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8.1 INTRODUCCIN
En este captulo se realizar la evaluacin funcional y estructural del pavimento existente,
establecindose el juicio de la capacidad estructural de la va, y determinndose
finalmente sectores de caractersticas homogneas para una adecuado diseo del
refuerzo, de ser necesario.
Para tal efecto, el procedimiento a seguir se efectuar en tres etapas.
La primera consistir en la evaluacin funcional del pavimento existente mediante la medicin de la rugosidad y la evaluacin de la condicin del pavimento,
determinado segn su valor PCI (ndice de condicin del pavimento).
El trabajo concluir con la sectorizacin en base a la respuesta funcional.
Para la siguiente etapa, que corresponde a la evaluacin estructural, se utiliz la Viga Benkelman para medir la respuesta del pavimento ante el paso de un camin
cargado normalizado. Las lecturas de las deflexiones, radios de curvatura, y los
valores del mdulo resilente de la sub rasante determinado segn modelo de
capas elsticas, permitir determinar la condicin actual del pavimento.
El trabajo concluir con la sectorizacin en base a la respuesta estructural
existente del pavimento.
En base a los resultados anteriormente sealados, la tercera etapa consistir en la conjuncin ambas sectorizaciones, los cuales en complemento con los ensayos
destructivos, permitirn efectuar una sectorizacin final que nos permita proponer
las estructuras del pavimento mas adecuada a plantear, por sector homogneo.
Se concluye en esta etapa con la divisin del tramo carretero en tramos
homogneos para el clculo de la estructura del pavimento
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8.2 EVALUACIN FUNCIONAL DEL PAVIMENTO
8.2.1 EVALUACIN DE LA CONDICIN SUPERFICIAL DEL PAVIMENTO 8.2.1.1 INTRODUCCIN
Este documento contiene el mtodo utilizado para la evaluacin del deterioro del
pavimento, y los resultados del mismo realizado al pavimento de la Carretera
Panamericana Sur, entre los Km. 1041+600 (Puente Santa Rosa) y el Km.
1139+795 (Puente Montalvo), como parte de la contraprestacin de los servicios
para los Estudios de Mantenimiento Peridico del pavimento, a cargo del
Consorcio Montalvo.
Los trabajos se han realizado de acuerdo a los Trminos de Referencia del
estudio y forman parte del captulo de Inspeccin y Evaluacin de la Zona del
Proyecto.
8.2.1.2 ALCANCE
Este mtodo permite la determinacin de la condicin del pavimento a travs de
una evaluacin visual, usando el ndice de condicin del pavimento (PCI) que es
un ndice numrico de la condicin del pavimento cuyos rangos varan desde 0
hasta 100 siendo esta ultima la mejor condicin posible.
8.2.1.3 PROCEDIMIENTO EMPLEADO
La metodologa PCI esta descrita en la norma ASTM 5340-98, la cual nos da los
lineamientos para determinar el ndice de condicin del pavimento, que ayuda a
calcular un ndice de deterioracin y se utiliza a menudo para proyectar la
condicin futura.
A continuacin pasamos a detallar el mtodo empleado, de acuerdo con la norma
ASTM 5340 98
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El pavimento es dividido en tramos, las cuales son divididas a su vez en
secciones. Cada seccin es nuevamente dividida en unidades de muestreo. El
tipo y la severidad de la condicin del pavimento es calculada por la inspeccin
visual de las unidades de muestro del pavimento. La cantidad de dao se mide
mediante la metodologa dada en la norma ASTM. Los datos del dao para
calcular el ndice de la condicin del pavimento en cada unidad de muestreo. El
ndice de cada seccin es determinado en base a los ndices de cada unidad de
muestreo dentro de la seccin. El calculo de cada una de las fallas reconocidas,
se encuentran en la Norma ASTM.
La evaluacin de la condicin del pavimento se basa en el ndice de la condiciona
del pavimento (PCI) que es una escala a partir de 0 a 100 que mide tanto la
integridad estructural como la condicin superficial. La seccin del pavimento se
debe primero dividir en muestras. Todas las muestras pueden ser examinadas, o
un numero mas pequeo de muestras escogidas al azar se puede elegir para
representar la seccin entera. Los mtodos estadsticos se utilizan para
determinar el numero de las muestras requeridas.
