos

asfálticos en vías con medios y altos volúmenes de tránsito del INVIAS de 1998 y según elmétodo AASHTO 2002

NÚMERO DE CARRILESEN CADA DIRECCIÓN

FACTOR DE DISTRIBUCIÓN PARA EL CARRIL DEDISEÑO (DC)

INVIAS AASHTO 20021 1.0 1.02 0.90 0.93 0.75 0.64 Sin información 0.4

Tabla 2.3.4.Factor de distribución por carril (DC) según el NCHRP Report 277

(ref. 2.3.5)

TPD EN UNADIRECCIÓN

2 CARRILES PORDIRECCIÓN

3 CARRILES POR DIRECCIÓN

INTERIOR EXTERIOR INTERIOR CENTRAL EXTERIOR2000400060008000

1000015000200002500030000350004000050000600007000080000

100000

0.060.120.150.180.190.230.250.270.280.300.310.330.34

---

0.940.880.850.820.810.770.750.730.720.700.690.670.66

---

0.060.060.070.070.070.070.070.070.080.080.080.080.080.080.080.09

0.120.180.210.230.250.280.300.320.330.340.350.370.390.400.410.42

0.820.760.720.700.680.650.630.610.590.580.570.550.530.520.510.49


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2.3.6. Distribución de los vehículos comerciales por clases

Por la variedad de su tamaño y de las configuraciones de sus ejes, los efectos de losdistintos tipos de camiones sobre las estructuras de los pavimentos son diferentes.De ahí la conveniencia de establecer la proporción en que cada tipo de camióncircula sobre el segmento objeto del diseño. La clasificación de los vehículos enColombia se encuentra reglamentada por ICONTEC [ref. 2.3.6], y corresponde a larepresentada parcialmente en la Figura 2.3.1 para los camiones. Ella fue acogidapor el Ministerio de Transporte en la Resolución 4100 del 28 de diciembre de 2004,mediante la cual se adoptaron los límites de pesos y dimensiones en los vehículosde transporte terrestre automotor de carga por carretera.

CLASE ESQUEMA CLASE ESQUEMA

2 2S3

3 3S1

2S1 3S2

2S2 3S3

Figura 2.3.1. – Clasificación de los camiones (sólo incluye los más frecuentes en lascarreteras nacionales)

Los datos de nivel 1 sobre la distribución de los vehículos comerciales por clasesserán aquellos obtenidos en el sector vial del proyecto como resultado de conteosvehiculares, en tanto que los de nivel 2 corresponderán a extrapolaciones deinformación de tipo regional. Por su parte, el nivel 3 estará constituido por datosfijados con base en la experiencia local, o extraídos de información consolidada decarácter nacional.

2.3.7. Evolución histórica del tránsito automotor

El Instituto Nacional de Vías posee registros anuales continuos del tránsitopromedio diario semanal, en la mayoría de las carreteras nacionales, desde 1968.Cuenta, además, con información sobre el TPDA en los puntos donde tiene


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instaladas estaciones de peaje. Toda esta información es apropiada para conocer eltránsito que ha circulado por los pavimentos y para realizar las proyecciones haciael futuro, requeridas para el diseño de las obras de mantenimiento y derehabilitación.

Como solamente los buses y los camiones (vehículos comerciales) son tenidos encuenta en los análisis de tránsito referentes a las estructuras de los pavimentos,cuando se vayan a estudiar tendencias y a realizar proyecciones afines a lospropósitos de esta Guía, se deberá extractar de los boletines de tránsito del INVIASla parte pertinente a la evolución que ha tenido el tránsito de dichos vehículos(discriminada por tipo de vehículo, siempre que ello resulte posible) desde lasúltimas obras de importancia a que haya sido sometida la calzada (construcciónnueva o rehabilitación, según el caso). Estos datos, representados gráficamentecomo se muestra en la Figura 2.3.2, proporcionan una excelente visual de latendencia histórica y permiten adoptar decisiones respecto de sus posibilidadeshacia el futuro.

Figura 2.3.2. – Evolución histórica del tránsito de distintos tipos de vehículos por lascarreteras colombianas

Las Tablas 2.3.5 y 2.3.6 presentan la evolución que ha tenido en los últimos 30 añosla distribución vehicular sobre las carreteras de la red nacional. En la primera seaprecia que, proporcionalmente, el tránsito de vehículos comerciales ha decrecido,mientras la segunda muestra que, dentro del conjunto conformado por los


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camiones, se ha venido presentando una tendencia creciente hacia la participaciónde aquéllos de mayor tamaño, en razón de su mayor eficiencia en recorridos demedia y de larga distancia.

Tabla 2.3.5.Distribución del tránsito por tipo de vehículo en la red vial nacional

AÑO% VEHÍCULOS

LIVIANOS% BUSES % CAMIONES

1975198019851990199620002003

46.552.558.660.262.164.162.5

13.912.311.09.28.39.0

10.6

39.635.230.430.629.626.926.9

Tabla 2.3.6.Composición de la flota de camiones circulante por la red vial nacional

CAMIÓNPROPORCIÓN CIRCULANTE (%)

1981 1986 1990 1997 200323

3S23S3

Otros

79.58.68.90.03.0

77.48.4

12.60.70.9

77.27.6

10.83.80.6

70.59.89.78.91.0

64.09.7

10.715.40.2

Los registros del INVÍAS permiten advertir, además, que a medida que el tránsitopromedio diario de las vías es mayor, situación típica en las vías de acceso a losgrandes centros urbanos del país, la proporción de vehículos livianos aumentaconsiderablemente (Tabla 2.3.7) [ref. 2.3.7].

El conocimiento del tránsito que ha circulado durante los años previos al instantedel estudio para el diseño de obras de rehabilitación es importante, por cuantocontribuye en la determinación de la eventual vida residual del pavimento. Lainformación incluida en los boletines de tránsito del INVÍAS y los factores dedeterioro disponibles (preferiblemente discriminados por tipo de vehículocomercial), son los datos requeridos para realizar la estimación, tal como se indicaen un ejemplo que se presenta más adelante.


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2.3.8. Factor vehicular de deterioro (Factor Camión)

El factor vehicular de deterioro se puede definir como el número de ejes simples,de rueda doble, de 80 kN (8.2 toneladas), que producirían en el pavimento undeterioro equivalente al ocasionado por la circulación de un vehículo comercial. Elproceso de determinación de dicho factor requiere algunas consideracionesprevias.

Tabla 2.3.7.Tránsito promedio diario por rangos y composición

(Año 1996)

RANGO DE TPDCOMPOSICIÓN LONGITUD CARRETERAS

EN EL RANGO DE TPD(km)

% LONGITUD ENEL RANGO%A %B %C

0 - 500501 - 1000

1001 - 15001501 - 20002001 - 30003001 - 5000

5001 - 1000010001 - 1500015001 - 25000

> 25000

55666360616167707377

11689888

101010

34282931313125201713

5470287218331930203620319882821134

31.316.410.511.011.611.65.61.60.60.2

2.3.8.1. Carga equivalente para diseño

Todo vehículo que hace uso de un pavimento produce en las diferentes capas deéste y en la subrasante, esfuerzos, deformaciones y deflexiones, infligiendo unacantidad infinitesimal de deterioro en la estructura. A medida que las repeticionesde carga se acumulan, también lo hacen las cantidades de deterioro, reduciendoasí la vida del pavimento. Diferentes tipos de vehículos y de configuraciones deejes, producen efectos diferentes, los cuales se traducen en distintos niveles dedeterioro en el pavimento.

Debido a la dificultad que entraña la estimación del deterioro causado por cadauno de los vehículos que utiliza un pavimento, los expertos encontraron apropiadoexpresar la cantidad de deterioro producida por cada carga real, en términos de lacantidad equivalente de deterioro ocasionada por una carga de referencia. La cargade referencia utilizada para el diseño y evaluación de pavimentos asfálticos por la


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mayoría de agencias viales y métodos de diseño de pavimentos, es un eje simple,con sistema de rueda doble, de 80 kN (8.2 toneladas). Dicha carga fue adoptada enColombia hace muchos años y con base en ella se elaboró el manual de diseño depavimentos asfálticos en vías con medios y altos volúmenes de tránsito delInstituto Nacional de Vías [ref. 2.3.3]. Es, también, la carga de referencia que seutiliza para los propósitos de esta Guía metodológica.

2.3.8.2. Concepto del factor de equivalencia de carga por eje (FECE)

La base para la conversión de las cargas reales del tránsito en aplicacionesequivalentes de la carga de referencia fue desarrollada a partir de los datosobtenidos en el AASHO ROAD TEST, realizado en Ottawa, Illinois, entre 1958 y 1960[ref. 2.3.8]. En dicha prueba, pavimentos construidos con iguales diseños fueronsometidos a la acción de diferentes cargas y configuraciones de ejes, de maneraque se pudiera determinar el efecto producido por cada tipo de eje y cadamagnitud de carga sobre el deterioro del pavimento, expresado en términos depérdida del índice de servicio presente (ISP). Así, el factor de equivalencia de cargapor eje (FECE) fue finalmente definido mediante la expresión:

lidadserviciabidepérdidaigualproducenquej,iónconfiguracymagnituddeejesdeNúmero

lidadserviciabidepérdidaciertaproducenquereferenciadeejesdeNúmeroFECE

Para explicar el significado de esta expresión, considérense dos pavimentosidénticos sometidos a la acción de dos ejes del mismo tipo, cuya carga es dediferente magnitud. Supóngase que en el primero, la acción de 100,000aplicaciones de un eje simple de rueda doble de 80 kN (8.2 T) produjo una caída delíndice de servicio presente de 4.2 a 2.5, mientras que el segundo soportó 10,000aplicaciones de un eje simple de rueda doble de 142 kN (15.5 T) antes de sufrir lamima pérdida en el índice de servicio. En consecuencia, el factor de equivalencia decarga por eje (FECE) es:

FECE = 100,000 / 10,000 = 10

Lo que significa que una pasada de un eje simple de rueda doble de 142 kN (14.5 T)produce en el pavimento la misma cantidad de deterioro que 10 pasadas de un ejesimple de rueda doble de 80 kN (8.2 T).

Es importante señalar que la AASHO determinó que estos factores de equivalenciade carga por eje son función, tanto del tipo de pavimento, como de la condición


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estructural del mismo, del sistema de eje (simple, doble, triple o cuádruple), de lamagnitud de la carga por eje y del índice de servicio final que se considere. Tablascon valores de los factores de equivalencia de carga por eje (FECE), para diversascombinaciones de las variables citadas, se encuentran en la Guía de diseño depavimentos de la AASHTO, versión 1993 [ref. 2.3.9].

Desde un punto de vista más práctico y más fácil de comprender, los FECE seexpresan en términos de la magnitud de las cargas involucradas en su cálculo, lascuales deben corresponder a la misma configuración de eje. En ese orden de ideas,una expresión equivalente a la anterior, es la siguiente:

n

PrPi

FECE

Donde “n” es un coeficiente obtenido empíricamente. Para los mismos datos delproblema resuelto atrás, se tendría:

10 = (142 / 80)n

De donde: n = 4.01

El valor numérico de “n” no es absolutamente constante, aunque oscila dentro deun entorno más o menos restringido y cercano a 4 para los pavimentos asfálticosde estructura flexible, lo que ha llevado a la mayoría de los diseñadores arecomendar la adopción de un exponente igual a “4” en la solución de losproblemas rutinarios de estos pavimentos. Por ese motivo, esta ecuación esconocida como de “ley de la cuarta potencia”.

En el caso de los pavimentos asfálticos con capas ligadas hidráulicamente, se hadeterminado que el factor exponencial es mucho más elevado (entre 8 y 12) [ref.2.3.10], lo que implica que al diseñar estas estructuras, las cargas pesadas sondeterminantes, aunque su presencia sea poco frecuente.

2.3.8.3. Los sistemas de ejes de los vehículos automotores

El deterioro que sufre un pavimento al ser sometido a cierta carga total, se reducea medida que la carga se distribuye sobre un mayor número de ejes y deneumáticos. En tal sentido, resulta evidente el beneficio de la distribución de una


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determinada carga sobre un sistema de eje múltiple (tándem, triple o cuádruple)respecto de su distribución sobre un eje simple.

Se considera que un sistema de dos ejes simples consecutivos constituye un ejetándem, si las líneas de rotación de los dos ejes están a más de 1016 mm pero a nomás de 2438 mm; mientras que tres ejes simples consecutivos constituyen un ejetriple o trídem y cuatro consecutivos constituyen un sistema cuádruple, si laseparación entre dos ejes consecutivos del respectivo grupo es mayor de 1016 mm,pero no excede de 2438 mm.

La Tabla 2.3.8 muestra las cargas de referencia adoptadas por el Instituto Nacionalde Vías para los diferentes sistemas de ejes de los vehículos automotores, conpropósitos de evaluación y de diseño de pavimentos asfálticos [ref. 2.3.3]. Seconsidera que cada una de estas cargas da lugar a un FECE unitario, es decir, queproduce en un pavimento asfáltico la misma cantidad de deterioro que el ejesimple con sistema de rueda doble de 80 kN (8.2 T).

En Colombia aún no circulan los ejes cuádruples; sin embargo, en el instante en quelo hagan, será necesario considerarlos de manera independiente.

Tabla 2.3.8.Cargas de referencia adoptadas por el Instituto Nacional de Vías para el diseño de

pavimentos asfálticos [ref. 2.3.3]

TIPO DE EJECARGA DE REFERENCIAkN T

Simple de rueda simple 65 6.6Simple de rueda doble 80 8.2Tándem de rueda doble 146 15.0Triple de rueda doble 225 23.0

2.3.8.4. Obtención de la información sobre las cargas por eje y vehiculares

La disponibilidad de datos precisos y representativos sobre los pesos por eje de losbuses y de los camiones es crítica en la estimación de las cargas del tránsito. Lostipos de ejes y las magnitudes de sus cargas tienen un impacto muy importante enrelación con su efecto sobre el pavimento. Se debe tener presente que el tipo y elpeso de cada eje resultan más críticos para el pavimento que el peso total delmismo vehículo. Dos camiones distintos pueden transmitir el mismo peso total al


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pavimento, pero causar en éste un efecto muy diferente, dependiendo de laconfiguración de sus ejes y de la distribución de la carga sobre ellos.

Para explicar lo anterior, considérense dos camiones con un peso total de 145 kN.El primero de clase “2” (antiguo C2) con un eje simple direccional de 65 kN y un ejetrasero, también simple, de 80 kN; en tanto que el segundo, de clase “3” (antiguoC3), también tiene un eje delantero de 65 kN, mientras que el trasero es un sistematándem de 80 kN. Como lo muestra la Tabla 2.3.9, mientras el impacto del primeroequivale al de 2 ejes simples de 80 kN, el del segundo es tan sólo de 1.09, a pesarde que los dos transitan con el mismo peso total.

Tabla 2.3.9.Comparación del efecto producido sobre un pavimento flexible por una misma carga

vehicular total, distribuida mediante diferentes sistemas de ejes

CAMIÓN EJEPESO DEL EJE

(kN)

FECE(LEY DE LA 4ª

POTENCIA)

2Simple direccionalSimple no direccional

6580

1.01.0

Equivalencia en ejes de 80 kN (8.2 T) 2.0

3Simple direccionalTándem

6580

1.00.09

Equivalencia en ejes de 80 kN (8.2 T) 1.09

En lo que respecta a la recolección de datos sobre pesos por eje, ella se realiza entres tipos de básculas: (i) estáticas o fijas, (ii) portátiles y (iii) de peso enmovimiento o weight-in-motion (WIM).

Básculas estáticas

Son básculas de tipo fijo, que se instalan al lado de las carreteras, en las cuales sepesan únicamente los camiones que circulan por dichas vías (Figura 2.3.3). Existenmuchas dificultades con la confiabilidad de los datos de este tipo de básculas paralos análisis requeridos con propósitos de diseño de pavimentos. Si su operación noes continua, los datos recolectados representan solamente una muestra muylimitada de las cargas reales de los camiones, durante determinados días del mes.Así mismo, siempre que les resulta posible, los conductores de los camionessobrecargados buscan circular por vías alternas durante los días en los que las


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básculas están en operación, lo que le resta fidelidad a la información obtenida. Lainformación obtenida con estas básculas se considera de nivel 2.

Figura 2.3.3. – Báscula estática

Básculas portátiles

Son las más utilizadas por el Instituto Nacional de Vías durante sus campañasperiódicas de recolección de datos de carga vehicular (Figura 2.3.4). Aunquepresentan la ventaja de la facilidad de su instalación y de la ejecución de losoperativos, lo que brinda la posibilidad de obtener datos de carga en muchascarreteras del país a un costo relativamente bajo, la información que se obtiene seencuentra afectada por los mismos problemas que se presentan con las básculasestáticas. En primer lugar, los datos comprenden una muestra muy limitada de laflota vehicular y, por lo tanto, pueden no ser representativos de las condicionesreales. Ello se debe a que, por la reducida duración de los operativos –no sueleexceder de 15 días- se pudiera requerir la aplicación de ajustes de tipo estacional.Así mismo, los conductores de los camiones, al enterarse de la existencia de losoperativos, buscan vías alternas y, en caso de no encontrarlas, tienden a reducir elpeso vehicular durante el lapso durante el cual operan las básculas.

Como en el caso de las básculas estáticas, su información se considera de nivel 2.


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Figura 2.3.4. – Básculas portátiles

Básculas de peso en movimiento (WIM)

Este tipo de básculas ha constituido un avance en el análisis de las cargas deltránsito con fines de análisis de ingeniería. Se trata de dispositivos que se instalanen la capa de rodadura del pavimento y registran, de manera permanente, lospesos en movimiento de los vehículos al circular por la carretera (Figura 2.3.5). Estetipo de básculas ofrece un alto grado de flexibilidad y de agilidad en la recolección yel procesamiento de los datos, a la vez que evita las molestias e inseguridades quegenera la detención de los vehículos, anula las prevenciones de lostransportadores, por cuanto éstos generalmente ignoran su presencia y permite larecolección de un gran número de datos a un costo unitario relativamente bajo.

La mayor objeción que presenta su empleo, es la referente a su precisión. Algunascomparaciones que se han realizado entre medidas con básculas fijas y conbásculas WIM, muestran diferencias hasta de 8 % en los pesos por eje y hasta de 6% en los pesos brutos vehiculares. Se debe tener presente que la báscula WIMmide el efecto de una carga dinámica que se desplaza sobre la carretera, la cualpuede resultar diferente del peso estático, debido a la rugosidad de la superficie yal sistema de suspensión vehicular. A bajas velocidades y con pavimentos de altalisura, el ajuste entre los valores determinados por ambos dispositivos es muchomayor.

De todas maneras, los datos obtenidos por este medio son los más representativosde los pesos de los vehículos comerciales circulantes por cualquier sector decarretera, motivo por el cual se considera que su información es de nivel 1.


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Figura 2.3.5. – Báscula de peso en movimiento

El nivel 3 sobre información de cargas por eje corresponde a los casos en los cualesno existe conocimiento específico de la magnitud de las cargas circulantes en elsegmento objeto del estudio, debiéndose apelar al uso de datos promedios,provenientes de estudios de tipo regional o nacional u otra información obtenidapor defecto.

2.3.8.5. Concepto de los factores vehiculares de deterioro

Los factores de equivalencia de carga por eje (FECE) proporcionan una manera deexpresar niveles equivalentes de deterioro entre diferentes cargas por eje; sinembargo, resulta mucho más conveniente expresar ese deterioro equivalente entérminos de la cantidad de deterioro producida por un vehículo completo. En otraspalabras, al sumar los deterioros generados por todos los ejes de un determinadovehículo, se obtiene la cantidad de deterioro producido por una pasada de él sobreel pavimento. Esta adición de efectos está incorporada en el concepto del factorvehicular de deterioro, el cual se define como el número de ejes simplesequivalentes de referencia que producen el mismo deterioro en el pavimento quela pasada de un vehículo comercial [ref. 2.3.11].

El factor vehicular de deterioro puede ser calculado para cada tipo de camión obus; o como un promedio para todo el flujo del tránsito pesado, caso en el cual seconoce como “factor camión”. Aunque la mayoría de los diseñadores colombianosrealizan sus cálculos utilizando el segundo de los criterios citados, resulta muchomás recomendable, para los efectos de evaluación y prognosis del tránsito, calcularfactores de deterioro independientes para cada tipo de vehículo pesado, en razón


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de la distinta tasa de crecimiento anual que presenta el tránsito de los diferentesvehículos comerciales.

La Tabla 2.3.10 muestra los factores vehiculares de deterioro promedios obtenidospara distintos tipos de camiones en algunas encuestas realizadas durante losúltimos años en las carreteras nacionales [ref. 2.3.12][ref. 2.3.13][ref. 2.3.14]. Confines comparativos, las dos últimas columnas de la tabla muestran los valores deeste parámetro en las carreteras de Pakistán y los Estados Unidos de América [ref.2.3.15]. Respecto de los buses, la información disponible en el país es muy limitada,motivo por el cual se acepta el uso de los factores recomendados en el manual dediseño de pavimentos asfálticos en vías con medios y altos volúmenes de tránsito(0.40 para el bus corriente y 1.00 para el bus metropolitano), salvo que se dispongade datos reales para el sector vial objeto de los estudios.

Tabla 2.3.10.Factores vehiculares de deterioro para diferentes tipos de vehículos

TIPO DECAMIÓN

FACTOR VEHICULAR DE DETERIORO(EJES SIMPLES DE 80 kN)

MOPT1992

INVÍAS1996

INVÍAS2003

DATOSPAKISTÁN

DATOSUSA

2 2.16 3.44 2.15 4.67 0.213 4.39 3.76 3.15 8.84 1.59

2 S1 - 3.37 3.13 - -3 S1 - 2.22 2.33 - -2 S2 - 3.42 2.27 10.35 1.323 S2 4.21 4.40 4.21 14.73 1.393 S3 4.42 4.72 5.31 10.90 1.39

Con el fin de disponer de un mayor nivel jerárquico en la información de tránsito y,consecuentemente, alcanzar una mejor calidad en el diseño de las obras derehabilitación, es recomendable acudir a los datos reales de la carretera específicabajo consideración, siempre que ello resulte posible, pues los promediosnacionales se basan en valores individuales enormemente dispersos, como sepuede apreciar en los casos presentados en la Tabla 2.3.11.

Durante los últimos años del siglo XX se advirtieron aumentos de consideración enlos factores vehiculares de deterioro para todos los tipos de vehículos pesados,tanto por las mejoras en la fabricación de éstos, como por los incrementos quetuvieron los límites legales de carga y la tendencia a la sobrecarga por parte de los


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transportadores nacionales. Mientras en el año 1970 el Ministerio de ObrasPúblicas indicaba que un factor camión de 1.5 constituía un razonable promediopara los diseños de los pavimentos de las carreteras nacionales, los datos incluidosen la Tabla 2.3.10 indican que en la actualidad su valor es, cuando menos, 100 %mayor. Es probable que por las limitaciones propias de los vehículos y de lainfraestructura vial nacional, no se continúen presentando aumentos sustanciales;sin embargo, de preverse, es recomendable considerar tal situación al realizar lasproyecciones de las cargas del tránsito.

Tabla 2.3.11.Variabilidad entre los factores vehiculares de deterioro obtenidos en algunos tramos de la

red vial nacional (año 2003)

CARRETERAESTACIÓN DE

PESAJE

FACTOR VEHICULAR DEDETERIORO SEGÚN CAMIÓN2 3 3S2 3S3

Manizales - Chinchiná Cenicafé 1.25 2.04 2.75 2.73Girardot - Bogotá El Salero 2.49 3.54 4.91 5.42Buenaventura - Mediacanoa Mediacanoa 3.98 5.90 7.78 6.93Promedio nacional 23 estaciones 2.15 3.15 4.21 5.31

Un aspecto importante, que a menudo es pasado por alto en las evaluaciones deltránsito con propósitos de diseño de pavimentos nuevos y rehabilitados, es elhecho de que, en algunas carreteras, los pesos de los camiones son mayores enuna dirección que en la otra, lo que da lugar a factores vehiculares de deteriorodiferentes. Los factores camión promedio por dirección en algunas carreterasnacionales durante el año 2000, incluidos en la Tabla 2.3.12, indican que estasituación se presenta con más frecuencia de la que se cree, razón por la cual esnecesario que los estudios de tránsito consideren adecuadamente estosdesbalances (nivel 1 de información).

Tabla 2.3.12.Factores camión por dirección en algunas carreteras colombianas

(Encuestas del año 2000)

CARRETERAFACTOR CAMIÓN

DIRECCIÓN 1 DIRECCIÓN 2Bogotá – TunjaCerritos – CartagoMelgar – GirardotBuga – BuenaventuraBogotá – Honda

3.392.213.485.052.96

4.413.264.593.173.74


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2.3.8.6. Aplicación de los FECE en el cálculo del factor vehicular de deterioro(Factor Camión)

La determinación del factor camión exige el cómputo de los factores deequivalencia de carga por eje, a través de los cuales el flujo de diferentes cargaspor eje se convierte en un número equivalente de aplicaciones de la carga dereferencia. Hecho esto, el factor camión se obtiene dividiendo el número deaplicaciones de la carga de referencia por el número de camiones que se pesaron.Por ejemplo, considérese la información que muestra la Tabla 2.3.13, recolectadaal pesar 220 camiones en un segmento específico de una vía pavimentada.

Un ejemplo completo del cálculo del factor camión para un pavimento flexible, apartir de los resultados de un operativo de pesaje, se presenta en Ejercicio 6 delAnexo A.

Tabla 2.3.13.Ejemplo de cálculo de factor camión

TIPO DE EJEPESO(kN)

NÚMERODE EJES

FECE(LEY DE LA 4ª

POTENCIA)

NÚMERO DE EJESSIMPLES

EQUIVALENTES DE80 kN

Simple direccionalSimple no direccionalTándemTándem

659880

213

2201505020

1.02.250.094.45

220338

591

Ejes equivalentes de 80 kN para todos los ejes que se pesaron (1)Total de camiones objeto del pesaje (2)Factor camión = (1) / (2)

6542202.97

2.3.9. Conversión del tránsito mixto en aplicaciones equivalentes del eje dereferencia

Esta conversión, que se realiza partiendo de los conceptos presentados en losnumerales precedentes, permite hacer estimaciones, tanto del tránsito que ya hacirculado sobre el pavimento, como del previsible hacia el futuro. El cálculo sepuede realizar de dos maneras: utilizando un factor camión promedio para todoslos vehículos comerciales (buses y camiones), o haciendo cálculos individuales porvehículo comercial, aplicando el factor vehicular de deterioro específico de cadauno de ellos. Mientras este último procedimiento es más preciso y más


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recomendable (nivel 1), el primero permite cálculos más rápidos y suficientementeaproximados para la mayoría de los estudios de rutina (niveles 2 y 3).

El número de ejes simples equivalentes (NESE) de 80 kN (8,2 T) en el carril dediseño durante un año “i”, se determina mediante la expresión:

NESEi = TPDAi * VC * DD * DC * FC * 365

Donde: NESEi: Número de aplicaciones del eje de referencia en el carril dediseño durante el año “i”, equivalentes al tránsito real, encuanto a su efecto sobre el pavimento.

TPDAi: Tránsito promedio diario anual en ambas direcciones, duranteel año “i” (numeral 2.3.2).

VC: Proporción del TPDAi, en cifras decimales, que está constituidapor vehículos comerciales (buses+camiones) (numeral 2.3.3).

DD: Distribución direccional del tránsito de los vehículoscomerciales, en cifras centesimales (numeral 2.3.4).

DC: Proporción, en cifras centesimales, de los vehículoscomerciales circulantes en una dirección, que utiliza el carril dediseño (numeral 2.3.5).

FC: Factor vehicular de deterioro (factor camión) (numeral 2.3.8).

Esta expresión está planteada para calcular el número de ejes de acuerdo con elprimero de los dos procedimientos descritos antes. Sin embargo, la fórmulatambién es aplicable para hacer cálculos separados para cada tipo de vehículocomercial de acuerdo con el segundo procedimiento, con algunas precauciones,consistentes en que: (i) en el término VC sólo se debe considerar la proporción deltipo específico de vehículo comercial dentro del flujo general y (ii) en el término FCse utilizará el factor vehicular de deterioro calculado expresamente para esevehículo comercial. Calculados los NESEj para los diferentes tipos de vehículoscomerciales, la suma de ellos dará como resultado el número total de aplicacionesdel eje de referencia en el carril de diseño durante el año “i” (NESEi).

Para determinar el valor de los NESE durante un lapso de varios años, es precisorealizar el cómputo para cada uno de los años del período, empleando los valores


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del tránsito real si el cálculo se refiere a períodos anteriores o aplicando tasas decrecimiento apropiadas según la tendencia observada en la vía objeto del análisis.La suma de los valores anuales obtenidos, permite obtener el NESE durante elperíodo deseado. El procedimiento para ello se describe a continuación medianteun sencillo ejemplo.

Considérese una carretera de dos carriles en la cual el factor de distribucióndireccional del tránsito (DD) es 0.50, sometida a trabajos de rehabilitación que seterminaron hace 5 años (n-5), en la cual se presentó desde entonces la evolucióndel tránsito promedio diario (TPDS, por cuanto el tramo sólo posee estaciones deconteo manual) que se muestra en la Tabla 2.3.14. Se incluyen en ella los factoresvehiculares de deterioro representativos de los diversos tipos de vehículos pesados(los factores de los camiones han sido tomados de la Tabla 2.3.10 para el año 2003y el referente al bus, se tomó del manual de diseño de pavimentos asfálticos envías con medios y altos volúmenes de tránsito del INVÍAS).

Tabla 2.3.14.Valores del TPDS y distribución por tipo de vehículo (Ejemplo)

AÑO TPDSAUTOS BUSES CAMIONES

DISTRIBUCIÓN PORCENTUAL DECAMIONES

% % % 2 3 3S2 3S3n-5 1560 65 10 25 74 13 10 3n-4 1464 64 11 25 71 14 10 5n-3 1700 65 9 26 73 14 8 5n-2 1768 63 11 26 73 14 8 5n-1 1890 66 9 25 72 14 7 7

actual 1954 67 6 27 72 14 7 7Factores vehiculares dedeterioro

1.00 - 2.15 3.15 4.21 5.31

El procedimiento para el cálculo del número de ejes simples equivalentes en elcarril de diseño, durante el año “n-5” (NESEn-5), es el que ilustra la Tabla 2.3.15.

Reiterando el procedimiento, se obtienen los ejes simples equivalentes de 80 kN(8.2 T) en el carril de diseño para cada uno de los años considerados (NESEi), asícomo el valor acumulado de los mismos, tal como se resume en la Tabla 2.3.16. Enlos cálculos se ha supuesto que los factores de deterioro vehicular permanecenconstantes con el transcurso de los años. Como lo muestra la Tabla 2.3.10, dichaconstancia no parece corresponder a la realidad del tránsito por las vías


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colombianas, lo que crea en los resultados una imprecisión que resultaprácticamente imposible de evitar.

Tabla 2.3.15.Determinación del NESEn-5 (Ejemplo)

TIPO DEVEHÍCULO

TPD DE CADA TIPO DE VEHÍCULO EN EL CARRILDE DISEÑO (TPDi)

FACTORVEHICULAR DE

DETERIORO

NÚMEROPROMEDIO

DIARIO DE EJESEQUIVALENTESEN EL CARRIL

DE DISEÑO

NÚMERO DEEJES

EQUIVALENTESEN EL CARRIL

DE DISEÑO ENn-5

(NESEn-5)

(1)TPD * %VC

(2)DD(3)

DC(4)

TPDi(5)=(2)*(3)*(4)

(Tabla 2.3.10)(6)

(7) = (5)*(6) (8) = (7)*365

BUS 1560*.10 0.5 1.0 78 1.0 78 28,4702 1560*.25*.74 0.5 1.0 144.3 2.15 310.2 113,2233 1560*.25*.13 0.5 1.0 25.4 3.15 80.0 29,200

3S2 1560*.25*.10 0.5 1.0 19.5 4.21 82.1 29,9673S3 1560*.25*.03 0.5 1.0 5.9 5.31 31.3 11,425

TOTAL (NESEn-5) 212,285

Tabla 2.3.16.Determinación del NESE para todos los años (Ejemplo)

AÑONÚMERO ANUAL DE EJES SIMPLES EQUIVALENTES EN EL CARRIL DE DISEÑO

(NESE)BUS 2 3 3S2 3S3 TOTAL

n-5 28,470 113,223 29,200 29,967 11,425 212,285n-4 29,390 101,963 29,457 28,121 17,734 206,665n-3 27,923 126,604 35,573 27,168 21,417 238,685n-2 35,493 131,668 36,996 28,255 22,273 254,685n-1 31,043 133,486 38,028 25,412 32,052 260,021

actual 21,396 149,047 42,461 28,375 35,789 277,068TOTAL 173,715 755,991 211,715 167,298 140,690 1,449,409

2.3.10. Tasas de crecimiento del tránsito de los vehículos comerciales

La mayor o menor precisión en la estimación del tránsito futuro descansa, enbuena medida, en la decisión que se tome respecto de la tasa esperada decrecimiento del mismo. El manual de diseño de pavimentos asfálticos en vías conmedios y altos volúmenes de tránsito del INVIAS presenta una tabla con rangos detasas de crecimiento del tránsito en la red vial nacional, según las tendencias


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observadas en las dos últimas décadas del pasado siglo [ref. 2.3.3]. Para losvehículos comerciales, menciona cifras que varían entre 3.0% y 6.0% por año. Estosvalores, aunque representaban promedios razonables en la época de elaboracióndel manual, se apartan de la realidad actual en muchos tramos de la red, motivopor el cual es necesario que, para los estudios destinados al diseño de las obras derehabilitación de sus pavimentos, el ingeniero realice la determinación de latendencia a partir de los datos disponibles del proyecto bajo análisis, de acuerdocon las técnicas que se describen en el siguiente numeral u otras que resultenaplicables. La Tabla 2.3.17, elaborada a partir de los datos del tránsito promediodiario semanal (TPDS) de algunos tramos de carreteras nacionales tomados al azar,reafirma la conveniencia de efectuar las proyecciones con datos específicos decada proyecto (niveles 1 y 2) y no con tendencias de tipo general (nivel 3).

Tabla 2.3.17Crecimiento promedio del TPDS en algunas carreteras nacionales a partir de los valores de

los años 1999 y 2005

CARRETERA

TASA DE CRECIMIENTO ANUAL DEL TRÁNSITOPROMEDIO DIARIO SEMANAL ( % )

TODOS LOSVEHÍCULOS

BUSES CAMIONES

Soacha – T del Salto 0.9 5.0 7.4San Gil – Los Curos 4.9 9.3 4.9Barranquilla – Galapa 2.8 6.3 2.1Castilla - Aipe 1.6 16.4 4.5La Pintada – Santa Bárbara 1.6 3.6 2.3

2.3.11. Proyección del tránsito

En la mayoría de las carreteras nacionales se ha presentado un incrementocontinuo en los volúmenes de tránsito, debido al aumento normal en la utilizaciónde los vehículos. El deseo de las personas por movilizarse, la flexibilidad ofrecidapor los vehículos automotores y el crecimiento económico, hacen que estacomponente del transporte aumente año tras año. Como consecuencia de estedinamismo, es evidente que la sola valoración del volumen actual no resultasuficiente cuando el problema que se enfrenta es el del diseño de una estructura amediano plazo, tal el caso de un pavimento.

Dado que el Instituto Nacional de Vías dispone de información sobre la evolucióndel tránsito en las carreteras pavimentadas a su cargo, resulta posible ajustar


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tendencias de crecimiento de tipo matemático, que permitan pronosticar losvolúmenes del tránsito futuro, aplicables tanto a la planeación como al diseño. Enel caso de los pavimentos, la proyección exige, en primer término, la estimación delNESE en el año en el cual se prevé la habilitación de la estructura nueva o de lasobras de rehabilitación (NESE0), estimación que resulta sencilla cuando se disponede una ecuación que represente la tendencia del tránsito a través del tiempo(niveles de información 1 y 2). En relación con esta última, si bien la bibliografíainternacional hace más énfasis en el uso de ecuaciones de tipo exponencial paraestablecer la tendencia en el crecimiento del tránsito, en muchas carreteras de lared vial nacional, principalmente pavimentadas, la tendencia ha sido, más bien, detipo lineal recto. De todos modos, la elección de las tendencias recta o exponencialdependerá del grado ajuste de los datos a cada una de ellas, medido a través delcoeficiente de correlación.

A continuación, y una vez elegido el período de diseño de las obras, se realiza laexpansión de los datos, de manera de estimar el NESE acumulado durante dicholapso, cálculo que se puede realizar bien año por año, bien globalmente a través dela integración hacia el futuro de la ecuación de ajuste a los datos históricos. En elcaso de que la expresión matemática sea de tipo exponencial, el númeroacumulado de ejes simples equivalentes de 80 kN (8.2 T) en el carril de diseñodurante el período de diseño de las obras (N), se puede estimar mediante laexpresión:

i1ln

1i1*NESEN

n

0

Donde: n: Período de diseño de las obras (años).

i: Tasa de crecimiento anual del NESE (en cifras centesimales).

Si la expresión matemática de mejor ajuste es de tipo lineal recto, el valor N seobtiene a través de la expresión;

2n*m

n*NESEN2

0

Donde: m: Incremento anual constante en el número de ejes equivalentesen el carril de diseño (pendiente de la recta).


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A pesar de que el cálculo de “N” es más rápido cuando las ecuaciones se aplicandirectamente al valor NESE que agrupa todos los vehículos comerciales, es másrecomendable aplicarlas individualmente al NESE de cada tipo de vehículocomercial, efectuando luego la suma de ellos, en razón a que el patrón decrecimiento del tránsito anual del tránsito de cada uno de estos tipos de vehículossuele ser diferente.

Si a causa de las obras de rehabilitación del pavimento se prevé la aparición devolúmenes de tránsito de buses y camiones adicionales a los normales delcrecimiento histórico, su cuantía deberá ser considerada en la proyección. Estasadiciones, cuando se presentan, suelen ser muy limitadas en los proyectosnormales de rehabilitación de los pavimentos de las carreteras nacionales, motivopor el cual se pueden pretermitir en la mayoría de los casos de rutina.

2.3.12. Algunos factores que afectan la precisión del cálculo de los ejesequivalentes para el diseño

Existen muchos factores, adicionales a los ya descritos, que inciden en la precisióndel cálculo de los factores de equivalencia de carga por eje y, consecuentemente,en la estimación del NESE durante el período de diseño de las obras derehabilitación del pavimento (N). Algunos de ellos se mencionan a continuación.

2.3.12.1. La validez de los FECE obtenidos en el AASHO ROAD TEST, para el mediocolombiano

La aplicabilidad de los resultados del AASHO ROAD TEST a los pavimentos de lospaíses en desarrollo ubicados en áreas tropicales, ha sido cuestionada desde hacelargo tiempo por muchos motivos, entre ellos:

- El medio ambiente demasiado frío en el cual se realizó la prueba, incluido unciclo de congelamiento que afectó el proceso de deterioro.

- Los pavimentos ensayados, con grandes espesores de capas asfálticas sobresubrasantes débiles, no son representativos de los pavimentos flexibles usualesen los países en desarrollo.

- No está claro qué tan aplicables son los ensayos acelerados con gran intensidadde cargas pesadas, a las vías comunes donde se mezclan, a lo largo del tiempo,vehículos livianos y pesados con menores volúmenes diarios de tránsito.


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- No se consideraron los efectos de las distintas políticas de mantenimiento ni derehabilitación sobre el deterioro de los pavimentos.

- Las cargas máximas por eje en el ensayo fueron 133 kN (13.6 T) para ejessimples y 214 kN (21.8 T) para ejes tándem, valores muy inferiores a losmáximos usuales en países en desarrollo. Además, no circularon los ejes triples.

- No se incluyeron obras de subdrenaje en las secciones del ensayo.

- Existen diferencias considerables entre las diversas interpretaciones que se handado a los resultados del ensayo. Si bien el análisis de Liddle es el más usado[ref. 2.3.16], el realizado por Shook y Finn [ref. 2.3.17] es también ampliamenteutilizado y ambas interpretaciones dan resultados bastante diferentes alcomputar los efectos destructivos de cargas por eje muy pesadas.

Estos cuestionamientos motivaron, en parte, las investigaciones que se realizaronen Kenia (1971–1974) y en Brasil (1977– 982) con el auspicio del Banco Mundial,orientadas al estudio del deterioro de los pavimentos en los países tropicales aescala real, bajo condiciones de operación muy variables, investigaciones quedieron lugar al desarrollo del modelo HDM.

El análisis de los datos obtenidos en el Brasil permitió deducir los efectos relativosde daño de las distintas cargas por eje, bajo la acción de carga mixta y a largo plazo,a diferencia de las condiciones del AASHO ROAD TEST y otros estudios posterioresde carga controlada acelerada. Según el estudio realizado en Brasil, el exponentepor aplicar a la relación de las cargas axiales en la función de daño relativo esdiferente, según el tipo de falla considerada. Para modos de deformación como elahuellamiento y la rugosidad, se encontró que el valor 4.0 era razonable; para lainiciación y el progreso de las fisuras se encontraron valores entre 2.0 y 4.0, entanto que para descascaramiento el exponente hallado fue 0.0.

El desarrollo de sistemas de tipo analítico, facilitó la posibilidad de estudiar modosde deterioro de los pavimentos flexibles diferentes al de pérdida de serviciabilidadestudiado en el AASHO ROAD TEST. En particular, han sido muy estudiados elagrietamiento por fatiga de las capas ligadas con asfalto y la deformaciónpermanente de las capas no ligadas, incluida la subrasante, bajo la acción repetidade las cargas del tránsito. Este tipo de análisis sustenta algunos de los métodos dediseño de pavimentos de mayor uso en la actualidad, como el de SHELL [ref. 2.3.18]y el del Instituto del Asfalto [ref. 2.3.11], así como el nuevo método AASHTO 2002[ref. 2.3.19].


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Al diseñar pavimentos bajo este concepto se ha encontrado, como era de esperar,que el número de repeticiones de carga para alcanzar la falla es diferente para losdos criterios (agrietamiento y deformación), debiendo escogerse aquél que resultecrítico, es decir, el que conduce a la falla con un menor número de repeticiones decarga. Los resultados de los ensayos de fatiga en el laboratorio sobre los materialesviales, permiten relacionar el número de repeticiones de carga para llegar a la falla(NF) con la deformación unitaria () a la cual es sometido el material (Figura 2.3.6),mediante expresiones del tipo:

b

ε1aFN

Donde “a” y “b” son coeficientes obtenidos experimentalmente.

Figura 2.3.6. - Relación entre los niveles de deformación y las repeticiones de carga parallegar a la falla en un pavimento flexible.

Aplicando esta expresión a dos cargas por eje diferentes (Pr y Pi), se tiene:

b

rε1aNr

b

iε1aNi

De donde:

b

εNiNrFECE

r

iε


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Se puede afirmar que no existe una ley general de equivalencia de cargas enrelación con su poder destructivo sobre los pavimentos y que el exponente deequivalencia para los pavimentos de tipo flexible y semiflexible depende tanto delmecanismo de falla escogido (ahuellamiento, agrietamiento o pérdida deserviciabilidad), como de las características de la estructura y de la configuración delos ejes de los vehículos (número de ejes y de ruedas, espaciamiento entre ejes ytipo de neumáticos). Los valores extractados de diversas fuentes, que se resumenen la Tabla 2.3.18 muestran que el exponente varía en el amplio rango de 1 a 8, conuna concentración de valores entre 2 y 6 [ref. 2.3.20]. Como se indicó antes, losfactores exponenciales correspondientes a pavimentos asfálticos con capas ligadashidráulicamente son más altos que éstos.

Un estudio adelantado por Irick et al, para el Trucking Research Institute (TRI),destinado al reanálisis de los datos del AASHO ROAD TEST, llegó a la conclusión deque los FECE deben ser mayores que los recomendados por AASHTO cuando lascargas son livianas, y menores que éstos para las cargas más pesadas, como seresume en la Tabla 2.3.19 [ref. 2.3.21].

2.3.12.2. Efecto de las condiciones de aplicación de la carga

No sólo la magnitud de la carga ejerce influencia sobre el deterioro que sufre unpavimento bajo su aplicación. Aunque sin cuantificar con exactitud, debido a locomplejo de su valoración, se ha demostrado que las condiciones bajo las cualesella se aplica, también inciden en la respuesta de la estructura. Entre dichascondiciones se pueden citar el tipo de neumático, la forma del área de contactoentre éste y el pavimento, las presiones de inflado y de contacto, el espaciamientoentre los ejes de un mismo sistema, la distribución de la carga sobre los ejes quecomponen un sistema tándem, triple o cuádruple, la manera como la carga sedistribuya lateralmente sobre el pavimento, el efecto dinámico de la aplicación dela carga, etc. [ref. 2.3.20]. Algunos de estos aspectos se analizan a continuación.

Tránsito canalizado

Bajo condiciones normales, la distribución transversal de las cargas por eje sobrelas carreteras colombianas es la que usualmente consideran los métodos de diseñode pavimentos. Sin embargo, si en algún tramo de la red se prevé que el tránsito delos vehículos pesados presente un fuerte nivel de canalización, el valor de tránsitopor utilizar para el diseño de las obras de rehabilitación deberá ser 2.5 veces eldeterminado según el procedimiento indicado en el numeral 2.3.11 [ref. 2.3.18].


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Tabla 2.3.18.Exponentes para al cálculo de los factores de equivalencia de carga para pavimentos

flexibles

PAIS DE INVESTIGACION CRITERIOEXPONENTE

(n)Australia

Bélgica

BrasilFinlandiaFranciaInglaterraItaliaSudáfricaU.S.A.

AgrietamientoAhuellamientoAgrietamientoAhuellamientoAgrietamientoAhuellamientoAgrietamientoAgrietamientoAhuellamientoAgrietamientoAhuellamientoAgrietamientoAgrietamiento

Pérdida serviciabilidadAhuellamientoAgrietamiento

2.03.3 – 6.0

4.84.3

2.0 – 4.04.0

3.3 – 4.02.0

4.0 – 8.02.9 – 6.23.6 – 4.01.2 – 3.01.3 – 4.93.9 – 4.44.2 – 4.81.3 – 1.9

Presiones de inflado y de contacto

El común de los proyectistas supone en sus evaluaciones y en sus diseños que lapresión de inflado del neumático es igual a la de contacto entre éste y la superficiedel pavimento (pi = pc) y que dicha presión actúa uniformemente sobre el área decontacto. Según De Beer [ref. 2.3.22], esta aproximación puede resultar válida parael diseño y el análisis de pavimentos con capas asfálticas relativamente espesas(mayores de 10 centímetros) pero, en el caso de revestimientos más delgados,dicha suposición requiere mayor validación, debido a la existencia de evidencias deque muchos de los deterioros de los pavimentos no se deben sólo a la acumulaciónde las cargas de diseño o a la sobrecarga de vehículos pesados sino, también, a laacción de esfuerzos elevados en la interfaz neumático – pavimento.


55

Tabla 2.3.19.Comparación de factores de equivalencia de carga de AASHTO y TRI, para diversas

combinaciones de estructuras y magnitudes de carga por eje actuante (para pt = 2.5)

NÚMEROESTRUCTURAL

EJE SIMPLE DE53,4 kN

EJE SIMPLE DE133.5 kN

EJE TÁNDEM DE106.8 kN

EJE TÁNDEM DE213.5 kN

TRI AASHTO TRI AASHTO TRI AASHTO TRI AASHTO

3.06 0.25 0.21 5.6 7.8 0.34 0.32 3.5 4.2

4.36 0.24 0.21 6.2 6.9 0.32 0.28 3.7 4.1

El mismo autor ha determinado que la presión en el contacto del neumático con elpavimento ni es constante ni sigue una distribución normal y recomienda emplearuna aproximación con base en percentiles para obtener los esfuerzos de contactorequeridos con propósitos de diseño. Al efecto, plantea una ecuación general deltipo (pc = A*pi + B), en la que los coeficientes A y B dependen del percentil deconfiabilidad elegido, como lo muestra la Tabla 2.3.20.

El análisis de los datos de cerca de 1500 encuestas sobre camiones, realizadas en1995 por la Universidad Nacional de Colombia para definir la carga de diseño de lospuentes de la red vial nacional (ref. 2.3.23] indicó la circulación de neumáticos conpresiones de inflado superiores a 820 kPa (8.5 kg/cm2), aunque el promedio fue de570 kPa (5.81 kg/cm2), valor similar al utilizado en el AASHO ROAD TEST y alconsiderado por la mayoría de los métodos de diseño de pavimentos. Si este valorpromedio se aplica a la expresión cuyas constantes están en la Tabla 2.3.20, seobtienen las presiones de contacto incluidas en la última columna de ella, las cualesse podrían emplear con propósitos de diseño y evaluación, según la confiabilidadque escoja el ingeniero. Por supuesto, si en un determinado proyecto hay evidenciade que el promedio de las presiones de inflado de los neumáticos de los vehículoscomerciales es más elevado que el que se acaba de citar, el ingeniero deberárealizar los ajustes que sean necesarios para realizar sus evaluaciones.


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Tabla 2.3.20.Relaciones sugeridas entre pi y pc para diferentes percentiles de diseño

PERCENTILDE DISEÑO

A Bpc DE DISEÑO

(kPa) (*)

50809095

Máximo

0.7300.6900.7230.7460.833

174296310311312

590690720740790

(*)Para pi = 570 kPa

La presión de contacto y el factor de equivalencia de carga

El aumento que han tenido en el tiempo las presiones de inflado y,consecuentemente, las de contacto, se ha traducido en niveles de esfuerzo demayor intensidad en la capa de rodadura que, en muchos casos, son causantes desu deterioro prematuro, principalmente en forma de ahuellamientos y defisuramientos en sentido descendente (top-down cracking). Empleando elprograma ELSYM5 como herramienta de cálculo, Inserrato [ref. 2.3.24] analizó laincidencia directa de la presión de contacto sobre el factor de equivalencia dedeterioro de un pavimento flexible. Los resultados del estudio indicaron que elefecto es más intenso a medida que los espesores de las capas asfálticas sonmenores. Si se parte de las gráficas incluidas en el trabajo de dicho autor, se puedeestablecer una ecuación genérica del factor de deterioro por esfuerzos de contacto(CSF), del tipo:

β

cr

c

pp

CSF

Donde pcr es la presión de contacto que se tome como referencia, y el exponente βes inversamente proporcional al espesor de las capas asfálticas (h) en un rango de 5a 25 centímetros y se ajusta a la expresión:

h0.058*106.10

β

La Tabla 2.3.21 muestra los valores del factor de deterioro por esfuerzos decontacto (CSF) para diferentes espesores de capas asfálticas, tomando comoreferencia una presión de contacto de 570 kPa.


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Tabla 2.3.21.Factores de deterioro por esfuerzos de contacto (CSF) para diferentes espesores de capas

asfálticas y presiones de contacto

ESPESORCAPAS

ASFÁLTICAS(cm)

β

PRESIÓN DE CONTACTO (kPa)570 650 700

FACTOR DE DETERIORO PORESFUERZOS DE CONTACTO (CSF)

5 3.128 1.00 1.51 1.9010 1.604 1.00 1.23 1.3015 0.823 1.00 1.11 1.1820 0.422 1.00 1.06 1.0925 0.216 1.00 1.03 1.05

Ejes con neumáticos de banda ancha

A pesar de que su uso no se encuentra aún muy difundido, los neumáticos debanda ancha (Figura 2.3.7) están ganando adeptos por la mayor productividad queofrecen al transportador en términos económicos y el menor consumo decombustible de los vehículos. El efecto destructivo de los ejes con este tipo deneumáticos sobre los pavimentos es significativo en relación con el producido porlos de rodado dual por cuanto, para la misma carga por eje, el área de contacto conel pavimento es menor, lo que se traduce en una mayor presión de contacto. Por lotanto, su efecto debe ser considerado de manera independiente.

La información disponible al respecto no es aún muy abundante. Grover [ref.2.3.25] cita que una carga por eje simple de 70.6 kN (7.2 T) sobre neumáticos debanda ancha de 16 ½” (419 mm) produjo el mismo efecto que una carga patrón de80 kN aplicada con neumáticos convencionales de 10” (254 mm) de ancho. Unestudio más reciente, realizado por el Ministerio de Transporte de Ontario [ref.2.3.26], ha indicado que la carga equivalente unitaria para eje simple conneumático de banda ancha es de sólo 6.6 toneladas.

Aunque no parecen existir expectativas a corto plazo en relación con el usogeneralizado de estos neumáticos en el país, en la eventualidad de que supresencia sea evidente en algún tramo de pavimento por rehabilitar, el ingenierodeberá considerar esta situación, empleando las cargas patrones por eje quecorrespondan, según lo establezcan los resultados de las investigacionesinternacionales más recientes.


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Figura 2.3.7. – Rueda simple con neumático de banda ancha (445/50R22.5) y rueda doblecon neumáticos convencionales (275/80R22.5)

2.3.13. Resumen

Las principales fuentes de información requeridas para la caracterización deltránsito con fines del diseño de las obras de rehabilitación de los pavimentosasfálticos de la red vial nacional, se resumen en la Tabla 2.3.22. En ella semuestran, además, los niveles jerárquicos correspondientes a los diferentes datosde entrada, según lo establecido en el numeral 1.3 de esta Guía.

Por otra parte, el Anexo A incluye un conjunto de ejercicios de aplicaciónrelacionados con los conceptos expuestos en el presente capítulo.


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Tabla 2.3.22.Datos relacionados con el tránsito, requeridos para los 3 niveles de información

VARIABLENIVEL JERÁRQUICO

1 2 3

TPDConteos continuosdurante el año (TPDA)

Conteos manuales deuna semana (TPDS)

Conteos aislados

VC No se aplican niveles jerárquicos en este dato

DDDeterminaciones delargo plazo en elsector del proyecto

Uso de factores dedistribución de índoleregional o nacional

Uso derecomendaciones detipo general

DCDeterminacionesespecíficas en elsector del proyecto

Uso de factores dedistribución de índoleregional o nacional

Uso derecomendaciones detipo general

Información sobrecargas por eje

Básculas de peso enmovimiento

Básculas estáticas oportátiles

Información de otrasfuentes

Distribucióndireccional del

factor vehicular dedeterioro

Uso del factorcorrespondiente alcarril más cargado

Uso del factorpromedio en ambasdirecciones

Uso del factorpromedio en ambasdirecciones

Cálculo de los NESE

Determinaciónespecífica aplicandoel factor de deteriorode cada tipo devehículo comercial

Uso de valorespromedio del factorvehicular de deterioro(factor camión)

Uso de valorespromedio del factorvehicular de deterioro(factor camión)

Tasas decrecimiento de

tránsito

Uso de tasas reales enel sector del proyecto

Uso de tasas reales enel sector del proyecto

Uso de tendencias detipo regional

REFERENCIAS

2.3.1 - LILLI F., LOCKHART J., “Métodos de diseño de espesores de refuerzo depavimentos flexibles”, XXII Reunión del Asfalto, San Juan, Argentina, 1980.

2.3.2 - SANCHEZ F., “Análisis cualitativo y cuantitativo del tránsito automotor en lascarreteras de acceso a Bogotá D.C. durante los últimos años”, XIII SimposioColombiano sobre Ingeniería de Pavimentos, Universidad de los Andes, Bogotá,2001.

2.3.3 – INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS, “Manual de diseño de pavimentos asfálticosen vías con medios y altos volúmenes de tránsito”, Popayán, 1998.


60

2.3.4 – TRANSPORTATION RESEARCH BOARD, “Milestones 2002. Moving towardsthe 2003 pavement design guide”, NCHRP Project 1-37 A, Winter 2001.

2.3.5 – DARTER M.I., BECKER J.M., SAYDER M.B., SMITH R.E., “Portland cementconcrete pavement evaluation system (COPES)”, NCHRP Report 277, TRB,Washington, 1985.

2.3.6 – ICONTEC, “Tipología para vehículos de transporte de carga terrestre. Normatécnica colombiana 4788”, Bogotá D.C., Agosto 2000.

2.3.7 – INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS, “Patrimonio vial. Red carretera Nacional”,Santa Fe de Bogotá D.C., Febrero 1997.

2.3.8 – HIGHWAY RESEARCH BOARD, “The AASHO Road Test. Report 5. PavementResearch. Special Report 61E”, HRB, National Academy of Science, Washington,1962.

2.3.9 – AASHTO, “AASHTO guide for the design of pavement structures”,Washington, 1993.

2.3.10 – SIFFETR M., LESCURE B., “Evaluation du trafic lourd et aplication audimensionnement des chaussées”, Bulletin de Liason No 154, Laboratoire des Pontset Chaussées, Paris, 1988.

2.3.11 – THE ASPHALT INSTITUTE, “Thickness design. Asphalt pavements forhighways and streets, MS1”, Lexington, KY.

2.3.12 – MINISTERIO DE OBRAS PÚBLICAS Y TRANSPORTE, “Volúmenes de tránsito”,Bogotá D.C., 1992.

2.3.13 – MURGUEITIO A., BENAVIDES C.A., SOLANO E., “Estudio de los factoresdaño de los vehículos que circulan por las carreteras colombianas”, XI SimposioColombiano sobre Ingeniería de Pavimentos, Cartagena, 1997.

2.3.14 – INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS, “Volúmenes de tránsito”, Bogotá D.C.,2003.

2.3.15 – NATIONAL HIGHWAY AUTORITY, “Save Roads! How it happens”, Pakistan,2001.


61

2.3.16 – LIDDLE W.J., “Application of AASHO Road Test to the design of flexiblestructures”, First International Conference on the Structural Design of AsphaltPavements, Ann Arbor, Michigan, 1962.

2.3.17 – SHOOK J.F., FINN F.F., “Thickness design relationships for asphaltpavements”, First International Conference on the Structural Design of AsphaltPavements, Ann Arbor, Michigan, 1962.

2.3.18 – SHELL INTERNATIONAL PETROLEUM COMPANY, “Shell pavement designmanual”, London, 1978.

2.3.19 – ARA Inc, ERES Consultant Division, “Guide for mechanistic-empirical designof new and rehabilitated pavement structures”, NCHRP Report 1-37A, Champaign,Illinois, March 2004.

2.3.20 – SANCHEZ F., “Las cargas del tránsito automotor y su efecto sobre elcomportamiento de los pavimentos flexibles. Análisis de la situación existente en lascarreteras colombianas en los albores del siglo XXI”, XIII Simposio Colombianosobre Ingeniería de Pavimentos, Universidad de los Andes, Bogotá D.C., 2001.

2.3.21 – IRICK P., SEDES S., DÍAZ M. A., “Characteristics of load equivalencerelationships associated with pavement distress and performance – Phase II study –Executive summary”, Trucking Research Institute, ATA Foundation, Alexandria, VA,December 1991.

2.3.22 - DE BEER M., C. FISHER C. & JOOSTE F.J., “Determination of pneumaticinterface contact stresses under moving loads and some effects on pavements withasphalt surfacing layers”, Eighth International Conference on Asphalt Pavements,Proceedings, páginas 179-227, Seattle, State of Washington, 1997.

2.3.23 - UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA, “Estudio para la definición de lacarga de diseño para puentes en Colombia”, Instituto Nacional de Vías, Santafé deBogotá, 1996.

2.3.24 - INSERRATO M., V. FARAGGI V. & GAETE R., “El efecto de la presión deinflado y otros parámetros en los factores de equivalencia de los firmes flexibles”,Informe T3-03, Memorias del Sexto Congreso Ibero latinoamericano del Asfalto,Santiago de Chile, 1991.


62

2.3.25 - GROVER J., HAZEN P. & PETROS K., “Importance of trucks in pavementmanagement”, Traffic Module for Advanced Pavement Management Course, Officeof Environment and Planning, FHWA.

2.3.26 - PONNIAH J, “Use of new technology single wide-base tires: Impact onpavements”, Engineering Standards Branch Report, Ministry of Transportation,Ontario, Canada, November 2003.


63

CAPÍTULO 4GUÍAS PARA LA CLASIFICACIÓN Y CUANTIFICACIÓN DE LOS

DETERIOROS DEL PAVIMENTO


El inventario de los daños visibles es, generalmente, el primero de un conjunto depasos necesarios para evaluar la condición global de un pavimento. Estainformación es la que determina la localización y la extensión de las investigacionesposteriores, con el fin de establecer un juicio apropiado sobre la condición delpavimento que es objeto de la evaluación.

Existen muchos tipos de deterioros en los pavimentos asfálticos y diferentes nivelesde gravedad para cada tipo. Estos deterioros se deben identificar considerando tresfactores:

1. Tipo. Los deterioros se agrupan esencialmente en categorías, de acuerdo con losmecanismos que los originan. Como un primer paso, se pueden clasificar deacuerdo con su causa primaria posible, sea ésta la acción del tránsito, sea laacción climática, sean los materiales o el proceso de construcción, como seresume en la Tabla 2.4.1.

Es preciso tener en cuenta, sin embargo, que a la luz de las exigencias ynecesidades del usuario actual, se pueden presentar otras característicasindeseables, distintas de las relacionadas en la tabla. Deficiencias tales como elexcesivo nivel de ruido que afecta a los residentes vecinos a la vía o laspropiedades ópticas inadecuadas que afectan a los usuarios, pueden ser elresultado de una inapropiada selección de materiales de construcción, perotambién se pueden originar en el desgaste o en la polución de la superficie derodamiento y de la señalización horizontal.

Otra manera de clasificar los deterioros, es de acuerdo con la relación que ellostengan con el comportamiento estructural del pavimento. Bajo esta perspectiva,se distinguen dos casos límites: deterioros estructurales y deterioros funcionales.


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Tabla 2.4.1Clasificación general de los deterioros de los pavimentos asfálticos

CLASE TIPO DE DETERIOROCAUSADO

ORIGINALMENTEPOR EL TRÁNSITO

CAUSADOORIGINALMENTE

POR LOSMATERIALES, EL

CLIMA O LACONSTRUCCIÓN

Fisuramientos1

Fisuramiento por fatiga (grietaslongitudinales en la huella y piel decocodrilo)Fisuramiento en bloqueFisuramiento de bordeFisuramiento longitudinal (no de fatiga)Fisuramiento transversalFisuras parabólicasFisuras de reflexión

X

X

XXXXXX

Deformaciones

AhuellamientoAbultamientosDepresiones (baches)Desplazamientos de bordeDeterioro de parchesExpansiones

X

X

XXXXX

Desprendimientos

Separación entre calzada y bermaPulimento de agregadosOjos de pescadoDescascaramientoPérdida de película de ligantePérdida de agregado

XX

X

XXX

AfloramientosExudaciónAfloramiento de aguaAfloramiento de finos X

XXX

Otros deterioros

Desintegración de los bordes delpavimentoEscalonamiento entre calzada y bermaErosión de las bermasSegregación

XXXX

1 Aunque algunos documentos de ingeniería de pavimentos establecen una distinción entre los términos“fisura” y “grieta” en función de su abertura, en esta guía se consideran sinónimos, de acuerdo con ladefinición de fisura que aparece en el diccionario de la RAE: “grieta que se produce en un objeto”.


65

Los deterioros estructurales comprenden aquellos defectos de la superficie cuyoorigen es la degradación de una o más capas constitutivas de la calzada, en unamagnitud tal, que se puede considerar que se ha vencido o está por vencer elperíodo de diseño de la estructura en las zonas afectadas. Los deteriorosfuncionales, que pueden estar acompañados o no de los anteriores, comprendendefectos asociados fundamentalmente con la capa asfáltica superficial que,aunque no guardan relación con el comportamiento estructural de la calzada, síle impiden cumplir la función prevista, causando peligros o incomodidades a losusuarios.

2. Gravedad. Representa el nivel de severidad del deterioro en términos de suprogresión; entre más severo sea el deterioro, más importantes deberán ser lasmedidas para su corrección.

3. Extensión. Se refiere a la proporción del tramo evaluado que es afectada por undeterminado tipo de deterioro. Esta proporción puede estar referida a longitud oárea, dependiendo de la metodología de evaluación que se utilice y del tipo dedeterioro identificado. Así mismo, la extensión de algunos deterioros se definepor el número de veces en que ellos se presentan en el tramo sometido aevaluación.

Cualquier procedimiento de inspección de deterioros que ignore siquiera uno deestos tres factores, no brindará la información adecuada para establecer un juicioapropiado sobre la condición del pavimento. No obstante, no existe un criteriouniversal para la valoración de cada uno de estos factores, razón por la cual sepresentan diferencias, a veces importantes, entre los criterios adoptados por una uotra agencia.

El inventario de los deterioros del pavimento se puede adelantar visualmente o demanera automatizada. Sin desconocer las ventajas de este último método encuanto a rapidez, precisión y calidad de la información, es de prever que en lospróximos años el sistema de identificación visual siga siendo el predominante en lainspección de los deterioros de los pavimentos de las carreteras colombianas y bajotal principio se desarrollan las recomendaciones del presente capítulo. Ello noexcluye, por supuesto, el empleo de sistemas de grabación de imágenes de videoque puedan ser evaluadas con posterioridad en la oficina, bien registrando demanera manual los deterioros mientras se proyecta el video (Figura 2.4.1), bien demanera automática con el apoyo de algún programa de computador (Figura 2.4.2).


66

Cualquiera que sea el procedimiento empleado, los datos recolectados deben serresumidos de manera que brinden una imagen muy precisa de la condiciónexistente en el pavimento. Uno de los caminos más apropiados para ello, es surepresentación en formatos del tipo “esquema de itinerario”, en los cuales sepueden representar los diversos deterioros a lo largo del proyecto, con suextensión y nivel de gravedad. Estos esquemas tienen la ventaja de que en ellos sepueden representar simultáneamente otros datos de interés, tales como lasdeflexiones, la rugosidad, el estado del drenaje y el perfil del pavimento, lo quepermite obtener, con un solo golpe de vista, una radiografía completa de lacondición de la calzada en el tramo sometido a inspección.

Figura 2.4.1. – Imagen de video de la condición superficial del pavimento

Figura 2.4.2. – Vista de pantalla de un sistema automático de detección de grietas

El concepto de la evaluación de la condición superficial del pavimento se ha venidoampliando a través de la combinación de los deterioros en unos “índices” querepresentan la condición global de la superficie y suministran algunas pautas


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generales para la elección de la estrategia de mantenimiento o rehabilitación poraplicar. Es el caso del índice de degradación superficial adoptado por el LCPC en elmétodo VIZIR [ref. 2.4.1], o de los índices de condición del pavimento, descritos enla norma ASTM D6433–03 [ref. 2.4.2] y en el reporte FHWA/OH-99/004 [ref. 2.4.3].

Para los propósitos de la presente guía metodológica, se ha adoptado como base elsistema VIZIR, el cual es de simple aplicación, establece una distinción clara entrelos deterioros estructurales y los funcionales y, además, ha sido probado con éxitodurante muchos años en la evaluación de pavimentos asfálticos en países en víasde desarrollo en zonas tropicales.

2.4.2. Clasificación y cuantificación de los deterioros de un pavimento asfáltico enel método VIZIR

El método clasifica los deterioros de los pavimentos asfálticos en dos grandescategorías, A y B, cuya identificación y niveles de gravedad se presentan en lasTablas 2.4.2 y 2.4.3.

Laos deterioros del tipo A caracterizan una condición estructural del pavimento,sea que ella esté ligada a las condiciones de las diversas capas del pavimento y elsuelo de subrasante o, simplemente, a las capas asfálticas. Se trata dedegradaciones debidas a insuficiencia en la capacidad estructural de la calzada,cuyo remedio suele requerir el conocimiento de otros criterios de valoración(ensayos de resistencia o de respuesta, deflexiones, etc.). Estos deterioroscomprenden las deformaciones y los fisuramientos ligados a la fatiga delpavimento.

Los deterioros del tipo B, en su mayoría de tipo funcional, dan lugar a reparacionesque generalmente no están ligadas a la capacidad estructural de la calzada. Suorigen se encuentra, más bien, en deficiencias constructivas y en condicioneslocales particulares que el tránsito ayuda a poner en evidencia. Entre los deteriorosdel tipo B se pueden citar los fisuramientos motivados por asuntos distintos a lafatiga, los desprendimientos y los afloramientos.

Los deterioros se representan en el esquema de itinerario por medio derectángulos cuyo fondo (blanco, gris o negro) indica el nivel de gravedad (1, 2 o 3),en tanto que los lados de ellos determinan el comienzo y el fin de cada una de lassecciones en las cuales se divide el proyecto para este tipo de evaluación. Para losestudios destinados al diseño de obras de mantenimiento y rehabilitación delpavimento, cada sección deberá tener una longitud de 100 metros, salvo


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instrucción diferente del INVÍAS. En el caso de carreteras de doble calzada, sedeberán efectuar inventarios independientes para cada calzada. En el interior delrectángulo, se coloca un número, el cual expresa la extensión que ocupa eldeterioro dentro de la sección evaluada. A menos que se indique expresamente locontrario en las Tablas 2.4.2 y 2.4.3, la extensión corresponde al porcentaje de lalongitud de la zona inventariada que se encuentra afectada por el deteriororespectivo.

Como es posible que uno o más deterioros se presenten con distintos niveles degravedad en una sección sometida a inspección, el nivel representativo de lasección se establece como un promedio ponderado, mediante la expresión:

321

321

lll

3l2llG

Donde: li: Longitud ocupada por el deterioro con gravedad “i” dentro deltramo bajo evaluación.

Como la gravedad es un número entero (1, 2 o 3), el valor obtenido al realizar laponderación se deberá redondear de acuerdo con el siguiente criterio:

Si G < 1.5 se toma 1Si 1.5 ≤ G < 2.5 se toma 2Si G ≥ 2.5 se toma 3

Tabla 2.4.2.Niveles de gravedad de los deterioros del Tipo A

DETERIORO

NIVEL DE GRAVEDAD

Ahuellamiento yotrasdeformacionesestructurales

Sensible al usuario, peropoco importanteProf < 20 mm

Deformaciones importantes.Hundimientos localizados oahuellamientos.20 mm ≤ Prof ≤ 40 ≤ mm

Deformaciones que afectan demanera importante lacomodidad y la seguridad de losusuarios.Prof > 40 mm

Fisuraslongitudinalespor fatiga

Fisuras finas en la huellade rodamiento. <6 mm

Fisuras abiertas y a menudoramificadas.

Fisuras muy ramificadas, y/omuy abiertas. Bordes de fisurasocasionalmente degradados.

Piel decocodrilo

Piel de cocodriloformada por mallas (>500 mm) con fisuraciónfina, sin pérdida demateriales.

Mallas más densas(<500mm), con pérdidasocasionales de materiales,desprendimientos y ojos depescado en formación.

Mallas con grietas muy abiertasy con fragmentos separados.Las mallas son muy densas(<200 mm), con pérdidaocasional o generalizada demateriales.

Bacheos yparcheos

Intervención desuperficie ligada adeterioros del tipo B.

Intervenciones ligadas a deterioros tipo AComportamientosatisfactorio de lareparación.

Ocurrencia de fallas en las zonasreparadas.

321


69

Tabla 2.4.3.Niveles de gravedad de los deterioros del Tipo B

DETERIORO

NIVEL DE GRAVEDAD

Fisura longitudinal de junta deconstrucción

Fina y única< 6 mm

Ancha (≤ 6 mm) sindesprendimiento oFina ramificada

Ancha (≤ 6 mm) condesprendimientos oramificada

Fisuras de contracción térmica. Fisuras finas< 6 mm

Anchas (≤ 6 mm) sindesprendimiento, ofinas condesprendimientos ofisuras ramificadas

Anchas (≤ 6 mm) condesprendimientos

Fisuras parabólicas. Fisuras finas< 6 mm

Anchas (≤ 6 mm) sindesprendimientos


Fisuras de borde Fisuras finas< 6 mm

Anchas (≤ 6 mm) sindesprendimientos


Abultamientos h< 20 mm 20 mm ≤ h≤ 40 mm h > 40 mm.Ojos depescado*(por cada100m)

Cantidad. < 5 5 a 10 < 5 > 10 5 a 10Diámetro(mm) ≤ 300 ≤ 300 ≤ 1000 ≤ 300 ≤ 1000

Desprendimientos: Pérdida de película de

ligante. Pérdida de agregado

Pérdidas aisladas Pérdidas continuas Pérdidas generalizadasy muy marcadas

DescascaramientoProf.(mm) ≤ 25 ≤ 25 > 25 > 25Área(m2) ≤ 0.8 > 0.8 ≤ 0.8 > 0.8

Pulimento agregados Long. Comprometida <10% de la sección (100m).

Long. Comprometida≥ 10% a < 50% de lasección (100m)

Long. Comprometida> 50% de la sección(100m)

Exudación Puntual, área específica

Continúa sobre lastrayectorias pordonde circulan lasruedas del vehículo

Continua y muymarcada, en diversasaéreas

Afloramientos: De mortero De agua

Localizados y apenasperceptibles. Intensos Muy intensos

Desintegración de los bordes delpavimento

Inicio de ladesintegración, sectoreslocalizados.

La calzada ha sidoafectada en un anchode 500 mm o más

Erosión extrema queconduce a ladesintegración delrevestimiento

Escalonamiento entre calzada yberma.

Desnivel entre 10 mm y50 mm.

Desnivel entre 50 y100mm

Desnivel superior a100mm.

Erosión de las bermas Erosión incipiente Erosión pronunciada

La erosión pone enpeligro la estabilidad dela calzada y laseguridad de losusuarios

Segregación Long. comprometida <10% de la sección (100m)

Long. comprometida≥ 10% a < 50% de lasección (100m)

Long. comprometida> 50% de la sección(100m)

* Cuando el número de ojos de pescado supere el número y el tamaño descritos en la tabla, sedeberá enfrentar como deterioro del tipo A.

321


70

2.4.3. Algunos deterioros no contemplados por el sistema

El sistema no considera, para efectos de diagnóstico, algunos deterioros delpavimento, a veces espectaculares, que no están ligados directamente alcomportamiento del mismo y de la subrasante. Es el caso, por ejemplo, de losfisuramientos longitudinales o en forma de media luna que se presentan en lostaludes exteriores de secciones de pavimento a media ladera, causados por lainestabilidad de éstos; los fisuramientos, acompañados o no de levantamientos dela calzada, cuando ésta alcanza a ser afectada por un movimiento rotacional de untalud de corte; las deformaciones y fisuramientos excesivos de terraplenesconstruidos sobre suelos de muy limitada capacidad portante o de exageradascaracterísticas expansivas y contráctiles; las deformaciones y fisuramientosgenerados por inestabilidades locales y regionales, etc. (Figura 2.4.3). Estosdefectos, frecuentes en algunas carreteras nacionales y de efecto relevante en sucomportamiento, deben ser analizados y resueltos con un enfoque geotécnicomucho más amplio, el cual supera el alcance de esta guía.

Figura 2.4.3. – Falla de un terraplén bajo un pavimento (ref. 2.4.4)

2.4.4. Registro manual y procesamiento de la información sobre los deterioros delos pavimentos

La campaña de inventario y registro manual de la información sobre los deteriorosdel pavimento comprende el recorrido, a pie y a lo largo de todo el sector vial porevaluar, de una comisión debidamente familiarizada con el trabajo por realizar. Losdatos referentes a los tipos específicos de deterioros, sus niveles de gravedad y susextensiones se deberán representar en forma numérica y en “mapas de deterioros”con su localización exacta, utilizando símbolos que los permitan identificar sin


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confusión, todo ello de acuerdo con las instrucciones contenidas en el “Instructivopara la inspección visual y la evaluación de los deterioros de un pavimentoasfáltico”, el cual forma de la presente guía metodológica como Anexo B. Elinstructivo incluye un mosaico fotográfico de los deterioros típicos de lospavimentos asfálticos de la red vial nacional con la descripción de los mismos, asícomo formatos para el procesamiento de la información recolectada en el campo,de manera de obtener el “Índice de deterioro superficial” para cada uno de lostramos que conforman el segmento sometido a evaluación, según se describe en elCapítulo 1 de la Parte 3 de la presente guía metodológica.

Debido a que el método propuesto exige el inventario de los deterioros en latotalidad de la calzada, independientemente de la importancia de la carretera, nose aplican niveles jerárquicos a la información referente a este parámetro.

REFERENCIAS

2.4.1 – LCPC, “VIZIR, méthode assistée par ordenateur pour l’estimation des besoinsde entretien d’un réseau routier”, Paris, Décembre 1991

2.4.2 – ASTM, “Standard practice for roads and parking lots pavement conditionindex surveys. Designation D6433-03”, West Conshohocken, PA

2.4.3 – DOT STATE OF OHIO, “Pavement condition rating system”, ReportFHWA/OH-66-004, Westerville, Ohio, March 1998

2.4.4 – www.geoengineer.org

www.geoengineer.org


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CAPÍTULO 5GUÍAS PARA LA MEDICIÓN DEL PERFIL Y DE LA REGULARIDAD

SUPERFICIAL DEL PAVIMENTO


La regularidad superficial es una medida del comportamiento funcional de unpavimento, a veces la única característica que percibe el usuario de la carretera,fundamentalmente, a través de la sensación de mayor o menor comodidad en lacirculación. Se puede definir como el conjunto de efectos causados en losvehículos por las variaciones en el perfil longitudinal real de la calzada, respecto delteórico del proyecto.

Las irregularidades de la superficie del pavimento propician aceleracionesverticales a los vehículos en movimiento y hacen que la circulación se vuelvaincómoda, insegura y antieconómica. El perfil de la carretera contiene infinidad deirregularidades, conformadas por un conjunto de ondas aleatorias de frecuenciamúltiple que se producen con diferentes amplitudes y longitudes de onda, tanto ensentido longitudinal como transversal, siendo las que ocurren en sentidolongitudinal las que tienen un mayor efecto sobre las fuerzas indeseables que sepresentan en los vehículos.

En el informe del Comité Técnico de Características Superficiales de la AIPCR,presentado en el Congreso Mundial de Carreteras del año 1987, se propuso unaclasificación de las características geométricas superficiales, con base en laslongitudes de onda y las amplitudes de las irregularidades (Tabla 2.5.1)[ref. 2.5.1].

Tabla 2.5.1.Clasificación de las irregularidades superficiales de un pavimento

CARACTERÍSTICALONGITUD DE ONDA

(mm)AMPLITUD

(mm)Microtextura 0-0.5 0.001-0.5Macrotextura 0.5-50 0.01-20Megatextura 50-500 0.1-50

Regularidadsuperficial

Ondas cortasOndas mediasOndas largas

500-5,0005,000-15,000

15,000-50,000

1-205-50

10-200Trazado > 50,000 10-5,000


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Figura 2.5.1. – Campo de influencia de las irregularidades superficiales de un pavimentosobre las interacciones carretera/vehículo

Algunos de los conceptos de la Tabla 2.5.1 han sido definidos por un comité detrabajo de la ISO, de la siguiente manera [ref. 2.5.2] [ref. 2.5.3]:

Amplitud y longitud de onda: el perfil del pavimento se describe por eldesplazamiento a lo largo de su superficie y por el desplazamiento en direcciónnormal a ella. Al primero se le llama distancia y al segundo amplitud. La distanciapuede ser medida en sentido longitudinal o transversal a la dirección de marcha oen cualquier inclinación intermedia. Se denomina longitud de onda a la distanciamínima existente entre partes de la curva que se repiten periódicamente endirección longitudinal al plano del pavimento, y amplitud a la mitad de la distanciaentre la cresta y la base de la irregularidad (Figura 2.5.2).


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Figura 2.5.2. – Amplitud y longitud de onda

La microtextura de un pavimento es la desviación que presenta su superficie enrelación con una superficie plana de dimensiones características en sentidolongitudinal, inferiores a 0.5 mm. Este tipo de textura es la que hace al pavimentomás o menos áspero, pero normalmente es tan pequeña, que no se puede apreciara simple vista. La microtextura es importante para la adherencia entre elneumático y el pavimento y, por lo tanto, para la resistencia al deslizamiento.Influye adversamente en el desgaste de los neumáticos y en el ruido en las altasfrecuencias del espectro acústico, pero, en todo caso, este tipo de irregularidad essiempre necesario.

La macrotextura de un pavimento es la desviación que presenta su superficie enrelación con una superficie plana de dimensiones características en sentidolongitudinal comprendidas entre 0.5 y 50 mm. Este tipo de textura presentalongitudes de onda del mismo orden que los elementos de labrado del neumáticoen la zona de contacto con el pavimento. Las irregularidades de macrotextura sonnecesarias para una adecuada resistencia al deslizamiento a altas velocidades encondición de superficie húmeda. Su efecto se analiza en la sección referente a laresistencia al deslizamiento.

La megatextura de un pavimento es la desviación que presenta su superficie conrespecto a una superficie plana de dimensiones características en sentidolongitudinal entre 50 y 500 mm. Esta textura presenta longitudes de onda delmismo orden de la interfaz neumático - pavimento. Las irregularidades de este tiposuelen estar relacionadas con la puesta en obra del pavimento o con diversos tiposde deterioros, tales como los baches y los abultamientos.

La regularidad superficial, conocida también como rugosidad, es la desviación quepresenta la superficie con respecto a una superficie plana con dimensionescaracterísticas en sentido longitudinal correspondientes a una longitud de onda


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comprendida entre 0.5 y 50 metros. Los defectos de regularidad influyen en lamasa suspendida de los vehículos, afectando la comodidad de los pasajeros.

Longitudes de onda mayores a las que identifican la regularidad superficial,corresponden a las características geométricas del perfil de la carretera.

2.5.2. Técnicas para medir la regularidad superficial del pavimento

Existen diferentes técnicas para medir la regularidad superficial de los pavimentos.La clasificación más conocida de ellas es la propuesta por el Banco Mundial [ref.2.5.4], que las agrupa en 4 clases:

1. Medidas de precisión del perfil.

2. Otros métodos perfilométricos.

3. Medidores de rugosidad del tipo respuesta (RTRRMs).

4. Evaluaciones subjetivas.

2.5.2.1. Clase 1: Medidas de precisión del perfil

Corresponden a sistemas de nivelación de precisión de la topografía clásica (mira ynivel), los cuales determinan el perfil real de la superficie del pavimento. Elprocedimiento es lento y resulta costoso, lo que lo hace poco práctico enevaluaciones a nivel de red o en proyectos específicos de longitud apreciable.

Un paso en la automatización de este sistema es el medidor de perfil dipstick,equipo que, a través de un inclinómetro, obtiene la diferencia entre cotas depuntos consecutivos separados a corta distancia y la graba automáticamente. Losregistros de las elevaciones permiten la obtención del perfil real del pavimento,mediante la aplicación informática instalada en el aparato. El manejo del equipo esmanual y se hace pivotándolo alternativamente alrededor de sus dos puntos deapoyo. Normalmente, se pueden ensayar entre 150 y 200 metros por hora. Unaversión más moderna del dispositivo, de tipo rodante, permite un rendimientomayor en la determinación de los perfiles (del orden de 1 a 2 kilómetros por hora).

Por su limitado rendimiento, la mayor aplicación actual de los sistemas de medidade precisión, es la determinación del perfil superficial en tramos cortos para lacalibración de los equipos de las clases 2 y 3.


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2.5.2.2. Clase 2: Otros métodos perfilométricos

Las medidas de la clase 2 se efectúan con perfilómetros, los cuales suministran unareproducción a escala, precisa y completa del perfil del pavimento dentro de ciertorango. La mayoría de estos equipos es de alto costo, y su complejidad aumenta deacuerdo con el tipo y el número de sensores que contengan. Los más sofisticadosusan sistemas de referencia inercial (IRPS) y pueden medir y registrar el perfillongitudinal desplazándose a velocidades hasta de 100 kilómetros por hora.

