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• Saul Brigido Beltran Rosales

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UNIVERSIDAD CONTINENTAL DE CIENCIAS E INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA ACADÉMICA PROFESIONAL DE: INGENIERIA CIVIL

DIAGNOSTICO DEL ESTADO SITUACIONAL DE LA VIA: AV. ARGENTINA-AV.24 DE JUNIO POR EL MÉTODO: INDICE DE CONDICION DE PAVIMENTO-2014

PROYECTO DE TESIS PARA OBTENER EL TÍTULO PROFESIONAL DE INGENIERO CIVIL

PRESENTADO POR: BILL KEVIN ROMERO LA TORRE

HUANCAYO – PERÚ 2014

CAPITULO I PLANTEAMIENTO DEL ESTUDIO 1.1

Planteamiento y formulación del problema

1.1.1 Planteamiento del problema A diferencia de otras ramas de la ingeniería civil, la ingeniería de pavimentos es un área que está en rápido crecimiento es tal el crecimiento que prácticas de los 80’s en su mayoría se están volviendo desactualizados en USA y Europa, en Perú, la industria aun utiliza estas prácticas. Actualmente más del 90% de los asfaltos utilizados como ligantes en las mezclas asfálticas son producidos por la destilación fraccionada cruda. Entonces hoy en día existen un sin número de medios de transporte en todos los países del mundo Rusia, Estados Unidos, México, países europeos, los cuales cuentan con diversos tipos de estructuras viales como son: transporte terrestre, aéreo y marino; de estos el transporte marino no utiliza los pavimentos para su desplazamiento. Debido al uso diario, que tienen los sistemas de transporte terrestre y aéreo se hace necesario tener un sistema que permita cuantificar los daños, que se producen a través del tiempo o por el incremento de las cargas aplicadas a estos pavimentos En EEUU (Estados Unidos) con lo que respecta al sistema de Seguridad vial, se estima que 41,059 personas perdieron la vida en el 2007 en las carreteras y 2.5 millones de personas sufrieron heridas entonces EEUU gastó $230,000 millones al año en accidentes (gastos médicos, productividad perdida, demoras en viajes, gastos en el trabajo, seguros y gastos legales). En EEUU también se presenta problemas de Congestionamiento de las vías por lo que sus usuarios pierden 4,200 millones de horas en tráfico al año a un costo de US$ 78,200 millones o lo que se reduce a $710 / chofer y con consumo de combustible perdido ascendió a 2.9 mil millones de galones en el 2005.

Fig 1. Top 10 Most Congested cities in the U.S propuesto por Urban Mobility Report, Texas Transportation Institute, 2007

Sin duda condiciones pobres en los caminos conlleva al desgaste de los vehículos, lo que también aumenta la cantidad de accidentes y demoras, de 1980 al 2005, se añadió al sistema carretero solo un 3.5% en longitud en el mismo periodo, los automóviles aumentaron en un 94% y los camiones en 105% en 1994 al 2004, la cantidad de toneladas movidas en camión creció en un 33%. Por lo que carreteras inadecuadas conllevan al aumento en congestión, demoras de los usuarios, mayor deterioro de la infraestructura (pavimentos), problemas de seguridad general, en cierto modo surge problemas como: demora en la entrega de productos, las cadenas de suministros se vuelven impredecibles, disminuye la competitividad de los EEUU y aumenta el costo de productos. De acuerdo a datos proporcionados por INVIAS (Instituto Nacional de Vías) de Colombia, nos proporciona que la Red de Carreteras colombiana es de 166.500 km, de los que un 14% está pavimentado. Según un Informe de la Cámara Colombiana de Infraestructura, Colombia tiene 9 km de Vías por cada Kilómetro cuadrado de Área. En Perú según la última actualización del MTC, Perú tiene 26017.07 km de carreteras, de las cuales 12444.93 km (48%) son carreteras pavimentadas, 11150.91 km son carreteras no pavimentadas (43%) y 2,421.23 km son carreteras proyectadas (9%).

Fig. 3 Sistema Nacional de Carreteras del Ministerio de Transportes y Comunicaciones

Fig. 4 Sistema Nacional de Carreteras

Carreteras Pavimentadas a Nivel Nacional 1400 1200

PUNO

1000

AREQUIPA

800

LIMA

600

PIURA

400

ANCASH

200

CUSCO

0

JUNÍN CAJAMARCA ICA

Fig. 4 Sistema Nacional de Carreteras del Ministerio de Transportes y Comunicaciones

La Red Vial del Perú es el principal medio de comunicación para el transporte de mercancías y pasajeros. Su desarrollo, promoción y supervisión, así como la autorización de operaciones en la red vial y su fiscalización está a cargo de diversas oficinas del Ministerio.

Con la finalidad de dar impulso a la promoción y participación de la inversión privada, el MTC (Ministerio de Transportes y Comunicaciones) ha potenciado el programa de concesiones de infraestructura de transportes, el cual tiene como objetivo entregar al sector privado la ejecución (construcción, mejoramiento y/o rehabilitación) de obras de infraestructura de transporte público y la explotación de dicha infraestructura por un periodo de tiempo determinado. En los dos años de gestión se han rehabilitado y mejorado 835 Km. de caminos departamentales, con una inversión de S/. 128 millones y 1,142 Km. de caminos vecinales con una inversión de S/. 117 millones.

Fig.5 Cantidad Total de Inversión

Fig.6 Rehabilitación y mejoramiento de caminos Departamentales

FIg.7 Rehabilitación y mejoramiento de Caminos Vecinales

Las carreteras y vías urbanas son un factor muy valioso en el desarrollo socio-económico de las regiones y países entonces la prolongación de la vida útil de las carreteras ha sido una permanente preocupación por parte de las entidades públicas en el ámbito nacional, que surgen de la construcción y posterior mantenimiento de las carreteras, es por ello, la necesidad de identificar fallas en los pavimentos es poder analizar la deficiencia que ocasiona, de inmediato o posteriormente, una reducción en la capacidad de carga de este. Para ello nos vemos en la obligación de saber el modo de funcionamiento de un pavimento flexible.

Fig.8 Esfuerzos en pavimento flexible

Las fallas más avanzadas manifiesta obstrucción generalizada del pavimento, no necesariamente implica una falla estructural inmediata, ya que lo primero es consecuencia de su incapacidad para soportar las cargas de proyecto y muchas veces ocasionando accidentes de tránsito y dentro de ello pérdidas de vidas humanas.

Entonces es un gran problema ya que es uno de los más álgidos que tenemos en Perú, se gasta mucha cantidad de dinero tratando de rehabilitar pavimentos urbanos, sin embargo estas rehabilitaciones nunca alcanzan tiempos espacios q realmente debería corresponder inclusive se puede observar que a un corto tiempo de rehabilitado el pavimento vuelve a fallar, sin embargo no se debe aceptar que se rehabilite pavimento sin

hacer estudios los cuales puede determinar si se habla de una falla funcional o falla estructural, etc.

1.1.2 Formulación del problema A)

Problema general ¿Cuál es el índice de condición del pavimento flexible ubicado en el

Psje. San Mateo entre Psje. San Judas y Psje. San Juan en el distrito de Huancayo, provincia de Huancayo departamento de Junín en el año 2013?

B)

Problemas específicos ¿Qué tipos de fallas que presenta el pavimento flexible en Psje. San Mateo? ¿En qué vida útil se encuentra el pavimento en el Psje. San Mateo?

1.2

Objetivos 1.2.1 Objetivo general Analizar el estado en que se encuentra el pavimento en términos de su

integridad estructural y del nivel de servicio que ofrece al usuario a través del el índice de condición del pavimento (PCI). 1.2.2 Objetivos específicos  Determinar el tipo de fallas en el pavimento flexible.  Proponer soluciones para los diferentes casos de fallas encontradas en los pavimentos.  Proponer el tipo de mantenimiento en general de todo el pavimento flexible.

