Parte 2

PARTE 2

Recolecciónde Información

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

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Parte 2 – Recolección de información

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PARTE 2RECOLECCIÓN DE INFORMACIÓN

2.1. GENERALIDADES

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

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

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

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

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

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


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

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

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

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

REFERENCIAS

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


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CAPÍTULO 1DEFINICIÓN DEL SECTOR VIAL

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

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


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CAPÍTULO 2RECOLECCIÓN DE ANTECEDENTES

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

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

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


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Longitud del proyecto PR94 PR 114

Historia de laconstrucción y delmantenimiento

REC – 5(reconstrucción

hace 5 años)

OR – 12(pavimento original – 12 años)

REF – 3(refuerzo –

3 años)

Estructura delpavimento actual

E 1 E 2 E 3 E 4

Subrasante S 1 S 2

Tránsito actual T 1 T 2

Unidades preliminaresde análisis

U 1REC – 5

E 1S 1T 1

U 2OR-12

E 2S 1T 1

U 3OR – 12

E 2S 2T 1

U 4OR – 12

E 3S 2T 1

U 5REF – 3

E 4S 2T 2

Figura 2.2.1. – Definición de unidades de análisis preliminares


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CAPÍTULO 3GUÍAS PARA EL ANÁLISIS DEL TRÁNSITO

2.3.1. Introducción

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

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

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

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

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


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

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

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

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

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

2.3.2. Tránsito Promedio Diario Anual (TPDA)

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


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

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

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

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

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

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


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1NnN

n

szTPDSTPDA c

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

s: Desviación estándar de la muestra.

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

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

TDi: Volumen de tránsito del día “i”.

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

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

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

1n

TPDS)(TDis

2


27

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

Tabla 2.3.1.Relaciones TPDM / TPDA en la estación Carimagua

AÑOMES

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

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

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

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

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


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

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

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

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

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

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


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

2000)

Carretera DIRECCIÓN %A %B% CAMIONES

2 3 / 4 3S2 3S3

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

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

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

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

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

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

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


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

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

NÚMERO DE CARRILESEN CADA DIRECCIÓN

FACTOR DE DISTRIBUCIÓN PARA EL CARRIL DEDISEÑO (DC)

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

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

(ref. 2.3.5)

TPD EN UNADIRECCIÓN

2 CARRILES PORDIRECCIÓN

3 CARRILES POR DIRECCIÓN

INTERIOR EXTERIOR INTERIOR CENTRAL EXTERIOR2000400060008000

1000015000200002500030000350004000050000600007000080000

100000

0.060.120.150.180.190.230.250.270.280.300.310.330.34

---

0.940.880.850.820.810.770.750.730.720.700.690.670.66

---

0.060.060.070.070.070.070.070.070.080.080.080.080.080.080.080.09

0.120.180.210.230.250.280.300.320.330.340.350.370.390.400.410.42

0.820.760.720.700.680.650.630.610.590.580.570.550.530.520.510.49


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2.3.6. Distribución de los vehículos comerciales por clases

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

CLASE ESQUEMA CLASE ESQUEMA

2 2S3

3 3S1

2S1 3S2

2S2 3S3

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

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

2.3.7. Evolución histórica del tránsito automotor

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


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

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

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

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


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

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

AÑO% VEHÍCULOS

LIVIANOS% BUSES % CAMIONES

1975198019851990199620002003

46.552.558.660.262.164.162.5

13.912.311.09.28.39.0

10.6

39.635.230.430.629.626.926.9

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

CAMIÓNPROPORCIÓN CIRCULANTE (%)

1981 1986 1990 1997 200323

3S23S3

Otros

79.58.68.90.03.0

77.48.4

12.60.70.9

77.27.6

10.83.80.6

70.59.89.78.91.0

64.09.7

10.715.40.2

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

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


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2.3.8. Factor vehicular de deterioro (Factor Camión)

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

Tabla 2.3.7.Tránsito promedio diario por rangos y composición

(Año 1996)

RANGO DE TPDCOMPOSICIÓN LONGITUD CARRETERAS

EN EL RANGO DE TPD(km)

% LONGITUD ENEL RANGO%A %B %C

0 - 500501 - 1000

1001 - 15001501 - 20002001 - 30003001 - 5000

5001 - 1000010001 - 1500015001 - 25000

> 25000

55666360616167707377

11689888

101010

34282931313125201713

5470287218331930203620319882821134

31.316.410.511.011.611.65.61.60.60.2

2.3.8.1. Carga equivalente para diseño

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

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


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

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

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

lidadserviciabidepérdidaigualproducenquej,iónconfiguracymagnituddeejesdeNúmero

lidadserviciabidepérdidaciertaproducenquereferenciadeejesdeNúmeroFECE

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

FECE = 100,000 / 10,000 = 10

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

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


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

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

n

PrPi

FECE

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

10 = (142 / 80)n

De donde: n = 4.01

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

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

2.3.8.3. Los sistemas de ejes de los vehículos automotores

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


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

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

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

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

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

pavimentos asfálticos [ref. 2.3.3]

TIPO DE EJECARGA DE REFERENCIAkN T

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

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

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


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

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

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

vehicular total, distribuida mediante diferentes sistemas de ejes

CAMIÓN EJEPESO DEL EJE

(kN)

FECE(LEY DE LA 4ª

POTENCIA)

2Simple direccionalSimple no direccional

6580

1.01.0

Equivalencia en ejes de 80 kN (8.2 T) 2.0

3Simple direccionalTándem

6580

1.00.09

Equivalencia en ejes de 80 kN (8.2 T) 1.09

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

Básculas estáticas

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


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

Figura 2.3.3. – Báscula estática

Básculas portátiles

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

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


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Figura 2.3.4. – Básculas portátiles

Básculas de peso en movimiento (WIM)

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

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

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


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Figura 2.3.5. – Báscula de peso en movimiento

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

2.3.8.5. Concepto de los factores vehiculares de deterioro

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

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


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

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

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

TIPO DECAMIÓN

FACTOR VEHICULAR DE DETERIORO(EJES SIMPLES DE 80 kN)

MOPT1992

INVÍAS1996

INVÍAS2003

DATOSPAKISTÁN

DATOSUSA

2 2.16 3.44 2.15 4.67 0.213 4.39 3.76 3.15 8.84 1.59

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

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

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


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

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

red vial nacional (año 2003)

CARRETERAESTACIÓN DE

PESAJE

FACTOR VEHICULAR DEDETERIORO SEGÚN CAMIÓN2 3 3S2 3S3

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

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

Tabla 2.3.12.Factores camión por dirección en algunas carreteras colombianas

(Encuestas del año 2000)

CARRETERAFACTOR CAMIÓN

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

3.392.213.485.052.96

4.413.264.593.173.74


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

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

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

Tabla 2.3.13.Ejemplo de cálculo de factor camión

TIPO DE EJEPESO(kN)

NÚMERODE EJES

FECE(LEY DE LA 4ª

POTENCIA)

NÚMERO DE EJESSIMPLES

EQUIVALENTES DE80 kN

Simple direccionalSimple no direccionalTándemTándem

659880

213

2201505020

1.02.250.094.45

220338

591

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

6542202.97

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

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


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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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


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

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

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

AÑO TPDSAUTOS BUSES CAMIONES

DISTRIBUCIÓN PORCENTUAL DECAMIONES

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

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

1.00 - 2.15 3.15 4.21 5.31

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

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


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

Tabla 2.3.15.Determinación del NESEn-5 (Ejemplo)

TIPO DEVEHÍCULO

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

FACTORVEHICULAR DE

DETERIORO

NÚMEROPROMEDIO

DIARIO DE EJESEQUIVALENTESEN EL CARRIL

DE DISEÑO

NÚMERO DEEJES

EQUIVALENTESEN EL CARRIL

DE DISEÑO ENn-5

(NESEn-5)

(1)TPD * %VC

(2)DD(3)

DC(4)

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

(Tabla 2.3.10)(6)

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

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

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

TOTAL (NESEn-5) 212,285

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

AÑONÚMERO ANUAL DE EJES SIMPLES EQUIVALENTES EN EL CARRIL DE DISEÑO

(NESE)BUS 2 3 3S2 3S3 TOTAL

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

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

2.3.10. Tasas de crecimiento del tránsito de los vehículos comerciales

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


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

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

los años 1999 y 2005

CARRETERA

TASA DE CRECIMIENTO ANUAL DEL TRÁNSITOPROMEDIO DIARIO SEMANAL ( % )

TODOS LOSVEHÍCULOS

BUSES CAMIONES

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

2.3.11. Proyección del tránsito

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

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


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

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

i1ln

1i1*NESEN

n

0

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

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

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

2n*m

n*NESEN2

0

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


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

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

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

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

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

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

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

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

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


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

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

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

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

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

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

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


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

b

ε1aFN

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

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

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

b

rε1aNr

b

iε1aNi

De donde:

b

εNiNrFECE

r

iε


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

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

2.3.12.2. Efecto de las condiciones de aplicación de la carga

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

Tránsito canalizado

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


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

flexibles

PAIS DE INVESTIGACION CRITERIOEXPONENTE

(n)Australia

Bélgica

BrasilFinlandiaFranciaInglaterraItaliaSudáfricaU.S.A.

AgrietamientoAhuellamientoAgrietamientoAhuellamientoAgrietamientoAhuellamientoAgrietamientoAgrietamientoAhuellamientoAgrietamientoAhuellamientoAgrietamientoAgrietamiento

Pérdida serviciabilidadAhuellamientoAgrietamiento

2.03.3 – 6.0

4.84.3

2.0 – 4.04.0

3.3 – 4.02.0

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

Presiones de inflado y de contacto

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


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

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

NÚMEROESTRUCTURAL

EJE SIMPLE DE53,4 kN

EJE SIMPLE DE133.5 kN

EJE TÁNDEM DE106.8 kN

EJE TÁNDEM DE213.5 kN

TRI AASHTO TRI AASHTO TRI AASHTO TRI AASHTO

3.06 0.25 0.21 5.6 7.8 0.34 0.32 3.5 4.2

4.36 0.24 0.21 6.2 6.9 0.32 0.28 3.7 4.1

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

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


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

PERCENTILDE DISEÑO

A Bpc DE DISEÑO

(kPa) (*)

50809095

Máximo

0.7300.6900.7230.7460.833

174296310311312

590690720740790

(*)Para pi = 570 kPa

La presión de contacto y el factor de equivalencia de carga

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

β

cr

c

pp

CSF

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

h0.058*106.10

β

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


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

asfálticas y presiones de contacto

ESPESORCAPAS

ASFÁLTICAS(cm)

β

PRESIÓN DE CONTACTO (kPa)570 650 700

FACTOR DE DETERIORO PORESFUERZOS DE CONTACTO (CSF)

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

Ejes con neumáticos de banda ancha

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

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

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


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

2.3.13. Resumen

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

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


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

VARIABLENIVEL JERÁRQUICO

1 2 3

TPDConteos continuosdurante el año (TPDA)

Conteos manuales deuna semana (TPDS)

Conteos aislados

VC No se aplican niveles jerárquicos en este dato

DDDeterminaciones delargo plazo en elsector del proyecto

Uso de factores dedistribución de índoleregional o nacional

Uso derecomendaciones detipo general

DCDeterminacionesespecíficas en elsector del proyecto

Uso de factores dedistribución de índoleregional o nacional

Uso derecomendaciones detipo general

Información sobrecargas por eje

Básculas de peso enmovimiento

Básculas estáticas oportátiles

Información de otrasfuentes

Distribucióndireccional del

factor vehicular dedeterioro

Uso del factorcorrespondiente alcarril más cargado

Uso del factorpromedio en ambasdirecciones

Uso del factorpromedio en ambasdirecciones

Cálculo de los NESE

Determinaciónespecífica aplicandoel factor de deteriorode cada tipo devehículo comercial

Uso de valorespromedio del factorvehicular de deterioro(factor camión)

Uso de valorespromedio del factorvehicular de deterioro(factor camión)

Tasas decrecimiento de

tránsito

Uso de tasas reales enel sector del proyecto

Uso de tasas reales enel sector del proyecto

Uso de tendencias detipo regional

REFERENCIAS

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

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

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


60

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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


61

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

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

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

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

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

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

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

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

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


62

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

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


63

CAPÍTULO 4GUÍAS PARA LA CLASIFICACIÓN Y CUANTIFICACIÓN DE LOS

DETERIOROS DEL PAVIMENTO


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

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

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

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

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


64

Tabla 2.4.1Clasificación general de los deterioros de los pavimentos asfálticos

CLASE TIPO DE DETERIOROCAUSADO

ORIGINALMENTEPOR EL TRÁNSITO

CAUSADOORIGINALMENTE

POR LOSMATERIALES, EL

CLIMA O LACONSTRUCCIÓN

Fisuramientos1

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

X

X

XXXXXX

Deformaciones

AhuellamientoAbultamientosDepresiones (baches)Desplazamientos de bordeDeterioro de parchesExpansiones

X

X

XXXXX

Desprendimientos

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

XX

X

XXX

AfloramientosExudaciónAfloramiento de aguaAfloramiento de finos X

XXX

Otros deterioros

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

XXXX

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


65

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

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

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

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

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


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

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

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

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


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

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

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

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

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

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

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


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

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

321

321

lll

3l2llG

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

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

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

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

DETERIORO

NIVEL DE GRAVEDAD

Ahuellamiento yotrasdeformacionesestructurales

Sensible al usuario, peropoco importanteProf < 20 mm

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

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

Fisuraslongitudinalespor fatiga

Fisuras finas en la huellade rodamiento. <6 mm

Fisuras abiertas y a menudoramificadas.

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

Piel decocodrilo

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

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

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

Bacheos yparcheos

Intervención desuperficie ligada adeterioros del tipo B.

Intervenciones ligadas a deterioros tipo AComportamientosatisfactorio de lareparación.

Ocurrencia de fallas en las zonasreparadas.

321


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

DETERIORO

NIVEL DE GRAVEDAD

Fisura longitudinal de junta deconstrucción

Fina y única< 6 mm

Ancha (≤ 6 mm) sindesprendimiento oFina ramificada

Ancha (≤ 6 mm) condesprendimientos oramificada

Fisuras de contracción térmica. Fisuras finas< 6 mm

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

Anchas (≤ 6 mm) condesprendimientos

Fisuras parabólicas. Fisuras finas< 6 mm

Anchas (≤ 6 mm) sindesprendimientos


Fisuras de borde Fisuras finas< 6 mm

Anchas (≤ 6 mm) sindesprendimientos


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

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

Desprendimientos: Pérdida de película de

ligante. Pérdida de agregado

Pérdidas aisladas Pérdidas continuas Pérdidas generalizadasy muy marcadas

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

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

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

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

Exudación Puntual, área específica

Continúa sobre lastrayectorias pordonde circulan lasruedas del vehículo

Continua y muymarcada, en diversasaéreas

Afloramientos: De mortero De agua

Localizados y apenasperceptibles. Intensos Muy intensos

Desintegración de los bordes delpavimento

Inicio de ladesintegración, sectoreslocalizados.

La calzada ha sidoafectada en un anchode 500 mm o más

Erosión extrema queconduce a ladesintegración delrevestimiento

Escalonamiento entre calzada yberma.

Desnivel entre 10 mm y50 mm.

Desnivel entre 50 y100mm

Desnivel superior a100mm.

Erosión de las bermas Erosión incipiente Erosión pronunciada

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

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

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

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

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

321


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2.4.3. Algunos deterioros no contemplados por el sistema

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

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

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

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


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

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

REFERENCIAS

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

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

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

2.4.4 – www.geoengineer.org

www.geoengineer.org


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

SUPERFICIAL DEL PAVIMENTO


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

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

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

Tabla 2.5.1.Clasificación de las irregularidades superficiales de un pavimento

CARACTERÍSTICALONGITUD DE ONDA

(mm)AMPLITUD

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

Regularidadsuperficial

Ondas cortasOndas mediasOndas largas

500-5,0005,000-15,000

15,000-50,000

1-205-50

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


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

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

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


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Figura 2.5.2. – Amplitud y longitud de onda

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

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

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

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


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

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

2.5.2. Técnicas para medir la regularidad superficial del pavimento

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

1. Medidas de precisión del perfil.

2. Otros métodos perfilométricos.

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

4. Evaluaciones subjetivas.

2.5.2.1. Clase 1: Medidas de precisión del perfil

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

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

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


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2.5.2.2. Clase 2: Otros métodos perfilométricos

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

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

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

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

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

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

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


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

Figura 2.5.3. –Esquema de RTRRM

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

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

2.5.2.4. Clase 4: Evaluaciones subjetivas

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


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

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

2.5.3.1. Definición del IRI

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

2.5.3.2. Modelo del cuarto de carro

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

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


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Figura 2.5.4. - Modelo del “cuarto de carro”

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

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

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


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

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

n

|zz|IRI

n

1

'1

'2

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

L

0

'1

'2 dx.|z|z

L1

IRI

Donde: n: Número de puntos

L: Longitud de análisis

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

2.5.3.3. Cálculo del IRI

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

2.5.4. Medida de la Regularidad Superficial

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


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

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

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

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

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

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

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


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

pavimentada

DESCRIPCIÓN DE LA COMODIDAD PARA LA CIRCULACIÓNIRI

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

< 2.5

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

4.0 – 5.5

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

7.0 – 8.0

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

9.0-10.0

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

11.0 – 12.0

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

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

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

dentro de la estimación de la regularidad de la superficie.

