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Anexos

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

PRESENTACIÓN El documento de actualización de la “Guía metodológica para el diseño de obras de rehabilitación de pavimentos asfálticos de carreteras” se ha desarrollado en dos partes: un volumen principal que contiene los conceptos básicos del diseño y este segundo volumen, constituido por nueve (9) anexos, en los cuales se presentan, tanto ejercicios de aplicación en relación con el tránsito y el diseño de refuerzos, como instructivos para la inspección y la calificación del pavimento y de las condiciones generales del drenaje para los propósitos del diseño de las obras de rehabilitación del pavimento. Este segundo volumen incluye, además, manuales de usuario para el manejo de las hojas electrónicas incluidas en la versión del documento en medio magnético, así como las memorias de algunas investigaciones adelantadas para el desarrollo de parte de la información incluida en el volumen principal.

TABLA DE CONTENIDO

ANEXO A - EJERCICIOS DE APLICACIÓN RELACIONADOS CON LOS CÁLCULOS DE TRÁNSITO PARA EL DISEÑO DE OBRAS DE REHABILITACIÓN DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS DE CARRETERAS. ANEXO B - INSTRUCTIVO PARA LA INSPECCIÓN VISUAL Y LA EVALUACIÓN DE LOS DETERIOROS DE LOS PAVIMENTOS ASFÁLTICOS DE CARRETERAS. ANEXO C - FACTORES PARA EL AJUSTE DE LAS DEFLEXIONES DE LOS PAVIMENTOS ASFÁLTICOS POR EFECTO DE LA TEMPERATURA. ANEXO D - INSTRUCTIVO PARA LA INSPECCIÓN Y LA CALIFICACIÓN DEL SISTEMA DE DRENAJE. ANEXO E - MÉTODO DE LAS DIFERENCIAS ACUMULADAS PARA DELIMITACIÓN DE UNIDADES HOMOGÉNEAS. ANEXO F - HOJAS DE CÁLCULO PARA LA DETERMINACIÓN DE MÓDULOS MEDIANTE CÁLCULO DIRECTO. ANEXO G - CUADERNO DE CÁLCULO. HOJAS ELECTRÓNICAS PARA EL CÁLCULO DE REFUERZOS POR EL MÉTODO AASHTO-93. ANEXO H - ANÁLISIS DE UNA FÓRMULA INCLUÍDA EN LA GUÍA AASHTO 2002 PARA OBTENER EL CBR A PARTIR DE LAS PROPIEDADES ÍNDICES DE LOS SUELOS. ANEXO I -

DISEÑO MECANÍSTICO ILUSTRATIVOS

DE

i

LA

REHABILITACIÓN.

EJEMPLOS

Instituto Nacional de Vías

Guía metodológica para el diseño de obras de rehabilitación de pavimentos asfálticos de carreteras

ii

ANEXO A            Ejercicios de aplicación  relacionados con los cálculos de  tránsito para el diseño de obras  de rehabilitación de pavimentos  de carreteras                           

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A-2

Anexo A – Ejercicios de aplicación relacionados con los cálculos de tránsito para el diseño de obras de rehabilitación de pavimentos asfálticos de carreteras

ANEXO A EJERCICIOS DE APLICACIÓN RELACIONADOS CON LOS CÁLCULOS DE TRÁNSITO PARA EL DISEÑO DE OBRAS DE REHABILITACIÓN DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS DE CARRETERAS Ejercicio 1 – Estimación del TPDA a partir del TPDS A partir de los datos indicados en seguida, pertenecientes a un conteo diario de tránsito durante una semana, hallar el rango dentro de cual es de esperar que se encuentre el tránsito promedio diario anual (TPDA), para niveles de confianza de 90 % y 95 %. DÍA 1 2 3 4 5 6 7

TRÁNSITO DIARIO (TD) 1,320 1,445 1,500 1,532 1,358 1,260 1,267

En primer lugar, se calcula el tránsito promedio diario semanal (TPDS): 7

TDi TPDS

I 1

n

1,320 1,445 1,500 1,532 1,358 1,260 1,267 1,383 vehículos 7

A continuación, se determina la desviación estándar de la muestra:

s

(TDi TPDS)2 n 1

A-3

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DÍA

TD

(TDi-TPDS)

(TDi-TPDS)2

1 2 3 4 5 6 7 TPDS

1,320 1,445 1,500 1,532 1,358 1,260 1,267 1,383

-63 62 117 149 -25 -123 -116 (TDi-TPDS)2

3,969 3,844 13,689 22,201 625 15,129 13,456 72,913

s

72913 7 1

110 vehículos

El rango del tránsito promedio diario anual (TPDA) está dado por: TPDA TPDS zC

s n

N n N 1

Para 90 % de confiabilidad, zc = 1.64, y

TPDA 1,383 1.64

110 7

365 7 365 1

1,383 68 vehículos

Lo que significa que, para 90 % de confianza, el TPDA se encuentra entre 1,315 y 1,451 vehículos. Realizando un cálculo similar para 95 % de confianza (zc = 1.96), el TPDA se encontraría entre 1,302 y 1,464 vehículos.

A-4

Anexo A – Ejercicios de aplicación relacionados con los cálculos de tránsito para el diseño de obras de rehabilitación de pavimentos asfálticos de carreteras

Ejercicio 2 – Estimación del TPDA de vehículos comerciales en una vía de bajo tránsito Estimar el TPDA de vehículos comerciales para una vía terciaria en vecindades de un poblado donde hay un día de mercado a la semana y donde la temporada de bajo nivel agrícola dura 8 meses y la de cosecha 4, según la siguiente información obtenida en 4 conteos diarios: Dos conteos de 16 horas al final de temporada seca (baja actividad agrícola) indican: -

En día de mercado =

73 vehículos comerciales

-

En día ordinario =

21 vehículos comerciales

Dos conteos de 16 horas en plena temporada de cosecha indican: -

En día de mercado =

94 vehículos comerciales

-

En día ordinario =

48 vehículos comerciales

De acuerdo con los datos anteriores, el tránsito promedio diario de vehículos comerciales para cada temporada se determina así:

TPD vehículos comerciales (temporada seca) 73 *

TPD vehículos comerciales (cosecha) 94 *

1 6 21 * 7 7

1 6 48 * 7 7

28

55

El TPDA de vehículos comerciales se establece mediante el promedio ponderado de los TPD de las 2 temporadas:

TPDA vehículos comerciales 28 *

A-5

8 4 55 * 12 12

37

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Ejercicio 3 – Determinación del factor de equivalencia de carga por eje (FECE) Considérense dos estructuras de pavimento idénticas, sometidas cada una de ellas a la aplicación de una carga por eje simple con sistema de rueda doble. En la primera, la acción de 100,000 aplicaciones de un eje de 80 kN produjo una caída del índice de servicio de 4.2 a 2.5, mientras en la segunda se requirieron 5,500 aplicaciones de un eje de 169 kN para producir la misma pérdida de serviciabilidad. ¿Cuál será el factor de equivalencia de la carga por eje de 169 kN, respecto de la de 80 kN? Haciendo referencia a la ecuación del FECE, se tiene, FECE = 100000 / 5500 = 18.18

Ejercicio 4 – Determinación del coeficiente exponencial “n” De acuerdo con el FECE del ejercicio anterior, determinar el factor exponencial de deterioro correspondiente a la carga de 169 kN. Para resolver el problema, se debe despejar el valor “n” de la expresión

FECE

Pi Pr

18.18

169 80

n

n

Se determina que n = 3.88

Ejercicio 5 – Determinación del FECE empleando la ley de la 4ª potencia Empleando la ley de la cuarta potencia, cuál será el FECE de una carga por eje simple de 169 kN, respecto de la de referencia de 80 kN?

FECE

169 80 A-6

4

19.9

Anexo A – Ejercicios de aplicación relacionados con los cálculos de tránsito para el diseño de obras de rehabilitación de pavimentos asfálticos de carreteras

Ejercicio 6 – Determinación del “factor camión” a partir de los resultados de un operativo de pesaje de ejes de buses y camiones Un operativo de control de peso en un carretera con pavimento asfáltico involucró 247 vehículos comerciales (33 buses de 2 ejes, 118 camiones tipo “2”; 60 camiones tipo”3”; 25 camiones tipo “3S2” y 12 camiones “3S3”). Los resultados se resumen en la Tabla A.1.. La columna (1) incluye grupos de cargas, para cada tipo de eje, en intervalos de 20 kN. No existe un criterio general para efectuar este agrupamiento, motivo por el cual ello se deja al criterio del ingeniero. Sin embargo, la guía AASHTO 2002 recomienda separar las cargas en intervalos de 5 kN para los ejes simples, de 10 kN para los dobles y de 15 kN para los triples y cuádruples. En la columna (2) se representa la cantidad de ejes registrada en el operativo de control, dentro de cada intervalo de carga indicado en la primera columna. Los factores de equivalencia de carga (FECE), incluidos en la columna (3), se obtienen aplicando la ley de la cuarta potencia al valor medio de cada intervalo de carga y tomando las cargas por eje de referencia del Instituto Nacional de Vías (el ingeniero puede utilizar los factores de equivalencia de la guía de diseño AASHTO93, preferiblemente para SN = 5.0 y pt = 2.5). El número de ejes equivalentes de 80 kN para cada grupo de carga por eje se obtiene multiplicando los valores respectivos de las columnas (3) y (4). El factor camión se obtiene sumando todos los ejes simples equivalentes de 80 kN y dividiendo dicho total por el número de vehículos comerciales incluidos en el operativo. El valor obtenido en este ejemplo es 2.80, lo que indica que, como promedio, cada vehículo comercial ocasiona en el pavimento la misma cantidad de deterioro producida por la acción de 2.80 ejes simples de rueda doble, de 80 kN (8.2 T).

A-7

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Tabla A.1. Determinación del factor camión (Ejemplo) GRUPO DE CARGAS POR EJE (KN) (1) Ejes simples direccionales a 40 mm Las causas más probables de este tipo de deterioro son: cargas de tránsito superiores en magnitud y frecuencia a las utilizadas para el diseño de la estructura de pavimento; espesor de pavimento insuficiente; compactación o calidad deficiente de la base. B - 10

Anexo B – Instructivo para la inspección visual y la evaluación de los deterioros de los pavimentos asfálticos de carreteras

B.3.1.2. Depresiones o hundimientos longitudinales (DL) y transversales (DT) Depresiones localizadas de la superficie del pavimento. Este tipo de deterioro puede estar orientado longitudinal o transversalmente.

1

Profundidad < 20 mm

2

Profundidad entre 20mm y 40 mm

3

Profundidad > a 40 mm

Este tipo de deterioro está asociado a diversas causas, dentro de las cuales se encuentran: asentamiento localizado de la subrasante; deficiencias en el proceso constructivo como, por ejemplo, mala compactación; deficiente compactación en rellenos para estructuras hidráulicas y de servicios; deficiencia del drenaje subsuperficial. B - 11

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B.3.1.3. Fisuras longitudinales por fatiga (FLF) Corresponden a fisuras predominantemente paralelas al eje de la vía y localizadas en áreas sujetas al tránsito vehicular (huellas del tránsito). El fisuramiento se inicia en la superficie de las capas asfálticas y evoluciona en sentido descendente.

1

Fisuras finas en la huella de rodamiento < 6 mm

2

Fisuras abiertas y con cierta frecuencia se encuentran ramificadas.

3

Fisuras muy ramificadas y/o muy abiertas. Bordes de fisuras ocasionalmente degradados Las causas más comunes de este tipo de deterioro son los altos esfuerzos horizontales de tensión producidos por las llantas de los vehículos pesados, así como una baja rigidez de la capa asfáltica superior, a causa de las altas temperaturas superficiales

B - 12

Anexo B – Instructivo para la inspección visual y la evaluación de los deterioros de los pavimentos asfálticos de carreteras

B.3.1.4. Fisuras piel de cocodrilo (FPC) Corresponde a una serie de fisuras interconectadas que se generan formando polígonos irregulares de ángulos agudos, generalmente localizadas en áreas sujetas al tránsito vehicular. El fisuramiento se inicia en la parte inferior de las capas asfálticas donde los esfuerzos y las deformaciones de tensión producto de las cargas repetidas de tránsito, alcanzan su mayor magnitud.

1

Formación de mallas grandes (>500mm), con fisuras finas, sin pérdida de material 2

Presencia de mallas más densas (6 mm con desprendimientos o ramificada Este deterioro se presenta principalmente a causa de la contracción térmica de las capas asfálticas, debido a los ciclos diarios de temperatura. También, por el uso de un tipo de asfalto inadecuado para las características climáticas de la zona.

B - 16

Anexo B – Instructivo para la inspección visual y la evaluación de los deterioros de los pavimentos asfálticos de carreteras

B.3.2.3. Fisuras parabólicas (FP) Fisuras en forma de parábola, que se presentan por el frenado, giro o circulación a muy baja velocidad de cargas pesadas que hacen deslizar y deformar la capa superior del pavimento.

1

Fisuras finas < 6 mm

2

Fisuras anchas ≥6mm sin desprendimientos

3

Fisuras anchas Ancha ≥6mm con desprendimientos

Este deterioro se presenta generalmente en mezclas asfálticas de baja estabilidad y, en algunos casos, en sectores donde no hay adecuada liga (adherencia) entre las capas asfálticas y las capas subyacentes de la estructura. Este deterioro se evidencia más en zonas donde el pavimento experimenta elevados esfuerzos tangenciales (curvas) y en tramos de alta pendiente longitudinal, así como en zonas de frenado y aceleración de los vehículos. B - 17

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B.3.2.4. Fisuras de borde (FB) Este tipo de fisuras generalmente son continuas y con tendencia longitudinal, que se localizan paralelas y cerca al borde externo del pavimento.

1

Fisuras finas < 6mm

2

Fisuras anchas ≥6mm sin desprendimientos

3

Fisuras anchas Ancha ≥6mm con desprendimientos

Sus causas pueden ser variadas. Una de las principales es la ausencia de berma o bordillo, lo cual se traduce en falta de confinamiento lateral de la estructura. Otras causas son: deficiencias en la compactación en el borde del pavimento; aplicación de cargas muy cerca del borde del pavimento; abertura de una junta de ampliación de calzada y cambios volumétricos de los suelos de subrasante por modificación estacional de la humedad. B - 18

Anexo B – Instructivo para la inspección visual y la evaluación de los deterioros de los pavimentos asfálticos de carreteras

B.3.2.5. Ojos de pescado (O) Cavidades de forma aproximadamente redondeada, las cuales resultan del desprendimiento ocasionado por el tránsito, de trozos de carpeta afectados por el fisuramiento tipo “piel de cocodrilo”, por depresiones o desintegraciones localizadas de la mezcla asfáltica.

1

Cantidad: < 5 Diámetro: ≤ 300mm

2

Cantidad: 5 a 10 Diámetro: ≤ 300mm Cantidad: < 5 Diámetro: ≤ 1000mm 3

Cantidad: > 10 Diámetro: ≤ 300mm Cantidad: 5 a 10 Diámetro: ≤ 1000mm Su origen puede estar asociado al avance de otro tipo de deterioros, como las fisuras tipo piel de cocodrilo. También, se pueden producir por espesores insuficientes de las capas asfálticas, así como por retención de agua en áreas fisuradas y/o deformadas.

B - 19

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B.3.2.6. Desplazamiento o abultamiento o ahuellamiento de la mezcla (DM) Ondulaciones transversales sucesivas de la mezcla asfáltica, o ahuellamiento que se produce exclusivamente en las capas asfálticas.

1

Profundidad < 20 mm

2

Profundidad 20 mm ≤ 40 mm

3

Profundidad > 40 mm

Este tipo de deterioro se origina por la deficiencia de estabilidad de la mezcla asfáltica, por el uso de agregados redondeados, por una dosificación de asfalto en exceso o por el empleo de asfaltos blandos.

B - 20

Anexo B – Instructivo para la inspección visual y la evaluación de los deterioros de los pavimentos asfálticos de carreteras

B.3.2.7. Pérdida de la película de ligante (PL) Este deterioro corresponde al desprendimiento progresivo de la película de ligante bituminoso que envuelve los agregados pétreos, el cual evoluciona con la acción del tránsito y de los agentes climáticos.

1

Pérdidas aisladas

2

Pérdidas continuas

3

Pérdidas generalizadas y muy marcadas

La causa principal de este deterioro es la hidrofilia de los agregados. Otras causas pueden estar asociadas con la calidad del asfalto, así como con la contaminación de los agregados (sucios) y los efectos de agentes agresivos (agua y solventes, entre otros). B - 21

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B.3.2.8. Pérdida de agregados (PA) Este deterioro corresponde al desprendimiento progresivo de los agregados pétreos, desintegrando la capa de rodadura.

1

Pérdidas aisladas

2

Pérdidas continuas

3

Pérdidas generalizadas y muy marcadas

Este tipo de deterioro es común y casi exclusivo que se presente en los tratamientos superficiales, debido a deficiencias en el proceso de constructivo.

B - 22

Anexo B – Instructivo para la inspección visual y la evaluación de los deterioros de los pavimentos asfálticos de carreteras

B.3.2.9. Descascaramiento (D) Corresponde a la pérdida de fragmentos de la capa asfáltica superior, sin llegar a afectar las capas subyacentes.

1

Profundidad: ≤ 25 mm Área: ≤ 0.8 m2

2

Profundidad: ≤ 25 mm Área: > 0.8 m2 Profundidad:>25 mm Área: ≤ 0.8 m2

3

Profundidad: > 25 mm Área: > 0.8 m2

Las causas principales de este deterioro están asociadas a la deficiente adherencia entre la capa asfáltica y la capa subyacente, así como a un espesor insuficiente de la capa de rodadura.

B - 23

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B.3.2.10. Pulimento de agregados (PU) Este deterioro se evidencia por la presencia de agregados expuestos con caras pulimentadas en la superficie del pavimento, generando superficies lisas que pueden afectar la resistencia al deslizamiento. Este deterioro está relacionado íntimamente con la seguridad vial frente a accidentes de tránsito, por la deficiencia de adherencia que se suscita en el contacto entre el neumático y el pavimento. Para adelantar la evaluación, se consideran los siguientes niveles de gravedad: Nivel de gravedad 1. Longitud comprometida < 10% de la sección (100 metros) en una calzada, áreas aisladas muy locales. Se debe mantener en continua observación. Nivel de gravedad 2. Longitud comprometida ≥ 10% a < 50% de la sección (100 metros) en una calzada, áreas aisladas y continuas. Nivel de gravedad 3. Longitud comprometida ≥ 50% de la sección (100 metros) en una calzada, áreas continúas.

La causa de este deterioro es la utilización de agregados pétreos de alta susceptibilidad al pulimento en condiciones de servicio, tal el caso de los agregados calizos.

B - 24

Anexo B – Instructivo para la inspección visual y la evaluación de los deterioros de los pavimentos asfálticos de carreteras

B.3.2.11. Exudación (EX) Corresponde a la presencia de una película de asfalto libre en la superficie del pavimento, la cual presenta un aspecto brillante y pegajoso que, bajo condición de superficie húmeda, produce importantes pérdidas de fricción.

1

Se presenta de forma puntual en un área específica.

2

Se presenta continua sobre el área o trayectoria por donde circula la rueda del vehículo.

3

Se presenta continua y muy marcada en diversas áreas de la superficie del pavimento.

La exudación se debe principalmente a defectos en la manufactura de la mezcla, asociados a una cantidad excesiva de asfalto o un contenido muy bajo de vacíos con aire. B - 25

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B.3.2.12. Afloramiento de mortero (AM) Corresponde al afloramiento de agua infiltrada, junto con materiales finos de la capa de base. La presencia de manchas o de material acumulado en la superficie del borde de las fisuras indica la existencia de este fenómeno.

1

Localizados y apenas perceptibles

2

Intensos

3

Muy intensos

La ausencia o un inadecuado sistema de drenaje interno resulta ser la causa principal de este tipo de deterioro, el cual se presenta en zonas fisuradas no tratadas a tiempo por donde se registra la expulsión, hacia la superficie, de agua mezclada junto con material fino de la base. B - 26

Anexo B – Instructivo para la inspección visual y la evaluación de los deterioros de los pavimentos asfálticos de carreteras

B.3.2.13. Afloramiento de agua (AA) Se manifiesta por la presencia del líquido en la superficie del pavimento en instantes en los cuales no hay lluvia. El afloramiento se presenta por las fisuras y por las áreas segregadas del pavimento.

1

Localizados y apenas perceptibles

2

Intensos

3

Muy intensos La carencia de un adecuado sistema de drenaje interno resulta ser la causa principal de este tipo de deterioro.

B - 27

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B.3.2.14. Desintegración de los bordes del pavimento (DB) Este deterioro se presenta cuando las bermas no son revestidas y los vehículos se estacionan frecuentemente en ellas o circulan muy cerca del borde de la calzada.

1

Inicio de la desintegración, sectores localizados

2

La calzada ha sido afectada en un ancho de 500 mm o mas

3

Erosión extrema que conduce a la desaparición del revestimiento asfáltico

La principal causa de este deterioro está asociada con el tránsito repetido de vehículos por los bordes del pavimento. B - 28

Anexo B – Instructivo para la inspección visual y la evaluación de los deterioros de los pavimentos asfálticos de carreteras

B.3.2.15. Escalonamiento entre calzada y berma (ECB) Corresponde al desnivel que presentan las bermas con respecto a la superficie del pavimento (rasante).

1

Desnivel entre 10 mm a 50 mm

2

Desnivel entre 50mm a 100 mm

3

Desnivel superior a 100 mm

El desnivel se puede presentar debido a la consolidación de las capas que conforman la estructura de la berma. Otra causa puede estar asociada con el arrastre de material que genera la circulación de vehículos sobre bermas no revestidas. En muchos casos, el escalonamiento se puede deber, simplemente, al hecho de que la construcción se realizó dejando una diferencia de nivel entre la calzada y la berma. B - 29

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B.3.2.16. Erosión de las bermas (EB) Corresponde a la destrucción de bermas revestidas y no revestidas.