1.3

Justificación e importancia Uno de los problemas más serios que vivimos en el departamento de Junin,

es el pésimo estado en que se encuentran los pavimentos urbanos. Cualquiera que sea el tipo de pavimento; ya sea flexible, rígido o mixto, es frecuente encontrar en ellos fisuras, depresiones y baches que dificultan el tránsito normal de los vehículos que circulan en nuestra ciudad. No se puede hablar de una causa única del deterioro de las pistas. Las fallas que afectan al pavimento se producen por múltiples factores: podría ser el resultado de un mal diseño del paquete estructural, de la mala calidad de los materiales, de errores constructivos, de un deficiente sistema de drenaje en caso de precipitaciones, del efecto de solicitaciones externas como carga vehicular y agentes climáticos, entre otros El área metropolitana de Huancayo, ha destinado gran parte de sus recursos en estudio de proyectos de consultoría que permitan contribuir con el desarrollo socioeconómico de la región y/o con la nación. Por lo tanto uno de ellos son las calles urbanas de esta ciudad las cuales están recubiertas con pavimento asfaltico y rígido. El presente trabajo pretende realizar como una especie de inventario de fallas en los pavimentos calculando el PCI y también proporcionando datos a los futuros colegas estudiantes de la facultad de INGENIERIA CIVIL.

CAPITULO II MARCO TEÓRICO 2.1

Antecedentes de la investigación.

El artículo científico de Fernández y Suarez (1), que tiene como titulo “Correlación y fundamentos de utilización del módulo de reacción en el diseño de pavimentos rígidos”, cuyo objetivo es establecer la importancia de la utilización del módulo de reacción k, en el diseño de pavimento rígido, con aplicación práctica en la vía Salado- Lentag en el tramo de las abscisas 50+000 a la 55+000. La investigación presenta como resultado que se puede llegar al módulo de reacción K, mediante correlaciones de otros ensayos simples como el CBR. El trabajo concluye que módulo de Reacción en Pavimentos Rígidos se lo calcula exactamente con el Ensayo de Placa con Carga, pero en el estudio que se realizó se puede observar que las variaciones que existe del ensayo a las correlaciones son muy pequeñas, en la aplicación práctica podemos observar que el espesor del pavimento rígido no es el problema de las fallas en la capa de rodadura. El artículo científico de Duran y Ruiz (2), que tiene como título “análisis de los factores que producen el deterioro de los pavimentos rígidos”, cuyo objetivo es definir un diagnóstico detallado de las patologías sufridas por varios proyectos en pavimento rígido del país y particularmente en la zona norte de Manabí, y que en base a un seguimiento riguroso se pudo constatar las diferentes causas que las provocaron. El trabajo presenta como resultado que es necesario realizar un diagnóstico detallado de las vías más críticas en el país, especialmente la Chone-Canuto-Calceta-Junín-Pimpiguasí, en la que se evidencia deterioros severos en su estructura, lo que justifico elaborar diseños y ensayos en el laboratorio, para verificar si las características de los materiales utilizados en esta vía son los más adecuados. El trabajo concluye en que las visitas a los diferentes proyectos y a las experiencias compartidas de los consultores y constructores permitieron recopilar un compendio de reparaciones adecuadas y consideraciones necesarias para evitar a futuro las patologías en los proyectos viales de pavimentos rígidos.

El artículo científico de Tipán(3), que tiene como título “control de calidad de cementos asfálticos tipo AP-3 utilizados en la fabricación de hormigón asfáltico para capas de rodadura de las carreteras”, se presenta como una guía en el proceso de control de calidad que se debe seguir al asfalto ecuatoriano y así garantizar la calidad de este material que es de vital importancia en la construcción de carreteras. Tiene como objetivo comprender la caracterización del asfalto muestreado en cinco zonas del Ecuador tales como: Esmeraldas, Guayllabamba, Quito y Riobamba, mediante la aplicación de ensayos realizados en el laboratorio de asfaltos de la Carrera de Ingeniería Civil, respetando los procedimientos establecidos en las normativas para dicho efecto. Finalmente de los resultados obtenidos se realiza un análisis cuantitativo de los mismos dando como resultado importantes conclusiones acerca del cumplimiento o no de los parámetros exigidos al asfalto en el Manual de Especificaciones Técnicas del Ministerio de Transporte y Obras Públicas. El artículo científico de Torres y Estacio (4), que tiene como título “procedimiento de evaluación técnico económico para seleccionar el tipo de pavimento a construir en una carretera”, cuyo objetivo fue racionalizar los procesos de inversión en carretera antes de proceder a la aprobación de una actuación concreta. La investigación presenta como resultado que en ecuador se ha dado poca importancia al Análisis Técnico Económico de las vías y que basta con observar el monto de las inversiones realizadas en la ejecución de proyectos viales y observar que casi todos fueron realizados sin ningún estudio Técnico Económico adecuado. El trabajo conclusión En ese sentido la presente artículo trata de dar una idea de los principales aspectos a tomar en cuenta para el Análisis Técnico Económico antes de construir una vía y dar una idea del tipo de pavimento que debe tener la misma. El artículo científico de Torres y Rodríguez (5), que tiene como título “determinación de la característica de fatiga del hormigón asfáltico mediante ensayos elementales”, cuyo objetivo fue El diseño y evaluación de pavimentos con propósitos de construcción y rehabilitación. La investigación presenta como resultado que se requiere de una cuidadosa determinación de factores tales como: capacidad de carga del suelo de cimentación, propiedades de los materiales, tipo de tránsito y volumen, condiciones ambientales. Sin duda, las propiedades de los materiales constituyen uno de los factores

más importantes en el diseño estructural del pavimento así como en el comportamiento que presente durante su vida útil. El trabajo concluye que En nuestro país uno de los factores importantes en la duración de los pavimentos asfálticos es su alteración por efecto de fatiga de las cargas de rodadura construidos con mezclas asfálticas. RODRIGUES (6) realizo una investigación sobre un sistema de automatizado para el cálculo del índice de condición del pavimento (PCI) en pavimento flexible en la universidad Rafael Urdaneta para obtener el grado para optar el título de ingeniero civil, en el año 2004. La investigación llego a las siguientes conclusiones: -

La información obtenida para la elaboración del programa automatizado de cálculo del PCI se utilizó para la documentación de dicho estudio.

-

Se creó un programa de computación bajo ambiente Windows, con visual Basic para la aplicación, esta permite realizar el análisis y cálculo del índice de un pavimento con un fácil manejo y documentado según la norma.

-

Se determinaron correlaciones en las gráficas del PCI que permitieron determinar una ecuación para las curvas y severidades de cada falla.

EDGAR (7) realizo la investigación acerca de cálculo del índice de condición del pavimento flexible en la Av. Luis montero, distrito de castilla, en la Universidad de Piura como trabajo especial de título de ingeniero civil en el año 2009, La investigación llego a las siguientes conclusiones: -

Se ha determinado el estado en que se encuentra la red de pavimento flexible de la Av.Luis Montero, que consta de dos tramos de 600 metros lineales cada uno (de acuerdo a los dos sentidos de vía existentes). El tramo 1 se divide en 3 secciones, mientras que el tramo 2 tiene una sola sección. Se inspeccionaron un total de 32 unidades de muestra (16 por tramo) obteniendo los siguientes resultados (ver gráfico 5.1):

-

El 37% del total de unidades de muestra inspeccionadas presentan un estado de pavimento regular (PCI entre 40 y 55); después le sigue un 33% de unidades en buen estado (PCI entre 55 y 70); un 15%, en estado malo (PCI entre 25 y 40) y un 9% de muy mala condición (PCI entre 10

y 25). Finalmente, un 6% hace referencia a unidades de muestra con un pavimento de muy buen estado (PCI entre 70 y 85). No se encontraron pavimentos fallados (PCI entre 0 y 10) ni excelentes (PCI entre 85 y 100). Rico, Téllez y Garnica (8) realizaron la investigación acerca de Pavimentos flexibles Problemática, metodologías de diseño y tendencias, en el instituto mexicano de transporte como trabajo especial de título de ingeniero civil en el año 1998. La investigación llego a las siguientes conclusiones: -

La información experimental obtenida hasta la fecha se ha utilizado fundamentalmente de tres formas. Se obtienen parámetros de comportamiento de los materiales, que introducidos en alguna relación previamente obtenida, que a su vez contenga alguna ecuación, permitan efectuar cálculos útiles para resolución de una pregunta específica. Una segunda utilización estriba en ir obteniendo un sentimiento experimental variado en relación a los fenómenos estudiados, con la finalidad de ir obteniendo conclusiones de carácter cada vez más general.

-

En particular, se señala que los deflectómetros de impacto (en inglés FWD-Falling Weight Deflectometers) son equipos que pueden propiciar la obtención rápida de información útil sobre la resistencia relativa en cada una de las diferentes capas de un pavimento.