2.5.6. Comodidad para la circulación (Serviciabilidad)

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


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

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

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

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

PSR ACEPTABLE INACEPTABLE4.54.03.53.02.52.01.5

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

0%0%0%

10%50%84%

100%

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

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


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

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

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

RD: Profundidad del ahuellamiento (pulgadas).

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

P: Área parchada (pies2/1000 pies2).

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

ISP = 5*e(-0.18*IRI)

Donde: e: Base de los logaritmos naturales.

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

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

ISP = 5 – 0.633*IRI

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

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


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

ISPIRI (m/km)

PATERSON GILLESPIE4.54.03.53.02.52.01.5

0.581.241.952.833.855.096.69

0.791.562.373.163.954.74n/a

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

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

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

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


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

2.5.7. Niveles jerárquicos de información

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

Tabla 2.5.5Niveles jerárquicos de información sobre la regularidad superficial

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

REFERENCIAS

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

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

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

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

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


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

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

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

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

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


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CAPÍTULO 6GUÍAS PARA LA MEDICIÓN DE LA RESISTENCIA AL DESLIZAMIENTO


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

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

2.6.2. Oferta y demanda de fricción

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

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

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


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Tabla 2.6.1.Factores de la resistencia al deslizamiento

DEMANDA DE FRICCIÓN OFERTA DE FRICCIÓN

- Velocidad

- Aceleración y frenado

- Características del vehículo

- Factores ambientalesVientoSalpicadurasVisibilidad

- Geometría de la carreteraCurvaturaPeralte

- Velocidad

- Neumático

- Superficie del pavimentoMicrotexturaMacrotexturaDrenajePendiente transversal

- Factores ambientalesLluviaTemperatura

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

2.6.3. Factores que afectan la fricción superficial

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

2.6.3.1. Diseño y condición de los neumáticos

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


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

Figura 2.6.1. - Componentes de la fricción neumático - pavimento

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

LFhFa

LF

f

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

SN = 100.f

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


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

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

2.6.3.2. Microtextura y macrotextura del pavimento

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


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Figura 2.6.3. - Microtextura y macrotextura

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

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

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


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

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

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

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


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

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

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


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

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

Figura 2.6.7. – Transición de curva horizontal

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


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

2.6.3.4. Influencia del tránsito

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

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

2.6.3.5. Influencia de la velocidad de los vehículos

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

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

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


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

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

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

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

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

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


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

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

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

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

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

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

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

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


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

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

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

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

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

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


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

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

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

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


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

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

Figura 2.6.13. – Equipo de rueda oblicua SCRIM

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

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


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Figura 2.6.14. – Péndulo de fricción británico

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

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

Figura 2.6.15. – Medidor de fricción dinámica


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2.6.5.2. Medida de la textura superficial

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

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

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

Figura 2.6.16. – Ensayo del círculo de arena


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

Figura 2.6.17. – Determinación del flujo de agua

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

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


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

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

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

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

británico (Artículo 440-06 Especificaciones INVÍAS)

TIPO DE SECCIÓN

COEFICIENTE MÍNIMO DERESISTENCIA ALDESLIZAMIENTO

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

0.50 0.55 0.60

Otras secciones 0.45 0.50 0.50

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


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

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

2.6.7. El Índice de Fricción Internacional (IFI)

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

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

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


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Sp = a + b.Tx

F60 = A + B. FR60 + C. Tx

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

Donde: Tx: Medida de la macrotextura.

FRS: Medida de la fricción con el equipo escogido.

S: Velocidad de deslizamiento de la rueda.

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

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

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

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

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

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

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

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


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

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

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

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

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

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

2.6.10. Niveles jerárquicos de información

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


110

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

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

(Ver numeral 1.4)

NIVEL 1 2 3

COBERTURAEjecución deensayos a todo lolargo del proyecto

Ejecución de ensayosen unidades demuestreo,seleccionadas dentrode la longitud delproyecto

Uso de datoshistóricos, tomadosde los archivos delsistema deadministración depavimentos delINVÍAS

REFERENCIAS

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

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

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

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

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

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

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


111

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


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

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

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

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

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


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

PAVIMENTO


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

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

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

2.7.2. Naturaleza del ruido

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


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

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

2.7.2.1. Intensidad

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

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

0

log*10)(II

dBL

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

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

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

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

020

2

log*20)log(*10)(pp

pp

dBL


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

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

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

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


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

Tabla 2.7.1.Ponderación en dBA para diferentes frecuencias

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

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

2.7.2.2. Adición de niveles de presión sonora

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

/10L/10LT

p2p1 1010log*10L

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


117

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

2.7.2.3. Propagación del ruido con la distancia

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

2wp rπ4

Φlog*10LL

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

Lw: Nivel de presión acústica de la fuente.

r: Distancia de la fuente (m).

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

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


118

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

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

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

1

2

1log*10d

dAtenuación

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

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

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


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

)(17685

log*105.1

AdBAtenuación

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

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

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

2.7.2.4. Frecuencia

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

Figura 2.7.5. – Regiones de las frecuencias sónicas


120

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

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

λ = c / f

Siendo: c: Velocidad del sonido.

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

2.7.2.5. Intensidad y frecuencia

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

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

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


121

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

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

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

2.7.2.6. Efecto de enmascaramiento

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


122

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

2.7.3. El ruido del tránsito automotor

2.7.3.1. Estándares del ruido del tránsito vial

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

2.7.3.2. Causas del ruido del tránsito vial

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

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


123

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

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

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

- Vibraciones del neumático.

- Fenómeno aerodinámico.

- Gotas de agua aceleradas.

2.7.3.4. Textura y ruido

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


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

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

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

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

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

2.7.3.5. Efecto del tipo de neumático y de la velocidad

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


125

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

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

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

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

2.7.4.1. Método de la pasada SPB

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

2.7.4.2. Método de la pasada CPB

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


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Figura 2.7.9. – Método de la pasada SPB

2.7.4.3. Método de proximidad cercana CPX

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

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

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


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

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

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

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


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2.7.4.4. Comparación entre procedimientos

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

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

Figura 2.7.13. – Comparación de resultados CPX vs CPB


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2.7.5. El ruido según el tipo de rodadura asfáltica

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

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

2.7.5.1. Mezclas drenantes

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

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

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

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


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

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

2.7.5.2. Mezclas stone matrix asphalt (SMA)

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

2.7.5.3. Mezclas densas convencionales

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

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


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2.7.5.4. Tratamientos superficiales

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

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

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

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

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

2.7.7. Superficies silenciosas vs superficies seguras

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


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

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

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

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


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

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

REFERENCIAS

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

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

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

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

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

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

2.7.7 - BRITE/EURAM, “Project BE 3415, State-of –the-Art Report andrecommendations for practice and further developments”, October 1994

2.7.8 - INTERNATIONAL STANDARDS ORGANIZATION, “Characterization ofpavement texture utilizing surface profilers – Parts 1, 2 and 3” ISO/TC 43/SC1/WG39, July 1997

2.7.9 - KRAGH J., “Long-Term performance of drainage asphalt road surfaces”,Proceedings of Internoise 98, Christchurch, New Zealand, November 1998


134

2.7.10 - ROADS AND TRAFFIC AUTHORITY OF NEW SOUTH WALES, “RTAEnvironmental noise management manual”, RTA Publication Number RTA-Publ.01.142, Haymarket, New South Wales, Australia, December 2001

2.7.11 - SANDBERG, “Texturing of cement concrete pavements to reduce trafficnoise emission”, Proceeding of TRB, Washington D.C., 1998


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CAPÍTULO 8GUÍAS PARA LA CARACTERIZACIÓN ESTRUCTURAL DEL PAVIMENTOMEDIANTE PRUEBAS NO DESTRUCTIVAS – MEDIDA DE DEFLEXIONES


Las pruebas de caracterización estructural no destructiva abarcan una ampliavariedad de ensayos in-situ, los cuales se efectúan sin producir daño físico alpavimento. Ellas brindan un soporte importante, rápido y confiable en ladeterminación de la capacidad estructural de un pavimento en servicio, cuando serealizan en las condiciones bajo las cuales son aplicables. Este capítulo hacereferencia a procedimientos que, a través de una auscultación superficial, permitenconocer la deformabilidad elástica del pavimento ante la acción de una cargaconocida.

Las medidas de deflexión suministran una importante cantidad de información útilpara determinar la capacidad estructural de un pavimento asfáltico. En particular,con ellas es posible:

- Evaluar la capacidad estructural del pavimento.

- Determinar la uniformidad estructural de un sector de pavimento, de acuerdocon la variabilidad de las deflexiones a lo largo del mismo.

- Programar estudios detallados en áreas localizadas donde las deflexiones seananormalmente altas, para averiguar las causas de los deterioros de la estructuray de las debilidades del soporte.

- Obtener una indicación sobre la vida residual del pavimento.

- Determinar las propiedades de rigidez de las diferentes capas del pavimento yde la subrasante.

- Disponer de datos de entrada para el diseño de las obras de mantenimiento yrehabilitación.


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Otras pruebas no destructivas, que brindan información complementaria sobrealgunas características estructurales del pavimento, son objeto de análisis en elCapítulo 9 de la Parte 2 de la presente guía.

2.8.2. Deflexiones del pavimento

Las medidas de deflexión han formado parte integral de los procesos de evaluaciónestructural y rehabilitación de los pavimentos asfálticos durante las últimas cincodécadas.

La deflexión de un pavimento asfáltico es el desplazamiento vertical de la superficiedel pavimento en respuesta a la aplicación de una carga externa y representa unarespuesta total del sistema constituido por la estructura y la subrasante, ante laaplicación de dicha carga. Cuando ésta se aplica sobre la superficie, todas las capasse deflectan, desarrollándose esfuerzos y deformaciones en cada capa, como demanera resumida lo ilustra la Figura 2.8.1.

Figura 2.8.1. - Ilustración de las deformaciones críticas producidas por las cargas móvilesdel tránsito

Las Figuras 2.8.2 y 2.8.3 muestran las deflexiones, esfuerzos y deformacionesproducidos en secciones típicas de un pavimento fuerte y de un pavimento débil[ref. 2.8.1]. Como se puede advertir, el pavimento débil desarrolla mayores


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esfuerzos y deformaciones en la capa superior, así como mayores esfuerzos ydeformaciones compresivas en la subrasante que el pavimento fuerte.

La manera como un pavimento responde a las cargas que se le aplican, tiene unaincidencia significativa en el comportamiento de la estructura. Por lo tanto, lasección de pavimento fuerte podrá soportar la acción de un número mucho mayorde cargas pesadas que la de pavimento débil.

Figura 2.8.2. – Deformaciones de tensión y esfuerzos de compresión en una sección típicade pavimento con estructura fuerte

Figura 2.8.3. – Deformaciones de tensión y esfuerzos de compresión en una sección típicade pavimento con estructura débil


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2.8.3. Equipos para la medida de las deflexiones

Los equipos para la medida de las deflexiones de los pavimentos se puedenclasificar, en términos amplios, en las siguientes categorías, cuyas característicasgenerales se presentan en la Tabla 2.8.1 [ref. 2.8.2]:

- Sistemas de medida de deflexión bajo carga estática o cuasi-estática.

- Sistemas de medida de deflexión bajo carga vibratoria sinusoidal.

- Sistemas de medida de deflexión bajo carga por impacto.

Los dos últimos sistemas utilizan equipos de tipo dinámico para generar cargas decorta duración, de manera de simular diferentes grados de condiciones deesfuerzos dinámicos producidos por las cargas móviles del tránsito. Las deflexionesdel pavimento son registradas por una serie de sensores desplazados radialmentedel centro de la carga, produciendo lo que se conoce como el “cuenco dedeflexión”.

Tabla 2.8.1.Características de algunos equipos para la medida de deflexiones de pavimentos

EQUIPORANGO GENERAL DEFUERZA DINÁMICA

(kN)

CARGA TRANSMITIDAPOR

SENSORES DEDEFLEXIÓN

VIGA BENKELMAN N/A Ruedas de un camión Diales medidoresde deformación

DEFLECTÓGRAFOLACROIX N/A Ruedas de un camión Transductor de

deflexiones

KUAB FWD 7– 150 Placa circular seccionadade 300 mm de diámetro

Hasta 12sismómetros

DYNATEST HWD 27– 245 Placa circular de 300 o 450mm de diámetro 7/9 geófonos

DYNAFLECT 4.5 entre picos

Dos ruedas metálicas de40 mm de diámetro por50 mm de ancho,cubiertas con uretano

4 geófonos

DYNATEST FWD 6.5 – 120 Placa circular de 300 o 450mm de diámetro 7/9 geófonos

ROAD RATER 2008 2– 30 Placa circular de 450 mmde diámetro 4 geófonos

PHONIX FWD 10 – 100 Placa circular de 300 mmde diámetro 6 geófonos


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A los efectos de asignar los niveles de jerarquía establecidos en el numeral 1.4 deesta guía, en relación con los distintos sistemas de medida de deflexiones, se aplicalo indicado en la Tabla 2.8.2.

Tabla 2.8.2.Niveles jerárquicos en relación con el sistema de medida de las deflexiones

Nivel 1 2 3

Sistema de medida Impacto Vibración sinusoidalEstático o cuasi-estático

2.8.3.1. Sistemas de medida de deflexión bajo carga estática o cuasi-estática

Los equipos de este tipo miden la deflexión máxima del pavimento bajo la acciónde una carga estática o de muy lenta aplicación. La viga Benkelman (Figura 2.8.4)es, sin duda, el dispositivo de este tipo que más ha sido utilizado en la evaluaciónde pavimentos asfálticos en Colombia.

Figura 2.8.4. - Esquema típico de una viga Benkelman

En los ensayos con la viga Benkelman, la carga de prueba que se utiliza en lasevaluaciones de rutina es la de referencia para el diseño de pavimentos asfálticos,la cual correspondiente a la rueda doble de un eje simple con un peso total es 80kN (Figura 2.8.5). El procedimiento de medida se encuentra estandarizado por elInstituto Nacional de Vías a través de la norma de ensayo INV E–795 [ref. 2.8.3].


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Figura 2.8.5. - Medida de una deflexión con la viga Benkelman

Una versión modificada de la viga Benkelman, con dos brazos de prueba, brinda laposibilidad de medir simultáneamente dos deflexiones a una distancia igual a laque separa los extremos de sus brazos de prueba, generalmente 250 mm (Figura2.8.6). Con estos dos valores de deflexión se puede calcular un parámetrodenominado “radio de curvatura”, el cual suministra una idea elemental de laforma de la deformada del pavimento bajo la acción de la carga.

Figura 2.8.6. - Medida de deflexiones con la viga Benkelman doble

El uso de la viga Benkelman presenta ventajas derivadas de su bajo costo, de lafacilidad de uso y de la existencia de una base de datos casi ilimitada, generada porsu uso generalizado durante muchos años. En contraposición, su empleo traeasociados algunos problemas técnicos importantes, entre ellos la lentitud en ladeterminación de las deflexiones, la cual no simula adecuadamente la acción de lascargas móviles del tránsito; la necesidad de un control permanente del tránsito en


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la vía durante las mediciones; la necesidad de mano de obra intensiva, la dificultado imposibilidad de determinar adecuadamente la forma y el tamaño del cuenco dedeflexiones; la imposibilidad de asegurar que las patas frontales de la viga no seencuentren dentro de la deformada en el instante de realizar la medida y, porúltimo, la escasa repetibilidad de las medidas.