Estos equipos miden y computan el perfil longitudinal mediante la creación de unareferencia inercial a través del uso de acelerómetros colocados en la carrocería delvehículo de medición, para medir el movimiento vertical de ésta. El desplazamientorelativo entre los acelerómetros y el perfil del pavimento se determina a través desensores de “contacto” o de “no contacto”. La mayoría de los IRPS utilizansensores de “no contacto” (ópticos o acústicos). Aunque sus costos de adquisición yde operación son elevados y sus sistemas de medición y registro son complejos,estos equipos son altamente eficientes y precisos. Algunos de ellos son, además, defunción múltiple, lo que les permite obtener otras características de lospavimentos, tales como el ahuellamiento y la macrotextura.

Recientemente, han aparecido en el mercado los perfilómetros livianos de “nocontacto”, los cuales tienen un costo más bajo que los tradicionales y operan amenor velocidad (no exceden de 40 kilómetros por hora), aunque con la mismacalidad en su información.

Los primeros perfilómetros móviles empleaban un sistema de medida de contactodirecto con el pavimento para medir el perfil. Algunos de ellos, como el analizadorde perfil longitudinal (APL) francés, aún se encuentran en operación.

Las Especificaciones Generales de Construcción de Carreteras del INVÍAS privilegianel uso de los sistemas de las clases 1 y 2 para el recibo de pavimentos nuevos y delas obras de rehabilitación de los mismos.

2.5.2.3. Clase 3: Medidores de rugosidad del tipo respuesta (RTRRMs)

La tercera técnica para la recolección de información sobre regularidad superficiales mediante el empleo de los medidores del tipo respuesta o sistemas de mediciónde rugosidad por reacción (RTRRMs). Estos equipos cuentan con un dispositivo(transductor) que detecta los movimientos verticales del eje trasero de unautomóvil o del eje de un remolque, respecto de la carrocería del vehículo, a


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medida que éste se desplaza sobre la carretera, y los transmite a unmicroprocesador que registra la condición superficial del pavimento en milímetroso pulgadas acumuladas de movimiento relativo sobre una determinada distanciarecorrida (Figura 2.5.3). Por lo tanto, los RTRRMs no miden el perfil real de lacarretera, sino un efecto dinámico de las irregularidades del mismo, el cual puedeser atenuado o amplificado, dependiendo del sistema mecánico del vehículo.

Figura 2.5.3. –Esquema de RTRRM

Estos medidores han sido ampliamente utilizados por su bajo costo de adquisicióny operación, por la facilidad de su manejo y por el alto rendimiento en lasmediciones. Entre sus inconvenientes está el hecho de que la respuesta es sensibleal tipo de vehículo donde está instalado el medidor, a las características de lasuspensión del mismo, a la presión de inflado de las llantas y a la velocidad y a ladistribución del peso del vehículo. Igualmente, requieren calibración frecuentepara asegurar la precisión y la repetibilidad de las medidas.

Esta categoría incluye dispositivos tales como el rugosímetro BPR, el Mays MeterRide, el ROMDAS y el PCA Road Meter. Aunque con sistemas de medicióndiferentes, instrumentos tales como el MERLIN, los perfilógrafos y la regla rodantede 3 metros son considerados como dispositivos de medición de la clase 3.

2.5.2.4. Clase 4: Evaluaciones subjetivas

En evaluaciones de tipo somero, en las que no se suele disponer ni requerir demétodos refinados para la medida de la regularidad superficial, ésta puede serestimada por comparación con ciertos indicadores de tipo más o menos subjetivo,como la sensación de comodidad que experimenta un evaluador experto quetransita en un vehículo automotor por la vía y los defectos superficiales relevantesque originan los movimientos del vehículo.


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2.5.3. El “Índice de Rugosidad Internacional” o “Índice de RegularidadInternacional” (IRI) [ref. 2.5.3][ref. 2.5.4][ref. 2.5.5]

La gran cantidad de equipos disponibles en el mercado para la medida de laregularidad del perfil longitudinal de los pavimentos y las enormes diferenciasentre sus sistemas de medición y de registro, hacía muy difícil la comparación y launiversalización de los resultados. El problema fue enfrentado a través de unexperimento internacional, adelantado en Brasil en 1982, cuyo resultado fue unamedida de referencia para las deformaciones longitudinales, a la cual se dio elnombre de “Índice de Rugosidad Internacional” (IRI), la cual proporciona una escalacomún y estable para las medidas de regularidad, con la cual se puedencorrelacionar las lecturas obtenidas con los equipos de las clases 1, 2 y 3.

2.5.3.1. Definición del IRI

El IRI es una medida de la influencia de la uniformidad del perfil longitudinal de lacarretera sobre la calidad de la rodadura, que representa la vibración de unvehículo típico de pasajeros como resultado de la falta de regularidad de lasuperficie de la vía. Se define como la relación entre el movimiento acumuladoentre las masas amortiguada y no amortiguada de un modelo matemáticodenominado “cuarto de carro” (cuya respuesta es similar a la de un automóvil) quecircula a una velocidad de 80 kilómetros por hora, y la distancia recorrida. Estevalor se expresa corrientemente en m/km. Un IRI = 0 significa una superficietotalmente lisa y su valor aumenta con las irregularidades del perfil.

2.5.3.2. Modelo del cuarto de carro

La definición del IRI se establece a través de conceptos asociados a la mecánicavibratoria de sistemas dinámicos, a partir de la cual un vehículo se puede modelar,de manera simplificada, por un conjunto de masas ligadas entre sí y con lasuperficie de la vía, mediante un conjunto de resortes y amortiguadores. Elmovimiento sobre el perfil de la vía produce desplazamientos, velocidades yaceleraciones en las masas.

Asumida esta forma de simular el comportamiento del vehículo al transitar sobreuna vía, éste se simplifica, por simetría, como un “cuarto de carro”, y se modela porla magnitud de sus masas y las constantes de resorte y de amortiguación (Figura2.5.4).


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Figura 2.5.4. - Modelo del “cuarto de carro”

La masa del “cuarto de carro” se divide en dos 2 partes: la superior, soportada porel sistema de suspensión (masa suspendida) y la inferior, que es independiente dela anterior (masa no suspendida). La suspensión se esquematiza por un resorte (k2)y por un amortiguador (c2), en tanto que la masa no suspendida (prácticamente larueda) se esquematiza por un resorte (k1), el cual representa la deformabilidad origidez del neumático.

Si a los valores de los parámetros m1, m2, k1, k2 y c2 se les asignan los valoresmostrados en la Figura 2.5.4 y se fija como velocidad de referencia 80 km/h, setienen establecidas las bases para obtener el IRI.

Teniendo en cuenta lo anterior, el IRI en cada punto de la vía se define como elvalor absoluto de la variable |z’2 – z’1| de las masas suspendida y no suspendida. Ala variable |z’2 – z’1| se le denomina “pendiente rectificada del perfil filtrado”porque, en definitiva, es la pendiente de un perfil, distinto pero derivado del perfilde la vía, filtrado por las características del modelo de cuarto de carro.


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Si, además, se tiene en cuenta que los datos del perfil longitudinal son discretos, esdecir, que son adquiridos mediante muestreo (una cota cada determinadointervalo), el IRI es la media aritmética de la sumatoria de todos los valores de lavariable |z’2 – z’1| en la longitud de evaluación.

La expresión algebraica que permite obtener el IRI en forma discreta es:

n

|zz|IRI

n

1

'1

'2

Si, por cualquier circunstancia, se dispusiera de una función que definiera el perfilen forma continua, la expresión de cálculo sería:

L

0

'1

'2 dx.|z|z

L1

IRI

Donde: n: Número de puntos

L: Longitud de análisis

|z’2 – z’1|: Valor absoluto de la pendiente rectificada

2.5.3.3. Cálculo del IRI

El cálculo de las expresiones recién mencionadas es muy laborioso, razón por lacual se debe ejecutar con ayuda de un programa de cómputo. La norma de ensayoINV E-794, “Determinación del índice internacional de rugosidad (IRI)” incluye unprograma de cómputo para efectuar cálculos hectométricos del IRI a partir demedidas realizadas con mira y nivel [ref. 2.5.6].

2.5.4. Medida de la Regularidad Superficial

Para la mejor interpretación y aplicación de las medidas en los estudios destinadosal mantenimiento y a la rehabilitación de pavimentos, éstas se deben realizar encada carril sobre las huellas de circulación de los vehículos, conforme lo establecela norma INV E-790 [ref. 2.5.6]. Los resultados de las mediciones deben serconvertidos a unidades de IRI, bien sea mediante alguna ecuación apropiada decorrelación, bien mediante algún programa computacional apropiado, y se deben


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procesar en incrementos de 100 metros, preferiblemente mediante el sistema demedias móviles, con el fin de delimitar sectores de similar comportamiento [ref.2.5.3].

Cuando la regularidad superficial se ha determinado mediante el procedimientosubjetivo de la Clase 4, el IRI se puede estimar con ayuda de la Tabla 2.5.2,inspirada en recomendaciones del Banco Mundial [ref. 2.5.4].

2.5.5. Aplicación de los resultados de las medidas de Regularidad Superficial

Los resultados de las evaluaciones del perfil superficial del pavimento tienendiversas aplicaciones, entre ellas:

- Evaluación periódica de las condiciones de comodidad para la circulaciónvehicular y suministro de información para el cálculo de los costos de operaciónde los vehículos.

- Ayuda en la sectorización de las vías que van a ser sometidas a trabajos derehabilitación y en la escogencia de estrategias factibles de actuación. Porejemplo, si en un proyecto existe un tramo corto con una rugosidad muysevera, éste puede ser identificado y seleccionado para trabajos derehabilitación probablemente diferentes a los que se acometerán en la longitudrestante del proyecto.

- Determinación de la calidad de los trabajos de construcción o de rehabilitaciónde pavimentos, tal como lo establecen las Especificaciones Generales deConstrucción de Carreteras del INVÍAS.


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Tabla 2.5.2.Valores de IRI para diferentes niveles de comodidad para la circulación en una vía

pavimentada

DESCRIPCIÓN DE LA COMODIDAD PARA LA CIRCULACIÓNIRI

(m / km)V> 120 km / hOndulaciones apenas perceptibles a 80 km / h, en el rango de IRI de 1.3 a 1.8.No hay abultamientos ni ojos de pescado.Depresiones < 2 mm/3m.Mezcla asfáltica o tratamiento superficial de alta calidad.

< 2.5

V = 100 – 120 km / hPercepción de movimientos moderados y ondulaciones suaves a 80 km / h.Depresiones, parches y ojos de pescado ocasionales (5 – 15 mm / 3m, confrecuencia de 1 a 2 cada 50 m).Desprendimientos poco profundos (por ejemplo, desprendimientos de gravilla enun tratamiento superficial).Superficie con ondulaciones amplias y abultamientos moderados.

4.0 – 5.5

V = 70 – 90 km / hMovimientos fuertes y balanceo del vehículo.Depresiones y parches frecuentes pero de moderada magnitud (15 – 20 mm /3m).Ojos de pescado ocasionales ( 1 a 3 en 50 m).Superficie con ondulaciones y abultamientos fuertes.

7.0 – 8.0

V = 50 – 60 km / hMovimientos repentinos frecuentes y balanceos, asociados con defectos gravescomo depresiones profundas (20 – 40 mm / 3m) y frecuentes (6 – 20 / 100m) uojos de pescado (4 – 6 / 50m)

9.0-10.0

V < 50 km / hDepresiones y ojos de pescado frecuentes y profundos (40 – 80 mm) confrecuencia de 10 – 20 / 50 m

11.0 – 12.0

Notas:- El valor “V” se refiere a la velocidad normal de circulación sobre una carretera recta y seca,

sin la interferencia de otros usuarios.- Las condiciones de circulación corresponden a la sensación que tiene el usuario al rodar por

la carretera con un vehículo de tamaño medio.- Dentro de la descripción de las fallas, se omiten los agrietamientos por carecer de peso

dentro de la estimación de la regularidad de la superficie.

2.5.6. Comodidad para la circulación (Serviciabilidad)

El concepto de serviciabilidad fue desarrollado como parte de la investigación en elAASHO ROAD TEST [ref. 2.5.7]. Al efecto, un panel de evaluadores condujo susvehículos sobre las diferentes secciones del camino de prueba, calificándolas deacuerdo con la siguiente escala:


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0-1 Muy pobre1-2 Pobre2-3 Aceptable3-4 Buena4-5 Muy buena

La calificación promedio de todos los evaluadores, denominada “PresentServiciability Rating” (PSR), se utilizó desde entonces como un parámetroevaluador del comportamiento de un pavimento, desde el punto de vista delusuario.

Posteriormente, se pidió a los evaluadores su opinión respecto de si un sectordeterminado de pavimento, evaluado para determinar el PSR, les resultaba“aceptable” o “inaceptable” para una carretera principal. Para el caso de lospavimentos asfálticos, los resultados obtenidos se presentan en la Tabla 2.5.3 [ref.2.5.8]:

Tabla 2.5.3.Opinión de los evaluadores sobre la aceptabilidad de un pavimento según el PSR

PSR ACEPTABLE INACEPTABLE4.54.03.53.02.52.01.5

100%100%95%55%17%3%0%

0%0%0%

10%50%84%

100%

Los valores de la tabla muestran que, aproximadamente, la mitad de losevaluadores consideraron “aceptable” un PSR de 3.0 e “inaceptable” uno de 2.5, ala vez que el 84% consideró “inaceptable” un PSR de 2.0. Estos valores deinaceptabilidad sirvieron a la AASHO, desde entonces, como referencia paraestablecer los índices de serviciabilidad final en los procesos de diseño depavimentos.

La AASHO desarrolló luego un indicador matemático del PSR que eliminaba lanecesidad de los grupos de evaluadores y, comparando los resultados de lasencuestas realizadas con ellos con diferentes medidas efectuadas en el pavimento(tales como la varianza de la pendiente del perfil longitudinal, el agrietamiento,


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etc), obtuvo el “Present Serviciability Index” (PSI) o “Índice de Servicio Presente”(ISP), cuya expresión, para los pavimentos flexibles, es la siguiente:

PSI = 5.03 – 1.91*log(1 + SV) – 1.38*(RD)2 – 0.01*(C + P)0.5

Donde: SV: Varianza de la pendiente de la sección, con medidas realizadascon el perfilómetro CHLOE.

RD: Profundidad del ahuellamiento (pulgadas).

C: Área con agrietamientos de las clases AASHO 2 y 3 (pies2/1000pies2)

P: Área parchada (pies2/1000 pies2).

Con el transcurso del tiempo, muchas agencias viales convirtieron el término devarianza de pendiente de la fórmula original en un índice de rugosidad, a través decorrelaciones con medidas realizadas con diferentes equipos, en tanto que otrasdieron un paso más adelante, correlacionando directamente el “Índice de ServicioPresente” (ISP) con la rugosidad, teniendo en cuenta que en la fórmula que defineel ISP, las irregularidades en el perfil longitudinal constituyen el factor dominante,en tanto que los otros deterioros tienen escasa significación en el valor del mismo.Una de las muchas que se encuentran en la bibliografía, se debe a Paterson [ref.2.5.9]:

ISP = 5*e(-0.18*IRI)

Donde: e: Base de los logaritmos naturales.

IRI: Índice internacional de rugosidad, (m/km).

Otra, es la referida por Gillespie [ref. 2.5.5]:

ISP = 5 – 0.633*IRI

(recomendada para valores de IRI hasta 4.7 m/km)

Los valores de IRI a los cuales dan lugar diferentes valores del ISP, empleando lasdos correlaciones recién mencionadas, se muestran en la Tabla 2.5.4.


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Tabla 2.5.4.Relación entre los valores de ISP y el IRI

ISPIRI (m/km)

PATERSON GILLESPIE4.54.03.53.02.52.01.5

0.581.241.952.833.855.096.69

0.791.562.373.163.954.74n/a

De acuerdo con estos valores y el grado de aceptabilidad citado atrás, se concluyeque el 100 % de los evaluadores hubiera considerado aceptables valores de IRI delorden de 1.5 m/km (ISP = 4.0); 95% de ellos también considerarían valores de IRIcercanos a 2.0 m/km como aceptables (ISP=3.5); mientras que valores del IRI de 5.0m/km o mayores (ISP 2.0) resultarían inaceptables para casi la totalidad de losusuarios.

Teniendo en cuenta la elevada correlación entre el IRI y los índices deserviciabilidad, así como el hecho de que las correlaciones entre el IRI y otrasmedidas de rugosidad son muy consistentes a diferentes velocidades y que,además, el IRI es una escala matemáticamente relacionada con el perfil real de lacarretera, que es estable en el tiempo, la AASHTO, en la guía de diseño de 2002,modificó su concepto tradicional de valoración con base en la serviciabilidad,adoptando el IRI como medida de la lisura y confort del pavimento en lugar del ISP[ref. 2.5.10].

De todas maneras, aún hay un asunto pendiente de solución. Como el IRI ha sidodeterminado con base en la dinámica de vehículos del tipo automóvil, es incierto silos mismos valores que hoy se juzgan como aceptables tienen la misma proporciónde aceptabilidad para los conductores de los buses y de los camiones.

Al realizar trabajos de evaluación de las calzadas, se debe tener presente que el ISP(o el IRI como medida indirecta de aquél) es solamente un indicador de la condicióndel pavimento, que afecta la comodidad de la circulación del usuario por la vía y loscostos de operación vehicular, pero en modo alguno constituye el único factor dealerta sobre las necesidades de rehabilitación, ya que la contribución de losdeterioros del pavimento a las deficiencias de regularidad superficial no es


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universal. Un pavimento asfáltico puede tener un perfil relativamente liso (IRI bajo)y, sin embargo, acusar ciertas fallas, como fisuramientos del tipo piel de cocodrilo,indicativas de un avanzado grado de degradación estructural. Por lo tanto, laevaluación de la calzada con propósitos de rehabilitación deberá ser completa ydetallada, de manera de definir las causas de sus deterioros y establecer un juiciolo más objetivo posible sobre la capacidad general de la misma, que conduzca aldiseño y a la construcción de las obras más adecuadas a su condición actual y a lasprestaciones que se requieran de ella en el futuro.

2.5.7. Niveles jerárquicos de información

Para los propósitos de la presente guía, la jerarquía de la información sobre laregularidad superficial del pavimento (ver numeral 1.4) es la indicada en la Tabla2.5.5. El uso de la técnica de la Clase 4 es inaceptable en todos los casos.

Tabla 2.5.5Niveles jerárquicos de información sobre la regularidad superficial

NIVEL JERÁRQUICO 1 2 3TÉCNICA DE MEDICIÓN Clases 1 y 2 Clase 3 Clase 3

REFERENCIAS

2.5.1 - AIPCR, “Informe del Comité Técnico número 1 de característicassuperficiales”, XVIII Congreso Mundial de la Carretera, Bruselas, 1987

2.5.2 - ACHÚTEGUI F., “Regularidad superficial y técnicas de medida”, II Jornadassobre características superficiales de los pavimentos, Madrid, 1996

2.5.3 - SÁNCHEZ I., “Indicadores de regularidad superficial y aplicaciones”, IIJornadas sobre características superficiales de los pavimentos, Madrid, 1996

2.5.4 - SAYERS M.W., GILLESPIE T.D. & QUEIROZ C.A.V, “The international roadroughness experiment.”, World Bank, Technical Paper Number 45, Washington,1986

2.5.5 - GILLESPIE T.D., “Everything you always wanted to know about the IRI, butyou were afraid to ask!”, Road Profile Users Group Meeting, Lincoln, Nebraska,1992


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2.5.6 - INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS, “Normas de ensayo de materiales paracarreteras”, Bogotá D.C., 2007

2.5.7 - HIGHWAY RESEARCH BOARD, “The AASHO road test. Report 5. Pavementresearch, special report 61E”, HRB, National Academy of Science, Washington D.C.,1962

2.5.8 - CAREY W.N., IRICK P.E., “The pavement serviceability – performanceconcept”, Highway Research Bulletin 250, HRB, Washington D.C., 1960

2.5.9 - PATERSON W.D.O., “International roughness index: relationship to othermeasures of roughness and riding quality”, Transportation Research Record 1084,TRB, Washington D.C., 1960

2.5.10 - TRANSPORTATION RESEARCH BOARD, “Milestones 2002. Moving towardsthe 2002 pavement design guide”, NCHRP project 1-37A, Winter 2001.


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CAPÍTULO 6GUÍAS PARA LA MEDICIÓN DE LA RESISTENCIA AL DESLIZAMIENTO


La resistencia al deslizamiento, también denominada fricción superficial, es lafuerza desarrollada en la interfaz neumático2-pavimento, que resiste eldeslizamiento del neumático cuando se aplican los frenos al vehículo. Esta es laprincipal propiedad del pavimento en lo que se refiere a seguridad, aparte de losfactores relacionados con las condiciones geométricas de la vía.

Mientras la fricción suele ser suficiente cuando la superficie se encuentra seca, elagua en un pavimento húmedo actúa como un lubricante que reduce el contactodirecto entre el neumático y la superficie de la calzada. Si la película de agua llegaa ser lo suficientemente espesa o el vehículo circula a una velocidad demasiadoalta, los neumáticos pueden perder el contacto con la superficie, creándose unfenómeno de alto peligro, conocido como hidroplaneo.

2.6.2. Oferta y demanda de fricción

La resistencia al deslizamiento se puede concebir en términos del margen deseguridad existente entre la oferta y la demanda de fricción en un momento dado ypara una determinada maniobra de conducción. La Tabla 2.6.1 presenta una listacon los principales factores que afectan la oferta y la demanda de fricción [ref.2.6.1]. Se puede advertir que algunos factores afectan ambos requerimientos y, porlo tanto, tienen gran significación en la resistencia al deslizamiento. Ejemplosobvios son la velocidad vehicular y los factores ambientales.

Para un vehículo que circula por una determinada trayectoria, los neumáticosdeben ser capaces de desarrollar unos factores de fricción definidos, los cualesdependen de la velocidad, del tipo de neumático, de las condiciones climáticas, dela geometría de la vía y, principalmente, de los cambios de dirección y aceleraciónque imponga el conductor al vehículo.

2 Neumático: “Pieza de caucho con cámara de aire o sin ella, que se monta sobre la llanta de una rueda”.Llanta: “Pieza metálica central de una rueda, sobre la que se monta el neumático” (diccionario de la RAE). Sepresentan estas definiciones, por cuanto en Colombia se le suele dar, equivocadamente, el nombre de llantaal neumático.


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Tabla 2.6.1.Factores de la resistencia al deslizamiento

DEMANDA DE FRICCIÓN OFERTA DE FRICCIÓN

- Velocidad

- Aceleración y frenado

- Características del vehículo

- Factores ambientalesVientoSalpicadurasVisibilidad

- Geometría de la carreteraCurvaturaPeralte

- Velocidad

- Neumático

- Superficie del pavimentoMicrotexturaMacrotexturaDrenajePendiente transversal

- Factores ambientalesLluviaTemperatura

La gran dependencia que la fricción disponible tiene de la velocidad vehicular sedebe a que, en condición de superficie húmeda, el área de contacto entre elneumático y el pavimento está determinada por la eficiencia con la que aquélexpulsa el agua de dicha área. La viscosidad del agua y otros efectos hacen que estaeficiencia se degrade a alta velocidad y, consecuentemente, el neumático resultaincapaz de mantener una superficie de contacto seca.

2.6.3. Factores que afectan la fricción superficial

Aunque la fricción es considerada a menudo como una propiedad exclusiva delpavimento, en realidad ella depende tanto de las condiciones superficiales de lacalzada, como de los neumáticos de los vehículos y de la velocidad de circulaciónde éstos.

2.6.3.1. Diseño y condición de los neumáticos

Los dos principales factores responsables para la fricción del neumático, son laadhesión y la histéresis (Figura 2.6.1). La adhesión es el resultado de fuerzasmoleculares en la interfaz neumático–pavimento, cuya magnitud depende de lanaturaleza de los dos materiales en contacto y de la fuerza normal entre ellos, entanto que la componente de histéresis es función de la pérdida de energía en el


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caucho del neumático a medida que éste es deformado por las asperezas de latextura superficial del pavimento.

Figura 2.6.1. - Componentes de la fricción neumático - pavimento

La fuerza efectiva de resistencia al deslizamiento en el plano de la interfaz (F) es lasuma de estas dos componentes, suma que dividida por la magnitud de la cargavertical (L) da como resultado el coeficiente efectivo fricción o factor de fricción (f):

LFhFa

LF

f

Los procedimientos estándares, como el descrito en la norma de ensayo ASTM E-274, determinan una unidad de medida de la resistencia al deslizamiento SN (SkidNumber), expresada por:

SN = 100.f

La adhesión es el factor dominante en la resistencia al deslizamiento cuando lasuperficie del pavimento está seca, pero su importancia decrece con la lubricacióny se hace casi despreciable cuando la superficie está húmeda. En esta última


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condición, la componente más importante es la histéresis, cuando no está afectadapor la lubricación. Debido a lo anterior, la resistencia al deslizamiento de lospavimentos es menor cuando se encuentran húmedos. La disminución deresistencia se acelera a medida que la superficie es más densa, siendo mayor eldecrecimiento al incrementar la velocidad vehicular (Figura 2.6.2).

Figura 2.6.2. - Variación de la fricción disponible con la velocidad de deslizamiento, paradiferentes texturas superficiales

2.6.3.2. Microtextura y macrotextura del pavimento

Los dos principales factores de la superficie del pavimento para la generación defricción son la microtextura y macrotextura (ver Parte 2 Capítulo 5). Lamicrotextura es proporcionada por las pequeñas asperezas superficiales y afecta elnivel de fricción en el área de contacto entre el neumático y el pavimento. Lamacrotextura es suministrada por las asperezas mayores y la elevación relativa delas partículas con respecto al plano base del pavimento, y proporciona canales deescape para el agua superficial del área de contacto entre el neumático y elpavimento (Figura 2.6.3).


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Figura 2.6.3. - Microtextura y macrotextura

La microtextura varía de áspera a pulida, mientras la macrotextura lo hace derugosa a suave, como se indica en la Figura 2.6.4. Además, es deseable un altopotencial de drenaje para la superficie del pavimento (por ejemplo a través de unaadecuada pendiente transversal), para que permita la salida de agua por gravedad;dicho potencial reduce el espesor de la película de agua en la interfaz neumático-pavimento, con lo que se obtiene un incremento en la fricción disponible.

Si ambas texturas se mantienen en niveles adecuados, ellas garantizan laresistencia al deslizamiento en condición de superficie húmeda. El incremento de lamacrotextura reduce el potencial de encharcamientos y salpicaduras y garantiza lafricción a altas velocidades. La microtextura, por su parte, tiene gran incidenciasobre la fricción cuando los vehículos circulan a baja velocidad.

Figura 2.6.4. – Escalas de textura de la superficie de un pavimento


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2.6.3.3. La altura de la lámina de agua sobre la superficie

Cuando la lluvia produce una película de agua entre la superficie del pavimento y elneumático se producen dificultades de adherencia, las cuales se agravan a medidaque la película se hace mayor, generando hidroplaneo. Una condiciónindispensable para obtener una buena adherencia y mantenerla, consiste eneliminar lo más rápidamente posible el agua que pueda existir en la superficie decontacto entre el neumático y el pavimento. En esa eliminación intervienendiferentes elementos: el labrado del neumático, la textura de la superficie y lageometría de la vía -en lo que se refiere a sus pendientes y a la longitud en que elagua se pueda acumular sobre la superficie-.

La Figura 2.6.5 ilustra la situación que se presenta en el pavimento [ref. 2.6.2]. Elespesor de la lámina de agua que contribuye al hidroplaneo es la suma de la“profundidad media de textura” (PMT) (la cual se define en el numeral 2.6.5.2) másel espesor de agua que fluye sobre las asperezas superficiales. La PMT depende dela macrotextura de la superficie que, como ya se ha indicado, es aquella parte de latextura del pavimento producida fundamentalmente por el agregado grueso. Elagua que se aloja bajo la PMT queda atrapada en la superficie y no contribuye aldrenaje del pavimento. La Figura 2.6.5 permite entender la importancia delaumento de la macrotextura, ya que ella brinda un espacio adecuado, tanto paraalojar el agua (espesor por debajo de la PMT), como para facilitar el drenajesuperficial (espesor por encima de la PMT).

Figura 2.6.5. – Definición del espesor de la película de agua, de la profundidad media detextura y del flujo total


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La trayectoria de una gota de agua que cae sobre la superficie queda definida poruna línea que depende de las pendientes superficiales del pavimento. La máximatrayectoria en una determinada sección, es la distancia máxima que recorre la gotadesde que toca el pavimento hasta el punto donde sale del mismo. La Figura 2.6.6muestra, en su lado derecho, la planta de un plano de diseño (correspondiente aun carril en una vía de una sola calzada) en cuyo extremo superior cae una gota deagua. La parte izquierda de la Figura muestra el espesor que va tomando la láminade agua que fluye sobre las asperezas superficiales a lo largo de su trayectoria. Alcaer el agua, primero llena la macrotextura (1.27 mm en el ejemplo de la Figura) y,a partir de este punto, el espesor de la lámina va aumentando hasta que alcanza elborde del pavimento o un dispositivo de drenaje. Para una determinada cantidadde lluvia por unidad de área del pavimento, la reducción de la trayectoria setraduce en un menor espesor de la lámina de agua y, consecuentemente, en unamenor propensión al hidroplaneo, al encharcamiento y a las salpicaduras excesivas.

Figura 2.6.6. - Definición de la trayectoria del flujo y del plano de diseño

Con el fin de determinar los sitios donde esta situación puede ser crítica, elingeniero debe utilizar modelos de predicción de espesores de láminas de agua


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fluyendo a través de la superficie. Un ejemplo de ellos es el programa PAVDRN [ref.2.6.2], el cual predice, a partir de la geometría del pavimento, del tipo y textura dela superficie, de la localización de los dispositivos de drenaje superficial existentes yde la intensidad de la lluvia, la velocidad vehicular a la cual se produce elhidroplaneo. Esta velocidad debe ser comparada con la de operación de lacarretera. En los tramos donde aquella resulte menor que ésta, son factibles losconflictos a causa del hidroplaneo, los cuales es necesario remediar como parte delas soluciones de rehabilitación.

En todas las carreteras existen algunos puntos donde la geometría entra enconflicto con el drenaje superficial. Es el caso de las curvas verticales cóncavas queunen tangentes de pendiente de diferente signo, en las cuales la pendientelongitudinal decrece hasta alcanzar un valor igual a cero en el punto más bajo deellas. En las curvas horizontales, la pendiente transversal se hace igual a cero en laszonas de transición del peralte (Figura 2.6.7). Una combinación de componentes dependiente igual a cero puede originar problemas para el escurrimiento de las aguassuperficiales. En consecuencia, es necesario verificar los requisitos de alineamientoy de sección transversal que coadyuvan en la optimización de la geometría de lavía, desde el punto de vista del drenaje superficial [ref. 2.6.3] [ref. 2.6.4] [ref.2.6.5].

Figura 2.6.7. – Transición de curva horizontal

Las pendientes de la sección transversal del pavimento (bombeo) son de granimportancia, pues contribuyen en la rápida evacuación del agua superficial. Lasnormas de diseño vigentes en Colombia recomiendan una pendiente transversal de2% en los tramos de calzada en tangente y una pendiente 2% mayor en las bermas,salvo que éstas se construyan como continuación de la capa de rodadura, caso enel cual se debe mantener la pendiente adoptada para el carril [ref. 2.6.4]. Sin


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perjuicio de estas recomendaciones, se deberán efectuar todos los ajustes que seconsideren necesarios siempre que se prevean problemas de hidroplaneo.

2.6.3.4. Influencia del tránsito

La acción repetida de los vehículos sobre el pavimento provoca pulimento en losagregados expuestos en la superficie, el cual es intenso en los primeros años deservicio, para luego estabilizarse alrededor de cierto valor que se mantiene duranteel tiempo. Este pulimento afecta adversamente la resistencia al deslizamiento(Figura 2.6.8).

Figura 2.6.8. – Efecto del tránsito sobre la resistencia al deslizamiento

2.6.3.5. Influencia de la velocidad de los vehículos

A medida que la velocidad vehicular aumenta, se produce un efecto de lubricaciónhidrodinámica que disminuye el coeficiente de fricción entre el neumático y elpavimento en condición de superficie húmeda. La magnitud de la disminucióndepende de las características de micro y macrotextura del pavimento, como seaprecia en la Figura 2.6.2.

2.6.3.6. Influencia de la estación en la cual se realizan las medidas

La experiencia indica que la resistencia al deslizamiento en pavimentos es mayor eninvierno y primavera y menor en verano y otoño (Figura 2.6.9). Por tal motivo, lascampañas de medida se acostumbran realizar en las dos últimas estaciones, en lospaíses donde ellas se presentan. Como en Colombia no ocurre esta situación, lasdeterminaciones se pueden realizar en cualquier época del año.


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Figura 2.6.9. – Variación de la resistencia al deslizamiento durante un año en una víapavimentada de Nueva Zelanda [ref. 2.6.6]

2.6.4. Influencia de la composición y de la colocación de las mezclas asfálticas derodadura sobre la adherencia neumático - pavimento [ref. 2.6.7]

Algunos aspectos relacionados con la composición y con la colocación de las capasasfálticas de rodadura inciden de manera importante sobre la fricción superficial.Entre ellos cabe citar:

- Tipo de carpeta superficial. Desde el punto de vista de la fricción, lostratamientos superficiales y las lechadas asfálticas, por su macrotextura másrugosa, presentan condiciones más favorables que las mezclas del tipo concretoasfáltico.

- Clase de mezcla. Dentro de las mezclas asfálticas más comúnmente utilizadaspara la construcción de capas de superficie, aquéllas que generan unaprofundidad de textura mayor, tales como las drenantes y las mezclasdiscontinuas en caliente para capas de rodadura, aportan una mejoraconsiderable a la adherencia a gran velocidad en relación con los concretosasfálticos.

- Uso de agregados pulimentables. Los agregados susceptibles al pulimento, enespecial los de tipo calcáreo, deben ser evitados para la elaboración de cualquier


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tipo de mezcla o tratamiento asfáltico de aplicación en superficie, por cuanto danlugar a una microtextura pulida a corto plazo.

- Adición de arena redondeada. La arena redondeada en las mezclas es muydesfavorable para las características antideslizantes a corto plazo, sobre todo envías de alta velocidad de operación.

- Exceso de asfalto en la mezcla. Mezclas con exceso de asfalto por defectos en eldiseño o en la manufactura generan exudaciones a corto plazo, las cualesocasionan una peligrosa reducción en las propiedades antideslizantes de lasuperficie.

- La forma de compactación de la carpeta de rodadura. La técnica decompactación más utilizada en la actualidad consiste en hacer entrar primero unequipo liso vibratorio que ejecuta algunas pasadas y luego y compactador deruedas neumáticas que termina la compactación. Se ha observando que elcompactador neumático deja una buena macrotextura, en tanto que el vibratorioalisa la superficie, por cuanto la vibración hace remontar el mortero de la mezclaa la superficie. Para remediar esta situación se deben diseñar mezclas con unmenor contenido de mortero, siempre que ellas se vayan a compactar en formavibratoria.

- Deficiencias de compactación. Los concretos asfálticos deficientementecompactados presentan, a corto tiempo, unas características antideslizantessuperiores al promedio pero, a medio y largo plazo, ellas descienden; por lotanto, disminuir la compactación de los concretos asfálticos para generar mayoradherencia es una solución solamente ilusoria y peligrosa.

- Uso de mezclas de baja estabilidad. Estas mezclas son muy susceptibles a ladeformación, en especial a altas temperaturas, y dan lugar a ahuellamientos yabultamientos que facilitan acumulaciones de agua. Por lo tanto, su uso debe serevitado.

2.6.5. Evaluación de la resistencia al deslizamiento y la textura superficial

La adherencia entre el neumático y el pavimento es un factor fundamental en laseguridad de la circulación vehicular. Por lo tanto, la evaluación de esta propiedadsiempre debe formar parte del proceso de seguimiento del comportamiento de lospavimentos en servicio. Para la estimación de la fricción superficial en los rangos


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corrientes de operación vehicular se han desarrollado diferentes procedimientos,los cuales pueden ser clasificados en dos grupos, según ella se determine pormedida directa del coeficiente de rozamiento entre el pavimento artificialmentehumedecido y una rueda de caucho o se estime indirectamente a través de latextura superficial.

2.6.5.1. Medida de la resistencia al deslizamiento [ref. 2.6.8]

Existen cuatro tipos básicos de equipos para medir la fricción de manera directa: (i)de rueda bloqueada, (ii) de rueda parcialmente bloqueada con grado de bloqueofijo, (iii) de rueda bloqueada con grado de deslizamiento variable y (iv) de ruedaoblicua con respecto al sentido de marcha.

Los equipos más utilizados para realizar esta medida son del tipo de ruedabloqueada, en acuerdo a las normas ASTM E–274 y E-524, ejemplo de los cuales esel K. J. Law Locked-Wheel Skid Trailer. Un equipo de este tipo consiste en unpequeño remolque en el cual va la rueda de medida arrastrada a velocidadconstante, la cual es frenada en el momento de realizar la medida. Emplea unneumático labrado o liso, con una proyección de agua que va mojando elpavimento delante de la rueda (Figura 2.6.10). El uso de la rueda lisa es preferible,por cuanto se ha encontrado que las medidas con ella correlacionan mejor con lastasas de accidentes vehiculares en condición de ambiente lluvioso.

Figura 2.6.10. – Equipo de rueda bloqueada ASTM E-274 (Pennsylvania DOT)

Los sistemas de rueda parcialmente bloqueada con grado de bloqueo fijo y derueda bloqueada con grado de deslizamiento variable intentan operar al nivel defricción pico, para simular la capacidad de un vehículo para detenerse mientras usafrenos antibloqueo. Los equipos de bloqueo fijo operan a deslizamiento constante,


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usualmente entre 20% y 30% (es decir, la rueda de ensayo gira a una velocidadangular menor que su velocidad de giro libre), en tanto que los equipos de gradode deslizamiento variable lo hacen a través de un determinado juego de relacionesde deslizamiento, en acuerdo con la norma ASTM E-1859. Ejemplos de los primerosson el Griptester (Figura 2.6.11) y el medidor de fricción SAAB. De los segundos, elmás conocido es el Norsemeter Roar Analyser and Recorder (ROAR) (Figura 2.6.12).

Figura 2.6.11. – Equipo Griptester de rueda parcialmente bloqueada con grado de bloqueofijo

Figura 2.6.12. – Equipo Norsemeter ROAR de rueda bloqueada con grado de deslizamientovariable

Los equipos de rueda oblicua son autopropulsados y en ellos la rueda de ensayogira formando un ángulo respecto del sentido de movimiento del vehículo, no


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aplicándose ninguna otra condición de frenado. De esta manera, se puede mediren continuo el coeficiente de rozamiento transversal. Estos equipos han sidodiseñados para simular la capacidad de un vehículo para mantener el control en lascurvas. Ejemplos de ellos son el SCRIM (Figura 2.6.13) y el Mu-Meter.

A algunos equipos SCRIM se les han acondicionado sistemas láser de medición demacrotextura, con lo que se obtiene una idea más completa de las condiciones defricción superficial.

Figura 2.6.13. – Equipo de rueda oblicua SCRIM

El péndulo portátil de fricción del TRL británico es un dispositivo de gran simpleza yeconomía de operación, el cual da una medida indirecta de la microtextura, através de la determinación de la fricción existente entre una zapata deslizante decaucho colocada en el extremo del brazo de un péndulo que oscila entre unaposición de reposo y una escala de medida, luego de rozar la superficie delpavimento húmedo (Figura 2.6.14). La posición final sobre la escala de la aguja queacompaña al péndulo en su oscilación es el “número del péndulo británico” (NPB),el cual es 100 veces el coeficiente de resistencia al deslizamiento al cual hacenreferencia las Especificaciones Generales de Construcción de Carreteras del INVÍAS.El ensayo con este equipo está normalizado bajo el registro INV E–792 [ref. 2.6.9].

La operación de este equipo simula la acción de un vehículo con neumáticoslabrados, cuando frena al circular a 50 km/h sobre un pavimento húmedo.


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Figura 2.6.14. – Péndulo de fricción británico

El medidor de fricción dinámica (Figura 2.6.15), cuyo uso se describe en la normaASTM E-1911, consiste en un disco que se gira con su plano paralelo a la superficieque se ensaya. El disco tiene montados tres deslizadores de caucho en su parteinferior, los cuales pueden alcanzar velocidades tangenciales hasta de 90 km/h.Durante el ensayo, se vierte agua delante de los deslizadores, se desciende el discohasta tocar la superficie del pavimento y se mide el momento de torsión a medidaque el movimiento del disco disminuye hasta su detención a causa de la fricciónentre la textura del pavimento y los deslizadores. Convirtiendo el momento detorsión en fuerza y dividiendo ésta por el peso del disco y del ensamble del motorse determina el valor de fricción que se obtiene con este aparato.

Aunque el equipo permite efectuar medidas a diferente velocidad, no distingue ladireccionalidad de la textura superficial. Así, por ejemplo, produce los mismosvalores en un pavimento ranurado, sea que las ranuras se encuentren en sentidolongitudinal, sea que se encuentren en sentido transversal.

Figura 2.6.15. – Medidor de fricción dinámica


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2.6.5.2. Medida de la textura superficial

Como lo muestra la Figura 2.6.2, el coeficiente de resistencia al deslizamiento a altavelocidad en pavimentos con macrotextura suave es considerablemente menorque a velocidades bajas o medias. Por tal motivo, en carreteras de alta velocidad decirculación es conveniente conocer dicho coeficiente en ambos rangos develocidad. Su determinación a velocidad media queda cubierta por los equiposdescritos en el numeral anterior. A altas velocidades, en cambio, se generanmuchas dificultades de tipo práctico y de seguridad al intentar la determinación dela resistencia al deslizamiento, razón por la cual ella se suele estimar de maneraindirecta, a partir de medidas de macrotextura.

La manera más simple de estimar la macrotextura es realizando medidas puntualesa través del ensayo del círculo de arena, descrito en la norma de ensayo INV E-791[ref. 2.6.9], el cual caracteriza la superficie del pavimento en cuanto a su capacidadpara drenar el agua confinada entre el neumático y la superficie del pavimento. Elensayo consiste en la extensión de un volumen conocido de una arena uniformesobre la superficie del pavimento, distribuyéndolo luego en forma circular hastaque se comiencen a advertir las asperezas del pavimento, instante en el cual sedetermina el diámetro medio del círculo (Figura 2.6.16). Dividiendo el volumen dearena por el área del círculo de arena, se obtiene una profundidad media de lasirregularidades de la superficie, conocida como “profundidad media de textura”(PMT).

Un valor de PMT de 0.8 mm separa razonablemente la macrotextura rugosa de lasuave (Figura 2.6.4), en tanto que un valor inferior a 0.2 mm es característico deuna macrotextura muy fina.

Figura 2.6.16. – Ensayo del círculo de arena


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Otro procedimiento de medida puntual es mediante equipos de medida dedrenaje, los cuales utilizan un cilindro transparente, marcado con un volumenconocido y provisto de un obturador anular de caucho entre el cilindro y lasuperficie del pavimento. El cilindro se llena de agua, midiéndose posteriormenteel tiempo en que tarda en ser evacuado el volumen conocido (Figura 2.6.17). Elinverso del tiempo representa la medida de la textura, que es la que determina elflujo de agua. La norma ASTM E-2380 describe la ejecución de esta prueba.

Figura 2.6.17. – Determinación del flujo de agua

Los avances en la tecnología láser y el poder de la computación han permitido elcálculo de la “profundidad media del perfil” (PMP) a partir de medidas del perfillongitudinal a la velocidad de operación vehicular. La PMP también se puededeterminar con el “medidor circular de textura” (Figura 2.6.18), el cual utiliza unrayo láser para medir el perfil de un círculo de 890 milímetros de diámetro. El perfilcircular se divide en ocho segmentos y se calcula la profundidad media de cadauno, de acuerdo con la norma ASTM E-2157.

Figura 2.6.18. – Vista del sensor láser del medidor circular de textura


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2.6.6. Valores mínimos deseables de adherencia en pavimentos asfálticos nuevosy en servicio

La fijación de límites mínimos admisibles de adherencia en superficies derodamiento de carreteras, tanto en pavimentos nuevos como en servicio, es unproblema complejo y aun sin resolver adecuadamente, debido, sobre todo, a lagran cantidad de equipos de diferente concepción para medir los parámetros quegobiernan dicha propiedad.

Las Especificaciones Generales de Construcción de Carreteras del INVÍAS [ref.2.6.10] exigen unos valores mínimos del coeficiente de resistencia al deslizamientode capas de rodadura recién construidas (Tabla 2.6.2), pero ningún documento dela entidad tiene establecidos umbrales a partir de los cuales se considerennecesarias algunas acciones para la restitución de la fricción superficial. Los “índicesde estado” de las carreteras que forman parte de los contratos de concesión vialdel INCO (todas ellas de tránsito NT 3), incluyen diversos parámetros de tipofuncional y estructural para la evaluación de las vías, entre ellos la resistencia aldeslizamiento. No obstante y a pesar de que se otorgan niveles de calificaciónsegún la magnitud de cada parámetro, no se presentan de manera clara losumbrales de cada uno de ellos que llevan al rechazo del sector evaluado. Sepudiera pensar, sin embargo, que valores inferiores a 0.45 en el coeficiente deresistencia al deslizamiento obligan al mejoramiento de la condición delpavimento, para asegurar una fricción superficial adecuada.

Tabla 2.6.2.Valores mínimos admisibles del coeficiente de resistencia al deslizamiento con el péndulo

británico (Artículo 440-06 Especificaciones INVÍAS)

TIPO DE SECCIÓN

COEFICIENTE MÍNIMO DERESISTENCIA ALDESLIZAMIENTO

NT1 NT2 NT3Glorietas; curvas con radios menores de200 metros; pendientes mayores oiguales a 5% en longitudes de 100 metroso más; zonas de frenado frecuente

0.50 0.55 0.60

Otras secciones 0.45 0.50 0.50

Una investigación adelantada hace algunos años en carreteras de los EstadosUnidos de América concluyó que el valor mínimo admisible del número de fricción


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SN (100 veces el coeficiente efectivo de fricción) debiera ser 37 [ref. 2.6.11],mientras un estudio anterior de actualización, adelantado por el Departamento deCarreteras del Estado de Washington, concluyó que el valor mínimo admisiblepodía ser 26 [ref. 2.6.12]. Parece improcedente, sin embargo, establecer un valormínimo absoluto por cuanto, como lo interpreta la Tabla 2.6.2, los límites debendepender de la sección de carretera y de la intensidad del tránsito que hace uso deella.

En lo que se refiere a la macrotextura, las Especificaciones Generales deConstrucción de Carreteras del INVÍAS incluyen requisitos para algunos tipos decapas de rodadura nuevas (tratamientos superficiales, lechadas asfálticas, mezclasdiscontinuas en caliente para capa de rodadura y mezclas drenantes), basados en la“profundidad media de textura” (PMT), determinada con el ensayo del círculo dearena. No obstante, para las mezclas de tipo concreto asfáltico no incluyen ningúnrequisito. Tampoco está especificado el nivel de riesgo de una profundidad mediade textura, motivo por el cual las decisiones a este respecto aún conservan uncarácter muy subjetivo.

2.6.7. El Índice de Fricción Internacional (IFI)

La existencia de muchos equipos para la medida de las características de fricción yde textura de los pavimentos, tanto de medida puntual como de medida continua adiferentes velocidades, cada uno de ellos con su propia concepción y sus propiasescalas de referencia, hace muy difícil la comparación de sus resultados. Con el finde prevenir errores de interpretación y armonizar la práctica internacional, laAIPCR promovió en 1992 un experimento internacional, cuyo resultado másimportante fue el desarrollo del “Índice de Fricción Internacional” (IFI), que es unaescala de referencia de aplicación internacional, basada en un modelo querelaciona la fricción con la velocidad de deslizamiento [ref. 2.6.13].

El IFI se expresa mediante dos números escritos dentro de un paréntesis yseparados por una coma (F60, Sp), representando el primero la fricción a 60 km/h,en tanto que el segundo representa la macrotextura, mediante una constante dereferencia de velocidad. El F60 es un número adimensional y el Sp es un númeropositivo, sin límites determinados, con unidades de velocidad (km/h).

Las ecuaciones que relacionan los parámetros F60 y Sp con las medidas de losdistintos equipos son:


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Sp = a + b.Tx

F60 = A + B. FR60 + C. Tx

FR60 = FRS. e (S-60)/Sp

Donde: Tx: Medida de la macrotextura.

FRS: Medida de la fricción con el equipo escogido.

S: Velocidad de deslizamiento de la rueda.

a y b: Constantes que dependen del equipo de medida de lamacrotextura.

A, B y C: Constantes que dependen del equipo de medida de lafricción.

Los valores F60 y Sp permiten calcular el valor de fricción F(S) a cualquier velocidadde deslizamiento (S), mediante la expresión:

F(S) = F60*e(60-S)/Sp

La determinación de las propiedades de fricción de un pavimento a cualquiervelocidad a través de un índice universal, constituye un avance notable. Noobstante, aún quedan muchos aspectos sin resolver, el principal de ellos ladificultad para establecer los valores de las constantes para cualquier otro equipodiferente a los usados en el experimento.

Algunos ejemplos del procedimiento a seguir para el cálculo el IFI se presentan enla referencia [2.6.14].

2.6.8. Evolución del coeficiente de resistencia al deslizamiento y de lamacrotextura

Una capa de rodadura recién construida presenta, por lo general, una resistencia aldeslizamiento muy elevada. Sin embargo, con el paso del tiempo, su valor se veafectado adversamente, muy especialmente cuando la superficie se encuentrahúmeda, a causa de cambios en las propiedades de la superficie producidos por laacción repetida de los neumáticos de los vehículos, en especial la reducción de la


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microtextura producida por el pulimento de los agregados. Este fenómeno seproduce por el paso de las ruedas de los vehículos, por lo que el valor delcoeficiente varía dentro de una misma sección transversal, de manera que en losbordes de la calzada, sometidos a un tránsito más esporádico, las reducciones delcoeficiente a lo largo del tiempo son mucho menores.

Algo similar ocurre con la macrotextura. Mientras en las zonas de rodamiento vadisminuyendo, en el resto de la sección transversal apenas se modifica su valor. Lamagnitud de la diferencia es indicativa de la edad del pavimento y/o de sucomportamiento. En sentido longitudinal, la evolución de la macrotextura esfunción de su valor inicial (valores iniciales pequeños disminuyen con mayorlentitud que los valores iniciales más elevados). Con el tiempo, tanto las texturasbajas como las altas alcanzan un valor mínimo, que corresponde al momento demáximo desgaste, a partir del cual comienza la pérdida de agregados de la carpeta.A causa de esta pérdida, la macrotextura vuelve a crecer, sin que dicho crecimientotenga un significado positivo de recuperación, motivo por el cual carece de sentidopráctico hablar de ella, por cuanto se puede afirmar que la capa de rodadura ya haagotado su misión.

2.6.9. Aplicabilidad de las medidas de resistencia al deslizamiento y textura

Los resultados obtenidos en las evaluaciones de la resistencia al deslizamiento y latextura tienen dos aplicaciones principales:

- Para prevenir o reducir los accidentes relacionados con el patinaje odeslizamiento, gracias a la identificación de puntos críticos. Las alternativas derehabilitación del pavimento deberán garantizar la solución de este problemaen todos los sitios donde se presente.

- Para alimentar los programas de administración del mantenimiento depavimentos, a través de la evaluación de los materiales y las prácticasconstructivas.

2.6.10. Niveles jerárquicos de información

Los datos requeridos para la evaluación funcional del pavimento, desde el punto devista de la fricción superficial, se pueden clasificar en los niveles que muestra laTabla 2.6.3, de acuerdo con la cobertura, tal como lo recomienda el métodoAASHTO 2002. No se establecen niveles de jerarquía en función de los equipos


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utilizados, por cuanto en Colombia aún existen grandes limitaciones a esterespecto.

Tabla 2.6.3.Definición de los niveles de los datos sobre fricción superficial

(Ver numeral 1.4)

NIVEL 1 2 3

COBERTURAEjecución deensayos a todo lolargo del proyecto

Ejecución de ensayosen unidades demuestreo,seleccionadas dentrode la longitud delproyecto

Uso de datoshistóricos, tomadosde los archivos delsistema deadministración depavimentos delINVÍAS

REFERENCIAS

2.6.1 - BYRD, TALLAMY, MCDONALD, LEWIS, “Training course: Skid resistancemeasurements and design. Instructor notebook”, US Department of Transportationand National Highway Institute, 1981

2.6.2 - ANDERSON D.A., HUEBNER S., REED J.R., WARNER J.C., “Improved surfacedrainage of pavements. Final Report”, NCHRP web document 16, The PennsylvaniaTransportation Institute, University Park, June 1998

2.6.3 - BETTER ROADS, “The proper drainage eliminates problems”, December 1997

2.6.4 - INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS, “Manual de diseño geométrico paracarreteras”, Bogotá D.C., 1998

2.6.5 - INSTITUTO COLOMBIANO DE PRODUCTORES DE CEMENTO, “Diseño dedrenaje para carreteras”, Publicación 1041, Medellín, 1993

2.6.6 - TRANSIT NEW ZEALAND, “Notes to the specification for skid resistanceinvestigation and treatment selection”, TNZ T10 Notes 2002

2.6.7 - PAGOLA M., GIOVANON O., PONCINO O., “Adherencia neumático calzada.Análisis de medición en rutas argentinas. Primeros resultados en términos de IFI”,Memorias de la Trigésima Reunión del Asfalto, Tomo II, Mar del Plata, 1998


111

2.6.8 - CALTRANS, “Rigid pavement preservation, MTAC Volume II, Chapter 2,Surface Characteristics”, Caltrans Division of Maintenance, July 2007


2.6.10 - INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS, “Especificaciones generales de construcciónde carreteras”, Bogotá D.C., 2007

2.6.11 - KUMMER H.W., MEYER W.E., “Tentative skid resistance requirements formain rural highways”, NCHRP Report 37, HREB, Washington D.C., 1967

2.6.12 - CORSELLO P., “Evaluation of surface friction guidelines for Washingtonstate highways”, Research Report WA-RD 312.1, WSDOT, Olympia, Washington,July 1993

2.6.13 - COMITÉ TÉCNICO AIPCR DE CARACTERÍSTICAS SUPERFICIALES C1,“Experimento internacional AIPCR de comparación y armonización de las medidasde textura y resistencia al deslizamiento”, Madrid, 1995

2.6.14 - SÁNCHEZ F., “El índice de fricción internacional (IFI). Un parámetrorelacionado con la seguridad de los usuarios de los pavimentos”, XII Simposiocolombiano sobre ingeniería de pavimentos, Medellín, 1999


112


113

CAPÍTULO 7GUÍAS PARA LA MEDICIÓN DEL RUIDO EN EL CONTACTO NEUMÁTICO -

PAVIMENTO


En 1972, la Organización Mundial de la Salud definió una nueva forma decontaminación: la acústica. De esa forma, el ruido quedó oficialmente incorporadoa la problemática ambiental.

En el caso del tránsito vial, las fuentes de ruido son muy diversas y se puedendividir entre las provenientes de la vía y las emanadas de los vehículos. Entre losfactores atribuibles a la vía se encuentran la textura superficial de la calzada, lascaracterísticas de los agregados pétreos de la rodadura y la temperatura delpavimento; en tanto que los factores atribuibles a los vehículos incluyen loscorrespondientes a ellos mismos (tipo de vehículo, motor, escape, aireacondicionado, velocidad, desajustes) y los que se pueden asignar específicamentea los neumáticos. La combinación de todas estas características, más los efectosatribuibles a la propagación (absorción, distancia, tipo de superficie) se traducenen un nivel de ruido de pasada vehicular para un receptor que se encuentre alborde de la vía.

Estudios realizados en Estados Unidos han demostrado que para velocidadesvehiculares mayores a 80 km/h el ruido producido por el par neumático-pavimentoes dominante, en tanto que estudios europeos indican que, aún a velocidades tanbajas como 50 km/h, el ruido del neumáticos es el predominante en la circulaciónde los automóviles. En el caso de los camiones, el predominio del ruido delneumático se produce a velocidades mucho más elevadas, pues debe superar losruidos del motor y del escape, los cuales son bastante mayores que en losautomóviles.

2.7.2. Naturaleza del ruido

El sonido es la sensación auditiva producida por una onda acústica. El sonido seproduce cuando un objeto se mueve: el susurro de las hojas de un árbol cuandosopla el viento, el aire pasando a través de nuestras cuerdas vocales, el movimientocasi invisible de los parlantes de un equipo de sonido, etc. Estos movimientos


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producen fluctuaciones de presión que generan vibraciones en las moléculas deaire. Cuando estas vibraciones alcanzan nuestros oídos, escuchamos el sonido.

El oído humano está capacitado para escuchar un rango muy amplio de variacionesde presión (que percibe como intensidad) y de frecuencias (que percibe comotonos). Estas diferencias le permiten identificar la fuente y su importancia relativa.Todo sonido no deseado es clasificado por el individuo como ruido.

2.7.2.1. Intensidad

La intensidad es una magnitud, en parte, subjetiva. Está relacionada con la presiónsonora que es objetivamente medible; sin embargo, dos sonidos de igual presiónsonora y de diferente frecuencia no producen la misma sensación de intensidad. Sedefine como la energía por unidad de superficie y se mide en w/m2.

Teniendo en cuenta el rango tan amplio de intensidades y de fluctuaciones depresión que puede captar el oído y considerando que la respuesta auditiva del serhumano no es lineal, se ha establecido una escala logarítmica para describir lasvariaciones de presión acústica percibidas por el oído como intensidad. Dichaescala tiene como unidad el decibel (dB), el cual se ha definido matemáticamentecomo:

0

log*10)(II

dBL

Donde: L: Nivel de presión sonora (también se conoce como SPL por“Sound Pressure Level”).

I0: Intensidad de referencia, correspondiente al umbral deaudición (10-12 w/m2).

I: Intensidad al nivel de sonido L (w/m2)

Esta fórmula se puede expresar, también, en términos equivalentes de amplitud depresión:

020

2

log*20)log(*10)(pp

pp

dBL


115

Donde: p: Presión sonora eficaz ambiental (valor cuadrático medio (srm)de las presiones sonoras instantáneas (presiones inducidas por lafuente sonora) en un punto, durante un intervalo de tiempo; porejemplo, un ciclo completo).

p0: Presión de referencia correspondiente al umbral auditivo (20μPa).

De acuerdo con la escala logarítmica, el nivel de sonido en el umbral de audición(cuando el oído comienza a percibir el sonido) será de 20*log(20/20) = 0 dB, entanto que en el nivel de dolor (a partir del cual el oído puede sufrir lesionesirreversibles) será de 20*log(63*106/20) = 130 dB. La Figura 2.7.1 representa estaescala y muestra algunos de los niveles asociados con diferentes actividadescotidianas.

Figura 2.7.1. – Ruidos comunes al aire libre y en el interior [ref. 2.7.10]


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Debido a la subjetividad, es difícil obtener con un solo valor una medida del nivelacústico, es decir, un valor objetivizado que se aproxime lo más posible a lapercepción del oído. Para ruidos ambientales, los niveles de presión acústica sedescriben típicamente con una escala de ponderación “A” que, según se hadeterminado, es la que mejor reproduce la respuesta del oído humano a lossonidos normales. Esta ponderación tiene por objeto compensar las diferencias desensibilidad que tiene el oído humano para distintas frecuencias dentro del campoauditivo. El nivel de presión medido de esta forma se denomina L(A) y se expresaen dB(A). En la Tabla 2.7.1 se indican los valores que toma la escala de ponderaciónA para un margen de frecuencias común en la realidad.

Tabla 2.7.1.Ponderación en dBA para diferentes frecuencias

Frecuencia (Hz) 100 200 500 1,000 1,600 2,500 4,000 5,000Ponderación (dB(A)) -19.1 -10.9 -3.2 0 1.0 1.3 1.0 0.5

La transición de un ambiente apacible a un ambiente ruidoso se encuentra en elentorno de 50 a 70 dB(A). Una exposición permanente a niveles por encima de 65dB(A) puede tener efectos nocivos sobre la salud humana. A lo largo de unaautopista, el nivel de sonido (ruido) se puede encontrar, en las horas pico, entre 70y 80 dB(A).

2.7.2.2. Adición de niveles de presión sonora

Se ha establecido que, en términos generales y para un número múltiple defuentes sonoras, los niveles de presión provenientes simultáneamente de diversasfuentes no se suman linealmente, sino de manera logarítmica. Así, el nivel depresión sonora resultante de la suma de dos sonidos cuyos niveles de presiónsonora sean Lp1 y Lp2, es:

/10L/10LT

p2p1 1010log*10L

De acuerdo con esta expresión, un incremento de 100% en la intensidad de unsonido se traduce solamente en un incremento de 3 dB(A). En el caso de unacarretera, ello significaría que si el número de vehículos en el flujo de tráfico seduplica, el nivel de sonido se incrementará en sólo 3 dB(A) (Figura 2.7.2).


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Figura 2.7.2. – Efecto de la duplicación del tránsito sobre el nivel sonoro

2.7.2.3. Propagación del ruido con la distancia

La distancia entre la fuente y el receptor es un factor importante en relación con lamitigación del ruido. Una ley fundamental de la acústica establece que el nivelacústico varía inversamente con el cuadrado de la distancia, según la expresión:

2wp rπ4

Φlog*10LL

Donde: Lp: Nivel de presión acústica a distancia de la fuente.

Lw: Nivel de presión acústica de la fuente.

r: Distancia de la fuente (m).

Φ: Directividad de la fuente emisora que, para el caso de fuentesomnidireccionales, es igual a 1.

Así, por ejemplo, si a una distancia de un metro (1 m) el nivel de presión acústicade una fuente sonora de 96 db(A) es 85 dB(A), éste se reducirá a 79 dB(A) al doblarla distancia de la fuente y a 75.5 dB(A) si la distancia se triplica (Figura 2.7.3).


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Figura 2.7.3. – Efecto de la distancia del receptor respecto de la fuente sonora [ref. 2.7.2]

El ruido producido por el tránsito vial actúa de manera diferente. Este ruido esclasificado como proveniente de una fuente lineal, en razón de que la fuenteemisora no es estática, sino que se mueve a lo largo de la longitud de la calle ocarretera. En consecuencia, a medida que la distancia de la fuente se incrementa,el nivel de ruido decrece, pero a una velocidad menor que en el caso de fuentespuntuales. Para superficies pavimentadas, la duplicación de la distancia reduceteóricamente el ruido en 3 dB(A).

Pero, además, el nivel de ruido cerca de la vía depende del tipo de superficieadyacente a ella. El modelo de ruido de tráfico utilizado por la FHWA [ref. 2.7.3]emplea la siguiente ecuación para considerar la atenuación a causa de estasituación:

1

2

1log*10d

dAtenuación

Donde: : Coeficiente de atenuación (0.0 para piso duro o pavimento y0.5 para piso blando).

d1: Distancia de la fuente al primer punto de interés.

d2: Distancia de la fuente al segundo punto de interés.


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Así, por ejemplo, si el nivel acústico en el borde del pavimento (a 5 metros de lafuente) es 85 dB(A), la atenuación a 68 metros, considerando una superficie blandaentre el borde del pavimento y el sitio de recepción, será:

)(17685

log*105.1

AdBAtenuación

Por lo tanto, el nivel de ruido a 68 metros de la fuente será 85 – 17 = 68 dB(A)(Figura 2.7.4).

Figura 2.7.4. – Efecto de la distancia a una fuente lineal de ruido [ref. 2.7.2]

En una carretera, donde el terreno entre el borde de ella y el eventual receptorademás de blando está cubierto por vegetación, el nivel de ruido puede serreducido aún más, debido a la absorción del sonido por parte del terreno.

2.7.2.4. Frecuencia

Además del nivel de sonido, el ser humano oye a través de un rango de frecuencias.Una persona con buen oído tiene la capacidad de identificar sonidos cuyasfrecuencias estén comprendidas entre 20 y 20,000 Hz (Figura 2.7.5).

Figura 2.7.5. – Regiones de las frecuencias sónicas


120

La frecuencia del sonido es la que proporciona la calidad tonal. Un automóvil, porejemplo, tiene un espectro de frecuencias muy diferente al de un camión y el oídohumano está en capacidad de establecer la diferencia con facilidad.

La frecuencia de un sonido (f) es inversamente proporcional a su longitud de onda(λ), que es el espaciamiento entre fluctuaciones de presión acústica.

λ = c / f

Siendo: c: Velocidad del sonido.

Puesto que la velocidad del sonido es relativamente constante en condicionesambientales, la longitud de onda también es más o menos constante, para unadeterminada frecuencia.

2.7.2.5. Intensidad y frecuencia

El oído humano posee mecanismos protectores que le impiden escucharigualmente bien todas las frecuencias. La respuesta en frecuencia del oído humanono es plana; la zona de mayor sensibilidad se encuentra en las frecuenciasintermedias, aproximadamente entre 1,000 Hz y 5,000 Hz. Esto significa quesonidos con igual nivel de presión sonora, pero de distintas frecuencias, sonpercibidos como si tuvieran diferente sonoridad o intensidad.

La intensidad o sonoridad de un sonido, percibida subjetivamente por un individuo,se denomina “fon”. Fletcher y Munson estudiaron la variación de la sensibilidad deloído con el nivel de presión sonora y resumieron su estudio en unas curvas quemuestran esta variación de sensibilidad en función de la frecuencia (Figura 2.7.6).Este efecto de sensibilidad depende de la persona y de la edad.

Un sonido de 1 kHz con una intensidad de 10 dB(A) tiene, por definición, unasonoridad de 10 fones. Como el oído humano se va haciendo gradualmente menossensible a medida que se va hacia frecuencias más bajas, para que un sonido de 63Hz sea percibido con igual intensidad que el anterior, deberá tener un nivel depresión sonora de 40 dB(A). Se puede decir, entonces, que ambos sonidos tienenigual sonoridad desde el punto de vista de la percepción subjetiva del oyente. Porlo tanto, para una frecuencia de 63 Hz, la curva isofónica de 10 fones pasará por 40dB(A) de “L”. Otra conclusión, es que todos los puntos de una determinada curvaisofónica tendrán igual intensidad sonora percibida por el oído. De lo anterior se


121

desprende, también, que la curva isofónica de 0 dB(A) corresponde al umbral deaudición en función de la frecuencia.

Figura 2.7.6. – Curvas isofónicas normalizadas ISO 226 [ref. 2.7.4]

Otra característica del oído humano que queda en evidencia con las curvas de laFigura 2.7.6, es su no linealidad. De hecho, la respuesta en frecuencia del oído esfunción del nivel de intensidad sonora. Se puede apreciar claramente que lascurvas isofónicas de mayor sonoridad son considerablemente más planas que lasde menor sonoridad.

2.7.2.6. Efecto de enmascaramiento

La sensibilidad del oído humano, que se ha descrito para sonidos puros, no es igualpara sonidos y ruidos compuestos de varios tonos. Esto es lo que se conoce comoefecto de enmascaramiento. Este fenómeno tiene mucha importancia en la vidacotidiana. Los ruidos ambientales producidos por la industria y otras actividadeshumanas afectan la percepción de la magnitud del impacto del ruido del tránsitovial. Así, por ejemplo, durante las horas del día el ruido del tránsito puede no serpercibido, no por el hecho de que se encuentre por debajo del nivel auditivo, sinopor la existencia de ruidos enmascarantes producidos por otras actividades. En


122

cambio, en horas de la noche, cuando los ruidos de fondo desaparecen, se percibenclaramente aquellos ruidos perturbadores que antes eran inaudibles [ref. 2.7.5].

2.7.3. El ruido del tránsito automotor

2.7.3.1. Estándares del ruido del tránsito vial

Estos estándares no son fáciles de establecer, a causa de la subjetividad de lanoción de ruido. Un sonido placentero para una persona puede ser un ruido muydesagradable para otra. Además, existe controversia sobre cuál es el descriptormás preciso para diferentes sonidos y situaciones. En los Estados Unidos deAmérica, los estándares del ruido vial están definidos en la 23 CRF 772 (Proceduresfor Abatement of Highway Traffic Noise and Construction Noise). Entre ellos seencuentra el criterio de abatimiento del ruido (NAC) que define los nivelesacústicos a los que se debe considerar su mitigación, los cuales se encuentran en elentorno de 70 dB(A). Estos criterios no constituyen estándares de diseño ni valoresabsolutos. Simplemente, son niveles a partir de los cuales se recomienda lamitigación del ruido. Si se considera que la mitigación es impracticable oirrazonable, las medidas no se deben implementar, aunque el criterio haya sidoexcedido. Esto induce a la necesidad de que cada proyecto vial seacuidadosamente documentado y considerado.

2.7.3.2. Causas del ruido del tránsito vial

El nivel del ruido del tránsito vial depende, fundamentalmente, del volumen detránsito, de la velocidad de los vehículos y del número de camiones dentro del flujode tránsito. En general, el ruido aumenta con el volumen de tránsito, con lavelocidad y con la cantidad de camiones.

El ruido vehicular es una combinación de los ruidos producidos por los motores, lossistemas de escape, el diseño aerodinámico de los vehículos, los desajustes por eluso y el roce entre los neumáticos y el piso. A baja velocidad, el ruido provenientede la unidad de poder domina los niveles de ruido que se perciben al lado de lasvías, en tanto que a alta velocidad la interacción neumático-pavimento resultadominante. En adición a ello, condiciones propias de la vía -como es el caso de laspendientes- aumentan el trabajo de los motores y, consecuentemente, los nivelesde ruido. La Figura 2.7.7 muestra los niveles de emisión de ruido según el tipo devehículo y su velocidad, según el modelo de ruido de tráfico de la FHWA [ref. 2.7.6].


123

Figura 2.7.7. – Niveles de emisión promedio de energía acústica de referencia nacional, enfunción de la velocidad vehicular [ref. 2.7.6]

2.7.3.3. Mecanismos de generación de ruido en el contacto neumático-pavimento

Estos mecanismos han sido muy estudiados. Un informe sobre el estado del arte,publicado en 1994 [ref. 2.7.7], describe tres mecanismos distintos en la produccióndel ruido en el contacto neumático – pavimento, cada uno de los cuales generaruido en diferente rango de frecuencias:

- Vibraciones del neumático.

- Fenómeno aerodinámico.

- Gotas de agua aceleradas.

2.7.3.4. Textura y ruido

Un grupo de trabajo de la ISO [ref. 2.7.8] realizó una comparación de la importanciaque cada uno de los rangos de rugosidad y textura definidos por el Comité deCaracterísticas Superficiales de la AIPCR en 1987 tiene sobre diferentes parámetrosde servicio (Figura 2.5.1, Parte 2, Capítulo 5). De acuerdo con las conclusiones delComité, la “microtextura” es importante en la seguridad, por su incidencia en lafricción neumático-pavimento, pero no tiene un impacto significativo en lageneración de ruido. En cambio, la “macrotextura” juega un papel importante,tanto en la generación de ruido (efecto indeseable) como en la seguridad (efecto


124

deseable). Por su parte, la “megatextura” está ligada a la generación de ruidos eincomodidades, razón por la cual debería ser evitada (Figura 2.7.8).

Figura 2.7.8. – Deformación del neumático en superficies de pavimento con macrotexturay megatextura

Se ha determinado que el ruido en la interfaz neumático-pavimento en vehículoslivianos se puede reducir si:

- Se minimiza la profundidad de macrotextura en longitudes de onda deaproximadamente 10 mm y mayores.

- Se maximiza la profundidad de macrotextura en el rango de longitudes de 2 a10 mm.

2.7.3.5. Efecto del tipo de neumático y de la velocidad

El tipo de neumático, el patrón del labrado y su profundidad afectansignificativamente la generación de ruido. Aunque esta variable tiene menorincidencia que la superficie del pavimento, puede ser importante. Sobre elparticular se ha establecido que: (i) para el mismo diseño de labrado y la mismavelocidad de circulación, el ruido producido por los neumáticos radiales es menorque el producido por los neumáticos de tipo diagonal; (ii) para el mismo tipo deconstrucción de neumático (radial o diagonal) e igual velocidad, produce menorruido el que tiene labrado tipo costilla; (iii) el incremento de velocidad aumenta elnivel de ruido para cualquier tipo de neumático, debido al mayor impacto delneumático sobre la superficie y al hecho de que el bombeo de aire se incrementa.


125

2.7.4. Métodos de medida del ruido producido por el tránsito vial

Los dos métodos más utilizados para medir el ruido producido por el tránsito vialson (i) el de la pasada, donde el nivel de ruido se mide mediante micrófonoscolocados al borde de la vía y (ii) el de proximidad cercana (CPX), también llamadométodo del remolque, donde el nivel de ruido se mide mediante micrófonossituados cerca de la interfaz neumático-pavimento.

El método de la pasada se subdivide en dos categorías: el SPB (Statistical Pass-byMethod), definido en la norma ISO 11819-1 y en el manual “Measurement ofhighway-related noise” de la FHWA y el CPB (Controlled Pass-by Method), el cualemplea uno o varios vehículos específicos.

El método de proximidad cercana (CPX) se subdivide también en dos categorías: elprocedimiento definido en la norma ISO 11819-2, que mide presión acústica y eldesarrollado por el profesor Paul Donovan que usa la intensidad acústica paramedir los niveles de ruido.

2.7.4.1. Método de la pasada SPB

La norma ISO 11819-1 describe un método de comparación del ruido de tráficopara evaluar la influencia de la superficie de rodadura. Consiste en la colocación demicrófonos al lado de la vía, a una distancia establecida de la zona de circulaciónvehicular. La norma ISO fija 7.5 metros desde el centro del carril y una altura de 1.2metros sobre la superficie del pavimento (Figura 2.7.9). El método requiere laobtención de la velocidad y las características de ruido de un determinado númerode vehículos livianos y pesados. Para cada vehículo que pase, se registra el máximonivel acústico A-ponderado, así como su velocidad. Los datos se analizan segúndescribe la norma y se establece un índice estadístico para paso de vehículos(Statistical Pass-By Index –SPBI-).

2.7.4.2. Método de la pasada CPB

No existen normas aprobadas para este método de ensayo, el cual es similar alanterior, pero midiendo el ruido generado por un automóvil o un camión livianopreestablecido, inclusive con unos neumáticos prescritos, el cual se aproxima a unsitio de ensayo especialmente diseñado, a cierta velocidad y en un cambio demarcha determinado.


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Figura 2.7.9. – Método de la pasada SPB

2.7.4.3. Método de proximidad cercana CPX

Consiste en la medición de la presión acústica empleando micrófonos colocadoscerca de la interfaz neumático-pavimento, para medir directamente los niveles deruido producidos en ella. El neumático empleado para la medición va colocadodentro de un remolque donde se encuentra aislado, de manera que se puedeconsiderar que todos los ruidos registrados provienen del contacto neumático-pavimento (Figura 2.7.10).

Figura 2.7.10. – Equipo de medición CPX (ISO 11819-2)

Los requerimientos del remolque CPX están descritos en la norma ISO 11819-2. Lanorma establece que los micrófonos se coloquen a 8 pulgadas del neumático y 4


127

pulgadas sobre la superficie del pavimento (Figura 2.7.11). El vehículo puede seroperado en una sección preestablecida o en cualquier parte de la vía.

La segunda variante para medir los niveles de ruido en la interfaz neumático-pavimento, la de Paul Donovan, consiste en el uso de la intensidad acústica. Losdatos se recogen por medio de dos micrófonos ubicados, como lo muestra la Figura2.7.12, a 100 mm del plano vertical del neumático y a 70-80 mm de la superficie.Debido a la naturaleza de la intensidad del sonido, no se requiere cámara acústicacomo en el procedimiento ISO. De este modo, el dispositivo se puede colocar en larueda de cualquier automóvil.

Figura 2.7.11. – Posiciones de los micrófonos en el método CPX (ISO 11819-2)

Figura 2.7.12. – Posiciones de los micrófonos en el método CPX (Donovan)


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2.7.4.4. Comparación entre procedimientos

Es evidente que el método de proximidad cercana mide solamente la componenteneumático-pavimento del ruido relacionado con el tránsito automotor, siendo ésteel procedimiento que debería ser especificado con fines de evaluación funcional depavimentos. Los métodos de pasada, por su parte, detectan tanto el ruido delvehículo mismo como el de la interfaz neumático-pavimento. Estos ruidos estánligados a la velocidad vehicular. Estudios realizados en Europa muestran que paravelocidades de crucero menores de 40 a 50 km/h para automóviles y de 55 a 70km/h para camiones, el ruido de pasada que prevalece es el del vehículo mismo.Por lo tanto, se puede considerar que el nivel de ruido vial en la interfazneumático-pavimento es válido para carreteras que tengan límites de velocidad porencima de 70 km/h.

Un estudio realizado por el National Center for Asphalt Technology (NCAT) de losEstados Unidos de América en un pavimento nuevo de una vía interestatal cerca deIndianápolis [ref. 2.7.2], tuvo por objeto comparar los resultados obtenidosmediante los sistemas CPB y CPX. La velocidad de los vehículos fue 95 km/h y elestudio se realizó sobre 3 superficies asfálticas diferentes (gradación abierta de altafricción, SMA y concreto asfáltico). Los resultados, resumidos en la Figura 2.7.13,indican que la reducción del ruido a los 7.5 metros fue, en promedio, de unos 23dB(A).

Figura 2.7.13. – Comparación de resultados CPX vs CPB


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2.7.5. El ruido según el tipo de rodadura asfáltica

Como se indicó antes, la macrotextura y la megatextura son importantes, tantopara la generación de ruido como para la generación de fricción. La megatexturadebería ser minimizada para un buen control de la emisión de ruido. Ello se puedelograr con una buena técnica constructiva y evitando el empleo de agregadospétreos de tamaño muy elevado.

Una textura correcta se traduce en una menor vibración del neumático, efecto quepuede ser acrecentado por un aumento en la porosidad, el cual se traduce, a suvez, en un mejor drenaje, menor bombeo de aire y mayor absorción de sonido. Laobtención de una porosidad alta requiere el uso de mezclas de gradación abierta.

2.7.5.1. Mezclas drenantes

Las mezclas drenantes fueron diseñadas originalmente para proporcionarcondiciones de circulación más seguras en instantes de lluvia. Sin embargo, seestableció que estas mezclas proporcionan también una atenuación del ruido deltránsito automotor. Ello se debe al hecho de que su elevado contenido de vacíosinterconectados permite que escape por ellos el aire atrapado entre el neumático yla superficie del pavimento, manteniendo una elevada absorción del sonido. Estetipo de superficie presenta, además, la ventaja de que reduce las proyecciones deagua en instantes de lluvia y provee una adecuada fricción superficial. Se haencontrado, también, que la disminución de ruido generada por estas capas esproporcional a su espesor.

La mayoría de los estudios publicados ha llegado a la conclusión de que las mezclasdrenantes dan lugar a una reducción promedio de 3 a 5 dB(A) en el nivel de ruido,en relación con las mezclas densas convencionales.

Estudios recientes adelantados por el NCAT [ref. 2.7.2] por el sistema CPX sobrepavimentos con mezclas drenantes de 19 a 25 mm de espesor, determinaron unarelación inversa entre el porcentaje de vacíos con aire y el nivel de ruido, como semuestra en la Figura 2.7.14.

El principal inconveniente de las mezclas drenantes es que con el tiempo se vaobstruyendo su superficie con la suciedad proveniente de las llantas y del entorno,lo que se traduce en una reducción de la absorción acústica, que deriva enaumentos en el nivel de ruido superficial. Estudios realizados por Kragh [ref. 2.7.9]mostraron que durante el primer año siguiente a su construcción, una mezcla


130

drenante resultó entre 3 y 4 dB(A) más silenciosa que una densa convencional,beneficio que se redujo a sólo 1 dB(A) luego de siete (7) años.

Figura 2.7.14. - Efecto de los vacíos con aire sobre el ruido en la interfaz neumático-pavimento

2.7.5.2. Mezclas stone matrix asphalt (SMA)

Las mezclas del tipo SMA han mostrado ser algo más silenciosas que las mezclasdensas convencionales de gradación gruesa. Algunos estudios realizados enEstados Unidos por el método SPB, reportaron reducciones de 5.5 dB(A) en elborde de carretera cuando se usaron estas mezclas en capas de rodadura, en elrango de frecuencias altas (>1 kHz). Las reducciones fueron menores (<1.5 dB(A))en el rango de la frecuencias bajas (< 500 Hz)

2.7.5.3. Mezclas densas convencionales

Una buena fuente de información sobre el comportamiento de las mezclas densasfrente al ruido es la pista de ensayo del NCAT (ref. 2.7.2), que contiene 46 tipos desuperficies asfálticas diferentes. Las pruebas se realizaron a una velocidad decirculación de 70 km/h. El hallazgo más importante fue una correlación (r2=0.64)entre el nivel de ruido en el contacto neumático-pavimento, el porcentaje de vacíoscon aire de la capa (VA) y el módulo de finura (MF) del agregado pétreo (el mismoque se usa en el diseño de mezclas de hormigón):

L dB(A) = 93.4 -2.56* VA + 0.53*MF* VA


131

2.7.5.4. Tratamientos superficiales

Constituyen, por sus características, la superficie asfáltica generadora de los másaltos niveles de ruido. El manual de administración del ruido ambiental de NuevaGales del Sur [ref. 2.7.10] presenta los siguientes valores típicos de ruido (en dB(A))al borde de la vía para tránsito en flujo libre, comparados con el producido por unamezcla densa en caliente convencional:

- Mezcla densa en caliente (referencia) 0.0- Mezcla drenante 0 a -4.5- Concreto ranurado y texturizado a +3.0- Concreto (agregado expuesto) 0.5 a -3.0- Stone matrix asphalt -2.0 a -3.5- Tratamiento superficial (14 mm) +4.0

2.7.6. Variación del ruido del pavimento durante el transcurso del tiempo

Las conclusiones de estudios sobre evolución del ruido generado por lospavimentos asfálticos no son muy contundentes ni abundantes. Datos recogidospor el NCAT [ref. 2.7.2] en Colorado sobre diez pavimentos elaborados con mezcladensa en caliente mostraron incrementos en los niveles de ruido con la edad(Figura 2.7.14).

Respecto de las mezclas drenantes, Sandberg [ref. 2.7.11] afirma que “cuando unasuperficie (abierta) ha alcanzado cierto grado de colmatación, obedece a lasmismas reglas de diseño de una superficie densa”. Resultados presentados porKragh [ref. 2.7.9] indican incrementos de unos 3 dB(A) en un período de 7 añospara una mezcla drenante.

2.7.7. Superficies silenciosas vs superficies seguras

La idea es, en principio, construir una superficie poco ruidosa que considere almismo tiempo la seguridad, la durabilidad y la economía. El propósito primario dela textura superficial es reducir el número y severidad de los accidentes encondición lluviosa. Los organismos viales más importantes del mundo recomiendanque la seguridad no se sacrifique en favor de una reducción del nivel de ruido. Enlos Estados Unidos de América, por ejemplo, este principio es una política federal.


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Figura 2.7.14. - Aumento del ruido con la edad en pavimentos de concreto asfáltico

La macrotextura y la microtextura son muy importantes en desarrollo de fricciónsuperficial, como se ha indicado en el Capítulo 6 de la Parte 2 de esta guíametodológica. La microtextura es la componente crítica de la fricción a altasvelocidades, en tanto que la macrotextura contribuye en la remoción del agua paraque la microtextura actúe adecuadamente. Dado que la microtextura tieneinfluencia decisiva sobre la fricción superficial, pero sólo efectos muy pequeñossobre los niveles de ruido, debe mantenerse alta. El aumento de macrotextura, porsu parte, acarrea incrementos en los niveles de ruido.

La experiencia europea indica que la macrotextura es importante en la fricción ymuy importante en el control del ruido. Manteniendo altas amplitudes en el rangode las longitudes de onda de 0.5 a 10 mm, se disminuye el ruido, mientras seconserva la fricción y se reducen las salpicaduras y la reflectancia de la luz. Pero enrangos de longitud de onda de 10 a 50 mm, es mejor tener bajas amplitudes parareducir el ruido, pero no tanto como para sacrificar la fricción.