Una hoja de datos se requiere por cada unidad de muestra. El inspector llena el
formulario de datos caminando por cada unidad de muestra y registrando los
deterioros medidos. Un bosquejo de la unidad de muestra se hace usando los
puntos impresos que representan intersecciones comunes. El numero apropiado
para casa deterioro encontrado en el pavimento se incorpora en el cuadrado que
representa la seccin del pavimento. El deterioro tambin se observa como
gravedad baja, media o alta. Una porcin de la hoja de la inspeccin se utiliza
para resumir los niveles de deterioro encontrados en cada unidad de muestra. Se
calcula el PCI usando los pasos siguientes:
1. Los valores deducidos se determina para cada tipo de deterioro y gravedad
utilizando las curvas de la vlvula de deduccin. Los valores deducidos para
todos los deterioro se determinan usando las curvas apropiadas
2. El total valor reducido (TDV) es computado sumando individuales valores del
deducir.
3. una vez que se compute el TDV. Se debe determinar un valor corregido del
deducir (CDV) usando curvas de correccin.
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8.2.1.4 SIGNIFICADO Y USO
El PCI es un indicador numrico que clasifica la condicin superficial del
pavimento, adems provee una medida de la condicin presente del pavimento
basado en las fallas observadas en la superficie del pavimento las cuales tambin
indican la integridad estructural y la condicin operacional de la superficie. El PCI
no puede medir la capacidad estructural.
8.2.1.5 TRABAJOS EFECTUADOS
El trabajo de evaluacin fue realizado por el Ingeniero de Suelos y Pavimentos,
realizando un recorrido a lo largo de toda la va, y obteniendo un total de 197
ensayos.
8.2.1.6 RESULTADOS OBTENIDOS
De acuerdo a las fichas de evaluacin se aprecia que la mayora de fallas son
fisuras longitudinales, transversales y fisuras en bloque, en los tres niveles (leve,
moderado y severo). Los resultados de los ensayos realizados en las zonas
representativas se aprecian en el Cuadro N 1 en el Volumen N 1 Anexo III
Evaluacin Superficial del Pavimento Mtodo PCI, en donde al inicio del tramo la
evaluacin superficial se encuentra en muy buen estado a excelente hasta el Km.
1083+500 siguiendo una superficie regular a pobre hasta el Km. 1110+500 y
finalizando el tramo con una superficie regular.
Por lo tanto, los sectores de mayor incidencia tienen un estado del pavimento
excelente 28.4% y regular 23.3% (Cuadro N 1 Resultados de Ensayos del PCI.
Anlisis Estadstico, Volumen N 1 Anexo III), lo que indicara que la va se
encuentra en buen estado, de acuerdo a la metodologa empleada.
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8.2.1.7 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
El PCI es una tcnica de levantamiento del deterioro bastante exacta, que produce resultados constantes cuando esta repetida, por eso ha sido normalizada
por ASTM. El procedimiento de evaluacin produce una medida significativa y
muy exacta de la condicin del pavimento.
La va en general de acuerdo a la evaluacin presenta un estado de deterioro de Regular a Bueno, lo que es un buen indicativo para efectuar el respectivo
mantenimiento.
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8.2.2 EVALUACIN DE LA RUGOSIDAD DEL PAVIMENTO 8.2.2.1 METODOLOGA PARA LA DETERMINACIN DE LA RUGOSIDAD DE LOS PAVIMENTOS
a. INTRODUCCIN
El Laboratorio Britnico de Investigacin de Transportes y Caminos (TRRL)
desarroll el rugosmetro MERLIN (acrnimo de la terminologa inglesa Machine
for Evaluating Roughness using low-cost Instrumentation), basndose en el
principio del perfilmetro esttico, con el objetivo de obtener un equipo de bajo
costo, fcil manejo y un mtodo de anlisis simple con resultados confiables (1,2,3).
A pesar de la gran exactitud de los resultados que proporciona el MERLIN, slo
superada por la exactitud que proporciona el mtodo topogrfico, la desventaja del
equipo es su bajo rendimiento si se compara con los rugosmetros dinmicos
automatizados, tales como: el Bump Integrator, Mays Meter, Perfilmetro Laser,
etc. La gran cantidad de tiempo consumido en la toma de datos y clculo del IRI,
utilizando el mtodo grfico original establecido por el TRRL, se hace ms notoria
cuando se trata de evaluar la rugosidad de vas de gran longitud (100 km o ms) y
se dispone de muy poco tiempo para ello.