1

Erosión incipiente

2

Erosión pronunciada

3

Erosión extrema que pone en peligro la estabilidad de la calzada y la seguridad de los usuarios

La causa de este deterioro es un inadecuado sistema de drenaje superficial. B - 30

Anexo B – Instructivo para la inspección visual y la evaluación de los deterioros de los pavimentos asfálticos de carreteras

B.3.2.17. Segregación (S) La segregación granulométrica en una mezcla asfáltica se puede definir como la distribución no uniforme de los agregados finos y gruesos [ref. B.4], la cual da lugar a una falta de homogeneidad en las propiedades y características de la mezcla, de tal magnitud que provoca un acortamiento sensible de la durabilidad de las mezclas bituminosas. Para adelantar la inspección se consideran los siguientes niveles de gravedad. Nivel de gravedad 1. Longitud comprometida < 10% de la sección (100 metros) en una calzada, áreas aisladas muy locales. Se debe mantener en continua observación. Nivel de gravedad 2. Longitud comprometida ≥ 10% a < 50% de la sección (100 metros) en una calzada, áreas aisladas y continuas. Nivel de gravedad 3. Longitud comprometida ≥ 50% de la sección (100 metros) en una calzada, áreas continuas.

Este tipo de deterioro está asociado con problemas de producción de la mezcla asfáltica y/o deficiencias en la construcción (carga, transporte, colocación o compactación). B - 31

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B.4. ESTRUCTURA DE LA RECOLECCION DE LOS DATOS EN EL TERRENO Existen diversos métodos para la recolección de datos durante el inventario de los deterioros de los pavimentos, los cuales se pueden agrupar en métodos automatizados y métodos visuales. Los visuales son los más usados y, en acuerdo con lo indicado en el Capítulo 4 de la Parte 2 de esta guía metodológica, a ellos corresponde el recomendado en este instructivo para adelantar esta actividad en las carreteras nacionales durante los estudios para la rehabilitación de sus pavimentos. Entre los métodos visuales más relevantes se encuentran el desarrollado en los Estados Unidos de América bajo el programa SHRP [ref. B.5] [ref. B.6], el producido por el Washington State Department of Transportation [ref. B.7] y el método VIZIR, de origen francés [ref. B.2]. La Tabla B.3 presenta un cuadro comparativo de algunos métodos en uso para adelantar esta actividad. En general, todos los métodos citados emplean un sistema de codificación numérica para los diferentes tipos de deterioros que se diligencian en un formato de datos. Algunos incluyen, en adición al formato de datos, un registro esquemático de los deterioros de forma gráfica, tal el caso del método SHRP, el cual es esencialmente gráfico. Tabla B.3. Métodos de recolección de datos en inspección de deterioros en pavimentos asfálticos de carreteras PAÍS Y/O ESTADO España [ref. B.8] Canada, British Columbia Ministry of Transportation[ref. B.9] USA. SHRP [ref. B.5] [ref. B.6] Brasil, Ministerio dos Transportes [ref. B.10] Malaysia [ref. B.11] Chile, Dirección de la Vialidad MOP [ref. B.12] WSDOT, Washington State Department of Transportation [ref. B.7] VDOT, Virginia State Department of transportation [ref. B.13]

DOCUMENTO GUÍA Guía para la realización de la inspección visual de firmes Pavement surface condition rating manual Distress identification manual Avaliação objetiva da superfície de pavimentos flexíveis e semirígidos- Procedimento A guide to visual assessment of flexible pavement surface conditions

FORMATO FORMATO DE DATOS GRÁFICO •

•

•

•

•

•

•

•

•

No se reporta

Método de Gestión Vial

•

Pavement surface condition rating manual

•

Pavement condition rating form

•

B - 32

Anexo B – Instructivo para la inspección visual y la evaluación de los deterioros de los pavimentos asfálticos de carreteras

Los métodos que sólo emplean el sistema de registro de datos presentan la dificultad de que la probabilidad de cometer errores al transcribir números es mayor que en los métodos gráficos. Con el objeto de estandarizar y facilitar la recolección de la información correspondiente al inventario de los deterioros del pavimento, el procesamiento y su posterior análisis, se ha optado en este instructivo por el empleo del Formato B.1 para el registro de los deterioros en campo, el cual incluye una parte para el registro de los datos y una parte para la representación gráfica de los deterioros, con lo cual se podrá tener una visión clara del comportamiento que presenta el pavimento a nivel superficial; de igual forma, la información registrada puede ser utilizada en el procesamiento y en el diagnóstico de los deterioros presentes en el pavimento asfáltico. La metodología de recolección de datos involucra un recorrido a pie, realizando la inspección visual del estado del pavimento, paralelamente al cual se deberá realizar el diligenciamiento del Formato B.1. El registro gráfico en este formato se deberá realizar mediante un croquis, con las simbologías asociadas a cada tipo de defecto superficial que se muestra en la Figura B.3. Para adelantar este proceso de registro se deberán tener en cuenta los criterios de medición que se presentan a continuación, así como, las pautas para el llenado adecuado de los formatos estandarizados con los datos necesarios para la correcta definición del estado global del pavimento. Es importante que los procedimientos planteados en este instructivo se sigan con rigor, diligenciando cuidadosamente los formatos y, en consecuencia, los reportes sobre los deterioros que se presenten en los pavimentos, deberán servir para determinar el Índice de Deterioro superficial “Is” de una manera adecuada.

B.5. LEVANTAMIENTO DE LOS DETERIOROS B.5.1. Etapas El proceso del levantamiento de los deterioros involucra dos etapas. La primera es la “planificación”, donde básicamente se organizan las tareas por realizar, definiendo temas tales como la localización de la carretera, la longitud del tramo por estudiar, la programación, el plazo para la ejecución del trabajo, el rendimiento deseado y la cantidad requerida de personal; así mismo, se debe asegurar que el B - 33

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personal que adelante esta actividad tenga el conocimiento y la capacitación necesaria y que esté familiarizado con el instructivo. Una segunda etapa, corresponde directamente al “levantamiento de los deterioros”, la cual involucra la calificación de éstos, a partir de los siguientes pasos: -

Paso 1. Identificación del deterioro.

-

Paso 2. Medición (extensión).

-

Paso 3. Gravedad.

Para la identificación del deterioro se deberán seguir las indicaciones y recomendaciones que al respecto se presentan en el numeral B.3 de este instructivo, donde se describen los diferentes tipos de deterioros de los pavimentos asfálticos de las carreteras nacionales. La medición de los deterioros que corresponde básicamente a la extensión para los deterioros del tipo A y para la mayoría de los casos de deterioros del tipo B, que se presentan en las Tablas B.4 y B.5, respectivamente, está dada por el porcentaje de la longitud de la sección (100 metros) que se encuentra afectada por el deterioro respectivo, salvo en los casos en los cuales se indica otra unidad de medida. La gravedad indica el grado de severidad del deterioro. Su valoración está dada en una escala de uno (1) a tres (3), donde 3 indica la mayor severidad del deterioro, 2 una severidad moderada y 1 la menor severidad. Para adelantar esta actividad se deberá diligenciar el Formato B.1, el cual contiene la información básica necesaria para registrar los deterioros presentes en el pavimento asfáltico, así como el esquema gráfico de la disposición y los tipos de deterioros.

B - 34

Anexo B – Instructivo para la inspección visual y la evaluación de los deterioros de los pavimentos asfálticos de carreteras

Tabla B.4. Niveles de gravedad de los deterioros del Tipo A NIVEL DE GRAVEDAD DETERIORO

1

Ahuellamiento y otras deformaciones estructurales

Sensible al usuario, pero poco importante Prof < 20 mm

Fisuras longitudinales por fatiga

Fisuras finas en la huella de rodamiento. 500 mm) con fisuración fina, sin pérdida de materiales.

Bacheos y parcheos

Intervención de superficie ligada a deterioros tipo B.

2

3

Deformaciones que afectan de manera importante la comodidad y la seguridad de los usuarios. Prof > 40 mm Fisuras muy ramificadas, y/o muy abiertas. Fisuras abiertas y a Bordes de fisuras menudo ramificadas. ocasionalmente degradados. Mallas con grietas muy Mallas más densas abiertas y con ( 0.8 ≤ 0.8 Long. Comprometida ≥ 10% a < 50% de la sección (100m) Continúa sobre las trayectorias por donde circulan las ruedas del vehículo.

> 25 > 0.8 Long. Comprometida > 50% de la sección (100m)

Muy intensos

Pulimento agregados

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

Exudación

Puntual, área específica

Afloramientos: De mortero De agua

Localizados y apenas perceptibles

Intensos

Desintegración de los bordes del pavimento

Inicio de la desintegración, sectores localizados

La calzada ha sido afectada en un ancho de 500 mm o más.

Escalonamiento entre calzadas y berma

Desnivel entre 10 mm a 50 mm

Desnivel entre 50 y 100 mm

Erosión de las bermas

Erosión incipiente

Erosión pronunciada

Segregación

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

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

Continua y muy marcada, en diversas aéreas.

Erosión extrema que conduce a la desintegración del revestimiento asfáltico Desnivel superior a 100 mm La erosión pone en peligro la estabilidad de la calzada y la seguridad de los usuarios. Long. comprometida > 50% de la sección (10 0m)

* Cuando el número de ojos de pescado supere el número y el tamaño descritos en la tabla, se

deberán enfrentar como deterioros tipo A.

B - 36

Anexo B – Instructivo para la inspección visual y la evaluación de los deterioros de los pavimentos asfálticos de carreteras

B.5.2 Proceso de registro en campo El proceso de registro se debe adelantar empleando el Formato B.1, el cual se divide en cuatro partes, las cuales se muestran en la figura B.1 y se describen a continuación.

Figura B.1. - Formato B1. Registro de deterioros en pavimentos flexibles.

Parte 1. Corresponde a la parte superior, donde se debe diligenciar la información correspondiente a la identificación de la carretera objeto de la evaluación, el nombre del proyecto y el tipo de carretera, el cual hace referencia a la red vial principal (primaria y secundaria) y red terciaria nacional, que en la actualidad administra el INVÍAS. En el campo “código de la carretera” debe ir el número de la ruta y el número asignado al tramo. Por su parte, en el campo “PR al PR” se debe B - 37

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indicar el tramo de carretera objeto de la inspección (PR inicial y PR final). De igual forma, se debe registrar el tipo de sección vial (corte, terraplén o sección mixta), el número de carriles que constituyen la sección vial, el carril inspeccionado según lo indicado en el numeral B7 y, finalmente, si existen árboles en el costado de la carretera. Parte 2. Es el lado izquierdo del formato, el cual incluye la calificación del nivel de gravedad o severidad del deterioro, la longitud, área y en algunos casos la profundidad. El registro se debe realizar de manera secuencial, siguiendo el registro del abscisado de la parte superior, el cual debe representar una sección de 100 metros de longitud, abscisada cada 10 metros. El formato incluye el registro de los deterioros de los tipos A y B, claramente separados. De igual forma, presenta un campo específico para cada tipo de deterioro y abscisa, donde se debe registrar en la parte superior el nivel de gravedad (1, 2 o 3) y en la parte inferior la longitud, profundidad, área o unidad, según sea el caso. En la Figura B.2, se presentan cuatro posibilidades en el registro de los deterioros.

Figura B.2. - Ejemplo de registro de deterioros

Parte 3. Corresponde a la parte derecha del formato, donde se registra de forma gráfica en un tramo de 100 metros (sección), el esquema de los deterioros con las simbologías asociadas a cada uno de ellos, en acuerdo con la Figura B.3. B - 38

Anexo B – Instructivo para la inspección visual y la evaluación de los deterioros de los pavimentos asfálticos de carreteras

Parte 4. En este espacio se deben registrar las observaciones que el ingeniero considere de interés sobre el levantamiento de los deterioros en el pavimento asfáltico objeto de la inspección. Ahuellamiento

Pérdida de película de ligante

Depresiones o hundimiento longitudinal

Pérdida de agregado

Depresiones o hundimiento transversal

Descascaramiento

Fisuras piel de cocodrilo

Pulimento de agregados

Bacheos y parcheos

Exudación

Fisuras longitudinales de junta de construcción

Afloramiento de mortero

Fisuras transversal de junta de construcción

Afloramiento de agua

Fisura de contracción térmica

Desintegración de los bordes del pavimento

Fisuras parabólicas

Escalonamiento entre calzada y berma

Fisuras de borde

Erosión de bermas

Ojos de pescado

Segregación

Abultamiento o desplazamiento de la mezcla

Figura B.3. - Simbología para el registro de los deterioros en pavimentos asfálticos para carreteras

B.5.3 Criterios para el levantamiento y para la medición de deterioros -

Se debe realizar el abscisado de la carretera de tal modo que el inventario de los deterioros se realice de manera continua en la carretera para cada 100 metros de longitud de calzada, los cuales definen la sección de medición. Para los casos donde la carretera sea de doble calzada, el inventario se deberá hacer B - 39

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de manera independiente por calzada, manteniendo como unidad de inventario los mismos 100 metros. -

El inventario de los deterioros se debe referenciar a partir del punto inicial de referencia PR materializado, dado para el proyecto, garantizando siempre que el tramo inventariado (100 m) coincida con un PR múltiplo de 100. En los casos donde esta condición no se cumpla, por ejemplo, que el PR de inicio sea PR2+025, la primera longitud por inventariar será de 75 metros (PR2+025 al PR2+100). A partir de este punto se continuará con el inventario de los deterioros cada 100 metros, en el sentido de avance del abscisado.

-

El registro de los deterioros del pavimento se debe llevar en el formato B.1, en el cual se deben indicar los tipos de deterioros presentes en la sección con sus niveles de gravedad. De igual forma, se debe hacer el levantamiento gráfico de los deterioros en el espacio determinado para tal fin.

-

El ahuellamiento se debe medir en los carriles izquierdo y derecho, cada 5 metros. Para las carreteras de doble calzada o con más de dos carriles, se debe medir el ahuellamiento en cada carril. Se asignará el mayor valor de ahuellamiento obtenido cada 10 metros, así como el mayor valor obtenido en la sección evaluada (100 m), como valor representativo de ésta.

-

El ángulo relativo de los rayos del sol que se proyectan sobre la superficie de la carretera puede tener un impacto significativo en la observación visual de los deterioros del pavimento. Teniendo en cuenta lo anterior, cuando se realicen estos trabajos, el evaluador se debe asegurar de observar la superficie del pavimento en más de una dirección. Como norma general, los fisuramientos son más fácilmente visibles cuando el evaluador realiza la inspección con el sol enfrente de él. En la Figura B.4 se aprecia un ejemplo de la incidencia que tienen los rayos del sol sobre la observación de las fisuras en los pavimentos asfálticos. En la fotografía de la izquierda se aprecia la presencia de una fisura longitudinal, mientras que ella no se advierte en la fotografía derecha, tomada en el mismo sitio en sentido opuesto a la anterior.

-

Con el objeto de determinar de una manera adecuada el índice de deterioro superficial “Is”, se debe segmentar la longitud total del corredor a evaluar, en tramos de 500 metros de longitud. Estos tramos se determinarán a partir del PR inicial, siguiendo el mismo procedimiento indicado anteriormente para las secciones de 100 metros. En este sentido, la asignación del “Is” se efectuará

B - 40

Anexo B – Instructivo para la inspección visual y la evaluación de los deterioros de los pavimentos asfálticos de carreteras

cada 500 metros y de manera consecutiva a lo largo de la longitud de la carretera en estudio.

Fisura longitudinal

Figura B.4. - Incidencia de los rayos solares en la observación visual de las fisuras en un pavimento flexible

-

Si se presentan deterioros como exudación (EX), pulimento de agregados (PU), escalonamiento entre calzada y berma (ECB), erosión de berma (EB) u otro deterioro que involucre la totalidad de la longitud de la sección evaluada, no es necesario registrarla gráficamente, basta con dejar la observación en el espacio indicado para tal efecto: Parte 4 del formato B.1, descrita en el numeral B.5.2.

B.6. PROCESAMIENTO Y PRESENTACIÓN DE LA INFORMACIÓN La información recolectada en terreno del inventario de los deterioros presentes en los pavimentos asfálticos (formato B.1), debe ser procesada diligenciando los formatos de estandarización siguientes: (i) Formato B.2: Resumen deterioros del tipo "A" en pavimentos asfálticos para carreteras; (ii) Formato B.3: Resumen deterioros del tipo "B" en pavimentos asfálticos para carreteras; (iii) Formato B.4: Cálculo del Is por secciones de 100 metros. B.6.1. Formato B.2 Resumen deterioros del Tipo "A" en pavimentos asfálticos para carreteras En la parte superior se debe diligenciar la información correspondiente al nombre de la carretera inspeccionada y el nombre del proyecto. En el campo “código de la carretera” debe ir el número de la ruta y el número asignado al tramo. Por su parte, en el campo “PR al PR” se debe indicar el tramo de carretera objeto de estudio (PR inicial y PR final). B - 41

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En los campos posteriores se debe realizar el registro de manera secuencial, siguiendo el abscisado cada 100 metros de longitud (sección de estudio). En el campo Longitud de Muestreo se debe registrar la longitud, en metros, de cada sección analizada. Se debe registrar la extensión, que corresponde a la longitud en metros comprometida con el deterioro, el porcentaje de la longitud afectada con respecto a la sección, y el nivel de gravedad, definido como un número entero con valores de 1, 2 o 3. Los deterioros del tipo A que se deben registrar son: ahuellamiento (AH) depresiones o hundimientos longitudinales (DL), depresiones o hundimientos transversales (DT), fisuras longitudinales por fatiga (FLF), fisuras piel de cocodrilo (FPC) y bacheos y parcheos (B). Como es posible que uno o más deterioros se presenten en una sección de 100 metros con distintos niveles de gravedad, el nivel representativo se debe establecer cómo un promedio ponderado, mediante la expresión

G Donde:

li:

l1 2l2 3l3 l1 l2 l3

Longitud ocupada por el deterioro con gravedad “i” dentro de la sección (100m).

Como la gravedad es un número entero (1, 2 o 3), el valor obtenido al realizar la ponderación se deberá redondear de acuerdo con el siguiente criterio: Si G < 1.5 Si 1.5 ≤ G < 2.5 Si G ≥ 2.5

se toma 1 se toma 2 se toma 3

El nivel de gravedad representativo GR se debe registrar en la última columna del formato B.2. B.6.2. Formato B.3 Resumen deterioros del tipo "B" en pavimentos asfálticos para carreteras En la parte superior se debe diligenciar la información correspondiente al nombre de la carretera inspeccionada y el nombre del proyecto. En el campo “código de la B - 42

Anexo B – Instructivo para la inspección visual y la evaluación de los deterioros de los pavimentos asfálticos de carreteras

carretera” debe ir el número de la ruta y el número asignado al tramo. Por su parte, en el campo “PR al PR” se debe indicar el tramo de carretera objeto de estudio (PR inicial y PR final). En los campos posteriores se debe realizar el registro de manera secuencial, siguiendo el abscisado cada 100 metros de longitud (sección de estudio). Se debe registrar la extensión que corresponde a la longitud, en metros, comprometida con el deterioro, excepto para los deterioros de los tipos ojos de pescado y descascaramientos, cuya extensión está dada por unidad y por m 2, respectivamente. Así mismo, se debe registrar el nivel de gravedad, definido como un número entero con valores de 1, 2 o 3. Los deterioros del tipo B que se deben registrar corresponden a los indicados en la Tabla B.2. B.6.3. Formato B.4 Resumen cálculo del Índice de Deterioro Superficial “Is” En la parte superior se debe diligenciar la información de manera similar a lo indicado para el Formato B.3. En los campos posteriores se debe realizar el registro de manera secuencial, siguiendo el abscisado cada 100 metros de longitud (sección de estudio). Para el cálculo del Índice de Deterioro Superficial “Is”, sólo se tienen en cuenta los deterioros del tipo A, y su valoración está definida de forma cuantitativa por un número que puede presentar valores que varían entre 1 y 7 En los campos correspondientes al cálculo del Índice de Fisuración (If) se debe registrar de forma individual, para los deterioros FLF y FPC, la extensión que corresponde a la longitud en metros comprometida con el deterioro; el nivel de gravedad, definido como un número entero con valores de 1, 2 o 3 y el Índice de Fisuración (campos If(1) e If(2)). En el campo Índice de Fisuración “If” se debe registrar el mayor de los índices If(1) e If(2) calculados. En los campos correspondientes al cálculo del Índice de Deformación (Id) se debe registrar, para los deterioros AH, DL y DT, la extensión que corresponde a la longitud, en metros, comprometida con el deterioro, el nivel de gravedad, definido como un número entero con valores de 1, 2 o 3 y el Índice de Deformación “Id”. En el campo Índice de Deterioro Superficial Inicial Is, se debe registrar el valor obtenido en el primer cálculo realizado de este índice, a partir de la combinación B - 43

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del If y del Id. Posteriormente, y si es del caso, se procederá a determinar el valor de la corrección, en función de la extensión y de la gravedad de los parcheos y bacheos en la sección. En el campo Índice de Deterioro Superficial Final Is, se debe registrar el valor obtenido al sumar el índice de deterioro superficial inicial y el valor por corrección si éste existe; de lo contrario, el valor del Is final, será igual al calculado para el Is inicial. La columna final, denominada “categoría”, corresponde a una variable cualitativa que permite calificar la condición superficial del pavimento, a partir de los valores del Índice de Deterioro Superficial Final Is, transformados en tres categorías, como se presenta en la Tabla B.6. B.7. CONVENCIÓN PARA LA NUMERACIÓN DE CARRILES La numeración de los carriles se debe realizar siguiendo las siguientes consideraciones: -

Para las vías de dos carriles se asignaran los códigos 1 y 2, considerando la numeración de izquierda a derecha en el sentido en que aumenta el abscisado (PR), como se muestra en la figura B.5. Tabla B.6. Agrupación del Is en categorías como variable cualitativa (Condición del pavimento según el inventario) CATEGORÍA Condición buena Condición marginal Condición deficiente

-

Is 1-2 3-4 5–6-7

Para las vías con 2 o más carriles por calzada se asignarán los códigos 1, 2, 3, 4, y así sucesivamente considerando la numeración de izquierda a derecha en el sentido en que aumenta el abscisado (PR).

B - 44

Anexo B – Instructivo para la inspección visual y la evaluación de los deterioros de los pavimentos asfálticos de carreteras

Figura B.5. - Convención numérica de carriles.