En el estado actual del arte y de la práctica, es evidente la necesidad de ampliar lasinvestigaciones en relación con el tema del ruido en los pavimentos, buscando sureducción, sin que ello implique sacrificar la seguridad o la durabilidad. Así mismo,está pendiente la adopción de métodos universales de ensayo para medir ycaracterizar el ruido producido en el contacto neumático-pavimento.


133

Para los propósitos de la presente guía, el ruido excesivo se puede considerar comoun deterioro del pavimento, del tipo B.

Dadas las dificultades que existen actualmente en el país para efectuar medicionesdel ruido producido por el tránsito automotor y teniendo en cuenta, además, queel INVÍAS no ha adoptado ninguna norma para la medición del ruido vehicular enlas carreteras nacionales, no se establecen niveles jerárquicos en relación con ladeterminación de este parámetro de contaminación ambiental.

REFERENCIAS

2.7.1 - WAYSON R. L., “NCHRP Synthesis 268. Relationship between pavementsurface texture and highway traffic noise”, TRB, Washington, 1998

2.7.2 - HANSON D., JAMES R., NESMITH C., “Tire/pavement noise study”, NCATReport 04-02, August 2004

2.7.3 - FHWA, “Highway noise fundamentals, noise fundamentals trainingdocument”, September 1980

2.7.4 - INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATION “ISO 226:2003.Acoustics normal equal-loudness-level contours”, 21-08-2003

2.7.5 - THE WORLD BANK, “Roads and the environment. A handbook”, World BankTechnical Report 376, Washington D.C., 1997

2.7.6 - FEDERAL HIGHWAY ADMINISTRATION, “Highway Traffic Noise Analysis andabatement policy and guidance”, Washington D.C., 1995

2.7.7 - BRITE/EURAM, “Project BE 3415, State-of –the-Art Report andrecommendations for practice and further developments”, October 1994

2.7.8 - INTERNATIONAL STANDARDS ORGANIZATION, “Characterization ofpavement texture utilizing surface profilers – Parts 1, 2 and 3” ISO/TC 43/SC1/WG39, July 1997

2.7.9 - KRAGH J., “Long-Term performance of drainage asphalt road surfaces”,Proceedings of Internoise 98, Christchurch, New Zealand, November 1998


134

2.7.10 - ROADS AND TRAFFIC AUTHORITY OF NEW SOUTH WALES, “RTAEnvironmental noise management manual”, RTA Publication Number RTA-Publ.01.142, Haymarket, New South Wales, Australia, December 2001

2.7.11 - SANDBERG, “Texturing of cement concrete pavements to reduce trafficnoise emission”, Proceeding of TRB, Washington D.C., 1998


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CAPÍTULO 8GUÍAS PARA LA CARACTERIZACIÓN ESTRUCTURAL DEL PAVIMENTOMEDIANTE PRUEBAS NO DESTRUCTIVAS – MEDIDA DE DEFLEXIONES


Las pruebas de caracterización estructural no destructiva abarcan una ampliavariedad de ensayos in-situ, los cuales se efectúan sin producir daño físico alpavimento. Ellas brindan un soporte importante, rápido y confiable en ladeterminación de la capacidad estructural de un pavimento en servicio, cuando serealizan en las condiciones bajo las cuales son aplicables. Este capítulo hacereferencia a procedimientos que, a través de una auscultación superficial, permitenconocer la deformabilidad elástica del pavimento ante la acción de una cargaconocida.

Las medidas de deflexión suministran una importante cantidad de información útilpara determinar la capacidad estructural de un pavimento asfáltico. En particular,con ellas es posible:

- Evaluar la capacidad estructural del pavimento.

- Determinar la uniformidad estructural de un sector de pavimento, de acuerdocon la variabilidad de las deflexiones a lo largo del mismo.

- Programar estudios detallados en áreas localizadas donde las deflexiones seananormalmente altas, para averiguar las causas de los deterioros de la estructuray de las debilidades del soporte.

- Obtener una indicación sobre la vida residual del pavimento.

- Determinar las propiedades de rigidez de las diferentes capas del pavimento yde la subrasante.

- Disponer de datos de entrada para el diseño de las obras de mantenimiento yrehabilitación.


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Otras pruebas no destructivas, que brindan información complementaria sobrealgunas características estructurales del pavimento, son objeto de análisis en elCapítulo 9 de la Parte 2 de la presente guía.

2.8.2. Deflexiones del pavimento

Las medidas de deflexión han formado parte integral de los procesos de evaluaciónestructural y rehabilitación de los pavimentos asfálticos durante las últimas cincodécadas.

La deflexión de un pavimento asfáltico es el desplazamiento vertical de la superficiedel pavimento en respuesta a la aplicación de una carga externa y representa unarespuesta total del sistema constituido por la estructura y la subrasante, ante laaplicación de dicha carga. Cuando ésta se aplica sobre la superficie, todas las capasse deflectan, desarrollándose esfuerzos y deformaciones en cada capa, como demanera resumida lo ilustra la Figura 2.8.1.

Figura 2.8.1. - Ilustración de las deformaciones críticas producidas por las cargas móvilesdel tránsito

Las Figuras 2.8.2 y 2.8.3 muestran las deflexiones, esfuerzos y deformacionesproducidos en secciones típicas de un pavimento fuerte y de un pavimento débil[ref. 2.8.1]. Como se puede advertir, el pavimento débil desarrolla mayores


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esfuerzos y deformaciones en la capa superior, así como mayores esfuerzos ydeformaciones compresivas en la subrasante que el pavimento fuerte.

La manera como un pavimento responde a las cargas que se le aplican, tiene unaincidencia significativa en el comportamiento de la estructura. Por lo tanto, lasección de pavimento fuerte podrá soportar la acción de un número mucho mayorde cargas pesadas que la de pavimento débil.

Figura 2.8.2. – Deformaciones de tensión y esfuerzos de compresión en una sección típicade pavimento con estructura fuerte

Figura 2.8.3. – Deformaciones de tensión y esfuerzos de compresión en una sección típicade pavimento con estructura débil


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2.8.3. Equipos para la medida de las deflexiones

Los equipos para la medida de las deflexiones de los pavimentos se puedenclasificar, en términos amplios, en las siguientes categorías, cuyas característicasgenerales se presentan en la Tabla 2.8.1 [ref. 2.8.2]:

- Sistemas de medida de deflexión bajo carga estática o cuasi-estática.

- Sistemas de medida de deflexión bajo carga vibratoria sinusoidal.

- Sistemas de medida de deflexión bajo carga por impacto.

Los dos últimos sistemas utilizan equipos de tipo dinámico para generar cargas decorta duración, de manera de simular diferentes grados de condiciones deesfuerzos dinámicos producidos por las cargas móviles del tránsito. Las deflexionesdel pavimento son registradas por una serie de sensores desplazados radialmentedel centro de la carga, produciendo lo que se conoce como el “cuenco dedeflexión”.

Tabla 2.8.1.Características de algunos equipos para la medida de deflexiones de pavimentos

EQUIPORANGO GENERAL DEFUERZA DINÁMICA

(kN)

CARGA TRANSMITIDAPOR

SENSORES DEDEFLEXIÓN

VIGA BENKELMAN N/A Ruedas de un camión Diales medidoresde deformación

DEFLECTÓGRAFOLACROIX N/A Ruedas de un camión Transductor de

deflexiones

KUAB FWD 7– 150 Placa circular seccionadade 300 mm de diámetro

Hasta 12sismómetros

DYNATEST HWD 27– 245 Placa circular de 300 o 450mm de diámetro 7/9 geófonos

DYNAFLECT 4.5 entre picos

Dos ruedas metálicas de40 mm de diámetro por50 mm de ancho,cubiertas con uretano

4 geófonos

DYNATEST FWD 6.5 – 120 Placa circular de 300 o 450mm de diámetro 7/9 geófonos

ROAD RATER 2008 2– 30 Placa circular de 450 mmde diámetro 4 geófonos

PHONIX FWD 10 – 100 Placa circular de 300 mmde diámetro 6 geófonos


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A los efectos de asignar los niveles de jerarquía establecidos en el numeral 1.4 deesta guía, en relación con los distintos sistemas de medida de deflexiones, se aplicalo indicado en la Tabla 2.8.2.

Tabla 2.8.2.Niveles jerárquicos en relación con el sistema de medida de las deflexiones

Nivel 1 2 3

Sistema de medida Impacto Vibración sinusoidalEstático o cuasi-estático

2.8.3.1. Sistemas de medida de deflexión bajo carga estática o cuasi-estática

Los equipos de este tipo miden la deflexión máxima del pavimento bajo la acciónde una carga estática o de muy lenta aplicación. La viga Benkelman (Figura 2.8.4)es, sin duda, el dispositivo de este tipo que más ha sido utilizado en la evaluaciónde pavimentos asfálticos en Colombia.

Figura 2.8.4. - Esquema típico de una viga Benkelman

En los ensayos con la viga Benkelman, la carga de prueba que se utiliza en lasevaluaciones de rutina es la de referencia para el diseño de pavimentos asfálticos,la cual correspondiente a la rueda doble de un eje simple con un peso total es 80kN (Figura 2.8.5). El procedimiento de medida se encuentra estandarizado por elInstituto Nacional de Vías a través de la norma de ensayo INV E–795 [ref. 2.8.3].


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Figura 2.8.5. - Medida de una deflexión con la viga Benkelman

Una versión modificada de la viga Benkelman, con dos brazos de prueba, brinda laposibilidad de medir simultáneamente dos deflexiones a una distancia igual a laque separa los extremos de sus brazos de prueba, generalmente 250 mm (Figura2.8.6). Con estos dos valores de deflexión se puede calcular un parámetrodenominado “radio de curvatura”, el cual suministra una idea elemental de laforma de la deformada del pavimento bajo la acción de la carga.

Figura 2.8.6. - Medida de deflexiones con la viga Benkelman doble

El uso de la viga Benkelman presenta ventajas derivadas de su bajo costo, de lafacilidad de uso y de la existencia de una base de datos casi ilimitada, generada porsu uso generalizado durante muchos años. En contraposición, su empleo traeasociados algunos problemas técnicos importantes, entre ellos la lentitud en ladeterminación de las deflexiones, la cual no simula adecuadamente la acción de lascargas móviles del tránsito; la necesidad de un control permanente del tránsito en


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la vía durante las mediciones; la necesidad de mano de obra intensiva, la dificultado imposibilidad de determinar adecuadamente la forma y el tamaño del cuenco dedeflexiones; la imposibilidad de asegurar que las patas frontales de la viga no seencuentren dentro de la deformada en el instante de realizar la medida y, porúltimo, la escasa repetibilidad de las medidas.

Algunos dispositivos que usan este sistema lento de medida de deflexión tienencierta automatización, por lo que se denominan cuasi-estáticos. Entre ellos seencuentran el curviámetro y el deflectógrafo Lacroix (Figura 2.8.7). Aunque conestos equipos se superaron algunos de los problemas técnicos de la vigaBenkelman, se mantuvo el mayor de ellos, consistente en el hecho de que elmétodo de aplicación de la carga no representa adecuadamente los efectos de lascargas móviles del tránsito automotor.

Figura 2.8.7. - Deflectógrafo Lacroix

2.8.3.2. Sistemas de medida de deflexión bajo carga vibratoria sinusoidal

Los equipos que utilizan este sistema aplican una precarga estática y una vibraciónsinusoidal al pavimento con un generador de fuerza dinámica, como se ilustra en laFigura 2.8.8 [ref. 2.8.4]. Con el fin de asegurar que el dispositivo no salte de lasuperficie del pavimento en el instante del ensayo, la magnitud de la fuerzadinámica entre picos debe ser menor que el doble de la carga estática.Consecuentemente, esta última se debe incrementar cuando se aumente la cargaentre picos.


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Figura 2.8.8. - Señal típica de un generador de carga vibratoria sinusoidal

El equipo más utilizado de esta categoría es el Dynaflect. La secuencia normal deoperación consiste en llevar el equipo al punto escogido para la medida y bajarhidráulicamente las ruedas de carga y los transductores a la superficie delpavimento (Figura 2.8.9). A continuación, se aplica la carga, se registra el resultadoy se lleva el equipo al siguiente punto de medición.

Figura 2.8.9. - Dynaflect

A pesar de que estos equipos constituyen un avance respecto de los de medida dedeflexión bajo carga estática, pues permiten hacer un registro del cuenco dedeflexión, aún presentan un problema técnico importante, debido a que laprecarga estática es proporcionalmente alta respecto de la dinámica. Debido a quela mayoría de los materiales viales son sensibles al estado de esfuerzos bajo el cualtrabajan (los suelos finos acusan “ablandamiento” por esfuerzos y los gruesosacusan “endurecimiento”), sus estados de esfuerzos y, consecuentemente, susmódulos resilientes, se ven modificados por la acción de la precarga, dando lugar adeflexiones faltas de representatividad. Así mismo, la frecuencia de la carga afecta


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el resultado, siendo difícil establecer cuál es la frecuencia que mejor representa elefecto de los vehículos en movimiento. Además, la carga dinámica essignificativamente menor que la generada por un camión transitando sobre elpavimento.

2.8.3.3. Sistemas de medida de deflexión bajo carga por impacto

Los equipos que trabajan con este sistema (deflectómetros de impacto –FWD-)envían una fuerza de impacto transitoria al pavimento. Una masa es levantada auna determinada altura y luego soltada sobre una placa circular amortiguadora enel pavimento. Una fuerza de impulso transitoria, que puede ser variada cambiandola masa o la altura de caída, se genera a causa de la caída de la masa (Figura 2.8.10)[ref. 2.8.4]. Normalmente, se recomienda que la fuerza aplicada al pavimento seade 40 kN, de manera que las predicciones de los módulos de las capas delpavimento sean representativas de la respuesta del pavimento bajo las cargas delas ruedas de los vehículos pesados que circulan por las carreteras. Losdesplazamientos verticales producidos en el pavimento a causa del impacto sondetectados por geófonos situados en línea recta a determinadas separaciones delcentro de aplicación de la carga, típicamente (pero no obligatoriamente) 0, 300,600, 900, 1200, 1500 y 1800 mm. Dentro de los equipos de este tipo se encuentranlos deflectómetros Dynatest, KUAB y Phonix.

Figura 2.8.10. - Pulso de carga típico producido por un deflectómetro de impacto

La secuencia normal de operación consiste en llevar el equipo al sitio escogido parala medición y bajar hasta el pavimento la placa de carga y los geófonos. Acontinuación, se deja caer la masa sobre la placa, y los geófonos detectan losdesplazamientos verticales, cuyos picos quedan registrados en el disco del


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computador que está incorporado al equipo, generando el cuenco de deflexión(Figura 2.8.11). Una secuencia de ensayo se completa cuando se realiza el conjuntode medidas con la combinación de masas y alturas de caída que se hayan escogido.En seguida, la placa y los sensores son levantados hidráulicamente y el equipo setransporta al siguiente punto de ensayo. El procedimiento de medida dedeflexiones con el deflectómetro de impacto está normalizado por el InstitutoNacional de Vías, bajo el registro INV E-798 [ref. 2.8.3].

Figura 2.8.11. - Medida y registro de deflexiones con un deflectómetro de impacto

Una ventaja de los equipos de este sistema es su capacidad para simular con mayoraproximación el efecto de una rueda en movimiento, tanto en magnitud como entiempo de aplicación de carga, produciendo una deflexión que se aproxima más ala que produce un vehículo pesado en movimiento. Igualmente, la magnitud de laprecarga es muy pequeña, generalmente 8% a 18%, respecto de la carga deimpulso generada antes de la liberación de la masa de impacto. Otras ventajas quehacen que estos equipos sean los preferidos en la actualidad para la evaluaciónestructural de los pavimentos, incluyen la posibilidad de registrar el cuenco dedeflexiones y el alto rendimiento en la ejecución de los ensayos.

2.8.4. Factores que afectan la magnitud de las deflexiones

Son muchos los factores que afectan los valores medidos de deflexión en unpavimento. Ello hace que la interpretación de los resultados sea algo compleja. Lostres factores principales son: la carga, el pavimento mismo y el clima.


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2.8.4.1. Factores debidos a la carga

Idealmente, la deflexión medida debería simular el efecto que produce la carga dereferencia bajo las condiciones de diseño que, para las carreteras colombianas,corresponde a una carga por rueda doble de 40 kN (4.1 T).

El tipo y la magnitud de la carga afectan el valor de deflexión de respuesta delpavimento. A medida que la carga se incrementa, la deflexión obtenida es mayor,aunque la relación con que ello ocurre no es lineal recta, debido a que elcomportamiento de la mayoría de los suelos de subrasante y de los materialesgranulares varía según el estado de esfuerzos al cual se encuentren sometidos. LaFigura 2.8.12 [ref. 2.8.1] muestra el valor de deflexión obtenido para una carga de40 kN, a partir de la extrapolación del valor medido a 4.4 kN, empleando una línearecta. Se observa que su valor es muy inferior al medido utilizando una carga realde 40 kN.

Figura 2.8.12. - Deflexión del pavimento en función de la magnitud de la carga dinámica

Los deflectómetros de impacto son los equipos de medida de deflexión que mejorsimulan las deflexiones producidas por las cargas de los vehículos pesados. Suempleo elimina el problema que causa la extrapolación de respuestas bajo cargaspesadas, a partir de determinaciones realizadas con cargas de baja magnitud.


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Se debe tener en cuenta, además, que aunque la magnitud de la carga aplicada pordiferentes dispositivos sea igual, la deflexión del pavimento puede ser distinta,debido a que las diferencias inherentes en los tipos de carga tienden a producirrespuestas distintas del pavimento. La duración de la aplicación de la carga afectalas deflexiones, en el sentido de que, entre menor sea el pulso de carga, menor esla deflexión que sufre la estructura. Así, los dispositivos de carga estática tienden aproducir deflexiones significativamente más altas que las generadas por cargas deruedas en movimiento. La respuesta de los equipos que aplican carga vibratoriasinusoidal varía con la frecuencia, como lo muestra la Figura 2.8.13 [ref. 2.8.1].

Figura 2.8.13. - Variación de la deflexión con la frecuencia de la carga

Agencias e investigadores internacionales han establecido correlaciones entre losresultados obtenidos con los diferentes equipos de medida de deflexiones. Ellasdeben ser usadas de manera muy cuidadosa, por cuanto fueron desarrolladasinvolucrando equipos con diferentes sistemas de medición o bajo unas condicionesde trabajo específicas, que pudieran ser diferentes a las prevalecientes en laestructura en la cual se desean aplicar.

A título informativo, a continuación se presentan dos correlaciones entre lasdeflexiones FWD (para carga de 40 kN) y las deflexiones Benkelman (B), ambas enmilímetros [ref. 2.8.5]. Cuando se empleen estas correlaciones u otras similares, sedebe tener en mente que la correlación está afectada por la diferencia en lascondiciones de ensayo de los dos equipos y por el hecho de que la respuesta de


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algunos materiales del pavimento es dependiente del tiempo y del estado deesfuerzos a los cuales se encuentren sometidos.

Para deflexiones FWD < 1 mmB = 1.1*FWD

Para deflexiones FWD ≥ 1 mmB = 1.1 *FWD1.4

2.8.4.2. Factores debidos al pavimento

La condición y las características del pavimento pueden producir grandesvariaciones en los valores de la deflexión. Algunos ejemplos son los siguientes:

- Para la misma estructura típica, las deflexiones medidas en vecindades de áreasdeterioradas son, normalmente, mucho más altas que las medidas en áreas depavimento en buen estado (Figura 2.8.14) [ref. 2.8.1].

- Las deflexiones medidas en la huella externa son mayores que las medidas en lahuella interna y que las medidas entre las dos bandas de rodamiento.

- Las deflexiones medidas cerca de obras de arte (alcantarillas, box-culverts,puentes) son mayores que las obtenidas en otros puntos del pavimento.

- Los cambios en la estructura del pavimento o en el tipo de suelo de subrasanteafectan la magnitud de las deflexiones.

- Variaciones aleatorias en la rigidez del pavimento, producidas por factores talescomo diferencias en la compactación de sus capas, en las características de losmateriales y en la humedad, pueden producir grandes variaciones en lasdeflexiones en trayectos muy cortos.


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Figura 2.8.14. - Efecto de los fisuramientos del tipo piel de cocodrilo sobre las deflexionesde un pavimento asfáltico

2.8.4.3. Factores debidos a las condiciones climáticas

Debido a la ausencia de estaciones, los pavimentos en Colombia no se vensometidos a los ciclos de congelamiento y deshielo que afectan de manera bruscael comportamiento y la respuesta de los pavimentos en determinados instantes delaño en otras latitudes. Sin embargo, tanto la temperatura como las lluvias sonfactores que inciden en la respuesta elástica de estas estructuras.

2.8.4.3.1. Efecto de la temperatura

A medida que la temperatura ambiente y la de las capas bituminosas son mayores,la deflexión del pavimento se incrementa a causa del ablandamiento que sufre elasfalto, con el consecuente decrecimiento en la rigidez de la mezcla. Sin embargo,cuando la temperatura es muy alta, comienza a intervenir la deformación plásticade la mezcla, debido al predominio de las propiedades viscosas del asfalto, lo quese traduce en una disminución de la respuesta elástica del pavimento y, porconsiguiente, de las deflexiones. Este efecto es particularmente notorio cuando lasdeflexiones se miden mediante el sistema de carga estática. Para prevenir erroresde interpretación, no es recomendable realizar medidas de deflexión cuando latemperatura de las capas asfálticas supere 35° C, siendo deseable que no excedade 30º C.


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Los valores de deflexión, tanto estáticos como de impacto, medidos a cualquiertemperatura (DT), dentro de los límites razonables recién descritos, deben serconvertidos a una temperatura de referencia de 20° C (D20), mediante la expresión:

TT20 F*DD

Los factores de conversión (FT) por aplicar a las deflexiones máximas son los que seindican a continuación. Estos factores se basan en las consideraciones que sepresentan en detalle en el Anexo C en el cual se presentan, además, algunasrecomendaciones sobre su utilización.

Pavimento asfáltico poco o nada fisurado, con base granular:

Si el espesor de capas asfálticas (h) < 20 cm y T ≥ 15º C:

20)h(T10*81

1F

4T

ó20)/u(T

T (1.054)F

Para los demás casos:

20)/u(TT (1.054)F

Donde: h: Espesor de las capas asfálticas en el sitio de la medida (cm).

T: Temperatura de las capas asfálticas en el momento de lamedida (º C)

u: -34.123*(h)-0.725

Pavimento asfáltico poco o nada fisurado, con base estabilizada con ligantehidráulico:

20)/u(TT (1.054)F

Donde:0.624(h)35.649u


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Pavimento asfáltico con fisuramientos Clase 3 de AASHO (ancho igual o mayor a 6mm, al menos en la mitad de la longitud agrietada):

FT = 1.0

En relación con los factores de conversión (FT) por aplicar a los valores de deflexiónmedidos en puntos alejados del punto de aplicación de la carga, el ingenierodeberá considerar lo expuesto en el Apéndice 1 del Anexo C.

2.8.4.3.2. Efecto de las lluvias

Las lluvias producen incrementos de humedad en las capas inferiores delpavimento y en la subrasante, los cuales se traducen en debilidad de las mismas yen aumentos en los valores de deflexión, que son más pronunciados si las capassuperiores de la estructura se encuentran fisuradas. Si las medidas se realizandurante el período más crítico para el pavimento (época de lluvias intensas, nivelfreático elevado, etc.), los valores de deflexión obtenidos serán los máximosposibles en el año, pero si las lecturas se realizan en época seca, los valores que seobtienen son inferiores y serán tanto menores, cuanto más finos sean los suelos desubrasante.

Por lo tanto, si no se tiene previsto medir las deflexiones más que una sola vez, elingeniero debe escoger un período de prueba que sea representativo de lascondiciones de resistencia del pavimento durante la mayor parte del año [ref.2.8.6].

2.8.5. Ejecución de los ensayos de deflexión

La auscultación deflectométrica del pavimento debe ser realizada previamente a laevaluación de tipo destructivo, destinada a la toma de muestras y al ensayo de losmateriales de la estructura y de la subrasante. Las pruebas se deben adelantarbajo las condiciones citadas en el numeral anterior y de acuerdo con las normas deensayo establecidas por el INVÍAS.

2.8.5.1. Medidas de la temperatura de las capas asfálticas

La temperatura de las capas asfálticas debe ser medida en el instante de efectuarlas pruebas, con el fin de convertir a la temperatura de referencia (20º C) lasdeflexiones y los módulos obtenidos. La temperatura del pavimento se deberámedir de acuerdo con el procedimiento indicado en la norma INV E-797 [ref. 2.8.3].


151

Es conveniente establecer una relación deflexión-temperatura, ubicando unospocos puntos de ensayo y efectuando medidas repetidas de deflexión en ellos adiferentes horas del día, desde las primeras horas de la mañana hasta las últimasde la tarde, efectuando determinaciones simultáneas de la temperatura delpavimento. Si ello no resulta posible, se aplicarán los factores de conversiónrecomendados en el numeral 2.8.4.3.1.

2.8.5.2. Ubicación de los sitios de ensayo y frecuencia de las medidas

En el caso de carreteras de dos carriles, las medidas de deflexión se deben realizaren tresbolillo, en correspondencia con la huella externa de circulación de losvehículos en cada uno de los carriles. En vías de doble calzada, las lecturas serealizarán fundamentalmente en los carriles exteriores, aunque también esnecesaria la toma de deflexiones en los carriles interiores, si se presenta una grandiferencia en los deterioros atribuibles a la acción de las cargas del tránsito entrelos diversos carriles.

En relación con la separación entre los puntos de medida, ella dependerá de lasexigencias específicas del INVÍAS para el proyecto, con un cubrimiento mínimo de10 ensayos por cada tramo uniforme de pavimento. La Tabla 2.8.3 indica losdiferentes niveles jerárquicos de información en relación con la frecuencia de lasmedidas a lo largo del proyecto, según lo establecido en el numeral 1.4 de la Parte1 de esta guía.

Tabla 2.8.3.Niveles de información para la toma de deflexiones

NIVEL 1 2 3

Separación entre medidasNo mayor de50 metros

No mayor de200 metros

Medidas en sitioslocalizados delproyecto o uso deinformación histórica

Las medidas individuales se realizarán conforme lo establecen las normas deensayo aplicables, según el sistema de medida por emplear (normas INV E-795, E-797 y E-798 o las ASTM correspondientes, si no existe norma del INVÍAS).

Es conveniente que la auscultación deflectométrica se realice con posterioridad alinventario de deterioros del pavimento, pero antes de la ejecución de las


152

perforaciones en la calzada, con el fin de ayudar a determinar las áreas donde serequiere una exploración destructiva más detallada.

2.8.5.3. Auscultación deflectométrica intensiva

Cuando se detecten tramos singulares, donde los deterioros sean de gravedadsuperior a los del resto del segmento bajo estudio, o con deflexionesanormalmente altas, conviene realizar medidas adicionales a intervalos máscercanos, típicamente entre 5 y 25 metros, con el fin de delimitar las áreasafectadas y proceder, posteriormente, a la ejecución de trabajos adicionales paradeterminar los motivos de las anomalías. Una vez determinados los motivos, seprocederá a proyectar y realizar en ellas tratamientos independientes de larehabilitación general, tales como el mejoramiento del drenaje, reparacionesespecíficas más profundas, etc.

2.8.6. Limitaciones en el uso de las deflexiones

Las medidas de deflexión son útiles para evaluar la capacidad estructural delpavimento, solamente cuando se tiene la certeza de que éste presenta uncomportamiento esencialmente elástico ante la acción de las cargas normales deltránsito automotor.

En consecuencia, si el pavimento presenta fallas estructurales por deformacionespermanentes, tales como ahuellamientos y ondulaciones, cuyo origen no sea eldesplazamiento plástico de las capas asfálticas por baja estabilidad, sino que seanel producto de deformaciones permanentes de las capas subyacentes, lasdeflexiones no son significativas para valorar la capacidad estructural de la calzada.En este caso, el ingeniero debe dirigir la mira hacia el establecimiento de las causasque determinan la insuficiencia de la estructura y de la fundación, a través de otrotipo de información.

Comprobaciones y verificaciones adicionales serán siempre necesarias, también, enlos casos en los cuales el ingeniero considere que se presentan discrepancias entrelos valores de deflexión, el aspecto superficial y la sección estructural delpavimento.

REFERENCIAS

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CAPITULO 9GUÍAS PARA LA CARACTERIZACIÓN ESTRUCTURAL DE UN PAVIMENTO

ASFALTICO MEDIANTE OTRAS PRUEBAS NO DESTRUCTIVAS

Aparte de los sistemas para la medida de las deflexiones, descritos en el capituloanterior, existen otros sistemas para caracterizar de manera no destructiva lospavimentos asfálticos en servicio. Ellos se pueden clasificar según las propiedadesdel pavimento que se miden con los equipos de prueba:

- Los espesores de las capas y las anomalías del pavimento, mediante el uso delgeorradar.

- La respuesta elástica, mediante sistemas de propagación de ondas superficiales

El nivel jerárquico de los datos (ver numeral 1.4), referido a la proporción de la víaque es auscultada con los equipos, se indica en la Tabla 2.9.1.

Tabla 2.9.1.Niveles jerárquicos para la obtención de los datos con el georradar y con los equipos de

propagación de ondas superficiales

NIVEL JERÁRQUICO 1 2 3

GeorradarMedida continuaen todo el proyecto

Medidas a intervalosmayores de 200metros

Uso de datos históricoso ensayos limitados ensitios específicos

Equipos depropagación deondas superficiales

Medidas aintervalos menoresde 200 metros

Medidas a intervalosmayores de 200metros

Uso de datos históricoso ensayos limitados ensitios específicos

2.9.1. Empleo del Georradar para la determinación de los espesores

2.9.1.1. Principio de operación e interpretación de la información

El georradar (GPR, por el acrónimo ingles de Ground Penetrating Radar) es unatécnica que permite localizar objetos y discontinuidades dentro de un material, através de la emisión de pulsos cortos de energía electromagnética de altafrecuencia, por medio de una antena montada en un vehículo en movimiento. Alser propagada hacia abajo, parte de la energía es absorbida y parte reflejada hacia


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la superficie, con amplitudes y tiempos de arribo dependientes de las constantesdieléctricas de los materiales encontrados (Figura 2.9.1). Al ser desplazado el radara través de la superficie del pavimento, las ondas reflejadas se pueden usar paracrear una imagen, en tiempo real, de las condiciones existentes en el subsuelo(espesores de capas, vacíos, humedad, etc.).

Figura 2.9.1. – Principio de operación del georradar

Los sistemas de georradar empleados para la determinación de espesores de capasusan dos tipos de antenas: de contacto con el terreno y de no-contacto (Figura2.9.2). Como lo dice su nombre, las antenas de contacto prácticamentepermanecen en contacto con la superficie, lo que genera una limitación obvia paraevaluar pavimentos a alta velocidad, a menos que su regularidad sea casi perfecta.Pero, aún más importante, es el hecho de que para calibrar el sistema es necesariorealizar medidas físicas de los espesores de la capas del pavimento, cuyos valoresse deben ingresar al programa de análisis, para que la velocidad apropiada de laseñal del radar a través de las capas del pavimento sea derivada, con el fin deestablecer sus espesores. Como la composición de un pavimento cambia conrelativa frecuencia, es preciso medir físicamente los espesores a intervalos muyreducidos o, de lo contrario, se generan errores en las determinaciones realizadascon estas antenas.

La antena del tipo de “no contacto” está adosada a la parte frontal o posterior delvehículo que la transporta, suspendida a unos 450 mm por encima de la superficiedel pavimento, lo que impide que ella sea afectada por las irregularidades de lacalzada. Además, su calibración no exige la ejecución de perforaciones en el


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pavimento, ya que ella se realiza con una placa metálica que se coloca a diferentesalturas bajo la antena (Figura 2.9.3).

Figura 2.9.2. - Antenas de georradar

Figura 2.9.3. – Calibración de la antena de no - contacto

Por otra parte, como trabaja en posición suspendida, la porción de energía que esradiada desde la antena emisora directamente a la receptora ocurre en la mismaantena y no en la superficie del pavimento como en el caso de la antena decontacto, lo que evita interferencias y le permite detectar espesores muy pequeñosde capas asfálticas. Mientras una antena de “no contacto” de 2 GHz puede resolvercon facilidad una capa de 25 mm de espesor, una antena acoplada al terreno de 1.5GHz apenas puede revelar, de manera satisfactoria, espesores de 75 mm omayores [ref. 2.9.1].

Cuando la información obtenida con el georradar es interpretada con el fin dedeterminar los espesores de las capas de un pavimento, lo que se obtiene, enrealidad, no es un perfil de éste, sino un perfil del tiempo que tarda el pulsoelectromagnético desde que fue emitido por la antena transmisora hasta que fue


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detectado por la receptora. Este tiempo puede ser convertido en profundidadverdadera (Figura 2.9.4), si se estima apropiadamente la velocidad de propagaciónde la señal a través de cada uno de los materiales involucrados, la cual estádeterminada por su “constante dieléctrica”, que es una relación entre loscuadrados de las velocidades de propagación de la luz en el aire y en el medio quese evalúa. La Tabla 2.9.2 presenta algunos valores típicos de esta constante [ref.2.9.2].

Figura 2.9.4. - Registro de la información de un georradar

La constante dieléctrica es un buen indicador de la resistencia y de las propiedadesde deformación de los materiales granulares de un pavimento y de la subrasante.Cada material tiene una relación única entre su constante dieléctrica y sucontenido de agua. Valores de la constante por encima de 9 para estos materialesindican la existencia o problemas potenciales en la capa. Pero, también, valoresdemasiado bajos pueden indicar dificultades, en el sentido de que la gradación seamuy abierta y el material susceptible a la deformación. La Tabla 2.9.3 presenta unaclasificación de los suelos y agregados granulares, a partir de su constantedieléctrica [ref. 2.9.3].


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Tabla 2.9.2.Constantes dieléctricas y velocidades de propagación en materiales típicos

MATERIALCONSTANTEDIELÉCTRICA

VELOCIDAD DE PROPAGACIÓN(m/ns)

Aire 1 0.30Hielo (suelo congelado) 4 0.15Granito 9 0.10Caliza 6 0.12Arenisca 4 0.15Arena seca 4 a 6 0.12 a 0.15Arena húmeda 30 0.055Arcilla seca 8 0.11Arcilla húmeda 33 0.052Capas asfálticas 3 a 6 0.12 a 0.17Concreto 9 a 12 0.087 a 0.10Agua 81 0.033

Tabla 2.9.3.Clasificación de suelos y materiales granulares sobre el nivel freático en función de su

constante dieléctrica

CONSTANTEDIELÉCTRICA

INTERPRETACIÓN PARASUELOS

CONSTANTEDIELÉCTRICA

INTERPRETACIÓN PARAAGREGADOS

4-9

Suelos secos, en sumayoría con buenacapacidad portante(excepto algunas arenas)

< 5

Base seca y de gradaciónabierta, con baja absorción deagua y alta relación de vacíos.Baja resistencia a la tensión ysensibilidad a lasdeformaciones permanentes

9-16

Suelos húmedos, sucapacidad portante puedeser reducida pero, engeneral, es satisfactoria

5-9Base seca, con baja absorciónde agua, buenas propiedadesde resistencia

16-28Suelo altamentesusceptible al agua y debaja capacidad portante

9-16Base húmeda, pero con buenaresistencia al corte debido asucción

> 28Suelo muy húmedo,plástico e inestable

> 16Base muy húmeda o casisaturada, con baja resistenciaal corte


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2.9.1.2. Integración del georradar con el deflectómetro de impacto

Algunas agencias han integrado en un solo vehículo el georradar con eldeflectómetro de impacto (Figura 2.9.5), compartiendo la misma unidad de control.Ello se ha traducido en beneficios desde el punto de vista de la flexibilidadoperativa, así como en la posibilidad de almacenar la información en una sola basede datos. Igualmente, la integración ha generado reducciones en el tiempo y en elcosto de evaluación, así como mejoras en la seguridad durante la ejecución de lostrabajos [ref. 2.9.1].

Figura 2.9.5. – Integración de georradar y deflectómetro de impacto

2.9.1.3. Limitaciones en el uso del georradar para la determinación de losespesores de las capas de un pavimento [ref. 2.9.3]

A pesar del beneficio que implica obtener información continua y en tiempo realsobre el perfil del pavimento, la conversión de las señales eléctricas en informaciónútil para el ingeniero de pavimentos no es sencilla. La facilidad de la interpretaciónde la información del GPR descansa en la “transparencia” de los materialesauscultados. En la realidad, la conductividad eléctrica de los materiales de lospavimentos es opaca al radar y limita el rango sobre el cual éste puede ser usado.La conductividad se incrementa por la presencia de minerales arcillosos, sales yagua, en especial cuando todos ellos se combinan. Como las medidas dependen delcontraste electromagnético entre los materiales, la interfaz entre las capasgranulares de base y subbase, por ejemplo, puede resultar invisible al aparato.

La interpretación de los datos del GPR ha sido, tradicionalmente, fuente desospecha entre los ingenieros viales, pues muy pocas veces los datos de las pruebasresultan de tal calidad, que puedan ser interpretados literalmente. Este temor escompartido por los profesionales colombianos que han tenido acceso a lainformación obtenida en las auscultaciones efectuadas durante los últimos años en


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algunos tramos de la red vial nacional, en especial aquellas donde los pavimentospresentaban estructuras muy complejas y las evaluaciones se realizaron conantenas de contacto.

La percepción general es que, en general, el georradar funciona mejor como unatécnica de interpolación entre espesores reales (por ejemplo entre perforaciones) oextrapolando de datos de perfiles conocidos.

2.9.1.4. Normalización y aplicación

La norma ASTM D4748 describe un procedimiento para determinar, mediante elGPR, los espesores de las capas ligadas con asfalto o con cementantes hidráulicos.Este método de ensayo no se encuentra normalizado por el Instituto Nacional deVías.

Siempre que se utilicen equipos GPR para la estimación de los espesores de lospavimentos asfálticos de la red vial nacional, con el propósito de diseñar obras derehabilitación, ellos deberán disponer de antenas del tipo de “no contacto”.

2.9.2. Sistemas de propagación de ondas superficiales para la determinación de larespuesta elástica de un pavimento asfáltico

La propagación de ondas es una técnica de monitoreo de las característicasdispersivas (cambio de velocidad con la frecuencia o con la longitud de onda) deondas sísmicas superficiales en un pavimento, que sirve para predecir la condiciónestructural de éste. La técnica se basa en el concepto de que ondas con distintasfrecuencias (o diferentes longitudes) viajan a través de las capas del pavimento condiferentes velocidades.

La Figura 2.9.6 ilustra el proceso típico del sistema, el cual involucra tres pasos: (i)ensayo en el terreno; (ii) obtención de una curva experimental de dispersión de lasondas superficiales en el sitio y (iii) comparación de la curva con un modelo teórico,ajuste a través de un proceso inverso (retrocálculo) y establecimiento del perfil deespesores y de rigideces [ref. 2.9.4].

Los métodos que aplican esta técnica se pueden clasificar en dos tipos: (i) los demodo simple (ondas Rayleigh de régimen permanente; análisis espectral de ondassuperficiales -SASW-) y (ii) los de modo múltiple (análisis multicanal de ondassuperficiales –MASW-; simulación multicanal usando un receptor –MSOR-; etc.).


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Figura 2.9.6. – Esquema típico de un sistema de propagación de ondas superficiales

Los equipos que operan con el sistema SASW han sido los más utilizados. Elanalizador sísmico de pavimentos (ASP) es un ejemplo de equipo que trabaja coneste sistema (Figura 2.9.7).

El uso del método de reflexión sísmica para investigaciones superficiales de pocaprofundidad está descrito en la norma ASTM D7128.

Figura 2.9.7. – Analizador sísmico de pavimentos (ASP)

2.9.2.1. Propagación de ondas superficiales en pavimentos

En un evento sísmico se generan dos tipos de ondas: de cuerpo o internas ysuperficiales (Figura 2.9.8).


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Figura 2.9.8. – Principales tipos de ondas sísmicas y sus movimientos [ref. 2.9.6]

Las ondas de cuerpo (que se desplazan por la masa del material, tienen menoresamplitudes y menores longitudes de onda y viajan a mayor velocidad que lassuperficiales) incluyen las longitudinales de compresión (ondas P) y lastransversales de corte (ondas S). Ellas se propagan radialmente desde la fuente a lolargo de un frente de onda hemisférico y son, esencialmente, no dispersivas.

Las ondas superficiales, a saber, las de Rayleigh (ondas R) y las de Love (ondas L),tienen gran amplitud y se propagan a lo largo de un frente de onda cilíndrico,


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debido a que se desplazan únicamente cerca de la superficie. Las ondas de Loveson polarizadas horizontalmente y no son registradas por sensores verticales.

La teoría de las ondas elásticas predice que la velocidad a la cual se mueven lasondas sísmicas a través de un material está ligada directamente con laspropiedades elásticas de éste. El significado de ello es que si se conoce la velocidadde propagación de una onda sísmica, es posible estimar las propiedades elásticasdel material dentro del cual se propaga.

Asumiendo que existen variaciones verticales de velocidad, cada componente defrecuencia de una onda superficial tiene una velocidad de propagación diferente(llamada velocidad de fase). Esta característica da como resultado una longitud deonda diferente por cada frecuencia propagada. Esta propiedad se llama dispersión.

En un semiespacio elástico y homogéneo, la velocidad de propagación de las ondasR (VR) es única e independiente de la frecuencia; sin embargo, en mediosestratificados, las ondas R son fundamentalmente dispersivas y su velocidad defase es específica para cada frecuencia. Este tipo de ondas hace que las partículasse desplacen según una trayectoria elíptica retrógrada (debido a que lacomponente vertical del desplazamiento de la onda es mayor que la horizontal enel límite de la superficie libre) en un plano vertical, dentro de una profundidad máso menos igual a una longitud de onda. Este movimiento es el que registran losmétodos de propagación de ondas superficiales.

A medida que los diferentes componentes de la longitud de onda barren diferentesprofundidades, las velocidades de fase correspondientes varían en las distintascapas de un medio estratificado. Para los materiales de los pavimentos, lavelocidad de propagación de las ondas R (VR) está relacionada experimentalmentecon la velocidad de las ondas S (VS), a través de la relación de Poisson (μ) (Tabla2.9.3). Así, el espectro de las velocidades de fase se puede usar para desarrollar lafunción de dispersión para el sitio del ensayo, la cual relaciona VS con lacomponente de longitud de onda correspondiente. La curva experimental dedispersión es usada a continuación para determinar el perfil modular de la secciónde ensayo, a través de un proceso de retrocálculo. De esta manera, las ondas R quese propagan en un medio de varias capas, suministran información sobre el perfilde rigideces, si las correspondientes velocidades de fase, que constituyen elobjetivo del ensayo, son medidas.

μ)(1V*γ*2E 2S


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Tabla 2.9.3.Relaciones entre VR y VS para materiales de pavimentos

AUTOR RELACIÓN ENTRE VR Y VS OBSERVACIONESNazarian y otros (1999) VS = VR (1.13-0.16 μ) Usada para pavimentosRoesset y otros (1990) VS = VR (1.135-0.182 μ) para μ≥0.10Sánchez Salinero y otros (1987) VS = VR (1.144-0.194 μ) Si μ =0.35, VR / VS =0.92

Dennis y otro (2006))1.12(0.87

μ)(1VV RS μ

2.9.2.2. Métodos de modo simple

Inicialmente, consistían en un vibrador de estado fijo como fuente emisora deondas R de frecuencia conocida (f). Un receptor de eje vertical era alejado de lafuente a intervalos pequeños, para detectar los puntos de movimiento superficialen fase con el vibrador. La distancia entre 2 puntos en fase, determinaba lalongitud de onda (λ) a partir de la cual se calculaba la velocidad de fase (V = λ*f).Escogiendo una relación típica entre VR y VS (Tabla 2.9.3), junto con la ecuaciónindicada en el numeral anterior, se puede obtener el módulo de la capa (E),conociendo la densidad del material (γ).

El análisis espectral de ondas superficiales –SASW- constituyó un avance en estossistemas. Su mayor éxito fue el uso de técnicas de análisis espectral para elprocesamiento de señales, lo que permitió analizar un rango de frecuencias bajouna fuente de ondas constituida por el impacto de un martillo. El equipo hace usode 2 receptores estacionarios, lo que eliminó la necesidad de desplazar el receptorúnico y redujo el tiempo de ejecución del ensayo (Figuras 2.9.9 y 2.9.10). El par dereceptores puede ser configurado tantas veces como sea necesario, paramuestrear el rango de frecuencias deseado. Los receptores son sensores verticalesde la velocidad de una partícula, así que los perfiles de velocidad de corte sonanalizados sobre la base de las velocidades de fase de las ondas R y transformadosposteriormente en representaciones de módulo versus profundidad.

Los métodos de modo simple presentan algunas limitaciones, entre ellas el hechode utilizar sólo una velocidad de fase para cada frecuencia. Así mismo, es posibleque la señal detectada se encuentre contaminada por diversos tipos de ondasdirectas y reflejadas que no hayan sido consideradas en el análisis. Además, si elruido externo en el lugar del ensayo sobrepasa la potencia de la fuente artificial,como puede suceder en áreas urbanas e industriales o donde las fases de las ondas


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de cuerpo sean mas enérgicas que las superficiales, los resultados de los ensayosno son satisfactorios.

Figura 2.9.9. – Esquema típico del montaje del sistema SASW

Figura 2.9.10. – Sistema SASW en operación [ref. 2.9.6]


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2.9.2.3. Métodos multimodales

La técnica MASW, similar en su ejecución a la SASW, fue desarrollada comosolución a los defectos de ésta en presencia de ruido. Ella hace uso de muchosreceptores (12 o más) colocados a diferentes distancias desde la fuente impulsiva,para detectar los modos más altos presentes en las ondas superficiales (Figuras2.9.6 y 2.9.11).

Figura 2.9.11. – Instalación del sistema MASW

La Figura 2.9.12 muestra un ejemplo del procesamiento de un juego de ondas R deuna prueba MASW, mediante el programa de cómputo SURFSEIS [ref. 2.9.7].

Otro método multimodal, mucho más sencillo y menos costoso, el MSOR, se basaen la técnica MASW y emplea sólo un receptor fijo y una fuente móvil (o viceversa)para disponer de una colección de golpes y hacer uso de ella para construir unregistro multicanal simulado, combinando todas las medidas individuales (Figura2.9.13). La rapidez del ensayo y del procedimiento de análisis, hace que estemétodo sea mucho más eficiente que los demás métodos previos de propagaciónde ondas superficiales para estudios de pavimentos [ref. 2.9.8].


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Figura 2.9.12. – Procesamiento de la información de una prueba MASW

Figura 2.9.13. – Esquema típico de simulación multicanal con un receptor

2.9.3. Comparación de las características de los distintos métodos

En la Tabla 2.9.4 se muestran algunas de las características de los diferentesmétodos de propagación de ondas superficiales para la evaluación de pavimentos.Aunque ningún método se encuentra normalizado por el Instituto Nacional de Vías,cuando se emplee la técnica de ondas sísmicas superficiales con el fin de diseñar lasobras de rehabilitación de sus pavimentos, se deberá emplear un equipo de modomúltiple.


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Tabla 2.9.4.Características de los métodos de ondas superficiales para pavimentos

CARACTERÍSTICAMÉTODOS DE MODO SIMPLE MÉTODOS DE MODO MÚLTIPLERÉGIMEN

PERMANENTESASW MASW MSOR

Desarrollo 1950s Principios 1980s Fines 1990s Inicios 2000sEstado actual Obsoleto En uso En evolución En evolución

Aplicabilidad -Evaluación de lacapa superior

Evaluación de lasubrasante y elmanto rocoso

Evaluacióncompleta

Rango defrecuencia

1 Hz – 1 kHz 10 Hz – 50 kHz 1 Hz – 2500 Hz 10 Hz – 20 kHz

FuenteElectromecánica;monofrecuencia

Tipo martillo;Electromecánica;multifrecuencia

Tipo martillo;Electromecánica;multifrecuencia

Tipo martillo;multifrecuencia

Receptores 1 geófono2 acelerómetrosde altafrecuencia

Más de 2geófonos

Unacelerómetrode altafrecuencia

Adquisición dedatos

Analizadorespectral

Analizadorespectral/tarjeta deadquisición dedatos con PC

Dispositivomulticanal deadquisición dedatos con o sinPC

Dispositivomulticanal deadquisición dedatos con PC

Generación de lacurva dedispersiónexperimental

Cálculo directoAnálisisespectral(manual)

Reconocimientoautomático depatrones

Reconocimientoautomático depatrones

Herramientas deanálisis

-ASP, WinSASW,etc.

SURFSEIS, etc. SURFSEIS, etc.

REFERENCIAS

2.9.1 - PARRILLO R. & ROBERTS R., “Integration of FWD and GPR”, 2006Proceedings of the Highway Geophysics NDE Conference, pp 233-242, San Louis,Missouri. 4-7 December 2006

2.9.2 - LOKEN M.C., “Use of ground penetrating radar to evaluate Minnesotaroads”, Report MN/RC-2007-01, Minnesota Department of Transportation,Maplewood MN, January 2007


170

2.9.3 - SAARENKETO T., “Electrical properties of road materials and subgrade soilsand the use of ground penetration radar in traffic infrastructure surveys”,University of Oulu, 2006

2.9.4 - ABDALLAH I., NAZARIAN S. & YUAN D., “Design moduli for flexiblepavements using seismic test”, 2006 Proceedings of the Highway Geophysics NDEConference, pp 219-232, San Louis, Missouri. 4-7 December 2006

2.9.5 - GOEL A. & DAS A., “A brief review of different surface wave methods for non-destructive evaluation pavements”, 2006 Proceedings of the Highway GeophysicsNDE Conference, pp 337-350, San Louis, Missouri. 4-7 December 2006

2.9.6 - DENNIS N.D. & BENETT K., “Development of testing protocol and correlationsfor resilient modulus of subgrade soils. Final Report”, University of Arkansas,Department of Civil Engineering, Fayetteville, AR, January 2006

2.9.7 - THITIMAKORN T. & ANDERSON N.L., “A 2D MASW shear-wave velocityprofile along a test segment of interstate I-70, St Louis Missouri”, 2006 Proceedingsof the Highway Geophysics NDE Conference, pp 594-608, San Louis, Missouri. 4-7December 2006

2.9.8 - RYDEN N., ULRIKSEN P., EKDAHL U., PARK C.B. & MILLER R.D., “Multichannelanalysis of seismic waves for layer moduli evaluation of pavements”, SixthInternational Conference on the bearing capacity of roads, railways and airfields,pp 705-714, Lisbon, June 24-26, 2002


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CAPITULO 10GUÍAS PARA LA CARACTERIZACIÓN DE LOS MATERIALES DEL

PAVIMENTO Y DE LA SUBRASANTE MEDIANTE PRUEBASDESTRUCTIVAS


La experiencia indica que las pruebas de tipo no destructivo no brindan, por sísolas, una caracterización exacta de las propiedades de los materiales delpavimento. Tampoco de los espesores de sus capas, los cuales son críticos para elretrocálculo de los valores modulares. Por consiguiente, se ha reconocido siemprecomo una buena práctica su complementación con exploraciones y pruebas de tipodestructivo [ref. 2.10.1]. Este sistema garantiza, además, que no se empleen datosinexactos o absurdos en el diseño de las obras de rehabilitación del pavimento.

Es evidente, por otra parte, que la evaluación a través de pruebas destructivas espreponderante en aquellos casos en los cuales el ingeniero considere que elpavimento objeto del estudio de rehabilitación no presenta un comportamientoesencialmente elástico ante las cargas normales del tránsito y, en consecuencia, lasmedidas de deflexión carecen de utilidad como elementos para su modelación ypara la valoración de su condición estructural.

Las restricciones de tiempo y de dinero suelen limitar la intensidad de laexploración de campo y la variedad y el número de ensayos derivados de ellas enlos estudios rutinarios de rehabilitación, en particular en las vías con bajosvolúmenes de tránsito. Además, no existen fórmulas o recetas que permitanestablecer el grado de detalle que se debe dar a la exploración destructiva, por loque prevalecerá siempre el buen juicio del ingeniero, quien determinará el alcancede la evaluación destructiva en función de la calidad y de la cantidad deinformación adicional disponible, tanto la histórica como la proveniente de laexploración no destructiva, buscando minimizar los costos y evitando la recolecciónde información innecesaria.

2.10.2. Núcleos y apiques

En los estudios rutinarios para la rehabilitación, las perforaciones para laexploración destructiva de la calzada serán de dos clases: con equipo extractor denúcleos (testigos) o empleando herramientas manuales. Los núcleos (Figura 2.10.1)


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proporcionan información en relación con el espesor de las capas ligadas y lacondición de sus materiales. La inspección visual de un núcleo por parte de uningeniero experimentado le permite detectar problemas de adhesividad en lasmezclas asfálticas, la existencia o ausencia de una adecuada liga entre capas,deficiencias de composición y de compactación, el tipo y la forma de los agregados,etc. Los núcleos se suelen extraer en diámetros de 50, 100 o 150 milímetros,dependiendo de los ensayos a los cuales se van a someter las muestras extraídas.Aun cuando la norma INV E-758 recomienda los dos últimos diámetros, cuandosólo se requiera la verificación del espesor resulta suficiente uno de 50 milímetros.

Figura 2.10.1. –Núcleo de pavimento asfáltico

Las perforaciones del tipo calicatas (apiques), realizadas con herramientasmanuales, son de ejecución mucho más lenta y producen mayor alteración delpavimento, pero permiten apreciar el perfil completo de la estructura en sucondición natural (Figura 2.10.2), posibilitan la ejecución de algunos ensayos deverificación en el lugar y facilitan la toma de muestras abundantes, tanto alteradascomo inalteradas, para la realización de pruebas en el laboratorio. Cuando estasperforaciones se realizan en zonas falladas, permiten establecer el origen de lasfisuras que se reflejan en la superficie y de las deformaciones permanentes,información de gran utilidad en el instante de realizar el juicio sobre la capacidadestructural de la calzada y de elegir las alternativas factibles para su rehabilitación.

Debido a que las cargas vehiculares más pesadas producen esfuerzos deconsideración hasta un metro (1.0 m) o más bajo la superficie del pavimento, lasperforaciones y los ensayos asociados se deberán conducir, como mínimo, hastadicha profundidad, salvo que se encuentre una capa rígida más cerca de la


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superficie. Así mismo, si la vía es de comprobado tránsito liviano, la profundidad dela perforación podrá ser menor, a criterio del ingeniero.

Figura 2.10.2. – Perfil de un pavimento asfáltico en un apique

2.10.3. Programa de ensayos

El programa de ensayos de las muestras obtenidas se debe enfocar hacia ladeterminación de las características de los materiales del pavimento y de lasubrasante, con el fin de estimar su condición actual y valorar sus posibilidadescomo componentes de la futura estructura rehabilitada.

Los ensayos por realizar dependen de los materiales encontrados y de losdeterioros observados. En todos los casos, es aconsejable explorar en primer lugary a menores separaciones las zonas que se manifiesten como las más débiles, puesellas son críticas para la evaluación global del pavimento. Un programa típico deensayos puede incluir, entre otras, medidas de densidad, respuesta elástica,composición y valoración del ligante de las mezclas asfálticas; pruebas de densidad,gradación, plasticidad, desgaste y resistencia de los materiales granulares, parabuscar evidencias de degradación y de contaminación; también, pruebas declasificación y de capacidad de respuesta de la subrasante en la condición deequilibrio que debe presentar luego de varios años de servicio del pavimento. Esimportante tener en cuenta que se pueden realizar algunas pruebas nodestructivas sobre muestras inalteradas, antes de proceder a los ensayosdestructivos. Por ejemplo, a un núcleo de pavimento asfáltico se le puedendeterminar su densidad y su módulo, antes de calentarlo, desmenuzarlo,determinar la composición de la mezcla y recuperar su ligante.


174

Es conveniente, además, realizar determinaciones sistemáticas de la humedad enlas diferentes capas granulares y en la subrasante. Su comparación con la humedadóptima -y con el límite plástico en los suelos finos- y con los deterioros delpavimento, facilita la detección de problemas asociados con deficiencias en elfuncionamiento o con la carencia de los dispositivos de subdrenaje.

La Tabla 2.10.1 presenta un resumen de los ensayos que, de manera rutinaria, sedeben realizar durante el proceso de evaluación destructiva de un pavimentoasfáltico de carretera, con el propósito de diseñar las obras para su rehabilitación.Bajo circunstancias específicas, la ejecución de otros ensayos puede resultarindispensable. Cada serie de pruebas tiene su propia área de aplicabilidad y, paraprevenir errores de interpretación, es necesario que los diversos ensayos serealicen sobre muestras verdaderamente representativas de cada material y enacuerdo con el protocolo descrito en la norma respectiva.

Siempre que el ingeniero prevea que el reciclado en frío es una opción válida parala rehabilitación del tramo objeto del estudio, deberá ordenar la preparación de lasmuestras compuestas, apropiadas para someterlas a los ensayos pertinentes,según lo establece el Artículo 461 de las Especificaciones Generales deConstrucción de Carreteras del INVÍAS.

2.10.4. Inspección visual de las muestras

Siendo la más simple de las pruebas, la inspección visual de una muestra es unmedio eficiente para evaluar rápidamente el material e identificar deficienciasobvias en el mismo. La inspección de los núcleos de pavimento permite conocer elespesor, evaluar la homogeneidad e integridad de las capas, verificar lascondiciones de liga entre ellas y definir el patrón de los agrietamientos (Figura2.10.3).

Las muestras de suelo y de agregados proporcionan una información aproximadasobre su condición y su clasificación, a partir de su textura, color, olor, distribuciónde los tamaños de las partículas, plasticidad y humedad. La información obtenidaen la inspección visual de las muestras puede indicar las causas de algún deteriorovisible del pavimento y ayuda al ingeniero en la elección de los ensayos delaboratorio más apropiados para completar la evaluación.


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Tabla 2.10.1.Ensayos usuales para evaluar los materiales de las capas de un pavimento en servicio y la

subrasante*

CAPA TIPO DE ENSAYO NORMA INV OBSERVACIONES

Subrasante,capasgranulares

Ensayos de constitución- Humedad- Densidad- Gradación- Plasticidad- Equivalente de arena- Desgaste (base y subbase)

E122E142/161/164

E123/213E125/126

E133E218

Sirven para determinar si loscambios sufridos por losmateriales desde la construccióndel pavimento

Ensayos de resistencia o derespuesta- CBR inalterado (subrasante)- PDC (subrasante)- Módulo resiliente

E148E172E156

Miden la capacidad actual de losmateriales para resistir esfuerzos

Ensayos basados encomportamiento- Estabilidad volumétrica E132/148/173

Los suelos expansivos suelentener efectos muy desfavorablessobre el comportamiento de lospavimentos

Capasestabilizadascon liganteshidráulicos

Ensayos de resistencia o derespuesta- Resistencia a compresión

inconfinada E809

La resistencia sobre núcleos sedetermina adaptando la normaINV E809 sobre cilindrosmoldeados

Capasasfálticas

Ensayos de constitución- Densidad- Composición volumétrica- Contenido de asfalto- Granulometría del agregado

E733/734E736E732E782

La densidad indica el grado decompactación de la mezcla

Ensayos de respuesta yresistencia- Módulo resiliente- Estabilidad Marshall

E749E748

Generalmente, las pruebas deresistencia sobre probetasextraídas del terreno no sonrepresentativas

Ensayos basados encomportamiento- Pruebas para determinar el

grado de envejecimientosufrido por el asfalto- Recuperación del asfalto- Penetración- Punto de ablandamiento- Viscosidad

- Resistencia de la mezcla a laacción del agua (ensayo TSR)

E759E706E712

E716/717

E725

Existen pruebas de tipo físico yquímico que permiten valorar elgrado de envejecimiento delasfalto recuperado de la mezcla

*Ocasionalmente, se requieren ensayos adicionales a los señalados en la tabla


176

Figura 2.10.3. – Espesores de las diferentes mezclas y definición de la dirección depropagación de las grietas en un pavimento asfáltico

2.10.5. Número requerido de ensayos

Los ensayos - destructivos y no destructivos - que se realizan en las diferentesunidades de análisis, suministran una estimación del valor promedio y de ladesviación estándar de la propiedad que se está investigando. Lógicamente, amedida que aumenta el número de ensayos, los valores promedio estimados sevuelven más precisos y se acercan más estrechamente a los valores promedioreales de esa propiedad.

Los principios de la estimación estadística o niveles de confianza son muy útiles enla determinación del número necesario de ensayos para asegurar que el valorpromedio estimado se aproxima al valor promedio real. La filosofía de los nivelesde confianza se explica por el concepto de la probabilidad o seguridad de que ladiferencia entre los valores promedio de la muestra y de la población ( X )estén dentro de unos límites preestablecidos, con un porcentaje de confianza de100*(1-), siendo la probabilidad de que el resultado de una medida iguale oexceda el valor límite especificado.

El valor corresponde al área sombreada en el dibujo de la Tabla 2.10.2 para unadistribución normal, la cual se considera representativa del comportamiento de lagran mayoría de los parámetros ligados a la ingeniería de pavimentos [ref. 2.10.2].Sin embargo, en algunos casos la distribución de los resultados se asemeja más al


177

tipo “lognormal” que al tipo “normal”, como suele suceder, por ejemplo, con losresultados de los ensayos de resistencia de los suelos de subrasante [ref. 2.10.3].En tal evento, el ingeniero debe realizar los análisis bajo dicha consideración.

Tabla 2.10.2.Área bajo la curva de distribución normal desde K hasta

K 0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.090.0 0.5000 0.4960 0.4920 0.4880 0.4840 0.4801 0.4761 0.4721 0.4681 0.46410.1 0.4602 0.4562 0.4522 0.4483 0.4443 0.4404 0.4364 0.4325 0.4286 0.42470.2 0.4207 0.4168 0.4129 0.4090 0.4052 0.4013 0.3974 0.3936 0.3897 0.38590.3 0.3821 0.3783 0.3745 0.3707 0.3669 0.3632 0.3594 0.3557 0.3520 0.34830.4 0.3446 0.3409 0.3372 0.3336 0.3000 0.3264 0.3228 0.3192 0.3156 0.31210.5 0.3085 0.3050 0.3015 0.2981 0.2946 0.2912 0.2877 0.2843 0.2813 0.27760.6 0.2743 0.2709 0.2676 0.2643 0.2611 0.2578 0.2546 0.2514 0.2483 0.24510.7 0.2420 0.2389 0.2358 0.2327 0.2296 0.2266 0.2236 0.2206 0.2177 0.21480.8 0.2119 0.2090 0.2061 0.2033 0.2005 0.1977 0.1949 0.1922 0.1894 0.18670.9 0.1841 0.1814 0.1788 0.1762 0.1736 0.1711 0.1685 0.1660 0.1635 0.16111.0 0.1587 0.1562 0.1539 0.1515 0.4922 0.1469 0.1446 0.1423 0.1401 0.13791.1 0.1357 0.1335 0.1314 0.1292 0.1271 0.1251 0.1230 0.1210 0.1190 0.11701.2 0.1151 0.1131 0.1112 0.1093 0.1075 0.1056 0.1038 0.1020 0.1003 0.09851.3 0.0968 0.0951 0.0934 0.0918 0.0901 0.0885 0.0869 0.0853 0.0838 0.08231.4 0.0808 0.0793 0.0778 0.0764 0.0749 0.0735 0.0721 0.0708 0.0694 0.06811.5 0.0668 0.0655 0.0643 0.0630 0.0618 0.0606 0.0594 0.0582 0.0571 0.05591.6 0.0548 0.0537 0.0526 0.0516 0.0505 0.0495 0.0485 0.0475 0.0465 0.04551.7 0.0446 0.0436 0.0427 0.0418 0.0409 0.0401 0.0392 0.0384 0.0375 0.03671.8 0.0359 0.0351 0.0344 0.0336 0.0329 0.0322 0.0314 0.0307 0.0301 0.02941.9 0.0287 0.0281 0.0274 0.0268 0.0264 0.0256 0.0250 0.0244 0.0239 0.02332.0 0.0228 0.0222 0.0217 0.0212 0.0207 0.0202 0.0197 0.0192 0.0188 0.01832.1 0.0179 0.0174 0.0170 0.0166 0.0162 0.0158 0.0154 0.0150 0.0146 0.01432.2 0.0139 0.0136 0.0132 0.0129 0.0125 0.0122 0.0119 0.0116 0.0113 0.01102.3 0.0107 0.0104 0.0102 0.0099 0.0096 0.0093 0.0091 0.0088 0.0086 0.00842.4 0.0082 0.0079 0.0079 0.0075 0.0073 0.0071 0.0069 0.0067 0.0065 0.00632.5 0.0062 0.0060 0.0058 0.0057 0.0055 0.0053 0.0052 0.0050 0.0049 0.00482.6 0.0046 0.0045 0.0044 0.0042 0.0041 0.0040 0.0039 0.0037 0.0036 0.00352.7 0.0034 0.0033 0.0032 0.0031 0.0030 0.0029 0.0028 0.0028 0.0027 0.00262.8 0.0025 0.0024 0.0024 0.0023 0.0022 0.0021 0.0021 0.0020 0.0019 0.00192.9 0.0018 0.0018 0.0017 0.0016 0.0016 0.0015 0.0015 0.0014 0.0014 0.00133.0 0.0013 0.0013 0.0013 0.0012 0.0012 0.0011 0.0011 0.0011 0.0010 0.0010

La Tabla 2.10.3 resume los diferentes intervalos de confianza para el promedio deuna distribución normal, tanto para el caso en que la desviación estándar de la


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población () sea conocida como desconocida [ref. 2.10.2]. En el primer caso, lafunción de distribución normal (Tabla 2.10.2) es el ensayo estadístico aplicable, entanto que en el caso de que sea desconocida se deberá emplear la distribución“t” (Tabla 2.10.4).

Tabla 2.10.3.Intervalos de confianza (1-) para el promedio

TIPO DE ENSAYODE CONFIANZA σ ECUACIONES DE PROBABILIDAD

(1 – α)

Dos lados

Conocida

nKX

nKX

2/2/

Desconocida

n

stX

n

stX nn 1;2/1;2/

Un lado –límite superior

Conocida

nKX

Desconocida

n

stX n 1;

Un lado –límite inferior

Conocida

nKX

Desconocida

n

stX n 1;

La diferencia ( X ) se denomina límite de precisión (R), valor que representa elrango dentro del cual se encontrará el valor promedio real de la propiedadevaluada, a partir del valor promedio obtenido con la ejecución de “n” ensayos,para un determinado grado de confianza. El límite de precisión es inversamenteproporcional al número de ensayos realizados; es decir, que se reduce a medidaque el número de ensayos aumenta; sin embargo, se ha determinado que más alláde cierta cantidad de ensayos, los incrementos en la precisión de la estimación sontan pequeños, que no compensan el costo de las pruebas adicionales que serealicen.


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Tabla 2.10.4.Percentiles de la distribución t para grados de libertad (Área sombreada = ; y)

α = ν 0.400 0.1000 0.0500 0.0250 0.0100 0.0050 0.0010 0.00051 0.325 3.078 6.314 12.706 31.821 63.657 318.31 636.622 0.289 1.886 2.920 4.303 6.965 9.925 22.327 31.5983 0.277 1.638 2.353 3.182 4.541 5.841 10.214 12.9444 0.271 1.533 2.132 2.776 3.747 4.604 7.173 8.6105 0.267 1.476 2.015 2.571 3.365 4.032 5.893 6.8596 0.265 1.440 1.943 2.447 3.143 3.707 5.208 5.9597 0.263 1.415 1.895 2.365 2.998 3.499 4.785 5.4058 0.262 1.397 1.860 2.306 2.896 3.355 4.501 5.0419 0.261 1.383 1.833 2.262 2.821 3.250 4.297 4.781

10 0.260 1.372 1.812 2.228 2.764 3.169 4.144 4.58711 0.260 1.363 1.796 2.201 2.718 3.106 4.025 4.43712 0.259 1.356 1.782 2.179 2.681 3.055 3.930 4.31813 0.259 1.350 1.771 2.160 2.650 3.012 3.852 4.22114 0.258 1.345 1.761 2.145 2.624 2.977 3.787 4.14015 0.258 1.341 1.753 2.131 2.602 2.947 3.733 4.07316 0.258 1.337 1.746 2.120 2.583 2.921 3.686 4.01517 0.257 1.333 1.740 2.110 2.567 2.898 3.646 3.96518 0.257 1.330 1.734 2.101 2.552 2.878 3.611 3.92219 0.257 1.328 1.729 2.093 2.539 2.861 3.579 3.88320 0.257 1.325 1.725 2.086 2.528 2.845 3.552 3.85021 0.257 1.323 1.721 2.080 2.518 2.831 3.527 3.81922 0.256 1.321 1.717 2.074 2.508 2.819 3.505 3.79223 0.256 1.319 1.714 2.069 2.500 2.807 3.485 3.76724 0.256 1.318 1.711 2.064 2.492 2.797 3.467 3.74525 0.256 1.316 1.708 2.060 2.485 2.787 3.450 3.72526 0.256 1.315 1.706 2.056 2.479 2.779 3.435 3.70727 0.256 1.314 1.703 2.052 2.473 2.771 3.421 3.69028 0.256 1.313 1.701 2.048 2.467 2.763 3.408 3.67429 0.256 1.311 1.699 2.045 2.464 2.756 3.396 3.65930 0.256 1.310 1.697 2.042 2.457 2.750 3.385 3.64640 0.255 1.303 1.684 2.021 2.423 2.704 3.307 3.55160 0.325 1.296 1.671 2.000 2.390 2.660 3.232 3.460

100 0.254 1.290 1.660 1.984 2.365 2.626 3.174 3.389200 0.254 1.286 1.653 1.972 2.345 2.601 3.131 3.339500 0.253 1.283 1.648 1.965 2.334 2.586 3.105 3.310∞ 0.253 1.282 1.645 1.960 2.326 2.576 3.090 3.291


180

La Tabla 2.10.5, tomada de la guía de diseño de pavimentos AASHTO-93 [ref.2.10.4], presenta la variabilidad típica de los parámetros de medida más relevantesde los pavimentos, de acuerdo a las experiencias de diferentes agencias de losEstados Unidos de América. Mayor información sobre la variabilidad en lossistemas de pavimentos se encuentra en la referencia [2.10.5]. Si el diseñador nodispone de valores de desviación estándar confiables para las condiciones localesde materiales, medio ambiente y prácticas de diseño y construcción, puede optarpor la adopción de los valores de las referencias recién citadas o emplear lasfórmulas de la distribución t, conforme se explica en la referencia [2.10.2].

Tabla 2.10.5.Variabilidad típica de los parámetros de los pavimentos asfálticos

VARIABLE DESVIACIÓN ESTÁNDAR ( )MÍNIMA PROMEDIO ALTA

Espesor ( mm )Concreto asfálticoBase tratada con cementoBase granularSubbase granular

7.5131525

13152030

18182538

CBR ( % )Subrasante ( 4 – 7 )Subrasante ( 7 – 13 )Subrasante ( 13 – 20 )Subbase ( 20 – 50 )Base ( 80 + )

0.51.02.55.0

10.0

1.01.54.08.0

15.0

2.02.56.0

12.030.0

Porcentaje de compactación ( % )Terraplenes y subrasanteSubbase y base

2.02.0

4.52.8

7.03.5

Propiedades concreto asfálticoGradación ( % )Tamices ¾” y ½”Tamiz 3/8”Tamiz # 4Tamices # 40 y # 50Tamiz # 200

% de asfalto

% de compactación

Propiedades MarshallEstabilidad (libras)Flujo (0.01”)Vacíos con aire ( % )

Propiedades del asfaltoPenetración a 25° C ( 0.1 mm )Viscosidad a 60° C (kilopoises)

1.52.53.21.30.8

0.1

0.75

2001

0.8

22

3.04.03.81.50.9

0.25

1.0

3001.31.0

1025

4.56.04.21.71.0

0.4

1.0

4002.01.4

18100

Deflexiones Coeficiente de variación V = )X/σ( *10015 30 45


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Ejemplo

Determinar el número necesario de medidas de espesor de una carpeta de concretoasfáltico, para predecir el valor promedio con un límite de precisión (R) de 5 mm,con un nivel de confianza de 90 %

Adoptando la desviación estándar promedio de la Tabla 2.10.5 (13 mm) y sabiendoque el intervalo de confianza es de dos lados, se empleará la primera fórmula de laTabla 2.10.3. Como el límite de precisión es 5 mm, la ecuación puede igualarsepara este problema así:

R = ( X ) = K/2 * ( / n) = 5

Para una probabilidad de 90 % = 100*(1-), resulta que =1–0.9= 0.10. Como elensayo de confianza es de dos lados, el valor se reparte simétricamente en los dosextremos de la curva normal y, por lo tanto /2 = 0.05, valor para el cual en la Tabla2.10.2 se encuentra que K/2 es igual a 1.645.

K/2 se define como número de veces que se debe considerar la desviación estándarpara lograr un determinado grado de confiabilidad.

K/2 * ( / n ) = 1,645 (13 / n ) = 5

De donde,n = 18.3 = 19 medidas

Una vez que el nivel de confiabilidad se ha seleccionado (por ejemplo 90% o 95%)para una determinada variable (espesor, densidad, deflexión, etc.), los valores K y son constantes. Como el límite precisión (R) es inversamente proporcional alnúmero de ensayos (ver Tabla 2.10.3), es evidente que la precisión en la estimaciónaumenta con el número de pruebas, como lo muestra esquemáticamente la Figura2.10.4, en la cual se delimitan 3 zonas. En la zona I, caracterizada por una altapendiente, la precisión en la estimación aumenta significativamente con cadaensayo o muestra adicional. En esta zona, las relaciones beneficio/costo derivadasdel aumento del número de ensayos por unidad de análisis son altas y provechosas.En el otro extremo, la zona III tiene una pendiente muy reducida y, porconsiguiente, al aumentar el número de ensayos no se producen mejorassignificativas en el nivel de precisión de las estimaciones. Ello implica que, en estazona, los costos de las pruebas adicionales pesan más que los beneficios que seproducen. Por lo tanto, la zona II representa el rango óptimo para el desarrollo deun programa de ensayos, puesto que corresponde al área donde se obtienen


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estimativos suficientemente precisos con el menor número posible de muestras ode ensayos. En la referencia [2.10.4] se encuentra un conjunto de Figuras concurvas típicas de límites de precisión para 95% de confiabilidad, para las variables ylos datos indicados en la Tabla 2.10.5. El diseñador podrá emplear dichos valores ocalcular los que correspondan para otros niveles de confiabilidad y coeficientes devariabilidad, obtenidos a través de la experiencia regional.

Figura 2.10.4. - Curva típica de límites de precisión para las variables de los pavimentos

2.10.6. Niveles de información

Considerando las restricciones de tiempo y de dinero que limitan la exploracióndestructiva, mencionadas en el numeral 2.10.1, la ejecución de ensayos según elcriterio descrito en el numeral 2.10.5, corresponde al nivel 1 de información. Unprograma de menor intensidad, elegido a criterio del ingeniero, en función de laslimitantes existentes, se considera de nivel 2. El nivel 3 corresponde al uso deinformación histórica confiable.

REFERENCIAS

2.10.1 - ARA INC, ERES CONSULTANT DIVISION, “Guide for mechanistic-empiricaldesign of new and rehabilitated structures”, NCHRP Report 1-37 A, Champaign,Illinois, March 2004

2.10.2 - YODER E.J. & WITCZAK M.W., “Principles of pavement design”, John Wiley& Sons Inc., 1975


183

2.10.3 - BARNES R.J., “Geostatistics for subgrade characterization”, University ofMinnesota, October 1993

2.10.4 - AASHTO, “AASHTO guide for design of pavement structures”, WashingtonD.C., 1993

2.10.5 - SANCHEZ F., “Excerpta de información sobre la variabilidad en los sistemasde pavimentos”, Memorias del XII Congreso Ibero latinoamericano del Asfalto,Lima, 2003


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CAPITULO 11GUÍAS PARA LA INSPECCIÓN DEL DRENAJE CON FINES DEL DISEÑO DE

LAS OBRAS DE REHABILITACIÓN DEL PAVIMENTO

2.11.1. Importancia del drenaje en la rehabilitación de pavimentos

Los sistemas de drenaje superficial y subterráneo del pavimento combaten dosproblemas diferentes, relacionados con una sola fuente: el agua. El sistema dedrenaje superficial se encarga de la intercepción, recolección y remoción delagua de las superficies de la vía y de las áreas de los taludes, para reducir losriesgos de hidroplaneo e inundación, así como para minimizar losinconvenientes a los usuarios a causa de las salpicaduras que se producen aldesarrollarse películas gruesas de agua en la superficie del pavimento eninstantes de lluvia. Por su parte, el sistema de drenaje subsuperficial se instalapara prevenir que las aguas de infiltración de diversa procedencia debiliten ydegraden los materiales del pavimento. Por lo tanto, mientras la finalidadprimaria del drenaje superficial es mejorar la seguridad de los usuarios de lavía, la del drenaje subsuperficial es mejorar el comportamiento y laconfiabilidad de ella. No obstante, considerando su importancia en el controlde la cantidad de agua disponible para la infiltración en el pavimento, eldrenaje superficial comparte una relación simbiótica con el drenajesubsuperficial.

El mantenimiento inadecuado del drenaje superficial tiene resultadosfácilmente observables y a veces catastróficos (Figura 2.11.1). Sin embargo, losefectos de un inadecuado mantenimiento del drenaje subsuperficial tomanmás tiempo en manifestarse y, en consecuencia, suelen ser pasados por alto.Los deterioros de los dispositivos de subdrenaje no sólo afectan el sistema dedrenaje, sino que su efecto se suele hacer extensivo a toda la carretera. Existeuna regla empírica, según la cual el funcionamiento inadecuado de un sistemade subdrenaje causa más perjuicio que la carencia del mismo. Cuando unasección de pavimento que tenga dispositivos de subdrenaje presente síntomasde deterioro, es recomendable la revisión de la funcionalidad del sistema dedrenaje. Si ello no se hace, los resultados de la evaluación general pueden serconfusos y las conclusiones erróneas.

En consecuencia, a menos que los problemas generados en el pavimento por laacción del agua sean adecuadamente identificados y corregidos, la efectividad


186

de cualquier trabajo de mantenimiento o de rehabilitación estará altamentecomprometida.

Figura 2.11.1. – Efectos del hidroplaneo

La observación de que muchos pavimentos están sujetos a problemasrelacionados con la humedad, ha convencido a los ingenieros de que sepueden lograr pavimentos mejores y más económicos, si los criterios y losprincipios del diseño del drenaje forman parte integral del diseño,construcción y mantenimiento de ellos.

Por razones de alcance, las evaluaciones del drenaje a las cuales se refiere estedocumento solamente consideran la acción del agua que pueda afectar demanera directa los suelos de subrasante y las capas del pavimento. Losproblemas relacionados con la inestabilidad de taludes y laderas, cuyamagnitud e importancia requieren una consideración especial en el campo dela geotecnia, deberán ser remediados con anticipación. Si las soluciones aestos problemas no se implementan oportuna y debidamente, la inestabilidadcontinuará latente y, desde el punto de vista del pavimento, probablementeresulte más conveniente, técnica y económicamente, la ejecución de obras demantenimiento de tipo temporal.

2.11.2. Fuentes de agua que afectan el pavimento [ref. 2.11.1]

El agua que afecta un pavimento puede provenir de fuentes muy diversas. Elagua lluvia genera problemas de inseguridad a los usuarios (hidroplaneo ysalpicaduras) así como desprendimientos de la película de ligante en lasmezclas asfálticas. A su acción directa sobre la superficie, se añade la que se


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puede producir por su infiltración a través de las fisuras y las áreas permeablesdel pavimento y de las bermas.

Constituyen también fuentes de humedad perjudiciales para elcomportamiento del pavimento, las elevaciones estacionales del nivel freático,las filtraciones provenientes de terrenos altos, el movimiento de agua desde elborde de la calzada como consecuencia de las diferencias de humedad, elmovimiento y la condensación del vapor de agua existente en los vacíos de lasubrasante a causa de gradientes térmicos y la acción de capilaridad (Figura2.11.2).

Figura 2.11.2. - Fuentes del agua de infiltración que afecta al pavimento

Los cambios estacionales en el nivel del agua freática se presentannormalmente en las zonas planas, donde existe poca escorrentía lateral. Enestos casos, el cambio resultante de humedad depende de su capilaridad y dela profundidad media de la capa freática. Como norma corriente de diseño, seconsidera que, para mantener el soporte estable, el nivel freático no se debeencontrar a una profundidad menor de 1.20 metros por debajo de la superficiesubrasante.

Las filtraciones son frecuentes en zonas montañosas, cuando una capa desuelo permeable está situada sobre un estrato impermeable. La corriente deagua se puede aproximar a la carretera desde cualquier dirección, apareciendoen la superficie del terreno a lo largo de una línea transversal a la carretera,manifestándose en forma de manantiales.

Las condiciones climáticas hacen que la humedad del suelo en las márgenes delas carreteras se encuentre por encima del promedio en época de lluvias y pordebajo en época seca. Por lo tanto, las bermas y las zonas laterales están más


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húmedas que la subrasante en época invernal, y más secas durante latemporada de verano. Es probable que estas diferencias den lugar a unmovimiento de agua hacia la calzada en la época lluviosa y hacia el exterior enla época seca. En el caso de subrasantes arcillosas, que se hinchan con elaumento de humedad y se retraen con su disminución, los bordes de lacarretera se elevan y descienden con respecto al eje, según la temporadaclimática. La desecación del cimiento durante la época seca se puede acelerarpor la presencia de árboles de rápido crecimiento cerca de la carretera. Elefecto producido por ellos es más marcado en zonas urbanas, donde una granparte del terreno está cubierta con una superficie impermeable que dificulta elpaso del agua lluvia a la subrasante.

Los movimientos de vapor de agua en el suelo están relacionados con lasdiferencias de presión de vapor, las cuales pueden ser debidas a variaciones dehumedad o de temperatura entre las diferentes partes del suelo. Elmovimiento del agua en fase vapor a través del suelo sólo tiene importanciacuando el suelo está relativamente seco. Los suelos arcillosos, por ejemplo,tendrían que tener un porcentaje de humedad muy por debajo del límiteplástico antes de que se puedan presentar movimientos apreciables por esteconcepto. El movimiento de vapor a través del suelo parece ser, en general,mucho más pronunciado en climas extremados, donde se experimentangrandes fluctuaciones de temperatura, tanto durante el día comoestacionalmente.

La acción capilar puede transportar agua dentro del suelo hasta alturasconsiderables por encima del nivel freático, tanto mayores entre menor sea eltamaño de los vacíos del suelo. En este sentido, la tendencia de la subrasantees alcanzar una condición de equilibrio con las capas inferiores del suelo. Sedebe tener presente que el agua retenida en el pavimento por fuerzascapilares no puede ser removida por los sistemas de subdrenaje.

Se puede concluir que la humedad de los cimientos de los pavimentos puedevariar por causas muy diversas. En algunos casos, es posible controlar loscambios mediante los métodos normales de drenaje, mientras que en otrosresulta necesario acudir a procedimientos especiales. Lo ideal, por supuesto,sería que no se produjeran variaciones de humedad durante la vida de lacarretera. Como ello no es posible, son de responsabilidad del ingeniero eldiseño, la construcción y el mantenimiento de las obras que faciliten eladecuado manejo de las aguas que puedan afectar el comportamiento delpavimento.


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2.11.3. Aspectos que se deben considerar para la inspección del drenaje delpavimento

El primer paso debe ser el análisis de los planos generales de suelos de la zonay los documentos existentes sobre el diseño y los registros sobre laconstrucción y la ejecución de obras posteriores en el pavimento. La capacidadde respuesta de algunos suelos y materiales de construcción puede desmejorarsustancialmente a través del tiempo, a causa de la infiltración de agua o porelevaciones en el nivel freático (Figura 2.11.3).