Debido a que en los pases latinoamericanos la oportunidad de empleo de los
rugosmetros an sigue siendo espordica, lo que no justifica muchas veces la
manutencin de vehculos ad hoc destinados a la operacin de equipos dinmicos
y los costos de calibracin relativamente altos, o a que las redes a ser evaluadas
no son de gran extensin, el MERLIN constituye una buena alternativa, siempre y
cuando sea resuelto el problema del bajo rendimiento (uso de mtodos adecuados
para medicin y clculo), mas an cuando los resultados que proporciona son
ms exactos que los de cualquier equipo automatizado.
En dicho contexto las tareas principales, para establecer una metodologa que
permita una mayor eficiencia, han sido las de estudiar las fuentes que inciden en
el bajo rendimiento del equipo y desarrollar mtodos que permitan procesos
automatizados, complementndose esto con la inclusin de criterios de anlisis y
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especificaciones tcnicas para la calificacin de los resultados, lo que ha sido
posible por la experiencia ganada entre 1993 y 1998, luego de la evaluacin de
ms de 3,000 km de pavimentos, en mas de 100 proyectos de carreteras, en el
Per (4).
b. METODOLOGA PARA LA DETERMINACIN DE LA RUGOSIDAD b.1 Fundamentos Tericos La determinacin de la rugosidad de un pavimento se basa en el concepto de usar
la distribucin de las desviaciones de la superficie respecto de una cuerda
promedio. La Figura N 1 ilustra como el MERLIN mide el desplazamiento vertical
entre la superficie del camino y el punto medio de una lnea imaginaria de longitud
constante. El desplazamiento es conocido como la desviacin respecto a la
cuerda promedio.
La longitud de la cuerda promedio es 1.80m, por ser la distancia que proporciona
los mejores resultados en las correlaciones. Asimismo, se ha definido que es
necesario medir 200 desviaciones respecto de la cuerda promedio, en forma
consecutiva a lo largo de la va y considerar un intervalo constante entre cada
medicin. Para dichas condiciones se tiene que, a mayor rugosidad de la
superficie mayor es la variabilidad de los desplazamientos. Si se define el
histograma de la distribucin de frecuencias de las 200 mediciones, es posible
medir la dispersin de las desviaciones y correlacionarla con la escala estndar de
la rugosidad (Ver Figura N2). El parmetro estadstico que establece la magnitud
de la dispersin es el Rango de la muestra (D), determinado luego de efectuar una
depuracin del 10% de observaciones (10 datos en cada cola del histograma). El
valor D es la rugosidad del pavimento en unidades MERLIN.
El concepto de usar la dispersin de la desviaciones de la superficie respecto de
una cuerda promedio, como una forma para evaluar la rugosidad de un pavimento
no es nuevo ni original del TRRL. Varios parmetros de rugosidad precedentes, tal
como el conocido Quarter-car Index (QI), han sido propuestos por otros
investigadores basndose en el mismo concepto, los que son analizados en la
referencia (5).
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b.2 Correlaciones D versus IRI Para relacionar la rugosidad determinada con el MERLIN con el Indice de
Rugosidad Internacional (IRI), que es el parmetro utilizado para uniformizar los
resultados provenientes de la gran diversidad de equipos que existen en la
actualidad, se utilizan las siguientes expresiones:
a. Cuando 2.4
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b.3 Mtodo de Medicin b.3.1 El rugosmetro MERLIN
El rugosmetro MERLIN, es un instrumento verstil, sencillo y econmico, pensado
especialmente para uso en pases en vas de desarrollo. Fue introducido en el
Per por iniciativa personal del autor en 1993 (8), existiendo en la fecha (Junio
1999) mas de 15 unidades pertenecientes a otras tantas empresas constructoras
y consultoras.