LOZANO Y TABARES (9) realizaron la investigación acerca de diagnóstico de vía existente y diseño del pavimento flexible de la vía nueva mediante parámetros obtenidos del estudio en fase I de la vía acceso al barrio ciudadela del café-vía badea, en la Universidad Nacional de Colombia como trabajo especial para otorgar el título de especialistas en vías y transporte en el año 2005, como conclusiones obtenemos. -

El día sábado corresponde al dia donde se evidencia más flujo vehicular, confirmando lo anteriormente mencionado y que estos se registran entre las 19:00 y 21:00 horas.

-

Estas condiciones, el volumen de horario de máxima demanda corresponde al 8.8% del volumen diario para sector pedregalesciudadela del café.

El trabajo de la empresa Ecogranic(10) sobre la reducción de los contaminantes de la atmósfera, con un suelo ecológico que incluye catalizadores en la superficie, que lleva por título “el pavimento que descontamina las ciudades” para descontaminar el aire de las ciudades, gracias a los ensayos determinado por los pavimentos de Tudela(12)

se determinó que estas baldosas tienen una eficacia

descontaminante hasta el 68%, también se demostró que las baldosas Ecogranic absorben la luz generando así oxidación en su estructura el cual es más conocido como efecto foto catalítico por lo tanto este material de reciclaje nos ayuda a dejar de consumir otros recursos naturales además de contribuir a reducir las emisiones de gases contaminantes que se producirían en el tratamiento de esas materias, reduciendo de esta manera la contaminación vehicular que afrontamos todos los días. El artículo publicado por la revista construir (11) sobre la reparación de carpetas asfáltica, el cual estudia al pavimento asfaltico con sus principales componentes, analizando fallas más comunes en los pavimentos asfalticos. Nos dice que uno de los indicadores más claros del desarrollo de un país es su infraestructura, en la que las vías de comunicación internas juegan un papel fundamental, entonces los estudios realizados demostraron que cuando la carpeta asfáltica a sido dañada y no repuesta genera una especie de foco infecciosos para toda la estructura de la careta asfáltica en el pavimento. Los países desarrollados cuentan con carreteras y autopistas de primera calidad y una excelente política de mantenimiento. Entonces la investigación determina que hoy en día afrontamos un déficit de mal estados de los pavimentos asfalticos ya que no se cuenta con una adecuado manteniendo de este. La revista Carreteras ha publicado un artículo elaborado por Huamán (12), sobre la armonización de especificaciones de cementos asfálticos para América Latina. En él expone la importancia de armonizar las especificaciones entre los países de América Latina, para permitir concentrar esfuerzos en investigación y práctica, y donde apelaba al compromiso de instituciones, universidades y asociaciones privadas para lograr este

consenso. Las Especificaciones Armonizadas de la norma Latinoamericana de Cementos Asfálticos han sido aprobadas como norma ASTM. Tras seis años de trabajo de numerosos ingenieros latinoamericanos y después de ser sometidas a varias votaciones, los promotores de esta iniciativa consideran esta aprobación un gran logro, ya que evidencia la preocupación por la mejora. El trabajo de Roberto (13) sobre el sistema SUPERPAVE para el desarrollo de pavimentos asfálticos de alto desempeño, Los métodos y especificaciones utilizadas actualmente en nuestro país, tienen una serie de limitaciones las cuales no nos permiten predecir con la precisión suficiente el comportamiento del pavimento durante su período de servicio, entonces estos estudios lograron el desarrollo de SUPERPAVE (Superior Performing Asphalt Pavements), un sistema que incluye nuevas especificaciones para los materiales (asfaltos y agregados), como así también nuevos ensayes de laboratorio y un renovado método de diseño para las mezclas asfálticas en caliente. Asegurando así que Con las especificaciones SUPERPAVE, los ensayes a los ligantes se realizan a distintas temperaturas, lo que permite identificar la temperatura crítica en la que cada ensaye alcanza su valor límite especificado El artículo escrito por Mónica y Doris (14) sobre los sellos de lechada asfáltica con Slurry Seals, nos habla sobre diferentes técnicas de preservación de carreteras que son utilizadas con frecuencia, por lo tanto poder darle solución a sus fallas con lechada asfáltica, refiere de manera directa a la necesidad de realizar una revisión de condición de pavimento para poder referir a nuestra base de datos de fallas según severidad.Como resultado se determinó que los sellos de lechada asfáltica “slurry seal” son una solución que permite alargar la vida útil de un pavimento con una mayor eficiencia en la inversión de fondos de conservación vial y el uso adecuado de los “slurry seal” permite brindar soluciones para sellar los pavimentos que presentan un estado de oxidación muy avanzado, además permite restaurar la textura superficial y proveerla de mayor resistencia al deslizamiento. Asegurando así alargar la vida útil de un pavimento, con una mayor eficiencia en la inversión de fondos de conservación vial

2.2

Bases teóricas 2.2.1 Fundamentos teóricos de la investigación. De acuerdo a la Norma AASHTO 1993 (American Association of State

Highway and Transportation Officials), existen dos puntos de vista para definir un pavimento: el de la Ingeniería y el del usuario. De acuerdo a la Ingeniería, el pavimento es un elemento estructural que se encuentra apoyado en toda su superficie sobre el terreno de fundación llamado subrasante. Esta capa debe estar preparada para soportar un sistema de capas de espesores diferentes, denominado paquete estructural, diseñado para soportar cargas externas durante un determinado período de tiempo.) Ver figura 9.

Carpeta

base

subbase

subrasante

Figura 9. Paquete estructural.

Desde el punto de vista del usuario, el pavimento es una superficie que debe brindar comodidad y seguridad cuando se transite sobre ella. Debe proporcionar un servicio de calidad, de manera que influya positivamente en el estilo de vida de las personas. Las diferentes capas de material seleccionado que conforman el paquete estructural, reciben directamente las cargas de tránsito y las transmiten a los estratos inferiores en forma disipada. Es por ello que todo pavimento deberá presentar la resistencia

adecuada para soportar los esfuerzos destructivos del tránsito, de la intemperie y del agua, así como abrasiones y punzonamientos (esfuerzos cortantes) producidos por el paso de personas o vehículos, la caída de objetos o la compresión de elementos que se apoyan sobre él. Velázquez, PCI para pavimentos asfalticos y de concreto en carreteras, Manizales

(2002)…Otras

condiciones

necesarias

para

garantizar

el

apropiado

funcionamiento de un pavimento son el ancho de la vía; es el trazo horizontal y vertical definido por el diseño geométrico; y la adherencia adecuada entre el vehículo y el pavimento, aún en condiciones húmedas.

2.2.1.1 Clasificación de pavimentos. No siempre un pavimento se compone de las capas señaladas en la figura 9. La ausencia o reemplazo de una o varias de esas capas depende de diversos factores, como por ejemplo del soporte de la subrasante, de la clase de material a usarse, de la intensidad de tránsito, entre otros. Por esta razón, pueden identificarse 3 tipos de pavimentos, que se diferencian principalmente por el paquete estructural que presentan:

a) Pavimento flexible b) Pavimento rígido c) Pavimento híbrido a)

Pavimento flexible También es llamado pavimento asfáltico, el pavimento flexible está

conformado por una carpeta asfáltica en la superficie de rodamiento, la cual permite pequeñas deformaciones en las capas inferiores sin que la estructura falle. Luego, debajo de la carpeta, se encuentran la base granular y la capa de subbase, destinadas a distribuir y

transmitir las cargas originadas por el tránsito. Finalmente está la subrasante que sirve de soporte a las capas antes mencionadas. Ver figura 10.

El pavimento flexible resulta más económico en su construcción inicial, tiene un período de vida de entre 10 y 15 años, pero tiene la desventaja de requerir mantenimiento periódico para cumplir con su vida útil.

b)

Pavimento rígido El pavimento rígido o pavimento hidráulico, se compone de losas de

concreto hidráulico que algunas veces presentan acero de refuerzo. Esta losa va sobre la base (o subbase) y ésta sobre la subrasante. Este tipo de pavimentos no permite deformaciones de las capas inferiores.