Figura 2.11.3. – Falla típica de un pavimento flexible por debilitamiento de las capasinferiores a causa de la humedad

Se deberán verificar las previsiones sobre el drenaje en el diseño original y lasmodificaciones que al respecto se hayan realizado durante la construcción ocomo resultado de trabajos posteriores de mantenimiento y de rehabilitación.También, son importantes los datos geométricos relevantes de la carretera ensu condición actual, en especial en lo referente a:

- Pendientes longitudinales.

- Pendientes transversales.

- Secciones transversales.

- Ancho de la corona.

- Ancho y espesor de las diferentes capas del pavimento.


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- Profundidad de los cortes y espesor de los rellenos.

El paso siguiente consiste en el análisis de los planos topográficos ehidrogeológicos disponibles, para determinar los rasgos que puedan afectar elmovimiento del agua superficial y subterránea en el área del proyecto.

El contexto hidrogeológico puede resultar favorable, desfavorable o muydesfavorable [ref. 2.11.2]. Se considera favorable, cuando la carretera nointercepta ningún sistema hidrogeológico conocido, caso que suele ocurrircuando ella se desarrolla sobre rellenos o a través de la divisoria de aguas. Esdesfavorable, cuando intercepta sistemas hidrogeológicos con grados variadosde durabilidad o de tamaño, escenario que es frecuente en zonas donde la víatranscurre a media ladera o donde hay sucesiones de cortes y de rellenos. Porúltimo, se considera muy desfavorable cuando no existe duda de que lacarretera intercepta sistemas hidrogeológicos conocidos, situación típica depavimentos construidos al nivel del terreno en zonas planas, en zonas en corteen cajón y, posiblemente, en algunas zonas a media ladera.

Las pruebas no destructivas de evaluación estructural y funcional, tambiénsuministran pistas sobre la posible incidencia del agua en las deficiencias decomportamiento del pavimento. La saturación o la presencia de cantidadesinconvenientes de agua en el pavimento y en la subrasante se traducen, casisiempre, en reducciones de su capacidad estructural. Los valores de deflexiónanormalmente altos son siempre síntomas de irregularidades en la parteinterna de la estructura o en la subrasante, aunque ellos no permitenidentificar cuál es la capa responsable de la debilidad o si ésta se debe aproblemas asociados con la humedad. En cambio, el georradar ayuda alocalizar puntos de acumulación de cantidades inconvenientes de agua internaque pueden comprometer el buen comportamiento de la calzada. Enconsecuencia, los resultados de ambos tipos de medidas, correctamenteinterpretados, permiten delimitar con precisión la existencia de zonasdegradadas o propensas a la degradación, por deficiencias en el sistema dedrenaje interno. Las medidas de fricción y de textura, por su parte, permitendefinir las áreas del pavimento susceptibles de presentar problemas deseguridad para los usuarios por falta de adherencia de los neumáticos encondición de superficie húmeda.

Los resultados de la evaluación destructiva de la calzada también ofreceninformación sobre las propiedades drenantes de las diversas capas delpavimento y de la subrasante, permitiendo establecer relaciones entre ellas y


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los deterioros asociados con la humedad, detectados durante la evaluaciónvisual.

La evaluación del drenaje requiere, por supuesto, una inspección directa delproblema, preferiblemente durante la temporada lluviosa. Si en el pavimentose han producido deterioros relacionados con problemas ocasionados por elagua, es obvio que el sistema de drenaje construido no satisface susnecesidades. En general, los daños de los pavimentos asfálticos asociados conla humedad son los ahuellamientos, las depresiones, los ojos de pescado y losagrietamientos longitudinales y del tipo piel de cocodrilo en la zona de lahuella. Aunque el desprendimiento de la película de ligante de la mezcla estambién un problema asociado con la presencia de agua, su ocurrencia esindependiente de la falta o existencia de sistemas de drenaje. De todasmaneras, se debe tener presente que la ausencia de deterioros relacionadoscon la humedad en el pavimento no significa, necesariamente, que la calzadase encuentre exenta de sufrirlos. La posibilidad de que ellos ocurran siempreestá latente.

Durante la visita de inspección, el ingeniero se deberá formular algunaspreguntas relacionadas con el drenaje y su incidencia sobre el comportamientodel pavimento, tomando nota de todas aquellas situaciones que considereinsatisfactorias, con el fin de tener en cuenta sus respuestas al calificar losniveles de riesgo a los cuales se hace referencia más adelante. Como mínimo,debería preguntarse si:

- Los alineamientos horizontal y vertical y la sección transversal de lacarretera son acordes con la importancia de la vía.

- Los sistemas de drenaje existentes son, en general, adecuados para lasnecesidades de la vía.

- Las cunetas se encuentran libres de agua estancada y si su pendientelongitudinal y su sección transversal son apropiadas.

- Las cunetas, los bordillos, las bermas y los bordes de la calzada seencuentran libres de vegetación.

- Existen áreas permeables en la capa de rodadura y en las bermas.


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- Durante una lluvia se forman gruesas películas de agua que puedan afectarla visibilidad y la seguridad de los usuarios.

- Luego de una lluvia hay evidencias de humedad en los bordes y grietas delpavimento o charcos en la calzada o en las bermas.

- Las bermas y las cunetas se encuentran impermeabilizadas.

- Los bordillos son suficientes y están en buen estado.

- Las descargas de los subdrenes a las cajas de inspección están destapadas ysi el flujo de salida en algunas es menor que en otras.

- El uso actual de la tierra indica que los flujos de drenaje superficial se hanmodificado o se pueden modificar, haciendo inadecuados los sistemas dedrenaje existentes.

La valoración de las condiciones del drenaje revelará al ingeniero si lossistemas existentes sólo necesitan reparaciones y mantenimiento o si debenser mejorados con la construcción de dispositivos adicionales o, inclusive, lamodificación de algunos aspectos geométricos de la carretera.

2.11.4. Factores extrínsecos e intrínsecos del drenaje de los pavimentos

Los daños relacionados con la humedad en un pavimento obedecen a factoresexternos e internos. Los externos corresponden a aquellas condicionesclimáticas en la zona que regulan el suministro de agua al pavimento, en tantoque los internos se refieren a aquellas propiedades de la zona, la carretera ylos materiales del pavimento, cuya interacción con la humedad afecta elcomportamiento del éste.

2.11.4.1. Factores extrínsecos

Lluvias

Los factores externos que influyen en la humedad de los pavimentos de lascarreteras colombianas son, fundamentalmente, climáticos. De ellos, el másimportante es la precipitación. Su efecto es tanto directo, provocandodesprendimientos de la película de asfalto en la capa de rodadura y generando


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láminas de agua en la superficie que pueden afectar la seguridad de losusuarios, como indirecto al fomentar la saturación de las capas inferiores delpavimento, sea por percolación a través de la misma estructura, sea porelevaciones en el nivel freático.

Los datos sobre precipitación pueden ser empleados para estimar la frecuenciacon la cual las capas granulares de un pavimento se pueden encontrar cerca delos niveles de saturación. La profundidad del nivel freático y el tiempo en queel pavimento se encuentra expuesto a la precipitación, influyen sobre el nivelde saturación de los materiales granulares. En seguida de las lluvias, el ascensocapilar puede ser considerable. Hay evidencias de que la saturación del suelopor acción capilar alcanza alturas superiores a un metro en suelos arenosos, atres metros en los limosos y hasta siete metros en los arcillosos.

Temperatura

Por su ubicación en la zona tórrida, la ley de la temperatura ambiental enColombia es simple y se encuentra definida con bastante exactitud en funciónde la altura sobre el nivel del mar, en acuerdo con la expresión:

10006.3h

30T

Donde: T: Temperatura media del lugar (grados Celsius).

h: Altura del lugar sobre el nivel del mar (metros).

En las carreteras colombianas no se presentan temperaturas que causenproblemas de congelamiento. Los gradientes térmicos pueden hacer que elvapor de agua presente en los vacíos de la subrasante y de las capas granularesmigre y se condense, pero la cantidad de agua libre así producida esgeneralmente insignificante.

En la Figura 2.10 del Manual para el control de la erosión del INVÍAS [ref.2.11.3] se presenta un mapa con los siete (7) índices climáticos que se hanestablecido en Colombia en función de la precipitación (P), la temperatura (T)y la evapotranspiración potencial (ET). Como valores menores de 1.0 en larelación ET/P indican excesos de humedad, el ingeniero deberá ser máscauteloso en relación con las medidas de drenaje ante la eventualidad de


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infiltraciones de agua superficial, cuando el pavimento transcurra por una zonaclimática donde se presente dicha situación.

2.11.4.2. Factores intrínsecos

Los factores intrínsecos comprenden las condiciones geométricas de lacalzada, así como ciertos rasgos regionales y algunas propiedades de losmateriales del pavimento que pueden afectar el drenaje y el comportamientode la estructura. Se debe tener presente que, aún si el pavimento estálocalizado en una zona muy húmeda, es posible que no experimente daños porhumedad, si en su construcción se han empleado materiales resistentes a ella,si la ejecución de la obra ha sido de buena calidad y si se han provisto lasestructuras necesarias de drenaje superficial y subterráneo.

Algunos factores intrínsecos que pueden tener relación con el efecto de lahumedad sobre un pavimento, son los siguientes:

- Geometría de la carretera.

- Drenabilidad.

- Permeabilidad.

- Tipos de suelo.

- Topografía.

- Nivel freático.

- Dispositivos de drenaje existentes.

2.11.5. Sistemas para el manejo del agua que afecta al pavimento

Para lograr un adecuado drenaje del pavimento, es preciso que la estructuradisponga, siempre que lo requiera, de tres sistemas diferentes respecto delmanejo del agua que lo pueda afectar, a saber:

- Condiciones geométricas y textura superficial del pavimento.


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- Sistema de drenaje superficial.

- Sistema de drenaje interno.

2.11.5.1. Condiciones geométricas y textura superficial del pavimento

El desarrollo de películas muy gruesas de agua sobre la superficie del pavimento eninstantes de lluvia, generadoras de hidroplaneo, de encharcamiento y de excesivassalpicaduras, hace necesario el mejoramiento de las condiciones geométricas y derodadura, como parte de los trabajos de mantenimiento y rehabilitación. En elnumeral 2.6.3.3 (Parte 2 Capítulo 6) se analiza la influencia de la geometría de la víay de la textura superficial sobre la altura de la lámina de agua que se puedeproducir en la superficie del pavimento bajo condición lluviosa.

2.11.5.2. Drenaje superficial

Las obras de drenaje superficial de un pavimento son aquéllas que recogen yencauzan las aguas provenientes de la explanación y de la corona de lacarretera. El estado y las características de funcionamiento de estas obrasdeberán ser verificados por el ingeniero. Los dispositivos más comunes para eldrenaje superficial del pavimento de una carretera, son las cunetas, los canalesy los bordillos, los cuales conducen las aguas hacia bajantes y alcantarillas que,a su vez, las entregan a cauces naturales o a sistemas de alcantarillado.

El estado y la eficiencia de las cunetas y de los canales existentes deberán serverificados. Se deberá comprobar que no existan deficiencias de pendientelongitudinal que favorezcan el encharcamiento, que sus dimensiones asegurenuna capacidad hidráulica suficiente para disponer el agua aportada por lascorrientes temporales y por las lluvias, y que la remoción de los materialesproducto de la erosión sea fácil.

Los bordillos constituyen barreras en los bordes de los terraplenes queimpiden el escurrimiento del agua por los taludes, evitando su erosión. Enrelación con ellos, se deberá verificar la impermeabilidad de su junta decontacto con el pavimento para prevenir infiltraciones perjudiciales.Igualmente, se deberá determinar si, a causa de su presencia, se originanláminas de agua en la calzada que generen hidroplaneo, encharcamientos osalpicaduras. Si ello sucede, se deberá estudiar la posibilidad de sustituir elbordillo por una cuneta.


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2.11.5.3. Drenaje interno

El objetivo de este sistema es evitar que las capas inferiores de la calzada y lasubrasante adquieran un grado de humedad tal, que propicie su pérdida decapacidad portante y favorezca el deterioro del pavimento por la acción de lascargas del tránsito. Como se indica en el numeral 2.11.2, el agua puedeingresar al pavimento tanto a través de las fisuras y otros defectossuperficiales de la calzada, bermas o cunetas, como desde el subsuelo porelevación del nivel freático, acción capilar o infiltración a causa de la existenciade gradientes hidráulicos. En el instante de la evaluación del drenaje, elingeniero deberá considerar ambas fuentes de agua y realizar un diagnósticosobre la eficiencia de los componentes que existan para su manejo.

Los dispositivos de drenaje subterráneo tienen una vida limitada que puedeser alargada haciéndolos objeto de revisión y conservación oportunas yadecuadas. La revisión tiene una doble finalidad. En primer lugar, determinarlas zonas de la carretera donde los pavimentos se deterioran por culpa de unainsuficiencia o mal funcionamiento del drenaje. En segundo lugar, saber si lossubdrenes funcionan o no.

Lo primero no se pone de manifiesto revisando el drenaje sino el pavimento.Los deterioros prematuros en la banda de rodamiento más próxima a la berma,ordinariamente se deben a insuficiencias del drenaje. El crecimiento mayor dehierba en la berma que el que pueda haber en zonas próximas bien drenadas,es también una manifestación de la insuficiencia del subdrenaje. Si lossubdrenes funcionan o no, se observa en períodos subsiguientes a lluvias quehayan determinado la entrada de agua en el subsuelo, revisando con detallelas descargas en las cajas de inspección.

Donde el comportamiento de los pavimentos ponga de manifiestoinsuficiencias en el sistema de drenaje, es necesario actuar sobre éste,complementariamente a la reparación de la calzada. Si el drenaje no funciona,actuando para que lo haga; si funciona, mejorando su capacidad drenante.

En las zonas donde la revisión del funcionamiento ponga de manifiesto que elsistema no funciona, se pueden hacer dos cosas: (i) vigilar periódicamente elcomportamiento del pavimento para averiguar si la falta de funcionamientodel drenaje determina o no el deterioro del pavimento o (ii) preferiblemente,averiguar por qué no funciona y corregirlo [ref. 2.11.4].


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Los subdrenes longitudinales constituyen el método más utilizado para elcontrol de la entrada de agua al pavimento, proveniente de corrientes defiltración o del nivel freático existente bajo la calzada. La esencia de sufuncionamiento es la provisión de una zona de mayor permeabilidad que la delsuelo que lo rodea, lo que permite la captación del agua interior y suevacuación hacia un lugar adecuado de disposición final. Sin embargo, encarreteras en pendiente, los drenes longitudinales pueden ser insuficientespara interceptar el agua de filtración y, en tal caso, se debe considerar lainstalación de drenes interceptores transversales, aproximadamente normalesal eje de la vía (Figura 2.11.4), o sistemas en forma de espina de pez. Estapráctica ha sido poco utilizada en Colombia y no son pocos los tramos de la redvial nacional donde se observan afloramientos de agua y deterioros en lospavimentos, debido a esta carencia.

Figura 2.11.4. – Esquema típico de localización de subdrén interceptor transversal

Gran parte de los deterioros asociados con la humedad en los pavimentosasfálticos de las carreteras colombianas, se origina en deficiencias del drenajesubterráneo. A pesar de la importancia del problema y de sus implicacioneseconómicas, no ha existido ni una política de inspección rutinaria de los filtroslongitudinales ni unos procedimientos adecuados para ello y, por lo tanto, lasáreas problemáticas sólo suelen ser identificadas cuando el daño se haproducido y los deterioros se hacen visibles en la superficie.


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La necesidad de la evaluación de estos dispositivos durante los estudiosprevios al diseño de las obras de rehabilitación del pavimento, no admitediscusión. El ingeniero deberá prestar especial atención a las zonas donde seadviertan degradaciones superficiales relacionadas con la humedad interna, enparticular cuando ellas se encuentran asociadas con elevados valores dedeflexión. Deberá verificar la existencia de los subdrenes y, en caso de queellos existan, determinará la profundidad a la cual se encuentran instalados ysus condiciones de funcionamiento. En aquellos que tengan tubería, el uso decámaras de video con extensiones adaptadas para este tipo de inspección esaltamente recomendable (Figura 2.11.5).

Figura 2.11.5. – Cámara para inspeccionar tuberías de subdrenaje [ref. 2.11.5]

La solución de los problemas de subdrenaje constituye un factor primordial enla extensión de la vida de los pavimentos. Por lo tanto, no se deberánescatimar esfuerzos en la identificación de las necesidades, ni en laimplementación de las obras resultantes de las inspecciones y de los estudioscorrespondientes. Por elevado que parezca el costo de estos trabajos, larentabilidad de la inversión está fuera de toda discusión.

A todo lo anotado en relación con este asunto, se debe agregar el hecho deque la sección transversal interna del pavimento no debe conspirar contra eldrenaje del mismo. El drenaje de la base, cuando ésta es permeable, debeestar adecuadamente dispuesto. La existencia de materiales impermeables enlas bermas da lugar a acumulaciones de agua que debilitan el pavimento y lasubrasante. Por lo tanto, las características de los materiales de las bermasdeben ser establecidas durante los trabajos de inspección y evaluación en elcampo, con el fin de evitar que ciertas situaciones conflictivas queden ocultasen el momento de juzgar la capacidad global del pavimento y diseñar las obras


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de mantenimiento y rehabilitación para prolongar su vida de servicio. La Figura2.11.6 presenta una sección típica de un pavimento asfáltico con unadisposición adecuada de su drenaje interno.

Figura 2.11.6. – Composición típica del drenaje interno de un pavimento

2.11.6. Inspección del sistema de drenaje existente

La habilidad para detectar dónde existen o se pueden presentar problemas porhumedad excesiva y cuáles son los materiales del pavimento susceptibles demayor afectación por el agua, ayudará al ingeniero en la evaluación global deldrenaje del pavimento, en el establecimiento del juicio de su capacidadestructural y en el posterior proceso de selección de la alternativa derehabilitación más adecuada.

Para los fines de la presente guía metodológica, el procedimiento deinspección y análisis por aplicar es el recomendado por el SETRA [ref. 2.11.2],de acuerdo con el cual se deben considerar seis (6) parámetros para valorar elpeligro de que los deterioros causados en el pavimento a causa del aguaevolucionen con rapidez. Cada uno de ellos se debe calificar con uno de tres(3) posibles niveles de riesgo (0, 1 y 2), de acuerdo con la propensión al dañopor efecto del agua en cada sección de 100 metros que se evalué, según ladescripción que se presenta de manera resumida en seguida. En el Anexo D seexplica, en detalle, el procedimiento para determinar en el terreno los nivelesde riesgo asociados con cada uno de esos parámetros y en el Capitulo 4 de laParte 3 se describe la manera de obtener la calificación definitiva de lainformación sobre el drenaje, así como las consideraciones prácticas que sederivan de ella.


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Parámetro 1 - Impermeabilidad del revestimiento (R):

R = 0, pavimentos con rodadura en mezcla asfáltica densa en buenascondiciones.

R = 1, pavimentos con rodadura en mezcla asfáltica algo porosa osegregada, o constituida por un tratamiento superficial o lechadaasfáltica en buenas condiciones.

R = 2, pavimento con superficie porosa (k > 10 -5 cm/s) o con fisuras sinsellar.

Figura 2.11.7. – Pavimento de concreto asfáltico en buenas condiciones (R=0)

Parámetro 2 - Drenaje superficial (A):

A = 0, drenaje superficial eficiente y bien mantenido (zanjas, cunetas ycanales laterales en buenas condiciones, bermas impermeabilizadas enbuen estado); contexto topográfico propicio (por ejemplo, rasante a másde un metro (1.0 m) por encima del terreno natural en trayectos enterraplén); los perfiles longitudinal y transversal facilitan la adecuadaevacuación del agua proveniente de la calzada.

A = 1, drenaje superficial falto de efectividad; vegetación en las cunetas;bermas permeables con vegetación; retenciones de agua en el borde delpavimento; carretera a media ladera o con sucesión de cortes y rellenos

A = 2, drenaje superficial totalmente inefectivo; cunetas en malacondición o inexistentes; bermas deterioradas que retienen el agua de


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escorrentía; carretera al nivel del terreno en zonas planas; el flujo delagua en las cunetas y otras estructuras de drenaje superficial esmediocre

Figura 2.11.8. – Drenaje superficial eficiente (A=0)

Parámetro 3 - Ambiente hidrogeológico del pavimento (H)

H = 0, el nivel freático se encuentra a más de 5 metros de profundidad;el pavimento no intercepta corrientes de agua de resurgencia temporalo permanente.

H = 1, suministro potencial de agua subterránea proveniente decaptaciones laterales

H = 2, zonas de perfil transversal mixto con corrientes provenientes deaguas arriba; zonas de transición corte-relleno; infiltraciones potentes,provenientes de captaciones laterales; variaciones en el nivel freáticoque afectan la subrasante.

Figura 2.11.9. – Afloramiento excesivo de agua (H=2)


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Parámetro 4 – Drenaje subsuperficial (D):

D = 0, existen subdrenes longitudinales en buenas condiciones en loslugares en los cuales son necesarios y ellos evacúan adecuadamente elagua interna proveniente de las zonas laterales y del pavimento.

D = 1, existe el sistema de subdrenaje y está adecuadamente instalado,pero no es suficientemente efectivo por falta de mantenimiento.

D = 2, aunque se requiere, no hay sistema de subdrenaje, o, si existe, seencuentra mal ubicado o no funciona.

Parámetro 5 - Sensibilidad de la subrasante al agua (S):

S = 0, suelo insensible al agua o subrasante tratada.

S = 1, suelo que puede ser sensible al agua, pero que no presentaevidencias de ello.

S = 2, suelos evidentemente sensibles a la humedad.

Parámetro 6 - Sensibilidad al agua de las capas inferiores del pavimento (M):

M = 0, capas de base de concreto asfáltico o estabilizadas con productosbituminosos.

M = 1, capas de base estabilizadas con productos hidráulicos.

M = 2, bases granulares.

2.11.7. Niveles de jerarquía

Debido a las características del procedimiento recomendado en este capítulopara la inspección y el análisis de los parámetros que valoran los peligros queimplican los deterioros causados por el agua a lo largo de la vía, no seestablecen niveles jerarquía en relación con los datos requeridos para realizarla calificación del drenaje.

Los procedimientos de calificación y decisión relacionados con la informaciónrecabada en cuanto a las condiciones de drenaje que afectan o pueden afectar


203

el comportamiento del pavimento se describen en el Capítulo 4 de la Parte 3de esta guía.

REFERENCIAS

2.11.1 - ROAD RESEARCH LABORATORY, “Mecánica del suelo para ingenieros decarreteras y aeropuertos”, Madrid, 1963

2.11.2 - SERVICE D’ETUDES TECHNIQUES DES ROUTES ET AUTOROUTES, SETRA,“Road drainage. Technical guide”, March 2006. Translate August 2007

2.11.3 - CORPOCALDAS & INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS, “Manual para elcontrol de la erosión”, Manizales, 1998

2.11.4 - MINISTERIO DE FOMENTO, “Sistema de gestión de las actividades deconservación ordinaria y ayuda a la vialidad”, Madrid, España, 1996

2.11.5 - NORTH DAKOTA DEPARTMENT OF TRANSPORTATION, “Scoping edgedrains with an optical camera. Final Report”, Experimental Study ND 94-07,Bismarck, ND, December 2001


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PARTE 3

Evaluación de lacondición global del

pavimento


206

Parte 3 – Evaluación de la condición global del pavimento

207

PARTE 3EVALUACIÓN DE LA CONDICIÓN GLOBAL DEL PAVIMENTO

3.1. GENERALIDADES

Los diferentes datos recolectados durante el estudio son fundamentales para laevaluación y el posterior diseño de la rehabilitación, por los siguientes factores:

1. Proveen información cualitativa para determinar las causas de los deterioros,para el desarrollo de estrategias apropiadas para la reparación de los defectos ypara la prevención de su recurrencia.

2. Proveen información cuantitativa para dimensionar las obras de rehabilitacióndel pavimento, estimar las cantidades de obra, evaluar la progresión de losdeterioros y las consecuencias de postergar la rehabilitación, así como paraefectuar la evaluación económica de las diferentes estrategias de rehabilitación.

El propósito específico de la evaluación de la condición global del pavimento esvalorar, de la manera más objetiva posible, su condición actual, identificandoclaramente los tipos determinantes de deterioros y sus causas, así como todas lasdemás deficiencias que puedan ser enfrentadas mediante la rehabilitación.Además, sirve para conformar tramos uniformes para el diseño y la construcción delas obras de rehabilitación en toda la longitud del proyecto.

Como lo ilustra la Tabla 3.1, la información obtenida a través de las diferentesinspecciones y auscultaciones descritas en la Parte 2 de esta Guía, permite valorarlas suficiencias estructural, funcional y de drenaje del pavimento objeto delestudio. La valoración adecuada de estas suficiencias conduce al establecimientode la condición global del pavimento objeto del estudio.


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Tabla 3.1.Áreas de valoración de la condición global del pavimento y sus correspondientes fuentes

de información

ÁREA DEVALORACIÓN

FUENTE DE INFORMACIÓNINSPECCIÓN

DEDETERIOROS

MEDIDAS DEREGULARIDADSUPERFICIAL

MEDIDASDE

FRICCIÓN

MEDIDASDE

RUIDO

ENSAYOSNO

DESTRUCTIVOS

ENSAYOSDESTRUCTIVOS

INSPECCIÓNDEL

DRENAJE

Suficienciaestructural

X X X X

Suficienciafuncional

X X X X X

Suficienciadel drenaje

X X X X

La suficiencia estructural se refiere a la capacidad del pavimento para soportar lascargas del tránsito antes de que requiera un mejoramiento estructural o laboresintensas de reparación y mantenimiento.

La suficiencia funcional es una medida de la manera como el pavimentodesempeña su función de brindar al usuario una superficie de rodamiento lisa,segura y silenciosa.

Por último, la suficiencia del drenaje, en los términos en que la considera lapresente guía metodológica, es una calificación del peligro de que una combinaciónde factores haga que los deterioros causados por el agua puedan evolucionar conrapidez.

Los detalles del proceso de evaluación se describen en los cinco (5) capítulos quecomponen esta parte de la guía.


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CAPÍTULO 1GUÍAS PARA LA EVALUACIÓN DE LOS DETERIOROS DEL PAVIMENTO

El éxito de la rehabilitación del pavimento se basa, primero que todo, en elconocimiento de los diferentes tipos de deterioros existentes y en la cabalcomprensión de las causas de ellos. Los deterioros típicos que ocurren en lospavimentos asfálticos de las carreteras nacionales se han señalado en la Tabla2.4.1. Una descripción más detallada de sus causas se presenta en las Tablas 3.1.1 y3.1.2, la primera para pavimentos cuya rodadura sea del tipo concreto asfáltico y lasegunda cuando la rodadura sea un tratamiento superficial o una lechadabituminosa [ref. 3.1.1]. En las Tablas 3.1.3 y 3.1.4 se indican, en el mismo orden, lasnecesidades de información para identificar debidamente las causas probables delos deterioros [ref. 3.1.1].

El inventario de los deterioros, adelantado como se describe en el Capítulo 4 de laParte 2 y en el Anexo B de esta guía metodológica, permite la determinación de un“Índice de deterioro superficial” para cada sección del pavimento sometido aevaluación, tal como se describe a continuación.

3.1.1. Determinación del Índice de Deterioro Superficial

Para efectos de su corrección, los deterioros de los tipos A y B se enfrentan dediferente manera. En el caso de los del tipo B, la solución de mantenimiento sederivará del simple reconocimiento de su existencia, no siendo necesario apelar aotros parámetros para realizar el diagnóstico. Así, por ejemplo, los deterioros deltipo de ojo de pescado deben ser sometidos a bacheo, las áreas exudadas debenser sometidas a un tratamiento que brinde propiedades antideslizantes a lasuperficie, etc.

En cambio, la solución de los problemas que se manifiestan por medio de lasdegradaciones del tipo A depende de múltiples factores y, por lo tanto, eldiagnóstico exigirá la consideración de aspectos tales como la capacidad derespuesta de la subrasante, la calidad de los materiales existentes, el tránsitofuturo, etc. Los deterioros de este tipo suelen generar trabajos importantes derehabilitación del pavimento, los cuales traen implícito el paliativo para losdefectos del tipo B. Así, por ejemplo, el sello de fisuras para impedir la entrada delagua no es necesario si el tramo se somete a una operación de reciclado pararemediar defectos de mayor relevancia. De manera general, los deterioros del tipo


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B sólo intervienen en la solución en ausencia de los del tipo A. Por tal motivo, elíndice global que califica el estado del pavimento sólo tiene en cuenta losdeterioros del tipo A.

El primer paso en la determinación de este índice global (índice de deteriorosuperficial, “Is”) consiste en el cálculo del “índice de fisuración” (If), el cual dependede la gravedad y de la extensión de los fisuramientos de tipo estructural en cadazona evaluada. Debido a que en la Tabla 2.4.2 (Parte 2, Capítulo 4) se consideran demanera independiente dos tipos de fisuramientos de origen estructural, se deberátomar como representativo de la zona, el mayor de los dos índices calculados. Enseguida, se calcula el “índice de deformación” (Id), el cual depende, también, de lagravedad y de la extensión de las deformaciones de origen estructural.

La combinación de “If” e “Id” da lugar a un primer índice de calificación dedeterioro de la calzada, el cual debe ser corregido en función de la extensión y de lacalidad de los trabajos de parcheo y bacheo. En este punto, es importanteconsiderar que si bien algunos métodos de calificación de la condición delpavimento no incluyen las áreas parchadas y bachadas, VIZIR considera que ellasdeben formar parte integrante de la evaluación, bajo el argumento de quemientras una reparación localizada reciente enmascara un problema, lasreparaciones frecuentes lo confirman [ref. 3.1.2].

Efectuada esta corrección, cuando corresponda, se obtiene el “índice de deteriorosuperficial” (Is), el cual califica la calzada en la longitud escogida para el cálculo. Elvalor del Is varía entre 1 y 7 y su cálculo se realiza de la manera que se muestra enla Figura 3.1.1.

Se debe tener presente, en todos los casos, que la valoración de los deterioros deltipo A no constituye un criterio suficiente para definir las acciones que requiere lacalzada para su rehabilitación. El ingeniero deberá allegar toda la informaciónadicional requerida, conforme se describe en la presente guía metodológica, paradesarrollar una estrategia sana de rehabilitación.


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Figura 3.1.1. - Determinación del índice de deterioro superficial


212

3.1.2. Juicio sobre la capacidad del pavimento a partir de la evaluación de losdeterioros del tipo A

A partir del índice de deterioro superficial (Is), VIZIR define tres situacionesgenerales en relación con la probable capacidad del pavimento asfáltico en elinstante del inventario [ref. 3.1.2]:

1. Valores del “Is” de 1 y 2 representan pavimentos con limitadosfisuramientos y deformaciones, que presentan un buen aspecto general yque, probablemente, no requieran en el momento más que acciones demantenimiento rutinario.

2. Valores 3 y 4 representan pavimentos con fisuramientos de origenestructural y pocas o ninguna deformación, así como pavimentos sinfisuramientos pero con deformaciones de alguna importancia. Su estadosuperficial se considera regular y lo suficientemente degradado como paraponer en marcha tratamientos de rehabilitación de mediana intensidad.

3. Por último, los valores 5, 6 y 7 son indicativos de pavimentos conabundantes fisuramientos y deformaciones de origen estructural, cuyodeficiente estado superficial posiblemente exija la ejecución de trabajosimportantes de rehabilitación.

Estos tres casos corresponden a situaciones de frontera que se presentan en lapráctica, pero que no son los únicos que ocurren, dada la enorme variabilidadque se puede presentar en los pavimentos en servicio, en especial si durante eltranscurso de su vida han sido sometidos a procesos arbitrarios demantenimiento y rehabilitación. Por consiguiente, si bien los diagnósticos quese presentan más adelante en esta guía se refieren específicamente a estostres casos, queda al criterio del ingeniero el análisis de los restantes que se lepuedan presentar, los cuales podrán estar vinculados, muy seguramente, conalguno de los que aquí se analizan.

3.1.3. Los deterioros del tipo B y el juicio sobre la capacidad del pavimento

La definición de las unidades uniformes de análisis a partir de la condiciónestructural busca, fundamentalmente, remediar las causas de los deteriorosdel tipo A existentes en el pavimento. Es evidente que, en la mayoría de loscasos, la solución a ellos trae implícita la corrección de los deterioros del tipo


213

B. Así, por ejemplo, operaciones de reciclado o de reconstrucción obvian eltratamiento requerido para corregir algunos deterioros que puedan existir enesos tramos, como la exudación, la pérdida de película de ligante y losahuellamientos u ondulaciones debidos a falta de estabilidad de las mezclas.

Sin embargo, los deterioros del tipo B no pueden ser siempre ignorados en elinstante de las definiciones. Operaciones como el sellado de fisuras o elbacheo de zonas con depresiones u ojos de pescado, son necesarias antes de laejecución de trabajos de restauración o refuerzo.

Aún si la condición estructural del pavimento fuese excelente, la presencia dedefectos cuya causa está radicada en la capa asfáltica superficial puede exigirno solamente trabajos aislados sino, inclusive, labores generalizadas derestauración.

En los pavimentos asfálticos de las carreteras nacionales es muy frecuente lapresencia del deterioro denominado pérdida de película de ligante, debido aque la acción prolongada del agua lluvia afecta adversamente la unión entre elasfalto y la superficie de agregados pétreos con deficiente adherenciainherente, determinando el descubrimiento de los mismos. En muchos casos,este deterioro no está ligado a ningún síntoma de debilidad estructural. Noobstante, un pavimento en estas condiciones requiere la ejecución de obrasgenerales de restauración, antes de que el deterioro evolucione y los síntomasestructurales se comiencen a manifestar.

Superficies resbaladizas por excesos de asfalto, la existencia de agregadosaltamente pulimentables en la capa superior del pavimento y losahuellamientos y ondulaciones derivados de insuficiencias de estabilidad de lasmezclas, exigen también la definición y la ejecución de trabajos derestauración en áreas extensas, así la capacidad estructural global delpavimento sea satisfactoria.


214

Baja estabilidad

Gradación deficiente

Bajo contenido de asfalto

Alto contenido de asfalto

Vacíos con aire bajos

Vacíos con aire altos

Contenido de finos inadecuado

Mezcla tierna

Mezcla segregada

Deficiente preparación de la sup.

Exceso o defecto de liga

Inadecuado sellado de grietas

Compactación inadecuada

Exceso de humedad en la mezcla

Bajo espesor de capas asfálticas

Bajo espesor de base/sub base

Deficiente compactación de subrasante

Deficiente compactación base/subbase

Deficiente gradación base/sub base

Alta viscosidad del asfalto

Baja viscosidad del asfalto

Asfalto muy susceptible a la temperatura

Asfalto de rápido envejecimiento

Mezcla sensitiva a la humedad

Agregados de baja durabilidad

Agregado pulimentables

Agregados sucios

Alta exposición a la humedad

Baja temperatura ambiente

Alta temperatura ambiente

Ciclos diarios de temperatura fuertes

Alto volumen de tránsito

Alto número de ejes equivalentes

Estructura insuficiente

Deficiente selección de materiales

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215

Bajo contenido de ligante

Alto contenido de ligante

Gradación deficiente

Incompatibilidad emulsión/agregado

Deficiente aplicación de los materiales

Juntas deficientes

Rotura prematura del ligante

Agregados sucios o muy húmedos

Apertura prematura al tránsito

Ligante muy frío

Incorrecta calibración o altura de la flauta

Boquillas mal alineadas

Alta viscosidad del ligante

Baja viscosidad del ligante

Ligante muy susceptible a la temperatura

Ligante susceptible a la humedad

Rápido envejecimiento del ligante

Deficiente sanidad del agregado

Forma inadecuada del agregado

Agregados de baja adherencia

Alta exposición a la humedad

Baja temperatura ambiente

Alta temperatura ambiente

Gradientes térmicos diarios elevados

Alto volumen de tránsito

Alto número de ejes equivalentes

Exudada/Blanda

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216

Informes del diseño original

Planos y especificaciones

Registros de control de calidad

Planos record

Resultados de laboratorio

Resultados de evaluaciones previas

Historia sobre mantenimiento y reparaciones

Datos de tránsito

Registros climáticos

Registros del sistema de administración

Inspección desde vehículo

Inspección detallada

Ensayos no destructivos

Evaluación de capacidad estructural (retro cálculo)

Toma de núcleos de la capa asfáltica

Apiques hasta subrasante

Penetrómetro dinámico de cono

Clasificación de suelos

Granulometría

Contenido de agua

Densidad

Densidad

Contenido de asfalto

Vacíos con aire

Viscosidad de ligante

Susceptibilidad térmica del asfalto

Granulometría

Desgaste del agregado grueso

Durabilidad del agregado

Sanidad del agregado

Sensibilidad al agua

CBR (no ligados)

Tensión indirecta (ligados)

Módulo resiliente (suelos y agregados)

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217

Informes del diseño original

Planos y especificaciones

Registros de control de calidad

Resultados de ensayos

Resultados de evaluaciones previas

Historia de mantenimiento y reparaciones

Datos de tránsito

Estudios ambientales y climáticos

Registros del sistema de administración

Inspección desde vehículo

Inspección detallada

Contenido de ligante

Viscosidad del ligante

Susceptibilidad térmica del ligante

Gradación del agregado

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218

3.1.4. Aplicaciones del inventario de los deterioros del pavimento

El inventario de los deterioros de un pavimento permite, ante todo, delimitar zonasde diferente comportamiento a lo largo del proyecto y es la base para unaprogramación idónea de los trabajos posteriores de evaluación destructiva y nodestructiva de la calzada.

Los diversos tipos de deterioros suelen estar relacionados con determinadosmecanismos. Aquéllos que básicamente están asociados con la acción de las cargasdel tránsito exigen trabajos de rehabilitación con fortalecimiento estructural, entanto que los asociados con los materiales y con el clima se deben enfrentar, antetodo, buscando remediar las causas de las deficiencias o minimizando su impactosobre el comportamiento del pavimento. Es evidente, no obstante, que algunosproblemas muy severos motivados por los materiales o por aspectos ambientales,pueden exigir la reconstrucción del pavimento.

Por otra parte, la inspección periódica de la superficie del pavimento durante laetapa de operación, brinda a la entidad datos sobre la progresión de los deterioros,aplicables a sus modelos de administración del mantenimiento.

REFERENCIAS

3.1.1 - COOK M.C., SEEDS S.B., ZHOU H. & HICKS R.C., “Guide for investigation andremediation of distress in flexible pavements. A Description of CALTRANS newprocedure”, TRB 2004 Annual Meeting

3.1.2 - LCPC, “VIZIR, méthode assistée par ordenateur pour l’estimation des besoinsde entretien d’un réseau routier”, Paris, Décembre 1991


219

CAPÍTULO 2GUÍAS PARA LA EVALUACIÓN ESTRUCTURAL DEL PAVIMENTO

La evaluación estructural consiste en el examen de toda la información recolectadaen relación con las deflexiones, los espesores y las pruebas destructivas, con el finde alcanzar un juicio sobre la condición estructural actual del pavimento; es decir,establecer qué tanto daño ha sufrido y valorar su capacidad estructural remanente.Los resultados de esta evaluación, junto con las correspondientes a los deterioros yal drenaje, permitirán dividir al pavimento en tramos estructuralmente uniformes,seleccionar una o más alternativas apropiadas para el mejoramiento estructural yconducir al desarrollo de diseños preliminares para estas alternativas.

En los términos de la presente guía metodológica y siempre que el ingenieroconsidere que el pavimento presenta un comportamiento esencialmente elástico,la evaluación estructural consistirá en el análisis combinado de las medidas dedeflexión con los espesores de las diferentes capas del pavimento, para definir losmódulos de la subrasante y de las diferentes capas del pavimento, así como paraestablecer el “número estructural efectivo”, información que habrá de emplear conposterioridad en modelos empírico - mecanísticos para elaborar predicciones encuanto a fatiga, ahuellamiento y rugosidad.

Si el ingeniero considera que, por su estado, el comportamiento del pavimento seaparta de los patrones de la elasticidad, las medidas de deflexión no son necesariasy, en caso de disponer de ellas, no se deben emplear para modelarlo pues, deseguro, han de conducir a resultados faltos de realismo. En este evento, elingeniero debe dirigir la mira hacia el establecimiento de las causas quedeterminan las insuficiencias de la estructura y de la fundación, fundamentalmentea través de los resultados de la evaluación destructiva del pavimento.

3.2.1. Definición de sectores de respuesta elástica homogénea

La representación gráfica de los valores ajustados de deflexión permite apreciar lavariabilidad de la respuesta de la estructura a lo largo del proyecto. Las deflexionesdeben ser referenciadas al abscisado real de la carretera, de manera que se puedanevaluar en correspondencia con los deterioros del pavimento, con la condición delos drenajes, con las medidas de espesor y con los resultados de la exploracióndestructiva.


220

El perfil de los valores máximos individuales de deflexión (los obtenidos bajo elcentro de aplicación de la carga en cada punto de ensayo) a lo largo del proyectodebe ser examinado por el ingeniero, para determinar si se presentan cambiosimportantes en la respuesta estructural del pavimento, como lo muestra la Figura3.2.1. En caso de presentarse, se delimitarán sectores de respuesta elásticahomogénea. Aunque la sectorización se puede realizar visualmente, se recomiendautilizar el método de las diferencias acumuladas descrito en el Apéndice J de la guíade diseño de pavimentos de la AASHTO, versión 1993 [ref. 3.2.1], el cual sepresenta en el Anexo E de esta guía.

Figura 3.2.1. - Perfil de medidas de deflexión -adaptado de referencia [2.8.7]

Definidos los sectores homogéneos se calculará, si el ingeniero lo desea, unadeflexión representativa para cada uno (deflexión característica), suponiendo quelos valores se distribuyen en cada sector de acuerdo con una ley de distribuciónnormal. El valor representativo dependerá del grado de confiabilidad elegido por elingeniero, el cual debe ser consecuente con el grado de confiabilidad adoptadopara el diseño de las obras de rehabilitación. Cada sector homogéneo deberá sertratado de manera independiente para los propósitos del diseño de las obras derehabilitación del pavimento.

El perfil de los valores máximos individuales de deflexión se debe contrastar con losresultados de las evaluaciones de deterioros, drenaje, estructura y subrasante, paradeterminar las causas de las deflexiones anormalmente altas o bajas y establecer lacondición estructural real del pavimento.


221

3.2.2. Determinación de los Módulos Dinámicos de las diferentes capas delpavimento, a partir de los valores de deflexión

La Figura 3.2.2 presenta un esquema de la zona del pavimento que queda sometidaa esfuerzos bajo la carga de un equipo de medida de deflexión de tipo dinámico(por vibración o por impacto). Cuando la carga es aplicada, dicha zona se extiende através de una porción de la estructura, como lo muestra la parte cónica de la figura.La pendiente de los lados de esta zona, que varía entre una capa y otra, estárelacionada con el módulo de la capa (a medida que el material es más rígido, elesfuerzo se distribuye sobre un área mayor).

Figura 3.2.2. - Esquema de la zona de esfuerzos en el pavimento bajo la carga de unequipo dinámico

Para determinar los valores de los módulos dinámicos a partir de las deflexiones, seconsidera que el pavimento es un sistema elástico de capas múltiples, del cual serequieren conocer los espesores de las capas y las relaciones de Poisson de losmateriales que las constituyen. Los primeros se establecen a través de lasperforaciones y de la auscultación con georradar, mientras las segundas pueden sercalculadas o asumidas en función de los materiales constitutivos de las capas. LaTabla 3.2.1 muestra algunos valores típicos de ellas [ref. 3.2.2].


222

Tabla 3.2.1.Valores típicos de la relación de Poisson (μ)

MATERIALTEMPERATURA

(ºC)RANGO GENERAL

VALORTÍPICO

Materiales ligados conasfaltoConcreto asfáltico

Mezclas drenantes

Mezclas en frío yestabilizaciones

0-55-20

20-35

< 55-35

< 55-35

0.15-0.200.20-0.300.30-0.40

0.30-0.400.35-0.40

0.20-0.350.30-0.45

0.200.250.35

0.350.40

0.300.35

Bases estabilizadasGrava cementoSuelo cementoArena-cal-cenizaSuelo cal

0.10-0.200.15-0.250.10-0.250.15-0.30

Materiales granulares ysubrasantesArcilla saturadaArcilla arenosaLimoArena densaArena de grano gruesoArena de grano finoRoca madre

0.40-0.500.20-0.300.30-0.350.20-0.40

0.10-0.40

0.450.250.330.300.150.250.25

Los módulos dinámicos de las capas de un pavimento asfáltico se pueden estimar apartir de las deflexiones mediante tres procedimientos básicos: (i) retrocálculo, (ii)cálculo directo y (iii) ecuaciones de regresión. Los valores obtenidos con cada unode ellos suelen ser diferentes, por lo que el buen juicio ingenieril será determinanteen la elección del más apropiado para cada caso particular. Para los fines de lapresente guía, el retrocálculo y el cálculo directo se consideran ajustados a losniveles de información 1 y 2, en tanto que las ecuaciones de regresióncorresponden al nivel 3 (ver numeral 1.4).


223

3.2.2.1. Proceso de retrocálculo

Los resultados de deflexión de los equipos de medida dinámica (carga vibratoriasinusoidal o impacto) se pueden emplear para determinar los módulos de las capasdel pavimento. El procedimiento más utilizado para predecirlos es el retrocálculo, apartir de la carga dinámica aplicada (P), el radio de la placa de carga (r), losespesores de las capas (hi) y las relaciones de Poisson (μi) de los materiales que lasconstituyen. La premisa fundamental de este procedimiento es que, para elpavimento bajo análisis, sólo existe una combinación de los módulos de las diversascapas que da lugar a un cuenco de deflexiones teórico que coincide con el medidoen el lugar con el deflectómetro.

El retrocálculo es una evaluación mecanística, a través de la cual se busca lacoincidencia, con algún margen de tolerancia, entre el cuenco de deflexióncalculado mediante la aplicación de la teoría elástica y el cuenco producido en elpavimento por el equipo de medida de deflexiones (Figura 3.2.3). El proceso, queinvolucra los módulos de las diversas capas del pavimento y la subrasante, esnormalmente iterativo y se resuelve con ayuda de software utilizable enmicrocomputadores.

Figura 3.2.3. - Cuencos de deflexión teórico y real

El retrocálculo se ejecuta con la secuencia que muestra el diagrama de flujo de laFigura 3.2.4 y comprende los siguientes pasos:


224

- Medida de las deflexiones a distintas distancias del punto de aplicación de lacarga.

- Registro de la carga aplicada y de los espesores del pavimento en el sitio delensayo.

- Introducción de módulos elásticos iniciales de las diversas capas de pavimento(módulos semilla), los cuales se escogen, bien a partir de la experiencia deldiseñador, bien empleando algunas ecuaciones que permiten su estimación apartir de las deflexiones

- Mediante algún programa de computador apropiado, se determina el cuencode deflexión del modelo del pavimento.

Figura 3.2.4. – Diagrama de flujo de un proceso de retrocálculo

El programa de retrocálculo compara el cuenco calculado con el medido en el sitiode ensayo y establece si existe o no una adecuada convergencia. La medida másutilizada para ello es la raíz del error medio cuadrático (RMS) [ref. 3.2.3].Normalmente, se considera que la convergencia es adecuada si el RMS no es mayorde 1 o 2 %.

Los programas de retrocálculo de mayor utilización, se basan en una aplicacióniterativa inversa de la teoría de elasticidad en sistemas de capas. Ejemplos de ellosson BISDEF, ELSDEF, CHEVDEF y EVERCALC, los cuales se basan en los programas


225

BISAR, ELSYM5, CHEVRON y WESLEA, respectivamente. El programa EVERCALCforma parte de la presente guía metodológica, con autorización de su autor, elWashington DOT. El paquete EVERSERIES, del cual forma parte el programaEVERCALC, puede ser obtenido de manera gratuita en la página webwww.wsdot.wa.gov/biz/mats/Apps/EPG.htm

La expresión para determinar la RMS es la siguiente:

(100)*d

dd*

n

1(%)RMS

2

mi

micin

1id

Donde: RMS: Raíz del error medio cuadrático.

dci: Deflexión superficial del pavimento, calculada en el punto delsensor i.

dmi: Deflexión superficial del pavimento, medida con el sensor i.

nd: Número de sensores de deflexión usados en el proceso deretrocálculo

La Tabla 3.2.2 presenta un ejemplo de la solución iterativa por retrocálculo para elsistema de cuatro (4) capas mostrado en la Figura 3.2.5, a partir de las medidas dedeflexión con el FWD en un punto del pavimento.

Figura 3.2.5. – Esquema del pavimento para el ejemplo de retrocálculo

www.wsdot.wa.gov/biz/mats/Apps/EPG.htm


226

Tabla 3.2.2.Ejemplo del proceso de retrocálculo

IteraciónMódulos de tanteo (MPa) Deflexiones calculadas (0.001 mm) RM

S(%)

E1 E2 E3 E4 ∆1 ∆2 ∆3 ∆4 ∆5 ∆6 ∆7

1 1724 276 138 690 276 201 166 132 108 75 40 20.52 1724 276 207 345 238 137 136 105 83 55 31 36.43 1724 207 103 276 335 257 218 177 147 104 58 5.94 1793 224 107 297 320 245 208 169 141 100 56 1.35 1862 224 107 297 316 243 207 169 141 100 56 0.9

Deflexiones medidas (0.001 mm) 309 243 208 171 140 99 54

Para la primera iteración, el cálculo del RMS sería:

%20.5100*545440..........

309309276*

71RMS

22

Siempre que el RMS resulte mayor que el límite fijado como aceptable, el programade cómputo busca nuevos valores modulares y repite el cálculo del cuenco dedeflexión teórico, hasta lograr la convergencia con el real, dentro del rango detolerancia aceptable. Algunos programas contienen unos rangos seleccionados demódulos, para prevenir convergencias con valores modulares faltos de realismo.Obtenida la convergencia, se supone que los módulos teóricos con los cuales selogró, son representativos de los materiales reales en el sitio del ensayo.

Los módulos determinados a través del retrocálculo deben ser comparados con losobtenidos en experiencias previas con materiales similares (ver Tabla 3.2.3), paraverificar que los resultados son razonables. Se recomienda la ejecución de algunosensayos complementarios, a partir de la exploración destructiva del pavimento,para comprobar los valores modulares derivados de las pruebas realizadas con elequipo de medida de deflexiones.

Una variación de los programas tradicionales de retrocálculo, son los programas decómputo en los cuales las deflexiones medidas se comparan directamente conjuegos de cuencos de deflexiones almacenados en la base de datos, los cuales hansido generados de manera teórica. En este caso, se supone que la estructura real esaquella estructura teórica cuyo cuenco de deflexión coincide con el obtenido en elterreno con el equipo de ensayo no destructivo. Un ejemplo de estos programas es


227

el MODULUS, que utiliza el programa WESLEA para generar su base de datos decuencos de deflexión.

Tabla 3.2.3.Valores típicos de los módulos de capas de pavimentos asfálticos

MATERIALRANGO GENERAL

(MPa)VALOR TÍPICO

(MPa)Concreto asfáltico(*) 1,000-4,000 2,500Base estabilizada con asfalto(*) 700-3,500 1,700Grava cemento 2,000-7,000 4,000Suelo cemento 350-700 500Suelo cal 200-400 300Base granular 140-280 210Subbase granular 70-140 100Subrasante granular 50-140 80Subrasante fina 20-50 35(*)Los módulos de las capas asfálticas son altamente dependientes de la temperatura yde la frecuencia de aplicación de la carga. Los valores indicados corresponden atemperaturas entre 20 °C y 30 °C y a las velocidades corrientes de circulación de losvehículos pesados en las carreteras colombianas.

El desarrollo y la aplicación de la tecnología del retrocálculo han dado lugar aalgunas reglas generales de tipo práctico:

- Las deflexiones medidas a más de un metro (1 m) del centro de la carga,dependen casi totalmente del módulo de la subrasante.

- La presencia de una capa rígida aparente, subyacente al pavimento y a lasubrasante, tiene impacto sobre las deflexiones medidas, por lo que debe sertenida en cuenta en el proceso de retrocálculo o, de lo contrario, se produce unajuste inadecuado de los cuencos (ver numeral 3.2.2.2).

- Las deflexiones de pavimentos que tengan varias capas ligadas con asfalto, dediferente tipo, producen soluciones múltiples. En estos casos, conviene disponerde información de laboratorio, para ayudar a eliminar la duplicidad.

- Es difícil retrocalcular el módulo de capas muy delgadas (menores de 75 mm),especialmente cuando ellas se encuentran en la superficie. En teoría, la variacióndel módulo de capas muy delgadas no produce variaciones de importancia en ladeflexión del pavimento.


228

Un procedimiento particular y elemental de retrocálculo, es el que se realiza apartir de las dos deflexiones medidas con la viga Benkelman doble. En este caso, seemplea un programa corriente para el cálculo de esfuerzos, deformaciones ydesplazamientos (por ejemplo, BISAR o EVERSTRESS) y se asignan de maneraiterativa valores modulares a todas las capas, hasta que los desplazamientosverticales superficiales entregados por el programa a las distanciascorrespondientes a las posiciones en las cuales se encontraban los extremos de losbrazos de la viga -generalmente 0 y 250 mm- coincidan razonablemente con losmedidos en el terreno. Dado el bajo número de deflexiones involucradas en elcálculo y el hecho de que la carga de ensayo es estática, se debe considerar que losmódulos determinados por este procedimiento corresponden al tercer niveljerárquico de información.

A pesar de sus bondades, el retrocálculo presenta algunas limitaciones, la principalde ellas la suposición de que el sistema es uniforme y continuo, lo que ignora tantola existencia de discontinuidades en el pavimento (fisuras, por ejemplo), como elhecho de que los materiales granulares y la subrasante suelen exhibir uncomportamiento elástico no lineal, dependiente del estado de esfuerzos. Enalgunas ocasiones, las diferencias entre los cuencos medidos y los calculados sontan grandes, que la solución resulta cuestionable o, simplemente, se debeconsiderar que no existe una solución de capas elásticas para el cuenco medido enel terreno.

3.2.2.2. Profundidad de la capa rígida

El efecto de una capa rígida bajo la subrasante tiene impacto en la magnitud de lasdeflexiones y, por lo tanto, en la modulación del pavimento que se pueda obtenerpor retrocálculo a partir de ellas. El procedimiento más utilizado para estimar laprofundidad a la cual ella se encuentra, es el propuesto por Rohde & Scullion [ref.3.2.4]. La premisa fundamental de este método es que la deflexión medida en lasuperficie es el resultado de las deformaciones de los diferentes materiales que seencuentran en la zona de los esfuerzos aplicados; es decir, que la deflexión medidaa cierta distancia del punto de aplicación de la carga es el resultado directo de ladeflexión bajo una profundidad específica en la estructura del pavimento.

Lo anterior significa que sólo aquella porción del pavimento que se encuentra en lazona que es esforzada contribuye a las deflexiones medidas en la superficie. Por lotanto, no habrá deflexión superficial originada más allá de la profundidad a la cualla zona de esfuerzos aplicados se encuentra con la capa rígida, cuyo módulo seconsidera que es 100 veces mayor que el de la subrasante (Figura 3.2.6).


229

Figura 3.2.6. – Ilustración de la deflexión cero debido a una capa rígida

Una estimación de la profundidad a la cual ocurre la deflexión cero se puedeobtener de una gráfica en la cual se relacionen las deflexiones medidas en lasuperficie con los inversos de las distancias a las cuales se midieron (1/r), como loilustra la Figura 3.2.7. La porción media de la línea es recta y sus extremos soncurvados a causa de no linealidades asociadas con el comportamiento de las capasdel pavimento y la subrasante. En este esquema, la distancia a la cual ocurre ladeflexión cero (r0) se estima extendiendo la parte recta hasta el eje de las abscisas.

Figura 3.2.7. – Gráfica 1/r vs deflexión medida


230

Debido a diferentes factores específicos de cada pavimento, es necesarioconsiderar otros factores adicionales a “r0” para determinar la profundidad de lacapa rígida (B). Para determinarla, se efectuaron corridas múltiples del programaBISAR con la carga de referencia (40 kN) y asumiendo diferentes valores modulares,espesores y profundidades de la capa rígida, obteniéndose las ecuaciones deregresión que se presentan a continuación. De todas maneras, siempre esconveniente verificar la profundidad calculada de la capa rígida con la realdetectada mediante perforaciones. Las ecuaciones obtenidas fueron las siguientes:

Si las capas asfálticas tienen menos de 50 mm de espesor

ICB*0.0037)(r*23.6609)(r*10.2717)(r*0.32420.0362B1 3

02

00

Si las capas asfálticas tienen entre 50 y 100 mm de espesor

IDB*0.0004)(r*0026.11)(r*4290.5)(r*0.16520.0065B1 3

02

00

Si las capas asfálticas tienen entre 100 y 150 mm de espesor

ICB*0.0778IDB*0.0063ICS*0.0012)(r*0.99290.0413B1

0

Si las capas asfálticas tienen más de 150 mm de espesor

log(ICB)*0.0665-IDB*0.0033)(r*0137.3)(r*0.56690.0409B

1 200

Donde: B: Profundidad de la capa rígida (pies).

r0: Distancia de intersección de la curva 1/r (1/pie).

Los parámetros ICS, IDB e ICB tienen el significado que se indica en el numeral 3.2.3y las unidades de deflexión para calcularlos en estas expresiones son milésimas depulgada (0.001 pg).


231

3.2.2.3. Determinación del módulo de la subrasante por cálculo directo

Algunos investigadores han desarrollado métodos simples para estimar de maneradirecta el módulo de la subrasante a partir de los valores de deflexión, empleandoel modelo elástico de Hogg. Uno de estos métodos es YONAPAVE [ref. 3.2.5], cuyaexpresión para estimar el módulo es:

n0

00 l*

Dp

*mE

Donde: E0: Módulo de la subrasante (MPa).

p: Presión del plato de carga del deflectómetro (kPa).

D0: Deflexión máxima bajo el plato de carga (0.001 mm).

l0: Longitud característica del cuenco de deflexión (cm).

*AREAB0 e*Al

0

9006003000

D

)D2D2D6(DAREA

Donde: Di: Deflexiones a las distancias indicadas, desde el centro deaplicación de la carga (0.001 mm).

A, B, m, n: Coeficientes de ajuste (Tabla 3.2.4)

Tabla 3.2.4.Coeficientes de ajuste A, B, m, n

RANGO DE AREA A B m nMayor o igual a 23 3.275 0.1039 926.9 -0.8595Mayor o igual a 21 y menor de 23 3.691 0.0948 1152.1 -0.8782Mayor o igual a 19 y menor de 21 2.800 0.1044 1277.6 -0.8867Menor de 19 2.371 0.1096 1344.2 -0.8945

Otro método de este tipo, es el propuesto en el documento FHWA-RD-05-152 [ref.3.2.6], en el cual se emplea la deflexión máxima y una adicional de las medidas con

Instituto Nacional de Vías Guía metodológica para el diseño de obras de rehabilitación de pavimentos asfálticos de carreteras

232

el FWD, a una distancia tal, que el valor de deflexión correspondiente sea aproximadamente igual a la mitad del máximo. La ecuación para determinar el módulo es la siguiente:

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⎥⎦⎤

⎢⎣⎡

−−+

=lD

pSS

)μ2(1)4μ)(3μ(1IE

0

0

0

000

Donde: E0: Módulo de la subrasante.

I: Factor de influencia (Tabla 3.2.5).

μ0: Relación de Poisson de la subrasante.

S: Rigidez del pavimento (p/ D0).

p: Carga aplicada.

D0: Deflexión central (deflexión máxima).

l: Longitud característica del cuenco de deflexión.

[ ]0.5502

50050

0 rα4m)r(y2r

yl −+=

Si 500 0.2m)r(ylentonces0.2,lα

−=<

S0/S = relación entre la rigidez de la carga puntual teórica y la rigidez del pavimento

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ −−=⎥

⎦

⎤⎢⎣

⎡0.2

lα

m1SS

0

Si 1.0SS

entonces0.2lα

0

=⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡<


233

Donde: y0: Coeficiente de longitud característica (Tabla 3.2.5).

m: Coeficiente de longitud característica (Tabla 3.2.5).

α: Coeficiente de ajuste de la curva (Tabla 3.2.5).

r50: Distancia a la cual la deflexión es igual a la mitad de la máxima(Dr/D0 = 0.5).

B1DD

α1

B1/αrr 1/β

r

0

β/1

50

Donde: β: Coeficiente de ajuste de la curva (Tabla 3.2.5).

B: Coeficiente de ajuste de la curva (Tabla 3.2.5).

Esta implementación del modelo de Hogg considera tres (3) casos. El Caso IIIcorresponde a una fundación elástica infinita, mientras los Casos I y II son paracapas elásticas finitas, con un espesor efectivo que se asume aproximadamenteigual a diez (10) veces la longitud característica del cuenco de deflexión (10* l0).Los dos casos de espesor finito son para subrasantes con relación de Poisson de0.40 y 0.50, respectivamente. Las diferentes constantes usadas para los 3 casosdel modelo se muestran en la Tabla 3.2.5. El Caso II ha sido empleado de maneraamplia para calcular módulos de subrasante con propósitos de evaluación depavimentos mediante cálculo directo.

El método del cálculo directo no intenta reemplazar al retrocálculo o a cualquierotra manera de medir los módulos de elasticidad. Simplemente, ofrece otramanera de estimarlos, para que el ingeniero pueda comparar los resultadosobtenidos por dos o más métodos de evaluación. Si las diferentes aproximacionesdan lugar a resultados similares, se podrá tener una confianza razonable sobre susmagnitudes para el uso posterior en la evaluación del pavimento y en el diseño desu rehabilitación.

La FHWA ha elaborado unas hojas de cálculo en Microsoft© Excel, las cualescontienen la formulación en la cual se basa el cálculo directo. Las hojas se puedensolicitar de manera gratuita al correo electrónico [email protected] y su


234

empleo ha sido autorizado por la FHWA al Instituto Nacional de Vías. Lasinstrucciones para el uso de las hojas se presentan en el Anexo F de la presenteguía.

Tabla 3.2.5.Coeficientes del modelo de Hogg

CASO I CASO II CASO III

Distancia a soporte rígido H/l 10 10 Infinito

Relación de Poisson μ0 0.50 0.40 Cualquiera

Factor de influencia I 0.1614 0.1689 0.1925

Rango Drrr/D0 > 0.70 > 0.43 Cualquiera

r50 = f (Drrr/D0) α 0.4065 0.3804 0.3210

β 1.6890 1.8246 1.7117

Β 0 0 0

Rango Drrr/D0 < 0.70 < 0.43

r50 = f (Drrr/D0) α 2.6947E-3 4.3795E-4

β 4.5663 4.9903

Β 2 3

l = f (r50,a) y0 0.642 0.603 0.527

m 0.125 0.108 0.098

(S/S0) = f( a/ l) 0.219 0.208 0.185

3.2.2.4. Determinación del módulo de la subrasante mediante ecuaciones deregresión

La bibliografía presenta resultados de estudios a través de los cuales se puedenestimar los módulos de las capas del pavimento y de la subrasante a partir de lasmedidas de deflexión con un deflectómetro de impacto, sin apelar a losprocedimientos de retrocálculo o de cálculo directo [ref. 3.2.7]. En general, el éxitode estas ecuaciones en la predicción de los módulos es limitado. De todas maneras,existe consenso en el hecho de que las deflexiones medidas más allá de los efectosprimarios del bulbo de esfuerzos, correlacionan bastante bien con el módulo de lasubrasante. Ejemplos de estas ecuaciones, se presentan a continuación.

mailto:[email protected]


235

Ecuaciones del Departamento de Transporte del Estado de Washington en sistemasde tres capas [ref. 3.2.3]

E0 = -37.1 + 34.3*[P/D900]

E0 = -7.8 + 22.6*[P/D1200]

E0 = -24.2 + 52.9*[2P/(D900 + D1200)]

Las tres ecuaciones tienen R2 = 0.99.

Donde: E0: Módulo de la subrasante (kg/cm2).

P: Carga aplicada sobre una placa de 300 mm de diámetro (kg).

D900: Deflexión a 900 mm del centro de aplicación de la carga (0.001mm).

D1200: Deflexión a 1200 mm del centro de aplicación de la carga(0.001 mm)

Ecuación de Darter para determinar el módulo resiliente de la subrasante [ref.3.2.8]

r*D*π

μ1*PE

r

2

0

Donde: E0: Módulo de la subrasante (kg/cm2).

P: Carga aplicada sobre la placa de 300 mm de diámetro (kg).

Dr: Deflexión superficial del pavimento a una distancia “r” delcentro de la placa de carga (cm.).

μ: Relación de Poisson de la subrasante.

Para μ = 0.50, la ecuación se convierte en:

r*DP*0.24

Er

0


236

Darter recomienda que la deflexión usada para la determinación del móduloresiliente sea tomada a una distancia “r” cuando menos igual a 0.7 veces r/ae,siendo “r” la distancia radial al sensor de deflexión y “ae” la dimensión radial delbulbo de esfuerzos aplicado en la interfaz entre las capas granulares y lasubrasante. Esta dimensión se puede calcular con la expresión:

2

3

0

p2e E

E*Daa

Donde: a: Radio de la placa de carga del equipo dinámico (cm).

D: Espesor total del pavimento (cm).

Ep: Módulo efectivo del pavimento (kg/cm2).

El valor Ep se obtiene despejándolo de la expresión:

Donde: D0: Deflexión máxima bajo el plato de carga (cm).

3.2.2.5. Determinación del módulo de las capas granulares mediante ecuacionesde regresión

El Departamento de Transporte del Estado de Washington presenta la siguienteecuación, para un sistema de pavimento asfáltico de tres capas [ref. 3.2.3]:

20D

1A*Plog0.24540logE0.51386

HH

0.09416H5.9

0.12541H5.9

0.034740.50634GElogG

CA

GCA

Ecuación cuyo R2 = 0.70.


237

Donde: EG: Módulo de las capas granulares (lb/pg2).

P: Carga aplicada sobre una placa de 300 mm de diámetro(libras).

HCA: Espesor de las capas de concreto asfáltico (pulgadas).

HG: Espesor de las capas granulares (pulgadas).

E0: Módulo de la subrasante (lb/pg2).

D0: Deflexión bajo el centro de aplicación de la carga (pulgadas).

A1:= Área aproximada bajo el cuenco de deflexión hasta unadistancia de 900 mm

A1 = 22(D0 + D200) + (D200+ D300) + 3(D300 + D600) + 3(D600 + D900)

Siendo: D200: Deflexión a 200 mm del centro de aplicación de la carga(pulgadas).

D300: Deflexión a 300 mm del centro de aplicación de la carga(pulgadas).



3.2.2.6. Determinación del módulo de las capas asfálticas mediante cálculodirecto

El documento FHWA-RD-05-152 [ref. 3.2.6] incluye la ecuación que se indica acontinuación para el cálculo directo del módulo dinámico de las capas asfálticas, lacual fue calibrada como resultado de múltiples corridas del programa CHEVLAY2. Laecuación es apropiada para pavimentos asfálticos convencionales, cuyas capasinferiores sean de tipo granular. El uso de la hoja electrónica elaborada por laFHWA para el cálculo del módulo con esta ecuación también ha sido autorizado al


238

Instituto Nacional de Vías. Las instrucciones para el uso ella se presenta en elAnexo F de la presente guía.

23

)(1/AF3CAPCA k/k*AF*EE AC

Donde: ECA: Módulo de las capas asfálticas superiores.

AFAC: Factor AREA.

1.35

1

3002

2AC

k

AREAk

1kAF

Donde: k1 = 6.85

k2 = 1.752

k3 = HCA/2a

EP: Módulo compuesto del pavimento bajo la placa de carga deradio “a”.

HCA: Espesor de las capas asfálticas, en las mismas unidades de “a”.

0P D

σ*a*1.5E

Donde: σ: Presión de impacto del FWD.

D0: Deflexión bajo el centro de aplicación de la carga.

0

300

0

200300 D

D

D

D32*2AREA

Donde: D200: Deflexión a 200 mm del centro de aplicación de la carga.

D300: Deflexión a 300 mm del centro de aplicación de la carga.


239

3.2.2.7. Determinación del módulo de las capas asfálticas mediante ecuacionesde regresión

El Departamento de Transporte del Estado de Washington presenta la siguienteecuación para estimar el módulo de las capas asfálticas (ECA), en lb/pg2, para unsistema de pavimento de tres capas [ref. 3.2.3]:

20D

1A*Plog1.882980logE0.96687

HH

0.69727H5.9

0.92874H5.9

0.257264.13464-ElogG

CA

GCACA

El significado y las unidades de los diferentes términos de esta ecuación, cuyoR2=0.78, son los indicados en el numeral 3.2.2.5.

En una investigación adelantada en la Universidad de Carolina del Norte [ref. 3.2.9]se estableció la siguiente ecuación:

4.8888H*0.0756logH*2.5124-)Dlog(D*0.8395)Dlog(D*1.7718Elog CACA6003003000CA

Donde: ECA: Módulo de las capas asfáltica (ksi).

HCA: Espesor de la capa de concreto asfáltico (pulgadas).

D0: Deflexión bajo el centro de aplicación de la carga (0.001 pg).

D300: Deflexión a 300mm del centro de aplicación de la carga(0.001pg).

D600: Deflexión a 600mm del centro de aplicación de la carga (0.001pg).

3.2.3. Otros parámetros basados en el Cuenco de Deflexión que brindaninformación sobre la condición estructural del pavimento

Algunos parámetros del cuenco de deflexión dan información adicional sobre lacondición relativa de un pavimento asfáltico en los puntos de medición (Tabla3.2.6). Ellos se basan en los siguientes principios:

- La deflexión bajo el centro de aplicación de la carga representa la deflexión detoda la estructura del pavimento.


240

- La pendiente o las diferencias de deflexión cerca del punto de aplicación de lacarga reflejan la rigidez relativa en la parte superior de la estructura delpavimento-

- La pendiente o las diferencias de deflexión en la parte media del cuenco dedeflexión (entre unos 300 y 900 mm del punto de aplicación de la carga) reflejanla rigidez relativa de la capa de base o de las capas inferiores de la sección depavimento.

- Las deflexiones medidas hacia el extremo del cuenco reflejan bastante bien lacondición de la subrasante.

Tabla 3.2.6.Parámetros del cuenco de deflexión

PARÁMETRO FÓRMULA INDICADOR

AREA AREA =

0

9006003000 22*6

DDDDD Rigidez relativa entre el

pavimento y su soporte

Índice de curvaturasuperficial

ICS = D0 – D300

Junto con otrosparámetros, da una ideade la rigidez de las capasasfálticas

Índice de daño dela base

IDB = D300 – D600Deformación compresivasobre la base granular

Índice de curvaturade la base

ICB = D600 – D900Deformación compresivasobre la subrasante

Nota: los subíndices de “D” están en milímetros

El valor máximo del “AREA” es 36 y se presenta cuando las cuatro medidas dedeflexión son iguales, situación que corresponde a un pavimento extremadamenterígido, caso que nunca sucede en la práctica. El valor mínimo posible del parámetroes 11.1, el cual ocurriría si el pavimento tuviese la misma rigidez de la subrasante.Rangos de valores del parámetro “AREA”, para diferentes condiciones generales delos pavimentos asfálticos, se presentan en la Tabla 3.2.7 [ref. 3.2.3].

En relación con los otros parámetros, la referencia [3.2.10] menciona que, parapavimentos de tipo flexible, valores de IDB por encima de 0.150 milímetros indicanla posibilidad de un comportamiento deficiente de la base granular, en tanto quevalores de IDB superiores 0.080 milímetros pueden representar una condiciónpobre de la subrasante.


241

Tabla 3.2.7.Rangos del parámetro AREA según la estructura del pavimento

ESTRUCTURA AREAPavimento con capas asfálticas gruesas (100 mm ó más) 21 – 30Pavimento con capas asfálticas delgadas (menos de 100 mm) 16 – 21Pavimento con tratamiento superficial 15 – 17Pavimento débil con tratamiento superficial 12 - 15

3.2.4. Evaluación de la capacidad estructural de un pavimento asfáltico a partirde las deflexiones

Existen varias aproximaciones para la estimación de la capacidad estructural de unpavimento asfáltico en servicio a partir de las deflexiones FWD. Las que sepresentan en esta guía se refieren a la determinación del número estructuralefectivo (SNeff), definido en la guía de diseño AASHTO-93 [ref. 3.2.1]. Sobre ellas, lapresente guía no establece niveles jerárquicos de información.

3.2.4.1. Determinación del SNeff según la guía AASHTO-93

De acuerdo con la guía de diseño AASHTO-93 [ref. 3.2.1], el SNeff es función delespesor total del pavimento en pulgadas (HT) y de su módulo efectivo, en lb/pg2

(Ep):

SNeff = 0.045* HT *(Ep)1/3

3.2.4.2. Determinación del SNeff según el método Rohde

Una segunda aproximación para el cálculo del número estructural efectivo es lapropuesta por Rohde [ref. 3.2.11]:

SNeff = k1*SIPk2*(HT)k3

Donde: HT: Espesor total del pavimento (milímetros).

SIP: Índice estructural del pavimento = D0 – D1.5* HT (0.001mm).

D1.5*HT: Deflexión a una distancia igual a 1.5 veces el espesortotal del pavimento (0.001 mm)


242

k1, k2, k3: Coeficientes que dependen del tipo de capa superficialdel pavimento (Tabla 3.2.8).

Tabla 3.2.8.Coeficientes de la fórmula de Rohde

TIPO DE SUPERFICIE k1 k2 k3

Tratamiento superficial 0.1165 -0.3248 0.8241Concreto asfáltico 0.4728 -0.4810 0.7581

3.2.4.3. Determinación del SNeff según el método YONAPAVE

El desarrollo del método YONAPAVE contiene una expresión para la estimación delnúmero estructural a partir de las deflexiones del FWD, la cual presenta comonovedad, respecto de las anteriores, el hecho de no requerir el conocimiento delespesor de la estructura de pavimento que se evalúa [ref. 3.2.5]. La fórmula,establecida a partir de un análisis del modelo de Hogg, es la siguiente:

SNeff = 0.0364*l0* (E0)1/3 – 0.5

Donde los valores l0 y E0 se determinan de acuerdo con lo indicado en el numeral3.2.2.3.

Los números estructurales determinados por este método suelen ser inferiores alos obtenidos con los otros dos.

3.2.5. Niveles jerárquicos para la determinación de la capacidad estructural delpavimento a partir de las medidas de deflexión

Las principales fuentes de información requeridas para la aplicación de las medidasde deflexión con fines de evaluación y diseño de las obras de rehabilitación de lospavimentos asfálticos de la red vial nacional, se resumen en la Tabla 3.2.9. En ellase muestran, además, los niveles jerárquicos correspondientes a los diferentesdatos, según lo establecido en el numeral 1.4 de la Parte 1.


243

Tabla 3.2.9.Definición de los niveles de los datos de entrada para la determinación de la capacidad

estructural del pavimento a partir de las deflexiones

VARIABLENIVEL JERÁRQUICO

1 2 3

Método dedeterminación demódulos dinámicos

Retrocálculo ocálculo directo. Seexceptúa elretrocálculo apartir de lasdeflexionesBenkelman

Retrocálculo ocálculo directo. Seexceptúa elretrocálculo apartir de lasdeflexionesBenkelman

Retrocálculo a partirde deflexionesBenkelman.Uso de ecuaciones deregresión

Determinación delnúmero estructuralefectivo

No se aplican niveles jerárquicos en este parámetro

3.2.6. Evaluación estructural de pavimentos cuyo comportamiento no seaesencialmente elástico

Se puede deducir que el comportamiento de un pavimento asfáltico se aparta delesencialmente elástico, por dos causas principales [ref. 3.2.12]:

1. Por la presencia de una capa de base débil que determina que la deformaciónde las capas asfálticas bajo las cargas no encuentra apoyo suficiente y esmayor a la que se obtendría en ausencia de esa capa débil. En este caso, elcuenco de deflexión es muy cerrado (bajo radio de curvatura) y el desarrollode fisuramientos del tipo piel de cocodrilo es posible, así la magnitud de ladeflexión máxima parezca razonable. Ello se debe a que la estructura totalpuede defender adecuadamente a la subrasante, pero la parte superior de lascapas granulares no brinda un adecuado apoyo a las asfálticas para que éstaspuedan resistir los esfuerzos de tracción al flexionar bajos las cargas repetidas.

2. Por el desarrollo de deformaciones permanentes, en particular elahuellamiento en la zona de canalización del tránsito, no atribuibles adesplazamientos plásticos de las capas asfálticas por falta de estabilidad, esdecir que afectan toda la estructura, posiblemente por insuficiencias deespesor o de calidad de los materiales que la constituyen. Es posible que sepresente la asociación de estas depresiones permanentes con fisuramientospor fatiga, lo que constituye una situación absolutamente crítica.


244

Se comprende que en estos dos casos las medidas de deflexión no resultansignificativas y, en consecuencia, lo más importante es apreciar el valor portante dela subrasante y el aporte estructural que aún pueden prestar las capas inferioresdel pavimento, básicamente como resultado de la auscultación destructiva a la cualse refiere el Capítulo 10 de la Parte 2 de esta guía.

REFERENCIAS

3.2.1 - AASHTO, “AASHTO guide for design of pavement structures”, Washington,1993


3.2.3 - WASHINGTON STATE DEPARTMENT OF TRANSPORTATION, “WSDOTpavement guide. Volume 2. Pavement notes for design, evaluation andrehabilitation”, February 1995

3.2.4 - ROHDE G.T. & SCULLION T.,, “A direct method for evaluating the structuralneeds of flexible pavement based on FWD deflections”, Haifa, Israel, s/f

3.2.5 - HOFFMAN M.S., “MODULUS 4.0: Expansion and validation of the MODULUSbackcalculation system”, Research Report No 1123-3, Texas TransportationInstitute, Texas A&M University System, College Station, Texas, November 1990

3.2.6 - STUBSTAD R.N., JIANG Y.J. & LUKANEN E.O., “Guidelines for review andevaluation of backcalculation results”, Report FHWA-RD-05-152, Elkridge,Maryland, February 2006

3.2.7 - HOSSAIN M.M., “In the quest of determining pavement layer moduli andthicknesses from FWD testing without backcalculation”, New York State DOT,Albany, New York, s/f

3.2.8 - DARTER M.I., ELLIOT R.P. & HALL K.T., “Revision of AASHTO pavementoverlay deign procedure”, Project 20-7/39 NCHRP, TRB, Washington D.C.,September 1991

3.2.9 - XU B., RANJITHAN S.R. & KIM Y.R., “A new condition assessment procedurefor asphalt pavement layers using FWD deflections”, TRB 2002


245

3.2.10 - XU B., RANJITHAN S.R. & KIM Y.R., “Development of relationships betweenFWD deflections and asphalt pavement layer condition indicators”, TRB 2002

3.2.11 - ROHDE G.T., “Determining a pavement’s structural number from FWDtesting”, paper # 940351 presented at 1994 Annual TRB meeting, Washington D.C.

3.2.12 - RUIZ C. L., GATICA A., NARDONE N. & JEANSALLE N., “Manual para elproyecto de obras de mejoramiento de pavimentos flexibles”, Cuarto simposiosobre evaluación y refuerzo de estructuras de pavimentos flexibles, ComisiónPermanente del Asfalto, Buenos Aires, 1972


246


247

CAPITULO 3GUÍAS PARA LA EVALUACION FUNCIONAL DEL PAVIMENTO

La evaluación funcional comprende la comparación de las medidas de regularidadsuperficial y de fricción con los estándares establecidos para estos parámetros porel INVIAS, de acuerdo con los manuales, normas y especificaciones para losdiversos tipos de carreteras a su cargo.

3.3.1. Evaluación de la regularidad superficial

La regularidad superficial es sinónimo de calidad en la circulación. En tal sentido, laTabla 3.3.1 ofrece una guía con valores de IRI para evaluar la suficiencia de laregularidad de las carreteras nacionales pavimentadas, a partir de la experiencialocal y foránea [ref. 3.3.1] [ref. 3.3.2] [ref. 3.3.3].

La clasificación del IRI en alguna de las dos últimas categorías indica que elpavimento es funcionalmente inadecuado y, por lo tanto, el ingeniero debecontemplar alguna opción de rehabilitación viable para mejorar la situación, salvoque se decida que los tramos afectados sean sometidos a intervenciones de tipoestructural que tengan implícita la corrección de las faltas de regularidadsuperficial.

Tabla 3.3.1.Niveles de IRI para evaluar la lisura de pavimentos asfálticos de carreteras en servicio

CLASIFICACIÓN

IRI (m/km)

CONDICIÓN TÍPICATRÁNSITO BAJONT1

TRÁNSITOMEDIO Y ALTO

NT2 Y NT3

Bueno < 2.5 < 2.0Pavimento con gran regularidadsuperficial; circulación muy cómoda

Aceptable 2.5 – 4.0 2.0 – 3.5

Pavimento algo rugoso; el valorsuperior es advertido por losusuarios al circular a la velocidad deoperación de la vía

Pobre 4.0 - 5.5 3.5 – 5.0Rugosidad notoria; incomodidadpara los conductores de los vehículospesados

Muy pobre > 5.5 > 5.0Pavimento muy rugoso y carente deconfort para todos los usuarios


248

3.3.2. Evaluación de la resistencia al deslizamiento

La fricción es una medida de las fuerzas en la interfaz neumático-pavimento queresisten el deslizamiento de una rueda frenada y permiten cambios en la direccióndel vehículo en maniobras extremas, en particular bajo la condición de superficiehúmeda. Por lo tanto, es un sinónimo de seguridad.

La práctica actual en relación con el control de este parámetro durante el períodode servicio de un pavimento, consiste en el establecimiento de dos umbrales [ref.3.3.4]: (i) el umbral de investigación, que es un nivel de alarma, en el cual aun noexisten riesgos evidentes contra la seguridad, pero que exige una investigacióndetallada para establecer la rapidez y la extensión de la pérdida de fricción, paraprogramar y acometer el tratamiento idóneo de manera oportuna y (ii) el umbralde intervención, que corresponde al nivel de activación inaplazable del tratamientocorrectivo.

En concordancia con ello y teniendo en cuenta las exigencias de lasEspecificaciones Generales de Construcción de Carreteras del INVÍAS para lospavimentos nuevos o recién rehabilitados [ref. 3.3.5], la Tabla 3.3.2 presenta losvalores del coeficiente de resistencia al deslizamiento, medidos con el péndulobritánico, recomendados como umbrales de investigación y de intervención paralos pavimentos asfálticos de las carreteras nacionales.

3.3.3. Evaluación del ruido en el contacto neumático - pavimento

En el estado actual de la práctica de la ingeniería vial colombiana, el ruidoproducido en el contacto neumático-pavimento no constituye un factordeterminante para calificar el comportamiento funcional de un pavimento. Por lotanto, no se fijan umbrales para dicho parámetro con fines de rehabilitación delpavimento.

La norma ambiental nacional vigente sobre emisión de ruido y sobre ruidoambiental [ref. 3.3.6] establece que las vías “son objeto de medición de ruidoambiental, mas no de emisión de ruido por fuentes móviles”, lo que permite inferirque al momento de la actualización de esta guía metodológica no existe ningunareglamentación oficial sobre el ruido generado en el contacto neumático-pavimento. Así mismo, de acuerdo con la Tabla 2 de la norma, los estándaresmáximos permisibles de ruido ambiental en vías troncales, autopistas, vías arteriasy otras vías principales, son 80 dB(A) durante el día, entendiendo por día el lapsocomprendido entre las 7 y las 21 horas, y de 70 dB(A) durante la noche.