Algunos dispositivos que usan este sistema lento de medida de deflexión tienencierta automatización, por lo que se denominan cuasi-estáticos. Entre ellos seencuentran el curviámetro y el deflectógrafo Lacroix (Figura 2.8.7). Aunque conestos equipos se superaron algunos de los problemas técnicos de la vigaBenkelman, se mantuvo el mayor de ellos, consistente en el hecho de que elmétodo de aplicación de la carga no representa adecuadamente los efectos de lascargas móviles del tránsito automotor.

Figura 2.8.7. - Deflectógrafo Lacroix

2.8.3.2. Sistemas de medida de deflexión bajo carga vibratoria sinusoidal

Los equipos que utilizan este sistema aplican una precarga estática y una vibraciónsinusoidal al pavimento con un generador de fuerza dinámica, como se ilustra en laFigura 2.8.8 [ref. 2.8.4]. Con el fin de asegurar que el dispositivo no salte de lasuperficie del pavimento en el instante del ensayo, la magnitud de la fuerzadinámica entre picos debe ser menor que el doble de la carga estática.Consecuentemente, esta última se debe incrementar cuando se aumente la cargaentre picos.


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Figura 2.8.8. - Señal típica de un generador de carga vibratoria sinusoidal

El equipo más utilizado de esta categoría es el Dynaflect. La secuencia normal deoperación consiste en llevar el equipo al punto escogido para la medida y bajarhidráulicamente las ruedas de carga y los transductores a la superficie delpavimento (Figura 2.8.9). A continuación, se aplica la carga, se registra el resultadoy se lleva el equipo al siguiente punto de medición.

Figura 2.8.9. - Dynaflect

A pesar de que estos equipos constituyen un avance respecto de los de medida dedeflexión bajo carga estática, pues permiten hacer un registro del cuenco dedeflexión, aún presentan un problema técnico importante, debido a que laprecarga estática es proporcionalmente alta respecto de la dinámica. Debido a quela mayoría de los materiales viales son sensibles al estado de esfuerzos bajo el cualtrabajan (los suelos finos acusan “ablandamiento” por esfuerzos y los gruesosacusan “endurecimiento”), sus estados de esfuerzos y, consecuentemente, susmódulos resilientes, se ven modificados por la acción de la precarga, dando lugar adeflexiones faltas de representatividad. Así mismo, la frecuencia de la carga afecta


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el resultado, siendo difícil establecer cuál es la frecuencia que mejor representa elefecto de los vehículos en movimiento. Además, la carga dinámica essignificativamente menor que la generada por un camión transitando sobre elpavimento.

2.8.3.3. Sistemas de medida de deflexión bajo carga por impacto

Los equipos que trabajan con este sistema (deflectómetros de impacto –FWD-)envían una fuerza de impacto transitoria al pavimento. Una masa es levantada auna determinada altura y luego soltada sobre una placa circular amortiguadora enel pavimento. Una fuerza de impulso transitoria, que puede ser variada cambiandola masa o la altura de caída, se genera a causa de la caída de la masa (Figura 2.8.10)[ref. 2.8.4]. Normalmente, se recomienda que la fuerza aplicada al pavimento seade 40 kN, de manera que las predicciones de los módulos de las capas delpavimento sean representativas de la respuesta del pavimento bajo las cargas delas ruedas de los vehículos pesados que circulan por las carreteras. Losdesplazamientos verticales producidos en el pavimento a causa del impacto sondetectados por geófonos situados en línea recta a determinadas separaciones delcentro de aplicación de la carga, típicamente (pero no obligatoriamente) 0, 300,600, 900, 1200, 1500 y 1800 mm. Dentro de los equipos de este tipo se encuentranlos deflectómetros Dynatest, KUAB y Phonix.

Figura 2.8.10. - Pulso de carga típico producido por un deflectómetro de impacto

La secuencia normal de operación consiste en llevar el equipo al sitio escogido parala medición y bajar hasta el pavimento la placa de carga y los geófonos. Acontinuación, se deja caer la masa sobre la placa, y los geófonos detectan losdesplazamientos verticales, cuyos picos quedan registrados en el disco del


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computador que está incorporado al equipo, generando el cuenco de deflexión(Figura 2.8.11). Una secuencia de ensayo se completa cuando se realiza el conjuntode medidas con la combinación de masas y alturas de caída que se hayan escogido.En seguida, la placa y los sensores son levantados hidráulicamente y el equipo setransporta al siguiente punto de ensayo. El procedimiento de medida dedeflexiones con el deflectómetro de impacto está normalizado por el InstitutoNacional de Vías, bajo el registro INV E-798 [ref. 2.8.3].

Figura 2.8.11. - Medida y registro de deflexiones con un deflectómetro de impacto

Una ventaja de los equipos de este sistema es su capacidad para simular con mayoraproximación el efecto de una rueda en movimiento, tanto en magnitud como entiempo de aplicación de carga, produciendo una deflexión que se aproxima más ala que produce un vehículo pesado en movimiento. Igualmente, la magnitud de laprecarga es muy pequeña, generalmente 8% a 18%, respecto de la carga deimpulso generada antes de la liberación de la masa de impacto. Otras ventajas quehacen que estos equipos sean los preferidos en la actualidad para la evaluaciónestructural de los pavimentos, incluyen la posibilidad de registrar el cuenco dedeflexiones y el alto rendimiento en la ejecución de los ensayos.

2.8.4. Factores que afectan la magnitud de las deflexiones

Son muchos los factores que afectan los valores medidos de deflexión en unpavimento. Ello hace que la interpretación de los resultados sea algo compleja. Lostres factores principales son: la carga, el pavimento mismo y el clima.


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2.8.4.1. Factores debidos a la carga

Idealmente, la deflexión medida debería simular el efecto que produce la carga dereferencia bajo las condiciones de diseño que, para las carreteras colombianas,corresponde a una carga por rueda doble de 40 kN (4.1 T).

El tipo y la magnitud de la carga afectan el valor de deflexión de respuesta delpavimento. A medida que la carga se incrementa, la deflexión obtenida es mayor,aunque la relación con que ello ocurre no es lineal recta, debido a que elcomportamiento de la mayoría de los suelos de subrasante y de los materialesgranulares varía según el estado de esfuerzos al cual se encuentren sometidos. LaFigura 2.8.12 [ref. 2.8.1] muestra el valor de deflexión obtenido para una carga de40 kN, a partir de la extrapolación del valor medido a 4.4 kN, empleando una línearecta. Se observa que su valor es muy inferior al medido utilizando una carga realde 40 kN.

Figura 2.8.12. - Deflexión del pavimento en función de la magnitud de la carga dinámica

Los deflectómetros de impacto son los equipos de medida de deflexión que mejorsimulan las deflexiones producidas por las cargas de los vehículos pesados. Suempleo elimina el problema que causa la extrapolación de respuestas bajo cargaspesadas, a partir de determinaciones realizadas con cargas de baja magnitud.


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Se debe tener en cuenta, además, que aunque la magnitud de la carga aplicada pordiferentes dispositivos sea igual, la deflexión del pavimento puede ser distinta,debido a que las diferencias inherentes en los tipos de carga tienden a producirrespuestas distintas del pavimento. La duración de la aplicación de la carga afectalas deflexiones, en el sentido de que, entre menor sea el pulso de carga, menor esla deflexión que sufre la estructura. Así, los dispositivos de carga estática tienden aproducir deflexiones significativamente más altas que las generadas por cargas deruedas en movimiento. La respuesta de los equipos que aplican carga vibratoriasinusoidal varía con la frecuencia, como lo muestra la Figura 2.8.13 [ref. 2.8.1].

Figura 2.8.13. - Variación de la deflexión con la frecuencia de la carga

Agencias e investigadores internacionales han establecido correlaciones entre losresultados obtenidos con los diferentes equipos de medida de deflexiones. Ellasdeben ser usadas de manera muy cuidadosa, por cuanto fueron desarrolladasinvolucrando equipos con diferentes sistemas de medición o bajo unas condicionesde trabajo específicas, que pudieran ser diferentes a las prevalecientes en laestructura en la cual se desean aplicar.

A título informativo, a continuación se presentan dos correlaciones entre lasdeflexiones FWD (para carga de 40 kN) y las deflexiones Benkelman (B), ambas enmilímetros [ref. 2.8.5]. Cuando se empleen estas correlaciones u otras similares, sedebe tener en mente que la correlación está afectada por la diferencia en lascondiciones de ensayo de los dos equipos y por el hecho de que la respuesta de


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algunos materiales del pavimento es dependiente del tiempo y del estado deesfuerzos a los cuales se encuentren sometidos.

Para deflexiones FWD < 1 mmB = 1.1*FWD

Para deflexiones FWD ≥ 1 mmB = 1.1 *FWD1.4

2.8.4.2. Factores debidos al pavimento

La condición y las características del pavimento pueden producir grandesvariaciones en los valores de la deflexión. Algunos ejemplos son los siguientes:

- Para la misma estructura típica, las deflexiones medidas en vecindades de áreasdeterioradas son, normalmente, mucho más altas que las medidas en áreas depavimento en buen estado (Figura 2.8.14) [ref. 2.8.1].

- Las deflexiones medidas en la huella externa son mayores que las medidas en lahuella interna y que las medidas entre las dos bandas de rodamiento.

- Las deflexiones medidas cerca de obras de arte (alcantarillas, box-culverts,puentes) son mayores que las obtenidas en otros puntos del pavimento.

- Los cambios en la estructura del pavimento o en el tipo de suelo de subrasanteafectan la magnitud de las deflexiones.

- Variaciones aleatorias en la rigidez del pavimento, producidas por factores talescomo diferencias en la compactación de sus capas, en las características de losmateriales y en la humedad, pueden producir grandes variaciones en lasdeflexiones en trayectos muy cortos.


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Figura 2.8.14. - Efecto de los fisuramientos del tipo piel de cocodrilo sobre las deflexionesde un pavimento asfáltico

2.8.4.3. Factores debidos a las condiciones climáticas

Debido a la ausencia de estaciones, los pavimentos en Colombia no se vensometidos a los ciclos de congelamiento y deshielo que afectan de manera bruscael comportamiento y la respuesta de los pavimentos en determinados instantes delaño en otras latitudes. Sin embargo, tanto la temperatura como las lluvias sonfactores que inciden en la respuesta elástica de estas estructuras.

2.8.4.3.1. Efecto de la temperatura

A medida que la temperatura ambiente y la de las capas bituminosas son mayores,la deflexión del pavimento se incrementa a causa del ablandamiento que sufre elasfalto, con el consecuente decrecimiento en la rigidez de la mezcla. Sin embargo,cuando la temperatura es muy alta, comienza a intervenir la deformación plásticade la mezcla, debido al predominio de las propiedades viscosas del asfalto, lo quese traduce en una disminución de la respuesta elástica del pavimento y, porconsiguiente, de las deflexiones. Este efecto es particularmente notorio cuando lasdeflexiones se miden mediante el sistema de carga estática. Para prevenir erroresde interpretación, no es recomendable realizar medidas de deflexión cuando latemperatura de las capas asfálticas supere 35° C, siendo deseable que no excedade 30º C.


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Los valores de deflexión, tanto estáticos como de impacto, medidos a cualquiertemperatura (DT), dentro de los límites razonables recién descritos, deben serconvertidos a una temperatura de referencia de 20° C (D20), mediante la expresión:

TT20 F*DD

Los factores de conversión (FT) por aplicar a las deflexiones máximas son los que seindican a continuación. Estos factores se basan en las consideraciones que sepresentan en detalle en el Anexo C en el cual se presentan, además, algunasrecomendaciones sobre su utilización.

Pavimento asfáltico poco o nada fisurado, con base granular:

Si el espesor de capas asfálticas (h) < 20 cm y T ≥ 15º C:

20)h(T10*81

1F

4T

ó20)/u(T

T (1.054)F

Para los demás casos:

20)/u(TT (1.054)F

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

T: Temperatura de las capas asfálticas en el momento de lamedida (º C)

u: -34.123*(h)-0.725

Pavimento asfáltico poco o nada fisurado, con base estabilizada con ligantehidráulico:

20)/u(TT (1.054)F

Donde:0.624(h)35.649u


150

Pavimento asfáltico con fisuramientos Clase 3 de AASHO (ancho igual o mayor a 6mm, al menos en la mitad de la longitud agrietada):

FT = 1.0

En relación con los factores de conversión (FT) por aplicar a los valores de deflexiónmedidos en puntos alejados del punto de aplicación de la carga, el ingenierodeberá considerar lo expuesto en el Apéndice 1 del Anexo C.

2.8.4.3.2. Efecto de las lluvias

Las lluvias producen incrementos de humedad en las capas inferiores delpavimento y en la subrasante, los cuales se traducen en debilidad de las mismas yen aumentos en los valores de deflexión, que son más pronunciados si las capassuperiores de la estructura se encuentran fisuradas. Si las medidas se realizandurante el período más crítico para el pavimento (época de lluvias intensas, nivelfreático elevado, etc.), los valores de deflexión obtenidos serán los máximosposibles en el año, pero si las lecturas se realizan en época seca, los valores que seobtienen son inferiores y serán tanto menores, cuanto más finos sean los suelos desubrasante.

Por lo tanto, si no se tiene previsto medir las deflexiones más que una sola vez, elingeniero debe escoger un período de prueba que sea representativo de lascondiciones de resistencia del pavimento durante la mayor parte del año [ref.2.8.6].

2.8.5. Ejecución de los ensayos de deflexión

La auscultación deflectométrica del pavimento debe ser realizada previamente a laevaluación de tipo destructivo, destinada a la toma de muestras y al ensayo de losmateriales de la estructura y de la subrasante. Las pruebas se deben adelantarbajo las condiciones citadas en el numeral anterior y de acuerdo con las normas deensayo establecidas por el INVÍAS.

2.8.5.1. Medidas de la temperatura de las capas asfálticas

La temperatura de las capas asfálticas debe ser medida en el instante de efectuarlas pruebas, con el fin de convertir a la temperatura de referencia (20º C) lasdeflexiones y los módulos obtenidos. La temperatura del pavimento se deberámedir de acuerdo con el procedimiento indicado en la norma INV E-797 [ref. 2.8.3].


151

Es conveniente establecer una relación deflexión-temperatura, ubicando unospocos puntos de ensayo y efectuando medidas repetidas de deflexión en ellos adiferentes horas del día, desde las primeras horas de la mañana hasta las últimasde la tarde, efectuando determinaciones simultáneas de la temperatura delpavimento. Si ello no resulta posible, se aplicarán los factores de conversiónrecomendados en el numeral 2.8.4.3.1.

2.8.5.2. Ubicación de los sitios de ensayo y frecuencia de las medidas

En el caso de carreteras de dos carriles, las medidas de deflexión se deben realizaren tresbolillo, en correspondencia con la huella externa de circulación de losvehículos en cada uno de los carriles. En vías de doble calzada, las lecturas serealizarán fundamentalmente en los carriles exteriores, aunque también esnecesaria la toma de deflexiones en los carriles interiores, si se presenta una grandiferencia en los deterioros atribuibles a la acción de las cargas del tránsito entrelos diversos carriles.

En relación con la separación entre los puntos de medida, ella dependerá de lasexigencias específicas del INVÍAS para el proyecto, con un cubrimiento mínimo de10 ensayos por cada tramo uniforme de pavimento. La Tabla 2.8.3 indica losdiferentes niveles jerárquicos de información en relación con la frecuencia de lasmedidas a lo largo del proyecto, según lo establecido en el numeral 1.4 de la Parte1 de esta guía.

Tabla 2.8.3.Niveles de información para la toma de deflexiones

NIVEL 1 2 3

Separación entre medidasNo mayor de50 metros

No mayor de200 metros

Medidas en sitioslocalizados delproyecto o uso deinformación histórica

Las medidas individuales se realizarán conforme lo establecen las normas deensayo aplicables, según el sistema de medida por emplear (normas INV E-795, E-797 y E-798 o las ASTM correspondientes, si no existe norma del INVÍAS).

Es conveniente que la auscultación deflectométrica se realice con posterioridad alinventario de deterioros del pavimento, pero antes de la ejecución de las


152

perforaciones en la calzada, con el fin de ayudar a determinar las áreas donde serequiere una exploración destructiva más detallada.

2.8.5.3. Auscultación deflectométrica intensiva

Cuando se detecten tramos singulares, donde los deterioros sean de gravedadsuperior a los del resto del segmento bajo estudio, o con deflexionesanormalmente altas, conviene realizar medidas adicionales a intervalos máscercanos, típicamente entre 5 y 25 metros, con el fin de delimitar las áreasafectadas y proceder, posteriormente, a la ejecución de trabajos adicionales paradeterminar los motivos de las anomalías. Una vez determinados los motivos, seprocederá a proyectar y realizar en ellas tratamientos independientes de larehabilitación general, tales como el mejoramiento del drenaje, reparacionesespecíficas más profundas, etc.