De acuerdo con la clasificacin del Banco Mundial(9) los mtodos para la
medicin de la rugosidad se agrupan en 4 clases, siendo los de Clase 1 los ms
exactos (Mira y Nivel, TRRL Beam, perfilmetros estticos). La Clase 2 agrupa a
los mtodos que utilizan los perfilmetros estticos y dinmicos, pero que no
cumplen con los niveles de exactitud que son exigidos para la Clase 1. Los
mtodos Clase 3 utilizan ecuaciones de correlacin para derivar sus resultados a
la escala del IRI (Bump integrator, Mays meter). Los mtodos Clase 4 permiten
obtener resultados meramente referenciales y se emplean cuando se requieren
nicamente estimaciones gruesas de la rugosidad.
El mtodo de medicin que utiliza el MERLIN, por haber sido diseado este
equipo como una variacin de un perfilmetro esttico y debido a la gran exactitud
de sus resultados, califica como un mtodo Clase 1. La correlacin de los
resultados obtenidos con el MERLIN, con la escala del IRI, tiene un coeficiente de
determinacin prcticamente igual a la unidad (R2=0.98). Por su gran exactitud,
slo superado por el mtodo topogrfico (mira y nivel), algunos fabricantes de
equipos tipo respuesta (Bump Integrator, Mays Meter, etc.) lo recomiendan para la
calibracin de sus rugosmetros.
El MERLIN es un equipo de diseo simple. La Figura N 3 presenta un esquema
ilustrativo del instrumento. Consta de un marco formado por dos elementos
verticales y uno horizontal. Para facilidad de desplazamiento y operacin el
elemento vertical delantero es una rueda, mientras que el trasero tiene adosados
lateralmente dos soportes inclinados, uno en el lado derecho para fijar el equipo
sobre el suelo durante los ensayos y otro en el lado izquierdo para descansar el
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equipo. El elemento horizontal se proyecta, hacia la parte trasera, con 2 manijas
que permiten levantar y movilizar el equipo, hacindolo rodar sobre la rueda en
forma similar a una carretilla.
Aproximadamente en la parte central del elemento horizontal, se proyecta hacia
abajo una barra vertical que no llega al piso, en cuyo extremo inferior pivotea un
brazo mvil. El extremo inferior del brazo mvil esta en contacto directo con el
piso, mediante un patn empernado y ajustable, el cul se adecua a las
imperfecciones del terreno, mientras que el extremo superior termina en un
puntero o indicador que se desliza sobre el borde de un tablero, de acuerdo a la
posicin que adopta el extremo inferior del patn mvil al entrar en contacto con el
pavimento. La relacin de brazos entre los segmentos extremo inferior del patn
mvil-pivote y pivote-puntero es 1 a 10, de manera tal que un movimiento vertical
de 1 mm, en el extremo inferior del patn mvil, produce un desplazamiento de 1
cm del puntero.
Para registrar los movimientos del puntero, se utiliza una escala grfica con 50
divisiones, de 5 mm de espesor cada una, que va adherida en el borde del tablero
sobre el cul se desliza el puntero (Ver Figura N 4).
b.3.2 Ejecucin de ensayos
Para la ejecucin de los ensayos se requiere de dos personas que trabajan
conjuntamente, un operador que conduce el equipo y realiza las lecturas y un
auxiliar que las anota. Asimismo, debe seleccionarse un trecho de
aproximadamente 400 m de longitud, sobre un determinado carril de una va. Las
mediciones se efectan siguiendo la huella exterior del trfico.
Para determinar un valor de rugosidad se deben efectuar 200 observaciones de
las irregularidades que presenta el pavimento (desviaciones relativas a la cuerda
promedio), cada una de las cules son detectadas por el patn mvil del MERLIN,
y que a su vez son indicadas por la posicin que adopta el puntero sobre la escala
graduada del tablero, generndose de esa manera las lecturas. Las
observaciones deben realizarse estacionando el equipo a intervalos regulares,
generalmente cada 2m de distancia; en la prctica esto se resuelve tomando
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como referencia la circunferencia de la rueda del MERLIN, que es
aproximadamente esa dimensin, es decir, cada ensayo se realiza al cabo de una
vuelta de la rueda.
En cada observacin el instrumento debe descansar sobre el camino apoyado en
tres puntos fijos e invariables: la rueda, el apoyo fijo trasero y el estabilizador para
ensayo (Figura N 3, Corte B-B). La posicin que adopta el puntero corresponder
a una lectura entre 1 y 50, la que se anotar en un formato de campo, tal como el
mostrado en el Figura N 5. El formato consta de una cuadrcula compuesta por
20 filas y 10 columnas; empezando por el casillero (1,1), los datos se llenan de
arriba hacia abajo y de izquierda a derecha.