249

Tabla 3.3.2.Umbrales de resistencia al deslizamiento en pavimentos asfálticos de carreteras

nacionales en servicio

TIPO DE SECCIÓN

COEFICIENTE DE RESISTENCIA ALDESLIZAMIENTO

NT 1 NT 2 NT3

Niv

el d

ein

vest

igac

ión

Niv

el d

ein

terv

enci

ón

Niv

el d

ein

vest

igac

ión

Niv

el d

ein

terv

enci

ón

Niv

el d

ein

vest

igac

ión

Niv

el d

ein

terv

enci

ón

Glorietas; curvas con radios menoresde 200 metros; pendientes 5% enlongitudes de 100 metros o más;intersecciones; glorietas; zonas defrenado frecuente

0.45 0.35 0.50 0.40 0.55 0.45

Otras secciones 0.40 0.30 0.45 0.35 0.45 0.35Nota: Si el estudio adelantado en el umbral de investigación determina que el pavimento debeser mejorado antes de que alcance el nivel de intervención, prevalecerá la recomendación delestudio sobre el valor indicado en la tabla

REFERENCIAS

3.3.1 - PONTIFICIA UNIVERSIDAD JAVERIANA, “Estudio para la preparación técnicade información sobre tránsito y seguridad vial en la fase pre-operativa de loscontratos de mejoramiento y mantenimiento integral. Anexo Técnico 2”, InstitutoNacional de Vías, Bogotá, 2004


3.3.3 - WSDOT, “Washington state highway pavements. Trends, conditions andstrategic plan”, Olympia, WA, May 1999

3.3.4 - TRANSIT NEW ZEALAND, “Specification for skid resistance. Investigation andtreatment selection”, TNZ T10: Notes 2002

3.3.5 - INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS, “Especificaciones Generales de Construcciónde Carreteras”, Bogotá D.C., 2007


250

3.3.6 - MINISTERIO DE AMBIENTE, VIVIENDA Y DESARROLLO TERRITORIAL,“Resolución número 00627 del 7 de abril de 2006”, Bogotá D.C., 2006


251

CAPITULO 4GUÍAS PARA LA EVALUACION DEL DRENAJE

3.4.1. Calificación de la información sobre el drenaje [ref. 3.4.1]

Para los propósitos del diseño de las obras de rehabilitación de los pavimentosasfálticos de la red vial nacional, la evaluación del drenaje tiene como finalidadvalorar el peligro de que los deterioros causados por el agua puedanevolucionar con rapidez.

La calificación del riesgo hídrico de cada sección de 100 metros se obtienemediante la suma de las calificaciones de los seis (6) parámetros,R+A+H+D+S+M, obtenidas según el procedimiento descrito en el Capítulo 11de la Parte 2. Secciones consecutivas con la misma calificación se puedencombinar. Esta calificación total indica el riesgo de la existencia de unacombinación de factores desfavorables y tiene por objeto brindar unaevaluación del tramo en relación con el drenaje, independientemente delestado global del pavimento (Figura 3.4.1).

La calificación global varía entre 0 y 12, de acuerdo con la siguiente escala deriesgo:

0-3 no hay riesgo de cambio.4-7 bajo riesgo de cambio.8-12 alto riesgo de cambio.

Bajo este criterio, se estima que requieren intervenciones para mejorar eldrenaje las zonas donde una calificación de alto riesgo (entre 8 y 12) coincidacon evidencias de debilidad estructural según el inventario de deterioros y laevaluación estructural (por ejemplo: ahuellamientos por causas estructurales,agrietamientos del tipo piel de cocodrilo, deflexiones elevadas, etc.). Siempreque se produzca esta convergencia, significa que los deterioros se deben alagua o que son agravados por ella y, en consecuencia, se justifica trabajarsobre el drenaje.

Si la convergencia no se produce, se considera que los deterioros obedecen aotra causa (estructura subdiseñada para el tránsito circulante, cumplimiento


252

de la vida útil, deficiencias en los materiales o en los procesos constructivos,etc.).

Figura 3.4.1. – Calificación del riesgo hídrico

REFERENCIAS

3.4.1 - SERVICE D’ETUDES TECHNIQUES DES ROUTES ET AUTOROUTES, SETRA,“Road drainage. Technical guide”, March 2006, Translate August 2007


253

CAPITULO 5GUÍAS PARA LA EVALUACIÓN DE LA CONDICIÓN GLOBAL DEL

PAVIMENTO

3.5.1. Evaluación estructural global

Entre todos los factores que intervienen en la evaluación de la condición global delpavimento, la evaluación estructural es la más importante, ya que de existirdeficiencias estructurales, la única estrategia lógica de rehabilitación consiste enincrementar la capacidad estructural por medio del refuerzo, el reciclado o lareconstrucción.

La evaluación estructural global consiste en el examen de toda la informaciónrecolectada en relación con deterioros, deflexiones, pruebas destructivas y drenaje,con el fin de alcanzar un juicio sobre la condición estructural actual del pavimento,es decir, establecer qué tanto daño ha sufrido y valorar la capacidad estructuralremanente.

Como resultado de esta evaluación, el proyectista tendrá la responsabilidad dedividir el pavimento en tramos estructuralmente uniformes, identificando las áreasque requieran reparaciones localizadas, seleccionando una o más técnicasapropiadas para el mejoramiento estructural y desarrollando los diseños para ellas.

Se deben establecer tramos dentro del proyecto que sean uniformes enrelación con el diseño, geometría, materiales, capacidad estructural, suelos,deterioros, tránsito, drenaje, etc., sobre la base del análisis de toda lainformación recolectada.

La Tabla 3.5.1 recoge y resume las diferentes opciones que se puedenpresentar, a partir de la información referente a los deterioros y a lasdeflexiones. Aunque algunas tablas de este tipo también incluyen lacomposición del pavimento a través del número estructural efectivo [ref. 3.5.1][ref. 3.5.2], la experiencia con la inclusión de este parámetro en los estudiosrealizados en los pavimentos de las carreteras nacionales no ha sidosatisfactoria, por cuanto muchos de ellos, cuya construcción original seremonta a mediados del siglo pasado y han sido sometidos a múltiples trabajosde mantenimiento y rehabilitación, han dado lugar a números estructurales


254

artificialmente enormes que, casi siempre, se han encontrado en contradiccióncon el aspecto y con el comportamiento real que presentan.

En general, se admite que hay concordancia en los datos cuando valores bajosde deflexión están asociados a pavimentos que presentan buen aspectosuperficial o cuando deflexiones altas están vinculadas con pavimentosdegradados. Estos dos supuestos corresponden a los casos 1 y 6 de la Tabla3.5.1, en tanto que en los casos donde no existe esa concordancia vienendados por los números 2 a 5. La tabla incluye observaciones sobre las opcionesposibles de rehabilitación y algunas causas posibles de las discrepanciasobservadas. Se da por entendido que, en todos los casos, se consideran lassoluciones a las dificultades asociadas con las deficiencias derivadas de uninadecuado sistema de drenaje.

El proyectista ha de entender que los diagnósticos y observaciones que sepresentan en la tabla son sólo guías de carácter conceptual. La calificación delas deflexiones como bajas o altas, por ejemplo, es relativa, ya que ella se deberelacionar con las características del sector estructural evaluado, ya que nocabe esperar los mismos órdenes de magnitud en un pavimento flexible que enuno semiflexible o en uno semirrígido. Por tal motivo, serán siempre deresponsabilidad del proyectista la definición exacta del estado estructural delpavimento y la posterior selección de las alternativas apropiadas derehabilitación.

3.5.2. Evaluación funcional global

Aunque los factores de tipo estructural son determinantes en la evaluaciónglobal y en la sectorización con fines de diseño, el proyectista no debe pasarpor alto la existencia de otros criterios que indican si una calzada asfálticarequiere trabajos de mantenimiento o mejoramiento. Es posible, por ejemplo,que se requiera algún tratamiento porque la conducción de haya vueltoincómoda, porque el agua lluvia se acumule peligrosamente sobre la superficieo porque la capa de rodadura se haya desgastado y pulido excesivamente.

La valoración de la suficiencia funcional incluye, como lo señala la Tabla 3.1, lainspección de los deterioros y los resultados de las medidas de regularidadsuperficial, fricción y ruido, así como la consideración de aquellos aspectosrelacionados con el drenaje superficial que pueden incidir tanto sobre lavisibilidad como sobre la adherencia entre el neumático y el pavimento.


255

Tabla 3.5.1.Contraste de la condición superficial y las deflexiones para determinar las posibles

soluciones de rehabilitación

CASO IsDEFLEXIONES

CENTRALESOBSERVACIONES Y POSIBLES CAUSAS DE

DISCREPANCIA

1 1, 2 BajasPosiblemente sólo se requieran trabajos derestauración para la corrección de los defectos deorigen superficial y otros daños localizados

2 1, 2 AltasPavimento subdimensionado para el tránsito quedebe soportar, el cual precisa ser reforzado

3 3, 4 Bajas

Si los deterioros prevalecientes son fisuramientosdel tipo piel de cocodrilo y el cuenco de deflexiónes cerrado (bajo radio de curvatura), ello esindicativo de la presencia de una capa débil bajolas asfálticas (que se puede verificar con losresultados de la exploración destructiva). En estecaso hay varias opciones: bacheo de las áreas másdeterioradas y colocación de un refuerzo en unespesor que reduzca las deformaciones detracción en el fondo de las capas asfálticas a unnivel admisible; si los materiales lo permiten, sepuede optar por el reciclado; en caso contrario, sedebe contemplar una reconstrucción parcial.Si los deterioros prevalecientes son deformacionespor fallas provenientes de las capas superiores o lasubrasante, la opción es la reconstrucción parcialo total del pavimento, según la profundidad dondese encuentre el origen de las deformaciones

4 3, 4 AltasEs el paso avanzado del Caso 2 por no aplicar atiempo las medidas necesarias. Las solucionesposibles son el refuerzo o el reciclado

5 5, 6, 7 BajasEs el paso avanzado del Caso 3. Las soluciones sonsimilares a las descritas para éste

6 5, 6, 7 Altas

Usualmente corresponde a la fatiga total delpavimento por cumplimiento de la vida útil.Debido al nivel de los deterioros, las obras derehabilitación por ejecutar probablementecorrespondan a trabajos de reciclado en frío dealta intensidad y/o de reconstrucción


256

El numeral 3.1.3 de esta guía (Parte 3 Capítulo 1) incluye comentariosreferentes a la incidencia que tienen los deterioros del tipo B en el juicio sobrela capacidad funcional del pavimento. En el numeral 3.3.1 (Parte 3 Capítulo 3)se indican los niveles de irregularidad superficial (IRI) a partir de los cuales elingeniero debe considerar opciones de rehabilitación para mejorar lasituación. En el numeral 3.3.2 (Parte 3 Capítulo 3) se mencionan los niveles deinvestigación y de intervención en relación con la resistencia al deslizamiento.Por último, aunque en el numeral 3.3.3 se indica que el ruido producido en elcontacto neumático-pavimento no constituye, por el momento, un factordeterminante para calificar el comportamiento funcional del pavimento, esposible, si existen mediciones del ruido, delimitar los tramos donde se considereque alguna intervención sobre el pavimento contribuye en la reducción del nivel dela presión acústica.

Consecuentemente, y de manera similar a la requerida para el manejo de lainformación destinada a la evaluación estructural global, se deben establecersectores dentro del proyecto que sean uniformes en relación con losdeterioros del tipo B, así como en relación con la regularidad superficial, laresistencia al deslizamiento y el ruido, sobre la base del análisis de toda lainformación recolectada. Ella se debe complementar con aquellos datos deldrenaje superficial que permitan prever problemas con el hidroplaneo y conlas salpicaduras excesivas en instantes de lluvia. De esta manera, el proyectistapodrá realizar la evaluación funcional global y elaborar un diagnóstico y unadefinición de soluciones para aquellas situaciones en las cuales no secontemple la ejecución de medidas de corrección estructural que alivien,simultáneamente, los defectos de tipo funcional.

3.5.3. Incidencia del drenaje en el juicio sobre la capacidad global del pavimento

Para que el juicio tenga el mayor grado de objetividad, el ingeniero deberáidentificar si existe alguna relación entre las deficiencias que haya advertido enlos sistemas de drenaje y los deterioros que presenta el pavimento. Esteanálisis es particularmente importante cuando estos últimos le dan alpavimento un índice de deterioro superficial alto (Is = 5, 6 o 7).

La corrección de las debilidades del drenaje será siempre prioritaria. Elingeniero deberá tener en cuenta que las mejoras que se realicen en estesentido, en especial las referentes al drenaje interno, se traducen endisminuciones de humedad en las capas inferiores del pavimento y lasubrasante y, consecuentemente, en aumentos de la capacidad portante de


257

ellas, los cuales deberán ser tenidos en cuenta en el instante de dimensionarlas obras de rehabilitación [ref. 3.5.3].

3.5.4. Áreas débiles localizadas

Debido a la variabilidad que suelen presentar los suelos de subrasante, losmateriales y los procesos de construcción y de mantenimiento, así como lamanera aleatoria como el agua puede afectar al pavimento, es posible que sepresenten áreas de reducida extensión, claramente definidas, con deteriorosabundantes y/o deflexiones anormalmente altas, las cuales deben serdelimitadas, para someterlas al tratamiento particular que requieran,usualmente mejoramientos del drenaje, bacheos o, inclusive, reconstruccioneslocalizadas. La definición de estas áreas es factible si se dispone de losresultados de las medidas de georradar, los cuales se pueden complementaruna auscultación más intensa de la calzada en la zona afectada, mediante latécnica deflectométrica. Estas áreas deben quedar claramente señaladas ydeberán ser tenidas en cuenta para su atención específica en el momento deldiseño de las obras de rehabilitación.

3.5.5. Definición de sectores homogéneos

La evaluación conjunta de la información estructural, funcional y de drenaje sepuede efectuar de manera muy consistente si ella se representa en un gráficodel tipo “esquema itinerario”, que, sin ser redundante, contenga el mayornúmero de datos útiles para valorar el desempeño del pavimento existente ypermita el vislumbre general y la integración sintética de todos los elementosobtenidos.

La consideración simultánea de todos los parámetros de evaluación, a travésde su integración gráfica, permite a un ingeniero experimentado y con buencriterio, dividir la totalidad del proyecto en sectores homogéneos de menorlongitud. Es conveniente que, dentro de lo posible, dicha longitud no seainferior a la que pueda ser diseñada y construida de manera realista y práctica,un kilómetro (1 km), por ejemplo.

Existen procedimientos de análisis estadístico que ayudan al establecimientode la longitud de los segmentos homogéneos. A manera de ejemplo, en elAnexo E se presenta el método de las diferencias acumuladas, recomendadoen la guía de diseño AASHTO-93 [ref. 3.5.4], para determinar los segmentoshomogéneos con respecto a un parámetro, la deflexión.


258

3.5.6. Diagnóstico de la situación existente

El diagnóstico de la situación existente constituye el cierre de la evaluación globaldel pavimento. En el estado actual del arte y de la práctica de la ingeniería depavimentos no existe una receta o una regla precisa para elaborar un diagnósticocorrecto. Por tratarse de una etapa que requiere una atención extrema delproyectista, éste deberá hacer uso de toda su percepción, experiencia y buenjuicio. No son pocos los casos en los que una inadecuada interpretación de losdatos disponibles ha conducido a un error en el diagnóstico [ref. 3.5.5].

Mediante el diagnóstico, el proyectista deberá establecer las causas más factiblesde los deterioros observados, diferenciando claramente aquéllos de origenestructural de otros que sólo afecten la superficie del pavimento y considerando,además, las condiciones de comodidad y de seguridad que brinda el pavimento y suaptitud para soportar el tránsito esperado. Así mismo, deberá definir cuál o cuálesde las 4R se constituyen en las alternativas técnicamente más apropiadas para larehabilitación del pavimento.

REFERENCIAS

3.5.1 PONTIFICIA UNIVERSIDAD JAVERIANA, “Estudio para la preparación técnica deinformación sobre tránsito y seguridad vial en la fase pre-operativa de los contratosde mejoramiento y mantenimiento integral. Anexo Técnico 2”, Instituto Nacional deVías, Bogotá, 2004

3.5.2 CONSORCIO VELNEC S.A. – CAPITAL WEB, “Estructuración técnica y legal delproyecto distritos de mantenimiento de la malla vial arterial principal,complementaria e intermedia de la ciudad de Bogotá D.C. Tomo III”, Instituto deDesarrollo Urbano, Bogotá, Noviembre de 2002

3.5.3 MISIÓN FRANCESA INGEROUTE, “El drenaje interno de las carreteras. NotaTécnica No. 6”, GCS, Ministerio de Obras Públicas, Bogotá, Julio de 1974

3.5.4 AASHTO, “AASHTO Guide for design of pavement structures”, Washington,1993

3.5.5 INSTITUTO DE PESQUISAS RODOVIARIAS, “Manual de restauração”, 2ª Edição,Rio de Janeiro, 2006

PARTE 4

Selección de técnicasde rehabilitación


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Parte 4 – Selección de técnicas de rehabilitación

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PARTE 4SELECCIÓN DE TÉCNICAS DE REHABILITACIÓN

4.1. GENERALIDADES

Históricamente, las sobrecapas de concreto asfáltico han constituido la técnica máscomún de rehabilitación de pavimentos asfálticos. En muchas ocasiones, ellas sehan colocado sin considerar debidamente el estado y capacidad estructural de lospavimentos, lo que ha conducido a fallas prematuras de las obras construidas.

En consecuencia, el propósito de la selección de las técnicas de rehabilitación esidentificar los tratamientos que mejor se ajusten a la corrección de los defectosexistentes y permitan lograr los mejoramientos deseados en cuanto a lascapacidades estructural, funcional y de drenaje del pavimento. A este asunto serefieren los 3 capítulos que conforman la Parte 4 de esta guía metodológica.


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CAPÍTULO 1DESCRIPCIÓN DE LAS ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN

La rehabilitación de los pavimentos asfálticos de la red vial nacional comprendealguna de las alternativas de intervención que se describen más adelante, las cualesconforman el conjunto de las 4R: restauración, refuerzo, reciclado y reconstrucción.

Teniendo en cuenta la filosofía y el alcance de cada alternativa, a continuación sepresenta una descripción breve de las técnicas que comprende cada una de ellas,así como de algunos tratamientos previos al pavimento existente, requeridos parael buen comportamiento de aquéllas.

4.1.1. Tratamientos de preparación

Algunas de las alternativas de rehabilitación de un pavimento asfáltico,específicamente las de restauración y refuerzo, requieren un tratamiento depreparación con el fin de garantizar su adecuado comportamiento a mediano olargo plazo. Los pavimentos que se rehabilitan sin una adecuada preparación previapueden reflejar, a corto término, las fisuras de la estructura existente o incumplirlos requisitos de las especificaciones sobre regularidad superficial.

4.1.1.1. Sello de fisuras

El sello de fisuras consiste en la eventual conformación de las fisuras, su limpieza yla aplicación de un producto bituminoso sellante, en frío o en caliente, cuyascaracterísticas y cantidades dependen de la abertura de ellas. El Artículo 466 de lasEspecificaciones Generales de Construcción de Carreteras del INVÍAS [ref. 4.1.1],referente al sello de fisuras de pavimentos asfálticos, recomienda su aplicaciónsolamente en aquéllas cuya abertura sea mayor de 6 milímetros. Además, sólocontempla el sello con productos de aplicación en caliente, razón por la cual elempleo de otro producto exige la elaboración de una especificación particular.

Este tratamiento es idóneo para sellar fisuras de tipo longitudinal y transversal,pero no para patrones interconectados como los del tipo piel de cocodrilo.Tampoco resulta idóneo en pavimentos semirrígidos, si en las capas no eliminadaspermanecen fisuras de retracción o reflexión, caso en el cual resulta másprocedente el uso de algún sistema de prevención del reflejo de grietas para


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minimizar el efecto perjudicial de dicha reflexión en el pavimento rehabilitado [ref.4.1.2].

Existe una regla empírica, según la cual el sello puede resultar técnica yeconómicamente aceptable si la longitud de grietas por sellar no excede de 300metros por hectómetro de calzada (ver ejemplo de la Figura 4.1.1). Si ella essuperada, suele resultar más conveniente el uso de otras opciones de tratamiento,como parte de la estrategia de rehabilitación.

Figura 4.1.1. – Hectómetro de pavimento con 237 metros de fisuras

4.1.1.2. Parcheo y bacheo

Este tratamiento previo consiste en la intervención de áreas localizadas delpavimento para corregir defectos relacionados con un deterioro estructural oproblemas de humedad, de materiales o de construcción. La intervención puedeabarcar sólo las capas asfálticas (parcheo) o comprender también las granulares oestabilizadas hasta lograr un apoyo firme (bacheo), dependiendo de la naturalezadel deterioro (Figura 4.1.2).

Dentro de las especificaciones del Instituto Nacional de Vías [ref. 4.1.1], lasexcavaciones para parcheo y bacheo están consideradas en el Artículo 465, entanto que las operaciones para el relleno de las excavaciones se describen en losArtículos referentes a los materiales que se deban emplear en ellas, de acuerdo conla profundidad excavada.


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Figura 4.1.2. – Excavación para el parcheo de un pavimento asfáltico

4.1.1.3. Capa de nivelación

La capa de nivelación se coloca directamente sobre el pavimento existente pararellenar las deformaciones de éste, eliminado diferencias de nivel inconvenientes.Esta capa se suele construir con una mezcla del tipo concreto asfáltico. Lasuperficie de esta capa, que debe ser razonablemente lisa, sirve de soporte a lacapa de rodadura, sea que ésta se coloque como tratamiento de restauración ocomo alternativa de refuerzo (Figura 4.1.3).

Figura 4.1.3. – Capa de nivelación previa a una capa de refuerzo


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4.1.1.4. Fresado

Consiste en la molienda (generalmente en frío) de la parte superior de unpavimento para corregir sus perfiles longitudinal y transversal, removiendoabultamientos, baches, excesos de asfalto y otras imperfecciones de la capa derodadura, dejando una superficie de macrotextura rugosa de elevada resistencia aldeslizamiento (Figura 4.1.4).

Este tratamiento se suele combinar con la posterior colocación de una nueva capaasfáltica que compense la pérdida de espesor que origina o, inclusive, que mejorela capacidad estructural del pavimento. Si la capa de compensación tiene el mismoespesor de la capa removida, se considera que las dos acciones conforman untratamiento de restauración, pero si se coloca una mezcla densa de mayor espesor,el fresado se convierte en parte de una operación de refuerzo. El fresado depavimentos asfálticos está considerado en el Artículo 460 de las EspecificacionesGenerales de Construcción de Carreteras del Instituto Nacional de Vías [ref. 4.1.1].

Figura 4.1.4. – Fresado de un pavimento asfáltico

Una variante de este procedimiento, conocida como “microfresado”, se hadeterminado como satisfactoria para corregir algunos defectos de regularidadsuperficial mediante la eliminación de los puntos altos de la superficie, sin tenerque acudir a soluciones basadas en recrecimientos de espesor.

4.1.1.5. Otros tratamientos previos

Cuando el ingeniero haya escogido el refuerzo como alternativa apropiada paraintervenir un pavimento fisurado, pero el tratamiento descrito en el numeral


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4.1.1.1 no resulte satisfactorio, se deberán considerar algunos tratamientos previosmás detallados, los cuales se describen en el numeral 4.1.3.

4.1.2. Restauración

Los trabajos de restauración de un pavimento asfáltico están enfocados,típicamente, a solucionar una necesidad de tipo funcional como, por ejemplo,mejorar la fricción superficial o impermeabilizar la superficie del pavimento. Sinembargo, ellos pueden cumplir varias funciones y así se ejecuten por una razónespecífica, suelen satisfacer simultáneamente otras necesidades secundarias yterciarias [ref. 4.1.3]. Las principales funciones de la restauración de un pavimentoson las siguientes:

- Suministrar una nueva superficie de rodamiento.

- Sellar áreas fisuradas.

- Impermeabilizar la superficie.

- Mejorar el drenaje superficial.

- Mejorar la fricción superficial.

- Reducir la rata de degradación del pavimento.

- Mejorar el aspecto de la calzada.

- Reducir el ruido de rodadura.

- Proporcionar una diferencia visual entre la calzada y las bermas.

Casi todas las técnicas de restauración dan lugar a una nueva superficie derodamiento, adecuada a las necesidades funcionales y de durabilidad delpavimento. Aquellas que incluyen la aplicación de agregados pétreos suelen seraplicadas específicamente para mejorar las características de desgaste y laseguridad de los usuarios. Un tratamiento superficial, por ejemplo, proporcionauna nueva capa de agregado expuesta al tránsito, la cual puede suministrarmejores características de durabilidad y de resistencia a la abrasión que lasuperficie original. El tratamiento superficial incrementa también la macrotextura


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del pavimento, lo que se traduce en el mejoramiento del drenaje superficial de lacalzada. Un resultado similar se puede lograr con una lechada asfáltica, con unmicroaglomerado o con una mezcla drenante. Esta última, además, constituye elúnico medio realmente efectivo y económico para disminuir el ruido producido enel contacto neumático-pavimento.

Las operaciones de restauración incorporan una cantidad importante de materialasfáltico que puede cubrir y sellar fisuras de pequeña abertura. El éxito en laaplicación depende del tamaño de las fisuras, del movimiento que puedanpresentar al pasar el tránsito sobre ellas y de la capacidad del asfalto parapenetrarlas.

Casi todas las técnicas de restauración cumplen el propósito de impermeabilizar elpavimento; el sellado de las fisuras y de las áreas segregadas permeables restringela infiltración de agua, reduciendo la velocidad con la cual el pavimento sedeteriora. Algunos pavimentos asfálticos presentan síntomas de envejecimiento,sin acusar otros defectos de importancia. En ellos, la aplicación de sellos del tiponiebla, lechadas asfálticas o tratamientos superficiales puede constituir unasolución satisfactoria en aquellas áreas donde haya ocurrido oxidación oendurecimiento del asfalto.

Las acciones de restauración dan lugar, también, a un marcado mejoramiento de laapariencia superficial del pavimento. Superficies con parcheos abundantes o conun intenso sellado de fisuras son poco atractivas a la vista. La aplicación de untratamiento superficial, una lechada asfáltica o un microaglomerado, constituyeuna manera simple y efectiva de cubrir estas irregularidades y restablecer unaapariencia uniforme.

La restauración sirve, también, para establecer una distinción visual entre lasbermas y el área de circulación vehicular. Cuando el tratamiento se aplicaúnicamente a la calzada, se establece una clara diferencia entre las dos zonas, conlo que se logra que los motoristas eviten circular por la berma o por la junta de ellacon la calzada, ayudando de este modo a incrementar la vida del pavimento de unamanera simple pero efectiva.

La Tabla 4.1.1 resume las principales técnicas de restauración de un pavimentoasfáltico e indica los propósitos principales de las mismas. Las característicasprincipales de ellas, se mencionan en los incisos siguientes.


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4.1.2.1. Sello tipo niebla o riego en negro

Consiste en una aplicación muy ligera de una emulsión asfáltica diluida sobre lasuperficie del pavimento (Figura 4.1.5). Su finalidad es sellar la superficie,mejorando su impermeabilidad o rejuveneciéndola si presenta síntomas dedisgregación por desgaste, por escasez en la dosificación del asfalto o porenvejecimiento del pavimento. La dosificación del ligante debe ser establecida conmucho cuidado, con el fin evitar que dé lugar a una disminución inconveniente dela resistencia al deslizamiento.

Este tratamiento, que no está contemplado en las Especificaciones Generales deConstrucción de Carreteras del INVÍAS, no es recomendable sobre pavimentos decarreteras con tránsitos de las categorías NT2 y NT3 y sólo se aceptará comosolución en las de categoría NT1, si luego de colocado el sello, el valor deresistencia al deslizamiento es superior al establecido como “nivel de investigación”en la Tabla 3.3.2 (Parte 3 Capítulo 3).

La expectativa de vida de un riego en negro es muy variable y depende de lacondición del pavimento sobre el cual se aplica, del tránsito circulante y de lascondiciones ambientales.

Figura 4.1.5. – Riego en negro


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Tabla 4.1.1.Técnicas de restauración de pavimentos asfálticos

TÉCNICAS PROPÓSITOS

Riego en negroSellado de la superficieRejuvenecimiento del asfalto oxidado

Sello de arena – asfaltoSellado de la superficieMejora temporal de la fricción superficial

Tratamiento superficialSuministra una superficie de rodamiento rejuvenecidaMejora el drenaje superficial de la calzadaMejora las características de fricción superficial

Lechada asfálticaSellado de la superficieRetarda la desintegración superficial del pavimentoMejora la resistencia al deslizamiento

Microaglomerado en frío

Sellado de la superficieRetarda la desintegración superficial del pavimentoMejora la resistencia al deslizamientoNivela áreas ahuelladas de poca profundidad

Sello del Cabo (Cape seal)

Suministra una superficie rodamiento rejuvenecidaMejora el drenaje superficial de la calzadaMejora las características de fricción superficialRetarda la desintegración superficial del pavimento

Microaglomerado en calienteBrinda una nueva superficie de rodamientoMejora el drenaje y la fricción superficial

Mezcla drenante

Suministra un adecuado drenaje superficialReduce el hidroplaneoLimita la proyección de agua lluviaMejora la visibilidad en condiciones de lluviaIncrementa la fricción superficialReduce el ruido de rodadura

Sobrecapa delgadaBrinda una nueva superficie de rodamientoRetarda la desintegración superficial del pavimento

4.1.2.2. Sello de arena – asfalto

Consiste en la aplicación de un material bituminoso, generalmente una emulsiónde rotura rápida, sobre la superficie del pavimento, seguida de la extensión ycompactación de una delgada capa de arena (Figura 4.1.6). El sello cumple lamisma función que el riego en negro pero, además, controla la fricción superficialdebido a la adición del agregado pétreo. Esta técnica se encuentra en lasEspecificaciones Generales de Construcción de Carreteras del INVÍAS (Artículo 432)


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[ref. 4.1.1] y se admite sólo en vías con niveles de tránsito NT1 y NT2. Suexpectativa de vida es similar a la de los riegos en negro.

Figura 4.1.6. – Sello de arena- asfalto

4.1.2.3. Tratamiento superficial

Consiste en aplicaciones consecutivas de una emulsión asfáltica de rotura rápida ycapas de gravilla de tamaño uniforme (Figura 4.1.7). Su construcción sobre unpavimento existente sirve para impermeabilizar y rejuvenecer la superficie pero,principalmente, para mejorar las características de drenaje y de fricción superficial.Los tratamientos superficiales simples y dobles están considerados en los Artículos430 y 431 de las Especificaciones Generales de Construcción de Carreteras delINVÍAS [ref. 4.1.1].

Figura 4.1.7. – Restauración de un pavimento asfáltico con un tratamiento superficial


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El empleo de los tratamientos superficiales, con los fines que se acaban dedescribir, está limitado a carreteras de tránsito bajo y medio (NT1 y NT2) cuando seutilizan emulsiones elaboradas con asfaltos convencionales. Sin embargo, si seemplean emulsiones elaboradas con asfaltos modificados con polímeros, lostratamientos se pueden aplicar en carreteras con elevada intensidad de tránsito[ref. 4.1.4].

Cuando se construyen en condiciones favorables, los tratamientos superficiales derestauración pueden cumplir adecuadamente su función durante lapsos de 5 a 7años, correspondiendo los períodos más largos a los tratamientos del tipo doble,elaborados con asfaltos modificados con polímeros.

4.1.2.4. Lechada asfáltica

Consiste en una mezcla de emulsión asfáltica de rotura lenta, agua, agregado fino,llenante mineral y, eventualmente, aditivos, la cual se realiza en una máquinamezcladora especial que también la extiende sobre la superficie del pavimento(Figura 4.1.8). La lechada es efectiva en el sellado de áreas con fisuras de escasaabertura, en la impermeabilización de la superficie y en el mejoramiento de lafricción superficial. El pavimento por restaurar deberá ser estable, sindeformaciones excesivas ni fisuras que puedan sufrir movimientos bajo la accióndel tránsito automotor.

El empleo de la lechada asfáltica está considerado en el Artículo 433 de lasEspecificaciones Generales de Construcción de Carreteras del INVÍAS [ref. 4.1.1]. Suaplicación en la restauración de pavimentos, se debe restringir a carreteras detránsito bajo y medio (NT1 y NT2). Su expectativa de vida útil se encuentra entre 3y 5 años.

Figura 4.1.8. – Restauración de un pavimento con una lechada asfáltica


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4.1.2.5. Microaglomerado en frío

Conocido también como micropavimento, es una lechada asfáltica elaborada conuna emulsión de asfalto modificado con polímeros y un agregado pétreo detamaño máximo ligeramente mayor al empleado en una lechada convencional.Aunque cumple las mismas funciones de la lechada en la restauración de unpavimento, la modificación en el ligante hace utilizable el microaglomerado encarreteras de tránsito pesado (NT3). El microaglomerado en frío está consideradoen el Artículo 433 de las Especificaciones Generales de Construcción de Carreterasdel INVÍAS [ref. 4.1.1].

Los microaglomerados en frío también pueden ser utilizados en el relleno de zonasahuelladas de poca profundidad, siempre y cuando ellas no obedezcan a bajaresistencia a la deformación plástica de la capa de rodadura. Debido a sunaturaleza frágil, su acción como tratamiento sellante de fisuras no suele ser muyeficaz. Colocados en condiciones favorables, su expectativa de vida puede excederde 5 años.

4.1.2.6. Sello del Cabo (Cape seal)

Es una técnica que, al combinar un tratamiento superficial simple con una lechadaasfáltica, reduce la macrotextura macrorrugosa de aquél, dando lugar a unasuperficie de rodadura cuya vida útil puede alcanzar 8 o más años. Por ser unatécnica de restauración con los mismos propósitos de los dos tratamientos quecombina, no es recomendable su construcción sobre pavimentos con problemasestructurales.

Este sello, como tal, no está incluido en las especificaciones del INVÍAS, motivo porel cual se deben considerar conjuntamente los Artículos 430 y 433 de ellas cuandose desee aplicarlo.

4.1.2.7. Microaglomerado en caliente

Es una mezcla bituminosa elaborada en caliente, con agregados de gradacióndiscontinua, que se emplea para la construcción de capas de rodadura de pequeñoespesor. Se elabora con un asfalto modificado con polímeros, con fibras acrílicas opolvo de celulosa, y con un agregado pétreo que presenta una discontinuidadgranulométrica entre los tamaños de 2 mm y 5 mm, con el fin de obtener unatextura macrorrugosa al compactar la capa en el terreno.


274

Se aplica en la restauración de pavimentos que tengan una base firme, que noestén deformados y que presenten moderados síntomas de desprendimiento o deagrietamiento, o problemas de deslizamiento o de envejecimiento. No serecomienda aplicarlo sobre capas asfálticas con exudaciones pronunciadas, ya queellas se reproducen rápidamente en la superficie.

El microaglomerado en caliente se encuentra considerado en el Artículo 452 de lasEspecificaciones Generales de Construcción de Carreteras del INVÍAS [ref. 4.1.1]. Suexpectativa de vida se encuentra entre 5 y 8 años.

4.1.2.8. Mezcla drenante

Es una mezcla asfáltica para capa de rodadura con un elevado contenido de vacíoscon aire, cuyo diseño y colocación en obra da lugar a una superficie de texturaabierta y de alta capacidad drenante. Colocada sobre una superficie impermeable ycon una correcta pendiente transversal, en un espesor del orden de 40 a 50 mm,evita la presencia de agua en la superficie, drenándola de manera inmediata eninstantes de lluvia y proporcionando alta resistencia al deslizamiento, reduciendo elvolumen de agua proyectada al paso de los vehículos, mejorando la visibilidad encondición de pavimento húmedo (Figura 4.1.9) y disminuyendo el ruido producidopor la circulación vehicular. En su elaboración se deben emplear asfaltosmodificados con polímeros, cuya mayor viscosidad permite obtener un espesorgrueso de película asfáltica sin riesgos de exudación, una superior flexibilidad y unaelevada cohesión.

Figura 4.1.9. – Diferencia de visibilidad en instantes de lluvia, al circular sobre unasuperficie de concreto asfáltico y una de mezcla drenante

La mezcla drenante se encuentra considerada en el Artículo 453 de lasEspecificaciones Generales de Construcción de Carreteras del INVÍAS [ref. 4.1.1]. Su


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expectativa de vida oscila entre 8 y 10 años. Si su mantenimiento durante el tiempono es adecuado, se puede colmatar prematuramente, perdiendo parte de sueficacia.

4.1.2.9. Sobrecapa delgada

Un sobrecapa delgada, construida con una mezcla del tipo denso en caliente(concreto asfáltico), extiende la vida útil de un pavimento asfálticoestructuralmente sano a través del mejoramiento de su condición funcional. Lospequeños defectos superficiales son cubiertos por ella, dando la misma aparienciade un pavimento nuevo.

Para ser considerada como operación de restauración, la sobrecapa debe tener unespesor compacto inferior a 40 milímetros. Su construcción se deberá efectuarsegún lo establecido en el Artículo 450 de las Especificaciones Generales deConstrucción de Carreteras del INVÍAS [ref. 4.1.1].

4.1.2.10. Limitaciones y efectividad de los trabajos de restauración

Las técnicas de restauración constituyen un medio efectivo para corregir defectosde tipo superficial y funcional en un pavimento y contribuyen a paliartemporalmente algunos de tipo estructural, pero no suministran ningún aporteestructural a la calzada existente, el cual sólo se puede obtener a través de otrosmecanismos más intensos de rehabilitación. Otras limitaciones de la técnica derestauración de pavimentos asfálticos son las siguientes:

- El riesgo de que la aplicación de los riegos en negro se traduzca en la generaciónde superficies deslizantes, hace que ellos sean más recomendables en laprotección de las bermas que en la de la calzada.

- La mayoría de los tratamientos descritos no resultan suficientemente efectivossi la superficie presenta deformaciones permanentes y agrietamientos dealguna consideración, salvo que se aplique algún tratamiento de preparación.

- Aunque la lechada asfáltica constituye un excelente tratamiento rejuvenecedor,no es tan durable como un tratamiento superficial si el pavimento porrehabilitar está fisurado y acusa altas deflexiones bajo la acción del tránsito.

- Los microaglomerados en caliente no presentan buen comportamiento si seconstruyen sobre superficies muy deformadas o con excesos de asfalto.


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- Aunque las mezclas drenantes son muy efectivas en el mejoramiento deldrenaje superficial, su éxito exige de la capa subyacente impermeabilidad,resistencia al desprendimiento del asfalto y una adecuada pendiente; además,su efectividad decrece a medida que sus vacíos se van colmatando, lo queimplica exigentes medidas de mantenimiento. Además, cuando sufrendeterioros localizados suelen ser sometidas a sellado de fisuras o a operacionesde parcheo que afectan el flujo libre de agua a través de la capa.

4.1.3. Refuerzo

Las sobrecapas de refuerzo en concreto asfáltico han constituido el método másgeneralizado para rehabilitar pavimentos asfálticos por cuanto, generalmente,representan un medio efectivo en costo para corregir las deficiencias superficialesy, simultáneamente, incrementar la capacidad estructural del pavimento. Sinembargo, no es raro que el comportamiento de las sobrecapas asfálticas haya sidodeficiente. Los motivos para que ello suceda son variados [ref. 4.1.2]:

- Inadecuada selección de la sobrecapa como método de rehabilitación.

- Escogencia de un tipo inapropiado de sobrecapa.

- Espesor insuficiente de la sobrecapa.

- Fallas en el diseño y en la elaboración de la mezcla.

- Deficiente reparación previa de las áreas deterioradas.

- Inadecuada consideración del fenómeno de reflexión de fisuras.

- Deficiencias en el proceso constructivo.

El éxito de una sobrecapa de refuerzo descansa, primero que todo, en la certeza deque ella constituye la solución de rehabilitación apropiada. Establecido lo anterior,la determinación del tipo y del espesor del refuerzo son asuntos de importancia, asícomo la definición del tratamiento requerido por el pavimento antes de sucolocación. Por último, es preciso que el proceso constructivo esté, en un todo, deacuerdo con las exigencias de las especificaciones de construcción.


277

El tipo más común de sobrecapa es que se construye con mezclas densas encaliente del tipo concreto asfáltico, elaboradas con cementos asfálticosconvencionales o modificados con polímeros, aunque, en el caso de espesoresimportantes de refuerzo, es posible el empleo de otras clases de mezclas en laconstrucción de las capas intermedia y de base, tal como lo considera el Artículo450 de las Especificaciones Generales de Construcción de Carreteras del INVÍAS[ref. 4.1.1]. El espesor necesario de refuerzo depende del problema que afecte alpavimento existente pero, en general, varía entre 40 mm y 200 mm.

A menudo, las capas de refuerzo se aplican previo el fresado del pavimento. Elfresado constituye un medio idóneo para recuperar la pendiente transversal de lacalzada, mantener la altura de los sardineles en zonas urbanas y preparar elpavimento para la colocación de la sobrecapa. El espesor removido mediante elfresado debe ser tenido en cuenta en el instante de diseñar el espesor del refuerzo.

Los aspectos que determinan la viabilidad de la colocación de refuerzos sobrepavimentos asfálticos se resumen en la Tabla 4.1.2 [ref. 4.1.5]. La condición delpavimento antes de la aplicación del refuerzo afecta significativamente elcomportamiento de éste. El factor individual más importante en la determinacióndel éxito del refuerzo es el alcance de las reparaciones que se requierenpreviamente, en especial las operaciones de bacheo y las nivelaciones. Otrosfactores complementarios a considerar son la eventualidad de la reflexión defisuras y las posibilidades de ahuellamiento del refuerzo.

4.1.3.1. Tratamiento previo al refuerzo

El tipo y la cantidad de los trabajos de tratamiento previos al refuerzo dependendel tipo y de la condición del pavimento por rehabilitar. Para que el refuerzo tengaun comportamiento satisfactorio, el pavimento existente deberá serestructuralmente sano y encontrarse limpio y en capacidad de adherirseadecuadamente al refuerzo. Para cumplir estos requisitos, los trabajos depreparación se deben determinar cuidadosamente, teniendo en cuenta lossiguientes factores:

- Tipo de materiales por emplear en el refuerzo.

- Suficiencia estructural del pavimento existente.

- Tipos, extensiones y gravedades de los deterioros del pavimento.


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- Tránsito esperado.

- Limitaciones físicas como, por ejemplo, el control del tránsito durante laejecución de las obras.

- Costos totales (tratamiento previo y refuerzo).

Tabla 4.1.2.Guías de viabilidad para refuerzos asfálticos

CONSTRUCTIBILIDADGálibo El espesor requerido puede plantear un problemaControl del tránsito No son difíciles de construir bajo tránsito

El refuerzo puede ser abierto al tránsito rápidamenteConstrucción Es un procedimiento común de rehabilitación

Son críticos el diseño de las mezclas y la compactación deellas en obra

PERÍODO DE DISEÑOCondición del pavimento Entre más deteriorado se encuentre, mayor debe ser el

espesor del refuerzo para servir un determinado tránsitoAlcance de las reparaciones Las áreas agrietadas deben ser completamente reparadas o

sometidas a un tratamiento de alivio del reflejo de grietasSuficiencia estructural El espesor del pavimento existente debe ser incrementadoTránsito futuro La circulación de vehículos comerciales con altas

magnitudes de carga por rueda y de presión de infladopueden generar ahuellamientos en el refuerzo

Confiabilidad Aceptable (la reflexión de fisuras y el ahuellamiento suelenser los principales problemas)

EFECTIVIDAD EN COSTOCosto inicial Los tratamientos previos al refuerzo tiene gran incidenciaCosto durante el ciclo de vida Competitivo, si la vida futura es prolongada

En general, han existido dos maneras básicas de enfrentar el problema del diseñodel refuerzo. La primera, consiste en considerar el bacheo de todas las áreasdeterioradas antes de colocar la sobrecapa. La segunda, consiste en la colocaciónde un espesor de sobrecapa lo suficientemente importante (incluyendo una capade nivelación, de ser necesaria) para proteger todas las áreas débiles que tenga elpavimento. Bajo este último concepto, si se determina que las capas de subbase obase presentan un elevado grado de deterioro, la capa afectada no se remuevesino que, a través de un aumento del espesor del refuerzo, ella se protege contralos esfuerzos y deformaciones excesivos.


279

Aunque es evidente que a medida que el bacheo se hace más intenso el espesornecesario del refuerzo se reduce, por cuanto el bacheo mejora la capacidadestructural del pavimento, es conveniente realizar un balance económico quedetermine cuál es la combinación óptima de tratamientos, como, de maneraconceptual, se muestra en la Figura 4.1.10. No obstante, cuando el área por sersometida a reparaciones previas es alta, puede resultar más económica otraalternativa de rehabilitación (reciclado o reconstrucción). El análisis de costosdurante el ciclo de vida determinará la factibilidad económica de las diferentesestrategias posibles.

Figura 4.1.10. – Esquema de costos de bacheo, sobrecapa y totales, en función del áreasometida a bacheo

En el caso de pavimentos con fisuras de tipo lineal, se debe verificar, a través de losnúcleos, si ellas son sólo superficiales y se propagan en sentido descendente (top -down) o si afectan todas las capas asfálticas existentes. En el primer caso, resultasuficiente el fresado de la profundidad afectada como tratamiento previo, mientrasque en el segundo el ingeniero deberá decidir entre ordenar labores de parcheo ybacheo o el sello de las fisuras. La guía de diseño AASHTO 2002 recomienda que lasfisuras con abertura menor a 6 milímetros no sean sometidas a un tratamientoprevio [ref. 4.1.6].

4.1.3.2. El problema de la reflexión de las fisuras

La reflexión de fisuras es un problema muy severo que debe ser considerado entodo proyecto donde se contemple el refuerzo de un pavimento asfáltico, porcuanto ella origina aumentos en los costos de mantenimiento, dada la necesidad


280

de efectuar frecuentes operaciones de sello y parcheos. Las fisuras reflejaspermiten el ingreso de agua en el pavimento, la cual tiende a desprender la películade ligante de la mezcla y a separar el refuerzo de la capa subyacente; además, elagua penetra hasta las capas inferiores y la subrasante, debilitándolas y reduciendola vida útil del refuerzo.

La reflexión es el desarrollo de fisuras desde el fondo hasta la superficie delrefuerzo, como resultado de movimientos horizontales y verticales de las fisurasdel pavimento antiguo. Los primeros se producen por bajas temperaturas queprovocan la contracción del pavimento e incrementan la abertura de las fisuras dela estructura subyacente, dando lugar a esfuerzos de tensión en la sobrecapa. Lossegundos, se producen por la ocurrencia de movimientos verticales diferenciales alpaso del tránsito sobre las fisuras, lo que genera esfuerzos importantes de corte enla capa superior.

Cada ciclo térmico y de cargas vehiculares produce un estado de esfuerzos quecontribuye a la propagación de las fisuras hacia la superficie. Los diferentes tipos dedeformación no propagan las fisuras de la misma manera y el número dedeformaciones sufridas no es, en sí mismo, un criterio válido para predecir lavelocidad de reflexión de las fisuras.

La reflexión de las fisuras existentes en un pavimento sometido a un refuerzo, esanalizada con algún detalle en la guía de diseño AASHTO 2002 [ref. 4.1.6]. Allí sepresenta un modelo general para la predicción de la evolución de la propagacióndel agrietamiento a través de una sobrecapa en función del tiempo, mediante unafunción de tipo sigmoideo:

btaeRC

1

100

Donde: RC: Porcentaje de grietas reflejadas (%).

t: Tiempo (años).

a, b: Parámetros de ajuste

Los parámetros de ajuste encontrados por los autores de la guía, para lospavimentos flexibles, son los siguientes:


281

a = 3.5 + 0.75*h

b = -0.688584 – 3.37302*(h)-0.915469

Siendo “h” es el espesor de la sobrecapa asfáltica, en pulgadas.

La Tabla 4.1.3 muestra los resultados de la aplicación de dicho modelo a diferentescombinaciones de espesores de sobrecapa y de períodos transcurridos desde lacolocación de la misma.

Tabla 4.1.3.Rapidez del reflejo de las grietas de un pavimento antiguo en la superficie del refuerzo

h(pulgadas)

t(años)

RC(%)

2

1 7.42 48.83 91.95 100

4

1 0.773 16.94 51.25 84.3

6

1 0.133 1.855 21.66 51.4

8

1 0.023 0.275 2.818 50.8

Según una regla empírica de amplio uso, una fisura en una capa asfáltica densa serefleja a razón de una pulgada (25 mm) por año. De acuerdo con ella, es de esperarque la fisura tarde 4 años en reflejarse a través de 4 pulgadas (100 mm) desobrecapa y 8 años en hacerlo a través de un refuerzo de 8 pulgadas (200 mm),[ref. 4.1.7]. Comparando los resultados de aplicar la regla con los valores de laTabla 4.1.3, se concluye que, según el modelo, la regla equivale a que en unnúmero de años igual al espesor de la sobrecapa (en pulgadas), se reflejará en lasuperficie el 50% del agrietamiento del pavimento subyacente.


282

La Tabla 4.1.3 permite apreciar, además, que toda disminución en el espesor delrefuerzo se traduce en una mayor rapidez en el reflejo de las fisuras y en unamayor área afectada por el fenómeno. Por ejemplo, reducir el espesor del refuerzode 6 a 4 pulgadas, hace que en tres (3) años las fisuras de reflexión esperadasaumenten de 1.85 % a 16.9 % y en cinco (5) años de 21.6% a 84.3%.

La clave para suprimir el reflejo de fisuras en un refuerzo, consiste en eliminar losmovimientos horizontales de las fisuras del pavimento antiguo a causa de loscambios de temperatura y los verticales en el refuerzo a causa del tránsito. Sinembargo, como ello resulta casi imposible sin colocar espesores excesivos deconcreto asfáltico, los intentos de solución se han dirigido hacia el retardo en elreflejo de las fisuras y hacia la reducción de la severidad con la cual ellas sepresentan, existiendo varias maneras de abordar el problema, las cuales se puedensintetizar en los siguientes tratamientos, adicionales a los citados en el numeral4.1.1:

- Geosintéticos.

- Membranas intercapa absorbentes de esfuerzos (SAMI).

- Capas asfálticas de alivio del reflejo de fisuras (crack-relief layers).

El éxito de cualquiera de estos tratamientos descansa, en parte, en la manera comose mida su efectividad. Mientras algunos consideran que el éxito sólo se logra si nose refleja fisura alguna, otros se conforman con retrasar la reflexión y controlarparcialmente su severidad.

Geosintéticos tejidos y no tejidos de poliéster, polipropileno, fibra de vidrio, nylon ocombinaciones de estos materiales han sido utilizados con éxito variado en elcontrol del reflejo de fisuras del tipo piel de cocodrilo de baja y mediana gravedad(Figura 4.1.11). Aunque en la mayor parte de los casos se colocan directamentesobre el pavimento antiguo, previa la aplicación de un riego de liga, existenevidencias de mejor comportamiento cuando se colocan entre una primera capaasfáltica de nivelación y la capa de refuerzo estructural, por cuanto así se evita elcontacto directo del producto con la superficie fisurada, permitiendo una mayorinhibición de la propagación de las fisuras [ref. 4.1.9]. La bibliografía especializadacita retrasos en el inicio de la reflexión al emplear este tratamiento, aunquetambién cuestiona su efectividad cuando la abertura de las fisuras es mayor de 9milímetros [ref. 4.1.10]. Su efectividad ha sido ampliamente cuestionada enpavimentos donde se presentan sustanciales movimientos horizontales y verticales


283

[ref. 4.1.6] [ref. 4.1.8] [ref. 4.1.11]. El uso de geotextiles en el proceso derehabilitación de pavimentos asfálticos está contemplado en el Artículo 464 de lasEspecificaciones Generales de Construcción de Carreteras del INVÍAS [ref. 4.1.1].

Figura 4.1.11. – Colocación de geotextil antes del refuerzo asfáltico

Las membranas intercapa absorbentes de esfuerzos, más conocidas por suacrónimo inglés SAMI, identifican una capa de materiales apropiados que se colocasobre el pavimento fisurado, previamente al refuerzo, con el fin de disipar losmovimientos y los esfuerzos desarrollados en las fisuras del pavimento existente,retrasando su reflejo en la superficie de la sobrecapa (Figura 4.1.12). La membranasuele consistir en un tratamiento superficial, en el cual el ligante utilizado es unasfalto-caucho o un asfalto modificado con polímero. También, existen versionesconstituidas por uno o dos geosintéticos impregnados con un asfalto modificadocon polímeros, las cuales se deben colocar sólo sobre las zonas fisuradas. Enrelación con el éxito de este sistema tampoco existen conclusiones determinanteshasta la fecha.

Figura 4.1.12. – SAMI para controlar el reflejo de grietas

Las capas asfálticas de alivio del reflejo de fisuras han sido efectivas en el controldel reflejo de grietas sometidas a movimientos horizontales o verticalesimportantes [ref. 4.1.7]. Estas capas se construyen con mezclas asfálticas en


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caliente, elaboradas con un agregado con muy baja o nula proporción de finos ycantidades muy limitadas de ligante (entre 1.5% y 3.0%), buscando que la capacompactada presente una elevada proporción de vacíos con aire (superior a 20%),de manera de controlar la transmisión de las fisuras a la capas densas de nivelacióny de refuerzo que se construyen sobre ella (Figura 4.1.13).

Figura 4.1.13. – Capa asfáltica de alivio del reflejo de fisuras

Este sistema, incluido en el Artículo 451 de las Especificaciones Generales deConstrucción de Carreteras del INVIAS [ref. 4.1.1], fue muy utilizado en losproyectos de rehabilitación de pavimentos asfálticos y rígidos en Colombia durantelos años 80 del siglo pasado. Su efectividad fue también muy variada, aunque casisiempre exitosa cuando se aplicó debidamente. El comportamiento fue inadecuadocuando se desvirtuaron los principios fundamentales del sistema, bien porque seaplicaban proporciones muy elevadas de ligante asfáltico y de agregado fino o bienpor la falta de cobertura oportuna de la capa, la cual se dejaba expuesta al tránsitoy a los agentes ambientales durante lapsos prolongados.

Aunque la capa de alivio eliminó la necesidad de realizar trabajos intensos debacheo, el considerable espesor requerido por ella (mínimo 90 mm), exigía elempleo de cantidades importantes de materiales para su construcción. Además,sobre la capa de alivio se debían colocar mezclas densas para nivelación yrodadura, lo que conducía a una solución que implicaba una considerable elevaciónen la rasante que, en ocasiones resultaba inconveniente. Estos escollos fueronlimitando su uso, en especial desde que llegaron al país las máquinas recicladorasde pavimentos.

Debido a las limitaciones y al comportamiento tan variable que han presentado lasdistintas técnicas empleadas actualmente para la prevención del reflejo de fisuras,


285

el Instituto Nacional de Vías no recomienda en esta guía metodológica a ningunade ellas como la preferida. La experiencia del diseñador con las diferentes técnicas,en proyectos bajo similares condiciones de entorno y de intensidad de tránsito,constituye la mejor herramienta de selección. No se debe olvidar que, cualquierasea la recomendación del diseñador, su efectividad en costo deberá ser comparadacon la de otros tratamientos alternativos que se ajusten a las necesidades técnicasde rehabilitación del pavimento.

4.1.3.3. El ahuellamiento del refuerzo

En los últimos años se han advertido más problemas de ahuellamiento en lospavimentos asfálticos que en el pasado (Figura 4.1.14). El ahuellamiento no sólogenera una condición de circulación incómoda sino que, además, permite laacumulación de agua en los instantes de lluvia, favoreciendo el hidroplaneo.

Figura 4.1.14. – Ahuellamiento de las capas asfálticas en una troncal de transporte masivode Bogotá [ref. 4.1.12]

El factor externo que más ha favorecido el ahuellamiento de las capas asfálticas esel tránsito pesado. Durante los últimos años se han producido incrementossustanciales en la magnitud de las cargas por eje y en las presiones de inflado delos neumáticos. De hecho, las cargas admisibles por eje y totales para circulaciónpor carretera en Colombia, se encuentran entre las más altas del continente.

El asunto debe ser enfrentado por el ingeniero mediante mejoras en el diseño y enla construcción de las mezclas asfálticas. El empleo de agregados pétreos trituradoscon muy elevada resistencia a la fragmentación y de asfaltos de alta consistencia,así como el diseño de mezclas por métodos modernos y el estudio de suscaracterísticas de deformación, son factores a tener en cuenta.


286

La versión vigente de los Artículos 400 y 450 de las Especificaciones Generales deConstrucción de Carreteras del INVÍAS [ref. 4.1.1] incluye requisitos de altaexigencia a los agregados pétreos por utilizar en los pavimentos de las carreterassometidas a tránsito pesado y contempla el empleo de mezclas con asfaltosmodificados con polímeros, incluidas las de alto módulo, para encarar el problema.Además, se ha normalizado una prueba para determinar en el laboratorio laresistencia de las mezclas asfálticas a la deformación permanente [ref. 4.1.13].

A manera de guía, la Tabla 4.1.4 presenta los principales factores que afectan elahuellamiento en una mezcla de concreto asfáltico.

Tabla 4.1.4.Factores que inciden en el ahuellamiento de las mezclas asfálticas

PARÁMETRO FACTORCAMBIO EN EL

FACTOR

EFECTO SOBRE LARESISTENCIA AL

AHUELLAMIENTO

Agregado

Textura superficial Lisa a rugosa Aumento

GradaciónDiscontinua a

continuaAumento

FormaRedondeada a

angularAumento

TamañoAumento de

tamaño máximoAumento

Ligante Rigidez Aumento Aumento

Mezcla

Contenido de ligante Aumento DisminuciónVacíos con aire Aumento DisminuciónVacíos en los

agregadosAumento Disminución

Condiciones deensayo o de

campo

Temperatura Aumento Disminución

Estadoesfuerzo/deformación

Aumento en lapresión decontacto

Disminución

Repeticiones de carga Aumento Disminución

Agua Seco a húmedoDisminución, si la

mezcla essensitiva al agua


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4.1.3.4. Oportunidad para el refuerzo

El conocimiento de las curvas de evolución del deterioro del pavimento es muy útilen la definición del instante óptimo para la colocación del refuerzo. Los costos delos usuarios, la magnitud de los trabajos previos al refuerzo, el espesor de éste y loscostos asociados a las obras son afectados por la intensidad de deterioro delpavimento.

En cualquier pavimento, los costos de los usuarios se incrementan rápidamente amedida que el nivel de servicio disminuye. Dichos costos incluyen loscorrespondientes a la operación y al mantenimiento del vehículo, el tiempo de lospasajeros y los accidentes. Al ir decreciendo el nivel de servicio, van apareciendonuevos deterioros en el pavimento, los cuales exigen reparaciones mayores,generalmente en términos de bacheos, antes de la colocación del refuerzo. Laexperiencia indica que, aun cuando se realicen reparaciones muy extensas, nosiempre es posible reparar todos los deterioros antes de colocar la sobrecapa. LaTabla 4.1.5 muestra la variación que presentan los costos de operación vehicular enlas carreteras colombianas de acuerdo con el estado de la superficie del pavimento,tomando como base los cálculos realizados por el Instituto Nacional de Vías en elaño 2003 [ref. 4.1.14]. Se advierte en ella que el incremento en costo, causado porel mal estado del pavimento, puede alcanzar 20 %.

Tabla 4.1.5.Relación entre los costos de operación vehicular en carreteras colombianas para

diferentes condiciones topográficas y estado del pavimento [ref. 4.1.14]

TIPO DETERRENO

ESTADO DELPAVIMENTO

COSTOS DE OPERACIÓN A PRECIOS DE MERCADO(COSTO DE REFERENCIA = 100 PARA PAVIMENTO EN BUEN

ESTADO)

AUTOMÓVILBUS

GRANDEC2 GRANDE ARTICULADO

PlanoBuenoRegularMalo

100108123

100104111

100108121

100106117

OnduladoBuenoRegularMalo

100108123

100104110

100107119

100106114

MontañosoBuenoRegularMalo

100106120

100102106

100105113

100104110


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La Figura 4.1.15 presenta una relación conceptual entre la condición del pavimentoy las diferentes necesidades de rehabilitación. Se puede apreciar que el instanterecomendable para el refuerzo ocurre cuando la pendiente de la curva de servicioal usuario aún no es muy pronunciada.

Figura 4.1.15 – Espectro de alternativas de rehabilitación de pavimentos asfálticos

La Figura 4.1.16 ilustra la relación entre la caída del índice de servicio y los costosasociados a los trabajos de rehabilitación, según el instante en que ellos seacometan. La figura muestra que si no se invierte un peso en rehabilitación cuandose ha consumido el 75% de la vida del pavimento y su nivel de servicio ha decaídosólo en 40%, se requerirá un inversión al menos cuatro veces mayor luego de quese pierda otro 40% del nivel de servicio y que llegar a ese estado tomará sólo 12%más de la vida del pavimento. Aunque los números citados pueden variardependiendo de muchas circunstancias, el concepto general es válido y pone derelieve la importancia de la oportunidad en la ejecución de las obras derehabilitación de un pavimento. Por lo tanto, los refuerzos deben ser planeadosmediante sistemas eficientes de administración del mantenimiento, con el fin deque ellos sean construidos en el instante óptimo.

Las consecuencias más importantes que se derivan del retraso en la construcciónde un refuerzo son las siguientes:

- Aumento del costo del tratamiento previo.


289

- Aumento en el espesor y en el costo del refuerzo.

- Aumento en los costos de operación vehicular.

- Incremento de los reclamos de la comunidad.

- Disminución de la vida del refuerzo, por cuanto nunca es posible eliminar todoslos daños de la estructura existente.

- Costos más altos durante el ciclo de vida para conservar el pavimento enservicio durante un período prolongado.

Figura 4.1.1.16 - Condición típica del ciclo de vida de un pavimento

4.1.4. Reciclado

El reciclado consiste en la reutilización, generalmente luego de cierto tratamiento,de un material del pavimento que ha cumplido su finalidad inicial, el cual se empleapara construir una nueva capa en la misma o en otra carretera.

Existen diferentes maneras de clasificar el reciclado de pavimentos: por latemperatura a la cual se realiza, por la profundidad de pavimento involucrada en elproceso, por el lugar donde se realiza la operación de mezcla, etc. Para lospropósitos de esta guía, se distinguirán dos clases generales de reciclado:

- Reciclado en planta en caliente


290

- Reciclado en el sitio, el cual comprende tanto los procesos de recicladosuperficial en caliente como los de reciclado en frío en el mismo lugar de lasobras.

La Tabla 4.1.6 resume las recomendaciones de la Asociación Norteamericana delReciclado y la Recuperación de Pavimentos, para la elección del tipo de recicladopor aplicar [ref. 4.1.15]. Aunque ella constituye una buena guía, se debe tenerpresente que la experiencia local brinda siempre la mejor orientación en cadaproyecto particular.

Cada una de estas técnicas tiene ventajas y desventajas y la elección del métodopor aplicar dependerá de factores técnicos, ambientales, sociales y económicos.Así, por ejemplo, el reciclado en el sitio es más económico que en planta, yconsume menos energía, pero carece de la flexibilidad de éste que permite mejorconfección y control de la nueva mezcla. Por su parte, el reciclado superficial encaliente pudiera ser el más barato de todos, pero también es el más limitado, nosólo por la profundidad de intervención, sino porque prácticamente no aportarefuerzo estructural de importancia, el cual sólo se logra, generalmente, con laconstrucción de un refuerzo sobre la capa reciclada.

Salvo contadas experiencias en la década de los años 80, el reciclado en caliente enel sitio no ha sido de aplicación corriente en el país, ni la ingeniería de construcciónnacional dispone de equipos para su ejecución. En la eventualidad de que elingeniero considere su aplicación en un determinado proyecto, el sistema deberáser contemplado, dentro de la filosofía de esta guía metodológica, como unatécnica de restauración y no como una operación de reciclado.

4.1.4.1. Reciclado en planta en caliente

Es el proceso por medio del cual se pulveriza, mediante fresado, un determinadoespesor de una capa asfáltica, se transporta el material trozado a una planta,donde puede ser triturado y clasificado por su granulometría, y posteriormente esutilizado en la elaboración de una nueva mezcla en caliente, añadiendo materialesnuevos que incluyen agregados pétreos vírgenes, cemento asfáltico y un agenterejuvenecedor del asfalto del pavimento fresado. La nueva mezcla en caliente, quedebe cumplir los mismos requisitos de calidad exigidos a un concreto asfálticonormal, se lleva al sitio escogido para su colocación, donde se extiende y compactamediante equipos y procedimientos convencionales. Esta técnica se encuentra


291

contemplada dentro de las especificaciones de construcción vigentes en el InstitutoNacional de Vías, bajo el Artículo 462 [ref. 4.1.1].

Como para toda alternativa de rehabilitación, es preciso realizar comparacionescuidadosas con el fin de determinar si la mezcla reciclada en planta en calienteconstituye la propuesta económicamente más efectiva para la solución de losproblemas de los deterioros en aquellos proyectos donde se considere suaplicación. El reciclado en planta en caliente permite corregir deficiencias de lasmezclas y puede ser empleado también como fuente de material para incrementarla capacidad estructural de un pavimento. Sin embargo, donde exista unagrietamiento excesivo, no se puede esperar un buen comportamiento de la capareciclada, si la insuficiencia estructural no ha sido enfrentada y corregida. Elreciclado puede eliminar el agrietamiento, pero no necesariamente corrige elmecanismo que lo ha producido.

Desde el punto de vista técnico, las mayores limitaciones al uso de este sistema sederivan de la existencia de materiales inadecuados dentro del pavimento que serecicla, como pueden ser las lechadas asfálticas, las mezclas abiertas y las capaselaboradas con asfaltos líquidos. Así mismo, se requieren grandes precauciones enlas plantas de elaboración de la mezcla, ante la posibilidad de que se debanmanejar materiales fresados de diferentes procedencias y, por lo tanto, dediferentes calidades. En consecuencia, el éxito de un proyecto de rehabilitaciónque incluya el reciclado en planta en caliente, precisa de un mayor control deingeniería y de muchos ensayos de laboratorio, para garantizar que la mezclareciclada presente una calidad similar a la de un concreto asfáltico elaboradototalmente con materiales nuevos.

4.1.4.2. Reciclado en el sitio

Como se indicó atrás, el reciclado en el sitio se puede realizar de dos maneras, cadauna de ellas con diferente grado de intervención estructural: reciclado superficialen caliente y reciclado en frío en el sitio.


292

Tabla 4.1.6.Guía para la selección del método de reciclado de pavimentos asfálticos [ref. 4.1.15]

TIPO DE DETERIORO DEL PAVIMENTORECICLADOEN PLANTA

EN CALIENTE

RECICLADO EN EL SITIORECICLADO

SUPERFICIALEN CALIENTE

RECICLADOEN FRÍO EN

EL SITIODEFECTOS SUPERFICIALESDesprendimientosExudaciónSuperficie resbaladiza

XXX

X1

X4

X1

DEFORMACIÓNESAbultamientosAhuellamiento poco profundo2

Ahuellamiento profundo3

XX

X4

X4

X5

AGRIETAMIENTO ASOCIADO A LAS CARGAS DELTRÁNSITOPiel de cocodriloLongitudinal en la banda de rodamientoParabólicas

XX X6

X7

XX

AGRIETAMIENTO NO ASOCIADO A LAS CARGASDEL TRÁNSITOGrietas en bloqueGrietas longitudinales de juntaGrietas transversales de contracción

XXX

X8X

XAGRIETAMIENTO POR REFLEXIÓN X XRUGOSIDADFalta general de regularidad superficialDepresiones

XX9

XX9

Notas:1 Aplicable si el espesor de la capa superficial no excede de 40 mm2 Ahuellamiento limitado a los 50 mm superiores de las capas asfálticas3 Ahuellamiento originado por la capa de base4Constitutye una corrección temporal si toda la capa afectada no es removida o mejorada ensus características mecánicas5 Generalmente se requiere la adición de nuevos agregados6 Aplicable si el agrietamiento está restringido a la capa superficial7 Aplicable si el tratamiento se realiza a una profundidad por debajo de la capa donde sepresenta el agrietamiento8 Aplicable si el agrietamiento está limitado a la capa superficial9 Es sólo una corrección temporal si el deterioro está ligado a un problema de la subrasante


293

4.1.4.2.1. Reciclado superficial en caliente

El reciclado superficial en caliente consiste en el reprocesamiento de la superficiedel pavimento en bajos espesores, generalmente no superiores a 40 mm, en casosen que los deterioros del pavimento no sean atribuibles a deficienciasestructurales. Se incluye aquí todo procedimiento en que la superficie es cepilladao escarificada en caliente y adicionada o no de un agente de reciclado, con o sin laincorporación de materiales vírgenes, reacondicionada y recompactada. Medianteeste sistema, se eliminan algunos deterioros superficiales tales comoahuellamientos, abultamientos y fisuramientos atribuibles a la carpeta asfáltica, aligual que excesos de asfalto y desprendimientos de ligante o de agregados pétreos.El sistema permite, también, regenerar las características antideslizantes delpavimento, restaurar la sección transversal de la calzada y rejuvenecer lasuperficie [ref. 4.1.16]. El reciclado superficial en caliente puede ser realizadomediante diferentes procedimientos, siendo los más utilizados el termo-reperfiladoy la termo-regeneración.

El termo-reperfilado comprende un conjunto de operaciones que son realizadas poruna sola máquina en forma secuencial, a excepción de la compactación final (Figura4.1.17). Estas operaciones son las siguientes:

- Calentamiento del pavimento, generalmente mediante rayos infrarrojos.

- Eventual adición de un rejuvenecedor del asfalto.

- Fresado del pavimento hasta la profundidad deseada, la cual no suele excederde 25 mm.

- Homogeneización del material fresado y nivelación del mismo.

- Pre-compactación del material mediante una plancha adosada a la parte traserade la máquina.

- Compactación final hasta lograr la densidad deseada, por medio de equiposnormales de compactación de mezclas asfálticas.

La característica fundamental que identifica este sistema, es que no incluye elaporte de mezcla asfáltica nueva, lo que hace que la única mejora en lascaracterísticas del material reciclado sea la eventual adición del rejuvenecedor del


294

asfalto. Esto limita su aplicación a la corrección de pequeñas irregularidadessuperficiales, a la corrección de superficies deslizantes o, simplemente, a labúsqueda de un incremento de la densidad de la carpeta asfáltica.

Figura 4.1.1.17. – Termo - reperfilado de pavimento asfáltico

La termo - regeneración es una técnica que presenta algunas característicascomunes con la anterior, pero difiere de ella en el hecho de que existe aporte demezcla nueva. El conjunto de operaciones por realizar depende del tipo de equipoutilizado, por cuanto algunos fresan en frío la capa asfáltica por reciclar, en tantoque otros la calientan previamente. Los del primer tipo poseen un tambormezclador en caliente (Figura 4.1.18) y los del segundo no. En términos generales,el proceso abarca los siguientes pasos:

- Calentamiento del pavimento mediante rayos infrarrojos (algunos equipos).

- Escarificado o fresado del pavimento en la profundidad elegida y transporte delmaterial recuperado al mezclador de la máquina recicladora.

- Si lo contempla el diseño, adición de agregados y asfalto nuevos y de un agenterejuvenecedor del asfalto antiguo y elaboración de la nueva mezcla.

- Descarga y distribución de la nueva mezcla sobre la superficie.

- Compactación con un tren de compactación convencional.


295

Figura 4.1.1.18. – Termo-regeneración de pavimento asfáltico

4.1.4.2.2. Reciclado en frío en el sitio

El reciclado en frío en el sitio es un proceso de corrección de pavimentos condeficiencias estructurales, el cual consiste en la fragmentación y posteriorreutilización de los materiales de la capa o capas superiores de un pavimentoasfáltico en servicio, con o sin la adición de agregados pétreos nuevos o un agentede reciclado (o ambos) y agua, para conformar un nuevo material que es mezclado,colocado, compactado y curado en el mismo lugar, sin la adición de calor. Lasestructuras recicladas en frío en el sitio presentan propiedades similares a las de lasbases estabilizadas, razón por la cual deben ser cubiertas con una capa dedesgaste.

La selección del agente de reciclado y la decisión de incorporar o no agregadospétreos en el proceso, dependen las propiedades de los materiales por reciclar. Amenudo, con más de un agente se obtienen las características requeridas para lamezcla y, en tales casos, la elección se basa en consideraciones de costos y dedisponibilidad de los estabilizantes. Así mismo, puede resultar conveniente laposibilidad de incorporar más de un estabilizante. Es el caso, por ejemplo, de unabase granular contaminada con arcilla. En esta eventualidad, se puede considerarun tratamiento preliminar con cal para disminuir la plasticidad y hacer mástrabajable el material, al cual se añadirá posteriormente otro producto queincremente la resistencia de la capa.

La incorporación de material pétreo virgen, el cual se debe colocar sobre lasuperficie del pavimento antes de ejecutar el reciclado, resulta a veces necesaria


296

para corregir algunas anomalías. Uno de los motivos, es la corrección de unosperfiles longitudinal y transversal muy defectuosos; otro, es la necesidad demejorar la granulometría del material reciclado y un tercero es la posibilidad deaumentar el espesor reciclado, sin afectar exageradamente la estructurasubyacente.

Entre las razones que justifican el empleo del reciclado en frío en el sitio se puedencitar las siguientes:

- Se mejora la capacidad estructural del pavimento, que es el principal beneficioque se atribuye a esta técnica

- Se reelaboran completamente una o más capas del pavimento, lo que permiteel mejoramiento de las propiedades de sus materiales, la corrección deproblemas de dosificación y, consecuentemente, de los defectos superficiales

- El uso de estabilizantes proporciona al material reciclado una mayorimpermeabilidad y reduce la sensibilidad a los efectos de la humedad

No obstante, el ingeniero no debe ignorar algunos factores limitantes, antes deoptar por la alternativa del reciclado en frío:

- El proceso de reciclado y el curado de la capa compactada pueden serdemorados, lo que causa al tránsito automotor inconvenientes mayores queotras técnicas de rehabilitación

- La evolución favorable de la resistencia de la capa reciclada depende, en granmedida, de las condiciones climáticas (temperatura y humedad)

- La uniformidad en las operaciones y en el producto elaborado suele ser inferiora la que se logra en las mezclas realizadas en planta

En general, se pueden considerar tres tipos de reciclado en frío en el sitio: conligantes hidrocarbonados, con conglomerantes hidráulicos y un proceso mixtoempleando los dos anteriores [ref. 4.1.17].

4.1.4.2.2.1. Reciclado en frío en el sitio con ligantes hidrocarbonados

Los ligantes empleados para este proceso son las emulsiones asfálticas fabricadas apartir de asfaltos o mezclas de asfaltos con agentes regenerantes, así como la


297

espuma de asfalto obtenida por inyección de agua a un cemento asfáltico calienteen el momento del reciclado. En principio, el comportamiento de ambos tipos deligantes se puede considerar similar a los efectos del diseño estructural, a pesar delas diferencias en su elaboración y en la rapidez con la cual se logra el curado y lamaduración de la mezcla compactada. Dentro de las especificaciones deconstrucción vigentes en el Instituto Nacional de Vías, este tratamiento seencuentra contemplado en el Artículo 461 [ref. 4.1.1].

Este sistema de reciclado permite varias posibilidades en las que, si bien la técnicade puesta en obra es similar, los resultados obtenidos difieren en cuanto a lacalidad del material final y, por lo tanto, a las prestaciones del diseño estructural dela rehabilitación. La Tabla 4.1.7 identifica tres tipos generales de reciclado en fríocon ligantes hidrocarbonados, dentro de los cuales se puede ubicar la mayoría delos casos que se presentan en la práctica. Si se presentan situaciones diferentes, elingeniero las deberá asimilar a ellos o establecer una clasificación diferente conuna adecuada motivación.

Tabla 4.1.7.Posibilidades de reciclado en frío en el sitio con ligantes hidrocarbonados

[Adaptada de ref. 4.1.17]

TIPO I TIPO II TIPO IIIMATERIAL

RECICLADO DELPAVIMENTOEXISTENTE

Capa asfáltica <50 mm + basegranular

Capa asfáltica de 50a 100 mm + basegranular

Sólo capas asfálticas

OBJETIVO

Mejoramientomecánico ogeométrico delpavimento

Como en el Tipo I y,eventualmente,regeneración delligante existente

Regeneración delligante existente yrecomposición de lamezcla, mejorandolevemente lacapacidadestructural de lacapa reciclada

El tipo I corresponde a aquellas situaciones en las que se pretende reciclarmateriales que en su mayor parte no están tratados con ligantes asfálticos. Es elcaso de pavimentos constituidos por capas granulares con un revestimientoformado por un tratamiento superficial o por una carpeta asfáltica delgada. Engeneral, la aplicación del reciclado a este tipo de pavimentos permite obtener unacapa de base similar a una estabilización con emulsión, de características


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mejoradas respecto del material granular de partida. El espesor del reciclado puedevariar en función de las características del tránsito, desde 80 mm para vías detránsito muy liviano hasta unos 150 mm en vías de tránsito de mediana intensidad.En este tipo de reciclado no se suele valorar el efecto del ligante presente en elpavimento existente a los efectos del diseño de la mezcla.

El tipo II corresponde a una situación intermedia en la cual se reciclan materialestratados con ligantes asfálticos con materiales no tratados, con una proporción delos primeros bastante mayor que en el tipo I. Por la composición estructural de lacalzada, esta situación corresponde a pavimentos que soportan tránsitos deintensidad media y alta. La profundidad por someter al tratamiento, puede excederde 150 mm.

El tipo III corresponde a la situación que se plantea cuando solamente se reciclanmateriales tratados con ligantes bituminosos. Se trata, normalmente, de carreterasde tránsito pesado con problemas de fisuramiento por fatiga, envejecimiento,reflexión, etc. En general, se trata de estructuras homogéneas que permitenencontrar una fórmula de reciclado mediante una emulsión de efecto regeneranteo un cemento asfáltico blando, en baja proporción. Lo más habitual, es eltratamiento en espesores entre 60 y 120 mm, con un máximo absoluto de 150 mmy, en cualquier caso, con un espesor superior al de la capa de rodadura, para evitarproblemas de interfaz. El material obtenido después del proceso de maduración esgeneralmente de mejores características que una base estabilizada con emulsión,asimilándose a una capa de base asfáltica.

La técnica de reciclado en frío en el sitio con ligantes hidrocarbonados presenta unbuen número de aspectos positivos que hacen atractiva su utilización. Entre ellosmerecen destacarse los siguientes:

- Se minimizan las necesidades de ligantes y de agregados nuevos. Así mismo, seelimina gran parte del transporte necesario en las operaciones convencionalesde refuerzo y de reconstrucción. Estos dos aspectos se suelen traducir enbeneficios ambientales y en ahorros energéticos y de dinero, respecto de otrastécnicas de rehabilitación estructuralmente equivalentes.

- Se reduce el efecto adverso que tienen las operaciones de rehabilitaciónconvencionales sobre gálibos, bordillos, pozos de inspección etc., con lo que seobtienen economías adicionales en el proyecto.

- Se mejoran la regularidad y el perfil del pavimento existente.


299

Sin embargo, como cualquier otra técnica, la de reciclado en frío en el sitio conligantes hidrocarbonados presenta algunas limitaciones:

- No todos los materiales son susceptibles de ser reciclados en forma efectiva yeconómica.

- La obtención de muestras verdaderamente representativas para el diseño de lamezcla no es sencilla y el procedimiento de diseño puede resultar largo ycostoso.

- El trabajo sólo es efectivo y da lugar a una capa de comportamientohomogéneo, si no hay variaciones muy pronunciadas en las características delos materiales por reciclar y en los espesores de las capas, tanto en sentidolongitudinal como transversal.

- Cuando el pavimento presenta deformaciones permanentes considerables, elreciclado en frío en el sitio puede no ser la mejor opción técnica. Sin embargo,si se insiste estudiar la alternativa, se debe contemplar, bien la posibilidad deañadir material pétreo virgen sobre la superficie, previamente a la pulverizacióndel pavimento o bien hacer un fresado o escarificación previa, con el retiro delmaterial resultante de dicha operación, buscando la regularidad geométrica dela capa por reciclar.

- El sistema no soluciona algunos problemas habituales de los pavimentosasfálticos, en particular aquellos asociados con la baja calidad de las capasinferiores. Igualmente, si la capa que sirve de soporte al reciclado no esrelativamente firme, la compactación de éste puede resultar poco satisfactoria.

- El reciclado en frío en el sitio con ligantes hidrocarbonados requiere un períodode maduración, lo que hace que se presenten prevenciones para el empleo deesta técnica, dada la inconveniencia de actuar inmediatamente después delreciclado. Este problema, evidente y molesto cuando se usan emulsiones, sesupera de manera sustancial con el empleo del asfalto espumado y con latécnica de reciclado mixto.

- Cuando se realice un reciclado con un ligante bituminoso en un espesor dediseño que exceda de 200 milímetros, el proceso se debe efectuar en dos (2)capas de espesor aproximadamente igual, para favorecer el proceso de curadoy la maduración de la mezcla.


300

4.1.4.2.2.2. Reciclado en frío con conglomerantes hidráulicos

El conglomerante hidráulico más utilizado, con diferencia, es el cemento Portland.El uso de escorias y cenizas, aunque factible, se encuentra muy limitado en el país.El uso de la cal es posible pero, como se indicó antes, como tratamiento previo a laadición de otros aglomerantes: asfalto o cemento. En este caso, la cal aportapropiedades complementarias muy interesantes, como pueden ser la disminuciónde la plasticidad de la fracción fina o el aumento de la velocidad de rotura ymaduración de las emulsiones. Sin embargo, por sus reducidas característicasmecánicas, los materiales tratados exclusivamente con cal deben ser consideradoscomo mejoramientos y no como operaciones de reciclado.

La aplicación del conglomerante para el reciclado se puede realizar de tresmaneras: (i) esparciéndolo sobre la superficie del pavimento previamente al pasode la máquina recicladora (Figura 4.1.19); (ii) mezclado con agua en forma delechada, la cual es incorporada directamente en la cámara de mezclado y (iii)mediante un distribuidor de cemento a granel, acoplado a la máquina recicladora.

Figura 4.1.19. – Cemento esparcido sobre la superficie de un pavimento asfáltico porreciclar

Debido a su comportamiento mecánico, las mezclas con conglomeranteshidráulicos requieren un espesor mínimo del orden de 150 mm, razón por la cual elcampo de aplicación de este tipo de reciclado está claramente enfocado hacia eltratamiento de espesores de alguna consideración.


301

4.1.4.2.2.3. Reciclado mixto en frío en el sitio

Se caracteriza por el empleo de dos aglomerantes, uno hidráulico y unobituminoso. El estabilizante puede estar preparado previamente en forma deemulsión de asfalto y cemento o, lo que es más habitual, se alimenta el equipo conlos dos productos simultáneamente o se ejecuta la operación en dos pasadas. Laaplicación de este proceso en el país ha estado enfocada hacia la reducción delperiodo de maduración de la mezcla cuando se utiliza una emulsión asfáltica;aunque también resulta efectivo para incrementar la resistencia conservada enpresencia de agua; sin que se sacrifique sustancialmente la resistencia a la fatiga.

4.1.4.3. Consideraciones adicionales

El fresado de una delgada capa superficial y la remoción del material resultante deesta operación (conocido como RAP, que es el acrónimo del término inglésReclaimed Asphalt Pavement) pueden ser necesarios para mantener los niveles dela rasante existente antes de acometer la rehabilitación mediante refuerzo oreciclado, de manera de evitar el dispendioso y costoso trabajo asociado con laelevación de andenes, elementos de drenaje y otras instalaciones. Generalmente,este requisito es obligatorio únicamente en ambientes urbanos. La pérdida deespesor del pavimento ocasionada por esta operación, debe ser considerada en elmomento de determinar el espesor de las obras de rehabilitación. Así mismo, sedebe tener en cuenta que las mezclas asfálticas sufren una expansión volumétricade más o menos 10%, cuando se convierten en material reciclado.