2.8.6. Limitaciones en el uso de las deflexiones

Las medidas de deflexión son útiles para evaluar la capacidad estructural delpavimento, solamente cuando se tiene la certeza de que éste presenta uncomportamiento esencialmente elástico ante la acción de las cargas normales deltránsito automotor.

En consecuencia, si el pavimento presenta fallas estructurales por deformacionespermanentes, tales como ahuellamientos y ondulaciones, cuyo origen no sea eldesplazamiento plástico de las capas asfálticas por baja estabilidad, sino que seanel producto de deformaciones permanentes de las capas subyacentes, lasdeflexiones no son significativas para valorar la capacidad estructural de la calzada.En este caso, el ingeniero debe dirigir la mira hacia el establecimiento de las causasque determinan la insuficiencia de la estructura y de la fundación, a través de otrotipo de información.

Comprobaciones y verificaciones adicionales serán siempre necesarias, también, enlos casos en los cuales el ingeniero considere que se presentan discrepancias entrelos valores de deflexión, el aspecto superficial y la sección estructural delpavimento.

REFERENCIAS

2.8.1 - NATIONAL HIGHWAY INSTITUTE, “Techniques for pavement rehabilitation. Atraining course”, January 1998


153

2.8.2 - WASHINGTON STATE DEPARTMENT OF TRANSPORTATION, “WSDOTpavement guide. Volume 2. Pavement notes for design, evaluation andrehabilitation”, February 1995


2.8.4 - SMITH R.E. & LYTTON R.L., “Synthesis study of non-destructive testingdevices for use in overlay thickness design of flexible pavements”, ReportFHWA/RD-83/097, FHWA, US Department of Transportation, Washington D.C.,April 1994

2.8.5 - TONKIN & TAYLOR, “Pavement deflection measurement and interpretationof the design of rehabilitation treatments”, Transfund New Zealand ResearchReport No. 117, 1998

2.8.6 - FEDERAL AVIATION ADMINISTRATION, “Use of non destructive Testing in theevaluation of airport pavements”, AC No 150/5370-11A, December 29/04

2.8.7 - MINISTERIO DE FOMENTO, “Rehabilitación de firmes. Instrucción decarreteras, Norma 6.3 IC”, Madrid, 2003

2.8.8 - ARA INC, ERES CONSULTANTS DIVISION, “Guide for mechanistic-empiricaldesign of new and rehabilitated pavement structures”, NCHRP Report 1-37A,Champaign, Illinois, March 2004


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CAPITULO 9GUÍAS PARA LA CARACTERIZACIÓN ESTRUCTURAL DE UN PAVIMENTO

ASFALTICO MEDIANTE OTRAS PRUEBAS NO DESTRUCTIVAS

Aparte de los sistemas para la medida de las deflexiones, descritos en el capituloanterior, existen otros sistemas para caracterizar de manera no destructiva lospavimentos asfálticos en servicio. Ellos se pueden clasificar según las propiedadesdel pavimento que se miden con los equipos de prueba:

- Los espesores de las capas y las anomalías del pavimento, mediante el uso delgeorradar.

- La respuesta elástica, mediante sistemas de propagación de ondas superficiales

El nivel jerárquico de los datos (ver numeral 1.4), referido a la proporción de la víaque es auscultada con los equipos, se indica en la Tabla 2.9.1.

Tabla 2.9.1.Niveles jerárquicos para la obtención de los datos con el georradar y con los equipos de

propagación de ondas superficiales

NIVEL JERÁRQUICO 1 2 3

GeorradarMedida continuaen todo el proyecto

Medidas a intervalosmayores de 200metros

Uso de datos históricoso ensayos limitados ensitios específicos

Equipos depropagación deondas superficiales

Medidas aintervalos menoresde 200 metros

Medidas a intervalosmayores de 200metros

Uso de datos históricoso ensayos limitados ensitios específicos

2.9.1. Empleo del Georradar para la determinación de los espesores

2.9.1.1. Principio de operación e interpretación de la información

El georradar (GPR, por el acrónimo ingles de Ground Penetrating Radar) es unatécnica que permite localizar objetos y discontinuidades dentro de un material, através de la emisión de pulsos cortos de energía electromagnética de altafrecuencia, por medio de una antena montada en un vehículo en movimiento. Alser propagada hacia abajo, parte de la energía es absorbida y parte reflejada hacia


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la superficie, con amplitudes y tiempos de arribo dependientes de las constantesdieléctricas de los materiales encontrados (Figura 2.9.1). Al ser desplazado el radara través de la superficie del pavimento, las ondas reflejadas se pueden usar paracrear una imagen, en tiempo real, de las condiciones existentes en el subsuelo(espesores de capas, vacíos, humedad, etc.).

Figura 2.9.1. – Principio de operación del georradar

Los sistemas de georradar empleados para la determinación de espesores de capasusan dos tipos de antenas: de contacto con el terreno y de no-contacto (Figura2.9.2). Como lo dice su nombre, las antenas de contacto prácticamentepermanecen en contacto con la superficie, lo que genera una limitación obvia paraevaluar pavimentos a alta velocidad, a menos que su regularidad sea casi perfecta.Pero, aún más importante, es el hecho de que para calibrar el sistema es necesariorealizar medidas físicas de los espesores de la capas del pavimento, cuyos valoresse deben ingresar al programa de análisis, para que la velocidad apropiada de laseñal del radar a través de las capas del pavimento sea derivada, con el fin deestablecer sus espesores. Como la composición de un pavimento cambia conrelativa frecuencia, es preciso medir físicamente los espesores a intervalos muyreducidos o, de lo contrario, se generan errores en las determinaciones realizadascon estas antenas.

La antena del tipo de “no contacto” está adosada a la parte frontal o posterior delvehículo que la transporta, suspendida a unos 450 mm por encima de la superficiedel pavimento, lo que impide que ella sea afectada por las irregularidades de lacalzada. Además, su calibración no exige la ejecución de perforaciones en el


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pavimento, ya que ella se realiza con una placa metálica que se coloca a diferentesalturas bajo la antena (Figura 2.9.3).

Figura 2.9.2. - Antenas de georradar

Figura 2.9.3. – Calibración de la antena de no - contacto

Por otra parte, como trabaja en posición suspendida, la porción de energía que esradiada desde la antena emisora directamente a la receptora ocurre en la mismaantena y no en la superficie del pavimento como en el caso de la antena decontacto, lo que evita interferencias y le permite detectar espesores muy pequeñosde capas asfálticas. Mientras una antena de “no contacto” de 2 GHz puede resolvercon facilidad una capa de 25 mm de espesor, una antena acoplada al terreno de 1.5GHz apenas puede revelar, de manera satisfactoria, espesores de 75 mm omayores [ref. 2.9.1].

Cuando la información obtenida con el georradar es interpretada con el fin dedeterminar los espesores de las capas de un pavimento, lo que se obtiene, enrealidad, no es un perfil de éste, sino un perfil del tiempo que tarda el pulsoelectromagnético desde que fue emitido por la antena transmisora hasta que fue


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detectado por la receptora. Este tiempo puede ser convertido en profundidadverdadera (Figura 2.9.4), si se estima apropiadamente la velocidad de propagaciónde la señal a través de cada uno de los materiales involucrados, la cual estádeterminada por su “constante dieléctrica”, que es una relación entre loscuadrados de las velocidades de propagación de la luz en el aire y en el medio quese evalúa. La Tabla 2.9.2 presenta algunos valores típicos de esta constante [ref.2.9.2].

Figura 2.9.4. - Registro de la información de un georradar

La constante dieléctrica es un buen indicador de la resistencia y de las propiedadesde deformación de los materiales granulares de un pavimento y de la subrasante.Cada material tiene una relación única entre su constante dieléctrica y sucontenido de agua. Valores de la constante por encima de 9 para estos materialesindican la existencia o problemas potenciales en la capa. Pero, también, valoresdemasiado bajos pueden indicar dificultades, en el sentido de que la gradación seamuy abierta y el material susceptible a la deformación. La Tabla 2.9.3 presenta unaclasificación de los suelos y agregados granulares, a partir de su constantedieléctrica [ref. 2.9.3].


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Tabla 2.9.2.Constantes dieléctricas y velocidades de propagación en materiales típicos

MATERIALCONSTANTEDIELÉCTRICA

VELOCIDAD DE PROPAGACIÓN(m/ns)

Aire 1 0.30Hielo (suelo congelado) 4 0.15Granito 9 0.10Caliza 6 0.12Arenisca 4 0.15Arena seca 4 a 6 0.12 a 0.15Arena húmeda 30 0.055Arcilla seca 8 0.11Arcilla húmeda 33 0.052Capas asfálticas 3 a 6 0.12 a 0.17Concreto 9 a 12 0.087 a 0.10Agua 81 0.033

Tabla 2.9.3.Clasificación de suelos y materiales granulares sobre el nivel freático en función de su

constante dieléctrica

CONSTANTEDIELÉCTRICA

INTERPRETACIÓN PARASUELOS

CONSTANTEDIELÉCTRICA

INTERPRETACIÓN PARAAGREGADOS

4-9

Suelos secos, en sumayoría con buenacapacidad portante(excepto algunas arenas)

< 5

Base seca y de gradaciónabierta, con baja absorción deagua y alta relación de vacíos.Baja resistencia a la tensión ysensibilidad a lasdeformaciones permanentes

9-16

Suelos húmedos, sucapacidad portante puedeser reducida pero, engeneral, es satisfactoria

5-9Base seca, con baja absorciónde agua, buenas propiedadesde resistencia

16-28Suelo altamentesusceptible al agua y debaja capacidad portante

9-16Base húmeda, pero con buenaresistencia al corte debido asucción

> 28Suelo muy húmedo,plástico e inestable

> 16Base muy húmeda o casisaturada, con baja resistenciaal corte


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2.9.1.2. Integración del georradar con el deflectómetro de impacto

Algunas agencias han integrado en un solo vehículo el georradar con eldeflectómetro de impacto (Figura 2.9.5), compartiendo la misma unidad de control.Ello se ha traducido en beneficios desde el punto de vista de la flexibilidadoperativa, así como en la posibilidad de almacenar la información en una sola basede datos. Igualmente, la integración ha generado reducciones en el tiempo y en elcosto de evaluación, así como mejoras en la seguridad durante la ejecución de lostrabajos [ref. 2.9.1].

Figura 2.9.5. – Integración de georradar y deflectómetro de impacto

2.9.1.3. Limitaciones en el uso del georradar para la determinación de losespesores de las capas de un pavimento [ref. 2.9.3]

A pesar del beneficio que implica obtener información continua y en tiempo realsobre el perfil del pavimento, la conversión de las señales eléctricas en informaciónútil para el ingeniero de pavimentos no es sencilla. La facilidad de la interpretaciónde la información del GPR descansa en la “transparencia” de los materialesauscultados. En la realidad, la conductividad eléctrica de los materiales de lospavimentos es opaca al radar y limita el rango sobre el cual éste puede ser usado.La conductividad se incrementa por la presencia de minerales arcillosos, sales yagua, en especial cuando todos ellos se combinan. Como las medidas dependen delcontraste electromagnético entre los materiales, la interfaz entre las capasgranulares de base y subbase, por ejemplo, puede resultar invisible al aparato.

La interpretación de los datos del GPR ha sido, tradicionalmente, fuente desospecha entre los ingenieros viales, pues muy pocas veces los datos de las pruebasresultan de tal calidad, que puedan ser interpretados literalmente. Este temor escompartido por los profesionales colombianos que han tenido acceso a lainformación obtenida en las auscultaciones efectuadas durante los últimos años en


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algunos tramos de la red vial nacional, en especial aquellas donde los pavimentospresentaban estructuras muy complejas y las evaluaciones se realizaron conantenas de contacto.

La percepción general es que, en general, el georradar funciona mejor como unatécnica de interpolación entre espesores reales (por ejemplo entre perforaciones) oextrapolando de datos de perfiles conocidos.

2.9.1.4. Normalización y aplicación

La norma ASTM D4748 describe un procedimiento para determinar, mediante elGPR, los espesores de las capas ligadas con asfalto o con cementantes hidráulicos.Este método de ensayo no se encuentra normalizado por el Instituto Nacional deVías.

Siempre que se utilicen equipos GPR para la estimación de los espesores de lospavimentos asfálticos de la red vial nacional, con el propósito de diseñar obras derehabilitación, ellos deberán disponer de antenas del tipo de “no contacto”.

2.9.2. Sistemas de propagación de ondas superficiales para la determinación de larespuesta elástica de un pavimento asfáltico

La propagación de ondas es una técnica de monitoreo de las característicasdispersivas (cambio de velocidad con la frecuencia o con la longitud de onda) deondas sísmicas superficiales en un pavimento, que sirve para predecir la condiciónestructural de éste. La técnica se basa en el concepto de que ondas con distintasfrecuencias (o diferentes longitudes) viajan a través de las capas del pavimento condiferentes velocidades.

La Figura 2.9.6 ilustra el proceso típico del sistema, el cual involucra tres pasos: (i)ensayo en el terreno; (ii) obtención de una curva experimental de dispersión de lasondas superficiales en el sitio y (iii) comparación de la curva con un modelo teórico,ajuste a través de un proceso inverso (retrocálculo) y establecimiento del perfil deespesores y de rigideces [ref. 2.9.4].

Los métodos que aplican esta técnica se pueden clasificar en dos tipos: (i) los demodo simple (ondas Rayleigh de régimen permanente; análisis espectral de ondassuperficiales -SASW-) y (ii) los de modo múltiple (análisis multicanal de ondassuperficiales –MASW-; simulación multicanal usando un receptor –MSOR-; etc.).


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Figura 2.9.6. – Esquema típico de un sistema de propagación de ondas superficiales

Los equipos que operan con el sistema SASW han sido los más utilizados. Elanalizador sísmico de pavimentos (ASP) es un ejemplo de equipo que trabaja coneste sistema (Figura 2.9.7).

El uso del método de reflexión sísmica para investigaciones superficiales de pocaprofundidad está descrito en la norma ASTM D7128.

Figura 2.9.7. – Analizador sísmico de pavimentos (ASP)

2.9.2.1. Propagación de ondas superficiales en pavimentos

En un evento sísmico se generan dos tipos de ondas: de cuerpo o internas ysuperficiales (Figura 2.9.8).


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Figura 2.9.8. – Principales tipos de ondas sísmicas y sus movimientos [ref. 2.9.6]

Las ondas de cuerpo (que se desplazan por la masa del material, tienen menoresamplitudes y menores longitudes de onda y viajan a mayor velocidad que lassuperficiales) incluyen las longitudinales de compresión (ondas P) y lastransversales de corte (ondas S). Ellas se propagan radialmente desde la fuente a lolargo de un frente de onda hemisférico y son, esencialmente, no dispersivas.

Las ondas superficiales, a saber, las de Rayleigh (ondas R) y las de Love (ondas L),tienen gran amplitud y se propagan a lo largo de un frente de onda cilíndrico,


164

debido a que se desplazan únicamente cerca de la superficie. Las ondas de Loveson polarizadas horizontalmente y no son registradas por sensores verticales.

La teoría de las ondas elásticas predice que la velocidad a la cual se mueven lasondas sísmicas a través de un material está ligada directamente con laspropiedades elásticas de éste. El significado de ello es que si se conoce la velocidadde propagación de una onda sísmica, es posible estimar las propiedades elásticasdel material dentro del cual se propaga.

Asumiendo que existen variaciones verticales de velocidad, cada componente defrecuencia de una onda superficial tiene una velocidad de propagación diferente(llamada velocidad de fase). Esta característica da como resultado una longitud deonda diferente por cada frecuencia propagada. Esta propiedad se llama dispersión.

En un semiespacio elástico y homogéneo, la velocidad de propagación de las ondasR (VR) es única e independiente de la frecuencia; sin embargo, en mediosestratificados, las ondas R son fundamentalmente dispersivas y su velocidad defase es específica para cada frecuencia. Este tipo de ondas hace que las partículasse desplacen según una trayectoria elíptica retrógrada (debido a que lacomponente vertical del desplazamiento de la onda es mayor que la horizontal enel límite de la superficie libre) en un plano vertical, dentro de una profundidad máso menos igual a una longitud de onda. Este movimiento es el que registran losmétodos de propagación de ondas superficiales.