El proceso de medicin es continuo y se realiza a una velocidad promedio de 2
km/h. La prueba empieza estacionando el equipo al inicio del trecho de ensayo, el
operador espera que el puntero se estabilice y observa la posicin que adopta
respecto de la escala colocada sobre el tablero, realizando as la lectura que es
anotada por el auxiliar. Paso seguido, el operador toma el instrumento por las
manijas, elevndolo y desplazndolo la distancia constante seleccionada para
usarse entre un ensayo y otro (una vuelta de la rueda). En la nueva ubicacin se
repite la operacin explicada y as sucesivamente hasta completar las 200
lecturas.
El espaciado entre los ensayos no es un factor crtico, pero es recomendable que
las lecturas se realicen siempre estacionando la rueda en una misma posicin,
para lo cual se pone una seal o marca llamativa sobre la llanta (con gutapercha
fosforescente, por ejemplo), la que debe quedar siempre en contacto con el piso.
Ello facilita la labor del operador quin, una vez hecha la lectura, levanta el equipo
y controla que la llanta gire una vuelta haciendo coincidir nuevamente la marca
sobre el piso.
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b.4 Mtodo para el clculo de la rugosidad b.4.1 Clculo del Rango D Como se ha explicado, para la generacin de los 200 datos que se requieren para
determinar un valor de rugosidad, se emplea una escala arbitraria de 50 unidades
colocada sobre el tablero del rugosmetro, la que sirve para registrar las
doscientas posiciones que adopta el puntero del brazo mvil. La divisin N 25
debe ser tal que corresponda a la posicin central del puntero sobre el tablero
cuando el perfil del terreno coincide con la lnea o cuerda promedio. En la medida
que las diversas posiciones que adopte el puntero coincidan con la divisin 25 o
con alguna cercana (dispersin baja), el ensayo demostrar que el pavimento
tiene un perfil igual o cercano a una lnea recta (baja rugosidad). Por el contrario,
si el puntero adopta repetitivamente posiciones alejadas a la divisin N25
(dispersin alta), se demostrar que el pavimento tiene un perfil con mltiples
inflexiones (rugosidad elevada).
La dispersin de los datos obtenidos con el MERLIN se analiza calculando la
distribucin de frecuencias de las lecturas o posiciones adoptadas por el puntero,
la cul puede expresarse, para fines didcticos, en forma de histograma (Figura
N 2). Posteriormente se establece el Rango de los valores agrupados en
intervalos de frecuencia (D), luego de descartarse el 10% de datos que
correspondan a posiciones del puntero poco representativas o errticas. En la
prctica se elimina 5% (10 datos) del extremo inferior del histograma y 5% (10
datos) del extremo superior.
Efectuado el descarte de datos, se calcula el ancho del histograma en unidades
de la escala, considerando las fracciones que pudiesen resultar como
consecuencia de la eliminacin de los datos. En la Figura N 2, por ejemplo, en el
extremo inferior del histograma, se tiene que por efecto del descarte de los 10
datos se eliminan los intervalos 1, 2 y 3, y un dato de los doce que pertenecen al
intervalo 4, en consecuencia resulta una unidad fraccionada igual a 11/12=0.92.
Caso similar sucede en el extremo superior del histograma, en donde resulta una
unidad fraccionada igual a 3/7=0.43. Se tiene en consecuencia un Rango igual a
0.92+6+0.43=7.35 unidades.
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El Rango D determinado se debe expresar en milmetros, para lo cul se
multiplica el nmero de unidades calculado por el valor que tiene cada unidad en
milmetros (7.35x5mm=36.75mm).
b.4.2 Factor de correccin para el ajuste de D
Las ecuaciones 1 y 2 representan correlaciones entre el valor D y la rugosidad en
unidades IRI, las cuales han sido desarrolladas para una condicin de relacin de
brazos del rugosmetro de 1 a 10 (Ver Figura N 5). Esta relacin en la prctica
suele variar, y depende del desgaste que experimenta el patn del brazo mvil del
instrumento. En consecuencia, para corregir los resultados se verifica la relacin
de brazos actual del instrumento, y, se determina un factor de correccin que
permita llevar los valores a condiciones estndar.