4.1.5. Reconstrucción

Para los efectos de esta guía, se entiende por reconstrucción la remoción y elreemplazo parcial o total de la estructura del pavimento existente, conservando laexplanación y el alineamiento de la vía. Constituye la opción más enérgica derehabilitación, debiendo optarse por ella cuando la estructura está agotada, notiene vida residual y presenta elevados índices de deterioro superficial (Is entre 5 y7), sintomáticos de la existencia de deformaciones permanentes no atribuibles adesplazamientos plásticos de las capas asfálticas por inestabilidad o insuficienciasde compactación, asociadas generalmente con abundantes ojos de pescado yfisuramientos de fatiga, que excluyen cualquier posibilidad del reciclado de lascapas superiores o de un refuerzo con un tratamiento previo y espesoresrazonables (Figura 4.1.20). En este caso, lo más importante es determinar cuálescapas deben ser escarificadas y removidas, y evaluar la capacidad portante de la


302

estructura remanente, cuya presencia debe ser aprovechada en el diseño de lasobras de reconstrucción.

Figura 4.1.20. – Pavimento asfáltico para reconstruir

La reconstrucción del pavimento se puede realizar, bien colocando capas decomportamiento flexible, bien incorporando capas estabilizadas con aditivos queden a la nueva estructura un comportamiento semiflexible o semirrígido, o bien através de la construcción de losas de concreto hidráulico, las cuales convierten elpavimento en una estructura de tipo rígido. Si las deformaciones del pavimento noson excesivas, también puede resultar posible la construcción de un recubrimientoblanco (whitetopping), previa la renivelación de la calzada existente.

4.1.5.1. Reconstrucción de tipo flexible

Consiste en reemplazar las capas removidas con materiales granulares no tratados,ajustados a las especificaciones de construcción de carreteras, los cuales se cubrencon una o más capas de concreto asfáltico convencional o modificado conpolímeros, en espesores obtenidos según un diseño estructural, acordes con lacapacidad de las capas remanentes y las expectativas del tránsito para la siguienteetapa de vida del pavimento.

4.1.5.2. Reconstrucción de tipo semiflexible o semirrígido

El trabajo es conceptualmente igual al anterior. La diferencia se debe a que una omás de las capas inferiores de la rehabilitación están conformadas porestabilizaciones, generalmente con cemento Portland, asfalto emulsionado oasfalto espumado. Es factible, también, el empleo de otros productos no


303

convencionales, siempre que su aplicación esté debidamente verificada y aprobadapor agencias internacionales de normalización en ingeniería de pavimentos.

4.1.5.3. Reconstrucción de tipo rígido

Consiste en la colocación de un pavimento de concreto hidráulico sobre lasuperficie que quede expuesta después de remover el espesor de capas que elingeniero estime debe ser retirado para garantizar el apoyo uniforme a las losas deconcreto. El espesor de las losas se determina como en el caso del diseño de unpavimento rígido nuevo, usando la parte aprovechable del pavimento existentecomo capa de apoyo para la determinación del módulo de reacción de diseño.

4.1.5.4. Recubrimiento blanco

Procedimiento conocido como “whitetopping”, consiste en la colocación de unasobrecapa de concreto hidráulico directamente sobre el pavimento existente osobre una capa de nivelación que corrija las deformaciones de éste (Figura 4.1.21).Como en el caso del numeral anterior, el espesor de las losas se determina comoen el caso del diseño de un pavimento rígido nuevo, usando el pavimento existentecomo subrasante para la determinación del módulo de reacción de diseño.

Figura 4.1.21. – Recubrimiento blanco (whitetopping)

4.1.6. Corrección de fallas localizadas

Aun cuando el pavimento presente, como conjunto, una condición adecuada,siempre está latente la aparición de algunos desperfectos localizados, algunos deellos del tipo B que, en su mayoría, son de tipo funcional. Estos deterioros exigen


304

reparaciones que usualmente no están ligadas con la capacidad estructural generalde la calzada. Su origen se encuentra, más bien, en deficiencias constructivas y encondiciones locales particulares que el tránsito ayuda a poner en evidencia. Entreestos deterioros se pueden citar los agrietamientos motivados por motivosdiferentes a la fatiga, los ojos de pescado localizados, las depresiones, lassegregaciones, los desprendimientos y los afloramientos.

En este caso, la solución de mantenimiento se deriva del simple reconocimiento dela existencia de los deterioros, no siendo necesario apelar a otros parámetros pararealizar el diagnóstico y para establecer la solución. Así, por ejemplo, los daños deltipo de ojo de pescado deben ser sometidos a bacheo, las áreas exudadas debenser sometidas a un tratamiento que brinde propiedades antideslizantes a lasuperficie, etc.

Como ya se ha indicado, los deterioros del tipo A suelen generar trabajosimportantes de rehabilitación, los cuales traen implícito el paliativo para losdefectos del tipo B que existan en el mismo tramo. Así, por ejemplo, el sellado defisuras o la impermeabilización de la superficie para impedir la entrada del agua noson necesarios, si se acoge una operación de reciclado para remediar defectos demayor importancia. Se puede concluir que, en general, las degradaciones del tipo Bsólo intervienen en la solución, en ausencia de las del tipo A. Si las degradacionesdel tipo B se manifiestan de manera continua en la calzada, como puede ser el casode algunos desprendimientos y exudaciones, su corrección de debe realizar através de algún procedimiento apropiado de los descritos en el numeral 4.1.2(Restauración).

4.1.7. Otros materiales para la rehabilitación

A los efectos de aplicación de la presente guía, se han considerado alternativas queinvolucran las unidades de obra más usuales, la mayoría de ellas incluidas en lasEspecificaciones Generales de Construcción de Carreteras del INVÍAS vigentes en elmomento de la redacción de la guía.

Si, por razones económicas o ambientales, se justifica el empleo de otras unidadesde obra, se deberá realizar un estudio específico de sus características mecánicas,de durabilidad, de costo y de efecto ambiental, para proyectar, con base en ellas yde manera correcta, la solución de rehabilitación que, en todos los casos, requerirála aprobación previa del Instituto Nacional de Vías para su implementación.


305

REFERENCIAS

4.1.1 - INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS, “Especificaciones Generales de Construcciónde Carreteras”, Bogotá, 2006

4.1.2 - MINISTERIO DE FOMENTO, “Rehabilitación de firmes. Instrucción decarreteras 6.3 IC”, Madrid, 2003

4.1.3 - NATIONAL HIGHWAY INSTITUTE, “Techniques for pavement rehabilitation. Atraining course”, 1998

4.1.4 - CIESM, “Técnicas especiales y nuevas tendencias en la tecnología en frío”,Madrid, España, s/f

4.1.5 - DARTER M.I. & HALL K.T., “Structural overlay strategies for jointed concretepavements – Volume IV – Guidelines for the selection of rehabilitation alternatives”,FHWA-RD-()-145, March 1993


4.1.7 - TRANSPORT RESEARCH LABORATORY, “A guide to road project appraisal”,Overseas Road Note 5, Crowthorne, U.K., 1998

4.1.8 - MAURER D.A. & MALASHESKIE G.J., “Field performance of fabrics and fibresto retard reflective cracking”, TRB Record 1948, 1982

4.1.9 - INSTITUTO DE PESQUISAS RODOVIÁRIAS, “Manual de restauração”, Rio deJaneiro, 2006

4.1.10 - BUTTON J. & LYTTON R., “Guidelines for using geosynthetics with HMAoverlays”, Report 1777-P2, Texas Transportation Institute, College Station, Texas,April 2003

4.1.11 - PREDOEHL N.H., “Evaluation of paving fabric test installations in California.Final Report”, CALTRANS, FHWA/CA/TL-90/02, 1990

4.1.12 - CARO S. & CAICEDO B., “Modelación del ahuellamiento en mezclasasfálticas”, Terceras jornadas internacionales del asfalto, Popayán, 2002


306

4.1.13 - INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS, “Normas de ensayo de materiales paracarreteras. Norma INV E-756”, Bogotá, 2006

4.1.14 - INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS, “Volúmenes de tránsito 2003”, Bogotá,2003

4.1.15 - ASPHALT RECYCLING AND RECLAIMING ASSOCIATION, “An overview ofrecycling and reclamation methods for asphalt pavement rehabilitation”, August1992

4.1.16 - MINISTERIO DE OBRAS PÚBLICAS Y TRANSPORTE, “Reciclaje de pavimentos.Norma MOPT DE-6-02”, Bogotá, 1986

4.1.17 - BARDESI A., “Reciclado en frío (La experiencia española)”, Revista ElAsfalto, número 93, Buenos Aires, Segundo Trimestre 2001


307

CAPÍTULO 2TÉCNICAS INDICADAS POR LA EVALUACIÓN DE DETERIOROS

Las Tablas 4.2.1 y 4.2.2, adaptadas de la referencia [4.2.1], apoyan al ingeniero enla identificación de los tratamientos posibles de rehabilitación, asociados con losdeterioros existentes en el pavimento, tanto los de tipo A, como los de tipo B. Laprimera tabla se emplea cuando la capa de rodadura es del tipo concreto asfálticoy la segunda cuando es un tratamiento superficial.

Las filas de estas tablas presentan los deterioros (son los mismos que se indican enlas filas de las Tablas 3.1.1 y 3.1.2), en tanto que los posibles tratamientos derehabilitación, agrupados según cada una de las 4R, se presentan en las columnas.En estas tablas se determinan algunas técnicas apropiadas para corregir cada tipode deterioro, evaluando el símbolo incluido en cada celda: el punto lleno negroindica una buena opción, el punto blanco en su interior representa un tratamientomarginal y la falta de símbolo indica que el respectivo tratamiento asociado no esválido para enfrentar el deterioro. Como se puede ver en las tablas, paradeterminados tipos de deterioros hay más de una técnica de rehabilitación posiblepara eliminarlos.

Complementando las anteriores, las Tablas 4.2.3 y 4.2.4 asocian los tratamientosde rehabilitación posibles con las causas de los deterioros. La primera tabla seemplea cuando la capa de rodadura es del tipo concreto asfáltico y la segundacuando es un tratamiento superficial. La aptitud del tratamiento se determinaevaluando el símbolo incluido en la respectiva celda, bajo el mismo criterio descritopara las Tablas 4.2.1 y 4.2.2.

Las técnicas de rehabilitación que se presentan como posibles de acuerdo con laevaluación de deterioros, según se describe en el presente Capítulo, no se debentomar como definitivas. Ellas se deben comparar y complementar con las obtenidascomo resultado de las demás evaluaciones. La comparación y la complementaciónson necesarias y obligatorias para escoger, con criterio ingenieril, las mejoresalternativas y conformar con ellas las estrategias de rehabilitación que permitanresolver, de manera simultánea, todos los deterioros del pavimento y las causasque los produjeron.


308

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309

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ALTO CONTENIDO DE ASFALTO

VACÍOS CON AIRE BAJOS

VACÍOS CON AIRE ALTOS

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MEZCLA TIERNA

MEZCLA SEGREGADA

DEFICIENTE PREPARACIÓN DE LA SUP.

EXCESO O DEFECTO DE LIGA

INADECUADO SELLADO DE GRIETAS

COMPACTACIÓNINADECUADA

EXCESO DE HUMEDAD EN LA MEZCLA

BAJO ESPESOR DE CAPAS ASFÁLTICAS

BAJO ESPESOR DE BASE/SUBBASE

DEFICIENTE COMPACTACIÓN DE SUBRASANTE

DEFICIENTE COMPACTACIÓN BASE/SUBBASE

DEFICIENTE GRADACIÓN BASE/SUBBASE

ALTA VISCOSIDAD DEL ASFALTO

BAJA VISCOSIDADDEL ASFALTO

ASFALTO MUY SUSCEPTIBLE A LA TEMPERATURA

ASFALTO DE RÁPIDO ENVEJECIMIENTO

MEZCLA SENSITIVA A LA HUMEDAD

AGREGADO DE ESCASA DURABILIDAD

AGREGADO DE ESCASA SOLIDEZ

AGREGADOS SUCIOS

ALTA EXPOSICIÓN A LA HUMEDAD

BAJA TEMPERATURA AMBIENTE

ALTA TEMPERATURA AMBIENTE

CICLOS DIARIOS DE TEMPERATURA FUERTES

ALTO VOLUMEN DE TRÁNSITO

ALTO NÚMERO DE EJES EQUIVALENTES

ESTRUCTURA INSUFICIENTE

DEFICIENTE SELECCIÓN DE MATERIALES

DRENAJE DEFICIENTE

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ALTO CONTENIDO DE LIGANTE

GRADACIÓN DEFICIENTE

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APERTURA PREMATURA ALTRÁNSITO

LIGANTE MUY FRÍO

INCORRECTA CALIBRACIÓN OALTURA DE LA FLAUTA

BOQUILLAS MAL ALINEADAS

ALTA VISCOSIDAD DEL LIGANTE

BAJA VISCOSIDAD DEL LIGANTE

LIGANTE MUY SUSCEPTIBLE A LATEMPERATURA

LIGANTE SUSCEPTIBLE A LAHUMEDAD

RÁPIDO ENVEJECIMIENTO DEL LIGANTE

DEFICIENTE SANIDAD DEL AGREGADO

FORMA INADECUADA DEL AGREGADO

AGREGADO DE BAJA ADHERENCIA

ALTA EXPOSICIÓN A LA HUMEDAD

BAJA TEMPERATURA AMBIENTE

ALTA TEMPERATURA AMBIENTE

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ALTO VOLUMEN DE TRÁNSITO

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a 4.

2.4.

Técn

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duct

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crí

tica

x Se

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pro

duct

os e

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s


312

REFERENCIAS

4.2.1 - COOK M.C., SEEDS S.B., ZHOU H. & HICKS R.C., “Guide for investigation andremediation of distress in flexible pavements. A Description of CALTRANS newprocedure”, TRB 2004 Annual Meeting


313

CAPÍTULO 3TÉCNICAS INDICADAS POR LAS EVALUACIONES ESTRUCTURAL,

FUNCIONAL Y DEL DRENAJE

4.3.1. Generalidades

Los resultados de la evaluación estructural descrita en la Parte 3 de esta guíapermiten concluir al diseñador si las estrategias de rehabilitación por desarrollardeben incluir algún mejoramiento estructural, sea refuerzo, reciclado oreconstrucción.

El tipo de mejoramiento estructural más apropiado para lograr un buencomportamiento y efectividad en costo, para una condición determinada delpavimento, depende de la vida residual del pavimento en el instante en el cual seva a realizar el mejoramiento. El comportamiento de algunos tipos y espesores desobrecapas es muy sensible al tipo, a la extensión y a la calidad de los trabajos detratamiento previo. En muchos casos, la reparación previa puede constituir elmayor componente de los costos iniciales de rehabilitación.

No hay reglas simples, de aceptación general, que permitan establecer umbralesprecisos para identificar el tipo de mejoramiento estructural más apropiado endeterminado instante de la vida del pavimento. La decisión depende de muchosfactores, incluyendo el tipo, la gravedad y la extensión de los deterioros existentes,la extensión de los tratamientos previos previstos (a menudo los recursos soninsuficientes para reparar el 100% de los deterioros existentes de gravedad media yalta), el tipo de refuerzo y el espesor del mismo. Por ello, siempre es recomendableque se consideren y se desarrollen en detalle, cuando menos, dos alternativas paracualquier pavimento que requiera un mejoramiento estructural [ref. 4.3.1].

En la Figura 4.1.15 (Parte 4 Capítulo 1) se presenta una relación conceptual entre lacondición del pavimento y las diferentes necesidades de rehabilitación. Se puedeapreciar en ella que el instante apropiado para una determinada alternativa deintervención estructural está asociado con la condición general del pavimento(medida, por ejemplo, a través del Índice de Servicio Presente). Sin embargo, seadvierte que hay traslapos entre las alternativas para una determinada condición,lo que confirma la necesidad de estudiar al menos dos alternativas cuando lasituación estructural del pavimento esté comprometida y reafirma la importanciadel buen juicio ingenieril en el proceso de decisión.


314

Siempre que las opciones a considerar sean el refuerzo, el reciclado o lareconstrucción del pavimento, ellas evitan la necesidad de realizar otrosmejoramientos específicos de tipo funcional como, por ejemplo, reducir larugosidad o incrementar la fricción. Los trabajos de restauración, requeridos paracorregir los defectos de tipo funcional, sólo constituirán la solución principalcuando el pavimento posea una vida residual de alguna consideración.

4.3.2. La vida residual del pavimento

Se entiende por vida residual, la cantidad de tránsito que el pavimento seencuentra en capacidad de soportar antes de llegar a la falla. De esta definición, seencuentra que el valor de la vida residual es altamente dependiente del umbralque se considere como “falla” en el estado del pavimento. Aunque existendiferentes aproximaciones para ello, teóricamente equivalentes, es muy raro queellas conduzcan en la práctica al mismo resultado, debido a las complejidades queinvolucra la elección de los parámetros de cálculo, la estimación de los errores y lasdesviaciones entre el comportamiento que se predice y el que realmente presentael pavimento [ref. 4.3.2]. De hecho, algunos métodos recientes sólo brindanconceptos muy generales y subjetivos para que el diseñador determine si elpavimento posee o no vida residual.

En términos matemáticos simples, la vida residual (Vr) se puede expresar, enporcentaje, como:

100*Nn

1V r

Donde: n: Número de aplicaciones de carga hasta el instante de laRehabilitación.

N: Número de aplicaciones de carga que puede soportar elpavimento existente, desde su construcción o últimarehabilitación, hasta alcanzar la falla.

Consecuentemente, la relación (n/N) es el deterioro acumulado del pavimento, esdecir, la vida consumida por el tránsito previo a la ejecución de las obras derehabilitación.


315

4.3.2.1. Criterio de agrietamiento por fatiga

El conocimiento del tipo, gravedad y extensión del agrietamiento por fatiga esfundamental para estimar, junto con las deformaciones específicas y el tránsito queha circulado, si existe vida residual en el pavimento por rehabilitar. Si ella existe yes ignorada, las obras que se diseñen para el mejoramiento estructural puedenresultar conservativas.

Existen diferentes aproximaciones para ligar el agrietamiento con la posibilidad dela existencia de vida residual en el pavimento. Una de ellas, se basa en laclasificación de agrietamientos derivada del ensayo vial AASHO [ref. 4.3.3].Partiendo de esta interpretación y adaptándola al sistema de valoración dedeterioros incluido en la presente guía, se puede considerar que para aquellostramos donde el índice de fisuración (If) sea 0 o 1 y ocasionalmente 2, el pavimentopresenta vida residual, si para las condiciones de servicio de la estructura, eltránsito soportado por ella hasta el instante de ejecución de las obras derehabilitación es inferior al límite que puede resistir con la deformación específicade tracción en la fibra inferior de las capas asfálticas generada por el modelo deltramo de pavimento bajo evaluación.

Para los demás niveles de fisuramiento, si bien se puede suponer que la estructuraconserva alguna capacidad de sustentación de cargas en el caso de que las fisurasmantengan alguna trabazón, resulta prudente suponer la inexistencia de la vidaresidual. No se debe descartar, sin embargo, que la realización de un bacheoapropiado pueda mejorar la condición del pavimento desde el punto de vista delíndice de fisuramiento y, eventualmente, permitir la consideración de la existenciade algún remanente de vida en la estructura para efectos del diseño de las obras derehabilitación.

La mayoría de los criterios de predicción del deterioro de las capas asfálticasutilizan la deformación máxima de tensión en el fondo (o cerca del fondo) de ellas.Esta deformación se utiliza para calcular el número admisible de repeticiones decarga, a través de la relación clásica:

2k

1f ε1

kN

Siendo k1 y k2 constantes experimentales, obtenidas por medio de pruebas delaboratorio.


316

A pesar de la sencillez de esta expresión, ella presenta algunos problemas de tipopráctico:

- La falla no queda siempre bien definida. Para ensayos de laboratorio conesfuerzo controlado, la muestra falla claramente luego de un determinadonúmero de aplicaciones de carga, pero en las pruebas con deformacióncontrolada, el caso no es siempre éste. En estas últimas pruebas, el módulodecrecerá durante algún tiempo a partir del cual permanece constante a unbajo nivel. Por tal razón, la falla se define a menudo como el instante en que elmódulo decrece hasta un valor igual a la mitad del inicial [ref. 4.3.4].

- A constancia de todos los demás factores, las altas temperaturas originanmayores deformaciones en las capas asfálticas. La ecuación predice que lamayoría del daño ocurre a altas temperaturas, lo que contradice la experienciageneral [ref. 4.3.4].

- Los ensayos a deformación controlada dan lugar a vidas mayores que losensayos a esfuerzo controlado, aun cuando la falla sea definida como eldecrecimiento del módulo al 50% del valor inicial. Esto no es sorprendente, si setiene en cuenta que se suministra mayor energía en las pruebas a esfuerzocontrolado que en las pruebas a deformación controlada [ref. 4.3.4].

- Los valores numéricos de k1 y k2 son específicos de la mezcla asfáltica ensayaday de las condiciones simuladas en la prueba. Su extrapolación a otras mezclas yentornos diferentes resulta enormemente peligrosa. Inclusive, elcomportamiento de una misma mezcla bajo un mismo entorno, varía deacuerdo con el grado de compactación de la misma.

Algunas organizaciones han desarrollado expresiones que ayudan a superar losproblemas ligados con esta ecuación. Una de ellas, es la del Instituto del Asfalto[ref. 4.3.5]:

0.8543.291t

5f *Eε10*6.167(C)N

Donde: t : Deformación unitaria de tensión en la capa asfáltica (mm/mm).

*E : Módulo dinámico de la mezcla asfáltica (MPa).


317

C: Función dependiente de los volúmenes de vacíos con aire (Va) yde asfalto (Vb) en la mezcla compactada, los cuales están enporcentaje:

M10C

0.69

VV

V*4.84M

ba

b

Para una mezcla convencional con Vb = 11% y Va = 5%, M = 0 y C = 1.

La ecuación del Instituto del Asfalto fue obtenida a partir de datos de ensayos defatiga en el laboratorio, los cuales se ajustaron para dar una indicación de,aproximadamente, 20 % de agrietamiento por fatiga (respecto del área total delpavimento) en secciones seleccionadas del AASHO Road Test.

Otra expresión de este tipo, es la que aparece en el manual de diseño depavimentos de la SHELL [ref. 4.3.6]:

5.0t

1.8

mix65.0

bf ε*S10*1.08)(0.856VN

En la cual Smix tiene el mismo significado y las mismas unidades del *E de laecuación del Instituto del Asfalto

En el instante de aplicar estas expresiones o cualquier otra de la misma índole, elingeniero deberá tener presente dos cosas: la primera, que las condiciones deensayo en laboratorio (carga totalmente concentrada y reducido período de reposoentre repeticiones de carga) son mucho más exigentes que las que impone eltránsito real y, en consecuencia, se requiere aplicar algún factor de desplazamiento(Shift Factor) que establezca una equivalencia razonable entre las dos condicionesde trabajo:

Nt = Nf*(Factor de desplazamiento)

En acuerdo con la experiencia general, se aplican valores del factor dedesplazamiento que oscilan entre 10 y 20 [ref. 4.3.6]. En la ecuación del Institutodel Asfalto, el factor recomendado es 18.4 [ref. 4.3.14].


318

En segundo lugar, debe tener presente que el módulo dinámico por utilizar en lafórmula, debe corresponder a las condiciones reales de compactación de la mezclaen el terreno y no a las de compactación máxima, que rara vez son reproducidas enla práctica de las obras.

La manera más simple para determinar el tránsito admisible (Nt) en un punto nofisurado del pavimento con estas expresiones, consiste en partir del valor dedeflexión de impacto y, a partir de él, obtener por retrocálculo la deformación detracción en la fibra inferior de las capas asfálticas (εt) y el módulo con el que ellatrabaja *E . Con estos valores se va a la ecuación de fatiga que se haya elegido y secalcula el Nf, el cual es afectado, posteriormente, con el factor de desplazamientoelegido por el ingeniero.

En las calzadas de tipo semirrígido, es decir aquellas cuya capa de base seencuentra estabilizada con algún ligante hidráulico, la estructura responde ante lascargas del tránsito de una manera diferente que una estructura convencional conbase granular. Debido a su mayor rigidez, la presencia de la base estabilizadadesplaza el punto crítico de esfuerzo y deformación por tensión hacia el fondo deesta capa. Sin embargo, el agrietamiento por fatiga se puede desarrollar a partir deallí y propagarse hacia la superficie, durante el transcurso de la vida del pavimento.

De los criterios de falla que se pueden adoptar para el caso de materiales tratadoscon cemento, el más usual es buscar que la tensión de tracción en la cara inferior(σr) de la capa no supere el 50 % o 60 % de la resistencia a flexotracción delmaterial (Rf). Con esta hipótesis, se suele suponer que dicha capa soportará laaplicación de un número ilimitado de cargas sin agrietarse por fatiga [ref. 4.3.7].

La referencia [4.3.8] presenta la siguiente ley de fatiga para las mezclas de suelocemento:

Nlog*0.0801R

σ

f

r

Los modelos de comportamiento citados en el presente numeral se refieren a losagrietamientos que se generan en el fondo de las capas asfálticas (o estabilizadascon ligantes hidráulicos) a causa de las deformaciones de tensión excesivas que seproducen allí por la flexión repetida de las capas al circular sobre ellas las cargas deltránsito. En los últimos años se ha determinado otro patrón de agrietamiento porfatiga, el cual se genera en la superficie y se propaga hacia abajo (top-down


319

cracking) (Figura 4.3.1), cuya formación y evolución se atribuyen a esfuerzos detensión en la interacción neumático-pavimento y a la baja resistencia a la tensiónde la mezcla asfáltica. La corrección de las zonas afectadas con este tipo deagrietamiento se suele acometer con acciones de restauración, motivo por el cualel diseñador deberá ser muy cuidadoso al valorar las fisuras y determinar lasalternativas de rehabilitación.

Figura 4.3.1. – Diferentes etapas del desarrollo de las fisuras descendentes y núcleos dealgunos pavimentos afectados [ref. 4.3.9]

4.3.2.2. Criterio de deformación permanente

El ahuellamiento de un pavimento asfáltico puede comenzar en cualquier capa dela estructura por deficiencias en su calidad o en su comportamiento, lo que haceque la predicción de este fenómeno sea más difícil que la del fisuramiento porfatiga. Dos procedimientos han sido usados para limitar el ahuellamiento: unolimita la deformación vertical de compresión sobre la subrasante y el otro limita ladeformación total permanente acumulada en la superficie del pavimento con baseen las propiedades de deformación permanente de cada una de las capas. Losmétodos mecanísticos clásicos de diseño de pavimentos utilizan el primerprocedimiento y asumen que la falla por ahuellamiento se genera en la subrasantey que las diferentes capas de la estructura poseen la resistencia al corte suficientepara soportar adecuadamente la acción de las cargas del tránsito [ref. 4.3.6] [ref.4.3.10]. Esta recomendación se basa en el análisis de los pavimentos del ensayo vialAASHO y de secciones diseñadas a partir de la prueba CBR. Como en el caso delagrietamiento por fatiga, el criterio de deformación vertical compresiva de lasubrasante se puede expresar a través de una ecuación de la forma:


320

d

zt cN

1

Donde: Nt: Número de aplicaciones de carga hasta la falla.

z : Deformación vertical de compresión en la superficie de laSubrasante.

c, d: Coeficientes, determinados a partir del análisis de pavimentosen servicio o de secciones diseñadas de acuerdo con algunametodología prescrita.

La ecuación anterior también se puede expresar como:

413

k

tz N

k

Donde “k3” y “k4” son coeficientes de ajuste, derivados experimentalmente.Algunos ellos se presentan en la Tabla 4.3.1, junto con los valores máximos deahuellamiento que algunos organismos consideran que no se deben exceder, si ladeformación de compresión sobre la subrasante está controlada.

Tabla 4.3.1.Coeficientes de ajuste para la ecuación general de ahuellamiento

MÉTODO “k3” “k4” AHUELLAMIENTO MÁXIMO

SHELL (50% confiabilidad) [ref. 4.3.11] 2.8*10-2 0.250 Sin informaciónSHELL (85% confiabilidad) [ref. 4.3.11] 2.1*10-2 0.250 Sin informaciónSHELL (95% confiabilidad) [ref. 4.3.11] 1.8*10-2 0.250 Sin información

CHEVRON [ref. 4.3.12] 1.05*10-2 0.223 13 mmNottingham [ref. 4.3.13] 2.16*10-2 0.280 Sin información

Ullidtz [ref. 4.3.4] 7.9*10-3 0.138 25 mm

El procedimiento de limitar la deformación vertical de compresión sobre lasubrasante es sencillo de aplicar, pero muchos consideran que no es razonable porcuanto, bajo tránsito pesado, con altas presiones de inflado y espesoresconsiderables de capas asfálticas, la mayor parte de la deformación permanente


321

ocurre en estas capas y no en la subrasante [ref. 4.3.14]. La fotografía de la Figura4.1.13 (Parte 4 Capítulo 1) muestra un ejemplo típico de esta situación. El numeral7.4 de la referencia 4.3.14 describe los principios básicos del segundo de losprocedimientos citados.

Independientemente de la complejidad matemática de los cálculos, un ingenieroexperimentado puede estimar con alto grado de certeza, a partir de la simpleinspección visual, si el ahuellamiento de un pavimento asfáltico se debe alinadecuado comportamiento de las capas asfálticas o de las capas inferiores o lasubrasante (Figura 4.3.2). Para ello, es conveniente comparar la resistencia de cadacapa afectada (Sz) con el esfuerzo vertical impuesto por las cargas a la mismaprofundidad (z). Este último se determina a partir de la salida del programa decómputo utilizado para modelar el pavimento, en tanto que los valores Sz de lascapas granulares y de la subrasante se pueden estimar razonablemente con lasiguiente expresión, adaptada de la referencia [ref. 4.3.4]:

Sz (MPa) = 0.077*CBR*Nt-0.138

Más utilizada en el país es la expresión de Kerhoven y Dormon [ref. 4.3.15], la cualutiliza el módulo resiliente del material (Es), en lugar del CBR:

tlogN*0.71Es*0.007

Sz(MPa)

Figura 4.3.2. - Ahuellamientos originados en las capas inferiores o en la subrasante (A) yen las capas asfálticas (B)

A pesar de lo importante que resulta establecer en qué nivel dentro de laestructura se genera el ahuellamiento y la magnitud del mismo, se debe considerarque aquellos pavimentos cuyo índice de deformación (Id) sea superior a 2 se


322

encuentran asociados con niveles de deformación representativos de falla de laestructura y, en consecuencia, carecen de vida residual.

4.3.2.3. Aclaración sobre las ecuaciones de fatiga incluidas en la guía

La inclusión de algunas ecuaciones de fatiga en este Capítulo o en cualquier otro dela guía no significa, de manera alguna, que el Instituto Nacional de Vías las avale orecomiende su utilización. El propósito de su presencia es solamente ilustrativo y,por lo tanto, son de plena responsabilidad del ingeniero proyectista las ecuacionesque utilice para el estudio de cada caso particular, las cuales deberán sercompletamente consistentes con las características de los materiales y del proyectoque esté analizando.

4.3.3. Técnicas indicadas por las evaluaciones estructural y funcional

Las Tablas 4.3.2, 4.3.3 y 4.3.4 muestran las posibilidades de las cuatro (4)alternativas de rehabilitación contempladas en la guía, según las condicionesfuncional y estructural del pavimento, y teniendo en cuenta la vida residualestimada y el nivel del tránsito para el cual se deben diseñar las obras derehabilitación de la calzada objeto de la evaluación.

El ingeniero deberá elegir, para análisis, aquellas técnicas que, solas o combinadasen forma de estrategias como se indica en el Capítulo 1 de la Parte 5, mejor seadapten a la realidad y a las necesidades de su proyecto, previa consideración delas limitantes existentes.

4.3.4. Técnicas indicadas por la evaluación del drenaje

Los resultados de la evaluación del drenaje indicarán si se deben considerarmejoras en los sistemas de drenaje superficial y subterráneo dentro de lasestrategias de rehabilitación por desarrollar. El mejoramiento del drenajesuperficial puede incluir, tanto la construcción o la rehabilitación de las obrasexistentes, como mejoras en las pendientes de la vía para prevenir el hidroplaneo.En cuanto al subdrenaje, el mejoramiento puede incluir la instalación o elreemplazo de subdrenes longitudinales y transversales, así como la construcción debermas permeables para permitir el drenaje de las capas del pavimento (Figura2.11.6). La limpieza de las diferentes obras de drenaje se considera como unaactividad de mantenimiento.


323

Tabla 4.3.2.Técnicas de rehabilitación de pavimentos asfálticos con tránsito de diseño NT 1


TÉCNICAVIDA RESIDUAL

(AÑOS)0-2 3-5 6-10 > 10

RESTAURACIÓN

Riego en negro X XSello de arena – asfalto X XTratamiento superficial X XLechada asfáltica XSello del Cabo XMicroaglomerado en fríoMicroaglomerado en calienteSobrecapa delgada1,2 XMezcla drenante8

Fresado X

REFUERZOSobrecapa espesa1,3 XNivelación y sobrecapa1 XFresado y sobrecapa1 X

RECICLADOReciclado en planta en caliente4 XReciclado superficial en caliente5 XReciclado en frío en el sitio X

RECONSTRUCCIÓNRemoción y reemplazo de capas6 XWhitetopping7 X

Notas:1Puede requerir bacheo previo a la sobrecapa2No es recomendable cuando exista la posibilidad de reflejo de grietas3Puede incluir un tratamiento de alivio del reflejo de grietas4Se utiliza como base asfáltica o capa de rodadura en el mismo lugar de donde se extrajo elmaterial o en otro. En la práctica constituye un refuerzo5En la práctica, su finalidad es similar a la de los trabajos de restauración6Se refiere a una reconstrucción de tipo flexible o semirrígido7Puede requerir nivelación del pavimento existente o la remoción previa de algunas capas8En la rehabilitación, la mezcla drenante suele requerir una sobrecapa previa


324




(AÑOS)0-2 3-5 6-10 > 10

RESTAURACIÓN

Riego en negroSello de arena – asfalto X XTratamiento superficial X XLechada asfáltica X XSello del Cabo X XMicroaglomerado en frío XMicroaglomerado en calienteSobrecapa delgada1,2 XMezcla drenante8

Fresado X

REFUERZOSobrecapa espesa1,3 X XNivelación y sobrecapa1 X XFresado y sobrecapa1 X X

RECICLADOReciclado en planta en caliente4 XReciclado superficial en caliente5 XReciclado en frío en el sitio X


Notas:1Puede requerir bacheo previo a la sobrecapa2No es recomendable cuando exista la posibilidad de reflejo de grietas3Puede incluir un tratamiento de alivio del reflejo de grietas4Se utiliza como base asfáltica o capa de rodadura en el mismo lugar de donde se extrajo elmaterial o en otro. En la práctica constituye un refuerzo5En la práctica, su finalidad es similar a la de los trabajos de restauración6Se refiere a una reconstrucción de tipo flexible o semirrígido7Puede requerir nivelación del pavimento existente o la remoción previa de algunas capas8En la rehabilitación, la mezcla drenante suele requerir una sobrecapa previa


325




(AÑOS)0-2 3-5 6-10 > 10

RESTAURACIÓN

Riego en negroSello de arena – asfaltoTratamiento superficial8 XLechada asfálticaSello del CaboMicroaglomerado en frío X X XMicroaglomerado en caliente X XSobrecapa delgada1,2 X XMezcla drenante9 X X XFresado X X

REFUERZOSobrecapa espesa1,3 X XNivelación y sobrecapa1 X XFresado y sobrecapa1 X X

RECICLADOReciclado en planta en caliente4 X XReciclado superficial en caliente5 XReciclado en frío en el sitio X


Notas:1Puede requerir bacheo previo a la sobrecapa2No es recomendable cuando exista la posibilidad de reflejo de grietas3Puede incluir un tratamiento de alivio del reflejo de grietas4Se utiliza como base asfáltica o capa de rodadura en el mismo lugar de donde se extrajo elmaterial o en otro. En la práctica constituye un refuerzo5En la práctica, su finalidad es similar a la de los trabajos de restauración6Se refiere a una reconstrucción de tipo flexible o semirrígido7Puede requerir nivelación del pavimento existente o la remoción previa de algunas capas8El tratamiento se debe construir con un asfalto modificado con polímeros9En la rehabilitación, la mezcla drenante suele requerir una sobrecapa previa


326

REFERENCIAS

4.3.1 - HALL K.T., CORREA C.E., CARPENTER S.H & ELLIOT R.P., “Rehabilitationstrategies for highway pavements”, NCHRP web document 35 (Project C 1-38), May2001

4.3.2 - AASHTO, “AASHTO Guide for design of pavement structures”, Washington,1993

4.3.3 - LILLI F.J. & LOCKHART J., “Diseño racional de refuerzos de pavimentosflexibles”, XXIV reunión del asfalto, Mar del Plata, 1986

4.3.4 - ULLIDTZ P., “Modelling flexible pavement response and performance”,Polytecnisk Forlag, Lyngby, 1998

4.3.5 - THE ASPHALT INSTITUTE, “Research and development of the AsphaltInstitute’s thickness design manual (MS 1) Ninth Edition”, College Park, Maryland,1982

4.3.6 - SHELL INTERNATIONAL PETROLEUM COMPANY, “SHELL pavement designmanual”, London, 1978

4.3.7 - DEL VAL M., “Procedimientos analíticos de diseño de firmes”, I Symposiumnacional de firmes flexibles, Valladolid, 1990

4.3.8 - MINISTERIO DE FOMENTO, “Rehabilitación de firmes. Instrucción decarreteras Norma 6.3 IC”, Madrid, 2003

4.3.9 - BALADI G.Y., SCHORSCH M & SVASDISANT T., “Determining the causes oftop-down cracks in bituminous pavements”, Michigan Asphalt Paving Association,Report MDOT-PRCE-MSU-2003-110, East Lansing, MI, August 2003

4.3.10 - THE ASPHALT INSTITUTE, “Thickness design. Asphalt pavements forhighways and streets”, Lexington, KY, 1991

4.3.11 - SHELL INTERNATIONAL PETROLEUM COMPANY, “Addendum to the SHELLpavement design manual”, London, 1985


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4.3.12 - SANTUCCI L.E., “Thickness design procedure for asphalt and emulsifiedasphalt mixes”, Fourth international conference on the structural design of asphaltpavements, Ann Arbor, 1977

4.3.13 - BROWN S.F., PELL P.S. & STOCK A.F., “The application of simplified,fundamental design procedures for flexible pavements”, Fourth internationalconference on the structural design of asphalt pavements, Ann Arbor, 1977

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4.3.15 - TANCO A. & GARECA C., “Diseño de pavimentos flexibles para la redsecundaria con miras a la construcción por etapas”, XXIV Reunión del asfalto, Mardel Plata, 1986


328

PARTE 5

Guías para la formaciónde las estrategias de

rehabilitación


330

Parte 5 – Guías para la formación de estrategias de rehabilitación

331

PARTE 5GUÍAS PARA LA FORMACIÓN DE ESTRATEGIAS DE

REHABILITACIÓN

5.1. GENERALIDADES

Una estrategia de rehabilitación puede estar compuesta sólo por una técnica derehabilitación o por una combinación de ellas. Las diferentes estrategias que escojael ingeniero deberán ser desarrolladas con un detalle suficiente, con el fin deestimar su comportamiento y sus costos de manera confiable.

En cada proyecto particular resulta posible desarrollar varias estrategias,considerando diferentes opciones de mejoramiento estructural y funcional ycombinaciones de ellas. El ingeniero se encuentra en libertad de desarrollarvariaciones a las estrategias generales descritas en esta guía, considerando otrosmateriales de tecnología novedosa o las limitaciones específicas del proyectoobjeto de su estudio. La formación de cada estrategia alternativa deberá:

- Brindar una respuesta de mejoramiento estructural, si el pavimento presentadeficiencias estructurales

- Mejorar el comportamiento funcional del pavimento, si existen deficiencias deeste tipo y no se contempla la corrección de ellas con el mejoramientoestructural

- Complementariamente, se requiere considerar el mejoramiento del sistema dedrenaje para corregir todas las deficiencias que presente dicho sistema


332

En los estudios de rehabilitación que se realicen en carreteras de más de doscarriles, las estrategias se deben desarrollar considerando el carril de diseño. Lostratamientos para los demás carriles y para las bermas deberán ser compatiblescon aquellas.


333

CAPÍTULO 1COMBINACIÓN DE LAS TÉCNICAS DE REHABILITACIÓN EN ESTRATEGIAS

5.1.1. Formación de las estrategias de rehabilitación

Las Tablas 5.1.1 a 5.1.3 presentan las combinaciones básicas de técnicas derestauración, refuerzo y reciclado para generar las estrategias de rehabilitación delos pavimentos asfálticos de las carreteras de la red vial nacional. Lareconstrucción, que constituye la técnica de rehabilitación más enérgica norequiere, por sus características, ser combinada con otras técnicas de rehabilitaciónestructural o funcional para generar una estrategia; sin embargo, hay variasmaneras de realizarla (Tabla 5.1.4).

5.1.2. Formación de estrategias plausibles

Las Tablas 5.1.5 a 5.1.7 muestran las estrategias de rehabilitación contempladas enla guía, entre las cuales el ingeniero deberá elegir, para sus diferentes análisis,aquéllas que mejor se adapten a la realidad (deterioros relevantes y vida residual) ya las necesidades de su proyecto (tránsito futuro), previa consideración de todaslas limitantes existentes. Así mismo, si conceptúa que las circunstancias loaconsejan, puede proponer estrategias diferentes, debidamente soportadas desdelos puntos de vista técnico, económico, ambiental y social.

5.1.3. Tratamientos previos

En la mayoría de los casos en los cuales se debe intervenir el pavimento con elpropósito de rehabilitarlo, se pueden requerir trabajos previos deacondicionamiento, según el tipo de deterioros presentes, tal como se ha indicadoen las Tablas 4.2.1 y 4.2.2.


334

Tabla 5.1.1.Combinaciones de técnicas que forman estrategias de restauración

ESTR

ATE

GIA

RIEG

O E

N N

EGRO

SELL

O A

REN

A-A

SFA

LTO

FRES

AD

O

TRA

TAM

IEN

TO S

UPE

RFIC

IAL

LECH

AD

A A

SFÁ

LTIC

A

SELL

O D

EL C

ABO

MIC

ROA

GLO

MER

AD

O E

N F

RÍO

MIC

ROA

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MER

AD

O E

NCA

LIEN

TESO

BREC

APA

DEL

GA

DA

(<40

mm

)

MEZ

CLA

DRE

NA

NTE

RECI

CLA

DO

SU

PERF

ICIA

L EN

CALI

ENTE

101 x102 x103 x104 x105 x106 x107 x108 x109 x x110 x x111 x x112 x x113 x x114 x x x115 x

Tabla 5.1.2.Combinaciones de técnicas que forman estrategias de refuerzo

ESTRATEGIA FRESADO

SOBRECAPADE

REFUERZO( ≥ 40 mm)

MEZCLADRENANTE

MICROAGLOMERADOEN CALIENTE

201 x202 x x203 x x204 x x205 x x x206 x x x


335

Tabla 5.1.3.Combinaciones de técnicas que forman estrategias de reciclado

ESTRATEGIA FRESADORECICLADOEN PLANTA

EN CALIENTE

RECICLADOEN FRÍO EN

EL SITIO

CONCRETOASFÁLTICO

MEZCLADRENANTE

MICROAGLOMERADOEN CALIENTE

301 x302 x x303 x x x304 x x x305 x x x

Tabla 5.1.4.Técnicas de reconstrucción

TÉCNICARECONSTRUCCIÓNCON PAVIMENTO

ASFÁLTICO

RECONSTRUCCIÓNCON PAVIMENTO

RÍGIDO

RECUBRIMIENTOBLANCO

401 x402 x403 x

5.1.4. Otras consideraciones de ingeniería que afectan la elección de la estrategia

Algunos aspectos de ingeniería, adicionales a los ya descritos, juegan un papeldeterminante en la elección del tipo y del espesor de la estrategia derehabilitación. Entre ellos, los principales son la geometría de la carretera, elcomportamiento de pavimentos similares en el área del proyecto y algunascaracterísticas periféricas

5.1.4.1. Geometría de la carretera

Aunque el ancho de los carriles está fijado por normas geométricas, hay ocasionesdonde resulta preciso trabajar con anchos menores o mayores que los fijados porellas. Esta sola consideración puede determinar el ancho y el tipo de las bermas, asícomo la aplicabilidad de algunas soluciones de drenaje. El ancho del carril, cuandoes limitado, juega un papel principal en la canalización de las cargas del tránsito,aspecto que debe ser considerado por el diseñador, tal como se indica en elnumeral 2.3.12.2 de esta guía (Parte 2 Capítulo 3).


336

Las pendientes longitudinales y la presencia o ausencia de curvas verticales puedeninfluir sobre las condiciones del drenaje y aún sobre la velocidad de circulación. Eltránsito lento produce mayores esfuerzos, deformaciones y deflexiones en laestructura del pavimento, los cuales pueden exigir el empleo de materialesespeciales o nuevas tecnologías para la construcción de las obras de rehabilitación.

5.1.4.2. Comportamiento de pavimentos similares en el área del proyecto

En gran medida, la experiencia y el buen juicio del ingeniero se deben basar en elcomportamiento de los pavimentos existentes en la misma zona del proyecto. Losregistros de las bases de datos del Instituto Nacional de Vías constituyen unafuente de información importante. No obstante, no se debe confiar en registros decomportamiento de corto plazo, como tampoco en registros de muy largo plazosobre pavimentos sometidos a condiciones de tránsito muy diferentes a las delproyecto objeto del estudio.

5.1.4.3. Características periféricas

Algunas características del entorno de la carretera, tales como la existencia deconstrucciones vecinas, barreras de seguridad, cunetas, andenes, gálibos,instalaciones de servicios públicos, estructuras fijas al nivel de la rasante y básculasde pesaje en movimiento, juegan un papel importante en el diseño de las obras derehabilitación. Estos elementos pueden tener un efecto especial sobre los trabajosde rehabilitación, donde el uso de sobrecapas pueda estar limitado en su espesor.

Aunque en ocasiones es posible modificar la posición de algunos de estoselementos, el costo de ello puede resultar prohibitivo, de manera que dichaconsideración económica pudiera llegar a dirigir la decisión sobre el diseño de lasobras de rehabilitación. A veces, la reconstrucción puede resultar económicamentepreferible a un refuerzo de cualquier tipo.


337

Tabla 5.1.5.Estrategias de rehabilitación de pavimentos asfálticos con tránsito de diseño NT1

TÉCNICA OESTRATEGIA

VIDA RESIDUAL(AÑOS)

0-2 3-5 6-10 > 10RESTAURACIÓN

101 x x102 x x103 x x104 x105 x106107108 x109 x110 x111112113114115 x

REFUERZO201 x202 x203204205206

RECICLADO301 x302 x303304305 x

RECONSTRUCCIÓN401 x402 x403 x

Nota: No todas las estrategias que presenta la tabla son adecuadas para pavimentos contratamiento superficial. El ingeniero deberá elegir, con base en su buen juicio, las apropiadas encaso de que el pavimento tenga este tipo de superficie


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Tabla 5.1.6.Estrategias de rehabilitación de pavimentos asfálticos con tránsito de diseño NT2




101102 x x103 x x104 x x105 x x106 x107108 x109 x110 x111 x x112 x113 x x114115 x

REFUERZO201 x x202 x x203 x204205206

RECICLADO301 x302 x303304305 x



339

Tabla 5.1.7.Alternativas de rehabilitación de pavimentos asfálticos con tránsito de diseño NT3




101102103 x104105106 x x x107 x x108 x x109 x110111 x112 x x113 x x114 x x115 x

REFUERZO201 x x202 x x203 x204 x205 x206 x

RECICLADO301 x x302 x303 x304 x305 x


Nota: Los tratamientos superficiales recomendados en esta tabla, deben ser elaborados conemulsiones asfálticas modificadas con polímeros


340


341

CAPÍTULO 2DISEÑO DE LA REHABILITACIÓN

Determinadas las estrategias de rehabilitación realmente posibles, se deberánpreparar diseños de ellas. El período de diseño de las obras, será el indicado en laTabla 1.1.

La estructura de un pavimento asfáltico está compuesta por un conjunto de capas,cada una de las cuales debe estar concebida, diseñada y construida de manera quesea capaz de soportar adecuadamente las solicitaciones a las cuales va a estarsometida. El proceso de diseño debe evaluar, idealmente, las solicitaciones a lasque está sometida cada una de estas capas; esta evaluación solamente es posible sise emplean modelos mecánicos de análisis.

La guía acoge el uso de métodos mecanicistas para el análisis de las soluciones derehabilitación diferentes de la restauración. En forma adicional, considera lametodología AASHTO-93 [ref. 5.2.1], de raíces empíricas y de uso corriente en elpaís, en la cual se basan los actuales manuales de diseño de pavimentos del INVÍASpara todos los niveles de volúmenes de tránsito. La metodología AASHTO presentala ventaja de no requerir el conocimiento del tránsito que ha circulado sobre elpavimento existente, parámetro que es indispensable para efectuar los análisisracionales.

5.2.1. Diseño de las obras de restauración

La elección de la restauración como estrategia de rehabilitación de un pavimentoasfáltico implica necesariamente el reconocimiento de: (i) la existencia de una vidaresidual prolongada, indicativa de una importante capacidad estructural actual dela calzada y (ii) la necesidad de remediar un problema funcional bien definido.

En este caso y dado que no todas las estrategias de actuación se ajustan a lasolución del problema existente, el ingeniero debe escoger aquélla(s) queresulte(n) adecuada(s) a la situación por controlar. Por lo general, cuando se optapor la restauración, no se realiza el análisis de costos durante el ciclo de vida sobreel cual trata la Parte 6 de esta guía, motivo por el cual, si las vidas útiles de lasalternativas de actuación son similares, se escoge aquélla que presente el menorvalor de construcción. En caso de que las estrategias presenten vidas muy disímiles,es probable que la más durable sea la más costosa; en tal caso, probablemente


342

resulte conveniente realizar el análisis de costos durante el ciclo de vida, deacuerdo con la metodología que se indica en la Parte 6.

5.2.2. Diseño mecanístico de la rehabilitación

En los procedimientos mecanísticos generales, la reacción de los diferentes diseñosde rehabilitación bajo una carga por rueda normalizada es analizada por algúnprograma analítico apropiado. Aunque la guía incluye el conjunto de programasEVERSERIES, con autorización del Washington DOT, el Instituto Nacional de Víasdeja a elección del diseñador los programas por utilizar para los retrocálculos y loscálculos de esfuerzos y deformaciones, los cuales deberán estar respaldados por unamplio soporte teórico y práctico. Los diseños aceptables serán aquéllos quesatisfagan los criterios de comportamiento a los cuales se ha hecho referencia en laParte 4 de esta guía.

La gran ventaja de los métodos mecanísticos para el diseño de las obras derehabilitación de un pavimento asfáltico es la versatilidad que proveen para laevaluación de muchos materiales bajo diferentes condiciones estructurales yambientales. Los procedimientos mecanicistas suministran una base firme para lamodelación racional de los sistemas de pavimentos; a medida que estos modelosse vayan mejorando, se podrán esperar mejores correlaciones entre los parámetrosde diseño y el comportamiento real de las estructuras.

Si embargo, los métodos mecanísticos presentan una dificultad. Dada la variedadde modelos de análisis y de criterios de comportamiento (fatiga, deformaciónpermanente) que se encuentran en la literatura especializada, un ingeniero pocoexperimentado podría llegar a obtener estructuras faltas de razonabilidad almezclarlos o al aplicarlos de manera inapropiada. En general, los criterios decomportamiento han sido desarrollados para unos modelos de análisis específicosy su extrapolación a otros modelos de análisis sin las debidas precauciones resultainapropiada.

Por lo tanto, debe haber consistencia entre los modelos y los criterios decomportamiento que se utilicen; además, se recomienda siempre que el diseñadorefectúe verificaciones de los modelos y de los criterios escogidos por él con base encomparaciones con estructuras de catálogos, por ejemplo, las que presenta el“Manual de diseño de pavimentos asfálticos en vías con medios y altos volúmenesde tránsito” del INVÍAS [ref. 5.2.25].


343

Para el diseño de la rehabilitación por métodos mecanicistas, se deben emplearcriterios de fatiga (fisuramiento por fatiga) y de deformación permanente. Losprimeros se deben aplicar a todas las capas ligadas; los segundos se deberíanaplicar, en forma estricta, a todas las capas del pavimento.

Sin embargo, muchos métodos mecanísticos clásicos aplican criterios dedeformación permanente solamente a la subrasante, suponiendo que las demáscapas no sufrirán deformaciones plásticas que contribuyan al ahuellamiento de laestructura del pavimento, siempre y cuando esas capas estén bien compactadas, seutilicen materiales de excelente calidad para su construcción y se efectúenadecuados diseños de mezclas para las mismas cuando corresponda.

La nueva guía empírica mecanística de la AASHTO [ref. 5.2.29] incluye unadocumentación muy completa sobre criterios avanzados de análisis mecanísticopara todas las capas, tanto para la deformación permanente en todas sus capas,como para la fatiga en las capas ligadas.

5.2.2.1. Análisis de la subrasante

El criterio de análisis en la subrasante es la deformación permanente que, como semencionó en el Capítulo 3 de la Parte 4, se evalúa en términos de la deformaciónunitaria vertical de compresión en la superficie superior de la misma (z) o entérminos del esfuerzo vertical sobre esa misma superficie (z). En el numeral4.3.2.2 del capítulo recién citado se presentan varias expresiones para el análisis dela deformación permanente en la subrasante.

El módulo resiliente de la subrasante, requerido para los análisis mecanísticos, sedebe obtener por retrocálculo o por cálculo directo, a partir de las evaluacionesdeflectométricas. El módulo resiliente de la subrasante depende del estado deesfuerzos. En el diseño de una solución de rehabilitación, bien sea medianterefuerzo o con reciclado, el estado de esfuerzos en la subrasante suele cambiar conrespecto al que existía en la estructura antigua, lo que, en teoría, hace que cambiesu módulo con respecto al determinado por retrocálculo.

Normalmente, los métodos mecanísticos clásicos no tienen en cuenta este ajuste almódulo resiliente en el proceso de diseño y análisis de la rehabilitación. Sinembargo, hay metodologías que permiten realizar este ajuste, desde aplicardirectamente la ley de dependencia de esfuerzos del material, hasta metodologíassimplificadas como la propuesta en la práctica de diseño de rehabilitaciones deNueva Zelandia [ref. 5.2.31].


344

5.2.2.2. Análisis de las capas granulares

Pocos métodos clásicos aplican el criterio de control de la deformaciónpermanente en las capas granulares; por ejemplo, ni el método Shell [ref. 5.2.2] niel del Instituto del Asfalto [ref. 5.2.3] lo hacen. Sin embargo, se considera que haycasos en los que este análisis no sólo es conveniente, sino que resultaindispensable para el diseño de soluciones de rehabilitación, especialmente cuandodurante el estudio se detectan deficiencias en la calidad de las capas granularesexistentes.

Como se mencionó en el Capítulo 3 de la Parte 4, este análisis se puede hacer entérminos de deformaciones unitarias en la cara superior de las capas granulares,con las mismas expresiones que se emplean para la subrasante, como lo hace elmétodo francés [ref. 5.2.30] o en términos de esfuerzos, empleando comoparámetro de capacidad el CBR del material granular de la capa analizada. En elnumeral 4.3.2.2 se presentan algunas expresiones que pueden ser empleadas parael análisis de la deformación permanente en las capas granulares.

Otros métodos efectúan el análisis también en términos de esfuerzos, pero lacapacidad del material se evalúa en función de los parámetros de resistencia alcorte, cohesión y ángulo de fricción interna [ref. 5.2.11].

El módulo resiliente de las capas granulares para los análisis mecanísticos se puedeobtener por retrocálculo; sin embargo, de todos los módulos que se obtienen porretrocálculo, el de las capas granulares suele ser el que mayores inconsistenciaspresenta. Por lo tanto, es necesario verificar el valor obtenido, con expresionestales como la de Shell [ref. 5.2.2] o la del Instituto del Asfalto [ref. 5.2.3], que sepresentan a continuación, las cuales son simplificaciones de la ley de dependenciade esfuerzos de estos materiales. En ambas metodologías, los modelos contemplanuna sola capa granular que reúne la base y la subbase.

- Expresión de Shell

k = 0.206*HGR0.45

SRGR EkE


345

Donde: EGR: Módulo resiliente de las capas granulares (MPa).

HGR: Espesor de las capas granulares (mm).

ESR: Módulo resiliente de la subrasante (MPa).

El valor de “k” suele encontrarse entre 2 y 4. Si la fórmula arroja un valor inferior a2, se adopta 2; así mismo, si la fórmula arroja un valor mayor que 4, se usa 4.

- Expresión del Instituto del Asfalto

Donde: EGR: Módulo resiliente de las capas granulares (lb/pg2).

HCA: Espesor de las capas asfálticas (pulgadas).

HGR: Espesor de las capas granulares (pulgadas).

ECA: Módulo dinámico de las capas asfálticas (lb/pg2).

ESR: Módulo resiliente de la subrasante (lb/pg2).

K1: Constante que depende del tipo de material.

El valor de K1 que tomó el Instituto del Asfalto para el desarrollo de sus cartas dediseño oscila entre 8,000 y 12,000. A continuación se presentan algunos valores deesta constante, reportados en la referencia [5.2.1]:

Tabla 5.2.1.Valores típicos de K1 para capas granulares de base y subbase de buena calidad

TIPO DE MATERIAL ESTADO K1

Base granularSeco 6,000 a 10,000

Húmedo 4,000 a 6,000Saturado 2,000 a 4,000

Subbase granularSeco 6,000 a 8,000

Húmedo 4,000 a 6,000Saturado 1,500 a 4,000

0.8681

0.287SR

0.139CA

0.041GR

0.471CAGR KEEH10.447HE


346

El módulo resiliente de las capas granulares depende, también, del estado deesfuerzos. En el diseño de una solución de rehabilitación, bien sea con refuerzo ocon reciclado, el estado de esfuerzos en las capas granulares suele cambiar conrespecto al que existía en la estructura antigua, lo que, en teoría, hace que cambiesu módulo en relación con el determinado mediante retrocálculo a partir de lasdeflexiones

En consecuencia, en muchas ocasiones es necesario ajustar el módulo de las capasgranulares durante el análisis mecanístico de la solución de rehabilitación. Como enel caso de los suelos de subrasante, para ello existen varias metodologías, desdeaplicar directamente la ley de dependencia de esfuerzos, hasta metodologíassimplificadas como las de Shell o del Instituto del Asfalto. La práctica de diseño derehabilitaciones de Nueva Zelandia presenta también una metodología simplificadapara este propósito [ref. 5.2.31].

5.2.2.3. Análisis de las capas asfálticas antiguas y de los refuerzos

El análisis más común que se hace en los métodos mecanísticos clásicos para laverificación de las capas asfálticas es el fisuramiento por fatiga. Sin embargo, cadavez cobra más importancia el criterio de deformación permanente que, comocriterio mecanístico, está ya presente en el método Shell [ref. 5.2.2]. La nueva guíaempírico-mecanística de la AASHTO presenta un desarrollo interesante de estecriterio de análisis [ref. 5.2.29].

Para el caso de refuerzos, el análisis de fatiga en las capas asfálticas se debeefectuar tanto a la capa asfáltica de refuerzo que se coloca, como a las capasasfálticas antiguas, si éstas tienen vida residual. Las capas asfálticas antiguas que notengan vida residual y que hagan parte de la estructura de pavimento rehabilitadase consideran, usualmente, como capas granulares equivalentes [ref. 5.2.31].

Cuando las capas asfálticas antiguas tienen vida residual, habrá una primera etapaen que ellas todavía tienen vida remante de fatiga y, por lo tanto, desarrollan unmódulo alto, el cual se va reduciendo hasta que dicha vida se consuma (etapa 1).Durante esta etapa inicial, la mayor responsabilidad de soportar las solicitacionesde tensión causadas por las cargas de tránsito recae sobre las capas asfálticasantiguas y no sobre la rodadura asfáltica de refuerzo, haciendo que ésta y a vecesla subrasante misma, funcionen con holgura.

Una vez alcanzada la fatiga de las capas asfálticas antiguas que poseían vidaresidual, la reducción importante que sufre su módulo hace que las solicitaciones


347

en las otras capas aumenten considerablemente (rodadura asfáltica, subrasante),haciendo que la vida de estas últimas se reduzca (etapa 2). Esta segunda etapa, enla cual ya se ha consumido la vida residual que tenían las capas asfálticas antiguasantes del refuerzo, recibe algunas veces el nombre de “vida después de la muerte”[ref. 5.2.31].

El módulo dinámico de las capas asfálticas existentes se puede determinar porretrocálculo o por cálculo directo, teniendo en cuenta las siguientes precaucionesen el momento de aplicar esos resultados al análisis mecanístico de larehabilitación:

- Los procedimientos de retrocálculo y de cálculo directo tienen poca precisiónpara determinar el módulo de capas asfálticas delgadas (por ejemplo, menoresde 100 milímetros).

- En pavimentos antiguos, se suelen obtener valores de módulos muy altos,debido a la rigidez que van ganando las capas asfálticas a causa delenvejecimiento del asfalto. Para el análisis mecanístico no se deben emplear,para las capas existentes, valores de módulo mayores a los que tendría elmaterial nuevo.

En el Capítulo 3 de la Parte 4 (numeral 4.3.2.1), se presentan algunas expresionespara el análisis de la deformación unitaria de fatiga de las capas asfálticas. Enrelación con la expresión de Shell incluida allí, el método australiano de diseño depavimentos [ref. 5.2.20] incluye un criterio adicional de confiabilidad para suaplicación, el cual consiste en escoger un valor distinto del factor dedesplazamiento para cada nivel de confiabilidad, como lo muestra la Tabla 5.2.2.

Tabla 5.2.2.Valor del factor de desplazamiento de la ecuación de fatiga de Shell en función del nivel

de confiabilidad

CONFIABILIDADFACTOR DE

DESPLAZAMIENTO80% 4.785% 3.390% 2.095% 1.0


348

5.2.2.4. Deterioro acumulado y vida residual

Toda estructura de pavimento pasa por diferentes etapas: una etapa anterior a larehabilitación, y una o varias etapas posteriores a la misma. El deterioro que sepresenta en cada etapa se va acumulando.

Como se mencionó el numeral 4.3.2 (Parte 4 Capítulo 3), el deterioro acumulado secalcula con base en la hipótesis de Miner, la cual se puede aplicar a cada una de lascapas que constituyen la estructura del pavimento; esta hipótesis establece que eldeterioro o vida consumida en una etapa del pavimento se puede calcular con lasiguiente fórmula:

f_i

act_ii N

nVc

Donde: Vci: Vida consumida en la etapa i.

nact_i: Número de aplicaciones de carga que actúan en la etapa i.

Nf_i: Número de aplicaciones de carga que producirían la falla de lacapa en la etapa i.

El valor de Nf se calcula para cada una de las etapas del pavimento a partir deexpresiones denominadas ecuaciones de fatiga o funciones de transferencia, conbase en el valor de una solicitación dada, que puede ser deformación unitaria oespecífica (ε) ó esfuerzo (σ). Estas funciones tienen la siguiente forma general:

2k

1f óε1

kN

El valor de Nf calculado corresponde al número de aplicaciones de carga queproducirían la falla del material nuevo; por otra parte, el valor de Nf varía en unamisma capa cada vez que varía el valor de la solicitación a que ella se ve sometida.El valor de la solicitación cambia cuando cambia la composición estructural; porejemplo, cuando se coloca una capa de refuerzo, o cuando una capa interna (baseestabilizada, capa asfáltica antigua) cumple con su vida de fatiga y empieza acomportarse como granular.


349

El deterioro se va acumulando en las diferentes etapas del pavimento y la falla seproduce cuando el deterioro acumulado, o vida consumida acumulada, supera elvalor de la unidad, es decir, cuando

1N

nVcVca

f_i

act_ii

ii

Donde: Vca: Vida consumida acumulada.

Vci: Vida consumida en la etapa i.

nact_i: Número de aplicaciones de carga que actúan en la etapa i.

Nf_i: Número de aplicaciones de carga que producirían la falla de lacapa en la etapa i.

Dependiendo de la capa y del material del cual está constituida, la falla de una capase manifiesta como agrietamiento o como deformación.

Mientras no se consuma toda la vida de una capa de pavimento, ésta tendrá vidaresidual para una siguiente etapa, la cual se calcula mediante la siguienteexpresión:

Vca1Vr

Donde: Vr: Vida residual.

Vca: Vida consumida acumulada.

Se puede considerar que el pavimento falla, en conjunto, cuando la falla de una desus capas se manifiesta en deterioro excesivo visible en superficie, bien en formade fisuramientos, bien en forma de deformaciones permanentes.

En ocasiones, la falla de una capa interna del pavimento no se manifiestainmediatamente en la superficie y el pavimento puede seguir soportando el pasodel tránsito por un período de tiempo adicional sin que se requiera todavía unreforzamiento de la estructura; ejemplo de ello es la falla de una capa asfálticaantigua cubierta por una capa de refuerzo más reciente, o la falla de una baseestabilizada o una capa de material reciclado. Durante este período adicional, la


350

estructura se encuentra debilitada por la falla de la capa interna y el análisis debetener en cuenta esta situación.

Esta acumulación de daño que se hace para cada una de las etapas del pavimentotiene a veces, como excepción para efectos de análisis, la subrasante en el paso dela etapa anterior a la rehabilitación a la etapa de la estructura rehabilitada [ref.5.2.31]. La consideración que se hace en este caso es que el deterioro que acumulóla subrasante en su etapa anterior a la rehabilitación se debe estar manifestando através de algún grado de ahuellamiento en el momento de la rehabilitación, y queeste ahuellamiento se corrige cuando se coloca una capa de refuerzo de ciertoespesor o cuando se ejecuta un reciclado; por esta razón, el análisis de lasubrasante para el dimensionamiento de la estructura rehabilitada parte de undeterioro acumulado de cero (0).

Este tipo de consideración para la subrasante no está incluido ni en el método Shell[ref. 5.2.2] ni en el del Instituto del Asfalto [ref. 5.2.3] cuando analizan laalternativa de diseño de un pavimento nuevo por etapas, el cual, desde el punto devista conceptual, es igual al del diseño de una rehabilitación. Sin embargo, lanecesidad de un criterio como éste se ve clara en casos en los que la evaluaciónmecanística de la estructura existente arroje como resultado un daño acumulado oconsumo de vida de la subrasante igual o superior a 1, situación que, deconservarse en el análisis, no permitiría efectuar el diseño de la estructurarehabilitada.

En antagonismo a la anterior concesión en el análisis, la práctica de diseño derehabilitación de pavimentos de Nueva Zelandia [ref. 5.2.31] incluye unaverificación de la deformación unitaria de la subrasante en la estructurarehabilitada, que es adicional a la aplicación de la correspondiente ecuación defatiga o función de transferencia, en la cual se comparan las deformaciones de laestructura rehabilitada con las de la estructura anterior a la rehabilitación, enfunción del tránsito de ambas etapas. Esta verificación adicional se constituyerealmente en una especie de calibración de la función de transferencia de lasubrasante, procedimiento que se sugiere emplear en los diseños que se realicenpara el Instituto Nacional de Vías. El proceso de calibración sugerido, obtenido dela interpretación de la práctica de Nueva Zelandia, es el siguiente, que es aplicablea cualquiera de las expresiones presentadas en el Capítulo 3 de la Parte 4:

El criterio de deformación vertical compresiva de la subrasante se puede expresar através de una ecuación de la forma general:


351

4k

t3z N

1kε

Donde: Nt: Número de aplicaciones de carga hasta la falla.

z : Deformación unitaria vertical de compresión en la superficie dela subrasante (m/m).

k3, k4: Coeficientes experimentales.

Para el pavimento existente se puede conocer el tránsito que ha circulado sobre él(NP) y, mediante el análisis mecanístico de esta estructura, se puede determinar ladeformación unitaria vertical (zp). Si se aplican estos valores a la expresión general,se obtiene:

4k

P3zp N

1kε

Las diferentes expresiones de ahuellamiento que presenta la literatura difierenpoco en la constante k4 y mucho en la constante k3. Si se deja la constante k4 de laexpresión escogida para el diseño, se puede despejar la constante k3 para obteneruna constante “calibrada” k3_cal. La expresión “calibrada” para diseño usaría elvalor menor entre el valor original de la constante k3 y el valor calibrado de lamisma k3_cal.

5.2.2.5. Diseño mecanístico de estructuras recicladas en frío con adición deestabilizantes

Las capas recicladas con ligantes hidrocarbonados o con ligantes hidráulicos, comotoda capa estabilizada, son capaces de soportar esfuerzos de tensión y presentanmódulos mayores que las capas granulares; por lo tanto, su aporte estructural esmucho mayor. Sin embargo, la repetición de cargas va causando la aparición demicrofisuras que traen como consecuencia la pérdida de la capacidad de resistirtensiones y la disminución del módulo de elasticidad, todo lo cual se traduce en ladisminución de su aporte estructural; estas microfisuras pueden evolucionar haciafisuramientos de fatiga. Esta fase o etapa del comportamiento, denominadageneralmente etapa de fatiga y en ocasiones etapa de reducción del módulo, es elobjeto único del análisis de varios métodos mecanísticos, como el del Instituto del


352

Asfalto para reciclados en frío con emulsiones asfálticas [ref. 5.2.28]. Sin embargo,otros métodos reconocen que la vida de la capa estabilizada no necesariamentetermina allí.

Para el caso de estabilizaciones con cemento, la guía de pavimentos de Australia[ref. 5.2.20] menciona que una vez alcanzada la fatiga de la capa estabilizada, elpavimento puede tener todavía una vida residual significativa, que se puedeanalizar considerando la capa fatigada como una capa granular equivalente; paraesta nueva etapa, a la capa se le asigna un módulo de material granular. Menciona,también, que si la capa estabilizada se construye con un material granular de altacalidad (tipo base granular triturada), el módulo residual puede ser mayor que eldel granular solo sin estabilizar).

En forma similar, para el caso de estabilizaciones con ligantes hidrocarbonados,investigadores surafricanos [ref. 5.2.14] mencionan que el comportamiento típicode estos materiales en pistas de prueba muestra una primera etapa donde elmódulo se reduce bajo la acción del tránsito, hasta alcanzar un valor quepermanece relativamente constante y cuyo valor se relaciona con el tipo deagregados; esta segunda etapa de módulo constante, se denomina como etapa de“granular equivalente”, por similitud con el comportamiento de las capasgranulares. Sin embargo, la misma referencia considera que el término “granularequivalente” para capas estabilizadas con productos hidrocarbonados es engañoso,porque no se trata de un material suelto y particulado; la equivalencia se limita alhecho de que el módulo permanece constante durante un período de tiempoprolongado.

El comportamiento de las capas recicladas con estabilizantes presenta, entonces,dos etapas: una primera etapa de fatiga y una segunda etapa de comportamientocomo “granular equivalente”. En la primera, el material está inicialmente sano,resiste esfuerzos de tensión y tiene un alto módulo de elasticidad; en la segundafase, el material se ha fisurado, ya no soporta esfuerzos de tensión, su módulo seha reducido y se mantiene relativamente constante. La transición entre ambasetapas es gradual: en la primera etapa, el módulo, inicialmente alto, se vareduciendo poco a poco hasta llegar a un valor relativamente constante, que semantiene durante la segunda etapa.

La nueva guía empírico-mecanística de la AASHTO [ref. 5.2.29] analiza paso a pasola reducción del módulo de elasticidad durante la primera etapa o etapa de fatiga.Pero, en general, los métodos mecanísticos de diseño analizan esta primera etapaúnicamente a partir del valor inicial del módulo.


353

Por lo tanto, toda capa reciclada con estabilizantes deber ser analizada por fatiga;en esta etapa inicial de fatiga, la mayor responsabilidad de soportar lassolicitaciones de tensión causadas por las cargas de tránsito recae sobre la capareciclada y no sobre la rodadura asfáltica, haciendo que esta última y usualmentetambién la subrasante funcionen con holgura; es decir, que las solicitacionesactuantes sean significativamente menores que las solicitaciones de fallacorrespondientes para el nivel de tránsito del proyecto. Una vez alcanzada la fatigade la capa reciclada, la reducción importante en su módulo hace que lassolicitaciones en las otras capas aumenten considerablemente (rodadura asfáltica,subrasante), haciendo que la vida de éstas se reduzca.

Para el análisis del comportamiento de las capas recicladas con estabilizantes sesuele recurrir a las metodologías correspondientes a capas estabilizadas decomportamiento similar. Por esta razón, en los siguientes numerales se haráreferencia, en varias ocasiones, a capas estabilizadas.

5.2.2.5.1. Reciclado con ligantes hidrocarbonados

Para el análisis de la etapa inicial o etapa de fatiga, se puede recurrir a expresionescomo las empleadas por el Instituto del Asfalto para el desarrollo de su método dediseño de estructuras de pavimento con capas recicladas en frío con emulsiónasfáltica [ref. 5.2.28]. Las cartas de diseño incluidas en ese manual fueronobtenidas a partir de las cartas de diseño de pavimentos nuevos con basesestabilizadas con emulsión asfáltica [ref. 5.2.3], las cuales, a su vez, fueroncalculadas por métodos mecanísticos [ref. 5.2.4].

De acuerdo con la guía de reciclado para gobiernos estatales y locales de la FHWA[ref. 5.2.10, capítulo 18], la metodología del Instituto del Asfalto podría extendersea reciclados con otros productos asfálticos, como el cemento asfáltico, aunque nomenciona los asfaltos espumados en la presentación que hace del método; sinembargo, el hecho de que la guía contemple el uso de asfaltos espumados envarios apartes de la misma, incluso al mencionar el método AASHTO de diseño,permitiría inferir que la extensión propuesta para la aplicación del método delInstituto del Asfalto a otros productos asfálticos diferentes a las emulsionescubriría, también, a los reciclados con asfaltos espumados.

Los parámetros empleados por el Instituto del Asfalto para el análisis mecanísticode bases estabilizadas con emulsión asfáltica, extendidos luego a reciclados, sonlos indicados en la Tabla 5.2.3.


354

Tabla 5.2.3.Módulos y datos de composición volumétrica para mezclas con emulsión asfáltica

TIPO DEMEZCLA

MÓDULO SINCURAR A 23°C

(MPa)

MÓDULOCURADO A23°C (MPa)

MÓDULOCURADO A38°C (MPa)

VOLUMENDE VACÍOS

(Vv)

VOLUMEN DEASFALTO

(Vb)I 1,034 5,171 1,724 8.0 9.0II 793 2,758 862 8.0 9.0III 414 1,034 345 8.0 9.0

Aunque se podría hacer un análisis por incrementos de tiempo entre el momentoinicial (sin curar) y el momento del curado (6 meses o más), lo usual es emplear losvalores del módulo final para el análisis mecanístico de la etapa de fatiga.

Para los análisis de fatiga, el Instituto del Asfalto utilizó la misma expresión demezclas asfálticas en caliente mencionada en el numeral 4.3.2.1 (Parte 4 Capítulo3), aplicando los datos de módulo apropiados y los volúmenes de vacíos y asfaltode la Tabla 5.2.3.

Los tipos de mezclas de bases estabilizadas con emulsión asfáltica del manual delInstituto del Asfalto corresponden a la siguiente descripción:

- Tipo I. Mezclas en planta con agregados procesados de gradación densa, conpropiedades similares al concreto asfáltico.

- Tipo II. Mezclas con agregados semiprocesados.

- Tipo III. Mezclas con arenas o arenas limosas.

Para reciclados con emulsión asfáltica, el Instituto del Asfalto clasifica las mezclasen tipo A (agregados semiprocesados) y tipo B (arenas o arenas limosas) y lasasimila a las bases estabilizadas tipo II y tipo III, respectivamente.

Otra fuente de información muy importante con respecto al análisis mecanístico dereciclados con estabilizantes hidrocarbonados se encuentra en las investigaciones ymanuales surafricanos. La gran mayoría de las investigaciones que se handesarrollado allí incluyen la adición de cemento en estabilizaciones tanto conemulsiones asfálticas como con asfalto espumado.


355

Como se menciona en la Capítulo 1 de la Parte 4, en el caso de las emulsiones laadición de cemento reduce el tiempo de curado y aumenta la resistenciaconservada sin reducir significativamente su resistencia a la fatiga; al respecto elmanual de reciclaje de Wirtgen [ref. 5.2.9] menciona que investigaciones en esesentido han mostrado que podría añadirse hasta 1.5% de cemento en peso.

Con respecto a la incidencia de la adición de cemento en las estabilizaciones conasfalto espumado, el investigador surafricano Long [ref. 5.2.17] menciona losiguiente:

- El comportamiento de la capa depende de los contenidos de asfalto y decemento y del balance entre los dos.

- El incremento del contenido de asfalto, o el aumento de la relaciónasfalto/cemento incrementa la flexibilidad del material.

- La adición de cemento, o el incremento de la relación cemento/asfaltoincrementa la resistencia a la compresión inconfinada y a la flexotracción. Elaumento en la resistencia a la compresión inconfinada aumenta la resistenciadel material a la deformación plástica.

Long y Thyese [ref. 5.2.13] encontraron que el comportamiento estructural demateriales estabilizados con asfalto espumado es muy similar al comportamientode materiales estabilizados con emulsión asfáltica, afirmación hecha con base en lacomparación de catálogos de estructuras desarrollados para cada material enparticular.

Liebenberg y Visser [ref. 5.2.18] proponen los siguientes valores de módulo para elanálisis mecanístico de estructuras de pavimento con bases estabilizadas conemulsión asfáltica:

- Módulo inicial en la etapa de fatiga (después de curado y antes del deterioropor tránsito): 1,200 – 2,700 MPa (1,800 MPa característico)

- Módulo final, después de la etapa de fatiga: 300–600 MPa (500 MPa).

Long [ref. 5.2.17] reporta los siguientes valores de módulo resiliente inicial paramateriales estabilizados con asfalto espumado, para diferentes contenidos deasfalto y cemento, recomendando emplear los valores promedio para diseño:


356

Tabla 5.2.4.Intervalo de valores de módulo resiliente inicial para materiales estabilizados con asfalto

espumado y cemento (MPa)

VALOR1.8% DE ASFALTO

ESPUMADO Y 2% DECEMENTO

3.0% DE ASFALTOESPUMADO Y 1.8% DE

CEMENTOMínimo 1,200 450Máximo 2,600 2,000Promedio 1,657 1,154

Para la etapa 2 o de material granular equivalente, Long reporta un valor delmódulo de 400 MPa.

Finalmente, en pruebas efectuadas en Suráfrica [ref. 5.2.14] se observó que en lasegunda etapa, de módulo constante, las bases estabilizadas con liganteshidrocarbonados experimentaban ahuellamiento. Por lo tanto, la metodologíautilizada en dicho país contempla el análisis de ahuellamiento en las capasestabilizadas o reciclados con ligantes hidrocarbonados (emulsiones asfálticas oasfaltos espumados). La referencia [5.2.18] presenta unos criterios completos parael análisis mecanístico de materiales estabilizados con emulsión asfáltica,incluyendo el aspecto del ahuellamiento en la etapa 2; de manera similar, lareferencia [5.2.13] presenta criterios completos para el análisis mecanístico demateriales estabilizados con asfalto espumado.

Respecto de los espesores por intervenir, se deberán atender las pautas indicadasen el numeral 4.1.4.2.2.1 (Parte 4 Capítulo 1) para los diferentes tipos de recicladocon ligantes hidrocarbonados que se analizan en él.

5.2.2.5.2. Reciclados con cemento

En la literatura especializada se puede encontrar numerosas referencias quecontienen parámetros y ecuaciones de fatiga para el análisis mecanístico de estetipo de reciclados. A modo de ilustración, la nueva guía de la AASHTO [ref. 5.2.29]presenta los valores de módulo indicados en la Tabla 5.2.5 para diferentes tipos demateriales estabilizados con cemento.


357

Tabla 5.2.5.Valores del módulo para materiales estabilizados con cemento

TIPO DE MATERIAL

MÓDULO DEELASTICIDAD,

MATERIAL INTACTO(MPa)

MÓDULO DE ELASTICIDAD,MATERIAL DETERIORADO

POR TRÁNSITO(MPa)

Agregado estabilizado concemento

5,000 a 10,000(típico 7,000)

700

Agregados estabilizados concemento, gradación abierta

5,000 350

Suelo - cemento350 a 10,500(típico 3,500)

175

La misma guía presenta las siguientes fórmulas para estimar el módulo inicial dediferentes materiales estabilizados con cemento:

- Para agregados tratados con cemento (grava cemento):

MPaMPa cf'0.0839E

- Para suelo-cemento:

MPaMPa qu1200E

Donde: f’c: Resistencia a la compresión inconfinada en cilindros conrelación altura/diámetro 2:1 relación 2 de alto por 1 dediámetro.

qu: Resistencia a la compresión inconfinada en cilindros fabricadosen el molde de compactación.

La relación de Poisson típica es de 0.10 a 0.20 para los agregados estabilizados concemento, y de 0.15 a 0.25 para el suelo-cemento [ref. 5.2.29]. Para los recicladoscon cemento se utiliza usualmente un valor de 0.25 [ref. 5.2.7].

Una vez se ha llegado a la fatiga del material estabilizado (o reciclado) concemento, la capa estabilizada se puede analizar como una capa granularequivalente, asignándole un módulo de material granular. Si la capa estabilizada seconstruye con un material granular de alta calidad (tipo base granular triturada), el


358

módulo residual puede ser mayor que el del granular solo sin estabilizar [ref.5.2.20].

El análisis de la etapa de fatiga se hace en función de la tensión en la cara inferiorde la capa reciclada. Algunos métodos consideran leyes de fatiga en función delvalor del esfuerzo de tensión (t) y otros en función del valor de deformación detensión (t). Algunas de las relaciones, adicionales a la citada en el Capítulo 3 de laParte 4, son las siguientes:

- La nueva guía AASHTO [ref. 5.2.29]presenta la siguiente expresión:

c2

tc1

β0.0825

MR

σ0.972β

logNf

Donde: Nf: Número de repeticiones hasta alcanzar la falla.

MR: Módulo de rotura a 28 días.

t: Esfuerzo de tensión en la base de la capa.

c1 y c2: Coeficientes de calibración (1 por defecto).

La guía de Australia [ref. 5.2.20]presenta la siguiente expresión:

12

t

0.804

f με191113,000/ERFN

Donde: Nf: Número de repeticiones a la falla.

t: Deformación unitaria a la tensión en la base de la capa (m/m)

E: Módulo de elasticidad, MPa.

RF: Factor de confiabilidad:4.7 para una confiabilidad del 80%3.3 para una confiabilidad del 85%2.0 para una confiabilidad del 90%


359

1.5 para una confiabilidad del 95%0.5 para una confiabilidad del 97.5%

El espesor del reciclado con cemento suele estar entre 200 y 350 milímetros [ref.5.2.7]. En esa misma referencia se citan las estructuras típicas de reciclajerecomendadas en España, mostradas en la Tabla 5.2.6, para una resistencia mínimaa la compresión simple de 2.5 MPa a los 7 días en la capa reciclada, que puedenservir de guía para establecer el balance entre la capa reciclada y la rodaduraasfáltica (no se mencionan las características de las subrasante).

Tabla 5.2.6.Estructuras típicas de reciclado con cemento recomendadas en España

TRÁNSITO PROMEDIODIARIO DE VEHÍCULOS

PESADOS EN EL PRIMER AÑODE SERVICIO

ESPESOR DE LA CAPARECICLADA CON

CEMENTO(cm)

ESPESOR DE LA RODADURAASFÁLTICA

(cm)

800 - 2000400 - 800200 - 400100 - 20050 - 10025 - 5012 - 25

< 12

3535302525222020

151212121085

Tratamiento superficial doble

Es fundamental considerar el balance estructural (resistencia de la capa dereciclado, espesor de la capa de reciclado y la capa asfáltica). La referencia [5.2.19]también contiene criterios de diseño racional.