REFERENCIAS B.1 - FHWA, “Variability of pavement distress data from manual surveys”, FHWA – RD – 00 – 160. 2000 B.2 - LCPC, “VIZIR, méthode assistée par ordenateur pour l’estimation des besoins de entretien d’un réseau routier”, Paris, Décembre 1991 B.3 – UNIVERSIIDAD NACIONAL, “Manual para la inspección visual de pavimentos flexibles”, Convenio ínter administrativo 0587-03, Bogotá, Octubre de 2006 B.4 - STROUP-GARDINER M & BROWN E.R., “Segregation in Hot Mix Asphalt Pavements”, National Cooperative Highway Research Program Report 441, Transportation Research Board, National Research Council. Washington, D.C., 2000 B.5 - SHRP, “Distress identification manual for the long-term pavement performance project”, SHRP-P-338 National Research Council, Washington, D.C. 1993 B - 45

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B.6 - SHRP, “Distress identification manual for the long-term pavement performance program” (Fourth Revised Edition). Infrastructure Research and Development Federal Highway Administration, VA, 2003 B.7 - WASHINGTON STATE DEPARTMENT OF TRANSPORTATION (WSDOT), “Pavement surface condition rating manual”, 1992. B.8 – CARRETEROS.ORG, “Guía para la realización de la inspección visual de firmes” B.9 - BRITISH COLUMBIA MINISTRY OF TRANSPORTATION, “Pavement surface condition rating manual”, Second Edition, February 2002 B.10 - MINISTERIO DOS TRANSPORTES. DEPARTAMENTO NACIONAL DE INFRAESTRUTURA DE TRANSPORTES DNIT, “Avaliação objetiva da superfície de pavimentos flexíveis e semi-rígidos - Procedimento”, Norma DNIT 006/2003 – PRO B.11 - INSTITUT KERJA RAYA MALAYSIA (IKRAM), “A guide to visual assessment of flexible pavement surface conditions” B.12 - DE SOLMINIHAC H., “Gestión de Infraestructura Vial”, 1998 B.13 - VIRGINIA DEPARTMENT OF TRANSPORTATION, “A guide to evaluating pavement distress through the use of digital images”, Asset Management Division, April 2006 B.14 - U.S. ARMY CORP OF ENGINEERS, Pavement Maintenance Management for Roads and Streets Using the PAVER System”, Washington, D. C., 1990 B.15 - STROUP-GARDINER M & BROWN E.R., “Segregation in hot mix asphalt pavements”, National Cooperative Highway Research Program Report 441, Transportation Research Board, National Research Council. Washington, D.C., 2000 B.16 - INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS, “Manual de diseño geométrico para carreteras,” Bogotá, 1998 B.17 - INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS, “Estudio para la preparación técnica de información sobre tránsito y seguridad vial en la fase pre-operativa de los contratos de mejoramiento y mantenimiento integral”. Volumen II, Estandarización de las mediciones en campo, Bogotá, Agosto de 2004

B - 46

ANEXO C            Factores para el ajuste de las  deflexiones de los pavimentos  asfálticos por efecto de la  temperatura  

                             

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C-2

Anexo C – Factores para el ajuste de las deflexiones de los pavimentos asfálticos por efecto de la temperatura

ANEXO C FACTORES PARA EL AJUSTE DE LAS DEFLEXIONES DE LOS PAVIMENTOS ASFÁLTICOS POR EFECTO DE LA TEMPERATURA Autor: Fernando Sánchez Sabogal, para el Consorcio BETA (Contrato INVÍAS 2761/07)

C.1. INTRODUCCIÓN Las deflexiones se han utilizado durante décadas para evaluar diferentes características de los pavimentos, entre ellas la capacidad para soportar las cargas del tránsito, su vida residual y su uniformidad. Los valores de ellas son dependientes tanto de las variaciones estacionales en la humedad de las capas granulares y de la subrasante, como de las variaciones diarias de temperatura de las capas asfálticas y de la degradación que van sufriendo los diferentes materiales del pavimento con el tiempo, a causa de los agentes ambientales y la acción repetida de las cargas de los vehículos. Durante el transcurso del tiempo se han desarrollado muchos métodos para medir la temperatura de las capas asfálticas y para ajustar los valores de deflexión a causa de su influencia. Generalmente, la temperatura que se toma como referencia es 20ºC y el ajuste se realiza multiplicando la deflexión medida a cualquier temperatura (DT) por un factor de corrección (FT):

D20 DT *FT

(1)

La finalidad de este documento es analizar algunas de las ecuaciones y gráficas de ajuste que aparecen en la bibliografía y establecer si la fórmula que se ha tenido mayor aplicación en Colombia desde hace unos 25 años para corregir las deflexiones Benkelman por temperatura requiere alguna revaluación y, además, si ella resulta aplicable a la corrección de las deflexiones medidas con deflectómetros de impacto.

C. 2. LA FÓRMULA DEL MOPT (COLOMBIA) En las sesiones del Tercer Simposio Colombiano sobre Ingeniería de Pavimentos (Cartagena – 1979), el autor de este informe presentó una ecuación para convertir C-3

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a 20º C las deflexiones Benkelman medidas a otras temperaturas de las capas asfálticas de los pavimentos flexibles [ref. C.1], ecuación que muchos atribuyen, erróneamente, a la Universidad del Cauca. En la exposición de los fundamentos teóricos, el informe citaba, al analizar la fórmula desarrollada por Kirk para el cálculo de deflexiones en sistemas de tres capas, que “la deflexión es función de los módulos de elasticidad de las diversas capas que componen la estructura y, por lo tanto, es de esperar que para una determinada estructura de pavimento, la deflexión varíe con el tiempo si ocurren modificaciones en tales módulos a causa de muy diversos factores” y que, por lo tanto, para llevar a cabo un estudio que tuviese en cuenta solamente los cambios de temperatura se debía reducir a “un mínimo la influencia de los demás factores”. Además, se ponía de presente que “la incidencia de la variación de la rigidez de las capas asfálticas sobre las deflexiones es mayor mientras menor sea el módulo de las capas granulares y/o la subrasante, es decir mientras más débil sea la estructura del pavimento, o sea que la variación de la deflexión por el efecto de la temperatura, para un determinado espesor de las capas asfálticas, depende de la magnitud de la deflexión en sí misma”, como lo muestran los datos de la Tabla C.1, tomada de la referencia [C.2], en la cual se presentan los resultados de los cálculos efectuados con la fórmula de Kirk para un sistema de tres capas para un área cargada de 15 cm de radio, 7 kg/cm2 de presión de contacto, espesores de 15 y 30 cm para las capas asfálticas y granulares, respectivamente, y diferentes valores de E2 y E3, cuando E1 pasa de 10.000 Kg/cm2 a 50.000 kg/cm2. Los datos de la tabla muestran que, a igualdad de todos los demás factores, para un incremento de E1, la variación de la deflexión (ΔD) se hace mayor de acuerdo con el valor inicial de ella, es decir, a medida que la estructura en conjunto es más débil.

C-4

Anexo C – Factores para el ajuste de las deflexiones de los pavimentos asfálticos por efecto de la temperatura

Tabla C.1. Efecto de los módulos de elasticidad sobre las deflexiones en sistemas de 3 capas [ref. C.2]

E1/E3

E2/E3

E1/E2

10.000 10.000 5.000 50.000 10.000 5.000

2 10

2 2

1 5

D (0.01 mm) 20 13

10.000 10.000 50.000 10.000

500 500

20 100

20 20

1 5

58 44

14

24

10.000 50.000

500 500

20 100

2 2

10 50

110 72

38

34.5

E1

E2

E3

1.000 1.000

ΔD (0.01 mm)

ΔD (%)

7

35

Siguiendo el procedimiento propuesto por Petroni y colaboradores [ref. C.2], se adelantó una investigación de campo sobre cuatro (4) tramos de pavimentos flexibles de la red vial nacional colombiana, obteniéndose la siguiente expresión para ajustar a 20ºC las deflexiones Benkelman medidas a otras temperaturas:

FT Donde

1 1 8 * 10 4 h(T 20)

(2)

h:

Espesor de las capas asfálticas en el sitio de la medida (cm).

T:

Temperatura de las capas asfálticas en el momento de medir la deflexión (ºC)

C.3. FÓRMULA DESARROLLADA POR LA PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATÓLICA DE CHILE Como parte de plan de control y seguimiento de pavimentos asfálticos adelantado por la Pontificia Universidad Católica de Chile para la Dirección de Vialidad de ese país, se obtuvo una ecuación de corrección de las deflexiones por efecto de la temperatura, la cual fue presentada en 1989 [ref. C.3]. Partiendo también de la correlación entre las deflexiones y los módulos y realizando medidas en 11 tramos testigos, los investigadores obtuvieron la siguiente expresión general para ajustar a 20º C las deflexiones medidas en pavimentos asfálticos a otra temperatura (T):

C-5

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FT

(1.054)(T

20)/u

(3)

El valor “u” hallado para los pavimentos con base granular fue el que muestra la fórmula siguiente, donde “h” es el espesor de las capas asfálticas, en cm:

u

34.123(h)

0.725

(4)

La deflexión ajustada a 20º C (D20) se obtiene aplicando la ecuación (1). Los valores de los factores de ajuste a los cuales dan lugar las ecuaciones colombiana y chilena, para diferentes combinaciones de espesores y temperaturas de las capas asfálticas, se muestran en la Tabla C.2. Tabla C.2. Factores de ajuste de deflexiones por temperatura, según ecuaciones (2) y (3) TEMPERATURA DE LAS CAPAS 5 ASFÁLTICAS (ºC) COLOMBIA 5 1.064 10 1.042 15 1.020 20 1.0 25 0.980 30 0.961 35 0.943

ESPESOR DE LAS CAPAS ASFÁLTICAS (cm) 10 20 FACTOR DE CORRECCIÓN (FT) CHILE COLOMBIA CHILE COLOMBIA 1.077 1.136 1.130 1.316 1.051 1.087 1.085 1.190 1.025 1.042 1.042 1.087 1.0 1.0 1.0 1.0 0.976 0.962 0.960 0.926 0.952 0.926 0.921 0.862 0.928 0.893 0.885 0.808

CHILE 1.225 1.145 1.070 1.0 0.931 0.874 0.816

C.4. CURVAS DE AJUSTE DEL INSTITUTO DEL ASFALTO El antiguo manual de diseño de sobrecapas asfálticas del Instituto del Asfalto [ref. C.4] incluía una gráfica para ajustar a una temperatura de referencia de 70º F (21º C) las deflexiones medidas a otras temperaturas del pavimento (Figura C.1). Como lo muestra la gráfica, el factor de ajuste depende del espesor de las capas granulares y no del espesor de las asfálticas. Aunque el manual no explica el motivo, es posible intuir que el Instituto consideraba que entre menor fuese el espesor de las capas granulares, mayor debería ser el de las asfálticas. Teniendo en cuenta que la temperatura usual de referencia para la corrección de las deflexiones es 20º C, la Tabla C.3 presenta los factores que se obtendrían, para C-6

Anexo C – Factores para el ajuste de las deflexiones de los pavimentos asfálticos por efecto de la temperatura

diferentes espesores de las capas granulares, si la temperatura de referencia de las curvas de la figura C.1 fuese 20º C en lugar de los 21º C para la cual se elaboraron.

Figura C.1. – Factores de ajuste por temperatura para deflexiones medidas en pavimentos asfálticos [ref. C.4] Tabla C. 3. Factores de ajuste de las deflexiones para pavimentos asfálticos sobre bases granulares, según el Instituto del Asfalto (corregidos a 20º C) TEMPERATURA DE LAS CAPAS ASFÁLTICAS (ºC) 10 15 20 25 30

ESPESOR DE LAS CAPAS GRANULARES (cm) 0 25 50 FACTOR DE CORRECCIÓN (FT) 1.52 1.19 1.0 0.81 0.67

1.21 1.09 1.0 0.95 0.86

1.15 1.05 1.0 0.96 0.91

C.5 PROCEDIMIENTO SHRP PARA LA CORRECCIÓN DE LAS DEFLEXIONES POR TEMPERATURA El informe SHRP-P-654, elaborado por PCS/Law Engineering y publicado en 1993 [ref. C.5], tuvo por objeto la obtención de factores de corrección por temperatura para las deflexiones máximas medidas con deflectómetros en pavimentos asfálticos. Su fundamento es eminentemente teórico y parte de la ecuación de deflexiones de Boussinesq en un sistema de una capa e incorporando conceptos C-7

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sobre transformaciones de espesores de capas y de deflexiones en las interfaces entre capas, teniendo en cuenta que los pavimentos asfálticos están constituidos por varias capas de diferente rigidez. La fórmula deducida fue la siguiente:

Donde:

E1s, E1f:

Módulos de la capa asfáltica a 20ºC y a la temperatura de Ensayo.

Ei, En:

Módulos de las capas granulares y de la subrasante, respectivamente.

Fb1B:

Factor de deflexión de Boussinesq, en el fondo de las capas asfálticas

FbiT, FbiB:

Factor de deflexión de Boussinesq, en la parte superior y en el fondo de la capa granular “i”.

FbnT:

Factor de deflexión de Boussinesq, en la parte superior de la subrasante.

Los autores de la fórmula realizaron un análisis de sensibilidad para evaluar la influencia del espesor de las capas asfálticas, los módulos de las capas inferiores y las relaciones de Poisson sobre el factor de corrección. Los resultados indicaron que la influencia del espesor de las capas asfálticas y del módulo de la subrasante era alta, en tanto que resultaban despreciables las influencias de los módulos de las capas granulares [conclusión que no está muy de acuerdo con los datos obtenidos al aplicar la fórmula de Kirk, según se muestra en la Tabla C.1) y de las relaciones de Poisson. A causa de la cantidad de variables incluidas en la ecuación (5), los autores prepararon cuatro juegos de curvas a partir de valores típicos de las diferentes variables. En las figuras C.2 y C.3 se muestran los juegos aplicables a las estructuras flexibles (con base granular). Uno de ellos se recomienda cuando la subrasante es débil (módulo resiliente típico 10.000 lb/pg2) y el otro cuando el pavimento se ha construido sobre una subrasante fuerte, caracterizada por un módulo de 20.000 lb/pg2. Aunque en el documento no se incluyen, los autores recomiendan

C-8

Anexo C – Factores para el ajuste de las deflexiones de los pavimentos asfálticos por efecto de la temperatura

desarrollar curvas para un rango más amplio de valores anticipados del módulo de la subrasante.

Figura C.2. – Factores de ajuste por temperatura para deflexiones medidas en pavimentos flexibles sobre subrasantes débiles [ref. C.5]

Figura C.3. – Factores de ajuste por temperatura para deflexiones medidas en pavimentos flexibles sobre subrasantes fuertes [ref. C.5]

C-9

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C.6. LOS FACTORES DE CORRECCIÓN DEL MANUAL DE DISEÑO AASHTO-93 La guía de diseño de pavimentos publicada por la AASHTO en 1993 [ref. C.6] incluye, sin explicar su procedencia, una gráfica (Figura 5.6 de la Parte III del manual) en la cual se pueden obtener los factores de corrección de las deflexiones medidas a diferentes temperaturas (aparentemente con deflectómetro de impacto), en pavimentos asfálticos con base granular o estabilizada con asfalto. Los valores de los factores, para diferentes temperaturas y espesores de las capas asfálticas, se muestran en la Tabla C.4. Tabla C.4. Factores de ajuste de las deflexiones para pavimentos asfálticos sobre bases granulares y tratadas con asfalto, según la AASHTO TEMPERATURA DE LAS CAPAS ASFÁLTICAS (ºC) 5 10 15 20 25 30 35

ESPESOR DE LAS CAPAS ASFÁLTICAS (cm) 5 10 20 FACTOR DE CORRECCIÓN (FT) 1.13 1.08 1.04 1.0 0.96 0.93 0.90

1.20 1.14 1.07 1.0 0.94 0.89 0.83

1.25 1.16 1.08 1.0 0.92 0.83 0.74

C.7. LOS FACTORES DE CORRECCIÓN DE LA NORMATIVA ESPAÑOLA El Anexo 3 de la Instrucción de Carreteras, Norma 6.3 IC, de la Dirección General de Carreteras del Ministerio de Fomento español [ref. C.7] incluye, en su última página, las tres (3) expresiones que recomienda para el factor de corrección por aplicar a las deflexiones Benkelman, cuando la temperatura del pavimento asfáltico en el instante de la medición es diferente de 20º C. Una de las expresiones se recomienda cuando la superficie está poco fisurada y el espesor de las capas asfálticas es igual o superior a 10 cm:

FT

200 3T 140 C - 10

(6)

Anexo C – Factores para el ajuste de las deflexiones de los pavimentos asfálticos por efecto de la temperatura

En esta ecuación, T es la temperatura de las capas asfálticas (ºC), medida según se indica en la norma NLT 356 (en un orificio lleno de glicerina, de 2 a 5 cm de profundidad). Cuando el pavimento se encuentra muy fisurado y el espesor de las capas asfálticas es igual o superior a 10 cm:

2T 160 3T 140

FT

(7)

Si el pavimento está totalmente fisurado (bloques claramente definidos) o el espesor de las capas asfálticas es menor de 10 cm:

FT

1.0

(8)

El documento no menciona si las expresiones son aplicables a pavimentos con base granular o estabilizada, por lo que es de presumir que son aplicables a cualquier pavimento asfáltico. Lo que sí recomienda claramente, es que no se midan deflexiones cuando la temperatura de las capas asfálticas esté por debajo de 5º C, ni por encima de 30º C cuando el espesor de ellas sea igual o mayor de 10 cm, ni por encima de 40º C, cuando dicho espesor sea menor de 10 cm. La aplicación de las fórmulas (6), (7) y (8) para diferentes combinaciones de las variables, da lugar a los resultados que se muestran en la Tabla C.5. Tabla C.5. Factores de corrección de la deflexión por temperatura, según la normativa española TEMPERATURA DE LAS CAPAS ASFÁLTICAS (ºC) 5 10 15 20 25 30 35

< 10 Todos los casos 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0

ESPESOR DE LAS CAPAS ASFÁLTICAS (cm) 10 20 Sano

1.29 1.18 1.08 1.0 0.93 0.87 N/A

Fisurado

Muy fisurado

Sano

FACTOR DE CORRECCIÓN (FT) 1.10 1.0 1.29 1.06 1.0 1.18 1.03 1.0 1.08 1.0 1.0 1.0 0.98 1.0 0.93 0.96 1.0 0.87 N/A 1.0 N/A C - 11

Fisurado

Muy fisurado

1.10 1.06 1.03 1.0 0.98 0.96 N/A

1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0

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C.8. LOS FACTORES DE AJUSTE DE LA FHWA El Programa de Monitoreo Estacional (SMP, por su acrónimo en ingles) del LTPP (Long Term Pavement Performance Program), patrocinado por la FHWA (Federal Highway Administration), permitió la obtención de un conjunto de expresiones dirigidas al cálculo de los factores de ajuste por temperatura de las deflexiones medidas con FWD en 41 secciones de pavimentos asfálticos, en los Estados Unidos de América y en Canadá [ref. C.8]. Estas expresiones, que se encuentran en el capítulo 6 del documento, fueron derivadas de investigaciones sobre deflexiones medidas con deflectómetros de impacto y permiten, tanto la corrección de las deflexiones máximas como de las demás que forman parte del cuenco de deflexión. Las correcciones requieren el conocimiento de la deflexión medida a 90 centímetros del centro de la placa de carga, el espesor de las capas asfálticas, la temperatura en el punto medio del espesor de ellas y la latitud de la sección de pavimento ensayada. Los autores del procedimiento consideraron que las características del asfalto incidían significativamente en el módulo de rigidez de las capas asfálticas y que, de alguna manera, dicho efecto debería quedar reflejado dentro de las expresiones de corrección por desarrollar. Sin embargo, los ensayos sobre los asfaltos no estaban incluidos en esta parte del programa LTPP, por lo que los autores estimaron que la latitud del lugar podría ser un extrapolador grosero de la rigidez del asfalto, considerando que en los países donde se realizó el estudio se emplean asfaltos más consistentes en las zonas de baja latitud y clima cálido (sur de los Estados Unidos) y menos consistentes en las zonas de mayor latitud y clima frío (norte de Estados Unidos y sur de Canadá). Esta simplificación hace que las ecuaciones desarrolladas sean inaplicables en zonas tropicales, donde la temperatura ambiente y la de los pavimentos no son función de la latitud, sino de la altura sobre el nivel del mar. Por tal motivo y teniendo en cuenta que los pavimentos de la red vial colombiana constituyen el objetivo básico de este documento, no se presenta el desarrollo de los factores de corrección propuestos en este método, el cual puede ser consultado en la referencia [C.8]. De todas maneras y a efecto de conocer las tendencias, se han realizado 500 combinaciones de valores razonables de las diferentes variables que forman parte de las expresiones incluidas en la referencia [C.8] y se han efectuado los cálculos de los factores para corregir a 20º C las deflexiones máximas, obteniéndose los rangos que se muestran en la Tabla C.6, los cuales, en términos amplios, presentan

C - 12

Anexo C – Factores para el ajuste de las deflexiones de los pavimentos asfálticos por efecto de la temperatura

órdenes de magnitud similares a los obtenidos mediante los otros procedimientos descritos. Tabla C.6. Rango hallado para los factores de corrección de las deflexiones máximas, según las ecuaciones del documento FHWA-RD-98-085 TEMPERATURA DE LAS CAPAS ASFÁLTICAS (ºC) 5 10 15 20 25 30

5

ESPESOR DE LAS CAPAS ASFÁLTICAS (cm) 10 20 FACTOR DE CORRECCIÓN (FT)

1.04 – 1.12 1.03 - 1.08 1.01 - 1.04 1.0 0.94 - 0.99 0.90 - 0.97

1.13 - 1.22 1.07 - 1.14 1.03 - 1.08 1.0 0.92 - 0.96 0.85 – 0.92

1.13 - 1.25 1.09 - 1.20 1.04 – 1.10 1.0 0.90 – 0.95 0.82 – 0.91

C.9. COMPARACIÓN DE LOS FACTORES DE CORRECCIÓN POR TEMPERATURA PARA PAVIMENTOS ASFÁLTICOS CON BASE GRANULAR En general, se advierte una notable correspondencia entre los valores obtenidos con las fórmulas del MOPT de Colombia y de la Universidad Católica de Chile (Tabla C.2), excepto para la combinación de bajas temperaturas y altos espesores de las capas asfálticas, donde la ecuación del MOPT da lugar a valores muy superiores. Cabe advertir que en los trabajos de campo que condujeron a la deducción de la fórmula del MOPT dicha combinación no fue analizada, por cuanto el espesor máximo de las capas asfálticas en los tramos de prueba fue 17.8 cm, en tanto que la menor temperatura de ellas fue 17º C. En relación con los valores de la curvas del documento SHRP-P-654, los correspondientes a subrasantes fuertes coinciden bastante bien con los anteriores para espesores asfálticos de 10 cm y menores (excepto el correspondiente a 35º C y capas asfálticas de 10 cm). Los valores correspondientes a subrasantes débiles son, en general, menores que los obtenidos con las fórmulas de Colombia y de Chile. Para capas asfálticas de 10 cm, las mayores coincidencias con estas últimas se presentan con los pavimentos de subrasante fuerte cuando la temperatura de las capas asfálticas es menor de 20º C y con los obtenidos sobre subrasantes débiles cuando la temperatura es mayor. Las discrepancias que se presentan, en especial

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cuando los pavimentos se encuentran sobre subrasantes débiles, no son mayores de 3%. Los valores obtenidos de las curvas AASHTO son mayores que todos los anteriores para cualquier espesor de capas asfálticas cuando su temperatura es menor de 20ºC y son menores cuando ella es mayor de 20º C, aunque las discrepancias no suelen exceder de 5%. Respecto de la simplificación española para capas asfálticas de espesor menor de 10 cm (FT = 1.0), ella da lugar a diferencias hasta de 6% en relación con la fórmula colombiana y hasta de 7% con la fórmula chilena y con las curvas del documento SHRP-P-654. Cuando el espesor de las capas asfálticas es igual o superior a 10 cm, la comparación resulta más compleja, por cuanto la magnitud de las diferencias depende de la sanidad de las capas asfálticas, la cual es considerada de manera explícita en la normativa española, como se indica a continuación: -

Para pavimentos sanos y temperatura de las capas asfálticas por debajo de 20º C, los coeficientes correctores españoles son mucho mayores que los obtenidos por los otros procedimientos. Por ejemplo, para 5º C, el factor español es 1.29 contra un promedio de 1.13, es decir, casi 15% de diferencia; en tanto que para 15º C, las diferencias en valores absolutos y relativos, aunque son menores, mantienen alguna consideración (1.08 contra 1.04, equivalente a 4% de diferencia).