A medida que los diferentes componentes de la longitud de onda barren diferentesprofundidades, las velocidades de fase correspondientes varían en las distintascapas de un medio estratificado. Para los materiales de los pavimentos, lavelocidad de propagación de las ondas R (VR) está relacionada experimentalmentecon la velocidad de las ondas S (VS), a través de la relación de Poisson (μ) (Tabla2.9.3). Así, el espectro de las velocidades de fase se puede usar para desarrollar lafunción de dispersión para el sitio del ensayo, la cual relaciona VS con lacomponente de longitud de onda correspondiente. La curva experimental dedispersión es usada a continuación para determinar el perfil modular de la secciónde ensayo, a través de un proceso de retrocálculo. De esta manera, las ondas R quese propagan en un medio de varias capas, suministran información sobre el perfilde rigideces, si las correspondientes velocidades de fase, que constituyen elobjetivo del ensayo, son medidas.

μ)(1V*γ*2E 2S


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Tabla 2.9.3.Relaciones entre VR y VS para materiales de pavimentos

AUTOR RELACIÓN ENTRE VR Y VS OBSERVACIONESNazarian y otros (1999) VS = VR (1.13-0.16 μ) Usada para pavimentosRoesset y otros (1990) VS = VR (1.135-0.182 μ) para μ≥0.10Sánchez Salinero y otros (1987) VS = VR (1.144-0.194 μ) Si μ =0.35, VR / VS =0.92

Dennis y otro (2006))1.12(0.87

μ)(1VV RS μ

2.9.2.2. Métodos de modo simple

Inicialmente, consistían en un vibrador de estado fijo como fuente emisora deondas R de frecuencia conocida (f). Un receptor de eje vertical era alejado de lafuente a intervalos pequeños, para detectar los puntos de movimiento superficialen fase con el vibrador. La distancia entre 2 puntos en fase, determinaba lalongitud de onda (λ) a partir de la cual se calculaba la velocidad de fase (V = λ*f).Escogiendo una relación típica entre VR y VS (Tabla 2.9.3), junto con la ecuaciónindicada en el numeral anterior, se puede obtener el módulo de la capa (E),conociendo la densidad del material (γ).

El análisis espectral de ondas superficiales –SASW- constituyó un avance en estossistemas. Su mayor éxito fue el uso de técnicas de análisis espectral para elprocesamiento de señales, lo que permitió analizar un rango de frecuencias bajouna fuente de ondas constituida por el impacto de un martillo. El equipo hace usode 2 receptores estacionarios, lo que eliminó la necesidad de desplazar el receptorúnico y redujo el tiempo de ejecución del ensayo (Figuras 2.9.9 y 2.9.10). El par dereceptores puede ser configurado tantas veces como sea necesario, paramuestrear el rango de frecuencias deseado. Los receptores son sensores verticalesde la velocidad de una partícula, así que los perfiles de velocidad de corte sonanalizados sobre la base de las velocidades de fase de las ondas R y transformadosposteriormente en representaciones de módulo versus profundidad.

Los métodos de modo simple presentan algunas limitaciones, entre ellas el hechode utilizar sólo una velocidad de fase para cada frecuencia. Así mismo, es posibleque la señal detectada se encuentre contaminada por diversos tipos de ondasdirectas y reflejadas que no hayan sido consideradas en el análisis. Además, si elruido externo en el lugar del ensayo sobrepasa la potencia de la fuente artificial,como puede suceder en áreas urbanas e industriales o donde las fases de las ondas


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de cuerpo sean mas enérgicas que las superficiales, los resultados de los ensayosno son satisfactorios.

Figura 2.9.9. – Esquema típico del montaje del sistema SASW

Figura 2.9.10. – Sistema SASW en operación [ref. 2.9.6]


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2.9.2.3. Métodos multimodales

La técnica MASW, similar en su ejecución a la SASW, fue desarrollada comosolución a los defectos de ésta en presencia de ruido. Ella hace uso de muchosreceptores (12 o más) colocados a diferentes distancias desde la fuente impulsiva,para detectar los modos más altos presentes en las ondas superficiales (Figuras2.9.6 y 2.9.11).

Figura 2.9.11. – Instalación del sistema MASW

La Figura 2.9.12 muestra un ejemplo del procesamiento de un juego de ondas R deuna prueba MASW, mediante el programa de cómputo SURFSEIS [ref. 2.9.7].

Otro método multimodal, mucho más sencillo y menos costoso, el MSOR, se basaen la técnica MASW y emplea sólo un receptor fijo y una fuente móvil (o viceversa)para disponer de una colección de golpes y hacer uso de ella para construir unregistro multicanal simulado, combinando todas las medidas individuales (Figura2.9.13). La rapidez del ensayo y del procedimiento de análisis, hace que estemétodo sea mucho más eficiente que los demás métodos previos de propagaciónde ondas superficiales para estudios de pavimentos [ref. 2.9.8].


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Figura 2.9.12. – Procesamiento de la información de una prueba MASW

Figura 2.9.13. – Esquema típico de simulación multicanal con un receptor

2.9.3. Comparación de las características de los distintos métodos

En la Tabla 2.9.4 se muestran algunas de las características de los diferentesmétodos de propagación de ondas superficiales para la evaluación de pavimentos.Aunque ningún método se encuentra normalizado por el Instituto Nacional de Vías,cuando se emplee la técnica de ondas sísmicas superficiales con el fin de diseñar lasobras de rehabilitación de sus pavimentos, se deberá emplear un equipo de modomúltiple.


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Tabla 2.9.4.Características de los métodos de ondas superficiales para pavimentos

CARACTERÍSTICAMÉTODOS DE MODO SIMPLE MÉTODOS DE MODO MÚLTIPLERÉGIMEN

PERMANENTESASW MASW MSOR

Desarrollo 1950s Principios 1980s Fines 1990s Inicios 2000sEstado actual Obsoleto En uso En evolución En evolución

Aplicabilidad -Evaluación de lacapa superior

Evaluación de lasubrasante y elmanto rocoso

Evaluacióncompleta

Rango defrecuencia

1 Hz – 1 kHz 10 Hz – 50 kHz 1 Hz – 2500 Hz 10 Hz – 20 kHz

FuenteElectromecánica;monofrecuencia

Tipo martillo;Electromecánica;multifrecuencia

Tipo martillo;Electromecánica;multifrecuencia

Tipo martillo;multifrecuencia

Receptores 1 geófono2 acelerómetrosde altafrecuencia

Más de 2geófonos

Unacelerómetrode altafrecuencia

Adquisición dedatos

Analizadorespectral

Analizadorespectral/tarjeta deadquisición dedatos con PC

Dispositivomulticanal deadquisición dedatos con o sinPC

Dispositivomulticanal deadquisición dedatos con PC

Generación de lacurva dedispersiónexperimental

Cálculo directoAnálisisespectral(manual)

Reconocimientoautomático depatrones

Reconocimientoautomático depatrones

Herramientas deanálisis

-ASP, WinSASW,etc.

SURFSEIS, etc. SURFSEIS, etc.

REFERENCIAS

2.9.1 - PARRILLO R. & ROBERTS R., “Integration of FWD and GPR”, 2006Proceedings of the Highway Geophysics NDE Conference, pp 233-242, San Louis,Missouri. 4-7 December 2006

2.9.2 - LOKEN M.C., “Use of ground penetrating radar to evaluate Minnesotaroads”, Report MN/RC-2007-01, Minnesota Department of Transportation,Maplewood MN, January 2007


170

2.9.3 - SAARENKETO T., “Electrical properties of road materials and subgrade soilsand the use of ground penetration radar in traffic infrastructure surveys”,University of Oulu, 2006

2.9.4 - ABDALLAH I., NAZARIAN S. & YUAN D., “Design moduli for flexiblepavements using seismic test”, 2006 Proceedings of the Highway Geophysics NDEConference, pp 219-232, San Louis, Missouri. 4-7 December 2006

2.9.5 - GOEL A. & DAS A., “A brief review of different surface wave methods for non-destructive evaluation pavements”, 2006 Proceedings of the Highway GeophysicsNDE Conference, pp 337-350, San Louis, Missouri. 4-7 December 2006

2.9.6 - DENNIS N.D. & BENETT K., “Development of testing protocol and correlationsfor resilient modulus of subgrade soils. Final Report”, University of Arkansas,Department of Civil Engineering, Fayetteville, AR, January 2006

2.9.7 - THITIMAKORN T. & ANDERSON N.L., “A 2D MASW shear-wave velocityprofile along a test segment of interstate I-70, St Louis Missouri”, 2006 Proceedingsof the Highway Geophysics NDE Conference, pp 594-608, San Louis, Missouri. 4-7December 2006

2.9.8 - RYDEN N., ULRIKSEN P., EKDAHL U., PARK C.B. & MILLER R.D., “Multichannelanalysis of seismic waves for layer moduli evaluation of pavements”, SixthInternational Conference on the bearing capacity of roads, railways and airfields,pp 705-714, Lisbon, June 24-26, 2002


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CAPITULO 10GUÍAS PARA LA CARACTERIZACIÓN DE LOS MATERIALES DEL

PAVIMENTO Y DE LA SUBRASANTE MEDIANTE PRUEBASDESTRUCTIVAS


La experiencia indica que las pruebas de tipo no destructivo no brindan, por sísolas, una caracterización exacta de las propiedades de los materiales delpavimento. Tampoco de los espesores de sus capas, los cuales son críticos para elretrocálculo de los valores modulares. Por consiguiente, se ha reconocido siemprecomo una buena práctica su complementación con exploraciones y pruebas de tipodestructivo [ref. 2.10.1]. Este sistema garantiza, además, que no se empleen datosinexactos o absurdos en el diseño de las obras de rehabilitación del pavimento.

Es evidente, por otra parte, que la evaluación a través de pruebas destructivas espreponderante en aquellos casos en los cuales el ingeniero considere que elpavimento objeto del estudio de rehabilitación no presenta un comportamientoesencialmente elástico ante las cargas normales del tránsito y, en consecuencia, lasmedidas de deflexión carecen de utilidad como elementos para su modelación ypara la valoración de su condición estructural.

Las restricciones de tiempo y de dinero suelen limitar la intensidad de laexploración de campo y la variedad y el número de ensayos derivados de ellas enlos estudios rutinarios de rehabilitación, en particular en las vías con bajosvolúmenes de tránsito. Además, no existen fórmulas o recetas que permitanestablecer el grado de detalle que se debe dar a la exploración destructiva, por loque prevalecerá siempre el buen juicio del ingeniero, quien determinará el alcancede la evaluación destructiva en función de la calidad y de la cantidad deinformación adicional disponible, tanto la histórica como la proveniente de laexploración no destructiva, buscando minimizar los costos y evitando la recolecciónde información innecesaria.

2.10.2. Núcleos y apiques

En los estudios rutinarios para la rehabilitación, las perforaciones para laexploración destructiva de la calzada serán de dos clases: con equipo extractor denúcleos (testigos) o empleando herramientas manuales. Los núcleos (Figura 2.10.1)


172

proporcionan información en relación con el espesor de las capas ligadas y lacondición de sus materiales. La inspección visual de un núcleo por parte de uningeniero experimentado le permite detectar problemas de adhesividad en lasmezclas asfálticas, la existencia o ausencia de una adecuada liga entre capas,deficiencias de composición y de compactación, el tipo y la forma de los agregados,etc. Los núcleos se suelen extraer en diámetros de 50, 100 o 150 milímetros,dependiendo de los ensayos a los cuales se van a someter las muestras extraídas.Aun cuando la norma INV E-758 recomienda los dos últimos diámetros, cuandosólo se requiera la verificación del espesor resulta suficiente uno de 50 milímetros.

Figura 2.10.1. –Núcleo de pavimento asfáltico

Las perforaciones del tipo calicatas (apiques), realizadas con herramientasmanuales, son de ejecución mucho más lenta y producen mayor alteración delpavimento, pero permiten apreciar el perfil completo de la estructura en sucondición natural (Figura 2.10.2), posibilitan la ejecución de algunos ensayos deverificación en el lugar y facilitan la toma de muestras abundantes, tanto alteradascomo inalteradas, para la realización de pruebas en el laboratorio. Cuando estasperforaciones se realizan en zonas falladas, permiten establecer el origen de lasfisuras que se reflejan en la superficie y de las deformaciones permanentes,información de gran utilidad en el instante de realizar el juicio sobre la capacidadestructural de la calzada y de elegir las alternativas factibles para su rehabilitación.

Debido a que las cargas vehiculares más pesadas producen esfuerzos deconsideración hasta un metro (1.0 m) o más bajo la superficie del pavimento, lasperforaciones y los ensayos asociados se deberán conducir, como mínimo, hastadicha profundidad, salvo que se encuentre una capa rígida más cerca de la


173

superficie. Así mismo, si la vía es de comprobado tránsito liviano, la profundidad dela perforación podrá ser menor, a criterio del ingeniero.

Figura 2.10.2. – Perfil de un pavimento asfáltico en un apique

2.10.3. Programa de ensayos

El programa de ensayos de las muestras obtenidas se debe enfocar hacia ladeterminación de las características de los materiales del pavimento y de lasubrasante, con el fin de estimar su condición actual y valorar sus posibilidadescomo componentes de la futura estructura rehabilitada.

Los ensayos por realizar dependen de los materiales encontrados y de losdeterioros observados. En todos los casos, es aconsejable explorar en primer lugary a menores separaciones las zonas que se manifiesten como las más débiles, puesellas son críticas para la evaluación global del pavimento. Un programa típico deensayos puede incluir, entre otras, medidas de densidad, respuesta elástica,composición y valoración del ligante de las mezclas asfálticas; pruebas de densidad,gradación, plasticidad, desgaste y resistencia de los materiales granulares, parabuscar evidencias de degradación y de contaminación; también, pruebas declasificación y de capacidad de respuesta de la subrasante en la condición deequilibrio que debe presentar luego de varios años de servicio del pavimento. Esimportante tener en cuenta que se pueden realizar algunas pruebas nodestructivas sobre muestras inalteradas, antes de proceder a los ensayosdestructivos. Por ejemplo, a un núcleo de pavimento asfáltico se le puedendeterminar su densidad y su módulo, antes de calentarlo, desmenuzarlo,determinar la composición de la mezcla y recuperar su ligante.


174

Es conveniente, además, realizar determinaciones sistemáticas de la humedad enlas diferentes capas granulares y en la subrasante. Su comparación con la humedadóptima -y con el límite plástico en los suelos finos- y con los deterioros delpavimento, facilita la detección de problemas asociados con deficiencias en elfuncionamiento o con la carencia de los dispositivos de subdrenaje.

La Tabla 2.10.1 presenta un resumen de los ensayos que, de manera rutinaria, sedeben realizar durante el proceso de evaluación destructiva de un pavimentoasfáltico de carretera, con el propósito de diseñar las obras para su rehabilitación.Bajo circunstancias específicas, la ejecución de otros ensayos puede resultarindispensable. Cada serie de pruebas tiene su propia área de aplicabilidad y, paraprevenir errores de interpretación, es necesario que los diversos ensayos serealicen sobre muestras verdaderamente representativas de cada material y enacuerdo con el protocolo descrito en la norma respectiva.

Siempre que el ingeniero prevea que el reciclado en frío es una opción válida parala rehabilitación del tramo objeto del estudio, deberá ordenar la preparación de lasmuestras compuestas, apropiadas para someterlas a los ensayos pertinentes,según lo establece el Artículo 461 de las Especificaciones Generales deConstrucción de Carreteras del INVÍAS.

2.10.4. Inspección visual de las muestras

Siendo la más simple de las pruebas, la inspección visual de una muestra es unmedio eficiente para evaluar rápidamente el material e identificar deficienciasobvias en el mismo. La inspección de los núcleos de pavimento permite conocer elespesor, evaluar la homogeneidad e integridad de las capas, verificar lascondiciones de liga entre ellas y definir el patrón de los agrietamientos (Figura2.10.3).

Las muestras de suelo y de agregados proporcionan una información aproximadasobre su condición y su clasificación, a partir de su textura, color, olor, distribuciónde los tamaños de las partículas, plasticidad y humedad. La información obtenidaen la inspección visual de las muestras puede indicar las causas de algún deteriorovisible del pavimento y ayuda al ingeniero en la elección de los ensayos delaboratorio más apropiados para completar la evaluación.