Para determinar el factor de correccin se hace uso de un disco circular de bronce
de aproximadamente 5 cm de dimetro y 6 mm de espesor, y se procede de la
siguiente manera:
1. Se determina el espesor de la pastilla, en milmetros, utilizando un
calibrador que permita una aproximacin al dcimo de mm. El espesor se
calcular como el valor promedio considerando 4 medidas diametralmente
opuestas. Por ejemplo: el espesor medido es 6.2 mm.
2. Se coloca el rugosmetro sobre una superficie plana (un piso de terrazo,
por ejemplo) y se efecta la lectura que corresponde a la posicin que
adopta el puntero cuando el patn mvil se encuentra sobre el piso (por
ejemplo, lectura = 25). Se levanta el patn y se coloca la pastilla de
calibracin debajo de l, apoyndola sobre el piso. Esta accin har que el
puntero sobre el tablero se desplace, asumiendo una relacin de brazos
estndar de 1 a 10, una distancia igual al espesor de la pastilla
multiplicado por 10 (es decir: 6.2 x 10 = 62 mm), lo que significa,
considerando que cada casillero mide 5 mm, que el puntero se ubicar
aproximadamente en el casillero 12, siempre y cuando la relacin de
brazos actual del equipo sea igual a la asumida. Si no sucede eso, se
deber encontrar un factor de correccin (F.C.) usando la siguiente
expresin:
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F.C. = (EP x 10) / [(LI - LF) x 5] .. (4)
Donde:
EP : Espesor de la pastilla
LI : Posicin inicial del puntero
LF : Posicin final del puntero
Por ejemplo:
Si la posicin inicial del puntero fue 25 y la final fue 10, entonces el Factor
de Correccin ser:
FC = (6.2 X 10) / [(25-10)x5] = 0.82666
b.4.3 Variacin de relacin de brazos
Para facilidad del trabajo, el rugosmetro admite dos posiciones para el patn del
brazo pivotante (Ver Figura N 3):
a. Una posicin ubicada a 10 cm del punto de pivote, posicin standard que
se utiliza en el caso de pavimentos nuevos o superficies muy lisas (baja
rugosidad). En ese caso la relacin de brazos utilizada ser 1 a 10.
b. Una posicin ubicada a 20 cm del punto de pivote, posicin alterna que se
utiliza en el caso de pavimentos afirmados muy deformados o pavimentos
muy deteriorados. En ese caso la relacin de brazos ser 1 a 5. De usar
esta posicin, el valor D determinado deber multiplicarse por un factor de
2.
b.4.4 Clculo del Rango D corregido
El valor D calculado en la seccin 2.4.1, deber modificarse considerando el
Factor de Correccin (FC=0.82666) definido en la seccin 2.4.2 y la Relacin de
Brazos empleada en los ensayos (RB=1). El valor D corregido ser
36.75mmx0.82666x1=30.38mm. Este valor llevado a condiciones estndar es la
rugosidad en unidades MERLIN.
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b.4.5 Determinacin de la rugosidad en la escala del IRI
Para transformar la rugosidad de unidades MERLIN a la escala del IRI, se usa las
expresiones (1) y (2). Aplicando la expresin para el caso de IRI
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d) En superficie de rodadura de tratamiento superficial:
- IRIc menor a 3.5 m/Km.
En caso de no cumplirse con estos lmites, el sector o tramo deber subdividirse
en secciones de rugosidad homognea, y se calcular el IRI caracterstico para
cada una de ellas, los que debern cumplir los lmites indicados.
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
1. CUNDILL, M.A. MERLIN. A Low Cost Machine for Measuring Road Roughness in
Developing Countries. Transportation Research Record 1291. Crowthorne, 1990.
2. CUNDILL, M.A. The MERLIN Low-cost Road Roughness Measuring Machine.
Transport and Road Research Laboratory, Department of Transport. TRRL
Research Report 301. Crowthorne, 1991.
3. CUNDILL, M.A. The MERLIN Road Roughness Machine: User Guide. Transport
Research Laboratory, Overseas Development Administration. TRL Report 229.
Crowthorne, 1996.