-

Si el pavimento es sano y la temperatura está por encima de 20º C, los factores de corrección españoles son bastante menores, aunque las diferencias no pasan, en términos porcentuales, de 6%.

-

Cuando las superficies asfálticas se encuentran medianamente fisuradas, la tendencia de las expresiones es exactamente la contraria (menores valores con la fórmula española cuando la temperatura de las capas asfálticas es menor de 20º C y mayores por encima de dicha temperatura). Sin embargo, porcentualmente hablando, las diferencias no son excesivas, pues nunca llegan a 2%.

En relación con las expresiones del documento FHWA-RD-98-085, los rangos de factores de corrección presentados en la Tabla C.6 comprenden los valores obtenidos por todas las demás metodologías analizadas (excepto las situaciones extremas de la norma española). No obstante, una comparación precisa no resulta

C - 14

Anexo C – Factores para el ajuste de las deflexiones de los pavimentos asfálticos por efecto de la temperatura

posible, en razón de la gran cantidad de variables involucradas en las fórmulas de la FHWA y los bajos coeficientes de correlación de ellas. Por último, no resulta fácil comparar los factores obtenidos al usar las curvas del Instituto del Asfalto con los calculados mediante los demás criterios, en razón de que aquellas no consideran el espesor de las capas asfálticas sino el de las capas granulares. Sin embargo, grosso modo, se puede decir que los factores del Instituto para capas granulares de 50 cm (Tabla C.3) son razonablemente coincidentes con los del manual AASHTO-93, los de la normativa española y los de la publicación FHWA-RD-98-085 para espesores de capas asfálticas de 10 cm.

C.10. FACTORES DE CORRECCIÓN PARA PAVIMENTOS ASFÁLTICOS CON BASE RÍGIDA Cuando se dedujo la fórmula del MOPT, en 1979, se estableció que su aplicación se restringía a pavimentos asfálticos con base granular. En consecuencia, para el caso de los pavimentos semirrígidos o compuestos, siempre ha sido necesario el empleo de otra ecuación de corrección que sea aplicable a ellos. La ecuación (3), desarrollada por la Pontificia Universidad Católica de Chile, es genérica y para su aplicación en este tipo de pavimentos sólo se requiere considerar el parámetro de ajuste “u” deducido para este caso:

u

35.649 (h)

0.624

(9)

El informe SHRP-P-654 antes citado [ref. C.5], también incluye juegos de curvas con factores de corrección para pavimentos con base rígida (Figuras C.4 y C.5) y el manual de diseño AASHTO-93 [ref. C.6] incluye una gráfica (figura 5.7 de la Parte III del manual) considerando esta situación. Los valores de los factores obtenidos por medio de los métodos chileno y AASHTO, para diferentes combinaciones de temperaturas y espesores de las capas asfálticas, se muestran en la Tabla C.7. Ni la normativa española [ref. C.7] ni el documento de la FHWA [ref. C.8] mencionan que sus expresiones no sean aplicables a los pavimentos de base rígida, por lo que se puede presumir que lo son. En razón de ello, los factores de corrección para este caso son los mismos descritos para los pavimentos con base granular.

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Figura C.4. – Factores de ajuste por temperatura para deflexiones medidas en pavimentos compuestos sobre subrasantes débiles [ref. C.5]

Figura C.5. – Factores de ajuste por temperatura para deflexiones medidas en pavimentos compuestos sobre subrasantes fuertes [ref. C.5] Tabla C.7. Factores de ajuste de la deflexión por temperatura para pavimentos asfálticos con base rígida TEMPERATURA DE LAS CAPAS ASFÁLTICAS (ºC) 5 10 15 20 25 30 35

CHILE 1.062 1.041 1.020 1.0 0.980 0.961 0.941

ESPESOR DE LAS CAPAS ASFÁLTICAS (cm) 5 10 20 AASHTO CHILE AASHTO CHILE AASHTO FACTOR DE CORRECCIÓN (FT) 1.07 1.098 1.10 1.154 1.13 1.05 1.064 1.07 1.100 1.09 1.02 1.032 1.04 1.049 1.05 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 0.97 0.969 0.94 0.953 0.91 0.93 0.940 0.88 0.909 0.82 0.90 0.911 0.82 0.866 0.73 C - 16

Anexo C – Factores para el ajuste de las deflexiones de los pavimentos asfálticos por efecto de la temperatura

C.11. COMPARACIÓN DE LOS FACTORES DE AJUSTE POR TEMPERATURA PARA PAVIMENTOS ASFÁLTICOS CON BASE RÍGIDA Los valores presentados en la Tabla C.7 indican una fuerte correspondencia entre los factores obtenidos con la fórmula chilena y los obtenidos con las curvas AASHTO, cuando la temperatura de las capas asfálticas está por debajo de 20º C. Por encima de 20º C los valores AASHTO son menores y las diferencias crecen a medida que el espesor de las capas asfálticas es mayor y la temperatura aumenta. Comparando los valores de la fórmula chilena con los de las curvas del documento SHRP-P-654, se observa una tendencia similar a la detectada con los factores para los pavimentos flexibles; es decir que, para temperaturas por debajo de la de referencia, los valores de la fórmula chilena se asemejan más a los de las curvas para pavimentos sobre subrasantes “fuertes”, mientras que por encima de ella la semejanza es mayor con los valores de las curvas representativas de pavimentos sobre subrasantes “débiles”. Tanto en este caso como en el de los pavimentos flexibles, las discrepancias más grandes de las curvas SHRP ocurren cuando la subrasante es “fuerte”, los espesores asfálticos son altos y su temperatura está sobre 20ºC, siendo tanto mayor la diferencia, cuanto mayores sean el espesor y la temperatura. Respecto de la simplificación española para capas asfálticas de espesor menor de 10 cm (FT = 1.0), ella da lugar a diferencias en el factor de corrección hasta de 6% en relación con la fórmula chilena y hasta de 7% con las curvas del documento SHRP-P-654. Cuando el espesor de las capas asfálticas es igual o superior a 10 cm, la situación es la siguiente: -

Si el pavimento es sano y la temperatura inferior a 20º C, la tendencia es la misma que para los pavimentos con base granular, pero la diferencia porcentual es mayor cuando las temperaturas son bajas. Por ejemplo, para 5º C, los valores por comparar son 1.29 contra 1.09 (18% de diferencia).

-

Por encima de 20º C la tendencia es también similar a la que se presenta en los pavimentos flexibles (menores valores de los factores españoles). Sin embargo, debido a que la ecuación española es la misma para los dos tipos de pavimentos, las diferencias porcentuales son menores (no pasan de 6%).

-

Los factores españoles para los pavimentos medianamente fisurados resultan prácticamente coincidentes con los chilenos por debajo de 20º C, en tanto que para temperaturas mayores aunque se presentan diferencias (los valores C - 17

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españoles son mayores), ellas son despreciables (apenas llegan a 2%). Ello podría indicar que los pavimentos de este tipo ensayados durante la investigación chilena presentaban algún grado de agrietamiento. -

Comparando los factores españoles con los de las curvas del documento SHRPP-654, las diferencias son un poco mayores, en especial con los valores para pavimentos sobre subrasantes “fuertes” y temperaturas por encima de 20º C, donde pueden llegar a 6%.

C.12. CONCLUSIONES 1. Las diferentes expresiones analizadas se aplican a las deflexiones máximas Benkelman o de impacto y, por lo tanto, no son extrapolables a las deflexiones medidas a cierta distancia de la carga máxima, para establecer el cuenco de deflexión a la temperatura de referencia. 2. Para temperaturas por debajo de la de referencia (< 20º C), los factores de corrección por aplicar a las deflexiones medidas en los pavimentos con base rígida son de menor magnitud que los correspondientes a las deflexiones medidas en pavimentos flexibles, para iguales combinaciones de temperatura y de espesor de las capas asfálticas. La diferencia se hace mayor a medida que se incrementa el espesor de las capas asfálticas. Dentro del rango analizado, la diferencia oscila entre 1.5% y 6%. 3. Cuando la temperatura está por encima de la de referencia (>20º C), la situación es inversa a la descrita en la conclusión anterior; es decir, que los factores de corrección de los pavimentos de base rígida son mayores que los correspondientes a las estructuras totalmente flexibles. Sin embargo, en porcentaje, las diferencias son del mismo orden de magnitud. 4. Lo indicado en las dos conclusiones precedentes da a entender que la deformabilidad elástica de los pavimentos de base rígida es menos susceptible a los cambios de temperatura de las capas asfálticas que la de los pavimentos flexibles propiamente dichos. Sin embargo, para espesores de capas asfálticas no mayores de 10 centímetros, la diferencia es muy reducida, pues no excede de 3 %. 5. Las diferentes comparaciones muestran que la fórmula MOPT-79 tiene plena validez, siempre que su empleo se restrinja al entorno dentro del cual se C - 18

Anexo C – Factores para el ajuste de las deflexiones de los pavimentos asfálticos por efecto de la temperatura

dedujo: (i) pavimentos con base granular y (ii) espesor de capas asfálticas menor de 20 centímetros, representativo de las estructuras de los pavimentos de las carreteras colombianas en el momento en que ella se dedujo (año 1979). 6. Las fórmulas y las curvas de corrección analizadas en el presente informe fueron obtenidas bajo diferentes circunstancias, pues mientras algunas corresponden a desarrollos eminentemente teóricos, otras se obtuvieron a partir de deflexiones Benkelman y otras a partir de deflexiones por impacto. No obstante, las diferencias entre unas y otras fueron generalmente tan reducidas, que se puede considerar que los factores de ajuste Benkelman usuales se pueden aplicar a las deformaciones máximas medidas con deflectómetro de impacto. 7. La medición de la temperatura de las capas asfálticas no fue coincidente en cuanto a la profundidad, pues mientras en algunos casos se midió a 4 centímetros o menos, en otros se realizó en la parte media de las capas asfálticas por medición directa o por predicción empleando algún modelo matemático. 8. Sea cual fuere el procedimiento para la medida y para la corrección de las deflexiones, no se deben considerar temperaturas del pavimento por encima de 35º C, dada la posibilidad de que la deformación bajo la carga no sea solamente elástica, por el riesgo de que se comiencen a producir deformaciones permanentes, debido a la susceptibilidad térmica del asfalto. 9. Dentro de las metodologías analizadas, salvo la española, ninguna contempla taxativamente el grado de fisuración de las capas asfálticas, por lo que es de presumir que las diferentes ecuaciones y curvas se desarrollaron evaluando o suponiendo pavimentos cuyas capas asfálticas se encontraban poco o nada fisuradas. En virtud de ello, se considera ajustada a la lógica la recomendación española en relación con la adopción de un factor de corrección igual a 1.0, en el caso de pavimentos con un grado de fisuración similar al que la AASHTO denominaba “clase 3”, en los que los segmentos entre fisuras adquieren movilidad. 10. Todas las expresiones analizadas consideran mezclas asfálticas elaboradas con cementos asfálticos de tipo convencional. Las mezclas asfálticas elaboradas con asfaltos modificados son menos susceptibles a los cambios de temperatura, motivo por el cual el uso de estas expresiones en pavimentos con dichas mezclas puede dar lugar a la aplicación de factores de ajuste excesivos.

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C.13. RECOMENDACIONES 1. Para el caso de pavimentos con base granular se puede seguir empleando la expresión MOPT-79, salvo cuando se combine un espesor de las capas asfálticas del orden de 20 centímetros o mayor, con una temperatura inferior a 15º C. Cuando se presente este caso, parece más procedente el empleo de la fórmula chilena. Esta última, inclusive, podría sustituir en todos los casos a la MOPT-79, si así lo desea el ingeniero evaluador, por cuanto los valores obtenidos con ambas para las demás situaciones son notoriamente concordantes. 2. Ante la carencia de una expresión desarrollada en el entorno local, se recomienda el uso de la fórmula chilena para efectuar los ajustes de las deflexiones máximas en los pavimentos asfálticos con base rígida. 3. Siempre que los pavimentos evaluados presenten fisuras AASHO Clase 3, se debería acoger la recomendación de la normativa española (F T = 1.0), independientemente del tipo de base del pavimento. 4. Se considera que la fórmula española para la corrección de las deflexiones en pavimentos sanos da lugar a factores mucho mayores o mucho menores (según la temperatura del pavimento) que los encontrados en las investigaciones adelantadas en diferentes países del continente americano, motivo por el cual su adopción en Colombia no parece aconsejable. 5. Las fórmulas incluidas en el documento de la FHWA no resultan aplicables para el medio colombiano, dado que han sido desarrolladas considerando la latitud de las zonas templadas donde se hicieron las investigaciones, sin validación alguna en la zona tórrida. Así mismo, los bajos coeficientes de correlación de algunas de esas expresiones conducen, con alguna frecuencia, a factores de ajuste inconsistentes ante modificaciones mínimas en algunas de las variables que las componen. 6. Se recomienda la ejecución de investigaciones en el ámbito local que permitan: (i) ajustar la fórmula MOPT-79, de manera que brinde factores de ajuste adecuados para pavimentos con capas asfálticas de gran espesor (ii) establecer una expresión para determinar los factores de ajuste para pavimentos con base rígida, abundantes en algunas regiones del país, (iii) desarrollar fórmulas para el ajuste de las deflexiones en pavimentos con capas asfálticas modificadas con polímeros y (iv) ejecutar un estudio para determinar los factores de ajuste por temperatura por aplicar a las deflexiones medidas lejos del centro de aplicación C - 20

Anexo C – Factores para el ajuste de las deflexiones de los pavimentos asfálticos por efecto de la temperatura

de carga, de manera que se puedan elaborar cuencos de deflexión confiables, corregidos a 20º C o a la temperatura de referencia que se escoja en cada caso particular (ver Apéndice C.1). REFERENCIAS C.1 - SANCHEZ SABOGAL F., “Influencia de la temperatura de las capas asfálticas sobre las deflexiones de un pavimento flexible – Primera Parte”, Memorias del Tercer Simposio Colombiano sobre Ingeniería de Pavimentos, Cartagena de Indias, Octubre de 1979 C.2 - PETRONI E., VENIER G., BELLONE E., CASAL C., LEVCHENKO V. & KUZIORA A., “Variación con la temperatura de la deflexión Benkelman recuperable”, Vigésima Reunión del Asfalto, Buenos Aires, Mayo de 1977 C.3 - ECHEVERRÍA G., H. DE SOLMINIHAC H. & GUTIÉRREZ P., “Corrección de la deflexión de pavimentos asfálticos por efecto de la temperatura”, Memorias de Quinto Congreso Ibero-latinoamericano del Asfalto, Punta del Este, diciembre de 1989 C.4 - THE ASPHALT INSTITUTE, “Asphalt overlays for highway and street pavement rehabilitation”, Manual Series No 17, Collage Park, Maryland, 1983 C.5 - PCS/LAW ENGINEERING, “SHRP procedure for temperature correction of maximum deflections”, Report SHRP-P-654, Washington D.C., 1993 C.6 - AASHTO, “AASHTO guide for design of pavement structures”, Washington D.C., 1993 C.7 - MINISTERIO DE FOMENTO, “Rehabilitación de firmes, Instrucción de Carreteras – Norma 6.3 IC”, Madrid, 2003 C.8 - LUKANEN E., STUBSTAD R. & BRIGGS R., “Temperature predictions and adjustment factors for asphalt pavement”, Publication FHWA-RD-98-085, McLean, Virginia, June 2000 C.9 – KIM R. & PARK H., “Use of falling Weight Deflectometer Multi-load data for Pavement Strength Estimation”, Report No FHWA/nc/2002-006, Raleigh, June 2002

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Anexo C – Factores para el ajuste de las deflexiones de los pavimentos asfálticos por efecto de la temperatura

APÉNDICE C.1. CORRECCIONES POR TEMPERATURA PARA DEFLEXIONES ALEJADAS DEL PUNTO DE APLICACIÓN DE LA CARGA Un aspecto interesante del documento FHWA-RD-98-085, lo constituye la posibilidad de determinar los factores de corrección por temperatura para otras deflexiones del cuenco, diferentes de la máxima. La temperatura de las capas asfálticas no sólo afecta el valor de su módulo dinámico y la magnitud de la deflexión máxima sino, también, la forma misma del cuenco de deflexión. Se ha determinado que a mayor temperatura, mayor deflexión máxima y mayor curvatura de la curva de deflexión. La Figura C.A.1.1 ilustra, mediante un ejemplo real, el cambio típico que ocurre en el cuenco de deflexión en un sitio específico de un pavimento asfáltico a causa de los cambios de temperatura durante el transcurso de un día. Se puede apreciar que el efecto es importante sobre las deflexiones bajo o cerca de la placa de carga y va disminuyendo al aumentar la distancia respecto de ella, debido a que las deflexiones captadas por los sensores lejanos reflejan fundamentalmente el soporte de la subrasante, con poco o ningún efecto de las capas asfálticas, cuya rigidez es sensible a la temperatura.

Figura C.A.1.1. – Cuencos de deflexión medidos en el mismo punto de un pavimento asfáltico a diferentes temperaturas

En Colombia, los propietarios de los deflectómetros han considerado que el efecto de la variación de la temperatura sobre las deflexiones medidas por fuera de la C - 23

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placa de carga es lo suficientemente bajo, como para evitar la aplicación de un factor de corrección sin incurrir en un error significativo. La Figura C.A.1.1 muestra que si bien a 600 mm o más dicha suposición puede corresponder a la realidad, a distancias menores la temperatura sí puede tener alguna incidencia sobre la magnitud de las deflexiones y sobre la forma del cuenco de deflexión. Un estudio elaborado por Kim y otro [ref. C.9] presenta una fórmula para determinar la distancia efectiva radial (D) hasta la cual se puede considerar que la temperatura de las capas asfálticas incide en la magnitud de las deflexiones de impacto. La fórmula es la siguiente: D (mm) = 4.75*HAC – 413

(1)

Donde HAC es el espesor de las capas asfálticas, en milímetros. El documento FHWA-RD-98-085 [ref. C.8] presenta un conjunto de ecuaciones obtenidas experimentalmente, las cuales permiten establecer factores de ajuste por temperatura a las deflexiones medidas con el deflectómetro de impacto, lejos del centro de la placa de carga. La aplicación de estas ecuaciones a las anteriormente citadas 500 combinaciones de valores que se utilizaron para verificar la fórmula de corrección de la deflexión máxima, no ha permitido establecer tendencias bien definidas en relación con los factores de corrección para las deflexiones alejadas, probablemente por el bajo coeficiente de correlación de algunas de las ecuaciones. Inclusive, en algunos casos, se encontraron paradójicas relaciones inversas entre las deflexiones y la temperatura. A pesar de las inconsistencias y de la falta de validez absoluta de las ecuaciones de la FHWA para el medio tropical, lo que sí se logra determinar al analizar los resultados, es que la práctica de ignorar la aplicación de un factor de corrección por temperatura puede resultar perfectamente aceptable en algunos casos (principalmente cuando el espesor de las capas asfálticas es bajo), pero en otros no. Descartando los valores abiertamente inconsistentes, las Tablas C.A.1.1 y C.A.1.2 muestran los rangos de factores más frecuentes hallados para la corrección por temperatura de las deflexiones medidas a 30 y 60 centímetros del centro de la placa de carga.