175

Tabla 2.10.1.Ensayos usuales para evaluar los materiales de las capas de un pavimento en servicio y la

subrasante*

CAPA TIPO DE ENSAYO NORMA INV OBSERVACIONES

Subrasante,capasgranulares

Ensayos de constitución- Humedad- Densidad- Gradación- Plasticidad- Equivalente de arena- Desgaste (base y subbase)

E122E142/161/164

E123/213E125/126

E133E218

Sirven para determinar si loscambios sufridos por losmateriales desde la construccióndel pavimento

Ensayos de resistencia o derespuesta- CBR inalterado (subrasante)- PDC (subrasante)- Módulo resiliente

E148E172E156

Miden la capacidad actual de losmateriales para resistir esfuerzos

Ensayos basados encomportamiento- Estabilidad volumétrica E132/148/173

Los suelos expansivos suelentener efectos muy desfavorablessobre el comportamiento de lospavimentos

Capasestabilizadascon liganteshidráulicos

Ensayos de resistencia o derespuesta- Resistencia a compresión

inconfinada E809

La resistencia sobre núcleos sedetermina adaptando la normaINV E809 sobre cilindrosmoldeados

Capasasfálticas

Ensayos de constitución- Densidad- Composición volumétrica- Contenido de asfalto- Granulometría del agregado

E733/734E736E732E782

La densidad indica el grado decompactación de la mezcla

Ensayos de respuesta yresistencia- Módulo resiliente- Estabilidad Marshall

E749E748

Generalmente, las pruebas deresistencia sobre probetasextraídas del terreno no sonrepresentativas

Ensayos basados encomportamiento- Pruebas para determinar el

grado de envejecimientosufrido por el asfalto- Recuperación del asfalto- Penetración- Punto de ablandamiento- Viscosidad

- Resistencia de la mezcla a laacción del agua (ensayo TSR)

E759E706E712

E716/717

E725

Existen pruebas de tipo físico yquímico que permiten valorar elgrado de envejecimiento delasfalto recuperado de la mezcla

*Ocasionalmente, se requieren ensayos adicionales a los señalados en la tabla


176

Figura 2.10.3. – Espesores de las diferentes mezclas y definición de la dirección depropagación de las grietas en un pavimento asfáltico

2.10.5. Número requerido de ensayos

Los ensayos - destructivos y no destructivos - que se realizan en las diferentesunidades de análisis, suministran una estimación del valor promedio y de ladesviación estándar de la propiedad que se está investigando. Lógicamente, amedida que aumenta el número de ensayos, los valores promedio estimados sevuelven más precisos y se acercan más estrechamente a los valores promedioreales de esa propiedad.

Los principios de la estimación estadística o niveles de confianza son muy útiles enla determinación del número necesario de ensayos para asegurar que el valorpromedio estimado se aproxima al valor promedio real. La filosofía de los nivelesde confianza se explica por el concepto de la probabilidad o seguridad de que ladiferencia entre los valores promedio de la muestra y de la población ( X )estén dentro de unos límites preestablecidos, con un porcentaje de confianza de100*(1-), siendo la probabilidad de que el resultado de una medida iguale oexceda el valor límite especificado.

El valor corresponde al área sombreada en el dibujo de la Tabla 2.10.2 para unadistribución normal, la cual se considera representativa del comportamiento de lagran mayoría de los parámetros ligados a la ingeniería de pavimentos [ref. 2.10.2].Sin embargo, en algunos casos la distribución de los resultados se asemeja más al


177

tipo “lognormal” que al tipo “normal”, como suele suceder, por ejemplo, con losresultados de los ensayos de resistencia de los suelos de subrasante [ref. 2.10.3].En tal evento, el ingeniero debe realizar los análisis bajo dicha consideración.

Tabla 2.10.2.Área bajo la curva de distribución normal desde K hasta

K 0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.090.0 0.5000 0.4960 0.4920 0.4880 0.4840 0.4801 0.4761 0.4721 0.4681 0.46410.1 0.4602 0.4562 0.4522 0.4483 0.4443 0.4404 0.4364 0.4325 0.4286 0.42470.2 0.4207 0.4168 0.4129 0.4090 0.4052 0.4013 0.3974 0.3936 0.3897 0.38590.3 0.3821 0.3783 0.3745 0.3707 0.3669 0.3632 0.3594 0.3557 0.3520 0.34830.4 0.3446 0.3409 0.3372 0.3336 0.3000 0.3264 0.3228 0.3192 0.3156 0.31210.5 0.3085 0.3050 0.3015 0.2981 0.2946 0.2912 0.2877 0.2843 0.2813 0.27760.6 0.2743 0.2709 0.2676 0.2643 0.2611 0.2578 0.2546 0.2514 0.2483 0.24510.7 0.2420 0.2389 0.2358 0.2327 0.2296 0.2266 0.2236 0.2206 0.2177 0.21480.8 0.2119 0.2090 0.2061 0.2033 0.2005 0.1977 0.1949 0.1922 0.1894 0.18670.9 0.1841 0.1814 0.1788 0.1762 0.1736 0.1711 0.1685 0.1660 0.1635 0.16111.0 0.1587 0.1562 0.1539 0.1515 0.4922 0.1469 0.1446 0.1423 0.1401 0.13791.1 0.1357 0.1335 0.1314 0.1292 0.1271 0.1251 0.1230 0.1210 0.1190 0.11701.2 0.1151 0.1131 0.1112 0.1093 0.1075 0.1056 0.1038 0.1020 0.1003 0.09851.3 0.0968 0.0951 0.0934 0.0918 0.0901 0.0885 0.0869 0.0853 0.0838 0.08231.4 0.0808 0.0793 0.0778 0.0764 0.0749 0.0735 0.0721 0.0708 0.0694 0.06811.5 0.0668 0.0655 0.0643 0.0630 0.0618 0.0606 0.0594 0.0582 0.0571 0.05591.6 0.0548 0.0537 0.0526 0.0516 0.0505 0.0495 0.0485 0.0475 0.0465 0.04551.7 0.0446 0.0436 0.0427 0.0418 0.0409 0.0401 0.0392 0.0384 0.0375 0.03671.8 0.0359 0.0351 0.0344 0.0336 0.0329 0.0322 0.0314 0.0307 0.0301 0.02941.9 0.0287 0.0281 0.0274 0.0268 0.0264 0.0256 0.0250 0.0244 0.0239 0.02332.0 0.0228 0.0222 0.0217 0.0212 0.0207 0.0202 0.0197 0.0192 0.0188 0.01832.1 0.0179 0.0174 0.0170 0.0166 0.0162 0.0158 0.0154 0.0150 0.0146 0.01432.2 0.0139 0.0136 0.0132 0.0129 0.0125 0.0122 0.0119 0.0116 0.0113 0.01102.3 0.0107 0.0104 0.0102 0.0099 0.0096 0.0093 0.0091 0.0088 0.0086 0.00842.4 0.0082 0.0079 0.0079 0.0075 0.0073 0.0071 0.0069 0.0067 0.0065 0.00632.5 0.0062 0.0060 0.0058 0.0057 0.0055 0.0053 0.0052 0.0050 0.0049 0.00482.6 0.0046 0.0045 0.0044 0.0042 0.0041 0.0040 0.0039 0.0037 0.0036 0.00352.7 0.0034 0.0033 0.0032 0.0031 0.0030 0.0029 0.0028 0.0028 0.0027 0.00262.8 0.0025 0.0024 0.0024 0.0023 0.0022 0.0021 0.0021 0.0020 0.0019 0.00192.9 0.0018 0.0018 0.0017 0.0016 0.0016 0.0015 0.0015 0.0014 0.0014 0.00133.0 0.0013 0.0013 0.0013 0.0012 0.0012 0.0011 0.0011 0.0011 0.0010 0.0010

La Tabla 2.10.3 resume los diferentes intervalos de confianza para el promedio deuna distribución normal, tanto para el caso en que la desviación estándar de la


178

población () sea conocida como desconocida [ref. 2.10.2]. En el primer caso, lafunción de distribución normal (Tabla 2.10.2) es el ensayo estadístico aplicable, entanto que en el caso de que sea desconocida se deberá emplear la distribución“t” (Tabla 2.10.4).

Tabla 2.10.3.Intervalos de confianza (1-) para el promedio

TIPO DE ENSAYODE CONFIANZA σ ECUACIONES DE PROBABILIDAD

(1 – α)

Dos lados

Conocida

nKX

nKX

2/2/

Desconocida

n

stX

n

stX nn 1;2/1;2/

Un lado –límite superior

Conocida

nKX

Desconocida

n

stX n 1;

Un lado –límite inferior

Conocida

nKX

Desconocida

n

stX n 1;

La diferencia ( X ) se denomina límite de precisión (R), valor que representa elrango dentro del cual se encontrará el valor promedio real de la propiedadevaluada, a partir del valor promedio obtenido con la ejecución de “n” ensayos,para un determinado grado de confianza. El límite de precisión es inversamenteproporcional al número de ensayos realizados; es decir, que se reduce a medidaque el número de ensayos aumenta; sin embargo, se ha determinado que más alláde cierta cantidad de ensayos, los incrementos en la precisión de la estimación sontan pequeños, que no compensan el costo de las pruebas adicionales que serealicen.


179

Tabla 2.10.4.Percentiles de la distribución t para grados de libertad (Área sombreada = ; y)

α = ν 0.400 0.1000 0.0500 0.0250 0.0100 0.0050 0.0010 0.00051 0.325 3.078 6.314 12.706 31.821 63.657 318.31 636.622 0.289 1.886 2.920 4.303 6.965 9.925 22.327 31.5983 0.277 1.638 2.353 3.182 4.541 5.841 10.214 12.9444 0.271 1.533 2.132 2.776 3.747 4.604 7.173 8.6105 0.267 1.476 2.015 2.571 3.365 4.032 5.893 6.8596 0.265 1.440 1.943 2.447 3.143 3.707 5.208 5.9597 0.263 1.415 1.895 2.365 2.998 3.499 4.785 5.4058 0.262 1.397 1.860 2.306 2.896 3.355 4.501 5.0419 0.261 1.383 1.833 2.262 2.821 3.250 4.297 4.781

10 0.260 1.372 1.812 2.228 2.764 3.169 4.144 4.58711 0.260 1.363 1.796 2.201 2.718 3.106 4.025 4.43712 0.259 1.356 1.782 2.179 2.681 3.055 3.930 4.31813 0.259 1.350 1.771 2.160 2.650 3.012 3.852 4.22114 0.258 1.345 1.761 2.145 2.624 2.977 3.787 4.14015 0.258 1.341 1.753 2.131 2.602 2.947 3.733 4.07316 0.258 1.337 1.746 2.120 2.583 2.921 3.686 4.01517 0.257 1.333 1.740 2.110 2.567 2.898 3.646 3.96518 0.257 1.330 1.734 2.101 2.552 2.878 3.611 3.92219 0.257 1.328 1.729 2.093 2.539 2.861 3.579 3.88320 0.257 1.325 1.725 2.086 2.528 2.845 3.552 3.85021 0.257 1.323 1.721 2.080 2.518 2.831 3.527 3.81922 0.256 1.321 1.717 2.074 2.508 2.819 3.505 3.79223 0.256 1.319 1.714 2.069 2.500 2.807 3.485 3.76724 0.256 1.318 1.711 2.064 2.492 2.797 3.467 3.74525 0.256 1.316 1.708 2.060 2.485 2.787 3.450 3.72526 0.256 1.315 1.706 2.056 2.479 2.779 3.435 3.70727 0.256 1.314 1.703 2.052 2.473 2.771 3.421 3.69028 0.256 1.313 1.701 2.048 2.467 2.763 3.408 3.67429 0.256 1.311 1.699 2.045 2.464 2.756 3.396 3.65930 0.256 1.310 1.697 2.042 2.457 2.750 3.385 3.64640 0.255 1.303 1.684 2.021 2.423 2.704 3.307 3.55160 0.325 1.296 1.671 2.000 2.390 2.660 3.232 3.460

100 0.254 1.290 1.660 1.984 2.365 2.626 3.174 3.389200 0.254 1.286 1.653 1.972 2.345 2.601 3.131 3.339500 0.253 1.283 1.648 1.965 2.334 2.586 3.105 3.310∞ 0.253 1.282 1.645 1.960 2.326 2.576 3.090 3.291


180

La Tabla 2.10.5, tomada de la guía de diseño de pavimentos AASHTO-93 [ref.2.10.4], presenta la variabilidad típica de los parámetros de medida más relevantesde los pavimentos, de acuerdo a las experiencias de diferentes agencias de losEstados Unidos de América. Mayor información sobre la variabilidad en lossistemas de pavimentos se encuentra en la referencia [2.10.5]. Si el diseñador nodispone de valores de desviación estándar confiables para las condiciones localesde materiales, medio ambiente y prácticas de diseño y construcción, puede optarpor la adopción de los valores de las referencias recién citadas o emplear lasfórmulas de la distribución t, conforme se explica en la referencia [2.10.2].

Tabla 2.10.5.Variabilidad típica de los parámetros de los pavimentos asfálticos

VARIABLE DESVIACIÓN ESTÁNDAR ( )MÍNIMA PROMEDIO ALTA

Espesor ( mm )Concreto asfálticoBase tratada con cementoBase granularSubbase granular

7.5131525

13152030

18182538

CBR ( % )Subrasante ( 4 – 7 )Subrasante ( 7 – 13 )Subrasante ( 13 – 20 )Subbase ( 20 – 50 )Base ( 80 + )

0.51.02.55.0

10.0

1.01.54.08.0

15.0

2.02.56.0

12.030.0

Porcentaje de compactación ( % )Terraplenes y subrasanteSubbase y base

2.02.0

4.52.8

7.03.5

Propiedades concreto asfálticoGradación ( % )Tamices ¾” y ½”Tamiz 3/8”Tamiz # 4Tamices # 40 y # 50Tamiz # 200

% de asfalto

% de compactación

Propiedades MarshallEstabilidad (libras)Flujo (0.01”)Vacíos con aire ( % )

Propiedades del asfaltoPenetración a 25° C ( 0.1 mm )Viscosidad a 60° C (kilopoises)

1.52.53.21.30.8

0.1

0.75

2001

0.8

22

3.04.03.81.50.9

0.25

1.0

3001.31.0

1025

4.56.04.21.71.0

0.4

1.0

4002.01.4

18100

Deflexiones Coeficiente de variación V = )X/σ( *10015 30 45


181

Ejemplo

Determinar el número necesario de medidas de espesor de una carpeta de concretoasfáltico, para predecir el valor promedio con un límite de precisión (R) de 5 mm,con un nivel de confianza de 90 %

Adoptando la desviación estándar promedio de la Tabla 2.10.5 (13 mm) y sabiendoque el intervalo de confianza es de dos lados, se empleará la primera fórmula de laTabla 2.10.3. Como el límite de precisión es 5 mm, la ecuación puede igualarsepara este problema así:

R = ( X ) = K/2 * ( / n) = 5

Para una probabilidad de 90 % = 100*(1-), resulta que =1–0.9= 0.10. Como elensayo de confianza es de dos lados, el valor se reparte simétricamente en los dosextremos de la curva normal y, por lo tanto /2 = 0.05, valor para el cual en la Tabla2.10.2 se encuentra que K/2 es igual a 1.645.

K/2 se define como número de veces que se debe considerar la desviación estándarpara lograr un determinado grado de confiabilidad.

K/2 * ( / n ) = 1,645 (13 / n ) = 5

De donde,n = 18.3 = 19 medidas

Una vez que el nivel de confiabilidad se ha seleccionado (por ejemplo 90% o 95%)para una determinada variable (espesor, densidad, deflexión, etc.), los valores K y son constantes. Como el límite precisión (R) es inversamente proporcional alnúmero de ensayos (ver Tabla 2.10.3), es evidente que la precisión en la estimaciónaumenta con el número de pruebas, como lo muestra esquemáticamente la Figura2.10.4, en la cual se delimitan 3 zonas. En la zona I, caracterizada por una altapendiente, la precisión en la estimación aumenta significativamente con cadaensayo o muestra adicional. En esta zona, las relaciones beneficio/costo derivadasdel aumento del número de ensayos por unidad de análisis son altas y provechosas.En el otro extremo, la zona III tiene una pendiente muy reducida y, porconsiguiente, al aumentar el número de ensayos no se producen mejorassignificativas en el nivel de precisión de las estimaciones. Ello implica que, en estazona, los costos de las pruebas adicionales pesan más que los beneficios que seproducen. Por lo tanto, la zona II representa el rango óptimo para el desarrollo deun programa de ensayos, puesto que corresponde al área donde se obtienen


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estimativos suficientemente precisos con el menor número posible de muestras ode ensayos. En la referencia [2.10.4] se encuentra un conjunto de Figuras concurvas típicas de límites de precisión para 95% de confiabilidad, para las variables ylos datos indicados en la Tabla 2.10.5. El diseñador podrá emplear dichos valores ocalcular los que correspondan para otros niveles de confiabilidad y coeficientes devariabilidad, obtenidos a través de la experiencia regional.