4. DEL AGUILA, P.M. Estado del Arte sobre la Medicin de la Rugosidad de
Pavimentos en el Per. Trabajo presentado al II Congreso Nacional del Asfalto.
Lima, 1998.
5. SAYERS, M. et al. The International Road Roughnes Experiment: establishing
correlations and a calibration standard for measurements. Bank Technical Paper
N 45. Washington D.C., 1986.
6. DEL AGUILA, P.M. Desarrollo de la Ecuacin de Correlacin para la
determinacin del IRI en pavimentos asflticos nuevos, utilizando el rugosmetro
MERLIN. Trabajo presentado al X Congreso Ibero-Latinoamericano. Sevilla,
1999.
7. CUNDILL, M.A. The MERLIN Road Roughness Machine: Further Analysis of
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Huayre-Hunuco. Estudio de Evaluacin de la Rugosidad. Informe tcnico
presentado a la Asociacin EICA-HOB Ingenieros Consultores. Lima, Octubre
1993.
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9. SAYERS, M.W. et al. Guidelines for Conducting and Calibrating Road Roughness
Measurements. World Bank Technical Paper N 46. Washington D.C., 1986.
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8.2.2.2 ANLISIS DE LOS RESULTADOS DE LA EVALUACIN DE LA RUGOSIDAD
Las mediciones de la rugosidad se encuentran en el Volumen N1 Anexo IV. De estas
mediciones efectuadas a lo largo del tramo en estudio, se obtuvo en el carril derecho
un IRI mnimo de 0.88 m/km en el Km. 1134+600, un IRI mximo de 3.66 m/km en el
Km. 1108+200 y un IRI promedio de 1.69 m/km. En el carril izquierdo se obtuvo un IRI
mnimo de 0.80 en el Km. 1104+600, un IRI mximo de 4.51 m/km en el Km.
1042+600 y un IRI promedio de 1.81 m/km. Se concluye que el carril izquierdo posee
mayor coeficiente de variacin de los resultados obtenidos, como se muestra en el
Cuadro N1 Resultados de Ensayos de Rugosidad (Ver Volumen N 1 Anexo IV).
Del grfico adjunto (rugograma) se defini preliminarmente cuatro sectores
homogneos (Cuadro N 8.2.2.2.a).
Cuadro No 8.2.2.2.a
Sectorizacin segn la evaluacin funcional del pavimento
INICIO FIN LONG. IRIprom IRIcaract IRIprom IRIcaract
KM KM KM m/Km m/Km m/Km m/Km1 1041 + 400 1051 + 500 10.10 3.13 4.36 2.37 3.382 1051 + 500 1106 + 500 55.00 1.72 2.57 1.58 2.003 1106 + 500 1118 + 500 12.00 1.48 2.50 2.36 3.564 1118 + 500 1139 + 795 21.30 1.56 2.24 1.26 1.71
PROGRESIVATRAMO
CARRIL IZQUIERDO CARRIL DERECHOIRI PROMEDIO - IRI CARACTERISITICO
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8.3 EVALUACIN ESTRUCTURAL DEL PAVIMENTO
8.3.1 INTRODUCCIN
La deflexin es una medida de la respuesta del conjunto pavimento-subrasante
frente a una determinada solicitacin (accin de las cargas mviles o estticas de
los vehculos). La medicin de la deflexin es un ensayo no destructivo de gran
rendimiento operacional que permite obtener un elevado nmero de
determinaciones en poco tiempo, reduciendo al mnimo la cantidad necesaria de
ensayos destructivos (calicatas).
Debido a la incidencia de diversos factores que perjudican la seguridad,
comodidad y rapidez con que debe circular el trfico presente y el futuro en el
tramo en estudio, se ha planteado corregir los defectos que alteran la superficie de
rodadura de los pavimentos flexibles.
Los trabajos de mantenimiento o de refuerzo de los pavimentos en servicio, se
basan en el valor de la deflexin mxima y el tipo de curvatura que adopta la
superficie cargada.
Para determinar las correcciones en el tramo en estudio se ha analizado la
deformacin elstica que experimenta el pavimento bajo carga, dicha deformacin
depender del estado superficial y/o estructural del mismo.
Se efectuaron mediciones de deflexiones recuperables mediante la Viga
Benkelman utilizando el correspondiente camin normalizado, adems el uso de
la viga permiti determinar el radio de curvatura de la lnea de deflexin.