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Anexo C – Factores para el ajuste de las deflexiones de los pavimentos asfálticos por efecto de la temperatura

Tabla C.A.1.1. Rango estimado para los factores de corrección de las deflexiones a 30 cm del centro de la placa de carga, según las ecuaciones del documento FHWA-RD-98-085 TEMPERATURA DE LAS CAPAS ASFÁLTICAS (ºC) 5 10 15 20 25 30

5

ESPESOR DE LAS CAPAS ASFÁLTICAS (cm) 10 20 FACTOR DE CORRECCIÓN (FT)

1.00 – 1.04 1.00 - 1.03 1.00 - 1.02 1.00 0.99 – 1.00 0.97 – 1.00

1.00 - 1.13 1.00 - 1.08 1.00 - 1.04 1.00 0.96 - 0.99 0.92 – 0.99

1.03 - 1.17 1.02 - 1.12 1.02 – 1.05 1.00 0.94 – 0.99 0.89 – 0.97

Tabla C.A.1.2. Rango estimado para los factores de corrección de las deflexiones a 60 cm del centro de la placa de carga, según las ecuaciones del documento FHWA-RD-98-085 TEMPERATURA DE LAS CAPAS ASFÁLTICAS (ºC) 5 10 15 20 25 30

ESPESOR DE LAS CAPAS ASFÁLTICAS (cm) 5 10 20 FACTOR DE CORRECCIÓN (FT) 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00

1.00 - 1.05 1.00 - 1.04 1.00 - 1.02 1.00 0.98 – 1.00 0.96 – 1.00

1.00 - 1.08 1.00 - 1.05 1.00 – 1.02 1.00 0.97 – 1.00 0.94 – 1.00

El ya citado estudio de Kim y otro [ref. C.9] incluye, también, una expresión para el ajuste por temperatura de las deflexiones a diferentes distancias del punto de aplicación de la carga, obtenida en trabajos adelantados en Carolina del Norte (USA). El desarrollo de la expresión aparece entre las páginas 28 y 30 de la referencia [C.9] y da lugar a los valores que muestran la Tablas C.A.1.3 y C.A.1.4. Los valores presentados en las Tablas permiten dos comentarios: -

Para el caso de la deflexión máxima, los factores de ajuste son similares a los obtenidos con las fórmulas colombiana y chilena cuando el espesor de las capas asfálticas es bajo (5 cm), apartándose de ellos a medida que aumenta dicho C - 25

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espesor. La diferencia, dentro de la combinación estudiada de espesores y temperaturas, llega, como máximo, a 10%. -

Para el caso de las medidas a 30 cm y 60 cm del centro de aplicación de la carga, los factores de ajuste calculados están dentro de los rangos de las Tablas C.A.1.1 y C.A.1.2, para 5 y 10 cm de espesor de las capas asfálticas, alejándose un poco de ellos (no más de 5%) para espesores mayores. De todas maneras, se aprecia que las fórmulas dan lugar a valores diferentes de 1.0 para distancias a las cuales la ecuación (1) de este Apéndice, desarrollada por los mismos autores, indica que no se debería aplicar ningún factor de ajuste. Tabla C.A.1.3. Rango estimado para los factores de corrección de la deflexión máxima, según las ecuaciones de la referencia 14 TEMPERATURA DE LAS CAPAS ASFÁLTICAS (ºC) 5 10 15 20 25 30 35

ESPESOR DE LAS CAPAS ASFÁLTICAS (cm) 5 10 20 FACTOR DE CORRECCIÓN (FT) 1.084 1.055 1.027 1.0 0.974 0.948 0.923

1.174 1.113 1.055 1.00 0.948 0.898 0.852

1.379 1.239 1.113 1.00 0.896 0.807 0.725

Tabla C.A.1.4. Rango estimado para los factores de corrección de las deflexiones a 30 y 60 cm del centro de la placa de carga, según las ecuaciones de la referencia 14 TEMPERATURA DE LAS CAPAS ASFÁLTICAS (ºC) 5 10 15 20 25 30 35

ESPESOR DE LAS CAPAS ASFÁLTICAS (cm) 5 10 20 FACTOR DE CORRECCIÓN (FT) a 30 cm a 60 cm a 30 cm a 60 cm a 30 cm a 60 cm 1.053 1.024 1.110 1.048 1.231 1.099 1.035 1.016 1.072 1.032 1.149 1.065 1.017 1.008 1.035 1.016 1.072 1.032 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 0.983 0.992 0.966 0.984 0.933 0.969 0.966 0.984 0.933 0.969 0.871 0.939 0.949 0.949 0.901 0.954 0.812 0.910 C - 26

Anexo C – Factores para el ajuste de las deflexiones de los pavimentos asfálticos por efecto de la temperatura

APÉNDICE C.2. VARIACIÓN DEL MÓDULO ELÁSTICO DE LAS CAPAS ASFÁLTICAS CON LA TEMPERATURA El stiffness (módulo dinámico) de las mezclas de concreto asfáltico es muy susceptible a la temperatura. Los resultados de los ensayos rutinarios de deflexión deben ser ajustados con frecuencia, para convertirlos a la temperatura de referencia requerida para su análisis. Igualmente, los módulos retrocalculados de las capas susceptibles a la temperatura requieren un ajuste similar. Los datos de temperatura y deflexión de 40 secciones del Programa de Monitoreo Estacional (SMP) del LTPP (Long Term Pavement Performance Program) permitieron desarrollar modelos para relacionar la temperatura en el punto medio de las capas asfálticas con los módulos de ellas obtenidos mediante retrocálculo, según se describe en el Capítulo 5 del ya citado documento FHWA-RD-98-085 [ref. C.8]. El modelo genérico de correlación obtenido corresponde a la expresión:

FA 10PENDIENTE*(Tr Donde:

FA:

Tm )

(1)

Factor de ajuste del módulo por efecto de la temperatura.

PENDIENTE: Pendiente de la ecuación logarítmica que relaciona el módulo con la temperatura (-0.0195 para la zona de canalización de tránsito y -0.021 para la parte central del carril). T r:

Temperatura de referencia en la parte media de la capa de concreto asfáltico.

T m:

Temperatura en la parte media de la capa de concreto asfáltico en el momento de la medida.

Aplicando los valores recomendados para la pendiente, se encuentra que el factor de ajuste recomendado por el estudio presenta los siguientes valores:

FA 10-0.0195*(Tr

Tm)

1.046(Tm

C - 27

Tr )

(2)

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y

FA 10 -0.021*(Tr

Tm)

1.050(Tm

Tr )

(3)

Por otra parte, durante las investigaciones que condujeron al establecimiento de la fórmula chilena de ajuste de las deflexiones por efecto de la temperatura, se calcularon, mediante retroanálisis, los módulos de las capas asfálticas de los tramos testigos y sus valores se asociaron con las temperaturas de ellas durante las medidas de deflexión. La expresión de ajuste del módulo por temperatura, tomando 20ºC como temperatura de referencia, se definió como:

E FA 20 ETm

(Tm 20)

1.054

(4)

Comparando esta ecuación con las del documento FHWA-RD-98-085 (ecuaciones 2 y 3 de este Apéndice), se advierte una concordancia notable.

C - 28

ANEXO D            Instructivo para la inspección y la  calificación del sistema de  drenaje  

                                   

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D-2

Anexo D – Instructivo para la inspección y la calificación del sistema de drenaje

ANEXO D INSTRUCTIVO PARA LA INSPECCIÓN Y LA CALIFICACIÓN DEL SISTEMA DE DRENAJE Autora: Ruth Amparo González M., para el Consorcio BETA (Contrato INVÍAS 2761/07)

D.1. INTRODUCCION El exceso de humedad sobre o dentro de la estructura de un pavimento afecta la seguridad de los usuarios, genera el deterioro acelerado del mismo y disminuye rápidamente su nivel de serviciabilidad. La revisión del sistema de drenaje tiene por finalidad detectar aquellas zonas de la vía vulnerables a la acción del agua y, como consecuencia de ello, con riesgo de degradación de la estructura del pavimento por su efecto. El análisis tiene en cuenta daños relacionados directamente con el efecto del agua sobre la estructura del pavimento y daños pertinentes a las estructuras de drenaje. Para los propósitos de la presente guía metodológica, el procedimiento de inspección y análisis por aplicar es el recomendado por el SETRA [ref. D.1], de acuerdo con el cual se deben considerar los siguientes seis (6) parámetros al valorar el peligro de que los deterioros causados por el agua en el pavimento evolucionen con rapidez: 1. Impermeabilidad de la capa superficial o revestimiento de la estructura del pavimento. 2. Drenaje superficial. 3. Ambiente hidrogeológico del pavimento 4. Drenaje subsuperficial. 5. Sensibilidad de la subrasante al agua. 6. Sensibilidad al agua y capacidad de drenaje de las capas inferiores del pavimento. D-3

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La combinación de algunos de estos factores, cuando es desfavorable, determinará el mayor o menor riesgo al cual se encuentra sometida la estructura en presencia de agua. Para que la inspección y la calificación del drenaje sean realmente efectivas, se requiere que ellas se realicen en la época de lluvias. La visita deberá quedar registrada mediante un archivo fotográfico para cada observación.

D.2. METODOLOGIA PARA LA INSPECCION Y EL ESTABLECIMIENTO DE LOS NIVELES DE RIESGO Para adelantar el análisis del drenaje de la vía se siguen tres fases: (i) recolección de información adicional; (ii) inspección visual de la carretera y de sus sistemas de drenaje; (iii) calificación del tramo con base en la organización y el análisis de la información recogida. En desarrollo de las dos últimas fases, la vía se debe dividir inicialmente en secciones de 100 metros. En cada intervalo, se calificará cada uno de los seis (6) parámetros citados en el numeral anterior, a partir de la información existente y de la inspección visual en campo. Esta calificación tendrá en cuenta tres (3) posibles niveles de riesgo, de acuerdo con la propensión de la estructura al deterioro por causa del agua: 0 para riesgo mínimo o inexistente, 2 para riesgo máximo y 1 para una situación intermedia. La definición de los deterioros referentes a la estructura del pavimento se encuentra en el anexo B de la guía metodológica. En el Apéndice D.1 se encuentran el formato guía para la inspección visual de campo (Formato D.1) y el formato para la calificación definitiva de la sección (Formato D.2), a los cuales se hace referencia en la descripción de cada parámetro. D.2.1. Parámetro 1 - Impermeabilidad del revestimiento (R) Para la recopilación de la información sobre el estado de la superficie del pavimento, el ingeniero se debe basar en los resultados de la inspección visual de los deterioros del pavimento (Anexo B). La existencia de algunos problemas como los citados a continuación se consigna en el formato D.1 y permite definir el grado de impermeabilidad del revestimiento y proceder a su calificación (en el formato D.2): fisuras longitudinales (FL),

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Anexo D – Instructivo para la inspección y la calificación del sistema de drenaje

escalonamiento entre calzada y berma (ECB), fisuras piel de cocodrilo (FPC), ojos de pescado (O), segregación (SG), pérdida de la película de ligante (PL), etc. La calificación de la impermeabilidad del revestimiento se realizará de acuerdo con los siguientes niveles, tomando en cuenta los factores adversos registrados: R=0, cuando la rodadura sea en mezcla asfáltica densa y se encuentre en buenas condiciones. R=1, cuando la rodadura sea un tratamiento superficial o una lechada asfáltica en buenas condiciones o una mezcla asfáltica algo porosa por segregación o por deficiencias de compactación. R=2, cuando la porosidad sea intensa (PI), y existan grietas sin sellar. La existencia de ojos de pescado también ubica la sección vial evaluada en este nivel.

R=0 Superficie de rodadura en concreto asfáltico, en buen estado

R=2 Agrietamientos longitudinales (GL), ojos de pescado (O), piel de cocodrilo (GPC), porosidad intensa (PI)

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R=2 Ojos de pescado (O), porosidad intensa

D.2.2. Parámetro 2 – Drenaje superficial (A) En el formato D.1 se relacionará la presencia de los siguientes factores adversos, en caso de ser observados durante el recorrido que realice el ingeniero encargado de esta evaluación: Diseño geométrico de la vía. Pendiente transversal inadecuada de la calzada (PT), pendiente longitudinal insatisfactoria de la vía (LI), ausencia de bermas (NB), pendientes transversal y longitudinal inadecuadas en las bermas (BP), bermas sin revestimiento (BR). Estructuras de drenaje superficial. Ausencia de cunetas cuando se consideren necesarias, Izquierda o Derecha, de acuerdo con el lado del cual falten (NC); mal estado estructural (por agrietamiento, discontinuidad estructural, etc.) o funcional (por mantenimiento) de la cunetas (CE, CF); ubicación incorrecta de las cunetas y de los descoles de acuerdo con la conformación de la sección vial y del diseño geométrico de la vía. Este factor se puede deducir, bien por observación directa en la vía, bien por análisis simultáneo de los perfiles topográficos de la vía y el levantamiento de las estructuras de drenaje existentes (UC, UD). Ausencia de descoles (ND), ausencia de alcantarillas (NA), mal estado estructural o funcional (mantenimiento) de las alcantarillas (AE, AF). Otros. Áreas con acumulación de agua superficial por empozamiento o estancamiento (CH); presencia de láminas de agua gruesas sobre la vía en instantes de lluvia (PA); ausencia de obras para manejo de escorrentía en taludes vecinos cuando sean necesarias (ET), etc.

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Anexo D – Instructivo para la inspección y la calificación del sistema de drenaje

Para la calificación del sistema de drenaje superficial (formato D.2) se tendrá en cuenta la existencia de problemas como los relacionados en el formato D.1 y, además, el contexto topográfico y la conformación de la sección vial, de la siguiente manera: A = 0, cuando se estime que el sistema de drenaje superficial presenta un funcionamiento adecuado y está en buen estado. La sección está construida en terraplén con una altura superior a 1.0 metro respecto del terreno natural, hecho que asegura un buen drenaje. A = 1, cuando se considere que el drenaje superficial sea falto de efectividad por deficiencias en su mantenimiento, existencia de bermas permeables o por falta de obras transversales. La sección evaluada corresponde a una sección transversal mixta o con una sucesión de rellenos y cortes en cajón, así el sistema de drenaje superficial sea satisfactorio. A = 2, cuando se considere que el drenaje superficial es totalmente inefectivo, bien por su ausencia o bien por su pésimo estado. La estructura del pavimento se encuentra al mismo nivel del terreno si la sección es topográficamente plana, sin posibilidades de evacuación natural del agua.

A=1

Mal estado funcional de las cunetas por falta de mantenimiento (CF)

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A=2 Ausencia de cunetas (NC); ausencia de bermas (NB), agrietamientos longitudinales (GL); acumulación de agua por encharcamiento (CH); área topográficamente plana sin posibilidades de drenaje natural

D.2.3. Parámetro 3 – Ambiente hidrogeológico del pavimento (H) Partiendo de la inspección visual de la carretera y de la información adicional recopilada (ver numeral D.4.1), se deberá registrar en el formato D.1 la presencia de alguno de los siguientes aspectos, pues ellos pueden tener efectos nocivos sobre la estructura del pavimento en relación con el drenaje: Intercepción de corrientes temporales de agua con el pavimento: fuentes de agua hacia la vía, diferentes de la lluvia, tales como afloramientos, ojos de agua en los taludes aledaños, etc., que puedan humedecer el pavimento (FA). Abastecimiento lateral de agua hacia las capas del pavimento por presencia de estratos permeables en las zonas vecinas, tales como taludes rocosos agrietados (TV), suelo granular o coluvión, que puedan elevar nivel freático (KV). Nivel freático alto, con profundidad inferior a 1.0 metro bajo la subrasante (NF); problemas de capilaridad (CP). Además de la existencia o no de los factores citados, se tendrán en cuenta el contexto topográfico y la conformación de la sección vial, calificando el ambiente hidrogeológico de acuerdo con los siguientes niveles: H = 0, si el nivel freático es muy profundo y no existen fuentes de agua, temporales o permanentes, adicionales a la infiltración por precipitación. La lluvia anual es menor de 2000 mm.

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Anexo D – Instructivo para la inspección y la calificación del sistema de drenaje

H = 1, si existen fuentes de agua subsuperficial cerca de la vía, que generan o pueden generar suministros a la calzada. La lluvia anual está entre 2000 mm y 4000 mm. H = 2, construcción en perfil transversal mixto, con corrientes provenientes de aguas arriba. Zonas de transición entre corte y relleno. Se presentan infiltraciones potentes, provenientes de captaciones laterales o de variaciones en el nivel freático que afectan la subrasante. La lluvia anual es mayor que 4000 mm. D.2.4. Parámetro 4 – Drenaje subsuperficial (D) Debido a la dificultad para observar los elementos pertenecientes a esta clase de drenaje (filtros, geodrenes, etc.), el ingeniero se deberá guiar por los planos record de construcción de la carretera, por la observación de tuberías y de filtros que llegan a las cajas de entrada de las alcantarillas o a los pozos, por la presencia de diferentes daños o circunstancias sobre la vía que pudieran tener relación con problemas de drenaje subsuperficial y por el registro de los deterioros del pavimento. Algunos de los factores adversos que el ingeniero puede identificar y consignar en el formato D.1, partiendo de la información previa o/y de la inspección en el campo son: Ausencia de sistemas de drenaje subsuperficial (ASD); descargas de filtros o subdrenes secas u obstruidas en cajas de inspección (OF); drenes horizontales secos u obstruidos en época lluviosa (DH). En relación con los deterioros del pavimento: afloramiento o flujo de agua sobre la calzada o cerca de la vía, con material fino por las fisuras existentes en la carpeta, en épocas secas o cuando no hay lluvia (AF); fisuramientos longitudinales en los bordes de la calzada o entre la calzada y la berma (FL); ahuellamientos (AH); depresiones o hundimientos longitudinales o transversales del pavimento, (DL, DT). Las deflexiones anormalmente altas también pueden ser indicativas de deficiencias en el sistema interno de drenaje del pavimento. La calificación del drenaje subterráneo en el formato D.2 se realizará teniendo en cuenta la presencia de los fenómenos anteriormente descritos, de acuerdo con los siguientes niveles:

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D = 0, cuando existe sistema de drenaje subterráneo y el ingeniero presuma que es adecuado porque evacúa apropiadamente el agua interna proveniente de las zonas laterales y del pavimento y no se presenta ninguno de los fenómenos adversos descritos en este numeral. D = 1, si existe el sistema de subdrenaje y está bien ubicado, pero no resulta suficientemente efectivo por falta de mantenimiento. D = 2, si la vía requiere un sistema de drenaje subterráneo y éste no existe o no funciona adecuadamente, pues se observan problemas debido a su inoperancia. D.2.5. Parámetro 5 – Sensibilidad de la subrasante al agua (S) El ablandamiento de la subrasante debido al incremento del contenido de humedad genera algunos de los problemas citados en el Capítulo 11 de la Parte 2 de esta guía. Igualmente, la presencia de arcillas expansivas, arenas sueltas, etc., puede afectar el desempeño de la estructura del pavimento en presencia de agua. Para evaluar este parámetro se deberá contar con la exploración geotécnica y los resultados de los ensayos de laboratorio correspondientes a la información adicional recopilada (ver numeral D.4.1).

D=2 Depresiones transversal (DT); Agrietamientos longitudinales cerca del borde (GL)

Este parámetro se calificará de acuerdo con los siguientes niveles: S = 0, si el suelo es insensible al agua o la subrasante ha sido tratada con algún estabilizante que reduce su susceptibilidad al agua.

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Anexo D – Instructivo para la inspección y la calificación del sistema de drenaje

S = 1, si se considera que el suelo de subrasante puede ser sensible al agua, pero no presenta evidencias de ello. S = 2, cuando se trate de suelos evidentemente sensibles al agua por pérdida de capacidad de soporte o por cambios de volumen.

S=2 Fallas generadas en el pavimento por la expansión del suelo de subrasante

D.2.6. Parámetro 6 – Sensibilidad al agua y capacidad de drenaje de las capas inferiores del pavimento (M) Los resultados de la evaluación destructiva de la calzada ofrecen información sobre las propiedades de las diversas capas del pavimento y la subrasante, permitiendo establecer relaciones entre ellas y los deterioros asociados a la humedad, detectados durante la evaluación visual. Para calificar la sensibilidad al agua y la capacidad de drenaje de las capas inferiores del pavimento se tendrán en cuenta sus materiales constitutivos y se aplicarán los siguientes niveles: M = 0, si la base es de concreto asfáltico o estabilizada con algún producto bituminoso. M = 1, si la base es estabilizada con un ligante hidráulico. M = 2, cuando las capas de base y subbase son granulares no tratadas.

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D.3.

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CALIFICACIÓN DE LA INFORMACIÓN SOBRE EL DRENAJE

La calificación del riesgo hídrico de cada sección de 100 metros se obtiene mediante la suma de las calificaciones de los seis parámetros, R+A+H+D+S+M, obtenidos según el procedimiento descrito en el numeral D.2. Secciones consecutivas con la misma calificación se deben combinar para ofrecer una misma solución. La calificación total indica el riesgo de la existencia de una combinación de factores desfavorables y tiene por finalidad brindar una evaluación de la sección en relación con el drenaje, independientemente del estado global del pavimento. La calificación final varía entre 0 y 12, de acuerdo con la escala de riesgo que muestra la Tabla D.1. Los criterios de intervención para cada caso se describen en el Capítulo 4 de la Parte 3 de la guía metodológica. Tabla D.1. Riesgo asociado con la calificación global del drenaje CALIFICACIÓN GLOBAL 0–3 4–7 8 – 12

RIESGO Condiciones no propicias para que se presente daño en la estructura por causa del agua Condiciones que pueden generar daño en la estructura por efectos del agua Condiciones determinantes para causar la aparición y rápida degradación de la estructura por presencia de agua

D.4. RECOLECCION DE DATOS D.4.1. Recopilación de información adicional Con el objeto de evaluar integralmente el drenaje es necesario, además de visitar el sitio, disponer de los registros de las exploraciones directas (apiques, barrenos) y de los resultados de los ensayos de laboratorio que se hayan efectuado sobre las muestras extraídas, según se refiere en el Capítulo 10 de la Parte 2 de esta guía. Es necesario contar con la clasificación geotécnica del material de cada capa, incluida la subrasante, y con la profundidad del nivel freático (con su respectiva variación durante el día de la exploración, si es posible). Adicionalmente, se realizará un levantamiento topográfico de la vía, presentado en planta-perfil y en secciones transversales. Este levantamiento deberá incluir la ubicación de los elementos o estructuras correspondientes al sistema de drenaje D - 12

Anexo D – Instructivo para la inspección y la calificación del sistema de drenaje

existente. También, es recomendable disponer de los planos record referentes a los diseños geométrico y de drenaje de la vía, así como del registro anual de lluvias de la zona. Se debe contar, así mismo, con los registros correspondientes al inventario de deterioros del pavimento (Anexo B). D.4.2. Formato para la inspección visual en campo (Formato D.1) El formato D.1 se emplea para registrar la información concerniente a la inspección visual, realizada en campo por personal competente. El formato se divide en seis (6) partes, las cuales se muestran en la figura D.1 y se describen a continuación: Parte 1. Información general. Corresponde a la identificación de la vía a evaluar: nombre de la vía, código de la vía (número de la ruta y número del tramo); tipo de vía como se registra en el INVIAS (red vial principal, primaria y secundaria; red terciaria nacional). También, se debe indicar el nombre del proyecto, la localización específica de la sección (PR inicial y PR final); la fecha de la inspección en campo, el nombre del profesional encargado de esa labor y el estado climático en el momento del levantamiento. Las secciones evaluadas de 100 metros deberán coincidir con las adoptadas para la inspección visual de deterioros (Anexo B). Parte 2. División de la sección en subsecciones. Se identificarán en campo los diferentes tipos de sección transversal que se encuentren dentro de la sección: terraplén (T), corte (C) o mixta (M) y, de acuerdo con esa conformación, se enumerarán consecutivamente las subsecciones resultantes y se consignarán las abscisas que las delimitan. Parte 3. Inspección visual de la superficie del pavimento. Para esta evaluación se tomarán los datos de la inspección visual del pavimento y se relacionarán con una X los problemas o factores adversos encontrados en campo (referenciados en la columna de la izquierda) con la sección respectiva en la cual fueron observados, empleando la casilla de la izquierda o de la derecha según la ubicación del daño con respecto al eje de la calzada (en sentido del abscisado).