Figura 2.10.4. - Curva típica de límites de precisión para las variables de los pavimentos

2.10.6. Niveles de información

Considerando las restricciones de tiempo y de dinero que limitan la exploracióndestructiva, mencionadas en el numeral 2.10.1, la ejecución de ensayos según elcriterio descrito en el numeral 2.10.5, corresponde al nivel 1 de información. Unprograma de menor intensidad, elegido a criterio del ingeniero, en función de laslimitantes existentes, se considera de nivel 2. El nivel 3 corresponde al uso deinformación histórica confiable.

REFERENCIAS

2.10.1 - ARA INC, ERES CONSULTANT DIVISION, “Guide for mechanistic-empiricaldesign of new and rehabilitated structures”, NCHRP Report 1-37 A, Champaign,Illinois, March 2004

2.10.2 - YODER E.J. & WITCZAK M.W., “Principles of pavement design”, John Wiley& Sons Inc., 1975


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2.10.3 - BARNES R.J., “Geostatistics for subgrade characterization”, University ofMinnesota, October 1993

2.10.4 - AASHTO, “AASHTO guide for design of pavement structures”, WashingtonD.C., 1993

2.10.5 - SANCHEZ F., “Excerpta de información sobre la variabilidad en los sistemasde pavimentos”, Memorias del XII Congreso Ibero latinoamericano del Asfalto,Lima, 2003


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CAPITULO 11GUÍAS PARA LA INSPECCIÓN DEL DRENAJE CON FINES DEL DISEÑO DE

LAS OBRAS DE REHABILITACIÓN DEL PAVIMENTO

2.11.1. Importancia del drenaje en la rehabilitación de pavimentos

Los sistemas de drenaje superficial y subterráneo del pavimento combaten dosproblemas diferentes, relacionados con una sola fuente: el agua. El sistema dedrenaje superficial se encarga de la intercepción, recolección y remoción delagua de las superficies de la vía y de las áreas de los taludes, para reducir losriesgos de hidroplaneo e inundación, así como para minimizar losinconvenientes a los usuarios a causa de las salpicaduras que se producen aldesarrollarse películas gruesas de agua en la superficie del pavimento eninstantes de lluvia. Por su parte, el sistema de drenaje subsuperficial se instalapara prevenir que las aguas de infiltración de diversa procedencia debiliten ydegraden los materiales del pavimento. Por lo tanto, mientras la finalidadprimaria del drenaje superficial es mejorar la seguridad de los usuarios de lavía, la del drenaje subsuperficial es mejorar el comportamiento y laconfiabilidad de ella. No obstante, considerando su importancia en el controlde la cantidad de agua disponible para la infiltración en el pavimento, eldrenaje superficial comparte una relación simbiótica con el drenajesubsuperficial.

El mantenimiento inadecuado del drenaje superficial tiene resultadosfácilmente observables y a veces catastróficos (Figura 2.11.1). Sin embargo, losefectos de un inadecuado mantenimiento del drenaje subsuperficial tomanmás tiempo en manifestarse y, en consecuencia, suelen ser pasados por alto.Los deterioros de los dispositivos de subdrenaje no sólo afectan el sistema dedrenaje, sino que su efecto se suele hacer extensivo a toda la carretera. Existeuna regla empírica, según la cual el funcionamiento inadecuado de un sistemade subdrenaje causa más perjuicio que la carencia del mismo. Cuando unasección de pavimento que tenga dispositivos de subdrenaje presente síntomasde deterioro, es recomendable la revisión de la funcionalidad del sistema dedrenaje. Si ello no se hace, los resultados de la evaluación general pueden serconfusos y las conclusiones erróneas.

En consecuencia, a menos que los problemas generados en el pavimento por laacción del agua sean adecuadamente identificados y corregidos, la efectividad


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de cualquier trabajo de mantenimiento o de rehabilitación estará altamentecomprometida.

Figura 2.11.1. – Efectos del hidroplaneo

La observación de que muchos pavimentos están sujetos a problemasrelacionados con la humedad, ha convencido a los ingenieros de que sepueden lograr pavimentos mejores y más económicos, si los criterios y losprincipios del diseño del drenaje forman parte integral del diseño,construcción y mantenimiento de ellos.

Por razones de alcance, las evaluaciones del drenaje a las cuales se refiere estedocumento solamente consideran la acción del agua que pueda afectar demanera directa los suelos de subrasante y las capas del pavimento. Losproblemas relacionados con la inestabilidad de taludes y laderas, cuyamagnitud e importancia requieren una consideración especial en el campo dela geotecnia, deberán ser remediados con anticipación. Si las soluciones aestos problemas no se implementan oportuna y debidamente, la inestabilidadcontinuará latente y, desde el punto de vista del pavimento, probablementeresulte más conveniente, técnica y económicamente, la ejecución de obras demantenimiento de tipo temporal.

2.11.2. Fuentes de agua que afectan el pavimento [ref. 2.11.1]

El agua que afecta un pavimento puede provenir de fuentes muy diversas. Elagua lluvia genera problemas de inseguridad a los usuarios (hidroplaneo ysalpicaduras) así como desprendimientos de la película de ligante en lasmezclas asfálticas. A su acción directa sobre la superficie, se añade la que se


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puede producir por su infiltración a través de las fisuras y las áreas permeablesdel pavimento y de las bermas.

Constituyen también fuentes de humedad perjudiciales para elcomportamiento del pavimento, las elevaciones estacionales del nivel freático,las filtraciones provenientes de terrenos altos, el movimiento de agua desde elborde de la calzada como consecuencia de las diferencias de humedad, elmovimiento y la condensación del vapor de agua existente en los vacíos de lasubrasante a causa de gradientes térmicos y la acción de capilaridad (Figura2.11.2).

Figura 2.11.2. - Fuentes del agua de infiltración que afecta al pavimento

Los cambios estacionales en el nivel del agua freática se presentannormalmente en las zonas planas, donde existe poca escorrentía lateral. Enestos casos, el cambio resultante de humedad depende de su capilaridad y dela profundidad media de la capa freática. Como norma corriente de diseño, seconsidera que, para mantener el soporte estable, el nivel freático no se debeencontrar a una profundidad menor de 1.20 metros por debajo de la superficiesubrasante.

Las filtraciones son frecuentes en zonas montañosas, cuando una capa desuelo permeable está situada sobre un estrato impermeable. La corriente deagua se puede aproximar a la carretera desde cualquier dirección, apareciendoen la superficie del terreno a lo largo de una línea transversal a la carretera,manifestándose en forma de manantiales.

Las condiciones climáticas hacen que la humedad del suelo en las márgenes delas carreteras se encuentre por encima del promedio en época de lluvias y pordebajo en época seca. Por lo tanto, las bermas y las zonas laterales están más


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húmedas que la subrasante en época invernal, y más secas durante latemporada de verano. Es probable que estas diferencias den lugar a unmovimiento de agua hacia la calzada en la época lluviosa y hacia el exterior enla época seca. En el caso de subrasantes arcillosas, que se hinchan con elaumento de humedad y se retraen con su disminución, los bordes de lacarretera se elevan y descienden con respecto al eje, según la temporadaclimática. La desecación del cimiento durante la época seca se puede acelerarpor la presencia de árboles de rápido crecimiento cerca de la carretera. Elefecto producido por ellos es más marcado en zonas urbanas, donde una granparte del terreno está cubierta con una superficie impermeable que dificulta elpaso del agua lluvia a la subrasante.

Los movimientos de vapor de agua en el suelo están relacionados con lasdiferencias de presión de vapor, las cuales pueden ser debidas a variaciones dehumedad o de temperatura entre las diferentes partes del suelo. Elmovimiento del agua en fase vapor a través del suelo sólo tiene importanciacuando el suelo está relativamente seco. Los suelos arcillosos, por ejemplo,tendrían que tener un porcentaje de humedad muy por debajo del límiteplástico antes de que se puedan presentar movimientos apreciables por esteconcepto. El movimiento de vapor a través del suelo parece ser, en general,mucho más pronunciado en climas extremados, donde se experimentangrandes fluctuaciones de temperatura, tanto durante el día comoestacionalmente.

La acción capilar puede transportar agua dentro del suelo hasta alturasconsiderables por encima del nivel freático, tanto mayores entre menor sea eltamaño de los vacíos del suelo. En este sentido, la tendencia de la subrasantees alcanzar una condición de equilibrio con las capas inferiores del suelo. Sedebe tener presente que el agua retenida en el pavimento por fuerzascapilares no puede ser removida por los sistemas de subdrenaje.

Se puede concluir que la humedad de los cimientos de los pavimentos puedevariar por causas muy diversas. En algunos casos, es posible controlar loscambios mediante los métodos normales de drenaje, mientras que en otrosresulta necesario acudir a procedimientos especiales. Lo ideal, por supuesto,sería que no se produjeran variaciones de humedad durante la vida de lacarretera. Como ello no es posible, son de responsabilidad del ingeniero eldiseño, la construcción y el mantenimiento de las obras que faciliten eladecuado manejo de las aguas que puedan afectar el comportamiento delpavimento.


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2.11.3. Aspectos que se deben considerar para la inspección del drenaje delpavimento

El primer paso debe ser el análisis de los planos generales de suelos de la zonay los documentos existentes sobre el diseño y los registros sobre laconstrucción y la ejecución de obras posteriores en el pavimento. La capacidadde respuesta de algunos suelos y materiales de construcción puede desmejorarsustancialmente a través del tiempo, a causa de la infiltración de agua o porelevaciones en el nivel freático (Figura 2.11.3).

Figura 2.11.3. – Falla típica de un pavimento flexible por debilitamiento de las capasinferiores a causa de la humedad

Se deberán verificar las previsiones sobre el drenaje en el diseño original y lasmodificaciones que al respecto se hayan realizado durante la construcción ocomo resultado de trabajos posteriores de mantenimiento y de rehabilitación.También, son importantes los datos geométricos relevantes de la carretera ensu condición actual, en especial en lo referente a:

- Pendientes longitudinales.

- Pendientes transversales.

- Secciones transversales.

- Ancho de la corona.

- Ancho y espesor de las diferentes capas del pavimento.


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- Profundidad de los cortes y espesor de los rellenos.

El paso siguiente consiste en el análisis de los planos topográficos ehidrogeológicos disponibles, para determinar los rasgos que puedan afectar elmovimiento del agua superficial y subterránea en el área del proyecto.

El contexto hidrogeológico puede resultar favorable, desfavorable o muydesfavorable [ref. 2.11.2]. Se considera favorable, cuando la carretera nointercepta ningún sistema hidrogeológico conocido, caso que suele ocurrircuando ella se desarrolla sobre rellenos o a través de la divisoria de aguas. Esdesfavorable, cuando intercepta sistemas hidrogeológicos con grados variadosde durabilidad o de tamaño, escenario que es frecuente en zonas donde la víatranscurre a media ladera o donde hay sucesiones de cortes y de rellenos. Porúltimo, se considera muy desfavorable cuando no existe duda de que lacarretera intercepta sistemas hidrogeológicos conocidos, situación típica depavimentos construidos al nivel del terreno en zonas planas, en zonas en corteen cajón y, posiblemente, en algunas zonas a media ladera.

Las pruebas no destructivas de evaluación estructural y funcional, tambiénsuministran pistas sobre la posible incidencia del agua en las deficiencias decomportamiento del pavimento. La saturación o la presencia de cantidadesinconvenientes de agua en el pavimento y en la subrasante se traducen, casisiempre, en reducciones de su capacidad estructural. Los valores de deflexiónanormalmente altos son siempre síntomas de irregularidades en la parteinterna de la estructura o en la subrasante, aunque ellos no permitenidentificar cuál es la capa responsable de la debilidad o si ésta se debe aproblemas asociados con la humedad. En cambio, el georradar ayuda alocalizar puntos de acumulación de cantidades inconvenientes de agua internaque pueden comprometer el buen comportamiento de la calzada. Enconsecuencia, los resultados de ambos tipos de medidas, correctamenteinterpretados, permiten delimitar con precisión la existencia de zonasdegradadas o propensas a la degradación, por deficiencias en el sistema dedrenaje interno. Las medidas de fricción y de textura, por su parte, permitendefinir las áreas del pavimento susceptibles de presentar problemas deseguridad para los usuarios por falta de adherencia de los neumáticos encondición de superficie húmeda.

Los resultados de la evaluación destructiva de la calzada también ofreceninformación sobre las propiedades drenantes de las diversas capas delpavimento y de la subrasante, permitiendo establecer relaciones entre ellas y


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los deterioros asociados con la humedad, detectados durante la evaluaciónvisual.

La evaluación del drenaje requiere, por supuesto, una inspección directa delproblema, preferiblemente durante la temporada lluviosa. Si en el pavimentose han producido deterioros relacionados con problemas ocasionados por elagua, es obvio que el sistema de drenaje construido no satisface susnecesidades. En general, los daños de los pavimentos asfálticos asociados conla humedad son los ahuellamientos, las depresiones, los ojos de pescado y losagrietamientos longitudinales y del tipo piel de cocodrilo en la zona de lahuella. Aunque el desprendimiento de la película de ligante de la mezcla estambién un problema asociado con la presencia de agua, su ocurrencia esindependiente de la falta o existencia de sistemas de drenaje. De todasmaneras, se debe tener presente que la ausencia de deterioros relacionadoscon la humedad en el pavimento no significa, necesariamente, que la calzadase encuentre exenta de sufrirlos. La posibilidad de que ellos ocurran siempreestá latente.

Durante la visita de inspección, el ingeniero se deberá formular algunaspreguntas relacionadas con el drenaje y su incidencia sobre el comportamientodel pavimento, tomando nota de todas aquellas situaciones que considereinsatisfactorias, con el fin de tener en cuenta sus respuestas al calificar losniveles de riesgo a los cuales se hace referencia más adelante. Como mínimo,debería preguntarse si:

- Los alineamientos horizontal y vertical y la sección transversal de lacarretera son acordes con la importancia de la vía.

- Los sistemas de drenaje existentes son, en general, adecuados para lasnecesidades de la vía.

- Las cunetas se encuentran libres de agua estancada y si su pendientelongitudinal y su sección transversal son apropiadas.

- Las cunetas, los bordillos, las bermas y los bordes de la calzada seencuentran libres de vegetación.

- Existen áreas permeables en la capa de rodadura y en las bermas.


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- Durante una lluvia se forman gruesas películas de agua que puedan afectarla visibilidad y la seguridad de los usuarios.

- Luego de una lluvia hay evidencias de humedad en los bordes y grietas delpavimento o charcos en la calzada o en las bermas.

- Las bermas y las cunetas se encuentran impermeabilizadas.

- Los bordillos son suficientes y están en buen estado.

- Las descargas de los subdrenes a las cajas de inspección están destapadas ysi el flujo de salida en algunas es menor que en otras.

- El uso actual de la tierra indica que los flujos de drenaje superficial se hanmodificado o se pueden modificar, haciendo inadecuados los sistemas dedrenaje existentes.

La valoración de las condiciones del drenaje revelará al ingeniero si lossistemas existentes sólo necesitan reparaciones y mantenimiento o si debenser mejorados con la construcción de dispositivos adicionales o, inclusive, lamodificación de algunos aspectos geométricos de la carretera.

2.11.4. Factores extrínsecos e intrínsecos del drenaje de los pavimentos

Los daños relacionados con la humedad en un pavimento obedecen a factoresexternos e internos. Los externos corresponden a aquellas condicionesclimáticas en la zona que regulan el suministro de agua al pavimento, en tantoque los internos se refieren a aquellas propiedades de la zona, la carretera ylos materiales del pavimento, cuya interacción con la humedad afecta elcomportamiento del éste.

2.11.4.1. Factores extrínsecos

Lluvias

Los factores externos que influyen en la humedad de los pavimentos de lascarreteras colombianas son, fundamentalmente, climáticos. De ellos, el másimportante es la precipitación. Su efecto es tanto directo, provocandodesprendimientos de la película de asfalto en la capa de rodadura y generando


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láminas de agua en la superficie que pueden afectar la seguridad de losusuarios, como indirecto al fomentar la saturación de las capas inferiores delpavimento, sea por percolación a través de la misma estructura, sea porelevaciones en el nivel freático.