Adicionalmente, el método surafricano de diseño de pavimentos [ref. 5.2.21]considera además que, para materiales ligeramente cementados, una vezalcanzada la fatiga del material éste puede fallar por aplastamiento, si las“columnas” de material fatigado no tienen la suficiente resistencia a la compresiónpara soportar los esfuerzos verticales transmitidos por el tránsito a la cara superiorde la capa. La referencia citada contiene un conjunto completo de criterios para elanálisis mecanístico de reciclados con cemento diferentes a los citados en lospárrafos anteriores.

Como se indica en el numeral 4.1.4.2.2.2 (Parte 4 Capítulo 1), el espesor de unacapa reciclada con cemento no debería ser inferior a 150 milímetros.


360

5.2.2.5.3. Consideraciones especiales sobre el tránsito de diseño

La conversión del tránsito real a ejes equivalentes requiere el empleo de factoresde equivalencia que dependen del tipo de material que se analiza. Normalmente, elexponente para bases cementadas es mucho mayor que para materiales asfálticos,por lo cual el valor del factor de deterioro determinado para pavimentos flexibles,como el que reporta el INVÍAS en las cartillas anuales de tránsito, no se puedeemplear directamente en el diseño de bases cementadas.

Para el caso particular de Australia, por ejemplo, se ha encontrado que el númerode ejes equivalentes para el diseño de pavimentos con bases cementadas es unas21 veces el correspondiente a pavimentos flexibles, para un mismo tránsito.

En estos casos, se requieren normalmente dos valores de ejes equivalentes para eldiseño:

- El primero, el número de ejes equivalentes para bases cementadas, con el cualse analiza el comportamiento de este material en su primera fase, o fase defatiga.

- El segundo, el número de ejes equivalentes para pavimentos flexibles, con elcual se analiza el comportamiento de la subrasante y de la capa asfáltica derodadura, tanto en la fase de fatiga como en la fase de granular equivalente.

5.2.2.6. Desarrollo del método para el cálculo de refuerzos y de las estructurasrecicladas

En el apéndice del presente capítulo se presenta un conjunto de tablas y diagramasde flujo descriptivos del procedimiento propuesto para el empleo de métodosmecanísticos, tanto para el cálculo de refuerzos como para el diseño de estructurasrecicladas, y en el Anexo I se presentan algunos ejemplos de ilustración.

5.2.3. Diseño de la rehabilitación por el método AASHTO-93

Como se ha indicado al comienzo de este Capítulo, la guía alienta el uso demétodos mecanicistas para el análisis de las soluciones de rehabilitación. En formaadicional, se presenta la metodología AASHTO-93 [ref. 5.2.1], de raíces empíricas,en la cual se basan los actuales manuales de diseño de pavimentos nuevos delINVÍAS para todos los niveles de volúmenes de tránsito. La metodología AASHTO,de amplio uso en el país, presenta la ventaja de no requerir el conocimiento del


361

tránsito que ha pasado por la vía existente, parámetro que es indispensable paraefectuar los análisis racionales.

5.2.3.1. Aspectos generales del método de diseño AASHTO-93

El método AASHTO para el diseño de pavimentos asfálticos está basado en unmodelo de comportamiento que ha sido formulado empíricamente, el cual permitedeterminar la capacidad requerida para proteger la capa de apoyo de las cargas detránsito del proyecto, en condiciones preestablecidas de nivel final de servicioadmisible para una determinada confiabilidad.

La capacidad del pavimento se expresa en términos del número estructural (SN), elcual combina la capacidad aportada por las diferentes capas del pavimento, a partirde su espesor y de su resistencia relativa, expresada ésta última por medio de loscoeficientes estructurales correspondientes a los materiales de construcción y, enel caso de las capas granulares, correspondientes también a las condiciones dedrenaje.

El número estructural es teóricamente adimensional; sin embargo, para facilitar sumanejo y evitar confusiones en su empleo, es mejor pensar que tiene unidad delongitud (pulgadas).

Se podría afirmar que, en términos mecánicos, el método busca que la estructuratenga la capacidad necesaria para disipar los esfuerzos causados por las cargas detránsito hasta lograr que los niveles de los esfuerzos y deformaciones verticalestransmitidos a la capa de apoyo sean admisibles para ésta. La capacidad de disiparesfuerzos de una capa depende de su módulo de elasticidad; por lo tanto, loscoeficientes estructurales de cada capa están en función de él.

El algoritmo básico de diseño de la AASHTO sólo considera que la estructura total(rodadura, base y subbase) sea suficiente para proteger la capa inferior osubrasante; un posterior análisis por capas, incluido también en la guía de diseño,tiende a asegurar que cada una de las capas (subrasante, subbase, base) seaprotegida adecuadamente por las capas superiores.

El método de diseño AASHTO no permite analizar específicamente elcomportamiento de las capas ligadas que estén sometidas a esfuerzos ydeformaciones de tensión y que, por lo tanto, son susceptibles de debilitamiento yde fisuramiento por fatiga ante la aplicación repetida de las cargas de tránsito.Además de los fisuramientos asociados a la fatiga, este proceso va reduciendo el


362

módulo de elasticidad de estos materiales y, por lo tanto, su capacidad de disiparesfuerzos hacia las capas subyacentes. Por esta razón, el método presentalimitaciones en el momento de definir los espesores de cada capa a partir delnúmero estructural total, lo que hace que la subdivisión de la estructura en capastenga un alto grado de subjetividad.

La debilidad del método AASHTO anotada en el párrafo anterior se acentúa en eldiseño de soluciones de rehabilitación, para las cuales se aplica el algoritmo básico,que tiene en cuenta solamente la protección de la subrasante; es el caso depavimentos muy gruesos o pavimentos con capas intermedias relativamentedébiles en comparación con las capas inferiores. Por ejemplo, en pavimentosgruesos con muchas sobrecapas asfálticas construidas durante el transcurso de losaños, el punto débil de la estructura deteriorada muy seguramente no está en lafalta de protección de la subrasante, sino en la condición estructural de las capassuperiores, situación que este método de análisis no permite detectar.

Es importante anotar, también, que el aporte estructural de las capas inferiores(subbase y subrasante mejorada, si existe) no crece indefinidamente con el espesorde las mismas. Este hecho, que no es analizado en el texto del método AASHTO[ref. 5.2.1], en el cual todas las estructuras mencionadas en los ejemplos tienenmenos de 60 centímetros de espesor total, ha sido objeto de análisis por otrosinvestigadores, quienes han desarrollado procedimientos para corregir esteaspecto [ref. 5.2.22], hasta llegar a formular un nuevo parámetro, el númeroestructural ajustado (SNP), para caracterizar la resistencia del pavimento en elmodelo de administración de pavimentos HDM-4 [ref. 5.2.8]. Se menciona, porejemplo, que el cálculo tradicional del número estructural sobrevalora la capacidaddel pavimento para espesores totales de pavimento por encima de 70 centímetros[ref. 5.2.23].

5.2.3.2. Descripción del método

En este numeral no se pretende describir en detalle el método AASHTO-93, el cualse puede consultar en muchos otros documentos, en particular el texto mismo delmétodo [ref. 5.2.1]. Se mencionan, solamente, los aspectos principales en lo quepuede tener relación con el diseño de las soluciones de rehabilitación.

La capacidad requerida del pavimento (SN), se determina mediante la expresión:


363

En la cual, las variables son las siguientes:

W18: Número acumulado de ejes equivalentes de 80 kN (18 kip).

ZR: Valor de la variable de la distribución normal de frecuencias,correspondiente a una determinada confiabilidad R.

S0: Desviación estándar de los parámetros de cálculo.

PSI: Pérdida de índice de servicio.

Mr: Módulo resiliente de la subrasante (lb/pg2).

Una vez calculada la capacidad requerida del pavimento en términos de su númeroestructural (SN), se deben definir los espesores de las diferentes capas delpavimento, de manera que el conjunto estructural aporte la capacidad totalrequerida. La capacidad del conjunto de capas del pavimento se calcula mediantela siguiente expresión:

SN = a1D1 + a2D2m2 + a3D3m3

Donde: a1, a2, a3: Coeficientes estructurales de las capas asfálticas, base ysubbase, respectivamente.

D1, D2 y D3: Espesores de las capas asfálticas, base y subbase,respectivamente.

m2, m3: Coeficientes de drenaje de las capas granulares de basey subbase, respectivamente.


364

Para poder aplicar directamente esta expresión, los espesores de las capas debenestar en pulgadas. Como se requiere de un proceso de prueba y error para llegar ala estructura final, normalmente es más fácil asignarle unidades de longitud alnúmero estructural (pulgadas) y convertir su dimensión a la unidad que se deseaemplear para el dimensionamiento del pavimento, generalmente centímetros ymilímetros. Sin embargo, no se debe olvidar que siempre se debe reportar elnúmero estructural en su concepción original que, en términos de lo expresado eneste párrafo, equivale a reportarlo en el valor correspondiente a pulgadas,omitiendo la indicación expresa de la unidad.

A medida que el tránsito hace uso del pavimento, éste se empieza a deteriorar enmayor o menor grado. El deterioro disminuye la calidad de servicio que presta lavía a los usuarios; en los términos de la AASHTO, disminuye el índice de servicio.Asociada a la disminución del índice de servicio, la capacidad estructural delpavimento, expresada como número estructural, se reduce también. De unacapacidad inicial del pavimento nuevo (SN0), se pasa a una capacidad reducida oefectiva (SNeff), la cual debe ser evaluada en el momento de diseñar unarehabilitación.

5.2.3.3. Número estructural efectivo

El método AASHTO-93 establece tres procedimientos para el cálculo de lacapacidad estructural del pavimento existente, en términos del número estructuralefectivo (SNeff). Son ellos:

- Vida residual.

- Condición de las capas estructurales.

- Deflectometría.

De estos 3 procedimientos, el más preciso suele ser el tercero, es decir, el que sebasa en los resultados de la evaluación deflectométrica del pavimento. Sinembargo, la AASHTO sugiere que se empleen al menos dos de estosprocedimientos, para poder verificar la consistencia de los resultados. Acontinuación se describen, brevemente, dos de los procedimientos: (i) el decondición de las capas estructurales y (ii) el deflectométrico.

En los diseños que se presenten al Instituto Nacional de Vías se debe emplear elmétodo deflectométrico como método básico de análisis. El método de condición


365

de las capas estructurales debe ser usado, única y exclusivamente, comoherramienta de apoyo para analizar la consistencia de los resultados del análisisdeflectométrico y su concordancia con la información que se tenga sobre lacomposición y el estado de la estructura de pavimento; además, el método decondición sirve de guía para establecer los coeficientes estructurales de las capasque van a ser fresadas o recicladas, los cuales deben ser empleados para ajustar elnúmero estructural efectivo.

5.2.3.4. Determinación del número estructural efectivo a partir de la condiciónactual de las capas estructurales

Mediante este procedimiento se determina la capacidad estructural del pavimentoexistente a partir de la formulación original del número estructural, asignando loscoeficientes estructurales de cada capa en función de los daños o deterioros queafecten su condición estructural, tal como lo muestra la Tabla 5.2.7.

Para el adecuado uso de la Tabla 5.2.7, se debe tener en cuenta lo siguiente:

- La tabla debe servir solamente de guía; se deben desarrollar coeficientespropios a partir de la experiencia local.

- Todos los daños se relacionan con observaciones superficiales.

- Se recomienda que todo fisuramiento severo en piel de cocodrilo sea reparado(bacheo) previamente al refuerzo; en este caso, los coeficientes del concretoasfáltico y de la base estabilizada deben reflejar la condición de daños severosque quede después del bacheo.

- Adicionalmente a las evidencias de bombeo durante la auscultación, se debentomar muestras de la capa de base granular para detectar erosión, degradación,contaminación por finos, así como facilidad de drenaje; los coeficientes sedeben escoger de acuerdo con los resultados de estas pruebas.


366

Tabla 5.2.7Coeficientes estructurales de pavimentos asfálticos existentes

[ref. 5.2.1]

MATERIAL CONDICIÓN SUPERFICIALCOEFICIENTE

ESTRUCTURALConcretoasfáltico

No hay fisuras tipo piel de cocodrilo y/o hay solamentefisuras transversales de severidad baja. 0.35 a 0.40

Concretoasfáltico

<10% de fisuras tipo piel de cocodrilo de severidad bajay/o<5% de fisuras transversales de severidad media o alta

0.25 a 0.35

Concretoasfáltico

>10% de fisuras tipo piel de cocodrilo de severidad bajay/o<10% de fisuras tipo piel de cocodrilo de severidad mediay/o5 a 10% de fisuras transversales de severidad media oalta.

0.20 a 0.30

Concretoasfáltico

>10% de fisuras tipo piel de cocodrilo de severidad mediay/o<10% de fisuras tipo piel de cocodrilo de severidad altay/o>10% de fisuras transversales de severidad media o alta.

0.14 a 0.20

Concretoasfáltico

>10% de fisuras tipo piel de cocodrilo de severidad altay/o>10% de fisuras transversales de severidad alta.

0.08 a 0.15

Basesestabilizadas

No hay fisuras tipo piel de cocodrilo y/o hay solamentefisuras transversales de severidad baja.

0.08 a 0.35

Basesestabilizadas

<10% de fisuras tipo piel de cocodrilo de severidad bajay/o<5% de fisuras transversales de severidad media o alta

0.15 a 0.25

Basesestabilizadas

>10% de fisuras tipo piel de cocodrilo de severidad bajay/o<10% de fisuras tipo piel de cocodrilo de severidad mediay/o5 a 10% de fisuras transversales de severidad media oalta.

0.15 a 0.20

Basesestabilizadas

>10% de fisuras tipo piel de cocodrilo de severidad mediay/o<10% de fisuras tipo piel de cocodrilo de severidad altay/o>10% de fisuras transversales de severidad media o alta.

0.10 a 0.20


367

MATERIAL CONDICIÓN SUPERFICIALCOEFICIENTE

ESTRUCTURALBasesestabilizadas

>10% de fisuras tipo piel de cocodrilo de severidad altay/o>10% de fisuras transversales de severidad alta.

0.08 a 0.15

Bases osubbasesgranulares

No hay evidencia de bombeo, degradación ocontaminación por finos 0.10 a 0.14

Bases osubbasesgranulares

Hay alguna evidencia de bombeo, degradación ocontaminación por finos 0.00 a 0.10

- El porcentaje de fisuras transversales se calcula en pies lineales de fisuras porpie2 de pavimento, por 100

- Se recomienda tomar núcleos para examinar todas las capas del pavimento; latoma de estos núcleos es indispensable para la evaluación de las capasestabilizadas.

- Hay muchos otros tipos de daños que pueden influir en el comportamientofuturo del refuerzo; el ingeniero debe hacer la evaluación correspondiente yutilizar los factores que considere convenientes

5.2.3.5. Determinación del número estructural efectivo a partir de las medidas dedeflexión

La determinación del número estructural efectivo del pavimento (SNeff), a partir delas deflexiones requiere un proceso de retrocálculo que abarca los siguientespasos:

- Conversión de las deflexiones a la temperatura de referencia que, de acuerdocon el método AASHTO-93, es de 20°C.

- Determinación del módulo resiliente de la subrasante a partir de la informaciónde un sensor alejado del deflectómetro, que cumpla con unos requisitos dedistancia dados.

- Determinación del módulo del pavimento, a partir del módulo resiliente de lasubrasante, encontrado en el paso anterior, y del espesor total de la estructuraldel pavimento.


368

Determinación del número estructural efectivo (SNeff), a partir del módulo delpavimento y de su espesor total.

5.2.3.5.1. Módulo resiliente de la subrasante

El módulo resiliente de la subrasante se determina mediante la siguienteexpresión:

rdP0.24

Mrr

Donde: Mr: Módulo resiliente de la subrasante (MPa).

P: Carga aplicada (N).

dr: Deflexión corregida en el sensor alejado (mm).

r: Distancia del sensor alejado (mm).

El sensor alejado debe cumplir con la condición de encontrarse a la distanciamínima siguiente:

ea0.7r

Donde: r: Distancia del sensor alejado (mm).

ae: Radio del bulbo de esfuerzos en la interfaz entre la subrasantey la capa inmediatamente superior, generalmente la subbase oel relleno de mejoramiento (mm).

2

3

0

p2e E

E*Daa

Donde: a: Radio de la placa de carga del equipo dinámico (mm).

D: Espesor total del pavimento (mm).

Ep: Módulo efectivo del pavimento (MPa).


369

E0: Módulo de la subrasante (MPa).

5.2.3.5.2. Módulo efectivo del pavimento

El módulo efectivo del pavimento (Ep) se determina por iteración, mediante lasiguiente expresión:

Donde: D0: Deflexión central corregida por carga y temperatura (mm).

p: Presión aplicada por la carga (MPa).

a: Radio del plato de carga (mm).

E0: Módulo resiliente de la subrasante (MPa).

Ep: Módulo del pavimento (MPa).

D: Espesor del pavimento (mm).

5.2.3.5.3. Número estructural efectivo

El número estructural efectivo se determina mediante la siguiente expresión:

3 EpD049.307ESNeff

Donde: SNeff: Número estructural efectivo.

D: Espesor del pavimento (mm).

Ep: Módulo del pavimento (MPa).

Esta expresión es, en diferentes unidades, la misma que aparece en el numeral3.2.4.1 de la presente guía metodológica (Parte 3 Capítulo 2). Además de estaexpresión, correspondiente al método AASHTO-93, el número estructural efectivo


370

se puede determinar por medio de otras expresiones, tales como las que sepresentan en los numerales 3.2.4.2 y 3.2.4.3, las cuales se aplican, también, a lasdeflexiones medidas con el deflectómetro de impacto.

Existe también la opción, mucho más limitada y menos precisa, de estimar elnúmero estructural del pavimento a partir de las deflexiones medidas con la vigaBenkelman, a partir de las expresiones que se presentan en el modelo deadministración de pavimentos HDM-4 [ref. 5.2.8] [ref. 5.2.23], siempre y cuando seconozca o se pueda estimar el valor del CBR de la subrasante.

5.2.3.5.4. Ajuste del número estructural efectivo por fresado

En ocasiones es necesario retirar parte de las capas asfálticas existentes antes de lacolocación de la capa de refuerzo. Entre las razones para esta labor, cabemencionar las siguientes:

- Retiro de la parte más fisurada de las capas asfálticas, cuando el fisuramientopredominante que se presentan es de tipo descendente (top-down cracking).

- Retiro de una o varias capas asfálticas que presentan exudaciones odeformaciones plásticas excesivas.

- Mejoramiento de la adherencia de la capa de refuerzo.

- Limitaciones en el nivel de la rasante.

Para realizar este ajuste, es necesario restar al número estructural Efectivo (SNeff)la contribución que prestaba la parte de las capas asfálticas existentes retiradas:

SNeff_aj = SNeff - a1fD1f

Donde: a1f,: Coeficiente estructural de la parte fresada de las capasAsfálticas.

D1f: Espesor de la parte fresada de las capas asfálticas (pulgadas).

5.2.3.6. Módulo de la subrasante para diseño

Debido a que el módulo resiliente de la subrasante es altamente dependiente delestado de esfuerzos al cual se encuentra sometida la capa, el valor determinado


371

mediante retrocálculo a partir de un sensor alejado debe ser ajustado, para reflejarlas condiciones de respuesta de la subrasante bajo el centro de aplicación de lacarga y los resultados de las pruebas de laboratorio bajo las cuales fue desarrolladoel método AASHTO. El factor de corrección para subrasantes de pavimentos conbases o subbases granulares, según recomendaciones de dicho organismo, varíaentre ⅓ y ¼ [ref. 5.2.1].

La nueva guía empírico-mecanística de la AASHTO [ref. 5.2.29] presenta los factorespromedio que muestra la Tabla 5.2.8 para la estimación de los módulos resilientesde laboratorio, a partir de los módulos obtenidos por retrocálculo.

Tabla 5.2.8.Relación promedio entre los módulos de laboratorio y los módulos obtenidos mediante

retrocálculo

TIPO DE CAPA LOCALIZACIÓNRELACIÓN MÓDULO DE

LABORATORIO/MÓDULODE RETROCÁLCULO

Bases ysubbases

granulares

Entre dos capas estabilizadas con cementoo con productos bituminosos

1.43

Debajo de losas de concreto 1.32Debajo de capas asfálticas de rodadura obase

0.62

Terraplenes ymateriales de

subrasante

Bajo una base estabilizada o un sueloestabilizado

0.75

Bajo un pavimento asfáltico o rígido sincapas granulares de base o subbase

0.52

Bajo un pavimento asfáltico o rígido concapas granulares de base o subbase

0.35

5.2.3.7. Cálculo del espesor de refuerzo

Una vez calculado el número estructural efectivo (SNeff), y ajustado por fresado sies el caso (SNeff_aj), el espesor requerido de refuerzo se calcula mediante lasiguiente expresión:

refref a

SNeffSNfutD


372

Donde: Dref: Espesor de refuerzo (pulgadas).

SNfut: Número estructural total requerido para el tránsito futuro,calculado para el módulo de subrasante de diseño por elalgoritmo general de la AASHTO, numeral 5.2.3.2.

SNeff: Número estructural efectivo, o número estructural efectivoajustado (SNeff_aj) si es el caso.

aref: Coeficiente estructural de la capa asfáltica de refuerzo.

Con esta expresión se puede calcular el espesor de refuerzo para cada uno de lossitios evaluados con la deflectometría. Esto dará valores diferentes de espesor paracada sitio que, de acuerdo con la metodología AASHTO-93 [ref. 5.2.1], deberán serpromediados para cada sector homogéneo definido en el proyecto. Otra opciónconsiste en aplicar la expresión a los valores promedio del número estructuralefectivo (SNeff) y del módulo de subrasante de diseño, para cada sectorhomogéneo.

En ambos casos se recomienda excluir los valores atípicos antes de calcular losvalores promedio. Los sitios que arrojen valores muy altos de deflexión encomparación con la tendencia general de cada tramo, deben ser investigadospuntualmente, como se indica en el numeral 2.8.5.3 de esta guía (Parte 2 Capítulo8). Dichos sitios pueden requerir un tratamiento especial como, por ejemplo, lareconstrucción del pavimento y/o el mejoramiento del subdrenaje.

El valor típico del coeficiente estructural del refuerzo (aref ) es de 0.44 para mezclasdensas en caliente de alta calidad con un módulo de elasticidad mínimo de 3,100MPa a 20°C, de acuerdo con los resultados de las pruebas de la AASHTO [ref. 5.2.1].Esa misma referencia presenta una gráfica para determinar el coeficienteestructural de las capas asfálticas cuando la mezcla tiene un módulo inferior,siempre tomando como referencia la temperatura de 20°C.

El método AASHTO-93 no presenta una indicación explícita para efectuar algúnajuste cuando la temperatura del pavimento en el sitio del proyecto es diferente a20°C. Al menos desde el punto de vista teórico, la capacidad estructural de unacapa de pavimento es función de su módulo y éste, para el caso de mezclasasfálticas, depende de la temperatura del sitio; la referencia [5.2.27] presenta unapropuesta para aplicar un factor de ajuste al coeficiente estructural de las capas


373

asfálticas cuando la temperatura del pavimento en el sitio es diferente de 20°C(Tabla 2.5.9).

Tabla 5.2.9.Factores de ajuste al coeficiente estructural por efecto de la temperatura del concreto

asfáltico

TEMPERATURA PROMEDIO DELCONCRETO ASFÁLTICO (°C)

FACTOR DE AJUSTE

10 1.0015 0.9820 0.9525 0.9130 0.8735 0.8240 0.7645 0.7050 0.64

Así mismo, el manual de diseño de pavimentos asfálticos para vías con medios yaltos volúmenes de tránsito del INVÍAS [ref. 5.2.25] incorporó en su desarrollo unvalor diferencial del coeficiente estructural de las capas asfálticas en función de latemperatura del sitio, en términos de la temperatura del aire, así:

a = 0.44, para sitios donde la temperatura promedio ponderada del aire(TMAP) es menor de 13°C.

a = 0.37, donde TMAP está entre 13 y 20°C.

a = 0.30, donde TMAP está entre 20 y 30 °C.

Finalmente, la documentación del modelo de administración de pavimentos delHDM-4 [ref. 5.2.8] presenta una guía diferente para la determinación delcoeficiente estructural de las mezclas asfálticas, esta vez en función del móduloresiliente determinado por medio del ensayo de tracción indirecta a 30°C y delespesor de la capa asfáltica (h), así:

a = 0.20, para h<30mm, mezclas de baja estabilidad o mezclas en frío

a = 0.30, para h>30mm y módulo de 1,500 MPa.


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a = 0.40, para h>30mm y módulo de 2,500 MPa.

a = 0.45, para h>30mm y módulo > 4,000 MPa.

5.2.3.8. Diseño de las estructuras recicladas por el método AASHTO

El diseño de las estructuras recicladas por el método AASHTO-93 [ref. 5.2.1], serealiza mediante la siguiente expresión:

SNrod + SNrec = SNfut – SNeff_rem

Donde: SNrod: Aporte estructural de la capa asfáltica nueva deRodadura.

SN rec: Aporte estructural de la capa de reciclado.

SNfut: Número estructural total requerido para el tránsitofuturo, calculado para el módulo de subrasante dediseño por el algoritmo general de la AASHTO, numeral5.2.3.2.

SNeff_rem: Número estructural efectivo del pavimento remanente,correspondiente al aporte estructural de las capas quequedan por debajo de la capa de reciclado.

El aporte estructural de la nueva capa asfáltica de rodadura se calcula mediante lasiguiente expresión:

SNrod = arod x Drod

Donde: arod: Coeficiente estructural de la nueva capa asfáltica deRodadura.

Drod: Espesor de la nueva capa asfáltica de rodadura(pulgadas).

El aporte estructural de la capa de reciclado se calcula mediante la expresión:

SNrec = arec x Drec


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Donde: arec: Coeficiente estructural de la capa de reciclado.

Drec: Espesor de la capa de reciclado (pulgadas).

Los coeficientes estructurales de las capas recicladas dependen del tipo de ligante,del diseño de la mezcla y de los procesos constructivos; ellos deben serdeterminados con criterios de ingeniería sanos por un ingeniero experimentado y,en lo posible, a partir de los resultados de experiencias previas. Se puedenemplear, como guía, los valores establecidos en la guía AASHTO para basesestabilizadas [ref. 5.2.1].

La literatura especializada presenta valores típicos para el coeficiente estructuralde las capas de reciclado en frío, como los que presenta la Tabla 2.5.10.

Tabla 5.2.10.Valores típicos del coeficiente estructural de capas recicladas en frío

TIPO DE RECICLADOFHWA-SA-98-042

[ref. 5.2.10]WIRTGEN[ref. 5.2.9]

Con asfalto espumado 0.20 a 0.42 0.10 a 0.30Con emulsión asfáltica 0.17 a 0.41 0.10 a 0.30

Con cemento Portland

0.12 para resistencia a lacompresión inconfinada < 1 MPa

0.17 para resistencia a lacompresión inconfinada entre 1 y 3MPa

Para el coeficiente estructural de los reciclados en caliente se suelen emplearvalores similares a los de las mezclas asfálticas nuevas del tipo concreto asfáltico.

Como el diseño debe definir dos espesores, el de la capa de reciclado y el de lacapa de rodadura, es común que se fije primero el espesor de la capa de rodadura.La literatura especializada presenta algunas indicaciones al respecto. La Tabla5.2.11 muestra una que es bastante utilizada para fijar el espesor de la capa derodadura [ref. 5.2.28].


376

Tabla 5.2.11.Espesor mínimo de la capa de rodadura asfáltica sobre capas recicladas con productos

asfálticos

NÚMERO DE EJESEQUIVALENTES

ESPESOR MÍNIMO DE LA CAPA DE RODADURA,SOBRE CAPAS RECICLADAS CON PRODUCTOS

ASFÁLTICOS (mm)<104 Tratamiento superficial104 50105 50106 75107 100

<107 130

5.2.3.9. Hojas electrónicas para el cálculo de refuerzos

Para facilitar la aplicación del método AASHTO para el cálculo de los espesores derefuerzo a partir de los procedimientos y expresiones recién descritos, se incluyeun cuaderno de cálculo, cuyo contenido y funcionamiento se describen en el AnexoG.

5.2.4. Diseño de pavimentos reconstruidos

La alternativa de reconstrucción es la más drástica que se contempla para larehabilitación de pavimentos. Se adopta cuando la condición del pavimentoexistente es de un deterioro tan alto, que resulta necesaria la remoción parcial ototal de la estructura y su reemplazo por materiales totalmente nuevos(eventualmente, dentro de las obras de reconstrucción podría participar unamezcla asfáltica reciclada en planta en caliente). La reconstrucción es la opción enel caso de pavimentos con importantes deformaciones permanentes no atribuiblesa desplazamientos plásticos de las capas asfálticas por deficientes estabilidad ocompactación, es decir, que afectan las capas inferiores de la estructura. Porsupuesto, bajo estas circunstancias, la vida residual del pavimento es nula.

La solución de rehabilitación consistirá en la determinación del espesor de lascapas por remover, según las características que presenten los materialesexistentes, y el diseño de una nueva estructura que responda a las exigencias deltránsito futuro (NFUT), teniendo en cuenta el aporte que estén en capacidad debrindar las capas no removidas y la subrasante.


377

El diseñador puede utilizar el procedimiento que desee para determinar el espesorde las diferentes capas de reposición de la estructura cuando evalúe alternativasflexibles y semirrígidas pero, en todos los casos, su solución deberá ser verificadapor algún sistema analítico apropiado, que permita verificar que la estructurapropuesta no se encuentra ni subdiseñada ni sobrediseñada. Si este requisito no secumple, la alternativa no será aceptada por el Instituto Nacional de Vías.

En el caso de que se analice una alternativa de tipo rígido, se puede contemplar,igualmente, la solución de remoción de algunas capas del pavimento existente,aunque, dada la considerable rigidez de las losas de concreto hidráulico, tambiénresulta factible la opción de no efectuar la remoción (o eventualmente limitarla auna operación de fresado) y prever solamente la colocación de una capa denivelación del pavimento existente, previamente a la construcción de las losas. Laresistencia que brinde este soporte se tomará como parámetro para el diseño delpavimento, debiendo emplearse la versión más reciente del método de la PortlandCement Association (PCA).

5.2.5. Incidencia de los bacheos en el diseño de refuerzos

Las operaciones de bacheo constituyen una técnica aceptable y necesaria detratamiento previo a la colocación de un refuerzo en un pavimento asfáltico. Suejecución trae como resultado un mejoramiento en la capacidad estructural delpavimento y, por lo tanto, es posible que se pueda reducir el espesor de refuerzopreviamente calculado. En otras palabras, el mejoramiento que produce el bacheoen la condición del pavimento existente equivale a un incremento de la capacidadestructural del pavimento antes de la colocación del refuerzo. En tal caso, resultarecomendable la realización de una nueva auscultación deflectométrica delpavimento con posterioridad a los trabajos de bacheo, ajustando los espesores dediseño, siempre que hubiere lugar a ello.

5.2.6. Ampliaciones

Algunos proyectos de rehabilitación de pavimentos asfálticos contemplan elmejoramiento de la sección transversal de la calzada, el cual puede incluir elaumento del ancho de los carriles existentes o la adición de uno o más carriles.

El primer caso se produce cuando se requiere ajustar el ancho de la calzada a lasexigencias técnicas y legales establecidas para las vías pavimentadas de la redprimaria, generalmente, buscando obtener el ancho normalizado por carril entangente de 3.65 metros. En este evento, no se acostumbra realizar un diseño


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estructural del pavimento para la zona de ampliación. Sin embargo, se deberánefectuar los esfuerzos necesarios para que la estructura en el área de ampliaciónsea lo más concordante posible con la del pavimento existente, tanto en seccióntransversal como en los tipos de materiales utilizados. Las capas asfálticas de lafranja ampliada deberán tener, cuando menos, el mismo espesor que en laestructura antigua, con el fin de prevenir problemas asociados con futurasoperaciones de rehabilitación.

La capa de restauración o de refuerzo del pavimento sólo se colocará después deejecutada la ampliación y de manera que el nuevo ancho total del pavimentoreciba toda la capa superior. Constructivamente, se debe tener especial cuidado alcompactar los materiales de la zona ampliada, para prevenir asentamientosdiferenciales y agrietamientos a lo largo de la junta de construcción, así como paraasegurar que las condiciones de drenaje superficial e interno sean apropiadas a loancho de la corona de la carretera.

En el caso en que se precise la construcción de una franja de ampliación y la opciónde rehabilitación escogida haya sido el reciclado en frío en el lugar, se deberáverificar la idoneidad de los materiales existentes en la zona por ampliar. En el casofrecuente de que su calidad no sea compatible con la de los materiales quecomponen la calzada por reciclar, se deberá programar su remoción y susustitución por materiales granulares más acordes con los que componen las capasque serán sometidas a reciclado.

La adición de uno o más carriles durante los trabajos de rehabilitación, se requierecuando así lo determinen los estudios de capacidad y niveles de servicio de lacarretera. En este caso, los carriles adicionales se deberán diseñar como si setratara de un pavimento nuevo, ajustando el diseño de manera que la capa derodadura tenga un espesor igual al del refuerzo contemplado en la zona antigua.

Los métodos de diseño de pavimentos asfálticos nuevos, en uso por el InstitutoNacional de Vías, exigen la valoración de las condiciones de respuesta de lasubrasante en términos de su módulo resiliente y de su relación de Poisson.

El módulo resiliente se puede obtener por medición directa en el laboratorio o através de correlaciones con otras propiedades del material. La procedencia delvalor del módulo determina el nivel jerárquico de la información en relación coneste dato de entrada.


379

El nivel 1 corresponde a la determinación del módulo mediante ensayos triaxialescíclicos sobre muestras preparadas y ensayadas en condiciones representativas deltrabajo del suelo como subrasante, según la norma de ensayo INV E-156, “Móduloresiliente de suelos de subrasante”.

En los niveles 2 y 3, el módulo se halla mediante expresiones generales quedescriben relaciones entre propiedades índices y de resistencia y el móduloresiliente. Estas relaciones pueden ser directas (nivel 2) o indirectas (nivel 3). Lasrelaciones indirectas más frecuentes son aquellas en las que alguna propiedad delmaterial se relaciona inicialmente con el CBR y, luego, éste se relaciona con elmódulo a través de una expresión directa. Los modelos usados en la presente guíapara estimar el módulo resiliente según los niveles 2 y 3, se presentan en la Tabla5.2.12.

Tabla 5.2.12.Modelos que relacionan propiedades índice y de resistencia con el módulo resiliente de

los suelos de subrasante

RESISTENCIAO PROPIEDAD

ÍNDICEMODELO COMENTARIOS

NORMASDE ENSAYO

INVCBR

(nivel 2)MR (kg/cm2) = 130(CBR)0.714 CBR = relación de soporte

de CaliforniaE-148

PDC*(nivel 3)

CBR = 567 (PDC)-1.40

CBR = relación de soportede CaliforniaPDC = índice delpenetrómetro dinámico decono, mm/golpe

E-172

Gradación, LLe IP*

(nivel 3)

IG

56log*8.7CBR confiabilidad 50%

IG

35log*8.7CBR confiabilidad 85%

(Ver limitaciones en Anexo H)

LL = límite líquidoIP = índice plásticoIG = índice de grupo

E-123, E-125, E-126

*Nivel 3: el valor calculado de CBR se usa para estimar el módulo resiliente

La relación de Poisson es un dato de entrada necesario en los modeloscomputacionales de respuesta estructural, aunque su efecto no es muy relevanteen la respuesta del pavimento. Por tal motivo, es más frecuente que su valor seaasumido y no determinado en el laboratorio. En consecuencia, no se establecenniveles jerárquicos en relación con este parámetro, pudiéndose adoptar los valorestípicos indicados en la Tabla 3.2.1 (Parte 3 Capítulo 2).


380

5.2.7. Bermas

El propósito de las bermas es brindar soporte lateral a la calzada, incrementar laseguridad al usuario, permitir el estacionamiento de vehículos en emergencia,prevenir la erosión del pavimento y proporcionar una superficie para desvíos deltránsito durante la ejecución de obras u ocurrencia de eventos imprevistos sobre lasuperficie de la calzada

Las normas de diseño geométrico para las carreteras primarias y secundarias delInstituto Nacional de Vías recomiendan que, por motivos de seguridad, las bermasde las carreteras de la red vial nacional sean construidas de manera que susuperficie sea una continuación de la superficie de rodadura de la calzada.

Siempre que resulte posible estimar con cierta precisión el tránsito que utilizará lasbermas, su diseño estructural se realizará de acuerdo con los principios yprocedimientos empleados para los carriles principales. En caso contrario, se puedeadoptar la recomendación de algunas agencias internacionales, según la cual lasección estructural de las bermas debe estar capacitada para soportar, cuandomenos, un tránsito del orden del 3% del número de ejes equivalentes esperados enel carril de diseño.

Cuando se vayan a construir bermas pavimentadas en conjunto con una capa derefuerzo, es deseable que el pavimento de ambas zonas se construya en una solapasada y manteniendo la misma pendiente transversal. En todos los casos, sedeberán satisfacer las necesidades de drenaje superficial e interno del pavimento.

Es evidente que el acondicionamiento de las bermas es un problema más complejoen el caso de una rehabilitación que en el caso de la construcción de una vía nueva,debido a las restricciones, principalmente de espacio, que obligan a que eltratamiento sólo se pueda enfrentar como una solución de compromiso entre lasrestricciones existentes y los objetivos por alcanzar.

Entre las primeras, se pueden citar la eventual imposibilidad de modificar el eje dela carretera, el ancho de la banca, el tipo de sección en que se desarrolle la vía y elestado geotécnico de la calzada, el cual determina el tipo de rehabilitación poradoptar. Entre los objetivos por alcanzar, se encuentra el suministro de soportelateral a la calzada como el principal, pero, también, se deben tener presentes elmejoramiento de las condiciones de seguridad y la posibilidad de brindar unasuperficie de rodamiento adecuada al tránsito que, de manera ocasional, haga usode las bermas.


381

En adición a lo anterior, la elección del tipo de acondicionamiento de las bermasdebe consultar los principios de homogeneidad geométrica (brindando seccionescon anchos de calzada y berma constantes, para evitar discontinuidades molestasal tránsito) y de facilidad y rapidez de ejecución de las obras. En relación con esteúltimo aspecto, el ingeniero deberá tener presente que, ante varias opciones deacondicionamiento técnicamente comparables, en muchos casos es preferibleseleccionar la más práctica y rápida, aún a riesgo de que ella implique mayorescantidades de obra y costos de ejecución más altos. Las demoras que sufren losusuarios y los peligros a los cuales se pueden ver enfrentados por trabajos deejecución lenta y falta de practicidad, pueden dar lugar a costos impredecibles.

Las bandas sonoras tienen significativa importancia sobre la seguridad de losusuarios, en particular cuando los pavimentos están recién rehabilitados y lasvelocidades de operación vehicular son elevadas. Su efecto favorable esimportante, también, cuando la visibilidad es escasa a causa de la lluvia, laoscuridad o la niebla y la señalización horizontal es deficiente.

Las bandas sonoras son muescas construidas mediante fresado a intervalosregulares en la berma pavimentada, las cuales dan lugar a una textura superficialmuy diferente de la que presenta la superficie del pavimento (figura 5.2.1). El ruidoy la vibración que producen dentro del vehículo, al circular los neumáticos sobreellas, son alarmas efectivas para los conductores cuando, por falta de visibilidad,descuido o somnolencia, se están saliendo de la calzada.

Su diseño y su construcción no se encuentran contemplados ni en el manual deseñalización vial del Ministerio de Transporte (las bandas sonoras a las cuales hacereferencia el numeral 5.2.7 de dicho manual cumplen otra función) ni en lasEspecificaciones Generales de Construcción de Carreteras del INVÍAS, motivo por elcual se pueden seguir las instrucciones de la Technical Advisory /5040.35 de laFHWA [ref.5.2.26] o la que la reemplace, en tanto son normalizadas y especificadasen el ámbito nacional.

En definitiva, el acondicionamiento de las bermas con motivo de los trabajos derehabilitación del pavimento no sólo deberá considerar su adecuación a las normasdel diseño geométrico sino, también, tanto los requerimientos geotécnicos comolos relativos a la eficiencia y a la seguridad en su ejecución y en su uso.


382

Figura 5.2.1. – Bandas sonoras en la berma

5.2.8. Consideraciones finales sobre el drenaje

En desarrollo de un capítulo anterior se hizo énfasis en la importancia que tiene eldrenaje en el diseño y en la construcción de las obras de rehabilitación de unpavimento. Esta guía no tiene entre sus propósitos el suministro de procedimientospara el diseño de las obras de drenaje, asunto sobre el cual existen abundantesreferencias. Sin embargo, se considera necesario mencionar algunos de losaspectos que deberán ser considerados por el ingeniero, en el momento de diseñarlas estructuras de drenaje faltantes o la rehabilitación y el mejoramiento de lasexistentes.

En relación con las obras de drenaje superficial:

- La velocidad del agua no deberá causar daños por erosión, pero tampoco podráser tan baja que facilite el depósito de sedimentos en la obra.

- Los períodos de retorno para el cálculo de caudales de referencia deberán sermayores, a medida que el tránsito en la vía afectada es mayor.

- Se deberán adoptar medidas para evitar daños a terceros por los efectos delmanejo de las aguas superficiales en relación con la carretera.

- La pendiente transversal del pavimento rehabilitado deberá garantizar elescurrimiento del agua que caiga sobre la calzada y las bermas, de manera quesu profundidad en flujo difuso no supere el límite a partir del cual los


383

neumáticos pueden ver reducido su rozamiento con el pavimento por elfenómeno de hidroplaneo.

- La pendiente transversal de las bermas no podrá ser menor que la de la partecontigua de la calzada, donde ésta vierta hacia el exterior. Donde vierta hacia elinterior, la berma deberá ser una prolongación de la calzada y tendrá,obligatoriamente, superficie impermeable. Nunca las bermas podrán verterhacia la calzada.

- La profundidad de las cunetas deberá ser la necesaria para evacuar el agua queescurre por ellas. En el caso de cunetas en tierra, el fondo de ellas se deberáencontrar, como mínimo, 500 milímetros por debajo de la superficiesubrasante.

- En el caso de carreteras de calzadas separadas, el drenaje superficial se deberáadaptar al tipo de separador, teniendo en cuenta la influencia que tiene laposición relativa de aquéllas sobre el diseño del separador y el de su drenajesuperficial. No se deberá permitir el desagüe de una plataforma sobre la otra,excepto en algunas intersecciones en las que, en todo caso, se deberán evitaracumulaciones de agua.

- Donde el separador sea de tierra, se deberá evitar que el agua la arrastre a lascalzadas. Así mismo, en puntos bajos o de poca pendiente, se deberán impedirlas infiltraciones a través del revestimiento.

- Los dispositivos de recolección de las aguas superficiales del separador sedeberán situar lo más lejos posible de los bordes las calzadas, para evitar sureconstrucción o su recrecimiento al reforzarlas. Además, se deberá evitar sucolocación en correspondencia con los postes de las defensas metálicas.

- En zonas de intersección y de enlace, se deberán compaginar las pendienteslongitudinales, los peraltes y los contornos de las islas, de modo que el conjuntodrene y sea satisfactorio para la circulación.

- En las intersecciones se deberá evitar que las vías secundarias viertan a loscarriles de las vías principales, por los cuales el tránsito circula a mayorvelocidad.


384

- En zonas de estacionamiento se dispondrán diseños que aseguren su drenaje,pero evitando que éste se produzca hacia la carretera.

- Las obras de drenaje no podrán constituir un peligro para los vehículos que lasatraviesen al salirse de la carretera.

- El diseño deberá garantizar que la capacidad de desagüe de los dispositivossuperficiales no se vea rebasada antes de llegar al punto de entrega.

- Se debe tener presente que la rehabilitación de un pavimento puede conducir acostosas reformas en los dispositivos de recolección y de evacuación de lasaguas superficiales, en particular si ellas se encuentran muy cerca de la calzada.

- El drenaje superficial del pavimento es inseparable de la protección contra laerosión, motivo por el cual los dos problemas deben ser tratados de maneraconjunta.

En relación con las obras de drenaje interno:

- Su diseño, aunque complementario, debe ser independiente del diseño deldrenaje superficial.

- El diseño del sistema de drenaje interno debe ser adaptado a las condicionesespecíficas del sitio donde se va a construir.

- Sin restar la importancia que tienen los demás dispositivos para el control delagua subterránea en una carretera, los subdrenes longitudinales o filtros son loselementos básicos para el drenaje interno en zonas de corte, tanto durante laconstrucción inicial, como durante las fases de modernización y rehabilitación.

- El diseño de los subdrenes deberá considerar el caudal crítico, entendiendo portal, la sumatoria de los caudales provenientes del agua subterránea y del aguade infiltración.

- La profundidad del subdrén deberá garantizar que el nivel del agua subterráneapermanezca, cuando menos, 500 milímetros por debajo de la superficiesubrasante.


385

- La sección transversal del subdrén debe ser capaz de conducir la suma decaudales a una velocidad de evacuación apropiada.

- El comportamiento eficiente de los subdrenes depende de la adecuada elecciónde sus materiales filtrantes y drenantes.

- El sistema de subdrenaje reduce la humedad de la subrasante, lo que se puedetraducir en aumentos de la capacidad portante de ésta, los cuales permiten,eventualmente, reducciones en los espesores de rehabilitación del pavimento.

- Se debe diseñar simultáneamente un sistema de inspección y demantenimiento del sistema de subdrenaje para garantizar, a largo plazo, subuen comportamiento y el del pavimento.

- Por último, no se debe olvidar que una técnica constructiva deficiente puededestruir el sistema mejor diseñado de drenaje subsuperficial.

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389

CAPÍTULO 3SELECCIÓN DE LOS MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN

5.3.1. Generalidades

La selección de los materiales de construcción es una actividad que se debeconducir al mismo tiempo que el diseño de la rehabilitación, con el fin de evitar eldiseño de estrategias que resulten inconstruibles por la carencia de materialesidóneos en la zona del proyecto. Los materiales requeridos para las alternativas derehabilitación consideradas, así como para los trabajos de preparación requeridos,deben ser perfectamente identificados, de manera que los costos de las diferentesunidades de obra puedan ser establecidos.

A los efectos de la aplicación de la presente guía sólo se consideran, con muylimitadas excepciones, las unidades de obra usuales en la construcción depavimentos en el país y de comportamiento suficientemente experimentado, lascuales deben cumplir los requisitos que correspondan de los Capítulos 3 (bases), 4(pavimentos asfálticos) y 5 (pavimentos de concreto) de las EspecificacionesGenerales de Construcción de Carreteras del Instituto Nacional de Vías [ref. 5.3.1],según la categoría de tránsito y el clima de la región del proyecto. En el caso deampliaciones y reconstrucciones es posible que sea necesario acudir, también, alCapítulo 2 (explanaciones).

Para el empleo de materiales y unidades de obra cuyas prescripciones no seencuentren incluidas en las especificaciones generales, se deberán elaborarespecificaciones particulares, debidamente adaptadas a la intensidad de tránsitopor servir y a la región climática del proyecto. Por ningún motivo se aprobará el usode especificaciones particulares que, de manera explícita o implícita, reduzcan losíndices de calidad contemplados en las especificaciones generales,independientemente de la unidad de obra de la que se trate.

5.3.2. Capas de rodadura de tipo asfáltico

En trabajos de restauración, la guía contempla la posibilidad de empleartratamientos superficiales dobles, definidos en el Artículo 431 de lasEspecificaciones Generales de Construcción de Carreteras; sellos de arena asfalto(Artículo 432); lechadas asfálticas y microaglomerados en frío (Artículo 433); capasde mezcla discontinua en caliente para capa de rodadura (microaglomerados en


390

caliente) definidas en el Artículo 452; sobrecapas delgadas en concreto asfáltico deltipo MDC-3, descrito en el Artículo 450; mezclas drenantes (Artículo 453) y elreciclado superficial en caliente, el cual no está considerado en las especificacionesgenerales.

En el caso de refuerzos y reciclados, la capa de rodadura estará constituida por unamezcla asfáltica en caliente, de tipo denso o semidenso, definida en el Artículo 450de las especificaciones generales, del tipo adecuado al espesor de la capacompactada, según se establece en la Tabla 450.3 de dicho Artículo. También,podrá estar constituida por una mezcla discontinua en caliente para capa derodadura, definida en el Artículo 452, o por una mezcla drenante en acuerdo con loindicado en el Artículo 453, siempre y cuando se coloque primero una capa deconcreto asfáltico.

En el caso de la reconstrucción del pavimento se empleará el tipo de mezcla querecomiende el método de diseño estructural que se aplique. En el caso de vías debajo tránsito (NT1), la superficie de rodadura puede estar constituida,eventualmente, por un tratamiento superficial doble, definido en el Artículo 431.

La colocación de mezclas discontinuas en caliente para capa de rodadura y demezclas drenantes sólo se podrá considerar en las vías con categoría de tránsitopesado (NT3). Además, las mezclas drenantes no se podrán utilizar sobre tablerosde puentes que no estén debidamente impermeabilizados. Tampoco, cuando eltramo por rehabilitar se encuentre en una zona pluviométrica poco lluviosa (<600mm/año), salvo que su función básica sea reducir el ruido de rodadura.

Para la elección del tipo de cemento asfáltico y para el ensayo de pista en ellaboratorio se tendrá en cuenta la temperatura media anual ponderada de laregión donde se encuentre ubicado el sector vial del proyecto. Para la selección delos agregados pétreos y para el diseño de la mezcla asfáltica se deberá tener encuenta la categoría de tránsito de diseño.

Se permite el empleo de mezclas densas en frío como capas de rodadura en lasalternativas de refuerzo, reciclado y reconstrucción, en vías con tránsitos de lascategorías NT1 y NT2. El tipo de mezcla por emplear dependerá del tipo de capa ydel espesor compacto por construir, según se define en la Tabla 440.2 del Artículo440 de las especificaciones generales.


391

5.3.3. Capas de rodadura en concreto hidráulico

Cuando se contemple la reconstrucción del pavimento empleando una alternativarígida, la capa de rodadura estará constituida por losas de concreto hidráulico,cuyas características se encuentran definidas en el Artículo 500 de lasespecificaciones generales.

REFERENCIAS

5.3.1 - INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS, “Especificaciones Generales de Construcciónde Carreteras”, Bogotá D.C., 2007


392


393

CAPÍTULO 4PREDICCIÓN Y EVALUACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE LAS

ESTRATEGIAS DE REHABILITACIÓN

5.4.1. Predicción del comportamiento

La predicción del comportamiento de las obras de rehabilitación de un pavimentoasfáltico debe comprender, como mínimo, una estimación del tiempo al cabo delcual la estrategia de rehabilitación analizada alcanza un nivel de condición tal, querequiere una nueva obra de rehabilitación. También, debe incluir las curvas decomportamiento del pavimento durante dicho lapso.

El análisis se basa en la consideración de la acumulación de los deterioros enfunción del tiempo y del tránsito. Los deterioros primarios que son considerados enlos modelos de deterioro de pavimentos asfálticos son los siguientes: (i)deformaciones permanentes (ahuellamiento); (ii) fisuras por fatiga y (iii)fisuramiento térmico. En adición, la evolución de la regularidad superficial (IRI) sepredice a partir de los deterioros recién citados y de otros factores.

La Figura 5.4.1 muestra una salida gráfica típica del software de diseño AASHTO2002 para el ahuellamiento de un pavimento asfáltico [ref. 5.4.1].

Los modelos de predicción de deterioros han sido obtenidos como resultado delmonitoreo de secciones de pavimento, bajo determinadas condiciones de entorno,durante lapsos muy prolongados. Quienes deseen aplicarlos bajo situacionesdiferentes, deberán calibrarlos a las condiciones locales de sus pavimentos, con elfin de evitar resultados y conclusiones faltos de realismo.

5.4.2. Evaluación del comportamiento

La evaluación del comportamiento consiste, básicamente, en comparar lapredicción de la evolución de un deterioro, con el valor límite elegido por eldiseñador o por la agencia vial para dicho deterioro, a partir del cual se requiereuna nueva intervención de rehabilitación. Esta comparación es importante paradeterminar si la estrategia de rehabilitación se comporta adecuadamente duranteel lapso (o tránsito) escogido como período de diseño de las obras. Los límitesmáximos de deterioros individuales y de rugosidad para pavimentos asfálticosdeben ser elegidos por la entidad de acuerdo con su experiencia. El software de la


394

guía de diseño AASHTO-2002 [ref. 5.4.2] incluye, por defecto, los valores quemuestra la Tabla 5.4.1.

Figura 5.4.1. – Ejemplo de salida gráfica del método AASHTO 2002

Tabla 5.4.1.Criterios de comportamiento por defecto en el software de la guía de diseño AASHTO-

2002

DETERIORO UNIDAD LÍMITE

Fisuras longitudinales de fatigaFisuras de fatiga tipo piel de cocodriloFractura térmicaFisuramiento por fatiga de capasestabilizadas químicamenteAhuellamiento totalAhuellamiento de las capas asfálticasIRI terminal*

pies/milla (m/km)% área de huellaspies/milla (m/km)

% área de huellaspulgadas (mm)pulgadas (mm)

pulgadas/milla (m/km)

1000 (190)25

1000 (190)

250.75 (19)0.25 (6)

172 (2.71)* El IRI inicial por defecto es 63 pulgadas/milla (1 m/km)

Si algún criterio no se cumple, el ingeniero deberá efectuar los ajustes que seannecesarios a su diseño. Para ello, deberá comprender adecuadamente cuál es elimpacto de los diversos parámetros de diseño y de las diversas opciones de


395

rehabilitación. A manera de ejemplo, la Tabla 5.4.2 muestra la sensibilidad delahuellamiento total del pavimento a los datos de entrada, según el modelo incluidoen la guía de diseño AASHTO-2002 [ref. 5.4.2].

Tabla 5.4.2.Sensibilidad del ahuellamiento total de un pavimento asfáltico a los datos de entrada

REFERENCIAS

5.4.1 - SCHWARTZ C. W., “Implementation of the NHCRP 1-37A design guide. FinalReport Volume 1: Summary of findings and implementation plan”, MDSHA ProjectSP0077B41, Department of civil and environmental engineering, University ofMaryland, College Park MD 20742, February 2007



396


397

APÉNDICE

En este apéndice se incluye un conjunto de tablas y diagramas de flujo que ilustran el procedimiento mínimopropuesto para el empleo de métodos mecanísticos, tanto para el cálculo de refuerzos como de estructurasrecicladas. Las tablas y diagramas incluidos son los siguientes:

Estructura existente

a) Tabla: Análisis 1 - Estructura existente o antigua.

Esta tabla es común para las soluciones de refuerzo y de reciclado.

b) Diagrama de flujo: Evaluación 1 - Estructura existente o antigua.

Este diagrama de flujo es válido en su totalidad, únicamente para el cálculo de refuerzos. Para el cálculo deestructuras recicladas, es válido solamente hasta el instante de determinar si el pavimento existente requiererefuerzo estructural.

Cálculo de refuerzos

a) Tabla: Análisis 2 A – Estructura reforzada sin vida residual en la capa asfáltica antigua.

b) Diagrama de flujo: Evaluación 2 A - Estructura reforzada sin vida residual en la capa asfáltica antigua.

c) Tabla: Análisis 2 B – Estructura reforzada con vida residual en la capa asfáltica antigua. Pasos básicos.

d) Diagrama de flujo: Evaluación 2 B - Estructura reforzada con vida residual en la capa asfáltica antigua.

Instituto Nacional de Vías Guía metodológica para el diseño de obras de rehabilitación de pavimentosasfálticos de carreteras

398

e) Tabla: Análisis 2 B (Cont) – Estructura reforzada con vida residual en la capa asfáltica antigua. Pasos adicionales(estructura debilitada)

Cálculo de estructuras recicladas

a) Tabla: Análisis 3– Estructura reciclada. Pasos básicos

b) Diagrama de flujo: Evaluación 3 - Estructura reciclada

c) Análisis 3 – Estructura reciclada. Pasos adicionales (estructura debilitada)

Comentarios sobre las tablas y los diagramas de flujo

- Por facilidad de presentación, las estructuras existentes que se muestran solamente tiene capas granulares debase/subbase. En caso de tener bases estabilizadas con vida remanente, éstas se deben analizar a la fatiga,contabilizando su consumo de vida desde la estructura existente, en forma similar a la capa asfáltica antigua; en estecaso, se pueden requerir más etapas de análisis.

- En los diagramas de flujo se indica que el dimensionamiento de la solución de rehabilitación termina cuando lacapacidad del pavimento rehabilitado, en términos de ejes equivalentes, es igual o “ligeramente mayor” que latránsito futuro (Nf). Por “ligeramente mayor” se entiende que si se reduce en 10 milímetros el espesor de refuerzo (ode reciclado), la capacidad del pavimento es inferior al tránsito futuro (Nf)

Definiciones

Npas: Tránsito pasado (número de ejes equivalentes que han pasado por la estructura existente).

Nfut: Tránsito futuro (número de ejes equivalentes para los cuales se diseña la rehabilitación).


399

NtPAV_ ant: Capacidad total pavimento existente, en términos de ejes equivalentes.

NrPAV_ ant: Vida residual pavimento existente, en términos de ejes equivalentes.

NPAV_ ref: Capacidad pavimento reforzado, en términos de ejes equivalentes.

NPAV_ rec: Capacidad pavimento reciclado, en términos de ejes equivalentes.NPAV_ deb: Capacidad adicional pavimento reforzado debilitado, en términos de ejes equivalentes.

Nfi: Número de repeticiones a la falla, para la capa i.

Vci: Vida consumida en la capa i.

Vcai: Vida consumida acumulada.

Vri: Vida residual en la capa i.

Nadmi: Tránsito admisible para la capa i (número de repeticiones admisibles).

t: Deformación unitaria horizontal de tensión en la cara inferior de la capa asfáltica.

t: Esfuerzo horizontal de tensión en la cara inferior de la capa reciclada cementada.

v: Deformación unitaria vertical de compresión en la cara superior de la subrasante.

Pavimento debilitado: Etapa final de un pavimento rehabilitado que ocurre cuando una capa interna (capa asfáltica delpavimento existente con vida residual o capa de reciclado), se fatiga antes que las otras capas (capaasfáltica nueva de refuerzo o rodadura y subrasante)


400

Análisis 1 - Estructura existente o antigua

PASOS HERRAMIENTASCONDICIONES / DATOS DE

ENTRADARESULTADOS

P1_1Determinación demódulos a partir de ladeflectometría

- Programa deretrocálculo (Evercalcu otro)

- Cálculo directo: hojasFHWA (Anexo F),programa elástico(Everstress u otro) oecuaciones deregresión

- Deflexiones medidas

Módulos dinámicos encondiciones de ensayo:- Capa asfáltica- Base / Sub-base- Subrasante

P1_2

Ajuste del módulo de lasubrasante paracondiciones delaboratorio

- Tabla 5.2.8

- Módulo de subrasante encondiciones de ensayo (P1_1)

- Composición de la estructura depavimento

Módulo de subrasante paradiseño

P1_3Corrección del módulo dela capa asfáltica por tipode ensayo y temperatura

- Factor de ajuste(Anexo C)

- Módulo de capa asfáltica encondiciones de ensayo (P1_1)

- Condiciones de ensayo: tipo deensayo, temperatura

Módulo de capa asfáltica encondiciones de operación

P1_4Elaboración de modelo dela estructura existente

- Módulo de capa asfáltica encondiciones de operación(P1_3)

- Módulos de otras capas (P1_2)- Espesores capas- Relaciones de Poisson:

literatura

Modelo estructura existente:- Espesores de capas- Módulos de elasticidad- Relaciones de Poisson- Condiciones de liga entre

capas


401

P1_5Análisis del modelo de laestructura existente oantigua

Programa elástico(Everstress u otro)

- Modelo de la estructuraexistente (P1_4)

- Modelo de cargas: eje estándarde análisis

Solicitaciones críticas:- t cara inferior capa asfáltica- v cara superior subrasante

P1_6Cálculo de repeticiones ala falla para cada capa, Nfi

Ecuaciones de fatiga ofunciones detransferencia

- Solicitaciones críticas (P1_5)Repeticiones a la falla:- NfCA capa asfáltica- NfSR subrasante

P1_7Cálculo de vidaconsumida en cada capa,Vci

Fórmulas (numeral5.2.2.4)

- Repeticiones a la falla para cadacapa (P1_6)

- Tráfico soportado por laestructura existente, Npas

Vida consumida:- VcCA capa asfáltica- VcSR subrasante

P1_8Cálculo vida residual encada capa, Vri


- Vida consumida en cada capa(P1_7)

Vida residual- VrCA capa asfáltica- VrSR subrasante

P1_9

Determinación de lacapacidad totalpavimento existente entérminos de ejesequivalentes, NtPAV_ant

- Repeticiones a la falla para cadacapa (P1_6) NtPAV_ ant = MIN (NfCA, NfSR)

P1_10

Determinación vidaresidual pavimentoexistente en términos deejes equivalentes,NrPAV_ant

- Capacidad total del pavimentoexistente, NtPAV_ ant (P1_9)

- Tránsito soportado por laestructura existente Npas

NrPAV_ ant = NtPAV_ant - Npas

P1_11Calibración de ecuaciónde fatiga de la subrasante(opcional)

Fórmula (numeral 5.2.2.4)

- Ecuación de fatiga de lasubrasante

- v cara superior subrasante(P1_5)

- Tránsito soportado por laestructura existente Npas

Ecuación de fatiga de lasubrasante, calibrada


402

Evaluación 1 - Estructura existente o antigua

SÍ

Alternativa deanálisis de la

estructurareforzada

Análisis 2AEstructura reforzada sinvida residual en la capa

asfáltica existente

Análisis 2BEstructura reforzada convida residual en la capa

asfáltica existente

Evaluación dela necesidad de

refuerzo

NrPAV_ant > Nfut

Nfut

SÍ

NO

El pavimento norequiere refuerzo

estructural

FIN DEL ANÁLISIS

El pavimento requiererefuerzo estructural

Evaluación de lacondición de lacapa asfáltica

para laestructurareforzada

VrCA_ ant > 1La capa asfáltica resistetensiones y mantiene su

módulo

NOLa capa asfáltica noresiste tensiones; su

módulo se reduce y seanaliza como granular

equivalente

Análisis de laestructuraexistente

Ejecutar Análisis 1Estructura existente o

antigua


403

Análisis 2 A – Estructura reforzada sin vida residual en la capa asfáltica antigua


ENTRADARESULTADOS

P2A_1Proponer espesor tentativode refuerzo

El módulo de elasticidad del refuerzoresulta de ensayos de laboratorio,efectuados a la temperatura estimadadel pavimento en el proyecto

Espesor tentativo de refuerzo,Href

P2A_2Ajustar el módulo de lascapas granulares

Consideracionesnumeral 5.2.2.2

- Espesor tentativo de refuerzo, Href- Modelo pavimento existente (P1_4)

Módulo ajustado de capasgranulares

P2A_3Ajustar el módulo de lasubrasante (opcional)


- Espesor tentativo de refuerzo, Href- Modelo pavimento existente (P1_4)

Módulo ajustado de lasubrasante

P2A_4Elaboración del modelo delpavimento reforzado

- Módulo de capa asfáltica derefuerzo: laboratorio

- Módulo de capa asfáltica antigua:granular equivalente

- Módulo de granulares ajustado (P2A_2)

- Módulo de subrasante ajustado(opcional P2 A_3)

- Espesores de capas- Relaciones de Poisson: literatura

Modelo estructura reforzada:- Espesores de capas- Módulos de elasticidad- Relaciones de Poisson- Condiciones de liga entre

capas

Instituto Nacional de Vías Guía metodológica para el diseño de obras de rehabilitación de pavimentos asfálticos decarreteras

404

P2A_5Análisis del modelo de laestructura reforzada


- Modelo de la estructura reforzada(P2A_4)

- Modelo de cargas: eje estándar deanálisis

Solicitaciones críticas:- t_ref cara inferior capa

asfáltica refuerzo- v cara superior subrasante

P2A_6 Cálculo de repeticiones a lafalla para cada capa, Nfi


- Solicitaciones críticas (P2A_5)

Repeticiones a la falla:- NfCA_ ref capa asfáltica de

refuerzo- NfSR subrasante

P2A_7

Determinación de lacapacidad total del pavimentoreforzado, en términos deejes equivalentes, NtPAV_ref

- Repeticiones a la falla para cada capa(P2A_6) NtPAV_ ref= MIN (NfCA_ ref, NfSR)


405

Evaluación 2 A - Estructura reforzada sin vida residual en capa asfáltica antigua

Evaluación de lasuficiencia del

refuerzopropuesto

CompararNrPAV_ref con

Nfut

NrPAV_ref es igual oligeramente mayor

que Nfut

El refuerzopropuesto Href es

adecuado

FIN DEL ANÁLISIS

El espesor propuestoHref es excesivo

Proponer un espesormenor y repetir

Análisis 2 A

NrPAV_ref esmucho mayor

que NfutEl espesor propuestoHref es insuficiente

Proponer un espesormayor y repetir

Análisis 2 A

NrPAV_ref esmenor que

Nfut

Análisis de laestructurareforzada

Ejecutar Análisis 2 AEstructura reforzada

sin vida remanente decapa asfáltica antigua


406

Análisis 2 B – Estructura reforzada con vida residual en capa asfáltica antiguaPasos básicos


ENTRADARESULTADOS

P2B_1Proponer espesor tentativo derefuerzo

El módulo de elasticidad delrefuerzo resulta de ensayos delaboratorio, efectuados a latemperatura estimada delpavimento en el proyecto

Espesor tentativo de refuerzo,Href

P2B_2Ajustar módulo capasgranulares


- Espesor tentativo derefuerzo, Href

- Modelo del pavimentoexistente (P1_4)


P2B_3Ajustar el módulo de lasubrasante (opcional)


- Espesor tentativo derefuerzo, Href

- Modelo del pavimentoexistente (P1_4)

Módulo ajustado de la subrasante

P2B_4Elaboración del modelo delpavimento reforzado

- Módulo de capa asfálticarefuerzo: laboratorio

- Módulo de capa asfálticaantigua: del modelopavimento existente (P1_4)

- Módulo de granulares,ajustado (P2B_2)

- Módulo de subrasante,ajustado (opcional P2B_3)

- Espesores de capas- Relaciones de Poisson:

literatura

Modelo de la estructurareforzada:- Espesores de capas- Módulos de elasticidad- Relaciones de Poisson- Condiciones de liga entre capas


407

P2B_5Análisis del modelo de laestructura reforzada


- Modelo estructura reforzada(P2B_4)

- Modelo de cargas: ejeestándar de análisis

Solicitaciones críticas:- t_ref cara inferior capa asfáltica

refuerzo- t_ant cara inferior capa asfáltica

antigua- v cara superior subrasante

P2B_6Cálculo de repeticiones a lafalla para cada capa, Nfi

Ecuaciones de fatigao funciones detransferencia

- Solicitaciones críticas(P2B_5)


refuerzo- NfCA_ ant capa asfáltica antigua- NfSR subrasante

P2B_7Cálculo de repeticionesadmisibles para cada capa,Nadmi

Nadmi = Vri x Nfi

- Repeticiones a la falla paracada capa (P2B_6)

- Vida residual que viene de laestructura existente (P1_8):- Capa asfáltica refuerzo =

1- Capa asfáltica existente =

P1_8- Subrasante = 1 (ver

numeral 5.2.2.4)

Repeticiones admisibles:- NadmCA_ ref capa asfáltica de

refuerzo- NadmCA_ ant capa asfáltica

antigua- NadmSR subrasante

P2B_8

Determinación capacidad delpavimento reforzado, entérminos de ejes equivalentes,NPAV_ref

- Repeticiones admisibles paracada capa (P2B_7)

NPAV_ ref= MIN (NadmCA_ ref,NadmCA_ ant, NadmSR)

P2B_9Cálculo vida consumida encada capa en estructurareforzada, Vci



- Capacidad pavimentoreforzado, en términos deejes equivalentes, NPAV_ref

(P2B_8)

Vida consumida:- VcCA_ref capa asfáltica de

refuerzo- VcCA_ant capa asfáltica antigua- VcSR subrasante


408

P2B_10Cálculo de vida consumidaacumulada en cada capa, Vcai


- Vida consumida en cadacapa en etapa estructurareforzada (P2B_9)

- Vida consumida que viene dela estructura existente(P1_7):- Capa asfáltica refuerzo =

0- Capa asfáltica existente =

P1_7- Subrasante = 0 (ver numeral

5.2.2.4)

Vida consumida acumulada:- VcaCA_ref capa asfáltica de

refuerzo- VcaCA_ant capa asfáltica antigua- VcaSR subrasante

P2B_11Cálculo de vida residual encada capa, Vri


- Vida consumida acumuladaen cada capa ( P2B_10)

Vida residual- VrCA_ref capa asfáltica de

refuerzo- VrCA_ant capa asfáltica antigua- VrSR subrasante


409

Evaluación 2 B - Estructura reforzada con vida residual en capa asfáltica antigua

Evaluación de lasuficiencia del

refuerzopropuesto

CompararNtPAV_ref con

Nfut

NtPAV_ref es igual oligeramente mayor

que Nfut


adecuado

FIN DEL ANÁLISIS

El espesor propuestoHref es excesivo.

Proponer un espesormenor y repetir

Análisis 2 B

NtPAV_ref esmucho mayor

que Nfut

Ejecutar Análisis 2 BEstructura reforzada con vida residual capaasfáltica antigua. Pasos adicionales (12 a 18)

NrPAV_ref es menorque Nfut

Análisis de laestructurareforzada

Ejecutar Análisis 2 BEstructura reforzada con vida residual capa

asfáltica antigua.Pasos básicos (1 a 11)

Nadm mínimocorresponde a la

capa asfálticaantigua

Evaluación posibilidadde capacidad adicional

de la estructurareforzada debilitada


insuficienteProponer un espesor

mayor y repetirAnálisis 2 BSÍ

Evaluación de lasuficiencia con

capacidad adicional dela estructura reforzada

debilitadaNrPAV_ref +

NrPAV_deb > Nfut


adecuado

FIN DEL ANÁLISISSÍ

NO

NO


410

Análisis 2 B (Cont) – Estructura reforzada con vida residual en la capa asfáltica antiguaPasos adicionales (estructura debilitada)


ENTRADARESULTADOS

P2B_12Ajustar módulo de capasgranulares


- Cambio condición capaasfáltica antigua

- Modelo pavimentoreforzado (P2B_4)


P2B_13Ajustar módulo subrasante(opcional)


- Cambio condición capaasfáltica antigua

- Modelo pavimentoreforzado (P2B_4)

Módulo ajustado de la subrasante

P2B_14Elaboración del modelo delpavimento debilitado

- Módulo capa asfáltica derefuerzo: laboratorio

- Módulo capa asfálticaantigua: granularequivalente

- Módulo de granulares,ajustado (P2B_12)

- Módulo de subrasante,ajustado (opcional P2B_13)


literatura

Modelo de la estructura reforzadadebilitada:- Espesores de capas- Módulos de elasticidad- Relaciones de Poisson- Condiciones de liga entre

capas

P2B_15Análisis del modelo de laestructura reforzada debilitada


- Modelo estructura reforzadadebilitada (P2B_14)


Solicitaciones críticas:- t_ref cara inferior capa asfáltica

refuerzo- v cara superior subrasante


411

P2B_16Cálculo repeticiones a la fallapara cada capa, Nfi


- Solicitaciones críticas(P2B_15)


refuerzo- NfSR subrasante

P2B_17Cálculo de repeticionesadmisibles para cada capa,Nadmi

Nadmi = Vri x Nfi


- Vida residual que viene de laestructura reforzada sana(P2B_11)

Repeticiones admisibles:- NadmCA_ ref capa asfáltica de

refuerzo- NadmSR subrasante

P2B_18

Determinación de la capacidaddel pavimento reforzadodebilitado, en términos de ejesequivalentes, NtPAV_deb

- Repeticiones admisiblespara cada capa (P2B_17)

NPAV_ deb= MIN (NadmCA_ ref,NadmSR)


412

Análisis 3 – Estructura recicladaPasos básicos


ENTRADARESULTADOS

P3_1Proponer espesores tentativosde reciclado y de capa derodadura

- El módulo de la rodaduraresulta de ensayos delaboratorio, efectuados a latemperatura estimada delpavimento en el proyecto

- El módulo del recicladopuede resultar de ensayosde laboratorio, o de guías(ver numeral 5.2.2.5 )

Espesores tentativos dereciclado Hrec y de capaasfáltica de rodadura Hrod

P3_2Ajustar módulo decapasgranulares


- Espesores tentativos dereciclado Hrec y de rodaduraHrod

- Modelo pavimento existente(P1_4)


P3_3Ajustar módulo de la subrasante(opcional)


- Espesores tentativos dereciclado Hrec y de rodaduraHrod

- Modelo pavimento existente(P1_4)



413

P3_4Elaboración del modelo delpavimento reciclado

- Módulo capa asfálticarodadura: laboratorio

- Módulo capa reciclada:ensayos de laboratorio, oguías (ver 5.2.2.5)

- Módulo granulares, ajustado(P3_2)

- Módulo subrasante, ajustado(opcional P3_3)


literatura

Modelo estructura reciclada:- Espesores de capas- Módulos de elasticidad- Relaciones de Poisson- Condiciones de liga entre

capas

P3_5Análisis del modelo de laestructura reciclada


- Modelo de la estructurareciclada (P3_4)


Solicitaciones críticas:- t_rod cara inferior capa

asfáltica de rodadura- t_rec ó t_rec cara inferior

capa reciclada- v cara superior subrasante

P3_6Cálculo de repeticiones a la fallapara cada capa, Nfi

Ecuaciones de fatigao funciones detransferencia

- Solicitaciones críticas (P3_5)

Repeticiones a la falla:- NfROD capa asfáltica de

rodadura- NfREC capa de reciclado- NfSR subrasante

P3_7Cálculo de repeticionesadmisibles para cada capa,Nadmi

Nadmi = Vri x Nfi

- Repeticiones a la falla paracada capa (P3_6)

- Vida residual que viene de laestructura existente (P1_8):- Capa asfáltica rodadura=

1- Capa reciclado = 1- Subrasante = 1 (ver

numeral 5.2.2.4)

Repeticiones admisibles:- NadmROD capa asfáltica de

rodadura- NadmREC capa de reciclado- NadmSR subrasante


414

P3_8

Determinación capacidad delpavimento reciclado, entérminos de ejes equivalentes,NPAV_rec

- Repeticiones admisibles paracada capa (P3_7)

NPAV_rec= MIN (NadmROD,NadmREC, NadmSR)

P3_9Cálculo de la vida consumida encada capa en la estructurareciclada, Vci



- Capacidad del pavimentoreciclado, en términos deejes equivalentes, NPAV_rec

(P3_8)

Vida consumida:- VcROD capa asfáltica de

rodadura- VcREC capa de reciclado- VcSR subrasante

P3_10Cálculo de la vida consumidaacumulada en cada capa, Vcai


- Vida consumida cada capaen etapa estructura reciclada(P3_9)

- Vida consumida que vienede la estructura existente(P1_7):- Capa asfáltica rodadura =

0- Capa reciclado = 0

- Subrasante = 0 (ver numeral5.2.2.4)

Vida consumida acumulada:- VcaROD capa asfáltica de

rodadura- VcaREC capa de reciclado- VcaSR subrasante

P3_11Cálculo de la vida residual encada capa, Vri


- Vida consumida acumuladaen cada capa ( P3_10)

Vida residual- VrROD capa asfáltica de

rodadura- VrREC capa de reciclado- VrSR subrasante


415

Evaluación 3 - Estructura reciclada

Evaluación de lasuficiencia de la

soluciónpropuesta de

reciclado

CompararNtPAV_rec con

Nfut

NtPAV_rec es igual oligeramente mayor

que Nfut

Solución propuestade reciclado es

adecuada.

FIN DEL ANÁLISIS

Espesores tentativos dereciclado Hrec y/o capa

asfáltica de rodaduraHrod son excesivos

Proponer nuevosespesores y repetir

Análisis 3

NtPAV_rec esmucho mayor

que Nfut

Ejecutar Análisis 3Estructura reciclada

Pasos adicionales (12 a 18)

NrPAV_rec es menorque Nfut

Análisis de laestructurareciclada

Ejecutar Análisis 3Estructura reciclada.

Pasos básicos (1 a 11)

Nadm mínimo correspondea capa de reciclado

Evaluación posibilidad decapacidad adicional de la

estructura recicladadebilitada

Espesores tentativos dereciclado Hrec y/o capa

asfáltica de rodaduraHrod son insuficientes

Proponer nuevosespesores y repetir

Análisis 3SÍ

Evaluación de lasuficiencia con capacidadadicional de la estructura

reciclada debilitada

NrPAV_rec +NrPAV_deb > Nfut

Solución propuestade reciclado es

adecuada

FIN DEL ANÁLISIS

SÍ

NO

NO


416

Análisis 3 – Estructura recicladaPasos adicionales (estructura debilitada)


ENTRADARESULTADOS

P3_12Ajustar módulo de las capasgranulares


- Cambio condición capa dereciclado

- Modelo del pavimentoreciclado (P3_4)


P3_13Ajustar módulo subrasante(opcional)


- Cambio condición capa dereciclado

- Modelo pavimentoreciclado (P3_4)


P3_14Elaboración del modelo delpavimento debilitado

- Módulo de capa asfálticarodadura: laboratorio

- Módulo de capa dereciclado: granularequivalente

- Módulo de granulares,ajustado (P3_12)

- Módulo de subrasante,ajustado (opcional P3_13)


literatura

Modelo de la estructurareciclada debilitada:- Espesores de capas- Módulos de elasticidad- Relaciones de Poisson- Condiciones de liga entre

capas

P3_15Análisis del modelo de laestructura reciclada debilitada


- Modelo estructurareciclada debilitada(P3_14)


Solicitaciones críticas:- t_rod cara inferior capa

asfáltica de rodadura- v cara superior subrasante

P3_16Cálculo de repeticiones a la fallapara cada capa, Nfi


- Solicitaciones críticas(P3_15)

Repeticiones a la falla:- NfROD capa asfáltica de

rodadura- NfSR subrasante


417

P3_17Cálculo de repeticionesadmisibles para cada capa,Nadmi

Nadmi = Vri x Nfi


- Vida residual que viene dela estructura reciclada sana(P3_11)

Repeticiones admisibles:- NadmROD capa asfáltica de

rodadura- NadmSR subrasante

P3_18

Determinación de la capacidaddel pavimento recicladodebilitado, en términos de ejesequivalentes, NtPAV_deb

- Repeticiones admisiblespara cada capa (P3_17)

NPAV_ deb= MIN (NadmROD,NadmSR)


418

PARTE 6

Análisis económico


420

Parte 6 – Análisis económico

421

PARTE 6ANÁLISIS ECONÓMICO

6.1. GENERALIDADES

Los elevados costos de las obras de infraestructura vial y la limitación de lospresupuestos para ejecutarlos, han obligado a las administraciones viales a realizarestudios de costos y evaluaciones técnico económicas que permitan tomardecisiones acertadas en cuanto a la rentabilidad positiva de las inversiones. Engeneral, el propósito es minimizar el costo total del transporte, incluidas lainfraestructura y la operación vehicular, como base para determinar los planes yprogramas de rehabilitación y de mantenimiento de vías.

La evaluación económica se utiliza, tanto para determinar la factibilidad como paraelegir entre distintas estrategias de un proyecto. En el análisis se evalúan yconsideran todos los costos o flujos de dinero asociados a cada estrategiapropuesta a lo largo de la vida útil. De esta manera, la evaluación económica ayudaa elegir la estrategia de inversión que se considere más adecuada para los interesesinstitucionales. La evaluación económica en sí no representa una decisión y, porello, conviene que los criterios de aplicación para la decisión sean definidos antesde que los resultados de la evaluación sean aplicados. En todo caso, se debenexaminar todas las estrategias técnicamente viables dentro del tiempo previstopara el análisis, incluyendo la comparación con la situación existente.

En general, se distinguen dos tipos de evaluación en un proyecto vial, según elpunto de vista de la entidad encargada de realizar la inversión: privada o pública.

La evaluación privada o financiera es la que busca conocer el retorno o rendimientoque un proyecto generará, con base en el capital a invertir. En este caso secomparan los costos y los flujos de ingresos que afectan exclusivamente a unproyecto, desde el punto del inversor privado. Es el caso de las carreteras en


422

concesión, en las cuales la atención se centra en optimizar los costos de inversiónpara lograr las condiciones mínimas exigidas de la vía y en maximizar los ingresospor el cobro de peaje, por ejemplo.

La evaluación publica o económica es la que considera los costos y beneficios queun proyecto tiene para la sociedad. Se denomina, también, evaluación social oevaluación socio-económica y se aplica por las entidades de gobierno o públicasque realizan la inversión y cuyo interés es maximizar el beneficio público con larealización del proyecto vial. A este tipo de evaluación, se centrará el contenido delo que sigue, dado el propósito del presente documento guía.


423

CAPÍTULO 1ANÁLISIS DE COSTOS DURANTE EL CICLO DE VIDA

El análisis de costos durante el ciclo de vida (ACCV) es una herramientametodológica que facilita a la institución vial escoger la estrategia técnico-económica que proveerá el comportamiento deseado del pavimento al menorcosto en el período bajo estudio. Para cada estrategia técnica se consideran loscostos de rehabilitación y de mantenimiento y los costos para los usuarios. Estopermite realizar la comparación económica de las diferentes estrategias factibles,evaluadas a lo largo del mismo lapso de análisis. Una estrategia factible es aquellaque cumple las necesidades técnicas del proyecto y se ajusta a las restricciones detoda índole que la pueden afectar.

El ACCV es una herramienta en el proceso de decisión, pero no determina ladecisión. Aspectos tales como las restricciones presupuestales y ambientales, elconcepto de la comunidad y el buen juicio ingenieril, también deberán serconsiderados en el momento de elegir la mejor estrategia para un proyecto enparticular.

6.1.1. Costos y beneficios de un proyecto de rehabilitación de pavimentos

Los costos y beneficios de un proyecto de rehabilitación de pavimentos, incluido sumantenimiento, se pueden clasificar en las siguientes categorías:

- Costos y beneficios cuantificables y posibles de convertir a unidadesmonetarias, como son los correspondientes a rehabilitación y mantenimiento,operación vehicular, tiempos de viaje, ingresos por cobro de peajes, etc.

- Costos y beneficios cuantificables pero no posibles de convertir en unidadesmonetarias sin estudios rigurosos fuera del alcance de un estudio tradicional deACCV, como son los correspondientes a seguridad, contaminación, nivel deruido, modificación de precios de terrenos, etc.

- Costos y beneficios no cuantificables en el marco de ACCV, como son loscorrespondientes a bienestar social, calidad de vida, oportunidadescomerciales, etc.

La posibilidad de cuantificar determinados costos o beneficios dependerá de lainformación que se pueda obtener y de la viabilidad de usar modelos o técnicas de


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medición que faciliten asignarles una magnitud. Al respecto, es de anotar quealgunos elementos están determinados conceptualmente pero no se dispone demedios para cuantificar el costo o los beneficios que generan en los usuarios de lasvías.

El ACCV utiliza los costos y los beneficios cuantificables y posibles de convertir aunidades monetarias, y la factibilidad de un proyecto está dada por la relaciónentre esos costos y esos beneficios esperados.

6.1.1.1. Principales costos a tener en cuenta en la evaluación

La estructura de costos para la evaluación de un proyecto de rehabilitación depavimentos tiene, en general, los siguientes componentes asociados:

1. Costos para la entidad vial, que incluyen:

- Costos del proyecto o costos de ingeniería.

- Costos iniciales de los trabajos de rehabilitación.

- Costos de mantenimiento.

- Costos de otras rehabilitaciones futuras.

- Valor residual o costo remanente al final del período de análisis.

- Gastos financieros.

- Costos de administración.

- Costos de Interventoría.