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Figura D.1. - Partes del formato D.1

Parte 4. Inspección visual del drenaje superficial. En las dos primeras filas de esta parte se anotarán las evaluaciones de las pendientes transversal y longitudinal de la vía en la sección. Las siguientes 3 filas se refieren a las bermas (existencia, revestimiento y pendiente). En las filas 6, 7 y 8 se registra la existencia o inexistencia de cunetas (cuando sean necesarias), su sección transversal (T= trapezoidal; R= rectangular; T= triangular; O= otra) y el tipo de revestimiento interior que tengan (V= vegetación, C= concreto, O = otro). A partir de la fila 3 y para los demás factores adversos en inspección, se marcará con una X la casilla correspondiente al daño observado, en el respectivo costado de la subsección en análisis (izquierda o derecha).

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Anexo D – Instructivo para la inspección y la calificación del sistema de drenaje

Parte 5. Hidrogeología y drenaje subsuperficial. Se registrará con una X la presencia del factor adverso evaluado, en la casilla correspondiente: subsección y costado. Parte 6. Observaciones. Se empleará esta casilla para registrar la información adicional que el ingeniero considere pertinente.

D.5. CALIFICACION DE CADA SECCION En el formato D.2, “Calificación del sistema de drenaje por sección”, se calcula y se consigna la calificación final de una sección. El formato D.2 se divide en las siguientes siete (7) partes: Parte 1. Información general. Similar al Formato D.1. Parte 2. Subsecciones. Se tomará la información del formato D.1, anotando el número consecutivo, el tipo de subsección y las abscisas que la limitan. Parte 3. Factores adversos observados. Se anotarán los códigos correspondientes a los factores adversos observados en cada subsección y consignados en el formato D.1 diligenciado previamente. Recordar que un mismo factor puede ser determinante en varios parámetros. Parte 4. Calificación de parámetros en evaluación. Se calificará para cada subsección, cada uno de los seis (6) parámetros (de 0 a 2), de acuerdo con las condiciones establecidas en este Anexo. La calificación de cada parámetro se hará a partir de la lista de factores adversos relacionada en la columna anterior y de otros elementos de juicio recogidos en la información adicional, tal como se describe en los numerales D.2.1 a D.2.6. Parte 5. Calificación global. Se deberán sumar las calificaciones correspondientes a cada subsección. La calificación máxima será de 12 puntos y la mínima de 0. Parte 6. Tipo de riesgo. De acuerdo con la calificación global obtenida en la Parte 5 se definirá, para cada subsección, el rango de riesgo de daño del pavimento por problemas drenaje. Se escribirá entonces N (no hay riesgo), B (bajo riesgo) o E (elevado riesgo), dependiendo de los resultados.

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PARTE 1 P A R T E 6

PARTE 7

Figura D.2. - Partes del formato D.2

Parte 7. Calificación final de la sección. Se elegirá como calificación final de la sección, el tipo de riesgo más alto encontrado entre las subsecciones y se escribirá en la casilla correspondiente. Tabla D.2. Convenciones correspondientes a la calificación global del drenaje CALIFICACIÓN GLOBAL 0–3 4–7 8 – 12

RIESGO POR DRENAJE N B E

Parte 8. Observaciones. Se empleará esta casilla para registrar la información adicional que se considere pertinente. Este formato de presentación final cuenta con pestañas y comentarios para mayor claridad en cada columna.

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Anexo D – Instructivo para la inspección y la calificación del sistema de drenaje

Se podrá emplear más de un renglón para la misma subsección cuando no sea suficiente el espacio para las Partes 3 y 8. El formato D.2 puede ser diligenciado con algunas ayudas desde Excel. REFERENCIAS D.1 - SERVICE D’ETUDES TECHNIQUES DES ROUTES ET AUTOROUTES, SETRA, “Road drainage. Technical guide”, March 2006. Translate August 2007 D.2 - INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS, “Guía metodológica para el diseño de obras de rehabilitación de pavimentos asfálticos de carreteras”, Bogotá, 2002 D.3 - KENTUCKY TRANSPORTATION CENTER, COLLEGE OF ENGINEERING, “Evaluation of analysis of highway pavement drainage”, University of Kentucky, 2003 D.4 - UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA, “Manual para la inspección visual de las estructuras de drenaje”, Estudio e investigación del estado actual de las obras de la red nacional de carreteras. Convenio inter administrativo 0587-03, 2006 D.5 - ECHEVERRY C. A., “Manual de drenaje de carreteras”, Universidad de Los Andes, Tesis de postgrado, Bogotá, 2004 D.6 - ARMCO COLOMBIANA S.A., “Handbook of culvert and drainage practice”, Chicago, 1947 D.7 - THE ASPHALT INSTITUTE, “Drainage of asphalt pavement structures”, 1966 D.8 - SANTHALINGAM S. V., “Highway drainage systems”, Highways agency, Room 4/41, St Cristopher House http://www.carreteros.org/normativa/firmes/derogadas/secciones/6_1y2ic/aparta dos/anexo2.htm http://www.carreteros.org/normativa/drenaje/oc17_03/indice.htm Instrucciones 5.1-IC Drenaje superficial y 5.2 – IC http://www.geocities.com/gsilvam/drenaje.htm

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http://www.infratrans.gov.ab.ca/INFTRA_Content/docType233/ProductiOn/Design Bulletin16.pdf

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ANEXO E            Método de las Diferencias  Acumuladas para delimitación  de unidades homogéneas  

                                   

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Anexo E – Método de las diferencias acumuladas para delimitación de unidades homogéneas

ANEXO E MÉTODO DE LAS DIFERENCIAS ACUMULADAS PARA DELIMITACIÓN DE UNIDADES HOMOGÉNEAS Buena parte del éxito de un programa de mantenimiento y rehabilitación de pavimentos reposa en la correcta definición de unidades de diseño estadísticamente homogéneas. Para delimitarlas, el ingeniero se basa tanto en los antecedentes históricos de la calzada, descritos ene. Capítulo 2 de la Parte 2, como en la inspección del estado superficial del pavimento y el análisis de algunas otras variables que, a través de medidas numéricas, permitan conocer la condición real de respuesta del pavimento. El establecimiento de tramos homogéneos mediante estas últimas se puede efectuar de manera subjetiva, realizando un dibujo que muestre el comportamiento de la variable medida a lo largo del proyecto o se puede realizar de una manera más objetiva mediante procedimientos analíticos, entre los cuales se puede citar el de las “diferencias acumuladas”, descrito en el Apéndice J de la guía de diseño de pavimentos AASHTO 1993 [ref. E1]. El procedimiento, de tipo estadístico, se basa en el hecho matemático simple de que cuando la variable Zx (definida como la diferencia entre el área bajo la curva de respuesta a cualquier distancia y el área total desarrollada por la respuesta promedio de todo el proyecto hasta la misma distancia) se dibuja como función de la distancia a lo largo del proyecto, los límites de los tramos homogéneos ocurren en los puntos donde la pendiente de la línea que representa la variación de Zx con la longitud, cambia de signo. La Tabla E.1 ilustra los pasos necesarios para el cálculo de Zx, mientras la Tabla E.2, presenta un ejemplo a través del cual se realiza un análisis de las deflexiones bajo el centro de aplicación de la carga, a lo largo de un sector de pavimento flexible, cuya representación gráfica en la figura E.1 permite detectar las extensiones de los tramos donde las deflexiones presentan un comportamiento homogéneo. REFERENCIAS E.1 - AASHTO, “AASHTO guide for design of pavement structures”, Washington, 1993

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Tabla E.1. Solución tabulada de la aproximación sucesiva de las diferencias acumuladas

Figura E.1. - Delimitación de unidades de análisis por el método de las diferencias acumuladas (Ejemplo)

E-4

Anexo E – Método de las diferencias acumuladas para delimitación de unidades homogéneas

Tabla E.2. Solución tabulada de la aproximación sucesiva de las diferencias acumuladas (Ejemplo) ESTACIÓN (km)

DEFLEX. (0.01 mm)

NÚMERO DE INTERVALO

DISTANCIA INTERVALO (km)

DISTANCIA ACUMULADA (km)

DEFLEXIÓN PROMEDIO

INTERVALO DE ÁREA REAL

ÁREA ACUMULADA

Zx

0+100 0+200 0+300 0+400 0+500 0+600 0+700 0+800 0+900 1+000 1+100 1+200 1+300 1+400 1+500 1+600 1+700 1+800 1+900 2+000 2+100 2+200 2+300 2+400 2+500 2+600 2+700 2+800 2+900 3+000 3+100 3+200 3+300 3+400 3+500 3+600 3+700 3+800 3+900 4+000 4+100 4+200 4+300 4+400 4+500 4+600 4+700 4+800 4+900 5+000 5+100 5+200 5+300 5+400 5+500 5+600 5+700 5+800 5+900 6+000

30 30 30 41 44 37 41 30 30 30 41 51 51 61 41 51 52 50 51 30 41 51 61 71 61 71 81 110 110 114 115 120 125 110 111 122 122 111 115 108 111 122 111 81 70 20 28 51 59 20 52 61 51 41 61 61 33 36 41 30

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60

0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10

0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00 1.10 1.20 1.30 1.40 1.50 1.60 1.70 1.80 1.90 2.00 2.10 2.20 2.30 2.40 2.50 2.60 2.70 2.80 2.90 3.00 3.10 3.20 3.30 3.40 3.50 3.60 3.70 3.80 3.90 4.00 4.10 4.20 4.30 4.40 4.50 4.60 4.70 4.80 4.90 5.00 5.00 5.20 5.30 5.40 5.50 5.60 5.70 5.80 5.90 6.00

30.0 30.0 30.0 35.5 42.5 40.5 39.0 35.5 30.0 30. 35.5 46.0 51.0 56.0 51.0 46.0 51.5 51.0 50.5 40.5 35.5 46.0 56.0 66.0 66.0 66.0 76.0 95.5 110.0 112.0 114.5 117.5 122.5 117.5 110.5 116.5 122.0 116.5 113.0 111.5 109.5 116.5 116.5 96.0 75.5 45.0 24.0 39.5 55.0 39.5 36.0 56.5 56.0 46.0 51.0 61.0 47.0 34.5 38.5 35.5

3.00 3.00 3.00 3.55 4.25 4.05 3.90 3.55 3.00 3.00 3.55 4.60 5.10 5.60 5.10 4.60 5.15 5.10 5.05 4.05 3.55 4.60 5.60 6.60 6.60 6.60 7.60 9.55 11.00 11.20 11.45 11.75 12.25 11.75 11.05 11.65 12.20 11.65 11.3 11.15 10.95 11.65 11.65 9.60 7.55 4.50 2.40 3.95 5.50 3.95 3.60 5.65 5.60 4.60 5.10 6.10 4.70 3.45 3.85 3.55

3.00 6.00 9.00 12.55 16.80 20.85 24.75 28.30 31.30 34.30 37.85 42.45 47.55 53.15 58.25 62.85 68.00 73.10 78.15 82.20 85.75 90.35 95.95 102.55 109.15 115.75 123.35 132.90 143.90 155.10 166.55 178.3 190.55 202.30 213.35 225.00 237.20 248.85 260.15 271.30 282.25 293.90 305.55 315.15 322.70 327.20 329.60 333.55 339.05 343.00 346.60 352.25 357.85 362.45 367.55 373.65 378.35 381.80 385.65 389.20

-3.49 -6.97 -10.46 -13.40 -15.36 -18.07 -20.66 -23.59 -27.08 -30.57 -33.50 -35.39 -36.78 -37.66 -39.05 -40.94 -42.27 -43.66 -45.10 -47.53 -50.47 -52.36 -53.24 -53.13 -53.02 -52.90 -51.79 -48.23 -44.21 -39.50 -35.54 -29.27 -23.51 -18.25 -13.68 -8.52 -2.81 2.36 7.17 11.83 16.30 21.46 26.62 29.74 30.80 28.81 24.73 22.19 21.20 18.67 15.78 14.94 14.06 12.17 10.78 10.40 8.61 5.57 2.94 0.00

At= 389.20

F = At /Lt = 389.20/6 = 64.87

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E-6

ANEXO F            Hojas de cálculo para la  determinación de los Módulos  mediante cálculo directo                                     

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Anexo F – Hojas de cálculo para la determinación de módulos mediante cálculo directo

ANEXO F HOJAS DE CÁLCULO PARA LA DETERMINACIÓN DE MÓDULOS MEDIANTE CÁLCULO DIRECTO F.1. INTRODUCCIÓN El cálculo directo es un método desarrollado por la FHWA, a través programa LTPP (Long-Term Pavement Performance), el cual permite estimar los módulos de la subrasante y del conjunto de capas asfálticas, a partir de las medidas deflexión y de los espesores de la estructura del pavimento, sin necesidad de realizar tanteos como lo exige el retrocálculo. Para el cálculo del módulo de la subrasante, el método utiliza una formulación basada en el modelo de Hogg. Por su parte, la rigidez de las capas asfálticas se basa en una versión particular del parámetro AREA, que es un índice de la curvatura del cuenco de deflexión. Las fórmulas correspondientes se encuentran en los numerales 3.2.2.4 y 3.2.2.6 del Capítulo 2 de la Parte 3 de la presente guía metodológica. El método no incluye una solución para el cálculo del módulo de las capas intermedias (llamadas “base” en el documento), las cuales deben ser no ligadas, y se limita a recomendar su estimación a través del uso de relaciones modulares adecuadas, en particular la desarrollada por Dormon y Metcalf , empleada en el método de diseño de pavimentos SHELL: Ebase = 0.2 * (hbase)0.45 * Esubrasante

(1)

Expresión en la cual el espesor de las capas granulares intermedias (base) se encuentra en milímetros. Si el espesor se encuentra en pulgadas, la ecuación se convierte en: Ebase = 0.86 * (hbase)0.45 * Esubrasante

F-3

(2)

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F.2. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL MÉTODO DE CÁLCULO DIRECTO Los autores del método mencionan las siguientes ventajas: 1. Puesto que los módulos de la subrasante y de las capas asfálticas calculados por este procedimiento no dependen de los módulos de otras capas del sistema, sólo se obtiene una solución para cada cuenco de deflexión, al contrario de lo que sucede con el retrocálculo. 2. El cálculo directo es fácil de entender y usar, en tanto que el retrocálculo exige un juicio ingenieril especializado, así como el conocimiento de la manera de correr el programa iterativo escogido. 3. Según su experiencia con la información de la base de datos del LTPP, para los mismos espesores y deflexiones, las técnicas de cálculo directo producen menos dispersión en los resultados que la obtenida mediante retrocálculo al analizar pavimentos flexibles A pesar de las ventajas, los autores también aceptan algunas desventajas: 1. Como los módulos de la subrasante y de las capas asfálticas se calculan de manera independiente, mediante fórmulas que no se encuentran asociadas, los valores obtenidos pueden ser razonables o no para la magnitud de la deflexión central. 2. Sólo se puede obtener un valor modular único para todas las capas asfálticas, independientemente de que ellas estén compuestas por mezclas de diferente tipo. 3. El método no está destinado a determinar el módulo de las capas intermedias, motivo por el cuál éste se debe determinar a partir de fórmulas que son producto de otras metodologías.

F.3. HOJAS ELECTRÓNICAS DE CÁLCULO Para facilitar la determinación de los módulos por el método de cálculo directo, la FHWA ha desarrollado un programa que resulta autoexplicativo en casi todas las circunstancias. Para quienes lo usen por primera vez, a continuación se describen los pasos a seguir para su uso correcto: F-4

Anexo F – Hojas de cálculo para la determinación de módulos mediante cálculo directo

1. Cargar la hoja de cálculo Microsoft ® Excel elaborada por la FHWA. 2. Salvarla bajo un nombre nuevo o de lo contrario se puede perder la plantilla. 3. Todas las áreas de la hoja de cálculo que están sombreadas en gris deben ser llenadas con los datos de entrada correctos. Si ellos son pegados desde otra hoja de cálculo, deberán ser sombreados en gris para mantener el sombreado. 4. Escribir el nombre del proyecto en la celda I-2. 5. Escribir o pegar en las celdas C-8 a R-8 y en las casillas de las mismas columnas en las filas siguientes, los datos de deflexión obtenidos en cada una de las estaciones evaluadas y que se desean procesar por cálculo directo. Se debe tener la precaución de emplear el formato y las unidades indicadas en el ejemplo que se suministra (Nota: los datos de las columnas C a J sólo tiene carácter de identificación y no son empleados para el cálculo directo. Por lo tanto, el usuario decidirá si los usa o no). 6. Escribir en la celda U-5 el radio de la placa de carga. Como se aprecia en la celda U-6, sólo hay dos posibilidades: 300 milímetros o 12 pulgadas. 7. En las celdas W-5 a AB-5, llenar las posiciones usadas de los sensores del deflectómetro, en las unidades adecuadas. En la celda V-5 (=0) es obligatorio colocar la deflexión central. Algunas de las celdas comprendidas entre la W-5 y AA-5 se requieren para el cálculo del factor AREA que forma parte de la formulación para el cálculo del módulo de las capas asfálticas. Las notas que se encuentran en las celdas W-6 a AA-6 indican cuáles de ellas se requieren y las unidades respectivas. 8. La constante de la celda AO-5 sólo es necesaria si se desea realizar una corrida para calcular esfuerzos, desplazamientos y deflexiones, luego de determinar el módulo de la capa. Esto tiene en cuenta la presencia de una capa rígida a cierta profundidad, así como el espesor de la capa que representa la parte superior de la subrasante y el módulo de la capa rígida. En los ejemplos suministrados se supone que éste último es 3 veces el de la subrasante, pero el valor se puede cambiar si el usuario tiene evidencia de la existencia de un manto rocoso cerca de la superficie que haga que su valor sea mayor. 9. En las celdas AH-8 hasta AH-xxx (en tantas filas cuantos cuencos de deflexión se vayan a incluir en los cálculos), se debe ingresar el espesor total de las capas F-5

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superiores ligadas con asfalto, en las unidades especificadas. Este espesor puede ser el mismo para todos los cálculos o ser diferente para cada estación, según corresponda. 10. Si el espesor total de las capas asfálticas es el mismo para todos los datos de deflexión, es posible ingresar ese valor único en la celda AI-5 y crear una fórmula que lo copie en toda la columna AH. En caso contrario, no se emplea la celda AI-5 (Nota: es altamente recomendable no usar espesores asfálticos menores de 75 milímetros o 3 pulgadas). 11. Las celdas AV-8 a AV-xxx (en tantas filas cuantos cuencos de deflexión se vayan a incluir en los cálculos) están disponibles para el empleo de la relación modular de Dormon y Metcalf, siempre que la subrasante y las capas inferiores del pavimento (“base”) estén constituidas por materiales no ligados. En tal caso, se ingresa el espesor total de dichas capas, en las unidades especificadas. El ingreso se puede hacer celda por celda si el valor varía en cada caso o ingresando un solo valor para toda la hoja, en caso de que sea constante. Este espesor total se deberá encontrar entre 50 y 600 milímetros (2 a 24 pulgadas). 12. En caso de que el espesor total de los granulares sea constante para toda la tabla, dicho valor se coloca en la celda AZ-5 y se crea una fórmula que lo copie en toda la columna AV, desde la celda AV-8 hasta la última donde haya datos. 13. Todas las fórmulas y columnas que no se encuentran sombreadas en gris requieren ser copiadas desde las primeras filas de datos, luego de que todos los datos de entrada requeridos se hayan escrito en las celdas sombreadas en gris. 14. Los resultados estadísticos desplegados en los ejemplos suministrados al inicio de la hoja de cálculo son válidos para todo el archivo. Por supuesto, cualquier parte de los datos puede ser manipulada por el usuario según éste lo desee; por ejemplo, eliminando datos de entrada espurios, (v.g., valores de deflexión que no sean decrecientes con la distancia) o dividiendo el archivo en subsecciones uniformes, con una hoja de cálculo separada para cada una.

F.4. PRECAUCIONES El uso del método de cálculo directo y de las hojas electrónicas elaboradas por la FHWA requiere algunas precauciones:

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Anexo F – Hojas de cálculo para la determinación de módulos mediante cálculo directo

1. El formato ha sido elaborado para utilizar siete (7) valores de deflexión, medidos a unas distancias determinadas. Si el equipo de medición genera más lecturas, el analista sólo debe incluir los 7 datos requeridos por la hoja de cálculo, los 3 primeros a 0, 200 y 300 mm del centro de aplicación de la carga. 2. Con fines de diseño, el juicio ingenieril debe prevalecer siempre sobre el resultado del cálculo matemático. Por lo tanto, si los valores modulares obtenidos mediante cálculo directo resultan por fuera de límites que la experiencia considere razonables, ellos deben ser descartados por falta de realismo o de razonabilidad. 3. El método de cálculo directo no intenta reemplazar al retrocálculo ni a cualquier otro procedimiento de medida o de determinación de módulos. En últimas, lo que se pretende es verificar si los módulos calculados mediante retrocálculo – que también corresponden a estimativos- son razonables, por cuanto dos métodos distintos para determinar módulos a partir de los mismos datos de deflexión no debería producir resultados muy disímiles. 4. Según la experiencia de los autores, los módulos de subrasante calculados por este método son, en promedio, cercanos a la mitad de los calculados con las fórmulas que utilizan las deflexiones lejanas. Por lo tanto, el módulo obtenido por cálculo directo no debería ser afectado, para efectos de diseño, por el factor de reducción que recomienda el método AASHTO o, de lo contrario, el diseño resultaría muy conservativo. 5. Por ningún motivo es recomendable, para el diseño de un determinado proyecto, utilizar para algunos tramos los módulos obtenidos por cálculo directo y para otros los obtenidos por retrocálculo. Se debe emplear un solo criterio, dependiendo de la razonabilidad de los valores modulares obtenidos.