Los datos sobre precipitación pueden ser empleados para estimar la frecuenciacon la cual las capas granulares de un pavimento se pueden encontrar cerca delos niveles de saturación. La profundidad del nivel freático y el tiempo en queel pavimento se encuentra expuesto a la precipitación, influyen sobre el nivelde saturación de los materiales granulares. En seguida de las lluvias, el ascensocapilar puede ser considerable. Hay evidencias de que la saturación del suelopor acción capilar alcanza alturas superiores a un metro en suelos arenosos, atres metros en los limosos y hasta siete metros en los arcillosos.

Temperatura

Por su ubicación en la zona tórrida, la ley de la temperatura ambiental enColombia es simple y se encuentra definida con bastante exactitud en funciónde la altura sobre el nivel del mar, en acuerdo con la expresión:

10006.3h

30T

Donde: T: Temperatura media del lugar (grados Celsius).

h: Altura del lugar sobre el nivel del mar (metros).

En las carreteras colombianas no se presentan temperaturas que causenproblemas de congelamiento. Los gradientes térmicos pueden hacer que elvapor de agua presente en los vacíos de la subrasante y de las capas granularesmigre y se condense, pero la cantidad de agua libre así producida esgeneralmente insignificante.

En la Figura 2.10 del Manual para el control de la erosión del INVÍAS [ref.2.11.3] se presenta un mapa con los siete (7) índices climáticos que se hanestablecido en Colombia en función de la precipitación (P), la temperatura (T)y la evapotranspiración potencial (ET). Como valores menores de 1.0 en larelación ET/P indican excesos de humedad, el ingeniero deberá ser máscauteloso en relación con las medidas de drenaje ante la eventualidad de


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infiltraciones de agua superficial, cuando el pavimento transcurra por una zonaclimática donde se presente dicha situación.

2.11.4.2. Factores intrínsecos

Los factores intrínsecos comprenden las condiciones geométricas de lacalzada, así como ciertos rasgos regionales y algunas propiedades de losmateriales del pavimento que pueden afectar el drenaje y el comportamientode la estructura. Se debe tener presente que, aún si el pavimento estálocalizado en una zona muy húmeda, es posible que no experimente daños porhumedad, si en su construcción se han empleado materiales resistentes a ella,si la ejecución de la obra ha sido de buena calidad y si se han provisto lasestructuras necesarias de drenaje superficial y subterráneo.

Algunos factores intrínsecos que pueden tener relación con el efecto de lahumedad sobre un pavimento, son los siguientes:

- Geometría de la carretera.

- Drenabilidad.

- Permeabilidad.

- Tipos de suelo.

- Topografía.

- Nivel freático.

- Dispositivos de drenaje existentes.

2.11.5. Sistemas para el manejo del agua que afecta al pavimento

Para lograr un adecuado drenaje del pavimento, es preciso que la estructuradisponga, siempre que lo requiera, de tres sistemas diferentes respecto delmanejo del agua que lo pueda afectar, a saber:

- Condiciones geométricas y textura superficial del pavimento.


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- Sistema de drenaje superficial.

- Sistema de drenaje interno.

2.11.5.1. Condiciones geométricas y textura superficial del pavimento

El desarrollo de películas muy gruesas de agua sobre la superficie del pavimento eninstantes de lluvia, generadoras de hidroplaneo, de encharcamiento y de excesivassalpicaduras, hace necesario el mejoramiento de las condiciones geométricas y derodadura, como parte de los trabajos de mantenimiento y rehabilitación. En elnumeral 2.6.3.3 (Parte 2 Capítulo 6) se analiza la influencia de la geometría de la víay de la textura superficial sobre la altura de la lámina de agua que se puedeproducir en la superficie del pavimento bajo condición lluviosa.

2.11.5.2. Drenaje superficial

Las obras de drenaje superficial de un pavimento son aquéllas que recogen yencauzan las aguas provenientes de la explanación y de la corona de lacarretera. El estado y las características de funcionamiento de estas obrasdeberán ser verificados por el ingeniero. Los dispositivos más comunes para eldrenaje superficial del pavimento de una carretera, son las cunetas, los canalesy los bordillos, los cuales conducen las aguas hacia bajantes y alcantarillas que,a su vez, las entregan a cauces naturales o a sistemas de alcantarillado.

El estado y la eficiencia de las cunetas y de los canales existentes deberán serverificados. Se deberá comprobar que no existan deficiencias de pendientelongitudinal que favorezcan el encharcamiento, que sus dimensiones asegurenuna capacidad hidráulica suficiente para disponer el agua aportada por lascorrientes temporales y por las lluvias, y que la remoción de los materialesproducto de la erosión sea fácil.

Los bordillos constituyen barreras en los bordes de los terraplenes queimpiden el escurrimiento del agua por los taludes, evitando su erosión. Enrelación con ellos, se deberá verificar la impermeabilidad de su junta decontacto con el pavimento para prevenir infiltraciones perjudiciales.Igualmente, se deberá determinar si, a causa de su presencia, se originanláminas de agua en la calzada que generen hidroplaneo, encharcamientos osalpicaduras. Si ello sucede, se deberá estudiar la posibilidad de sustituir elbordillo por una cuneta.


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2.11.5.3. Drenaje interno

El objetivo de este sistema es evitar que las capas inferiores de la calzada y lasubrasante adquieran un grado de humedad tal, que propicie su pérdida decapacidad portante y favorezca el deterioro del pavimento por la acción de lascargas del tránsito. Como se indica en el numeral 2.11.2, el agua puedeingresar al pavimento tanto a través de las fisuras y otros defectossuperficiales de la calzada, bermas o cunetas, como desde el subsuelo porelevación del nivel freático, acción capilar o infiltración a causa de la existenciade gradientes hidráulicos. En el instante de la evaluación del drenaje, elingeniero deberá considerar ambas fuentes de agua y realizar un diagnósticosobre la eficiencia de los componentes que existan para su manejo.

Los dispositivos de drenaje subterráneo tienen una vida limitada que puedeser alargada haciéndolos objeto de revisión y conservación oportunas yadecuadas. La revisión tiene una doble finalidad. En primer lugar, determinarlas zonas de la carretera donde los pavimentos se deterioran por culpa de unainsuficiencia o mal funcionamiento del drenaje. En segundo lugar, saber si lossubdrenes funcionan o no.

Lo primero no se pone de manifiesto revisando el drenaje sino el pavimento.Los deterioros prematuros en la banda de rodamiento más próxima a la berma,ordinariamente se deben a insuficiencias del drenaje. El crecimiento mayor dehierba en la berma que el que pueda haber en zonas próximas bien drenadas,es también una manifestación de la insuficiencia del subdrenaje. Si lossubdrenes funcionan o no, se observa en períodos subsiguientes a lluvias quehayan determinado la entrada de agua en el subsuelo, revisando con detallelas descargas en las cajas de inspección.

Donde el comportamiento de los pavimentos ponga de manifiestoinsuficiencias en el sistema de drenaje, es necesario actuar sobre éste,complementariamente a la reparación de la calzada. Si el drenaje no funciona,actuando para que lo haga; si funciona, mejorando su capacidad drenante.

En las zonas donde la revisión del funcionamiento ponga de manifiesto que elsistema no funciona, se pueden hacer dos cosas: (i) vigilar periódicamente elcomportamiento del pavimento para averiguar si la falta de funcionamientodel drenaje determina o no el deterioro del pavimento o (ii) preferiblemente,averiguar por qué no funciona y corregirlo [ref. 2.11.4].


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Los subdrenes longitudinales constituyen el método más utilizado para elcontrol de la entrada de agua al pavimento, proveniente de corrientes defiltración o del nivel freático existente bajo la calzada. La esencia de sufuncionamiento es la provisión de una zona de mayor permeabilidad que la delsuelo que lo rodea, lo que permite la captación del agua interior y suevacuación hacia un lugar adecuado de disposición final. Sin embargo, encarreteras en pendiente, los drenes longitudinales pueden ser insuficientespara interceptar el agua de filtración y, en tal caso, se debe considerar lainstalación de drenes interceptores transversales, aproximadamente normalesal eje de la vía (Figura 2.11.4), o sistemas en forma de espina de pez. Estapráctica ha sido poco utilizada en Colombia y no son pocos los tramos de la redvial nacional donde se observan afloramientos de agua y deterioros en lospavimentos, debido a esta carencia.

Figura 2.11.4. – Esquema típico de localización de subdrén interceptor transversal

Gran parte de los deterioros asociados con la humedad en los pavimentosasfálticos de las carreteras colombianas, se origina en deficiencias del drenajesubterráneo. A pesar de la importancia del problema y de sus implicacioneseconómicas, no ha existido ni una política de inspección rutinaria de los filtroslongitudinales ni unos procedimientos adecuados para ello y, por lo tanto, lasáreas problemáticas sólo suelen ser identificadas cuando el daño se haproducido y los deterioros se hacen visibles en la superficie.


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La necesidad de la evaluación de estos dispositivos durante los estudiosprevios al diseño de las obras de rehabilitación del pavimento, no admitediscusión. El ingeniero deberá prestar especial atención a las zonas donde seadviertan degradaciones superficiales relacionadas con la humedad interna, enparticular cuando ellas se encuentran asociadas con elevados valores dedeflexión. Deberá verificar la existencia de los subdrenes y, en caso de queellos existan, determinará la profundidad a la cual se encuentran instalados ysus condiciones de funcionamiento. En aquellos que tengan tubería, el uso decámaras de video con extensiones adaptadas para este tipo de inspección esaltamente recomendable (Figura 2.11.5).

Figura 2.11.5. – Cámara para inspeccionar tuberías de subdrenaje [ref. 2.11.5]

La solución de los problemas de subdrenaje constituye un factor primordial enla extensión de la vida de los pavimentos. Por lo tanto, no se deberánescatimar esfuerzos en la identificación de las necesidades, ni en laimplementación de las obras resultantes de las inspecciones y de los estudioscorrespondientes. Por elevado que parezca el costo de estos trabajos, larentabilidad de la inversión está fuera de toda discusión.

A todo lo anotado en relación con este asunto, se debe agregar el hecho deque la sección transversal interna del pavimento no debe conspirar contra eldrenaje del mismo. El drenaje de la base, cuando ésta es permeable, debeestar adecuadamente dispuesto. La existencia de materiales impermeables enlas bermas da lugar a acumulaciones de agua que debilitan el pavimento y lasubrasante. Por lo tanto, las características de los materiales de las bermasdeben ser establecidas durante los trabajos de inspección y evaluación en elcampo, con el fin de evitar que ciertas situaciones conflictivas queden ocultasen el momento de juzgar la capacidad global del pavimento y diseñar las obras


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de mantenimiento y rehabilitación para prolongar su vida de servicio. La Figura2.11.6 presenta una sección típica de un pavimento asfáltico con unadisposición adecuada de su drenaje interno.

Figura 2.11.6. – Composición típica del drenaje interno de un pavimento

2.11.6. Inspección del sistema de drenaje existente

La habilidad para detectar dónde existen o se pueden presentar problemas porhumedad excesiva y cuáles son los materiales del pavimento susceptibles demayor afectación por el agua, ayudará al ingeniero en la evaluación global deldrenaje del pavimento, en el establecimiento del juicio de su capacidadestructural y en el posterior proceso de selección de la alternativa derehabilitación más adecuada.

Para los fines de la presente guía metodológica, el procedimiento deinspección y análisis por aplicar es el recomendado por el SETRA [ref. 2.11.2],de acuerdo con el cual se deben considerar seis (6) parámetros para valorar elpeligro de que los deterioros causados en el pavimento a causa del aguaevolucionen con rapidez. Cada uno de ellos se debe calificar con uno de tres(3) posibles niveles de riesgo (0, 1 y 2), de acuerdo con la propensión al dañopor efecto del agua en cada sección de 100 metros que se evalué, según ladescripción que se presenta de manera resumida en seguida. En el Anexo D seexplica, en detalle, el procedimiento para determinar en el terreno los nivelesde riesgo asociados con cada uno de esos parámetros y en el Capitulo 4 de laParte 3 se describe la manera de obtener la calificación definitiva de lainformación sobre el drenaje, así como las consideraciones prácticas que sederivan de ella.


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Parámetro 1 - Impermeabilidad del revestimiento (R):

R = 0, pavimentos con rodadura en mezcla asfáltica densa en buenascondiciones.

R = 1, pavimentos con rodadura en mezcla asfáltica algo porosa osegregada, o constituida por un tratamiento superficial o lechadaasfáltica en buenas condiciones.

R = 2, pavimento con superficie porosa (k > 10 -5 cm/s) o con fisuras sinsellar.

Figura 2.11.7. – Pavimento de concreto asfáltico en buenas condiciones (R=0)

Parámetro 2 - Drenaje superficial (A):

A = 0, drenaje superficial eficiente y bien mantenido (zanjas, cunetas ycanales laterales en buenas condiciones, bermas impermeabilizadas enbuen estado); contexto topográfico propicio (por ejemplo, rasante a másde un metro (1.0 m) por encima del terreno natural en trayectos enterraplén); los perfiles longitudinal y transversal facilitan la adecuadaevacuación del agua proveniente de la calzada.

A = 1, drenaje superficial falto de efectividad; vegetación en las cunetas;bermas permeables con vegetación; retenciones de agua en el borde delpavimento; carretera a media ladera o con sucesión de cortes y rellenos

A = 2, drenaje superficial totalmente inefectivo; cunetas en malacondición o inexistentes; bermas deterioradas que retienen el agua de


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escorrentía; carretera al nivel del terreno en zonas planas; el flujo delagua en las cunetas y otras estructuras de drenaje superficial esmediocre

Figura 2.11.8. – Drenaje superficial eficiente (A=0)

Parámetro 3 - Ambiente hidrogeológico del pavimento (H)

H = 0, el nivel freático se encuentra a más de 5 metros de profundidad;el pavimento no intercepta corrientes de agua de resurgencia temporalo permanente.

H = 1, suministro potencial de agua subterránea proveniente decaptaciones laterales

H = 2, zonas de perfil transversal mixto con corrientes provenientes deaguas arriba; zonas de transición corte-relleno; infiltraciones potentes,provenientes de captaciones laterales; variaciones en el nivel freáticoque afectan la subrasante.

Figura 2.11.9. – Afloramiento excesivo de agua (H=2)


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Parámetro 4 – Drenaje subsuperficial (D):

D = 0, existen subdrenes longitudinales en buenas condiciones en loslugares en los cuales son necesarios y ellos evacúan adecuadamente elagua interna proveniente de las zonas laterales y del pavimento.

D = 1, existe el sistema de subdrenaje y está adecuadamente instalado,pero no es suficientemente efectivo por falta de mantenimiento.

D = 2, aunque se requiere, no hay sistema de subdrenaje, o, si existe, seencuentra mal ubicado o no funciona.

Parámetro 5 - Sensibilidad de la subrasante al agua (S):

S = 0, suelo insensible al agua o subrasante tratada.

S = 1, suelo que puede ser sensible al agua, pero que no presentaevidencias de ello.

S = 2, suelos evidentemente sensibles a la humedad.

Parámetro 6 - Sensibilidad al agua de las capas inferiores del pavimento (M):

M = 0, capas de base de concreto asfáltico o estabilizadas con productosbituminosos.

M = 1, capas de base estabilizadas con productos hidráulicos.

M = 2, bases granulares.

2.11.7. Niveles de jerarquía

Debido a las características del procedimiento recomendado en este capítulopara la inspección y el análisis de los parámetros que valoran los peligros queimplican los deterioros causados por el agua a lo largo de la vía, no seestablecen niveles jerarquía en relación con los datos requeridos para realizarla calificación del drenaje.

Los procedimientos de calificación y decisión relacionados con la informaciónrecabada en cuanto a las condiciones de drenaje que afectan o pueden afectar


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el comportamiento del pavimento se describen en el Capítulo 4 de la Parte 3de esta guía.

REFERENCIAS

2.11.1 - ROAD RESEARCH LABORATORY, “Mecánica del suelo para ingenieros decarreteras y aeropuertos”, Madrid, 1963

2.11.2 - SERVICE D’ETUDES TECHNIQUES DES ROUTES ET AUTOROUTES, SETRA,“Road drainage. Technical guide”, March 2006. Translate August 2007

2.11.3 - CORPOCALDAS & INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS, “Manual para elcontrol de la erosión”, Manizales, 1998

2.11.4 - MINISTERIO DE FOMENTO, “Sistema de gestión de las actividades deconservación ordinaria y ayuda a la vialidad”, Madrid, España, 1996

2.11.5 - NORTH DAKOTA DEPARTMENT OF TRANSPORTATION, “Scoping edgedrains with an optical camera. Final Report”, Experimental Study ND 94-07,Bismarck, ND, December 2001


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Parte 2

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