El pavimento rígido tiene un costo inicial más elevado que el pavimento flexible y su período de vida varía entre 20 y 40 años. El mantenimiento que requiere es mínimo y se orienta generalmente al tratamiento de juntas de las losas.

c)

Pavimento híbrido Al pavimento híbrido se le conoce también como pavimento mixto, y es una

combinación de flexible y rígido. Por ejemplo, cuando se colocan bloquetas de concreto en lugar de la carpeta asfáltica, se tiene un tipo de pavimento híbrido. Ver figura 10 El objetivo de este tipo de pavimento es disminuir la velocidad límite de los vehículos, ya que las bloquetas producen una ligera vibración en los autos al circular sobre ellas, lo que obliga al conductor a mantener una velocidad máxima de 60 km/h. Es ideal para zonas urbanas, pues garantiza seguridad y comodidad para los usuarios. AASHTO (1993). Otro ejemplo de pavimento mixto, son aquellos pavimentos de superficie asfáltica construidos sobre pavimento rígido. Ver figura 10. Este

pavimento, trae consigo un tipo particular de falla, llamada fisura de reflexión de junta, y de fallas en pavimentos urbanos flexibles.

Figura 10. Pavimento flexible, rígido e híbrido. En la figura 11 se visualizan los tres principales tipos de pavimentos descritos anteriormente: pavimento flexible, rígido y mixto.

Fig. 11. Pavimento asfaltico, hidráulico y mixto

2.2.2

Fundamentos teóricos de las variables.

2.2.2.1 Pavimentos urbanos flexibles. El trabajo de la presente tesis está referido a pavimentos urbanos flexibles, por lo que se explicará a detalle las capas que lo constituyen y su comportamiento frente a solicitaciones externas. Los pavimentos flexibles están constituidos por las siguientes capas: carpeta asfáltica, base, sub base y sub rasante. A continuación se explica a detalle cada uno de estos elementos.

-

Carpeta Asfáltica. La carpeta asfáltica es la capa que se coloca en la parte superior

del paquete estructural, sobre la base, y es la que le proporciona la superficie de rodamiento a la vía. Cumple la función de impermeabilizar la superficie evitando el ingreso de agua que podría saturar las capas inferiores. También evita la desintegración de las capas subyacentes y contribuye al resto de capas a soportar las cargas y distribuir los esfuerzos (cuando se construye con espesores mayores a 2.5 cm. La carpeta es elaborada con material pétreo seleccionado y un aglomerante que es el asfalto. Es de gran importancia conocer el contenido óptimo de asfalto a emplear, para garantizar que la carpeta resista las cargas a la que será sometida. Un exceso de asfalto en la mezcla puede provocar pérdida de estabilidad, e incluso hacer resbalosa la superficie. Esta capa es la más expuesta al intemperismo y a los efectos abrasivos de los vehículos, por lo que necesita de mantenimientos periódicos para garantizar su adecuada performance.

-

Base Es la capa de pavimento ubicada debajo de la superficie de

rodadura y tiene como función primordial soportar, distribuir y transmitir las cargas a la sub base, que se encuentra en la parte inferior. La base puede estar constituida principalmente por material granular, como piedra triturada y mezcla natural de agregado y suelo; pero también puede estar conformada con cemento Portland, cal o materiales bituminosos, recibiendo el nombre de base estabilizada. Éstas deben tener la suficiente resistencia para recibir la carga de la superficie y transmitirla hacia los niveles inferiores del paquete estructural.

-

Sub base La sub base se localiza en la parte inferior de la base, por encima

de la sub rasante. Es la capa de la estructura de pavimento destinada a soportar, transmitir y distribuir con uniformidad las cargas aplicadas en la carpeta asfáltica. Está conformada por materiales granulares, que le permiten trabajar como una capa de drenaje y controlador de ascensión capilar de agua, evitando fallas producidas por el hinchamiento del agua, causadas por el congelamiento, cuando se tienen bajas temperaturas. Además, la sub base controla los cambios de volumen y elasticidad del material del terreno de fundación, que serían dañinos para el pavimento. -

Sub rasante La sub rasante es la capa de terreno que soporta el paquete

estructural y que se extiende hasta una profundidad en la cual no influyen las cargas de tránsito.

Esta capa puede estar formada en corte o relleno, dependiendo de las características del suelo encontrado. Una vez compactada, debe tener las propiedades, secciones transversales y pendientes especificadas de la vía. El espesor del pavimento dependerá en gran parte de la calidad de la sub rasante, por lo que ésta debe cumplir con los requisitos de estabilidad, incompresibilidad y resistencia a la expansión y contracción por efectos de la humedad. El comportamiento estructural de un pavimento frente a cargas externas, varía de acuerdo a las capas que lo constituyen. La principal diferencia entre el comportamiento de pavimentos flexibles y rígidos es la forma cómo se reparten las cargas. Ver figura 12. En un pavimento flexible, la distribución de la carga está determinada por las características del sistema de capas que lo conforman. Las capas de mejor calidad están cerca a la superficie donde las tensiones son mayores, y estas cargas se distribuyen de mayor a menor a medida que se va profundizando hacia los niveles inferiores. En el caso de pavimentos rígidos, la losa es la capa que asume casi toda la carga. Las capas inferiores a la losa, en términos de resistencia, son despreciables. Miranda, Análisis de distribución de cargas en pavimentos, Colombia (1999).

En los pavimentos rígidos, las cargas se distribuyen

uniformemente debido a la rigidez del concreto, dando como resultado tensiones muy bajas en la sub rasante. En cambio, los pavimentos flexibles tienen menor rigidez, por eso se deforma más que el rígido y se producen tensiones mayores en la sub rasante.

Figura 12. Comportamiento del pavimento frente a cargas de tránsito.

El diseño de un pavimento consiste en establecer una estructura para una duración dada, bajo las solicitaciones del tránsito y las características de la subrasante. Para determinar los espesores de las capas de la estructura del pavimento se utilizan tres clases de metodologías las cuales se anunciaran. -

Métodos empíricos -

Diseño de espesores para vías con altos volúmenes de tránsito.

-

Método MOPT 75

-

Método del instituto del asfalto versión 1991: método AASHTO 93 y Road Note 31.

-

Método semi empírico -

-

El método Shell. Fundamentos teóricos.

Programas mediante metodología racional Programa de computo Depav-Weslea. -

Determinación de parámetros elásticos admisibles

-

Cálculo de parámetros elásticos

-

Análisis de resultados

Programa UNALCAPA Como un primer análisis para determinar la distribución de esfuerzos en un pavimento se aplicó el modelo propuesto por el matemático francés Boussinesq en 1885, estado de esfuerzos en una masa d suelo a cualquier profundidad, el estudio del matemático se basó en una carga concentrada aplicada en un semi espacio lineal, elástico, isótropo y homogéneo; los esfuerzo deformaciones y deflexiones debidos a la carga concentrada pueden ser extrapolados para obtener aquellas debidas a un área circular cargada. Esta solución fue por mucho tiempo la única disponible, hasta que en 1945 Donald M. Burmister propuso una teoría que se podía aplicar a estructuras de pavimentos, basada en la de Boussinesq pero que tenía en cuenta estratos y las propiedades mecánicas de los materiales que confirman la masa de suelo, para calcular el estado de esfuerzos de esta a cualquier profundidad. Desde el punto de vista del estudio de pavimentos, el modelo de burmister puede ser usado para determinar esfuerzos, deformaciones y deflexiones en e la sub rasamte si la relación de módulos de los pavimentos y la subr asante es cercana a la unidad, si no es así, la modelación es más compleja analíticamente es un procedimiento más complejo que los basados en el primer modelo, que se podía solucionar con ecuaciones relativamente fáciles; el modelo de Burmister introduce transformadas de Fourier que requieren funciones de Basel para su solución y que in la ayuda de un programa de computador no se pueden modelar estructuras de más de dos capas.

-

RAD NOTE 31

Este método se diseñó para pavimentos flexibles es aplicable a pises tropicales y subtropicales. La versión de RO RAD NOTE 1962, es una herramienta importante a aplicar en zonas donde se disponga de la información necesaria y suficiente acerca del tránsito, condición que fue modificada en las de RAD NOTE 1975 y 1993 donde el transito fue manejado con número de ejes equivalentes.