2. Costos para los usuarios, que incluyen:

- Costos de operación de los vehículos: combustibles, lubricantes, neumáticos,repuestos, mano de obra de mantenimiento, tripulación.

- Costos anuales fijos: depreciación, intereses y administrativos.

- Costos de tiempo de viaje de: pasajeros, demora o retención de carga.


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- Costos extras a los usuarios por demoras o inconvenientes ocasionados portrabajos o rehabilitaciones en la vía.

3. Costos extras o exógenos que incluyen:

- Accidentes de tránsito.

- Impactos ambientales: emisión de gases, ruidos, sobrecalentamiento,contaminación visual, etc.

- Impactos en el entorno cercano: intercambios comerciales, cambios en laactividad productiva, modificación en el valor y en el uso del suelo, etc.

Los beneficios referidos a los usuarios tienen, en general, los siguientescomponentes asociados:

1. Reducciones directas o indirectas de los costos de operación vehicular.

2. Reducciones en los tiempos de viaje.

3. Desarrollo de la zona de influencia del proyecto que proporcionará ganancias enlos comercios aledaños, valorización de los terrenos, mayor intercambiocomercial, incremento en la productividad, etc.

6.1.1.1.1. Principales costos para la entidad vial

Los principales costos que debe considerar la entidad vial responsable del proyectode rehabilitación de una vía pavimentada son los siguientes: proyecto o ingeniería,rehabilitación inicial, mantenimiento, rehabilitaciones posteriores y el valorresidual [ref. 6.1.1]. En algunos casos específicos, cuando los montos lo ameriten,también se deberán incluir los costos de administración y los gastos financieros.

Costos de proyecto o costos de ingeniería

Corresponden a los costos esperados por los estudios de campo, laboratorio yoficina, requeridos para preparar los documentos del proyecto a nivel definitivo.Incluyen, igualmente, el costo de la interventoría de las obras. Para efectos delACCV, ellos sólo deben ser incluidos si los costos de diseño e interventoría de unaestrategia resultan diferentes de los mismos costos de las otras estrategias bajo


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análisis. Cuando se consideran estos costos, se acostumbra expresarlos como unporcentaje de los costos de las obras, generalmente 15 %.

Entre los propósitos más importantes de los estudios de ingeniería se tienen:

- Identificar las estrategias factibles para el proyecto e identificar la mejor deellas.

- Disminuir los riesgos en las etapas de ejecución de las obras.

- Garantizar una adecuada estimación de las inversiones del proyecto.

- Servir de instrumento para las actividades de promoción y de consecución definanciación.

Costos iníciales de los trabajos de rehabilitación

Se consideran como tales, aquéllos asociados a la materialización de cadaestrategia de rehabilitación, de acuerdo con los planos y especificaciones aplicablesal proyecto. Para efectos de la comparación que exige el ACCV, los costos de losítems que no se relacionen con el pavimento (señalización, iluminación, defensasmetálicas, obras de drenaje, etc.), así como aquéllos que, refiriéndose al pavimentosean comunes a todas las estrategias, deben ser ignorados.

Los costos de construcción de las obras de rehabilitación que se utilicen para elACCV, se deben basar en datos actualizados y confiables. Bajo cualquiercircunstancia, el Instituto Nacional de Vías rechazará aquellos estudios queincluyan precios unitarios u otros costos artificialmente altos o bajos, destinadosúnicamente a eliminar o favorecer de manera intencional una o más estrategias.

Costos de mantenimiento

Comprenden aquellos costos asociados con el mantenimiento de la superficie delpavimento a un nivel aceptable predeterminado. Incluyen operaciones demantenimiento preventivo y correctivo, pero no de rehabilitación.

Estos costos constituyen uno de los tópicos de más difícil determinación en elACCV, dada la existencia de múltiples problemas inherentes a la obtención devalores precisos y confiables en relación con el mantenimiento vial.


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El Instituto Nacional de Vías intenta que en el futuro se programen las actividadesde mantenimiento de sus pavimentos en etapas tempranas del ciclo de deterioro,de manera que no se presenten diferencias de consideración en los costos demantenimiento asociados a las diferentes estrategias de rehabilitación posterior.Cuando se pueda presumir que se presenta esta situación, los costos demantenimiento se pueden descartar del ACCV.

Costos de rehabilitación posterior

Se refieren a las actividades futuras de rehabilitación que requiera el pavimentodurante el período de análisis. Ellos representan los costos periódicos en que sehabrá de incurrir para restaurar el nivel de servicio del pavimento.

Uno de los problemas importantes relacionados con la rehabilitación posterior, esla imposibilidad de predecir con certeza el momento y la magnitud de los trabajosrequeridos. La existencia de datos confiables sobre el comportamiento histórico delos pavimentos de las carreteras nacionales, será importante en la definición deestas variables.

Valor residual

El valor residual (VR) o de salvamento, es el costo o beneficio que representa elvalor remanente que tiene la estructura de la vía en cualquier instante de superiodo de vida. A medida que aumenta el deterioro a través del tiempo, el valorinicial de la vía va disminuyendo. Es decir, que el valor residual es el valorremanente de la estructura del pavimento al final del periodo de análisis.

Puede ser positivo o negativo, dependiendo si la parte física del pavimento tienealgún valor económico o si el costo de demolición y remoción excede cualquiervalor positivo posible. Si una estrategia ha alcanzado su ciclo de vida total al finaldel período de análisis, generalmente se considera que no tiene ningún valorresidual. Si no lo ha completado, se le asigna un valor que, usualmente, sedetermina multiplicando el último costo de rehabilitación por la relación entre lavida remanente y la vida total esperada.

VR = UCR (VRE/VTE)

Donde: VR: Valor residual.

UCR: Costo de la última rehabilitación.


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VRE: Vida remanente esperada.

VTE: Vida total esperada.

Ejemplo de cálculo del valor residual

Una de las estrategias de rehabilitación de un pavimento asfáltico consiste en lacolocación de un refuerzo cuyo período de diseño esperado es de 12 años. Elperíodo de análisis es de 30 años. Si se supone que cada 12 años se procederá alrefuerzo del pavimento, ello implica que se colocarán 3 capas de refuerzo durante elperíodo de análisis (años 0, 12 y 24). Consecuentemente, es de esperar que latercera capa tenga una vida residual de 6 años al término del período de análisis. Si elcosto de una rehabilitación es de 30 mil millones de pesos, su valor residual será:

VR = 30.000.000.000(6/12) = $ 15.000.000.000

Otra manera de calcular el valor residual es determinando el tipo de intervenciónque se debe ejecutar en la vía en un momento determinado del periodo de vida delpavimento, para que llegue a las condiciones iníciales de servicio, es decir, para queresista un periodo igual al de su diseño inicial y bajo las mismas condiciones decarga. Este valor de la intervención por ejecutar se le resta al valor de laconstrucción inicial y así se obtiene el valor residual.

VR = Co – CR

Donde: VR: Valor residual.

Co: Valor de construcción inicial.

CR: Costo de rehabilitación.

Comparación de costos entre dos estrategias

Los costos de rehabilitación y de mantenimiento de cada estrategia factibleidentificada en el proyecto se calculan según las cantidades físicas involucradas enla rehabilitación inicial, las rehabilitaciones posteriores y en el mantenimientocorrespondiente. Los costos resultantes son clasificados como costos de capital ycostos recurrentes. Los primeros son aquéllos en los cuales se incurre debido a laejecución de las rehabilitaciones y los costos recurrentes son aquéllos que sonutilizados anualmente en el mantenimiento de la vía.


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Las diferencias de costos entre dos estrategias, una de ellas definida como base,son calculadas a partir de los costos totales durante el período de análisis, paracada una de estas dos categorías.

Diferencias de Costos de Capital: CAPbCAPab)ΔCAP(a

Diferencia de Costos Recurrentes: RECbRECab)ΔREC(a

Diferencia de Valores Residuales: VRbVRab)ΔVR(a

Donde: CAPi : Costo total de capital invertido en la implementación dela estrategia “i”.

)bΔCAP(a : Diferencia entre los costos de capital entre la estrategia“a” y la estrategia “b”, para un proyecto determinado, enun año determinado.

RECi : Costo total recurrente incurrido en la implementaciónde la estrategia “i”.

b)ΔREC(a : Diferencia entre los costos recurrentes entre laestrategia “a” y la estrategia “b”, para un proyectodeterminado, en un año determinado.

VRi : Valor residual o de salvamento en la implementación dela estrategia “i”.

b)ΔVR(a : Diferencia entre los valores residuales entre laestrategia “a” y la estrategia “b”, para un proyectodeterminado.

Debido a que estos costos se producen en diferentes instantes del período deanálisis, su comparación requiere una actualización que permita consideraradecuadamente el valor del dinero a lo largo del tiempo.


430

6.1.1.1.2. Principales costos y beneficios para los usuarios

Los principales costos que asumen los usuarios son los de operación vehicular, losde los tiempos de viaje y algunos extras, ocasionados por demoras o porretenciones durante la ejecución de los trabajos de mantenimiento yrehabilitación.

Costos de Operación vehicular

Al circular un vehículo por una vía, incurre en gastos que se denominan costos deoperación vehicular. La magnitud de estos costos depende del tipo de vehículo, deltipo de superficie de rodadura y su estado, de la geometría de la carretera y delestado general de los vehículos.

Los costos de operación de los vehículos se pueden ordenar en dos grandes grupos,según sean o no independientes del kilometraje recorrido.

Grupo 1: Costos fijos que incluyen:

- Salarios y prestaciones.- Garaje o estacionamiento.- Seguros.- Administración.- Amortización.- Depreciación e intereses.

Grupo 2: Costos variables que incluyen:

- Consumo de combustibles.- Consumo de lubricantes.- Desgaste de llantas.- Desgaste y mantenimiento, reparaciones y repuestos o refacciones.- Otros: engrase, lavado, pintura, etc.

En general, hay una relación casi directa entre el estado de la superficie derodadura del pavimento y los costos de operación vehicular. A medida que seaumenta el deterioro de la vía se incrementan los costos de operación vehicular.De esta manera, ocurre que cuando se rehabilita un pavimento y se mejoran lascondiciones superficiales de circulación, los costos de operación vehicular sereducen y los ahorros derivados de ello se traducen en beneficios para los usuarios.


431

El beneficio se expresa como la diferencia de los costos de transportecorrespondientes a la situación inicial para el tránsito normal y los costos detransporte correspondientes a la situación mejorada mediante la rehabilitación,así:

B = (CT)sp — (CT)cp

Donde: B: Beneficio para el usuario.

(CT)sp: Costo de transporte sin proyecto.

(CT)cp: Costo de transporte con proyecto.

Al rehabilitar la vía, se puede presentar un incremento de viajes, que se denominatránsito generado, el cual se beneficia también de las mejores condiciones delpavimento rehabilitado.

Los beneficios que usualmente se cuantifican monetariamente son los ahorros enlos costos de operación vehicular, considerando el tránsito normal presente y eleventualmente generado por las mejoras en la vía, en relación con la situacióninicial sin proyecto.

Los costos de operación vehicular asociados con las condiciones del pavimentoincluyen consumo de combustible, consumo de neumáticos, gasto de lubricantes,gastos de mantenimiento del vehículo, repuestos y la depreciación del vehículo.Los cálculos se realizan para cada tipo de vehículo y luego se suman para obtener elcosto total de operación vehicular.

Beneficios en los costos de operación debidos al tránsito normal:

UCaiUCbiTNib)ΔVCN(ai

Beneficios en los costos de operación debidos al tránsito generado:

UCaiUCbiTGbiTGai1/2b)ΔVCN(ai


432

Donde: b)ΔVCN(a : Beneficios en los costos de operación de los vehículosdebidos a la estrategia “a” respecto de la estrategia “b”.

TNi : Número de vehículos tipo “i” por año, en ambasdirecciones.

iUCj : Promedio del costo de operación por viaje para elvehículo tipo “i” bajo la estrategia “j”.

b)ΔVCG(a : Beneficios en los costos de operación de los vehículosdebidos al tránsito generado de la estrategia “a”respecto de la estrategia “b”.

TGji: Tránsito generado para el tipo de vehículo “i” debido ala estrategia “j”, relativo a la estrategia base, en númerode vehículos por año en ambas direcciones.

Las sumatorias Σ son sobre todos los tipos de vehículos correspondientes al tránsitonormal y al tránsito generado.

Beneficios y costos en tiempo de viaje

Los beneficios en tiempos de viaje están representados en ahorros de tiempo parael usuario en el desplazamiento de un lugar a otro. Para el cálculo se utilizan lasvelocidades de los distintos tipos de vehículos, las cuales están relacionadas con lascaracterísticas geométricas de la carretera y la condición del pavimento.

Los ahorros de tiempo de viaje se calculan para el tránsito normal y para el tránsitogenerado

Beneficios en el tiempo de viaje debidos al tránsito normal:

UTaiUTbiTNib)ΔTCN(ai

Beneficios en el tiempo de viaje debidos al tránsito generado:

UTaiUTbiTGbiTGai1/2b)ΔTCG(ai


433

Donde: b)ΔTCN(a : Beneficios en el tiempo de viaje, debidos al tránsitonormal de la estrategia “a” respecto de la estrategia “b”.

UTji : Promedio del costo del tiempo de viaje para cada tipode vehículo “i” de la estrategia “j”.

b)ΔTCG(a : Beneficios en el tiempo de viaje, debidos al tránsitogenerado para la estrategia “a” respecto de la estrategia“b”, en un año determinado.

TGji: Tránsito generado para tipo de vehículo “i” debido a laestrategia “j”, relativo a la estrategia base, en númerode vehículos por año en ambas direcciones.

Las sumatorias Σ son sobre todos los tipos de vehículos especificadoscorrespondientes al tránsito normal y al tránsito generado

En los tiempos de viaje también se pueden producir costos para el usuarioocasionados por demoras durante la ejecución de los trabajos de mantenimiento yde rehabilitación. En caso de ser significativos, ellos se calculan de la mismamanera.

Beneficios y costos extras

Un proyecto de rehabilitación de pavimentos genera, además, otros impactosrepresentados en costos o beneficios relacionados con el medio ambiente, talescomo emisión de gases, ruidos, sobrecalentamiento, contaminación visual,aumento o reducción de accidentes de tránsito y otros, que no son fáciles deevaluar. Si algunos de ellos se consideran significativos, se deben evaluar en cadaaño de análisis y considerarlos en las diferentes estrategias.

Para cada par de estrategias a ser comparadas para un cierto sector vial en undeterminado año, los beneficios y costos extras serán:

EXCbEXBbEXCaEXBab)ΔEXB(a


434

Donde: b)ΔEXB(a : Diferencia entre el beneficio neto entre la estrategia “a”y la estrategia “b”.

EXBj : Beneficio extra para la estrategia “j”, para un tramo y unaño determinado.

EXCj : Costo extra para la estrategia “j”, dado para un tramo yun año determinado.

6.1.2. Métodos de evaluación económica aplicables en un proyecto derehabilitación de pavimentos

6.1.2.1. Definiciones conceptuales

Período de análisis

Para el estudio económico de los pavimentos conviene distinguir entre variosperíodos: (i) de diseño, (ii) de vida útil y (iii) de análisis. El período de diseño esaquel lapso para el cual fue diseñado el pavimento, es decir, el tiempo en años quese supone que resistirá las cargas estimadas que pasarán por él. El período de vidaútil es el lapso en años que realmente resiste el pavimento las cargas efectivas quecircularán por él. El período de análisis es aquel lapso, medido en años, que vadesde la puesta en servicio del pavimento hasta el momento en que el evaluadorquiere realizar su análisis. Por lo tanto, el período de análisis puede ser mayor omenor que el período de diseño.

En un proyecto de rehabilitación de pavimentos, el período de análisis se utilizapara la evaluación de las estrategias de intervención a largo plazo. Lorecomendable es que su duración exceda el período de diseño de las obras derehabilitación, de manera que se incluya al menos otra intervención de este tipo enel futuro. En países como Colombia, dónde se tienen incertidumbres en relacióncon la evolución del deterioro de los pavimentos asfálticos de carreteras y con elincremento del tránsito, son recomendables períodos de análisis entre 20 años y 30años para la evaluación económica de los proyectos de rehabilitación depavimentos, considerando el período mayor para aquellas vías con mayoresvolúmenes de tránsito.


435

Tasa de descuento

La tasa de descuento, conocida también como tasa de actualización, se definecomo la diferencia entre la tasa de interés en el mercado y la inflación, en dineroconstante.

La tasa de descuento puede afectar el resultado de un ACCV, dado que ciertasestrategias pueden verse favorecidas o perjudicadas por una determinada tasa dedescuento. Las tasas altas favorecen a las estrategias que difieren los costos sobreun período alejado en el tiempo, puesto que los costos futuros son descontados enrelación con el costo inicial. En cambio, una baja tasa de descuento favoreceestrategias con altos costos iniciales, puesto que los costos futuros son añadidoscasi a su valor nominal. En el caso de una tasa de descuento igual a cero, todos loscostos son tratados como iguales, independientemente de cuándo ocurran. Enproyectos donde las distintas estrategias tengan costos similares demantenimiento, rehabilitación y operación, la tasa de descuento tiene un efectoreducido en el análisis, mientras los costos iniciales tienen el mayor impacto.

Las tasas de descuento no son constantes, por cuanto dependen del tipo denegocio. Los siguientes puntos deben ser considerados en el momento de escogerel valor apropiado de la tasa en un análisis económico de pavimentos:

- La diferencia entre las tasas de interés y la inflación no permanece constante enel tiempo y, por lo tanto, no resulta posible identificar una tasa única dedescuento que resulte siempre correcta. Es claro que la selección de una tasaadecuada no debe depender de condiciones económicas inusuales que puedensuceder durante períodos relativamente breves. Durante los últimos años, ladiferencia entre la tasa activa de interés y la inflación en Colombia ha osciladoentre 16% y 17%, excepto durante el año 1998, cuando llegó a un inusual 26 %.

- Debido a que es imposible pronosticar con exactitud las tasas de descuentopara períodos largos, un criterio conservativo debiera ser la adopción de algúnvalor entre los extremos superior e inferior del rango en que probablementeella se encuentre.

- Una vez elegida una tasa de descuento, resulta conveniente realizar un análisisde sensibilidad, para determinar la dependencia que tienen los valorespresentes de la tasa que se escoja. Si una determinada estrategia se presentacomo la más favorable en un rango amplio de tasas de descuento, se puede


436

tener la certeza de que el análisis ha identificado realmente la estrategia demenor costo.

Las tasas de descuento utilizadas históricamente en el sector vial en el país hantendido a encontrarse dentro de rangos muy restringidos, a pesar de los vaivenesque han sufrido las tasas de interés y la inflación con el transcurso de los años. Enun documento del antiguo Ministerio de Obras Públicas [ref. 6.1.2] se citabanvalores entre 10% y 15%. En el Manual de Diseño de Pavimentos para Vías deMedios y Altos Volúmenes de Tránsito del Instituto Nacional de Vías se recomiendautilizar 12 %, en tanto que en algunos términos de referencia se sugiere analizar unrango entre 12% y 18%. De acuerdo con la tendencia de los años recientes, es claroque el valor por adoptar en la actualidad se debería encontrar, por lo menos, en 15%.

6.1.2.2. Métodos para la evaluación económica de las estrategias

Para evaluar las distintas estrategias se utilizan diferentes métodos desarrolladospor la ingeniería económica [ref. 6.1.3], siendo los de mayor aceptación el ValorPresente Neto (VPN) o Valor Actual Neto (VAN), la Tasa Interna de Retorno (TIR) yla relación Beneficio/Costo (B/C).

Valor Presente Neto (VPN)

El Valor Presente Neto (VPN) o Valor Actual Neto (VAN), es un método muyutilizado, por cuanto pone el valor del dinero tanto de los ingresos futuros como delos egresos futuros en el momento presente, lo cual facilita la decisión, desde elpunto de vista financiero, de seleccionar la estrategia de un proyecto. Para ponertodo el flujo de caja de ingresos y egresos en dinero actual es necesario utilizar unatasa de interés “i” o de descuento, que es la que aplica el inversionista en susnegocios. Si el VPN > 0 habrá una ganancia por encima de la tasa que se utilice paraevaluar el proyecto; si el VPN = 0 significa que la inversión produce la rentabilidad ala tasa de interés prevista y si el VPN < 0 el proyecto no es aconsejable, porqueproduce pérdida.

El Valor Presente Neto (VPN) de un proyecto a una tasa de descuento “i” es igual ala sumatoria del valor presente de los ingresos menos la sumatoria del valorpresente de los egresos. Ese valor representa la ganancia extraordinaria que generael proyecto, medida en valores actuales, es decir, en dinero de hoy día.


437

En un proyecto vial, los ingresos corresponden a los beneficios para los usuarios ypara la entidad vial. Los egresos corresponden a los costos de ejecución de lasobras, el mantenimiento y su operación.

La expresión para su cálculo es:

n

n

1i iii1

1CBVPN

Donde: VPN: Valor presente.

Bi: Beneficio futuro.

Ci: Costo futuro.

I: Tasa de descuento.

n: Año en el cual se realiza el gasto o se obtiene el beneficio.

Una inversión será rentable cuando el valor actual de los beneficios o flujos deingresos es mayor que el valor actual de los flujos de costos o gastos.

Para el caso particular de comparación de estrategias de rehabilitación depavimentos, se puede utilizar la siguiente ecuación modificada:

Y

1y 1y

b)ky(a

i*0,011

ΔBNVPN

Donde:n)ky(mΔBN : Beneficio económico neto de la estrategia “a” relativa a

la estrategia “b”, en el año “y” para el tramo decarretera “k”.

i: Tasa de descuento.

Y: Periodo de análisis especificado.


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Este método permite aplicarse a proyectos con diferentes períodos de vida enservicio o con etapas ya desarrolladas. Asimismo, se puede aplicar entre diferentesestrategias y cada una podrá compararse con otra estrategia llamada “base”, lacual puede ser la estrategia sin proyecto. Además, el evaluador dispondrá de loscostos y los beneficios en un solo número en términos presentes, fácilmentecalculables, lo que le facilitará sus análisis.

Tasa Interna de Retorno (TIR)

La Tasa Interna de Retorno (TIR) es uno de los índices que mayor aceptación tieneen el ámbito institucional, ya que mide la rentabilidad de una inversión, que es unrequerimiento esencial para un proyecto vial. Matemáticamente, viene a ser la tasade descuento a la cual el VPN se hace igual a cero. En consecuencia, representa latasa de interés a partir de la cual se puede tomar la decisión de invertir en elproyecto. Dada la relación entre la TIR y el VPN, los resultados obtenidos porambos métodos para el mismo proyecto deben ser coherentes.

El procedimiento que se usa para calcular la TIR varía, dependiendo del número deestrategias por analizar y de la forma como se encuentren distribuidos los ingresosy los egresos en el período de análisis. En general, la TIR se calcula de la siguientemanera:

0

i*0,011

ΔBNY

1y1y

b)ky(a

Donde: b)ky(aΔBN : Beneficio económico neto de la estrategia “a” relativa a

la estrategia “b”, en el año “y”, para el tramo decarretera “k”.

i: Tasa de descuento.

Y: Periodo de análisis especificado.

Si la tasa interna de retorno de la estrategia evaluada es mayor que la tasa mínimaespecificada para los proyectos de carreteras, ésta será una de las posibles aimplementar. La estrategia con la mayor tasa interna de retorno será la mejor aseleccionar y aplicar. Dependiendo de la naturaleza del flujo de beneficios, ∆BNky(a-

b), es posible encontrar una o mas soluciones.


439

Relación Beneficio – Costo (B/C)

La relación Beneficio-Costo de un proyecto, a una tasa “i”, es igual al cociente queresulta de dividir la sumatoria del valor presente de los ingresos por la sumatoriadel valor presente de los egresos.

La expresión para su cálculo es:

Relación B/C = Valor presente de los ingresos o beneficiosValor presente de los egresos o costos

Si la relación B/C < 1, significa que los ingresos o beneficios son menores que loscostos y por lo tanto el proyecto no es recomendable.

Si la relación B/C = 1, significa que los ingresos o beneficios son iguales que loscostos y por tanto, desde el punto financiero, la rentabilidad que se obtiene es laque corresponde a la tasa de interés “i”.

Las entidades de crédito internacional acostumbran evaluar sus proyectos deinversión utilizando la relación B/C y, adicionalmente, con otro índice como el VPN.

Análisis de sensibilidad

El análisis de sensibilidad se utiliza para medir el impacto de cambios en variablesimportantes, en relación con los indicadores de evaluación y, en últimas, en laconveniencia o no del proyecto. De otra parte, el nivel de precisión utilizado en lacuantificación de costos e ingresos presenta un alto grado de incertidumbre. Por loanterior, es conveniente ampliar los cálculos de la evaluación económica ofinanciera, atendiendo estas variaciones. Se recomienda el siguiente procedimientopara adelantar todos los análisis de sensibilidad de un proyecto:

- Selección de las variables que se van a someter a la sensibilidad y definir los intervalosde variación correspondientes.

- Preparación, en hojas de cálculo, del flujo de efectivo neto, para las condicionesnormales. Se agregan las ecuaciones correspondientes que traten de medir el impactodel cambio de la variable de análisis en el flujo de efectivo neto.

- Preparación del diagrama de flujo correspondiente a la situación de análisis.


440

- Cálculos de los indicadores de evaluación, para cada cambio de la variable de análisis.

- Preparación de un gráfico de variación, representando en el eje X la variación de lavariable de análisis y en el eje Y se mide el indicador, por ejemplo, el Valor PresenteNeto.

6.1.3. El HDM - 4 como herramienta para la evaluación técnico económica deproyectos viales

El HDM-4 es un moderno instrumento analítico estructurado en un sistemainformático para la evaluación técnica y económica de la ejecución de obras ymantenimiento de carreteras [ref. 6.1.4]. Está basado en la interacción entre elcosto de las obras y su mantenimiento, y los costos para los usuarios de la vía,considerando que el costo que representa el movimiento de personas y mercancíasestá íntimamente vinculado al estado que presenta la infraestructura y, enconsecuencia, a las intervenciones de mantenimiento que se ejecutan sobre lamisma.

El sistema HDM-4 ha tenido un desarrollo progresivo que ha permitido adaptarlo adistintas características de carreteras y de vehículos. Su funcionamiento se basa enlas relaciones físicas y económicas de un extenso y riguroso estudio sobre eldeterioro de las carreteras, el efecto de diferentes intervenciones para sumantenimiento y los costos de operación vehicular.

El modelo HDM (Highway Development and Management Model) se originó en1968 con apoyo del Banco Mundial y en su desarrollo han participado diversasinstituciones, como el Massachussets Institute of Technology (MIT), el LaboratoireCentral des Ponts et Chaussées, el Transport and Road Research Laboratory (TRRL)y la Universidad de Birmingham.

El HDM-4 se utiliza actualmente como una herramienta analítica que ayuda a lostomadores de decisiones a identificar dónde resulta más rentable invertir en la redde carreteras para conseguir el mayor beneficio neto para el conjunto de lasociedad, minimizando los costos globales del transporte y los costos de laadministración vial.

En la Figura 6.1 se muestra la variación de costos, tanto para el usuario de lacarretera como para la entidad encargada de la administración vial, en función delestado de la vía. Se puede observar que el punto mínimo para la sociedadcorresponde al valor mínimo de la suma de costos para la entidad vial y para los


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usuarios [ref. 6.1.5]. Es mediante este criterio económico que el sistema HDM-4 lefacilita a las entidades gestoras de redes de carreteras efectuar la planificación, laprogramación y el desarrollo de proyectos de mantenimiento vial.

Figura 6.1.1. - Evolución de costos de la sociedad

El modelo HDM-4 permite calcular los costos totales del transporte, considerandolos costos en infraestructura y los costos de operación vehiculares. Estos costos seobtienen anualmente para diferentes estándares de conservación que permiten lacomparación entre diferentes estrategias de mantenimiento y ayudan en laselección de la más conveniente.

El modelo HDM-4 calcula internamente las velocidades y los costos de operaciónvehicular, así como también los deterioros y los costos de conservación de lascarreteras, en función del diseño del camino, de las prácticas de conservación, delvolumen del tránsito, de las cargas por eje y de las condiciones ambientales.

Los costos totales de conservación y de operación de los vehículos son calculadosendógenamente sobre la base de las cantidades físicas y precios unitariosespecificados, determinando los costos financieros y económicos requeridos.


442

6.1.3.1. Funciones y usos del HDM-4 en la gestión de carreteras

En la gestión de carreteras, el sistema abarca las siguientes funciones:

Planificación, comprende el análisis de redes de carreteras en su conjunto, paradefinir presupuestos a mediano y largo plazo y estimación de gastos de desarrollo ymantenimiento de carreteras bajo diferentes escenarios presupuestales.

Programación, comprende la elaboración de programas plurianuales de obras,tanto de construcción de nuevos tramos como de mejora y mantenimiento de lared vial. Estos programas se definen para distintos tramos de carreteras de la redvial, generalmente, bajo condiciones de presupuestos limitados.

Preparación, comprende la definición del detalle de cómo se han de llevar a cabolos distintos tipos de obras a ejecutar sobre un tramo de carretera. En este nivelestán la definición de las características de los refuerzos de pavimentos, lasmodificaciones de trazados geométricos, las ampliaciones de tramos de carretera,la reconstrucción de pavimentos y obras similares.

A través de las distintas funcionalidades, el HDM-4 permite analizar los resultadosde diferentes estrategias de planificación de redes carreteras. Asimismo, se puedenanalizar los resultados de diferentes programas de intervención en unadeterminada red vial y se pueden llegar a definir los trabajos específicos a realizarmaximizando el beneficio de los mismos.

Los principales usos del modelo HDM-4 son los siguientes:

En planificación, el sistema permite:

- Apoyar analíticamente la justificación de inversiones.

- Pronosticar necesidades financieras y físicas futuras para preservar la red vial.

- Determinar estrategias de mantenimiento en función de los recursosdisponibles.

En aplicaciones técnicas, el sistema permite:

- Determinar estrategias óptimas de mantenimiento.


443

- Determinar umbrales económicos para mejoras en las vías.

- Comparar estrategias de diseño y de mantenimiento.

- Calcular el tipo y la extensión del deterioro de las vías.

En aplicaciones económicas, el sistema permite:

- Calcular el costo del uso de la vía y atribución de daños a la vía, en estudios dedeterminación de impuestos en el sector de transporte.

- Determinar pesos por ejes y configuraciones óptimas.

- Determinar los efectos de modernizar la flota de vehículos.

6.1.3.2. Componentes de cálculo del modelo HDM-4

El sistema HDM-4 está estructurado con los siguientes cuatro modelos para elcálculo de las mejores estrategias de mantenimiento y mejora de los distintostramos de carretera evaluados en una forma determinada. Para utilizaradecuadamente el HDM-4, cada país o región debe calibrar muchos de losparámetros de los algoritmos incluidos en los submodelos.

6.1.3.2.1. Modelo de deterioro de carreteras/RD Model (Road Deterioration Model)

Este modelo predice el deterioro del pavimento en carreteras construidas enpavimento asfáltico, en concreto y en afirmado. El deterioro de la vía está enfunción de: tipo de pavimento, espesores, materiales empleados en suconstrucción, la calidad de la construcción, el volumen de tránsito que circula por lavía, las características de las cargas por eje, la geometría de la carretera, lascondiciones ambientales, la edad del pavimento y las políticas de mantenimientoaplicadas.

6.1.3.2.2. Modelo de las obras de mantenimiento/WE Model (Works Effects Model)

Este modelo simula los efectos generados por los trabajos de mantenimiento y lamejora en el estado del pavimento y determina los costos correspondientes. Estasactividades se clasifican en dos categorías, que son conservación y desarrollo, lascuales, a su vez, se subdividen según el trabajo a efectuar en la vía (Tablas 6.1.1 y6.1.2).


444

6.1.3.2.3. Modelo de efectos para los usuarios/RUE Model (Road User EffectsModel)

Los efectos de un proyecto para los usuarios y que el modelo determina, se reflejanen los costos de operación de los vehículos, los tiempos de viaje y los accidentes detránsito.

Tabla 6.1.1.Actividades de conservación consideradas por el modelo

CONSERVACIÓNMANTENIMIENTO

RUTINARIOMANTENIMIENTO

PERIÓDICOESPECIAL

En pavimento: parcheo,sello grietas, reparación

bermas, etc.

Tratamiento preventivos:sellos, riegos, etc.

Emergencias,mantenimiento

invernal.

DrenajeRenovación superficial:

tratamientos superficiales,lechadas, etc.

Miscelánea: control devegetación, señalización,

etc.

Rehabilitación: sobrecarpetas,etc.

Reconstrucción: parcial o total

Tabla 6.1.2.Actividades de desarrollo consideradas por el modelo

DESARROLLOMEJORAMIENTO CONSTRUCCIÓN

Ampliación PavimentaciónReconstrucción total con ampliación menor Secciones nuevasRealineamientoTrabajos por fuera de la calzada

Los costos de operación de los vehículos (VOC) incluyen costos variables enconsumo de combustible, aceites, lubricantes, neumáticos, reparación de losvehículos (mano de obra y repuestos) y costos fijos en depreciación del vehículo,intereses, costos de tripulación y gastos generales tales como administración,seguros y estacionamiento. Estos costos son calculados para los diferentes tipos devehículos que componen el tránsito en cada año.


445

Los beneficios surgen los ahorros por la disminución de los costos de operación quegenera el proyecto frente a la estrategia sin proyecto u otra estrategia.

Los costos de tiempos de viaje se consideran en términos del valor del tiempo delos pasajeros y de la carga y se expresan en términos económicos. Se consideraque al mejorar el estado de la vía o las condiciones físicas de la calzada, habrá unaumento de la velocidad de circulación, lo que implicará un menor tiempo de viajede los pasajeros y de la carga de los camiones. Estos ahorros serán diferentes paracada tipo de vehículo, debido a que cada tipo desarrolla diferente velocidad ydistinta actividad económica.

El cálculo del costo por tiempo de viaje consiste en determinar el costo porpasajero-hora, clasificando los motivos del viaje en dos categorías: trabajo y ocio.Para el caso de trabajo, el costo se estima de acuerdo con los ingresos medios delos pasajeros y para el caso de ocio, un 50% del anterior, por ejemplo.

El tiempo de la carga consiste en determinar el costo por tonelada – hora, deacuerdo del valor de la carga promedio, según la región y en función de la tasa dede descuento.

La accidentalidad en las carreteras es analizada de acuerdo con la severidad delaccidente, la cual se clasifica en tres tipos que son:

- Accidente fatal, si se presentan muertos en el lugar del accidente o loslesionados fallecen dentro de un período fijo después del accidente (porejemplo, 31 días).

- Accidente con heridos, cuando sólo hay lesionados.

- Accidente con sólo daños, cuando no hay heridos ni muertos y sólo sepresentan daños materiales.

La metodología para obtener el valor económico del costo de los usuarios, se basaen calcular la velocidad media de circulación vehicular para cada tramo decarretera a partir de las características de cada tipo de vehículo y de la geometríade la vía, el tipo de superficie y las condiciones actuales en la carretera. A partir deesta velocidad, obtener los gastos materiales de los vehículos y multiplicar lascantidades por sus respectivos precios unitarios, obteniendo así el valor total por


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operación vehicular. A este valor se debe agregar el costo de los accidentes y elcosto de los tiempos de viaje.

Para estimar los ahorros en costos de operación vehicular se procede a calcular loscostos de operación vehicular sin y con proyecto, los ahorros en cada año estarándados por la diferencia entre ellos.

6.1.3.2.4. Modelo de efectos sociales y ambientales/SEE Model (Social andEnvironment Effects)

El modelo de efectos sociales y ambientales determina los efectos del consumo deenergía y de las emisiones de los vehículos. Con respecto al consumo de energía, elHDM-4 permite el cálculo del consumo de energía en el ciclo de vida, en losanálisis, tanto a nivel de proyecto como de red, de las políticas de inversión encarreteras, las diferencias en consumo de combustibles renovables y norenovables, por los modos de transporte no motorizado y motorizado y el usonacional y global de la energía.

En cuanto a la emisión de los vehículos, el HDM-4 considera y calcula los diferentescomponentes de las emisiones generadas por el escape de los vehículos, entre lasque se encuentran hidrocarburos (HC), monóxido de carbono (CO), óxido denitrógeno (NOX), dióxido de azufre (SO2), dióxido de carbono (CO2), plomo (Pb) ypartículas (Par).

6.1.3.3. Indicadores Económicos

El flujo de costos y beneficios anuales para las diferentes políticas de conservaciónevaluadas con respecto a una estrategia base o estrategia de referencia, permitenobtener los indicadores de rentabilidad que se utilizarán en el estudio: ValorPresente Neto (VPN) descontado a una tasa prefijada, VPN/Inversión y Tasa Internade Retorno (TIR).

La tasa de descuento usada para los proyectos de inversión representa el costo deoportunidad del capital, definido como la rentabilidad de una inversión alternativaa la que se renuncia, para invertir en el proyecto que se está considerando. La tasaadoptada en la mayoría de los países de América del Sur para proyectos deinversión pública es del orden de 12% anual en dólares americanos sin inflación.Como se indicó en el numeral 6.1.2.1, la tendencia histórica de esta tasa en pesoscolombianos está por el orden de 15% o más.


447

6.1.3.4. Precios económicos y financieros

Como el propósito de la evaluación económica es medir la conveniencia delproyecto para la sociedad, muchos de los rubros de beneficios y costos tienenasociados subsidios, impuestos, etc., que se deben ser eliminados de los precios demercado. Para ello, se hace uso de factores de conversión (denominados razonesprecios – cuenta), factores que son calculados por el Ministerio de Hacienda yCrédito Público o por el organismo central de planeación. A los precios de mercado,corregidos con los factores de conversión, se les denomina precios económicos,precios sombra o precios sociales.

Esta tarea se considera importante, no sólo para que se pueda realizar laevaluación con el modelo HDM-4, sino para simplificar y estandarizar losprocedimientos de evaluación económica de cualquier proyecto en el país. De estamanera, es posible determinar si los beneficios totales del proyecto para laeconomía en su conjunto son superiores a los respectivos costos,independientemente de quienes sean los que perciban esos beneficios.

6.1.3.5. Información requerida por el Modelo HDM-4

La utilización del HDM-4 como herramienta de ayuda para la definición de planes,programas y proyectos de mantenimiento de carreteras, requiere la obtención eincorporación de información que debe ser obtenida y procesada por técnicos conamplio conocimiento y criterio en el momento de evaluar las intervenciones encarreteras.

La información general requerida comprende un conjunto de datos sobre lascaracterísticas geométricas de la vía, su estado de deterioro, el volumen de tránsitoy las previsiones de crecimiento del mismo. También, sobre la composiciónvehicular, definiendo las características físicas y de utilización, la valoracióneconómica de los distintos componentes del vehículo y del valor del tiempo de losusuarios. Además, los estándares de mantenimiento y mejora de las carreteras ysus efectos sobre el estado de las carreteras, así como la determinación de su costounitario. Por último, se debe disponer de información sobre las característicasclimáticas de la zona en estudio.

Los datos específicos que se requieren para evaluar un proyecto de rehabilitaciónde pavimentos son los siguientes:


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Datos geométricos y ambientales

- Longitud.- Ancho de calzada y bermas.- Curvatura horizontal.- Peralte.- Alineamiento vertical.- Altura sobre el nivel del mar.- Precipitación media anual.

Estructura del pavimento existente

- Secuencia y tipo de capas.- Espesores.- Características de los materiales constitutivos.- Clasificación, granulometría, plasticidad, CBR, densidades, etc.

Estado actual de la calzada

- Condición superficial.- Rugosidad (IRI): Índice de Rugosidad Internacional.- Tipo y nivel de gravedad de las degradaciones (ahuellamiento, fisuras, baches,

etc.).- Condición estructural.- Deflexión.- Número Estructural.- Otras características geotécnicas.

Tránsito

- Intensidad (TPDS).- Composición.- Tendencias de crecimiento.- Características de la flota o parque vehicular.

Costos

- Precios unitarios de los ítems de rehabilitación y mantenimiento.- Costos de operación de los vehículos.


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Con estos datos de entrada, el Modelo HDM-4, mediante una simulación delcomportamiento del pavimento y aplicando las normas de mantenimientopropuesto, prevé la condición futura de la vía, calcula los costos de operaciónvehicular, los ahorros en costos de operación entre la estrategia en estudio y laestrategia base, y calcula los indicadores de evaluación económica.

6.1.3.6. Estudio y análisis de proyectos de rehabilitación de pavimentos

Los análisis de proyectos típicos incluyen la rehabilitación y el mantenimientotramos de carreteras existentes, con las estrategias de intervención por estudiar ycon los costos y beneficios asociados, proyectados anualmente a lo largo delperiodo del análisis.

Los indicadores económicos vienen determinados por las diferentes opciones deinversión. Se puede usar el análisis de proyectos para estimar la viabilidadeconómica o técnica de los proyectos de inversión en carreteras, considerando lossiguientes aspectos:

- Comportamiento estructural de pavimentos.

- Previsiones de ciclos de vida del deterioro de la carretera, efectos y costos delas obras.

- Costos y beneficios de los usuarios.

- Comparación económica de las estrategias al proyecto

6.1.3.7. Estimación de costos de mantenimiento con HDM-4

Para la determinación de los costos unitarios anuales de mantenimiento se hadesarrollado un submodelo que considera las condiciones geométricas y el estadode la vía, las condiciones climáticas, los niveles de tránsito y las intervenciones demantenimiento vial a realizar. Con este propósito, se dispone de un conjunto derelaciones que explican el comportamiento del pavimento y su deterioro por accióndel clima y del tránsito. De otra parte, las intervenciones en la vía, expresadascomo normas o estrategias de mantenimiento, alteran, a su vez, elcomportamiento del pavimento, cuya respuesta es el costo de operación vehicularde los vehículos. Si se desean comparar dos políticas o estrategias demantenimiento, se producen unos flujos de dinero, a precios económicos, quepermitirán medir la conveniencia económica de las intervenciones.


450

Mediante una simulación del comportamiento del pavimento y aplicando lasnormas de mantenimiento propuestas, el Modelo HDM-4 prevé la condición futurade la vía, calcula los costos de operación vehicular, los ahorros en costos deoperación entre la estrategia en estudio y la estrategia base, y calcula losindicadores de evaluación económica.

La principal razón para la utilización del HDM-4 radica en su capacidad de medir laconveniencia de aplicar ciertas normas o estrategias de mantenimiento a lacarretera o la red en su totalidad. Las estrategias de mantenimiento las diseña elusuario del modelo, atendiendo las prácticas normales de la entidad vial,conformadas por aquellas actividades que, en conjunto, propendan por unaceptable estado permanente de la vía. Se pueden establecer tres niveles básicosde intervención:

- Nivel 1 que corresponde a Intervención Baja con mantenimiento mínimo,insuficiente, prácticamente nulo.

- Nivel 2 que corresponde a Intervención Media con mantenimiento regular.

- Nivel 3 que corresponde a Intervención Alta con mantenimiento deseable.

Cada nivel conforma una política coherente en materia de mantenimiento vial y, entérminos precisos, conforma una estrategia de mantenimiento.

Políticas de mantenimiento para la red pavimentada

La experiencia en carreteras pavimentadas recomienda establecer políticas demantenimiento en, por lo menos, cinco grupos:

- Grupo 1: Carreteras con TPD igual o inferior a 500 vehículos.

- Grupo 2: Carreteras con TPD entre 500 y 1000 vehículos.



- Grupo 5: Carreteras con TPD mayor a 3000 vehículos.


451

6.1.3.8. Procedimiento operativo para evaluación de proyectos con el modeloHDM-4

El procedimiento para utilizar operativamente el HDM-4 comprende las siguientesacciones:

- Creación de bases de datos y fichas de información. Atendiendo la guía del ModeloHDM-4 se debe preparar la información de entrada y su verificación para detectarposibles errores numéricos o de formato e inconsistencias internas.

- Definición de estrategias. Combinación de características actuales, característicasfuturas, tránsito y estrategias de mantenimiento que, en conjunto, representan unescenario de análisis, y que el HDM-4 simulará a lo largo del período de análisisreportando, para cada año, estado de la vía, intervenciones realizadas, costo de lasintervenciones, a precios financieros y económicos y todas estas cifras descontadas ala tasa de actualización que se defina.

- Evaluación de estrategias. Se realiza una comparación entre una estrategia definiday generalmente una estrategia base sin proyecto. Para esta comparación, el ModeloHDM-4 reporta los flujos de comparación y produce los indicadores de evaluación.

- Solicitud de Reportes. Se le indica al sistema el reporte o informe de resultados quedebe generar.

6.1.3.9. Manejo básico del modelo HDM-4

6.1.3.9.1. Ingreso al Programa

El inicio del programa se realiza, como en la mayoría de los programascomputacionales, por medio de un acceso directo o por una búsqueda delejecutable (icono del programa), del cual se despliega una ventana como semuestra en la Figura 6.1.2, la cual muestra la versión del programa en la que setrabajará, la identificación del usuario registrado y el tipo de licencia.


452

Figura 6.1.2. - Ventana de entrada al HDM - 41

Inmediatamente, se visualiza una ventana como la que se muestra en la Figura6.1.3, en la cual el usuario puede elegir entre las siguientes opciones a trabajar:

- Crear un nuevo estudio mediante el análisis de proyecto, programa o estrategia.

- Abrir un estudio existente.

- Ir a un espacio de trabajo.

Figura 6.1.3. - Ventana de bienvenida

1 Del modelo HDM – 4, la versión más reciente es la versión 2.


453

Luego de elegir el tipo de estudio, se despliega la ventana de “Espacio de Trabajo”,como la que muestra la Figura 6.1.4, en la cual se visualizan todos los componentesdel programa, como los son las Bases de Datos (Configuración, Redes deCarreteras, Parques de Vehículos y Estándares de Trabajo) y las Herramientas deAnálisis (Proyectos, Programas y Estrategias).

Figura 6.1.4. - Espacio de Trabajo

6.1.3.9.2. Organización de las bases de datos y configuración básica

Si bien la presentación de las instrucciones detalladas del manejo del ModeloHDM-4, están por fuera del alcance de esta guía, se señala brevemente lasecuencia de acciones propias del programa para organizar la información de unaaplicación, las cuales cubren:

Bases de Datos

La información se organiza en los siguientes cuatro grupos:

Configuración preliminar. Se debe especificar una configuración preliminar quecubre el modelo de tránsito, tipo de velocidad/capacidad, zonas climáticas ymoneda.


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Redes de Carreteras. Se debe digitar la información geométrica, las característicasde la estructura de pavimento y los niveles de tránsito.

Parques de Vehículos. Se deben especificar las características de los vehículos y loscostos de los principales ítems de costos.

Estándares de Trabajo

Estándares de Conservación. Se deben formular las normas o estrategias demantenimiento que se quieren examinar con el análisis del modelo HDM-4.

Estándares de Mejoras. Se deben especificar las obras de mejoramiento.

Costos de los Trabajos. Se deben indicar los costos unitarios de las principalestareas de mantenimiento.

Proyectos

Esta labor corresponde a la organización de las aplicaciones propiamente: tramosde análisis, configuración de estrategias, evaluación de estrategias y solicitud deinformes.

6.1.3.10. Ejemplo de aplicación de HDM-4 en rehabilitación de pavimentosasfálticos

Se desarrolla a continuación un ejemplo de la evaluación económica de unproyecto de rehabilitación y/o mantenimiento de un tramo de vía, correspondientea la red vial nacional, sobre el cual se realiza una simulación del estado y utilizaciónde ella, a lo largo de un período de análisis de 20 años, con el fin de optar por laestrategia de actuación más conveniente durante dicho lapso, con base en índicesde rentabilidad económica, teniendo como premisa garantizar el adecuadodesempeño de la estructura vial en respuesta a la seguridad, comodidad yeconomía, tanto de los usuarios como de la entidad encargada del manejo de la víaen análisis. Este ejemplo ha sido tomado y adaptado de un ejercicio académicorealizado en la Universidad del Cauca [ref. 6.1.6].

Metodología Propuesta

Los trabajos se desarrollaron considerando las siguientes fases de estudio:


455

- Definición de objetivos y alcance de los trabajos.

- Establecimiento de aspectos del proyecto y estrategias a estudiar.

- Definición de precios a utilizar, financieros o de mercado y económicos oprecios sombra.

- Determinación de beneficios del proyecto.

- Cálculos de ahorros en costos de mantenimiento.

- Determinación de cantidades de obra.

- Presentación de la evaluación económica.

- Formulación de conclusiones y recomendaciones.

Descripción del tramo de análisis

La vía en estudio, que es el principal medio de acceso de la zona, está compuestapor una estructura de capa de rodadura bituminosa, sobre base granular; la vía encuestión une la cabecera municipal mencionada, con la capital del departamento.La zona del proyecto cuenta con una temperatura media anual de 18.9ºC. Acontinuación se presenta un cuadro con los registros de las principales variablesclimáticas.


456

Sectorización del tramo de análisis

La sectorización del tramo de análisis se centra en dividir el tramo en sectoreshomogéneos, en materia de:

- Tipo de terreno.

- Tránsito.

- Estructura de pavimento y estado superficial.

- Longitud de tramo menor a 30 km.

El tramo de estudio se ha divido en dos sectores, con las siguientes características:

GEOMETRÍA TRAMO 1 TRAMO 2Subidas + bajadas 33.14 m/km 23.43 m/kmCurvatura horizontal media 153.71 º/km 289.99 º/kmVelocidad limite 60 kph 60 kphAltitud 1762 msnm 1661 msnmLongitud 5.25 km 9.39 kmAncho de calzada 7.20 m 6.90 mTipo de drenaje Forma de v duro Forma de v blandoAncho de berma 1.00 m 0.0 mNumero de carriles 2 2

ESTRUCTURA DEPAVIMENTO

TRAMO 1 TRAMO 2

Tipo de material Mezcla bituminosa en calienteEspesor mas reciente 5.0 cm 5.0 cmEspesor antiguo 0.0 cm 0.0 cmNumero estructural (sn) 2.57 (E. seca) 2.32 (E. seca)CBR sub-rasante 8.0% 7.3%Ultima construcción 1995 1995Ultima rehabilitación 1995 1995


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ESTADO SUPERFICIAL DE LA CALZADA (AÑO 2008)PARÁMETRO TRAMO 1 TRAMO 2

IRI 7.4 m/km 8.6 m/kmÁrea total fisurada 15.9 % 17.9 %Área con desprendimientos de agregados 10.8 % 12.5 %Numero de baches de 0.1 m2 por km 1035 1339Área con rotura de borde 11.3 m2/km 18.2 m2/kmProfundidad media de roderas 4.1 mm 5.6 mmTextura 0.5 mm 0.5 mmFricción (Scrim, 50 Km/h) 0.45 0.40Condición del drenaje Regular Pobre

Clima

De acuerdo a las condiciones climáticas de la vía en estudio, se concluyó que lascondiciones son únicas a lo largo de la totalidad de la zona, razón por la cual sólo sedefinió una unidad climática, teniendo en cuenta que hubo necesidad de tomaralgunos datos por defecto del programa, a causa de no disponer de la informaciónnecesaria.

ZONA CLIMÁTICA POPAYÁN- CAÑAGRIAClasificación por humedad HúmedaÍndice de humedad 60.0Duración de la estación seca 0.25Precipitación media mensual 177.3 mmClasificación por temperatura Sub-tropical frioTemperatura media 18.9 ºCRango de temperaturas 0.9 ºCDías T>32 ºC 0Índice de helada 0 ºC-día

Porcentaje de tiempo que se conduceCarreteras cubiertas con nieve 0.0 %Carreteras cubiertas mojadas 25.0 %

Información vehicular

Para la valoración del tránsito y poder desarrollar el procedimiento de modelaciónde la vía en HDM-4, se utilizaron los siguientes datos:


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CLASE DE VEHÍCULO TPD (IMD)Motorizados 937No motorizados No se tienen en cuenta

La composición vehicular de la flota circundante en la vía será tomada de acuerdo alos porcentajes contemplados a partir de la discriminación dispuesta en el manualde volúmenes de tránsito del INVIAS. Los factores de equivalencia de carga hansido tomados del Manual de diseño de pavimentos asfálticos en vías con medios yaltos volúmenes de tránsito del INVÍAS.

TIPO DEVEHÍCULO

DISTRIBUCIÓNPORCENTUAL

FACTOR DEEQUIVALENCIA

CRECIMIENTO ANUAL

Autos 46,0 % 0,0 3,0 %Buses 14,0 % 0,40 3,0 %C2P 24,0 % 1,14 3,0 %C2G 9,0 % 3,44 3,0 %

C3-C4 5,0 % 3,76 3,0 %C5 1,0 % 4,40 3,0 %C6 1,0 % 4,72 3,0 %

Configuración básica

- Modelo de patrón de tránsito (Valores por defecto)

Figura 6.1.5. – Patrón de intensidad de tránsito


459

- Tipo de velocidad/capacidad (Valores por defecto)

Figura 6.1.6. – Tipo de velocidad/capacidad

Estrategias Propuestas

Descripción de estrategias. Las estrategias de trabajo o estándares de trabajodefinidos para este proyecto en estudio, abarcarán sólo estándares deconservación y/o rehabilitación durante el período de análisis, ya que no se planteóla necesidad de instituir estándares de mejora, tales como rectificación geométricao ampliación de carriles o bermas, debido a las características de la vía. Lasestrategias planteadas para analizar, serán:


460

ESTRATEGIAS DECONSERVACIÓN Y/O

REHABILITACIÓN DURANTEEL PERÍODO DE ANÁLISIS

ACTIVIDADES A REALIZAR

Estrategia BaseMantenimiento rutinario cada año

Bacheo total cada añoSello de fisuras cada año

Estrategia 1

Mantenimiento rutinario cada añoBacheo total cada año

Sello de fisuras cada añoSobrecarpeta de 5 cms. (cada 5 años)

Estrategia 2


Sello de fisuras cada añoSobrecarpeta de 5 cms. (2006)

Tratamiento superficial doble (cada 5 años)

Estrategia 3


Sello de fisuras cada añoSobrecarpeta de 5 cms. (IRI mayor a 7,0 km/m)

Costos

La valoración de los costos unitarios para cada una de las actividades estipuladasen las posibles estrategias planteadas, se hará con base en condiciones de preciosunitarios adecuadas a las condiciones especificas del proyecto; para lacuantificación se hizo la estimación de precios unitarios totales, bajo las siguientescondiciones de costos indirectos:

- Costos administrativos 20%

- Imprevistos 5%

- Utilidad 5%

ACTIVIDAD UNIDADCOSTO UNITARIO

ECONÓMICOCOSTO UNITARIO

FINANCIEROMantenimiento rutinario km-año $ 3’360.000 $ 4’200.000Bacheo m2 $ 31.000 $ 39.000Sello de fisuras m2 $ 1.800 $ 2.300Sobre-carpeta (5.0 cm) m2 $ 16.000 $ 20.000Tratamiento superficial doble m2 $ 6.300 $ 7.800Reparación de borde m2 $ 36.000 $45.000


461

Beneficios de las estrategias

Uno de los principales beneficios de un proyecto vial es el referente a los costos deoperación de los vehículos, los cuales se pueden ordenar en tres (3) grandesgrupos, según sean o no independientes del kilometraje recorrido: costos fijos,costos variables, depreciación e intereses.

Con los datos de entrada, el Modelo HDM-4 mediante una simulación delcomportamiento del pavimento, y aplicando las normas de mantenimientopropuesto, calcula los costos de operación vehicular, ahorros en costos deoperación entre la estrategia en estudio y la estrategia base, y calcula losindicadores de evaluación económica.

Los costos de operación promedio para las carreteras nacionales los determinaperiódicamente la Oficina de Planeación del Instituto Nacional de Vías, valoresobtenidos del submodelo VOC del HDM-4. Cuando se emplea directamente elHDM, se calculan los costos de operación con mucha mayor precisión. Los ahorrosen los costos de operación vehicular para el proyecto se calculan como la diferenciaentre los costos de operación anuales para toda la flota vehicular, sin y conproyecto.

En el proyecto se generan otros tipos de beneficios, tales como ahorros en tiemposde viaje, ahorros en disminución de la accidentalidad y otros tipos de beneficioscomo son la mejora del paisaje, incremento en la comodidad en el viaje, entreotros, pero ellos no se cuantifican debido a la incertidumbre en cuanto a loscriterios, métodos y patrones de valoración. Al no considerar un monto para estosbeneficios, se estará por el lado de la seguridad al determinar los índices derentabilidad.

Costos de las estrategias

- Tipos de precios por utilizar

Todo proyecto emplea diversos tipos de recursos para producir bienes yservicios. La medición de los costos de un proyecto consiste en agregar, dealguna forma, los recursos utilizados. La primera pregunta surge de los preciosque se deben utilizar. Para contratar la construcción de las obras del proyectose requiere determinar el monto de la inversión a precios de mercado, es decir,utilizando precios financieros.


462

Si lo que preocupa son los precios por utilizar en la medición de los costossociales, es necesario emplear los precios económicos o "sombra", que tratande eliminar las distorsiones que el mercado asigna a determinados insumos ofactores de producción.

Además, la cuantificación de los costos se realiza a precios constantes, tomandopara ello un año base de cuantificación.

- Costos de Mantenimiento y/o Rehabilitación

Las actividades de rehabilitación y/o mantenimiento requeridas año a año parala situación con proyecto son simuladas por el HDM-4, a partir de una políticade mantenimiento razonable.

Resultados

En referencia para el análisis técnico económico de selección de la mejor estrategiapara cada uno de los dos tramos de la vía en discusión, se tomará como criterio deevaluación el comportamiento y desempeño de la regularidad superficial delpavimento, evaluado mediante los modelos internos del HDM-4 en términos de IRI(ver numeral 2.5.3, Parte 2 Capítulo 5).

En ese orden de ideas, la selección de la estrategia de conservación y mejora másadecuada para cada uno de los dos tramos de análisis planteados para el proyecto,será aquella que represente el mejor balance entre los aspectos técnicos,representados por el comportamiento de la estructura, tanto en términos defatiga, como en términos del IRI a lo largo del período de análisis adoptado (quecumpla con los requerimientos indicados en la Tabla 3.3.1) y los aspectoseconómicos, calificados para cada una de las posibles estrategias, en función de losíndices de evaluación de rentabilidad económica anteriormente explicados (TIR,VPN).

De acuerdo con los resultados, se aprecia que, para ambos tramos, la Estrategia 1de mantenimiento es la más recomendable desde los puntos de vista funcional yeconómico (Tablas 6.1.3 y 6.1.4 y Figuras 6.1.7 y 6.1.8).


463

12

34

5=1-

26=

1-3

7=1-

4

EST

RA

TE

GI A

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BA

SE

EST

BA

SE

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BA

SE

BAS

EES

T 1

EST

2ES

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120

06

$ 2.

927

, 04

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002

200

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1$

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9, 4

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2.69

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4$

2.69

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374

, 58

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374

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0$

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2.91

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,97

$ 50

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7$

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6$

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,26

$ 60

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3.87

0,5

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3.15

4,9

9$

3.15

4,9

9$

3.15

4,9

9$

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$ 71

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,52

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$ 1.

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$ 1.

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$ 3.

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,58

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,28

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$ 1.

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$ 1.

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21

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464

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$ 17

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ESTRATEGI A

1ESTRATEGI A

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RE

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465

Tabla 6.1.3.Indicadores económicos de las distintas estrategias para el tramo 1

RESULTADOS TRAMO 1INDICADORES ECONÓMICOS ESTRATEGIA 1 ESTRATEGIA 2 ESTRATEGIA 3

TIR (%) 80.0 79.9 81.1VPN (106 pesos) (i=12%) 6,921.70 5,194.26 6,341.96

Figura 6.1.7 – Evolución del IRI en el tramo 1 para las distintas estrategias

Tabla 6.1.4.Indicadores económicos de las distintas estrategias para el tramo 2

RESULTADOS TRAMO 2INDICADORES ECONÓMICOS ESTRATEGIA 1 ESTRATEGIA 2 ESTRATEGIA 3

TIR (%) 98.2 98.1 97.2VPN (106 pesos) (i=12%) 13,071.12 8,787.60 12858.43


466

Figura 6.1.8. – Evolución del IRI en el tramo 2 para las distintas estrategias

6.1.4. Análisis de sensibilidad a los parámetros básicos del ACCV

Un minucioso análisis de costos durante el ciclo de vida (ACCV) debe incluir,también, un análisis de sensibilidad en relación con el efecto que tienen losparámetros que más influyen sobre la efectividad en costo de las diferentesestrategias estudiadas. Entre los factores más sensibles se encuentran [ref. 6.1.7]:

- El período de análisis y el período de comportamiento de cada una de lasactividades contempladas en cada estrategia.

- El tránsito previsto durante los períodos de diseño y de análisis.

- Los costos de la inversión inicial.

- La tasa de descuento.

- La oportunidad de las actividades de mantenimiento posteriores a larehabilitación.


467

- Las cantidades de obra asociadas con la rehabilitación inicial y las obrasposteriores de mantenimiento.

REFERENCIAS

6.1.1 - DE SOLMINIHAC H., “Gestión de Infraestructura Vial”, Ediciones UniversidadCatólica de Chile, Segunda edición ampliada, Santiago de Chile, 2001

6.1.2 - INGEROUTE, MISIÓN FRANCESA, “El análisis económico en los estudios defactibilidad vial”. Ministerio de Obras Públicas. Bogotá, 1973

6.1.3 – BACA G., “Ingeniería Económica”, Fondo Educativo Panamericano. CuartaEdición, Bogotá 1996.

6.1.4 – HIGHWAYS RESEARCH GROUP, “HDM–4 Version 1.3”, The University ofBirmingham, July 2006

6.1.5 - CRESPO DEL RIO R., & YARZA P., “El HDM-4 como herramienta de ayudapara la conservación de carreteras”, Comunicación Libre, VIII Jornadas Nacionalessobre Conservación de Carreteras, Vitoria, 2002

6.1.6 – GUERRERO D., & OTROS, “Ejercicio académico”, Universidad del Cauca.Instituto de Postgrado en Ingeniería Civil – IPIC -, 2007

6.1.7 – HALL K., CORREA C., CARPENTER S. & ELLIOT R., “Rehabilitation strategiesfor highway pavements”, NCHRP web document 35, May 2001


468

PARTE 7

Guías para la elecciónde la estrategia de

rehabilitación


470

Parte 7 – Guías para la elección de la estrategia de rehabilitación

471

PARTE 7GUÍAS PARA LA ELECCIÓN DE LA ESTRATEGIA DE REHABILITACIÓN

7.1. GENERALIDADES

La estrategia de rehabilitación seleccionada en definitiva puede ser, simplemente,aquélla que ha sido hallada como la más efectiva en costo como resultado delanálisis de costos durante el ciclo de vida (ACCV). Sin embargo, en muchos casosconviene ponderar los resultados del análisis de costos con otros factores dedecisión que no pueden ser expresados en términos monetarios, ponderación quedebe ser efectuada de acuerdo con la importancia relativa de dichos factores encada caso particular. Sobre este asunto tratan los dos capítulos que componen laséptima parte de esta guía metodológica.


472


473

CAPÍTULO 1ANÁLISIS DE FACTORES NO MONETARIOS

7.1.1. Factores por considerar

El análisis de costos durante el ciclo de vida (ACCV) de sólo es uno de los muchosfactores que deben ser considerados en el proceso de evaluación global de lasdiferentes estrategias [ref. 7.1.1]. Las restricciones técnicas, administrativas y socioambientales que puedan existir sobre un proyecto de rehabilitación deben serclaramente identificadas y evaluadas, dado que ellas pueden incidir sobre laselección de la estrategia de rehabilitación por aplicar. Sin carácter limitante, elingeniero deberá considerar la posibilidad de que se presenten algunas de lassiguientes, cuyo efecto debe valorar adecuadamente antes de tomar su decisión:

Restricciones Técnicas

- Competencia técnica de las firmas constructoras.

- Existencia de mano de obra calificada.

- Disponibilidad de materiales de construcción

- Facilidades para el control del tránsito durante la ejecución de los trabajos

- Seguridad de los usuarios.

Restricciones Administrativas

- Políticas generales del INVÍAS respecto del mantenimiento vial.

- Limitaciones impuestas por el orden público.

- Expectativas políticas de la entidad.

- Limitaciones por falta de gobernabilidad sobre determinados aspectos delproyecto.

- Estímulo de la competencia.


474

- Preferencia gubernamental respecto de la construcción de pavimentos.

- Plazo para la ejecución de las obras de rehabilitación.

Restricciones Socio ambientales

- Políticas generales y particulares en relación con el medio ambiente.

- Políticas de conservación de materiales y energía.

- Condiciones climáticas del lugar.

- Restricciones en el uso de fuentes de materiales.

- Restricciones por problemas de polución.

- Seguridad de los trabajadores.

- Condiciones particulares del entorno.

- Obligación de emplear mano de obra local no calificada.

- Seguridad del personal adscrito a las obras.

- Requerimientos de concertación con las comunidades.

- Existencia de veedurías ciudadanas.

Aunque, sin duda, todos estos factores tienen su costo, ellos son difíciles decuantificar en términos monetarios, pero no se deben ignorar durante el procesode evaluación, en particular aquéllos que son imperativos por mandamiento legal,tal el caso de los ambientales y sociales.

En general, los impactos generados por la rehabilitación de pavimentos norepresentan un costo ambiental y social elevado. De acuerdo con un estudioadelantado por el Instituto Mexicano del Transporte [ref. 7.1.2], el 75% de losimpactos adversos detectados son no significativos, el 20% son poco significativos ysolamente el 5% son significativos. Los criterios de significación se presentan en laTabla 7.1.1.


475

Tabla 7.1.1.Criterios para evaluación de impactos [ref. 7.1.2]

SIGNIFICACIÓN DESCRIPCIÓN

No significativo

Los impactos al ambiente y a las poblaciones noalteran las funciones normales de ningún sistemaambiental de manera que tenga consecuenciasvisibles o permanentes

Poco significativo

Los impactos al ambiente y a las poblacionespueden ser temporales (durante el tiempo queduren las actividades involucradas en el proyecto)y las condiciones iniciales en el área se puedenrecuperar en un tiempo menor a un año

Significativo

Los impactos al ambiente y a las poblaciones sonpermanentes o mayores de un año. El efectopuede ser local o regional; es decir, puede abracarel área del proyecto, la región fisiográfica o cuenca

Según el mismo estudio, de todos los impactos identificados, el 98% se puedemitigar, compensar e, inclusive, inhibir. El 2% que no se puede mitigar, compensaro inhibir, corresponde a impactos producidos por la explotación de fuentes demateriales, particularmente en lo relacionado con la modificación del relieve local,con todas sus consecuencias.

La guía ambiental del INVÍAS [ref. 7.1.3] coincide en el hecho de que la explotaciónde fuentes de materiales constituye uno de los impactos más recurrentes en laejecución de obras de infraestructura de transporte. También, cita comoimportante el impacto generado por la disposición de sobrantes, lo que permitepresumir que, desde el punto de vista ambiental, el reciclado constituye unapráctica muy eficiente de rehabilitación.

El ingeniero deberá concebir el diseño de las obras de rehabilitación considerandotodos los principios y limitaciones contenidos en la guía ambiental [ref. 7.1.3], asícomo las implicaciones de los aspectos ambientales citadas en los Artículospertinentes de las especificaciones de construcción de la entidad [ref. 7.1.4].

Con frecuencia, las limitaciones no monetarias del proyecto reducen el número dealternativas y de estrategias factibles de rehabilitación del pavimento. Siempre quesea posible, se debe aplicar una planeación cuidadosa para eludir o superar lasrestricciones. Cuanto más se permita que ellas afecten el proyecto, menosprobable será lograr la mejor selección. Se debe tener presente que la importancia


476

relativa de cada factor varía de un proyecto a otro. Un factor puede tener muyescasa incidencia en un determinado proyecto, pero ser altamente incidente enotro. Además, por su gran diversidad, los diferentes factores se suelen manejar enescenarios muy distintos, lo que hace muy difícil la cuantificación de suimportancia.

Por lo general, la entidad contratante tiene establecidos los criterios para lavaloración y la ponderación de los factores no monetarios de los proyectos deconstrucción y rehabilitación de pavimentos. En tal caso, los términos de referenciade cada proyecto deberán establecer el alcance del análisis cada uno de estosfactores y la manera como deben ser cuantificados y ponderados sus resultadospara que, en conjunto con los resultados de los análisis económicos, permitan quela estrategia que se escoja responda, en todo sentido, a las expectativas de laentidad y a los intereses de los usuarios.

En el caso de que los términos de referencia no establezcan estos criterios, elConsultor, con base en su conocimiento del proyecto, así como en las valoracionesutilizadas en proyectos de similares características, deberá someter a consideracióndel INVÍAS, con la debida sustentación, un sistema de cuantificación y ponderaciónde los factores no monetarios. Una vez evaluado y aprobado el sistema por laadministración, éste será de obligatoria aplicación en el proyecto.

REFERENCIAS


7.1.2 - HERNÁNDEZ J.L., SÁNCHEZ V.M., CASTILLO I., DAMIÁN S.A. & TÉLLEZ R.,“Impacto ambiental de proyectos carreteros. Efectos por la construcción yconservación de superficies de rodamiento: I Pavimentos flexibles”, InstitutoMexicano del Transporte, Publicación Técnica No 163, Sanfandila, 2001

7.1.3 - INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS, “Guía de manejo ambiental de proyectos deinfraestructura. Subsector Vial”, Bogotá, octubre de 2007

7.1.4 - INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS, “Especificaciones generales de construcciónde carreteras”, Bogotá, 2007


477

CAPÍTULO 2SELECCIÓN DE LA ESTRATEGIA PREFERIDA

El Consultor deberá presentar al INVÍAS un informe de recomendaciones,soportado por el análisis detallado de los factores monetarios y no monetarios queafectan todas y cada una de las estrategias estudiadas. La administración evaluaráel informe y, de acuerdo con las políticas vigentes sobre el mantenimiento vial,efectuará las observaciones a que haya lugar, a partir de las cuales el Consultorrealizará los ajustes necesarios y establecerá y recomendará la estrategia definitivao estrategia preferida de diseño de las obras de rehabilitación del pavimento.

La estrategia preferida se puede definir como aquélla que enfrenta de manera másadecuada las causas de los deterioros del pavimento y es efectiva tanto enrepararlos como en prevenir su recurrencia, a la vez que satisface adecuadamentelas diferentes limitantes del proyecto.

Aunque generalmente los resultados del análisis de costos durante el ciclo de vida(ACCV) establecen la pauta para la selección de la estrategia preferida, por cuantopreviamente a la ejecución de los diseños preliminares se han identificado yconsiderado debidamente las limitantes de diferente índole que afectan elproyecto, es posible que, en ocasiones, el ACCV no permita distinguir unaestrategia claramente favorable o que determinadas circunstancias coyunturalesexijan que la decisión se adopte considerado algunos factores que no requieren serexpresados en términos monetarios.

En ese orden de ideas, la estrategia preferida no implica necesariamente que ellasea la “óptima”, ya que algunas limitaciones (por ejemplo, los fondos disponibles)pueden limitar la optimización de un proyecto para favorecer la optimización alnivel de red. Entonces, la estrategia preferida será la que mejor enfrente lasnecesidades del pavimento satisfaciendo, simultáneamente, todas las limitacionesfísicas y monetarias que existan [ref. 7.2.1].

El procedimiento que se describe a continuación corresponde a un desarrollo realde un departamento de carreteras de los Estados Unidos de América y ha sidoadoptado por la AASHTO tanto en su guía de diseño de pavimentos de 1993 [ref.7.2.2], como en la nueva guía publicada en 2004. El método ha sido empleado conéxito en estudios de ingeniería de valor para la selección de la estrategia preferidaen proyectos de rehabilitación. El ejemplo por medio del cual se explica el


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procedimiento, ha sido extractado del manual de la AASHTO y su propósito essimplemente ilustrativo. Por consiguiente, no constituye recomendación alguna delInstituto Nacional de Vías sobre los criterios por evaluar, ni mucho menos sobre suponderación, asuntos que deberán ser definidos de acuerdo con su importancia encada caso particular.

El procedimiento es el siguiente:

1. Se seleccionan los factores de decisión que la administración considereimportantes para la escogencia de la alternativa preferida. Normalmente, ellosdeben estar indicados en los términos de referencia de los estudios. Para elcaso del ejemplo de la figura 7.2.1, donde se incluyen 10 estrategias de diseño,los factores de decisión seleccionados son: el costo inicial, la duración de laconstrucción de las obras de rehabilitación, la vida de servicio, las necesidadesde mantenimiento futuro, las molestias al tránsito durante la ejecución de lasobras y la validez comprobada del diseño en el entorno ambiental en el cual sepiensa aplicar.

2. Como algunos de los factores de decisión elegidos tienen mayor peso en ladecisión final que otros, se deben establecer factores de ponderación deacuerdo con las expectativas de la entidad. El mejor procedimiento paraasignar la ponderación consiste en solicitar a un grupo de funcionarios de laentidad que, de manera independiente, propongan el peso de cada uno de losfactores de decisión (entre 0% y 100%). Los valores recomendados sepromedian y se ajustan posteriormente, de manera que la sumatoria de laimportancia relativa de los diferentes factores sea 100%. Es altamentedeseable que las personas que propongan los criterios por ponderar y el pesode cada uno de ellos sean quienes tengan bajo su responsabilidad la toma delas decisiones en la entidad (es decir, directivos en lugar de diseñadores).

3. Se realizan todos los análisis requeridos para suministrar la informaciónadecuada de cada estrategia en relación con los factores de decisiónseleccionados.

4. Cada estrategia se califica de manera independiente respecto de los factoresde decisión, en una escala de 0 a 100. Se recomienda que la evaluación serealice por filas, en lugar de hacerlo por columnas. Los valores asignados secolocan en la parte superior izquierda de cada triángulo, como lo muestra lafigura 7.2.1.


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5. La calificación de cualquier criterio para cada estrategia se obtienemultiplicando la importancia relativa de cada criterio por el valor con el cual secalificó y dividiendo por 100. El resultado se consigna en el triángulo inferiorderecho, como se muestra en la figura 7.2.1. La calificación total de laestrategia se obtiene sumando los valores parciales correspondientes a losdiversos criterios evaluados.

6. Por último, se realiza un escalafón de las estrategias en orden de puntaje total,de mayor a menor. Para el caso del ejemplo, las estrategias 1 y 2 serían laspreferidas. Una de ellas o ambas, deberán ser recomendadas por el Consultora la administración para su evaluación y observaciones, con posterioridad a lascuales se realizarán los ajustes definitivos al diseño de la estrategia elegida.

CRITERIOS

COST

O IN

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L

DU

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DE

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EST

RATE

GIA

ESCA

LAFÓ

N

IMPORTANCIARELATIVA

20% 20% 25% 15% 5% 15% 100%

ESTRATEGIA 160

12.060

12.0100

25.080

12.090

4.5100

15.080.5 1

ESTRATEGIA 260

12.060

12.0100

25.080

12.090

4.5100

15.080.5 1

ESTRATEGIA 360

12.060

12.070

17.550

7.560

12.040

6.058.0 5

ESTRATEGIA 460

12.060

12.070

17.550

7.560

3.040

6.058.0 5

ESTRATEGIA 560

12.040

8.0100

25.080

12.0100

5.090

13.575.5 2

ESTRATEGIA 660

12.080

16.040

10.020

3.040

2.020

3.046.6 8

ESTRATEGIA 740

8.060

12.040

10.050

7.550

2.530

4.544.5 7

ESTRATEGIA 870

14.080

16.060

15.050

7.580

4.040

6.062.5 4

ESTRATEGIA 9100

20.0100

20.020

5.020

3.040

2.040

6.056.0 6

ESTRATEGIA 1030

6.060

12.0100

25.0100

15.0100

5.030

4.567.5 3

Figura 7.2.1. - Ejemplo de hoja de trabajo para la selección de la estrategia derehabilitación preferida [ref. 7.2.2]


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REFERENCIAS



PARTE 8

Construcción yseguimiento


482

Parte 8 – Construcción y seguimiento

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PARTE 8CONSTRUCCIÓN Y SEGUIMIENTO

8.1. CONSTRUCCIÓN DE LA OBRA DISEÑADA

Un buen diseño de los trabajos de rehabilitación, sólo dará como resultado unpavimento con el comportamiento esperado, en la medida en que la obra seconstruya en acuerdo con los estándares de calidad que establecen lasespecificaciones generales y particulares de construcción y los demásdocumentos técnicos del proyecto.

De acuerdo con la legislación vigente, los trabajos de construcción yrehabilitación de los pavimentos de las carreteras nacionales deben serejecutados bajo contrato. Una parte (el constructor) acuerda ejecutar eltrabajo cumpliendo unas normas específicas preestablecidas, a cambio de locual la entidad contratante le reconoce y le paga la remuneración pactada. Elcontrato contiene no sólo aspectos legales, sino también memorias, planos yespecificaciones que el constructor debe cumplir durante la ejecución de lasobras. La calidad del pavimento terminado, como su posterior servicio alpúblico, dependerán del grado de cumplimiento de los requisitos estipuladosen el contrato.

Para supervisar dicho cumplimiento, el contratante delega su representaciónen un interventor, quien deberá estar al tanto de todo el proceso constructivoy cuya labor consiste en verificar que todas las operaciones de construcciónproduzcan los resultados estipulados en los documentos técnicos del contratode construcción. Su responsabilidad es identificar cualquier variación conrespecto a las especificaciones del proyecto y notificarla al constructor para suinmediata corrección.

Los planos y especificaciones, en conjunto, explican los requisitos que debellenar el constructor para ejecutar de manera adecuada las obras. Los planosmuestran la localización, los aspectos físicos y las dimensiones del proyecto.Las especificaciones, por su parte, son las indicaciones y requisitos técnicosescritos que complementan los planos y las memorias e incluyen instruccionesno indicadas en ellos. Las especificaciones constituyen el medio decomunicación entre el diseñador, el constructor y el interventor y constituyenla herramienta que brinda la única oportunidad de manejar de un modo claro y


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razonable los aspectos legales y técnicos de la construcción. En ellas seconcentra la autoridad técnica del interventor.

Uno de los aspectos más importantes de la labor del interventor es su relacióncon el constructor, por el efecto que ella tiene sobre la administración delproyecto. Una buena relación de mutua confianza ayuda al interventor aresolver cualquier problema que pueda surgir en la ejecución de la obra. Elinterventor se puede ayudar a sí mismo y al constructor, si trata de entender elproyecto desde el punto de vista de éste. El interventor, como representantedel INVIAS en la obra, está interesado fundamentalmente en el aspecto de lacalidad, en tanto que el constructor suele estar más interesado en la cantidad.El interventor no puede sacrificar, bajo ninguna condición, la calidad de la obrapara obtener cantidad: Debe colaborar con el constructor en sus esfuerzos porejecutar la obra de manera eficiente y práctica, siempre y cuando se mantengay se garantice la buena calidad del pavimento, así como la satisfacción de laentidad contratante y de los usuarios.

El interventor tiene la obligación de ejercer influencia sobre el procesoconstructivo para que se obtengan los mejores resultados en la obra. Nuncadeberá tomar una actitud pasiva cuando se presente un problema. Si advierteuna situación irregular, está obligado a sugerir cambios en los procedimientosque conduzcan a mejorar la calidad del trabajo y aumentar la eficiencia de laoperación. Igualmente, deberá verificar permanentemente el diseño de lasobras, para recomendar a la entidad contratante todos aquellos ajustes ymodificaciones que considere necesarios para la optimización técnica yeconómica de ellas.

En su informe final, el interventor deberá consignar todos los aspectostécnicos relevantes de las obras ejecutadas, con especial énfasis en lossiguientes:

- Diseño contratado.

- Diseño realmente construido, con las justificaciones técnicas y económicasdetalladas de todos los cambios producidos con respecto al diseño original.

- Materiales de construcción utilizados. Procedencia y características de ellosy de las mezclas elaboradas.


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- Resultados característicos de las pruebas de control

- Características funcionales y estructurales del pavimento construido

- Diseño, localización y ejecución de obras de drenaje

- Problemas específicos resueltos y pendientes de solución

Además de la descripción de los detalles de las obras de rehabilitación en unamemoria escrita, la información deberá ser resumida en un diagrama lineal,similar al esquema itinerario mencionado en esta guía o al esquema deseguimiento inicial mencionado en el documento que sobre el tema elaboró laMisión Francesa de Asesoría y Dirección Técnica en Mantenimiento Vial para elMinisterio de Obras Públicas y Transporte [ref. 8.1].

8.2. SEGUIMIENTO Y RETROALIMENTACIÓN

La validez de los análisis de costos durante el ciclo de vida y de las decisionesque se tomen a nivel de red a partir de los sistemas de administración delmantenimiento reposa, en gran medida, en la certidumbre de que los modelosde deterioro y las obras de mantenimiento que se programen comoconsecuencia de ellos, están adaptados a la realidad del comportamiento delos pavimentos de la red vial nacional.

En la satisfacción de este propósito, la evaluación periódica de la condición delpavimento, en forma ordenada y sistemática, es una tarea muy importante.Con la disponibilidad de dicha información es que se puede conformar lafunción de comportamiento de los diferentes tramos de la red vial y predecirlas tareas de mantenimiento necesarias, tanto en oportunidad como enmagnitud.

Esta evaluación, que se inicia con el esquema de seguimiento inicial o de puntode partida de la condición del pavimento, elaborado por el interventor delproyecto, se debe continuar de manera periódica a través de las dependenciasregionales del Instituto Nacional de Vías o de los administradores demantenimiento vial, quienes deberán valorar los deterioros superficiales(rugosidad, ahuellamiento, agrietamiento, baches, desprendimientos,afloramientos) y la respuesta frente a las solicitaciones de la estructura en su


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conjunto (deflexiones), evaluaciones estas últimas realizadas por medios nodestructivos y, de preferencia, con equipos de alto rendimiento.

El aprovechamiento de este conjunto de datos de evaluación periódica, sóloestará garantizado en la medida en que ellos sean archivados en formaordenada y sistemática en soporte informático en una base de datos, en la cuales también deseable almacenar toda la información referente a la historia delpavimento. La base de datos debe centralizar tanto la información básica,como los modelos estructurales que se obtengan del análisis de ella,permitiendo el estudio de tendencias particulares o grupales.

La base de datos debe cumplir con la función de preservar la informacióndisponible de manera ágil y logrando visualizar gráficamente las variablesrelevantes, a la vez que permitir la generación automática de informes deconsulta rutinaria. En general, la estructura de la base de datos deberesponder a las necesidades o fines con los cuales se va a utilizar. Para lospropósitos de su utilización en el mantenimiento de pavimentos, debecontener, al menos, información referente a la historia de la construcción,mantenimiento y rehabilitación, inventario, condición del pavimento, tránsitoy costos.

La disponibilidad de datos suficientes, brinda la posibilidad de emplear losinstrumentos de predicción de evolución de los deterioros contenidos en lasherramientas de administración del mantenimiento, como el HDM utilizadopor el Instituto Nacional de Vías. Se debe tener presente que las ecuaciones dedeterioro del modelo original han sido desarrolladas para unas condicionesespecíficas, razón por la cual se deben realizar esfuerzos permanentes quepermitan su adaptación a las condiciones de los pavimentos locales, mediantela determinación de coeficientes de ajuste apropiados para las diferentestendencias de deterioro. Estos modelos ajustados podrán ser utilizados paraverificar la evolución de los parámetros superficiales y definir el momento deaplicación de futuras acciones de mantenimiento, cuando los indicadores seencuentren por fuera de los límites aceptabilidad prefijados. En la medida enque se emplee información de mayor confiabilidad, los diseños y los análisiseconómicos que se deriven de ellos tendrán mayor validez y se podrágarantizar el cumplimiento de las expectativas de la administración y lasatisfacción de los usuarios.


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REFERENCIAS

8.1 – ASESORÍA Y DIRECCIÓN TÉCNICA EN MANTENIMIENTO VIAL, “Esquema deseguimiento. Instructivo”, MOPT, Bogotá, 1982


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