F.5 AUTORIZACIÓN Las hojas de cálculo elaboradas por la FHWA para la determinación de los módulos por el método del cálculo directo pueden ser utilizadas para los propósitos de la presente guía metodológica, gracias a la autorización brindada por dicha organización. Ellas pueden ser solicitadas al correo electrónico [email protected]

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REFERENCIAS F.1 - STUBSTAD R.N., JIANG Y.J. & LUKANEN E.O., “Guidelines for review and evaluation of backcalculation results”, Report FHWA RD-05-152, Elkridge, Maryland, February 2006

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ANEXO G            Cuaderno de cálculo  Hojas electrónicas para el cálculo  de refuerzos por el método  AASHTO ‐ 93  

                             

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Anexo G – Cuaderno de cálculo.Hojas electrónicas para el cálculo de refuerzos por el método AASHTO - 93

ANEXO G CUADERNO DE CÁLCULO HOJAS ELECTRÓNICAS PARA EL CÁLCULO DE REFUERZOS POR EL MÉTODO AASHTO-93 Autor: Fernando Estrada Sánchez, para el Consorcio BETA (Contrato INVÍAS 2761/07)

G.1. INTRODUCCIÓN En este Anexo se describe el cuaderno de cálculo elaborado para facilitar la aplicación del método AASHTO de cálculo de refuerzos. Este cuaderno aplica los procedimientos y expresiones descritos en el numeral 5.2.3 (Parte 5 Capítulo2) de la guía metodológica. El cuaderno consta de varias hojas electrónicas, cuyo contenido y funcionamiento se describe a continuación.

G.2. HOJA 1 - ESTRUCTURA DE PAVIMENTO La primera hoja del cuaderno de cálculo permite definir las estructuras de pavimento para el sector vial en estudio. Esta hoja tiene dos zonas de entradas de datos: -

Datos generales de la capas del pavimento, en la parte superior del cuadro.

-

Datos particulares de localización y espesores, en el cuerpo del cuadro.

La información sobre las Condiciones de Referencia para la evaluación deflectométrica (esquina superior derecha) se muestran como ilustración, pero no se introducen en esta página, ni pueden ser modificados en ella. G.2.1. Datos generales de las capas del pavimento Los datos que se deben introducir en ella son los siguientes:

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-

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Nombres particulares de las diferentes capas del pavimento. Esta información se escribe en la fila que está debajo del título: “ESTRUCTURA DE PAVIMENTO: espesores (h), mm y Coeficientes AASHTO Estimados por Condición Pavimento (a,m)” .

- La hoja permite incluir hasta siete (7) capas en general con un máximo de tres (3) capas asfálticas; las tres (3) primeras casillas a la izquierda se reservan para este tipo de capas. Si la estructura tiene solo dos capas asfálticas (ó una), la columna correspondiente a la tercera capa asfáltica (o segunda y tercera capas asfálticas) debe(n) quedar vacía(s). - Coeficientes estructurales y de drenaje efectivos estimados para cada una de las capas. Esta información se emplea para estimar el Número Estructural Efectivo por análisis de capas. G.2.2. Datos particulares de las capas del pavimento Los datos particulares que se deben introducir para cada tramo de pavimento son: -

Localización del apique (exploración) y su abscisa

- Tramo de pavimento asociado a la exploración, con abscisa inicial y final. Con el fin de evitar dualidad de interpretación para los límites de los tramos, la abscisa final de un tramo debe ser diferente de la abscisa inicial del tramo siguiente, así sea por un (1) metro. - Espesores de cada una de las capas del pavimento, en milímetros. Si hay capas que no existen, la casilla se deja en blanco. - Descripción de la subrasante. Esta información es solamente ilustrativa.

G.3. HOJA 2 - DEFLEXIONES MEDIDAS Y CORREGIDAS En esta hoja se introducen los valores de las deflexiones medidas y las condiciones de ensayo asociadas, como son: carga y temperatura del pavimento. También se introducen las condiciones de referencia para la interpretación de los resultados de estas mediciones.

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Anexo G – Cuaderno de cálculo.Hojas electrónicas para el cálculo de refuerzos por el método AASHTO - 93

La hoja calcula todas las deflexiones corregidas por carga. Una vez corregida por carga, la deflexión central es corregida también por temperatura. G.3.1. Condiciones de referencia Las condiciones de referencia se introducen en la esquina superior derecha; son ellas: -

Carga de referencia (kN)

-

Radio del plato de carga (mm).

-

Temperatura de referencia (8º C).

-

Número de capas asfálticas: 1, 2 ó 3.

-

Presencia de base estabilizada con ligante hidráulico (S/N).

G.3.2. Deflexiones medidas y condiciones de ensayo asociadas En las diez primeras columnas se introduce la información correspondiente a las deflexiones medidas y a las condiciones de ensayo asociadas, así: -

Abscisa del sitio ensayado.

-

Carga aplicada (kN)

-

Temperatura del pavimento, (ºC).

-

Localización de los sensores de medida en términos de distancia al eje de la carga (mm)

-

Deflexiones medidas en cada sitio y para cada uno de los sensores ( m)

En las siguientes ocho columnas, la hoja calcula las deflexiones corregidas y las presenta de la siguiente manera: - Deflexiones corregidas por carga en cada sitio y para cada uno de los sensores ( m). G-5

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- Deflexión central, corregida por carga y temperatura (ºC).

G.4. HOJA 3 – RESULTADOS DEL RETROCÁLCULO Esta hoja presenta los resultados del retrocálculo por el método AASHTO, que termina con la determinación de los parámetros estructurales del pavimento y el espesor de refuerzo para cada punto. Esta hoja tiene principalmente resultados; sin embargo, requiere la entrada de algunos datos relacionados con criterios de análisis y de diseño. Para obtener la mayoría de los resultados que se presentan en esta hoja, existe otra hoja auxiliar de cálculo, la hoja 10 “Análisis”. G.4.1. Criterios de retrocálculo En la esquina superior derecha se deben introducir dos criterios de retrocálculo, a saber: - Factor ajuste del módulo resiliente de la subrasante (Mr) para diseño. - Distancia mínima del sensor alejado, (mm). - Espesor estructural máximo (mm). G.4.1.1. Factor de ajuste del módulo resiliente de la subrasante (Mr) para diseño Debido a que el módulo resiliente de la subrasante es altamente dependiente del estado de esfuerzos al cual se encuentra sometida la capa, el valor determinado mediante retrocálculo a partir de un sensor alejado debe ser ajustado para reflejar las condiciones de respuesta de la subrasante bajo el centro de aplicación de la carga y los resultados de las pruebas de laboratorio bajo las cuales fue desarrollado el método AASHTO. Para los factores de ajuste, ver numeral 5.2.3.6, Capítulo 2, Parte 5. G.4.1.2. Distancia mínima del sensor alejado El método AASHTO requiere que el sensor alejado, con cuya información se calcula el Módulo Resiliente de la subrasante (Mr), esté situado a una distancia no inferior G-6

Anexo G – Cuaderno de cálculo.Hojas electrónicas para el cálculo de refuerzos por el método AASHTO - 93

a 0.7 veces el radio del bulbo de esfuerzos en la interfaz sub-base entre la subrasante y la capa inmediatamente superior (generalmente la subbase o el relleno de mejoramiento) ae. Muchos calculistas resuelven este punto de manera simplista, escogiendo siempre el sensor más alejado. Sin embargo, de la lectura del texto del método [ref. G.1], se desprende el criterio de escoger un sensor lo más cercano posible a la carga aplicada, siempre que cumpla con el criterio de separación descrito anteriormente. Varios manuales de estados norteamericanos mencionan la escogencia sistemática del sensor situado a 900 milímetros de la carga. El cuaderno de cálculo, en su hoja de análisis, calcula los módulos de subrasante y del pavimento para todos los sensores, a partir del tercero, y verifica el cumplimiento o no del criterio de separación. Posteriormente, escoge automáticamente los resultados del sensor más cercano a la carga que cumpla el criterio de separación. Si el usuario introduce un valor de separación mínima para el sensor alejado, la hoja de análisis contempla también este valor como criterio adicional para la selección del sensor alejado. G.4.1.3. Espesor estructural máximo Como se ha mencionado en el Capítulo 2 de la Parte 5, el aporte estructural de las capas inferiores (subbase y mejoramiento, si existe) no crece indefinidamente con el espesor de las mismas. Por lo tanto, el retrocálculo de pavimentos especialmente gruesos puede sobrevalorar la capacidad efectiva del pavimento existente para espesores superiores a 700 milímetros. Por este motivo, la hoja permite limitar el espesor estructural. G.4.2. Parámetros generales del método AASHTO Como esta hoja calcula el espesor de refuerzo requerido para cada punto evaluado mediante las deflexiones, se requiere la información de los parámetros generales del método AASHTO. Ellos son: - Confiabilidad (R, %). La hoja de cálculo incorpora automáticamente el valor de la variable de la distribución normalizada de frecuencias Zr, para lo cual hace uso de la hoja auxiliar “Tabla Zr” G-7

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- Índices de servicio inicial (Po) y final (Pt). - Desviación estándar de los parámetros de cálculo (So). - Coeficiente estructural de la mezcla asfáltica de refuerzo a(r). - Número acumulado de ejes equivalentes. G.4.3. Deflexiones tomadas para el retrocálculo Las columnas B a F de la hoja presentan la información asociada a los resultados de las deflexiones que fueron empleados para el retrocálculo de los parámetros estructurales del pavimento. La información presentada es la siguiente: - Deflexión central: se presenta la deflexión corregida por carga y por temperatura. - Deflexión del sensor alejado: para el sensor alejado, escogido de acuerdo con lo indicado en el aparte G4.1.2, se presenta la deflexión corregida por carga y la distancia del sensor; también se presenta el valor del radio del bulbo de esfuerzos en la interfaz entre la subrasante y la capa inmediatamente superior ae, el cual sirvió de criterio para la escogencia de dicho sensor. G.4.4. Parámetros estructurales del pavimento existente Esta zona de la hoja de cálculo, situada entre las columnas G y K, presenta la siguiente información: - Espesor ajustado; corresponde al espesor total del pavimento existente, limitado al valor máximo definido por el usuario, si aplica. - Módulo de la subrasante para diseño: corresponde al módulo obtenido por retrocálculo, multiplicado por el factor de ajuste definido por el usuario. - Módulo del pavimento: corresponde al módulo obtenido por retrocálculo. - Número estructural efectivo del pavimento existente, obtenido por retrocálculo.

G-8

Anexo G – Cuaderno de cálculo.Hojas electrónicas para el cálculo de refuerzos por el método AASHTO - 93

- Número estructural efectivo del pavimento existente, ajustado por fresado (ver numeral 5.2.3.5.4, Parte 5 Capítulo 2). G.4.5. Espesores de refuerzo Las columnas L a N presentan el resultado del cálculo de espesores de refuerzo para cada punto de análisis, de la siguiente manera: - Número estructural futuro (SNfut). - Déficit estructural, o diferencia entre el número estructural futuro (SNfut) y el número estructural efectivo (SNeff). - Espesor de refuerzo hr (mm).

G.5. HOJA 4 - SECTORIZACIÓN En esta hoja el usuario puede establecer la sectorización del tramo analizado y obtener los resultados estadísticos para cada sector. Requiere que el usuario defina: - los sectores: columnas B y C, filas 10 a 29. - el espesor de fresado para cada sector (si es el caso): columna D, filas 10 a 29. -

la confiabilidad deseada para el análisis estadístico: casilla OP 3.

También, requiere que el usuario defina, si lo desea, los límites para la exclusión de valores atípicos en cada variable. La hoja presenta los resultados tanto en valores promedio como en valores característicos, resultantes estos últimos de aplicar el grado de confiabilidad introducido por el usuario. Los parámetros analizados estadísticamente en esta hoja para cada uno de los sectores definidos por el usuario son los siguientes: - Deflexión central corregida: en las columnas G a I, filas 10 a 29.

G-9

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- Módulo resiliente de la subrasante (módulo para diseño), en las columnas L a N, filas 10 a 29. - Número estructural efectivo, en las columnas Q a S, filas 10 a 29. - Número estructural efectivo ajustado por fresado, en las columnas G a H, filas 35 a 54. - Espesor de refuerzo punto por punto, en las columnas K a M, filas 35 a 54. Adicionalmente, la hoja calcula los espesores de refuerzo para cada uno de los sectores a partir de los parámetros estructurales promedio (columnas N a P, filas 35 a 54) y característicos (columnas Q a S, filas 35 a 54) de subrasante y número estructural efectivo ajustado por fresado. G.5.1. Confiabilidad El método AASHTO, estrictamente hablando, emplea valores promedio para sus análisis, pues la confiabilidad está introducida en la fórmula general de cálculo de espesores. Sin embargo, algunas agencias americanas introducen criterios adicionales de confiabilidad en el momento de escoger los parámetros estructurales o definir los espesores de refuerzo. La hoja de cálculo incorpora automáticamente el valor de la variable de la distribución normalizada de frecuencias Zr, para lo cual hace uso de la hoja auxiliar “Tabla Zr”. G.5.2. Localización del sector La localización del sector se introduce en la parte superior de las columnas B y C (filas 10 a 29). La parte inferior de estas columnas copia la información introducida en la parte superior. La información requerida para cada sector es su abscisa inicial y su abscisa final. Con el fin de evitar dualidad de interpretación para los límites de los sectores, la abscisa final de un tramo debe ser diferente de la abscisa inicial del tramo siguiente, así sea por un (1) metro.

G - 10

Anexo G – Cuaderno de cálculo.Hojas electrónicas para el cálculo de refuerzos por el método AASHTO - 93

G.5.3. Límites para exclusión de valores atípicos Con frecuencia se presentan valores atípicos en uno o en varios de los parámetros analizados. Con el fin de excluirlos de los análisis estadísticos (valores promedio y valores característicos), la hoja permite que el usuario pueda definir límites mínimos y máximos para cada uno de los parámetros, en cada uno de los sectores. El límite mínimo de exclusión significa que todos los valores inferiores o iguales al valor límite propuesto serán excluidos de los análisis estadísticos. De igual forma, el límite máximo significa que todos los valores superiores o iguales al valor límite propuesto serán excluidos.

G.6. GRÁFICOS El cuaderno de cálculo presenta los resultados en forma gráfica, así: - Gráfica de deflexión central corregida. - Módulo resiliente de la subrasante para diseño. - Número estructural efectivo, obtenido por retrocálculo. - Número estructural efectivo, ajustado por fresado. - Espesor de refuerzo. - Diferencias acumuladas: esta gráfica sirve de guía para establecer la sectorización. Las diferencias acumuladas están ajustadas a una escala 1:100 para poder hacer comparaciones entre las diferentes variables analizadas, que son: -

Deflexión central corregida

-

Módulo resiliente de la subrasante para diseño

-

Número estructural ajustado por fresado

-

Espesor de refuerzo

G - 11

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G.7. HOJAS AUXILIARES Al final, el cuaderno de cálculo tiene seis (6) hojas auxiliares que sirven para efectuar cálculos intermedios o consultas a las hojas principales; estas hojas auxiliares no requieren entrada de datos. Son ellas: - Hoja de análisis, para cálculos intermedios. - Hoja con tabla de la variable de la distribución normalizada de frecuencias Zr, para consulta. - Cuatro (4) hojas de cálculo de diferencias acumuladas, una para cada variable analizada. Entre las columnas AF a AT de la hoja de análisis se puede apreciar el resultado del análisis por retrocálculo de la información de cada uno de los sensores, a partir del segundo. Cuando el sensor no cumple con la distancia mínima de separación, los valores correspondientes aparecen resaltados en color naranja. G.8. EJEMPLO DE CÁLCULO Se adjunta un ejemplo desarrollado con el cuaderno de cálculo, el cual contiene las siguientes hojas: - Hoja 1 - Estructura Pavimento (1 página). - Hoja 2 – Deflexiones (4 páginas). - Hoja 3 – Resultados (4 páginas). - Hoja 4 – Sectorización. - Gráfico 1 – Deflexión central corregida. - Gráfico 2 – Módulo resiliente de la subrasante para diseño. - Gráfico 3 – Número estructural efectivo. - Gráfico 4 – Espesor de refuerzo. - Gráfico 5 – Diferencias acumuladas. G - 12

1

ABSCISA

K5+000

No

AP-1

EXPLORACIONES

K0+000

Inicial

K9+100

Final

ABSCISADO TRAMO ASOCIADO

100

hi 0.30

ai

MDC 5 años hi

ai

Base Negra

hi

ai

MDC 15 años

200

Temperatura, oC

Radio Plato, mm

40 150 20

ai 0.14

mi 1.00

170

hi 0.12

ai

mi 1.00

Sub-base Triturada hi

ai

mi

Sub-base grava/arena hi

ai

mi

Recebo IP 0:

CBR Donde:

D60:

75 1 0.728(P200 * IP)

(2)

Tamaño correspondiente al 60% pasa en la curva granulométrica (mm).

P200: Proporción del material que pasa el tamiz # 200, expresada como decimal. IP:

Índice plástico del suelo.

Los valores de CBR obtenidos con estas expresiones intentan, según se menciona en el Capítulo 3 de la Parte 2 de la nueva guía AASHTO [ref. H.1], brindar valores del módulo resiliente, denominado MRopt, en unas condiciones iniciales de referencia cercanas a la humedad óptima y a la densidad máxima de los suelos. El modelo de clima del método se encarga, posteriormente, de incorporar factores que modifican estacionalmente el valor del módulo de acuerdo con las variaciones previstas en la humedad del suelo durante el transcurso del año. La Tabla 5 del Apéndice CC-1 de la nueva guía AASHTO presenta los valores típicos de CBR obtenidos con las ecuaciones (1) y (2) para suelos representativos de las diferentes clasificaciones del método unificado. Dicha tabla, levemente adaptada, se presenta en este Anexo como Tabla H.1. La adaptación ha consistido en asumir unos valores razonables de límite líquido (que no están incluidos en la tabla de la Guía), los cuales se requieren para efectuar algunos análisis posteriores.

H-5

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Tabla H.1. Valores típicos de CBR según ecuaciones (1) y (2) para diferentes suelos (Adaptación de la Tabla 5 del Apéndice CC-1 de la Guía AASHTO 2002)

SÍMBOLO GW GP GM GC SW SP SM SC ML CL MH CH

D60 usado (mm) 10 6 2 1 -

LL usado

IP usado

35 35 35 35 30 35 60 60

0 0 4 13 0 0 5 14 11 15 25 35

P200 usado (%) 3 3 15 23 3 3 25 37 75 75 75 75

P200*IP calculado

CBR calculado

CBR Peltier

0 0 0.6 3 0 0 1.3 5.2 8.3 11.3 18.8 26.3

64.1 53.3 52.2 19.5 36.0 28.1 39.3 15.7 10.7 8.2 5.1 3.7

12.9 8.1 2.8 2.0

H.4. EL FACTOR DE CARGA En 1955, Peltier [ref. H.2] planteaba algunas de las dificultades en la ejecución de la prueba CBR y, a partir de los resultados de muchos ensayos, definió un “factor de carga” (Fm) para suelos en los que el 75% o más pasaba el tamiz número 40, con un índice plástico superior a 5, y cuyo valor numérico corresponde, de manera aproximada, al CBR medido en condiciones correspondientes al óptimo del Proctor Modificado. La fórmula encontrada es la que se indica a continuación, debiendo adoptarse un valor máximo de 20, cuando el valor obtenido en el cálculo sea mayor: Fm

4250 LL * IP

(3)

Cuando el suelo tiene algún porcentaje retenido en el tamiz # 40 (m), el valor F m debe ser corregido como se indica a continuación: 75%> m > 25%,

F Fm 2.5

H-6

m 50

(4)

Anexo H – Análisis de una fórmula incluida en la Guía AASHTO 2002 para   obtener el CBR a partir de las propiedades índices de los suelos 

25% > m,  

 

 

 

F = 40 −

2m (20 − Fm )     25

(5) 

  Los valores calculables de Fm para los suelos incluidos en la Tabla H.1, aparecen en  la última columna de la misma.       H.5.  VERIFICACIÓN  DE  LA  ECUACIÓN  AASHTO  APLICABLE  A  SUELOS  CON  PLASTICIDAD    Los  datos  obtenidos  con  motivo  de  algunos  estudios  para  la  rehabilitación  de  pavimentos  asfálticos  de  la  red  vial  colombiana  [ref.  H.3]    y  de  calles  del  Distrito  Capital de Bogotá [ref. H.4], así como otros extraídos de una antigua publicación de  la  Dirección  de  Vialidad  de  la  Provincia  de  Buenos  Aires  [ref.  H.5],  permiten  confrontar los valores de CBR obtenidos al aplicar la ecuación sugerida en la nueva  guía AASHTO, con los obtenidos a través de los ensayos de laboratorio.     Tanto los datos de CBR de subrasantes de las carreteras colombianas como los de  las calles de Bogotá se obtuvieron sobre muestras evaluadas en el laboratorio bajo  condiciones  de  humedad  y  densidad  de  equilibrio.  Los  datos  de  la  Provincia  de  Buenos  Aires,  según  se  cita  en  la  referencia  [H.5],  corresponden  a  “probetas  moldeadas por el método estático de Porter pero con la humedad óptima y el peso  del litro seco acusados por el Proctor Standard”.    Los datos de los suelos colombianos se resumen en la Tabla H.2 y los argentinos en  la  Tabla  H.3,  las  cuales  incluyen  la  información  requerida  sobre  granulometría  y  plasticidad, así como los índices de grupo de los suelos y tanto los valores de CBR  obtenidos al emplear la fórmula 2, como los obtenidos en el laboratorio aplicando  las técnicas recién indicadas. También, se encuentran los valores calculados con la  fórmula 10, sobre la cual se hará referencia con posterioridad.    Como se puede apreciar en las dos tablas y en la figura H.1, la gran mayoría de los  valores de CBR calculados con la fórmula de la nueva guía AASHTO (fórmula 2) son  mayores  que  los  medidos  bajo  las  condiciones  descritas.  En  el  caso  de  los  suelos  colombianos, para cualquier CBR por debajo de 8, todos los valores calculados con  la expresión AASHTO resultaron mayores que los determinados en el laboratorio en  condiciones de equilibrio, en tanto que en el caso de los once suelos de la Provincia  de Buenos Aires, sólo se presentó un valor medido de CBR superior al calculado con  la fórmula 2.    H ‐ 7 