-

METODO AASHTO PARA DISEÑO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES. Éste método de diseño es aplicable para vías con tránsito superior a

0.05x10E6 ejes equivalentes de 8.2 toneladas y la ecuación utilizada para el diseño de pavimentos flexibles, derivada de la información obtenida empíricamente en la AASHO ROAD TEST. El SN es un número abstracto, que expresa la resistencia estructural de un pavimento requerido, para una combinación dada de soporte del suelo (MR), del tránsito total (W 18), de la serviciabilidad terminal, y, de las condiciones ambientales. Una vez determinado el número estructural se busca un conjunto de espesores que convenientemente combinados proporcionen la capacidad portante correspondiente a ese número estructural (SN), calculado por la fórmula ya descrita. Sin embargo, en el manual de diseño de la AASHTO se encuentran los espesores mínimos de carpeta asfáltica y base granular relacionados con el número de ejes equivalentes. -

PROGRAMA DEPAV (DEPAV 1994), Este programa fue desarrollado por la Universidad del

Cauca como una adaptación del programa francés ALIZE III del laboratorio Central de Ponts et Chaussées. El programa DEPAV calcula los esfuerzos y las deformaciones máximas producidas en las interfaces de un sistema elástico multicapa por una rueda doble colocada en la superficie. El sistema elástico multicapa puede estar constituido entre dos o seis capas caracterizadas por el espesor, el módulo de elasticidad y la relación poisson. Además calcula le deflexión y el radio de curvatura al centro de la rueda doble.

2.2.2.2 Índice de condición del pavimento PCI. El deterioro de la estructura de pavimento es una función de la clase de daño, su severidad y cantidad o densidad del mismo. La formulación de un índice que tuviese en cuenta los tres factores mencionados ha sido problemática debido al gran número de posibles condiciones. Para superar esta dificultad se introdujeron los “valores deducidos”, como un arquetipo de factor de ponderación, con el fin de indicar el grado de afectación que cada combinación de clase de daño, nivel de severidad y densidad tiene sobre la condición del pavimento. Programa de diagnóstico y seguimiento de pavimentos PCI gobierno de Chile (1999). El PCI es un índice numérico que varía desde cero (0), para un pavimento fallado o en mal estado, hasta cien (100) para un pavimento en perfecto estado. En el Cuadro presentan los rangos de PCI con la correspondiente descripción cualitativa de la condición del pavimento. RANGOS DE APLICACIÓN DEL PCI rango

Clasificación

90-100

Excelente

70-90

Bueno

50-70

Regular

25-50

Malo

0-25

Muy malo

Figura 13, Rangos de clasificación del PCI por el Ing. Wilfredo Gutiérrez LazaresEvaluación Superficial

ASTM (2004). El cálculo del PCI se fundamenta en los resultados de un inventario visual de la condición del pavimento en el cual se establecen CLASE, SEVERIDAD y CANTIDAD de cada daño presenta. El PCI se desarrolló para obtener un

índice de la integridad estructural del pavimento y de la condición operacional de la superficie. 2.2.2.3 Fallas en pavimentos Urbanos Flexibles. Las fallas son el resultado de interacciones complejas de diseño, materiales, construcción, tránsito vehicular y medio ambiente. Estos factores combinados, son la causa del deterioro progresivo del pavimento, situación que se agrava, al no darle un mantenimiento adecuado a la vía. Existen dos tipos de fallas: estructurales y funcionales. Las primeras, son las que originan un deterioro en el paquete estructural del pavimento, disminuyendo la cohesión de las capas y afectando su comportamiento frente a cargas externas. Las fallas funcionales, en cambio, afectan la transitabilidad, es decir, la calidad aceptable de la superficie de rodadura, la estética de la pista y la seguridad que brinda al usuario SIECA. (2002). Para pavimentos flexibles los daños pueden ser agrupados en 4 categorías: 1) Fisuras y grietas; 2) Deformaciones superficiales; 3) Desintegración de pavimentos o desprendimientos; 4) Afloramientos y otras fallas. Ver figura 14.

Figura 14, Fallas en pavimentos Flexibles.

-

Piel de cocodrilo.

Suarez y Wilder (2002, p.153) La piel de cocodrilo es un conjunto de fisuras interconectadas que forman polígonos irregulares, de hasta 0.5 m de longitud en el lado más largo. El patrón es parecido a la piel de un cocodrilo, de ahí el nombre de esta falla.También llamada agrietamiento por fatiga, la piel de cocodrilo se produce en áreas sujetas a repeticiones de carga de tráfico, tales como las huellas de las llantas de los vehículos. El agrietamiento se origina en el fondo del paquete asfáltico, en la base, donde los esfuerzos y deformaciones unitarias de tensión son elevados. De ahí, las grietas se propagan hacia la superficie como una serie de fisuras longitudinales paralelas, que luego se conectan formando varias piezas. Otra causa que contribuye a que se produzca este tipo de falla, es el envejecimiento del ligante asfáltico, que trae consigo la pérdida de flexibilidad del pavimento. La piel de cocodrilo indica la pérdida de la capacidad estructural del pavimento, pues disminuye su capacidad de resistencia frente a solicitaciones externas. Es por ello que sin el mantenimiento adecuado, el comportamiento del pavimento podría empeorar y podría pasar de una fisura a un desprendimiento (como por ejemplo, un bache), dañando significativamente la superficie de la vía. Ver figura 15.

Fig. 15. Falla tipo piel de cocodrilo: las fisuras se conectan unas con otras formando polígonos irregulares.

-

Exudación

Según Tabares (2005, p.34) La exudación es una película de material bituminoso que se extiende sobre una determinada área del pavimento, creando una superficie brillante, resbaladiza y reflectante que generalmente llega a ser pegajosa (durante tiempo cálido). Esta falla puede ser causada por diversos factores, como: el exceso de ligante asfáltico en la dosificación (mezcla), el uso de un ligante asfáltico muy blando, la aplicación excesiva de un sello bituminoso, un deficiente porcentaje de vacíos. Catálogo de deterioros de pavimentos flexibles (2002). La exudación ocurre durante tiempo cálido, cuando el asfalto llena los vacíos de la mezcla y luego se expande en la superficie del pavimento. Debido a que el proceso de exudación no es reversible durante el tiempo frío, el asfalto se acumulará en la superficie. Ver figura 16.

Fig. 16. La exudación se evidencia a través de una película de asfalto que se extienden sobre la superficie de la pista.

-

Fisuras en bloque

Las fisuras en bloque son grietas interconectadas que forman piezas rectangulares de tamaño variable, desde aproximadamente 0.30 x 0.30 m hasta 3.00 x 3.00 m. Catálogo de deterioros de pavimentos flexibles (2002). Este tipo de falla puede ocurrir sobre porciones largas del área del pavimento o sobre aquellas áreas donde no hay tráfico; es por ello que las fisuras en bloque no están asociadas a solicitaciones externas de carga vehicula Las grietas en bloque son causadas principalmente por la contracción del concreto asfáltico y por la variación de temperatura, que origina ciclos diarios de esfuerzo / deformación unitaria. Esta falla indica que el asfalto se ha endurecido significativamente. Ver figura 17.

Fig. 17 En la figura se aprecian grietas interconectadas que forman bloques rectangulares de dimensiones variables.

-

Abultamientos y hundimientos

Los abultamientos y hundimientos son desplazamientos pequeños, bruscos, hacia arriba y hacia abajo de la superficie del pavimento, que distorsionan el perfil de la carretera. o son causados por inestabilidad del pavimento, sino que pueden ser producto de varios factores, tales como: -

Levantamiento de las losas de concreto de un pavimento rígido que ha sido cubierto con una carpeta asfáltica.

-

Expansión por congelación (crecimiento de lentes de hielo, es decir, suelo congelado).

-

Infiltración y acumulación de material en una fisura en combinación con cargas de tráfico.

-

Expansión del suelo de fundación. Deficiencias en el drenaje del paquete estructural del pavimento. Catálogo de deterioros de pavimentos flexibles (2002).Si los abultamientos

aparecen en un patrón perpendicular al flujo del tráfico y se encuentran separados unos de otros a menos de 3.00 m, la falla es denominada corrugación. En cambio, si aparecen sobre grandes áreas de la superficie del pavimento, causando grandes y largas depresiones, la falla se llama hinchamiento. Ver figura 18.

Fig. 18 Se señala el desplazamiento hacia arriba de la superficie del pavimento.

-

Corrugación

La corrugación es una serie de ondulaciones constituidas por cimas y depresiones muy cercanas entre sí y espaciadas a intervalos bastante regulares (generalmente menores a 3.00 m) a lo largo del pavimento. Las cimas son perpendiculares al sentido del tránsito. Escobar, principales fallas en los pavimentos flexibles. Chile (2005). Este tipo de falla es causada por la acción del tránsito vehicular combinada con la inestabilidad de las capas superficiales o de la base del pavimento. Ver figura 19.

Fig. 19 Se indican las cimas y depresiones que deforman al pavimento. -

Depresión

Las depresiones son áreas localizadas en la superficie del pavimento que poseen niveles de elevación ligeramente menores a aquellos que se encuentran a su alrededor. Son visibles cuando el agua se empoza dentro de ellas después de la caída de lluvia, o, a través de las manchas causadas por el agua empozada, en caso de superficies secas. Son producidas por asentamientos de la subrasante o debido a procedimientos constructivos defectuosos. Pueden causar alguna rugosidad en la superficie de la pista, y cuando son suficientemente profundas o están llenas de agua, pueden causar

hidroplaneo (los neumáticos de un vehículo pierden contacto con el pavimento a causa de una película de agua, eliminando así la adherencia de las ruedas con la superficie de rodadura). Ver figura 20.

Fig. 20. El nivel del pavimento indicado, es menor al nivel del resto de la pista. Se aprecia un asentamiento considerable en la vía. -

Fisuras de borde

Las fisuras de borde son grietas paralelas al borde externo del pavimento, que se encuentran a una distancia de 0.30 a 0.50 m de éste. Ver figura 21. Timana (2003). Ese tipo de falla se incrementa por la carga de tránsito y se origina debido al debilitamiento de la base o de la sub rasante en áreas muy próximas al borde del pavimento, a causa de condiciones climáticas o por efecto abrasivo de arena suelta en el borde, que provoca peladuras que conducen a la desintegración. Si el área entre la fisura y el borde del pavimento se encuentra agrietada, entonces pueden producirse desprendimientos, llegando al punto en que los fragmentos pueden removerse.

Fig. 21. Se aprecia que la grieta de borde que ha dañado severamente el borde de la vía. -

Fisuras de reflexión de junta (de losas de concreto Longitudinales o transversales).

SIECA (2002). Las fisuras de reflexión de junta ocurren solamente en pavimentos mixtos: pavimentos de superficie asfáltica (flexible) construidos sobre una losa de concreto (rígido). No se consideran fisuras de reflexión de otros tipos de base como bases estabilizadas con cemento o cal. Estas grietas son causadas por el movimiento de la losa de concreto, inducido por temperatura o humedad, bajo la superficie de pavimento flexible. No están relacionadas a efectos de carga; sin embargo, las cargas de tráfico pueden causar la rotura de la superficie de concreto asfáltico cerca a las fisuras. El conocimiento de las dimensiones de la losa subyacente a la superficie de concreto asfáltico, ayuda a identificar estas fallas. Ver figura 22.

Fig. 22. Fisura de reflexión de junta de losas de concreto: se observa una fisura transversal que atraviesa todo el ancho del carril.

-

Desnivel carril – berma

Consejo de directores de Iberia e Iberoamérica (2002)-catálogo de deterioros de pavimentos flexibles (2002). El desnivel carril-berma es la diferencia de elevación (niveles) entre el borde del pavimento y la berma. Esta falla es causada por la erosión de la berma; el asentamiento de la berma; o por la colocación de nuevas capas (sobre carpetas) en la pista, sin el debido ajuste del nivel de la berma. Ver figura 23.

Fig. 23. Se muestra el desnivel existente entre la berma y el carril de la pista.

-

Fisuras longitudinales y transversales

Consejo de directores de Iberia e Iberoamérica (2002)-catálogo de deterioros de pavimentos flexibles (2002). Las fisuras longitudinales son grietas paralelas al eje de la vía o a la línea direccional en la que fue construida. Las grietas transversales, en cambio, son perpendiculares al eje del pavimento o a la dirección de construcción. Ver figura 23. Estos daños no están asociados con la carga vehicular, pueden ser causados por:

-

Juntas de construcción pobremente construidas, o ausencia de ellas.

-

Contracción de la superficie de concreto asfáltico debido a bajas temperaturas, al endurecimiento del asfalto o a la variación diaria de temperatura.

-

Fisuras de reflexión causadas por agrietamientos bajo la capa superficial, incluyendo grietas en losas de concreto, pero no juntas de pavimento rígido.

-

Uso de ligantes (asfaltos) muy duros o envejecidos.

-

Gradiente térmico superior a los 30° C que produce ciclos de expansión contracción de la mezcla asfáltica.

Fig. 24. Se señala el punto de inicio y término de la grieta

-

Parches y parches de cortes utilitarios

Consejo de directores de Iberia e Iberoamérica (2002)-catálogo de deterioros de pavimentos flexibles (2002). Un parche es un área del pavimento, que por encontrarse en mal estado, ha sido reemplazada con material nuevo con el fin de reparar el pavimento existente. Los parches de cortes utilitarios hacen referencia a aquellos parches colocados cuando se efectúan cortes para la reparación de tuberías de agua o desagüe, instalación del cableado eléctrico, teléfonos, entre otros trabajos similares. Los parches disminuyen el nivel de servicio de la vía, pues el comportamiento del área parchada es inferior a la del pavimento original, incluso el área adyacente al parche no se comporta tan bien como la sección original de pavimento. Ver figura 25.

Fig. 25. El área del pavimento es reemplazada por bloquetas de concreto.

-

Agregado pulido

Instituto nacional de vías (1997). El agregado pulido es la pérdida de resistencia al deslizamiento del pavimento, que ocurre cuando los agregados en la superficie se vuelven suaves al tacto. Ver figura 26. Esta falla es causada por: -

Repeticiones de cargas de tránsito.

-

Insuficiente porción de agregado extendida sobre el asfalto.

-

Inexistente aspereza o textura del pavimento, que no contribuye a la

reducción de la velocidad de los vehículos. -

Falta de partículas de agregado angular que proporcionen una buena

adherencia del pavimento con las llantas de los vehículos.

Fig. 26. Agregado pulido: los agregados de la superficie, se vuelven suaves al tacto.

-

Baches

Instituto nacional de vías (1997). Los baches son pequeños hoyos (depresiones) en la superficie del pavimento de diámetro menor a 750 mm. Presentan bordes agudos y lados verticales cerca de la zona superior de la falla. Ver figura 27. Los baches pueden ser ocasionados por un conjunto de factores: -

Fisura miento tipo piel de cocodrilo de alta severidad, que causa fatiga y origina la desintegración de la superficie de rodadura.

-

Defectos constructivos.

-

Subdrenaje inadecuado.

-

Mal diseño del paquete estructural.

Fig. 27 Bache encontrado en medio de la pista. -

Ahuellamiento

Instituto nacional de vías (1997). El ahuellamiento es una depresión longitudinal continua a lo largo de la trayectoria del vehículo, que trae como consecuencia la deformación permanente en cualquiera de las capas del pavimento o subrasante. Ver figura 28. Esta falla puede ser causada por una pobre compactación del paquete estructural, lo que origina inestabilidad en las capas (bases, subbases) permitiendo el movimiento lateral de los materiales debido a las cargas de tráfico. Un ahuellamiento importante puede conducir a una falla estructural considerable del pavimento.

Fig. 28. Las flechas señalan la trayectoria dejada por los vehículos.

-

Desplazamientos

Maintenance Technical Advisory Guide. Volumen I (2007). Los desplazamientos son distorsiones de la superficie originados por desplazamientos de mezcla. Son corrimientos longitudinales y permanentes de un área localizada del pavimento formando una especie de “cordones” laterales. Ver figura 29. Estas fallas son producidas por acción de la carga de tráfico, que empuja contra el pavimento produciendo una onda corta y brusca en la superficie del mismo. Este tipo de falla normalmente ocurre sólo en pavimentos con mezclas de asfalto líquido inestables (emulsiones). También ocurren desplazamientos cuando los pavimentos asfálticos colindan con pavimentos rígidos. Las losas de concreto al aumentar su longitud, empujan al pavimento flexible produciéndose el desplazamiento.

Fig. 29. El desplazamiento es originado por el aumento de longitud de las losas de concreto.