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Tabla H.2. Características de los suelos de subrasante y comparación de CBR experimentales contra los "calculados" con fórmulas (2) y (10) (Suelos de calles y carreteras colombianas) SUELO

P200

LL

IP

LL*IP

P200*IP/100

IG

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34

41 52 83 56 63 29 70 84 39 82 78 58 64 58 41 48 58 78 86 70 60 57 78 84 75 81 67 86 48 85 97 97,8 89,9 91,2

48 58 33 76 27 28 42 36 27 40 35 29 21 28 43 39 25 51 36 42 24 44 34 68 49 64 34 62 41 62 62 33 108 58

23 15 19 20 8 13 16 14 10 17 12 13 12 10 24 21 12 19 14 25 10 17 16 36 27 37 15 35 23 38 31 16 68 36

1104 870 627 1520 216 364 672 504 270 680 420 377 252 280 1032 819 300 969 504 1050 240 748 544 2448 1323 2368 510 2170 943 2356 1922 528 7344 2088

9,4 7,8 15,8 11,2 5,0 3,8 11,2 11,8 3,9 13,9 9,4 7,5 7,7 5,8 9,8 10,1 7,0 14,8 12,0 17,5 6,0 9,7 12,5 30,2 20,3 30,0 10,1 30,1 11,0 32,3 30,1 15,6 61,1 32,8

4,8 6,8 14 12,1 2,8 0,4 10,7 11,6 0,5 14,1 8,8 4,6 4 3,2 4,9 6,2 3,7 16,6 12 15,6 3 7,8 11,1 34,6 20 32,5 8 33,6 7 35,1 36,4 15,3 73,1 36,1

H-8

CBR CBR AASHTO MEDIDO 9,5 12 11,2 10 6,0 5 8,2 9 16,1 8 20,0 20 8,2 4 7,8 8 19,5 20 6,7 8 9,6 8 11,6 10 11,4 8 14,4 10 9,2 11 9,0 5 12,4 7 6,4 5 7,7 5 5,5 4 14,0 10 9,3 8 7,4 6 3,3 2 4,8 1 3,3 2 9,0 8 3,3 2 8,3 6 3,1 1 3,3 1 6,1 3 1,6 0,8 3,0 1

CBR (IG) 9,3 8,0 5,2 5,8 11,3 18,7 6,3 5,9 17,8 5,2 7,0 9,4 10,0 10,8 9,2 8,3 10,3 4,6 5,8 4,8 11,1 7,4 6,1 1,8 3,9 2,1 7,4 1,9 7,9 1,8 1,6 4,9 -1,0 1,7

Anexo H – Análisis de una fórmula incluida en la Guía AASHTO 2002 para obtener el CBR a partir de las propiedades índices de los suelos

Tabla H.3. Características de los suelos de subrasante y comparación de CBR experimentales contra los "calculados" con ecuaciones (2) y (10) (suelos de la Provincia de Buenos Aires) SUELO

P200

LL

IP

LL*IP

P200*IP/100

IG

1A 2A 3A 4A 5A 6A 7A 8A 9A 10A 11A

99 96,6 95,3 93,8 95,4 62 43 85 53 46 45

45 26 60 32 55 33 30 44 29 29 38

18 8 33 11 28 6 11 19 9 6 5

810 208 1980 352 1540 198 330 836 261 174 190

17,8 7,7 31,4 10,3 26,7 3,7 4,7 16,2 4,8 2,8 2,3

21,1 9,5 36,4 10,2 30,9 2,6 1,5 17,3 2,2 0,4 0,4

CBR CBR CBR (IG) AASHTO MEDIDO 5,4 3,5 3,7 11,3 6,5 6,7 3,1 2,5 1,6 8,8 8 6,4 3,7 2,5 2,2 20,2 10,3 11,6 16,9 13,8 13,7 5,9 6,5 4,4 16,8 13 12,2 24,9 14,5 18,7 28,4 14,8 18,7

Figura H.1. – CBR medido vs. CBR calculado con la fórmula de la guía AASHTO 2002

H.6. VALORES DE LAS CONSTANTES FÍSICAS QUE DAN LUGAR A LOS VALORES DE CBR DE LA ECUACIONES AASHTO 2002 Y PELTIER Si se aplica la ecuación (2), tomando como “input” el CBR y determinando el valor del producto (P200*IP) correspondiente, se obtienen los valores que se muestran en H-9

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la Tabla H.4. En la última fila de la Tabla se presentan, también, los valores del producto (LL*IP) a los cuales dan lugar los mismos datos de CBR, aplicando la ecuación básica de Peltier. Tabla H.4. Valores de P200*IP y de LL*IP correspondientes a diferentes valores de CRB según ecuaciones (2) y (3) CBR P200*IP LL*IP

1 101.6 4250

2 50.1 2125

3 33 1417

5 19.2 850

10 8.9 425

15 5.5 283

20 3.8 212

De acuerdo con los datos incluidos en la Tabla H.2, los suelos cuyo CBR medido en laboratorio fue 20 acusaron productos P200*IP entre 3.8 y 3.9; aquellos cuyo CBR fue 10 presentaron productos P200*IP entre 5.8 y 7.8 (con una excepción); en los que tuvieron CBR del orden de 5 el producto estuvo generalmente entre 12 y 16; aquellos con CBR igual a 2 lo tuvieron entre 27 y 33 y los que dieron como resultado CBR = 1 presentaron valores del mismo producto entre 30 y 33 (con una excepción). Comparando estos productos P200*IP con los que aparecen en la Tabla H.4, se concluye que la ecuación AASHTO da lugar a valores de CBR que, razonablemente, son del mismo orden de magnitud de los medidos en el laboratorio para suelos con resistencias altas, pero se van haciendo mayores que éstos a medida que el CBR disminuye. Así, mientras un valor P200*IP igual a 33 es representativo de un CBR = 3 según la ecuación de la AASHTO, el CBR medido en el laboratorio sobre suelos que presentaban dicho producto P200*IP, fue apenas de 1. En relación con el producto LL*IP, los suelos a los cuales se puede aplicar la ecuación de Peltier (pasantes del tamiz 40) presentaron un valor real de CBR por debajo de 8. El CBR = 8 correspondió a suelos con LL*IP entre 350 y 680; CBRs del orden de 5 se obtuvieron en suelos con el mismo producto entre 500 y 970; en tanto que para valores de CBR = 2 el producto estuvo entre 2300 y 2500 y para valores de CBR = 1 se hallaron productos entre 1900 y 2000, con una excepción. Un valor de CBR menor de 1 se obtuvo en un suelo cuyo producto LL*IP fue del orden de 7300.

H - 10

Anexo H – Análisis de una fórmula incluida en la Guía AASHTO 2002 para obtener el CBR a partir de las propiedades índices de los suelos

H.7. EL ÍNDICE DE GRUPO DE LOS SUELOS Y SU SENTIDO FÍSICO El índice de grupo (IG) es un número empírico que se calcula como complemento de la clasificación de los suelos de subrasante en el método AASHTO, el cual está compuesto por 3 sumandos: IG = 0.2a + 0.005ac + 0.01bd Donde:

a=

(F – 35)

b=

(F – 15)

c=

(LL – 40)

d=

(IP – 10)

F:

Porcentaje que pasa el tamiz # 200

LL:

Límite líquido

IP:

Índice plástico

(6)

El sentido físico de este número se puede comprender considerando por separado los tres sumandos: -

0.2a significa que la calidad del suelo como subrasante decrece al aumentar la fracción limo arcillosa en exceso del 35 % en peso, el cual se considera como el límite máximo necesario para la existencia del esqueleto granular.

-

0.005ac significa un decrecimiento de la calidad cuando al exceso de finos se asocia un elevado límite líquido (por encima de 40), el cual es una expresión de las propiedades elásticas y capilares del suelo.

-

0.01bd significa que la calidad decrece cuando en la fracción fina predominan las partículas arcillosas, cuya presencia se considera por la proporción de finos superior a 15 y su plasticidad superior a 10. Cuando este sumando predomina sobre los demás, el suelo presenta un marcado carácter cohesivo, baja resistencia a la acción del agua y un limitado o nulo aporte friccional.

H - 11

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En su versión inicial, la fórmula del índice de grupo presentaba topes máximos en los valores de F, LL e IP que se debían introducir en ella, de manera que el valor del IG nunca podía exceder de 20, correspondiente a suelos que se consideraban como subrasantes pobres o muy pobres. Además, el valor del IG formaba parte del proceso de clasificación del suelo. Habida cuenta de que muchos suelos finos y plásticos de características de comportamiento muy diferentes quedaban representados por el mismo valor IG = 20, en 1973 la AASHTO decidió eliminar los topes establecidos a los valores de F, LL e IP, de manera que, desde ese instante, el índice de grupo no tiene un límite superior. Como parte de la actualización, el IG fue retirado también de la clasificación del suelo y su cálculo simplemente sirve para tener en cuenta que aquel suelo que, dentro de una determinada clase, tenga un mayor valor del índice de grupo, presentará un comportamiento más deficiente como subrasante. De acuerdo con lo anterior y con lo que expresa el mismo sistema de clasificación, se puede deducir que el IG separa dos grupos de suelos, a saber: Suelos con IG desde 0 hasta 1, los cuales caen dentro de las clases A-1-a, A-1-b, A2-4, A-2-5 y A-3, son considerados satisfactorios como subrasantes cuando están adecuadamente compactados y drenados bajo espesores moderados de pavimento (base granular o capas asfálticas o ambas), de un tipo adecuado para el tránsito por soportar o que se pueden adecuar mediante la adición de cantidades no muy grandes de ligantes naturales o artificiales [ref. H.6]. Se debe entender que los suelos con IG en este rango no son todos iguales y que para diferenciar su comportamiento se debe recurrir a ensayos adicionales de respuesta o resistencia, como el triaxial dinámico o el CBR. Suelos con IG mayor de 1, considerados por AASHTO como “granulares – arcillosos” de los grupos A-2-6 y A-2-7 y “limo arcillosos” de los grupos A-4, A-5, A-6 y A-7, los cuales pueden se catalogar como materiales de subrasante desde aceptables y similares a los A-2-4 y A-2-5, hasta francamente pobres, requiriendo la colocación de una subbase sobre ellos o una base de mucho mayor espesor de la que necesitan los del primer grupo para soportar adecuadamente las cargas del tránsito. En este caso, el Índice de Grupo sí pretende dar una medida o un criterio de calidad del suelo en relación con su posible comportamiento como subrasante [ref. H.6].

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Anexo H – Análisis de una fórmula incluida en la Guía AASHTO 2002 para obtener el CBR a partir de las propiedades índices de los suelos

H.8. CORRELACIÓN ENTRE EL ÍNDICE DE GRUPO Y EL CBR DE LOS SUELOS La gráfica para el cálculo de pavimentos flexibles presentada por el Departamento de Carreteras del Estado de Colorado (USA) en 1947, incluía la primera relación evidente entre el Índice de Grupo de los suelos y su capacidad portante, medida a través del ensayo CBR. A partir de la información contenida en dicha gráfica, el doctor Celestino Ruiz [ref. H.5] estableció que la relación entre esos valores respondía a una ecuación exponencial del tipo: IG = k*e-q(CBR)

(7)

Ecuación que establece una relación lineal recta inversa entre el CBR y el logaritmo del índice de grupo. En ella: e:

Base de los logaritmos naturales

k:

Valor del índice de grupo para el cual el CBR es igual a cero

q:

Coeficiente angular de la recta semi-logarítmica que vincula las 2 variables.

De acuerdo con esta ecuación, al aumentar el valor del CBR por encima de 15, el término exponencial se va haciendo muy pequeño, lo que hace que el Índice de Grupo decrezca tendiendo a anularse. Ello indica que, en esta zona, el Índice de Grupo sólo denota la buena calidad del material de subrasante, sin pretender el establecimiento de una medida numérica de ella. Al analizar la información incluida en la gráfica de diseño del Estado de Colorado, el doctor Ruiz obtuvo la siguiente ecuación numérica de vinculación [ref. H.5]: IG = 26.e-0.163(CBR)

(8)

Despejando de ella el CBR, se obtiene: CBR 14.1* log

26 IG

(9)

Esta correlación fue obtenida en una época (1958) en la cual el sistema de clasificación AASHTO limitaba a 20 el valor máximo posible para el Índice de Grupo. Como en 1973 se realizó una modificación al concepto de dicho índice, eliminando H - 13

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ese límite superior, resulta evidente que, aunque la concepción teórica de la fórmula sigue siendo válida, los valores numéricos de la misma perdieron su validez, dado que suelos considerados originalmente con un IG igual a 20 podían presentar en la realidad tanto dicho valor como otros bastante mayores. De hecho, el valor del parámetro “k” de la expresión (7) indica que un suelo con IG = 26 presenta un CBR prácticamente nulo al efectuar el cálculo con la ecuación (9), situación que bajo el nuevo concepto de dicho índice, está muy alejada de la realidad. Aprovechando los fundamentos teóricos establecidos por Ruiz y la información contenida en la Tabla H.2 sobre algunos suelos de subrasante colombianos, se han procesado los datos correspondientes, con el fin de determinar unos nuevos valores de las constantes de la ecuación (7), teniendo en cuenta los valores reales del Índice de Grupo, de acuerdo con el sistema vigente para su cálculo. La ecuación promedio obtenida fue la siguiente: CBR 8.7 * log

56 IG

(10)

La cual presenta un coeficiente de determinación r2 = 0.85 y un error típico Sxy=1.77 En esta nueva expresión, la ordenada al origen (que según la determinación de Ruiz era 26) alcanza, como era de esperar, un valor mucho más elevado (56). Matemáticamente, este valor indica el Índice de Grupo que correspondería a un CBR=0, es decir, a un suelo en el cual sólo bastaría la carga de acomodación del pistón al inicio del ensayo, para que éste penetrara 0.1”. Es evidente, sin embargo, que existen suelos finos con índices de grupo superiores al valor citado, los cuales presentan algún valor de resistencia que, aunque bajo, resulta medible (ver, por ejemplo, el suelo 33, cuyo IG es 73). Por lo tanto, más que el valor numérico exacto al cual da lugar el cálculo matemático, lo real y verdaderamente importante de la expresión es que ella resalta la debilidad de los suelos con Índices de Grupo del orden de 40 o superior y, por lo tanto, la necesidad de tratarlos con especial precaución, siempre que sean detectados en los niveles previstos para la subrasante. En la Figura H.2 se han representado los puntos representativos de los pares de valores de CBR medido en laboratorio y CBR calculado a partir de la correlación con el IG. Aunque hay más puntos a un lado de la línea de igualdad que al otro, la distribución de ellos resulta mucho más equilibrada que la que obtenida en la H - 14

Anexo H – Análisis de una fórmula incluida en la Guía AASHTO 2002 para obtener el CBR a partir de las propiedades índices de los suelos

Figura H.1 donde se comparaban los CBRs medidos en laboratorio con los CBRs calculados a partir de la fórmula 2, lo que indica que, al considerar condiciones de trabajo de equilibrio, la estimación del CBR a partir del Índice de Grupo presenta mejor aproximación que su determinación a partir del producto P200*IP, según la expresión recomendada en la guía AASHTO 2002. A efectos comparativos, la Tabla H.5 presenta los valores de CBR que se obtienen empleando la ecuación AASHTO a partir del producto P200*IP y empleando la determinada en este Anexo a partir del IG, para los suelos típicos considerados en el Apéndice CC-1 de la nueva guía de diseño de la AASHTO, los cuales se habían presentado en la Tabla H.1. Se aprecia claramente que cuando el CBR es del orden de 15 o menos, los valores calculados con la expresión AASHTO resultan siempre superiores y en una proporción tanto mayor cuanto más baja es la resistencia del suelo.

Figura H.2. – CBR medido vs. CBR calculado con la fórmula del Índice de Grupo Tabla H.5. Valores típicos de CBR según ecuación AASHTO y ecuación basada en IG para los suelos con plasticidad de la Tabla 5 del Apéndice CC-1 de la Guía AASHTO 2002 P200 CBR CBR SÍMBOLO SÍMBOLO LL IP P200*IP USADO IG ECUACIÓN ECUACIÓN USC AASHTO USADO USADO CALCULADO (%) AASHTO IG GM A-1-a 35 4 15 0.6 0 52.2 GC A-2-6 35 13 23 3 0.24 19.5 20.6 SM A-1-b 35 5 25 1.3 0 39.3 SC A-6 35 14 37 5.2 1.2 15.7 14.5 ML A-6 30 11 75 8.3 6.6 10.7 8.1 CL A-6 35 15 75 11.3 10 8.2 6.5 MH A-7-5 60 25 75 18.8 21 5.1 3.7 CH A-7-5 60 35 75 26.3 27 3.7 2.8

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Si se desea expresar la relación el IG con el CBR con 85% de confiabilidad, la fórmula por aplicar es la siguiente: CBR 8.7 * log

35 IG

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H.9. ORIGEN DE LAS DIFERENCIAS Las fórmulas de AASHTO 2002 y del Índice de Grupo para determinar el CBR, consideran dos parámetros iguales: (i) la proporción de finos y (ii) el índice plástico del suelo. Sin embargo, la primera no incluye el valor del límite líquido, en tanto que la segunda sí lo considera. Para establecer la posible influencia de este último parámetro sobre las diferencias de resistencia obtenidas al emplear las dos expresiones, en la Tabla H.6 se presentan unos datos que permiten establecer la sensibilidad que tiene el CBR obtenido con la fórmula del IG en relación con el límite líquido del suelo. Se puede apreciar que, manteniendo los demás factores constantes, el incremento en el valor numérico del límite líquido se traduce siempre en una disminución del valor de resistencia de los suelos, calculado con la fórmula del IG. Tabla H.6. Sensibilidad del CBR en la fórmula que lo relaciona con el Índice de Grupo SÍMBOLO SÍMBOLO USC AASHTO CL CL CL ML ML MH CL CL CL CL CH CL CL CL CH

A-4 A-4 A-4 A-4 A-5 A-5 A-6 A-6 A-6 A-7-5 A-7-5 A-6 A-6 A-7-6 A-7-5

LL

IP

P200 (%)

15 20 30 40 50 60 25 30 40 50 60 35 40 50 60

10 10 10 10 10 10 20 20 20 20 20 30 30 30 30

75 75 75 75 75 75 75 75 75 75 75 75 75 75 75

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P200*IP

IG

7.5 7.5 7.5 7.5 7.5 7.5 15 15 15 15 15 22.5 22.5 22.5 22.5

3 4 6 8 10 12 11 12 14 16 18 19 20 22 24

CBR CBR ECUACIÓN ECUACIÓN AASHTO IG 11.6 11.0 11.6 10.0 11.6 8.4 11.6 7.4 11.6 6.5 11.6 5.8 6.3 6.1 6.3 5.8 6.3 5.2 6.3 4.7 6.3 4.3 4.3 4.1 4.3 3.9 4.3 3.5 4.3 3.2

Anexo H – Análisis de una fórmula incluida en la Guía AASHTO 2002 para obtener el CBR a partir de las propiedades índices de los suelos

Así mismo, se advierte que cuando la diferencia entre el límite líquido y el índice plástico es baja (del orden de 5 o menos) los valores de CBR calculados por las dos expresiones presentan una razonable coincidencia, pero si se mantiene constante el índice plástico, los incrementos en el límite líquido (y, consecuentemente, en el límite plástico) se traducen en reducciones del CBR calculado a partir del IG pero, por supuesto, ellos no tienen incidencia alguna sobre los calculados con la expresión AASHTO, por cuanto ésta no tiene en cuenta el valor del LL. H.10. CONCLUSIONES 1. La expresión que incluye la guía de diseño AASHTO 2002 para estimar el CBR de los suelos de subrasante a partir del índice plástico y de la proporción que pasa el tamiz # 200 (P200*IP) da lugar a valores de resistencia mayores que los medidos en el laboratorio, tanto en la condición óptima del Proctor Estándar como en la de equilibrio, en particular en los denominados “suelos finos”. 2. Ello se pudiera explicar en el hecho de que la ecuación AASHTO fue deducida para obtener el CBR en unas condiciones iniciales de referencia, correspondientes a una situación cercana a la humedad óptima y a la densidad máxima del ensayo modificado de compactación; por cuanto el modelo de clima del método se encarga de efectuar ajustes a causa de las variaciones estacionales esperadas en la humedad de los suelos. En consecuencia con lo anterior, si el ingeniero va a realizar una evaluación o diseño considerando condiciones de equilibrio en el suelo de subrasante, la expresión del método AASHTO 2002 no resulta recomendable. 3. La expresión de la guía AASHTO 2002 no considera la influencia que puede tener el límite líquido sobre el valor del CBR del suelo de subrasante. 4. Con el fin de tomar en cuenta la influencia de este último factor, se ha retomado la teoría expuesta en 1958 por Celestino Ruiz, respecto de la relación existente entre el Índice de Grupo y el CBR de los suelos. 5. Debido a que el concepto numérico del índice de grupo fue revaluado por la AASHTO en 1973, eliminando el valor máximo de 20 que tenía originalmente, se modificó la ecuación numérica obtenida por Ruiz, a partir de los resultados de pruebas de CBR efectuadas sobre muestras de suelos de subrasante de calles y carreteras colombianas, ensayadas en condiciones de densidad y humedad de equilibrio.

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6. La ecuación promedio de correlación IG-CBR que se ha obtenido, da lugar a valores de CBR más aproximados a los medidos, que los que resultan al aplicar la fórmula recomendada en la nueva guía de diseño de pavimentos de la AASHTO, considerando las limitaciones señaladas para ésta en conclusiones anteriores. Además, su coeficiente de determinación (r 2) es bastante mayor (0.85 vs. 0.67). 7. A pesar de su relativo buen ajuste, el uso de la correlación promedio del CBR con el IG debe ser muy cuidadoso, por cuanto para los niveles más bajos de CBR, que son los que más inciden en el resultado del diseño de un pavimento asfáltico, los valores medidos en laboratorio fueron generalmente inferiores a los calculados mediante la correlación. En tales casos, resultaría más prudente emplear la expresión hallada para 85% de confiabilidad. 8. Para los suelos ensayados, valores del producto LL*IP por encima de 2000 resultaron claramente indicativos de resistencias inferiores a 2 en unidades CBR. 9. Con las limitaciones y precauciones debidas, se puede decir que, en términos amplios, existen los siguientes rangos de relación entre el IG y el CBR para los suelos de subrasante en condiciones de equilibrio: IG 40

CBR > 15 15 - 10 10 – 5 5–3 3–1