-

Fisura parabólica o por deslizamiento

Gerard (2005). Las fisuras parabólicas ó por deslizamiento son grietas en forma de media luna, que se presentan de manera transversal a la dirección del tránsito. Estas fallas ocurren generalmente en mezclas asfálticas de baja estabilidad o en capas superpuestas, cuando existe una adherencia pobre (liga pobre) entre la capa superficial y la capa subyacente de la estructura del pavimento.

Fig. 30 Se señala la forma de media luna de la grieta.

-

Hinchamiento

Gerard (2005). El hinchamiento es el abultamiento o levantamiento localizado en la superficie del pavimento, en forma de una onda larga y gradual de longitud mayor a 3.00 m, que distorsiona el perfil de la carretera. La causa principal de este tipo de falla es la expansión del suelo de fundación (suelos expansivos) y el congelamiento del material de la subrasante.El hinchamiento puede estar acompañado de agrietamiento superficial.

Fig. 31. La superficie del pavimento sufre un levantamiento, deformando el perfil de la vía.

-

Peladura por intemperismo y desprendimiento de agregados

Gerard (2005)La peladura por intemperismo es la desintegración superficial del pavimento por pérdida de ligante asfáltico; mientras que el desprendimiento del agregado pétreo, hace referencia a partículas de agregado sueltas o removidas. Ver figura 32. Ambas fallas indican que el ligante asfáltico ha sufrido un endurecimiento considerable o que la mezcla es de pobre calidad.

Fig. 32 Peladura por intemperismo y desprendimiento de agregados.

2.2.3 Modelo teórico de la investigación.

INGRESO DE DATOS DE PAVIMENTO FLEXIBLE GENERALES

FALLAS

CLIMA

ESTRUCTURA

RED DE PAVIMENTO

TRAMO DE PAVIMENTO

SECCION DE PAVIMENTO

UNIDAD DE MUESTRA DEL PAVIMENTO

INDICE DE CONDICION DEL PAVIMENTO

Se debe considerar

Ayuda a mejorar

GRADO DE CONDICION DEL PAVIMENTO

Calculo factible

Muestra al azar Muestra adicional

2.3

Definición de términos básicos.

A continuación se definen los principales términos utilizados en el método, que son de vital importancia para la comprensión y correcta aplicación del mismo. - Red de pavimento. Es el conjunto de pavimentos a ser administrados, es una sola entidad y tiene una función específica. Por ejemplo, un aeropuerto o una avenida, es una red de pavimento. - Tramo de pavimento. Un tramo es una parte identificable de la red de pavimento. Por ejemplo, cada camino o estacionamiento es un tramo separado. - Sección de pavimento. Es un área de pavimento contigua de construcción, mantenimiento, historial de uso y condición uniformes. Una sección debe tener el mismo volumen de tráfico e intensidad de carga. - Unidad de muestra del pavimento. Es una subdivisión de una sección de pavimento que tiene un tamaño estándar que varía de 225 +/- 90 m2, si el pavimento no es exactamente divisible entre 2500 o para acomodar condiciones de campo específicas. - Muestra al azar. Unidad de muestra de la sección de pavimento, seleccionada para la inspección mediante técnicas de muestreo aleatorio. - Muestra adicional. Es una unidad de muestra inspeccionada adicionalmente a las unidades de muestra seleccionadas al azar con el fin de incluir unidades de muestra no representativas en la determinación de la condición del pavimento.

Deben ser consideras como muestras adicionales aquellas muestras muy pobres o excelentes que no son típicas en la sección ni entre las unidades de muestra, que contienen deterioros poco comunes tales como cortes utilitarios (ejemplo: corte para instalación de tuberías de agua o desagüe, electricidad, teléfonos, etc.).

CAPITULO III HIPOTESIS Y VARIABLES 3.1

Hipótesis General.

Hi: el pavimento flexible del Psje San Mateo entre Psje. San Judas y Psje. San Juan en el distrito de Huancayo en el año 2013 presenta un PCI que se encuentra en un rango entre 50-70% (estado regular). 3.1.1 Hipótesis especifica. -

El tráfico es un factor determinante en el proceso de obtención de datos. Para obtener resultados reales.

-

La edad del pavimento es un factor determinante para el índice de condición del pavimento

-

Presenta fallas de agrietamiento por fatiga en su estructura.

3.2 variable 3.2.1 variable independiente. X1= fallas X2= trafico X3= edad del pavimento 3.2.2 variable dependiente. Y= Indice de condición de pavimento

CAPITULO IV METODOLOGÍA

4.1.

Método, tipo y nivel de la investigación 4.1.1

Método. Por pertenecer a un enfoque Cuantitativo, la investigación empleará el

método INDUCTIVO. 4.1.2 Tipo de la investigación. La investigación que se pretende realizar implica la consideración de todos los conocimientos existentes y su profundización, acerca del tema en cuestión, para así intentar solucionar el problema planteado. Es por ende que podemos enmarcar este trabajo como una INVESTIGACIÓN APLICADA. 4.1.2 Nivel de la investigación La presente investigación pertenece al enfoque CUANTITATIVO ya que es secuencial y probatoria. “Cada etapa precede a la siguiente y no podemos brincar o eludir pasos, el orden es riguroso, aunque, desde luego, podemos redefinir alguna fase” (Hernández Sampieri, Fernández Collado, y Baptista Lucio, 2010. Además, usa le recolección de datos para probar hipótesis, con base en la medición numérica y el análisis estadístico, para establecer patrones de comportamiento.

4.2

Diseño de la investigación. Para visualizar de manera práctica y concreta las respuesta a las pregunta de

investigación, además de cubrir los objetivos fijados se realizará un plan y/o estrategia para obtener la información que se desea, para ello se plantea un DISEÑO EXPERIMENTAL.

4.3

Población y muestra. 4.31

Población La población conformaran los pobladores de la ciudad de Huancayo.

4.3.2

Muestra

La muestra tomaremos es probabilística la cual se encuentra en una zona residencial de densidad media en el Psje. San Mateo (entre Psje. San Judas y Psje. San Juan).

4.4

Técnicas de recolección de datos. El procedimiento varía de acuerdo con el tipo de superficie del pavimento

que se inspecciona. Debe seguirse estrictamente la definición de los daños de este manual para obtener un valor del PCI confiable. La evaluación de la condición incluye los siguientes aspectos: a) Equipo  Ondómetro manual para medir las longitudes y las áreas de los daños.  Regla y una cinta métrica para establecer las profundidades de los ahuellamientos o depresiones.  Manual de daños del PCI con los formatos correspondientes y en cantidad suficiente para el desarrollo de la actividad. b) Procedimiento. Se inspecciona una unidad de muestreo para medir el tipo, cantidad y severidad de los daños de acuerdo con el Manuela de Daños, y se registra la información de exploración de la condición para cada unidad de muestreo y en los formatos cada renglón se usa para registrar un daño, su extensión y su nivel de severidad. c) El equipo de inspección deberá implementar todas las medidas de seguridad para su desplazamiento en la vía inspeccionada, tales como

dispositivos de señalización y advertencia para el vehículo acompañante y para el personal en la vía. ASTM (2004).

4.5

Técnicas de tratamientos de datos.

-

Iidentificación de la condición superficial del Pavimento.

Según Vilca (2011, p.5) La evaluación superficial del pavimento tiene por objetivo la determinación del valor del PCI (Índice de Condición del Pavimento), la identificación de las fallas y dar las alternativas de tratamiento a éstas. Los resultados de esta evaluación permitirán identificar y establecer el estado de deterioro del pavimento y los niveles de intervención a recomendar. -

Metodología para el relevamiento de fallas. Sotil (comunicación personal, 24 de setiembre, 2013) opina que el Índice de

Condición del Pavimento (PCI) se constituye en la metodología más completa para la evaluación y calificación objetiva de pavimentos, flexibles, dentro de los modelos de Gestión Vial disponibles en la actualidad. La metodología es de fácil implementación y no requiere de herramientas especializadas más allá de las que constituyen el sistema y las cuales se presentan a continuación. Se presentan la totalidad de los daños incluidos en la formulación original del PCI, pero eventualmente se harán las observaciones de rigor sobre las patologías que no deben ser consideradas debido a su génesis o esencia ajenas a las condiciones locales.

-

Procedimiento de Identificación de Fallas en Pavimentos de Asfalto. La primera etapa corresponde al trabajo de campo en el cual se identifican

los daños teniendo en cuenta la clase, severidad y extensión de los mismos. Esta información se registra en formatos adecuados

para tal fin. La figura 31 ilustra los

formatos para la inspección de pavimentos asfálticos. Las figuras son ilustrativas y en la práctica debe proveerse el espacio necesario para consignar toda la información pertinente.

Fig. 33 Planilla de cálculo por el Ing. Wilfredo Gutiérrez –Evaluación Superficial

Se divide la vía en secciones o unidades de muestreo, cuyas dimensiones varían de acuerdo con los tipos de vía y de capa de rodadura: Carreteras con capa de rodadura asfáltica y ancho menor que 7.30 m: El área de la unidad de muestreo debe estar en el rango 230.0 ± 93.0 m². En el Cuadro 1 se presentan algunas relaciones longitud – ancho de calzada pavimentada. ASTM (2004).

Fig. 34. Por el Ing. Luis Ricardo Vásquez Varela- Ingeniería de Pavimentos

CAPITULO V ASPECTOS ADMINISTRATIVOS 5.1 PRESUPUESTO

PLAN DE TESIS: ÍNDICE DE CONDICIÓN DEL PAVIMENTO FLEXIBLE EN EL PSJE. SAN MATEO ENTRE PSJE. SAN JUDAS Y PSJE. SAN JUAN EN EL DISTRITO DE HUANCAYO

INGRESOS (S/.) RECURSOS PROPIOS -Bach. Kevin ROMERO LA TORRE TOTAL INGRESOS S/.

EGRESOS (S/.) Adquisicion de bibliografía (libros, articulos, revistas, etc) Dtereminacion de las condiciones de tráfico 2,400.00 extraccion de muestras y ensayos de matreiales según AASHTO, ASTM y MTC Medicion de deterioro actual del pavimento (Ahuellamiento, fisura por fatiga, y otras fallas) otros 2,400.00 TOTAL EGRESOS S/.

200.00 500.00 500.00 500.00 700.00 2,400.00

5.2 Cronograma de actividades.

PLAN DE TESIS: ÍNDICE DE CONDICIÓN DEL PAVIMENTO FLEXIBLE EN EL PSJE. SAN MATEO ENTRE PSJE. SAN JUDAS Y PSJE. SAN JUAN EN EL DISTRITO DE HUANCAYO PLAZO DE ELABORACION : ALUMNO :

8 meses Bach. Kevin ROMERO LA TORRE

ACTIVIDADES DESCRIPCIÓN Planteamiento del tema al asesor PLANTEAMIENTO Revision bibliográfica Elaboracion de Plan de Tesis Acopio de Informacion Bibliográfica Señalizacion de la ruta representativa de pavimento flexible Adaptacion de procedimientos de Recolección de dators de deterioros apartir de estudios anteriores IMPLEMENTACIÓN Estudio de tráfico Extraccion de muestras y ensayos de laboratorio Recopilación de datos de información en instituciones viales, plantas de asfalto. Recolección de información sobre el deterioro actual de la ruta Procesamiento de datos recopilados Prediccion delentre deterioro utlizando modelos matemáticos Comparacion valores de detrioro predichos y observados, y ÍTEM

EJECUCIÓN

MAYO 2S

3S

JUNIO 4S

1S

2S

3S

JULIO 4S

1S

2S

3S

AGOSTO 4S

1S

2S

3S

SETIEMBRE 4S

1S

2S

3S

OCTUBRE 4S

1S

2S

determinación de valores ajustados para los coeficientes de los modelos de deterioro

Analisis de resultados obtenidos, tendencias observadas y limitaciones para la aplicabilidad de la calibración a diferentes condiciones Redaccion del borrador SUSTENTACIÓN Revisión Sustentación

C

3S

NOVIEMBRE 4S

1S

2S

3S

DICIEMBRE 4S

1S

2S

3S

4S

REFERENCIA BIBLIOGRAFICAS

AASHTO. (1993). Guide for Design of Pavement Structures. Washington D.C.: American Association of State Highway and Transportation Officials. AASHTO. (2008). Mechanistic-Empirical Pavement Design Guide. (ICG, Trad.) Washington: Fondo Editorial ICG. ASPHALT INSTITUTE. (s.f.). Emulsiones Asfálticas. En Manual Básico de Emulsiones Asfálticas. Printed in USA. Hernández Sampieri, R., Fernández Collado, C., & Baptista Lucio, M. d. (2010). Metodología de la Investigación (Quinta ed.). México D.F.: McGRAW W-HILL. Montejo Fonseca, A. (2006). Ingeniería de Pavimentos. En Fundamentos, estudios basicos y diseño (Tercera ed.). Bogotá D.C.: Panamericana Formas e Impresos S.A. MTC. (2000). Especificaciones Tecnicas para la Construccion de Carreteras EG-2000. Lima. MTC. (2000). MAnual de Ensayo de Materiales (EM 2000). Lima-Perú. MTC. (2008). Manual de Diseño Geométrico de Carreteras DG - 2001. Lima. NORMAS ASSTHO. (s.f.). NORMAS ASTM. (s.f.). Videla, C., De Solminihac , H., Gaete, R., & Bustos, M. (12 - 17 de Noviembre de 1995). Metodología de Calibración de Modelos de Predicción del Deterioro en Pavimentos asfálticos. 8º Congreso Ibero - Latinoamericano del Asfalto, Tomo II, Trabajo T5 - 13, 14 pp.

ANEXOS PROBLEMA

PROBLEMA GENERAL: ¿Cuál es el índice de condición del pavimento flexible ubicado en el Psje. San Mateo entre Psje. San Judas y Psje. San Juan en el distrito de Huancayo, provincia de Huancayo departamento de Junín en el año 2013? PROBLEMAS ESPECÍFICOS: - ¿Qué tipos de fallas que presenta el pavimento flexible en Psje. San Mateo? -¿En qué vida útil se encuentra el pavimento en el Psje. San Mateo?

OBJETIVOS

HIPÓTESIS

OBJETIVO GENERAL: Analizar el estado en que se encuentra el pavimento en términos de su integridad estructural y del nivel de servicio que ofrece al usuario a través del el índice de condición del pavimento (PCI).

OBJETIVOS ESPECÍFICOS: -Determinar el tipo de fallas en el pavimento flexible. -Proponer soluciones para los diferentes casos de fallas encontradas en los pavimentos. -Proponer el tipo de mantenimiento en general de todo el pavimento flexible.

VARIABLES

DIMENSIONES

INDICADORES

VARIABLES INDEPENDIENTES: Hi: el pavimento flexible del Psje San Mateo entre Psje. San Judas y Psje. San Juan en el distrito de Huancayo en el año 2013 presenta un PCI que se encuentra en un rango entre 50-70% (estado regular). HIPÓTESIS ESPECÍFICOS: -El tráfico es un factor determinante en el proceso de obtención de datos. Para obtener resultados reales. -La edad del pavimento es un factor determinante para el índice de condición del pavimento -Presenta fallas de agrietamiento por fatiga en su estructura.

X1= fallas

ENFOQUE DE LA INVESTIGACIÓN MÉTODO  Valores meteorológicos

X2= trafico X3= edad del pavimento

 Temperatura, precipitación, nubosidad, velocidad del viento, humedad relativa, radiación solar y nivel freático

 Conteo de tráfico VARIABLES DEPENDIENTES: Y= Índice de condición de pavimento

METODOLOGÍA

ALCANCES DE LA INVESTIGACIÓN

 Clasificación de suelos AASHTO, Proctor, CBR, Deformación permanente de la mezcla de asfalto.

La investigación será de alcance “CORRELACIONAL”.

 Años

METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN

 Edad

 Clasificación Funcional de la carretera a nivel Urbano o Rural.

TIPO DE INVESTIGACIÓN INVESTIGACIÓN APLICADA.

 Índice medio diario anual (IMDa)  Ensayos de identificación, resistencia y deformabilidad

La presente investigación pertenece al enfoque CUANTITATIVO

Por pertenecer a un enfoque Cuantitativo, la investigación empleará el método INDUCTIVO.  Probabilidad. DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN DISEÑO EXPERIMENTAL. INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN Son: - Formato de conteo de tráfico según el MTC. - Formatos para PCI AASHTO 1993