La Viga Benkelman es un dispositivo mecnico que mide las deformaciones en
dos puntos de contacto, esta viga se coloca entre las ruedas duales de un camin
bajo eje de carga estndar 8.2 t y con una presin de inflado de llantas de 80 psi, es decir que mide la flecha mxima de la lnea de deformacin bajo una carga
constante.
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El nmero de puntos de ensayo se efectu cada 100 m a lo largo del tramo y en
cada carril, las mediciones de cada carril estn desplazadas unos 50 m. De esta
manera se tiene en forma alternada (derecha e izquierda) una medida a 50
metros.
8.3.2 PROCEDIMIENTO DE MEDICIN
El punto de pavimento a ser ensayado deber ser marcado con una lnea transversal.
La rueda dual externa deber ser colocada sobre el punto seleccionado quedando ste ubicado entre ambas llantas.
Se coloca la regla sobre el pavimento, detrs del camin perpendicularmente al eje de carga de modo que la punta de prueba
coincida con el punto de ensayo y la regla no roce contra las cubiertas de la
rueda dual.
Se retira la traba de la regla y la base se ajusta por medio del tornillo trasero de modo tal que el brazo de medicin quede en contacto con el vstago del
dial.
El flexmetro se ajusta de modo tal que el vstago tenga un recorrido libre comprendido entre 4 y 6 mm. Se gira la esfera del flexmetro hasta que la
aguja quede en cero y se verifica la lectura golpeando suavemente con un
lpiz y poniendo en marcha el vibrador de la regla. Girar la esfera si es
necesario y repetir la operacin hasta obtener la posicin "0" (cero). El
ensayo comenzar cuando se compruebe que dicha lectura permanece
constante, asegurando el equilibrio del pavimento bajo carga. Se da por
estabilizada la deformacin producida por la carga cuando la lectura inicial
vara en 0.01 mm/minuta o menos.
Establecida la lectura inicial en cero, se hace avanzar suave y lentamente el camin hasta una distancia de 4 m. aproximadamente.
Para determinar la Deflexin Recuperable, se lee el flexmetro cada 60 segundos golpendolo suavemente con un lpiz. Cuando dos lecturas
sucesivas no difieren en mas de 0.01 mm. se da por finalizada la
recuperacin del pavimento (L).
Para determinar la Curva de Recuperacin Elasto-Retardada, se pone en marcha el cronmetro exactamente en el instante en que comienza a
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avanzar el camin y se lee el flexmetro a intervalos de 5 seg. registrndose
todas las lecturas hasta que dos lectura separadas por un lapso de 60 seg.
no difieran en ms de 0.01 mm. Cuando se cumple esta condicin, se da por
finalizada la recuperacin correspondiendo la ltima lectura de la Deflexin
Recuperable.
8.3.3 METODOLOGA DE ANLISIS
Se basan en el valor de la deflexin mxima y el tipo de curvatura que adopta la
superficie cargada, siendo sus resultados confiables a medida que exista una
base de comparacin en una gran gama de variedades de estructuras.
8.3.3.1 Clculo de las Deflexiones
El procedimiento para el clculo de las deflexiones es simple. Para el caso de la
deflexin mxima, se debe calcular la diferencia entre la lectura inicial y la lectura
final. Para el caso de la deflexin a 25 cm, se debe encontrar la diferencia entre la
lectura a 25 cm y la lectura final.
Para el ejemplo se tiene:
Deflexin mxima = (200 - 155) x 2 = 90 x 10-2 mm
Deflexin a 25cm = (188 -155) = 66 x 10-2 mm
Las diferencias se multiplican por 2, debido a que la relacin de brazos de' la Viga
Benkelman empleada es 1: 2.
a. Correccin de las Deflexiones por efecto de la Temperatura
Para medir la temperatura del pavimento se realiza un orificio (antes y
durante el ensayo) y se llena con agua. Una vez pasado el tiempo
necesario para que adquiera la temperatura del pavimento, se inserta el
termmetro y se lee la temperatura.
Para un pavimento dado, la magnitud de las deflexiones aumenta con un
incremento en la temperatura de la carpeta, atribuido a una menor rigidez
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de la mezcla. Para corregir la deflexin por efecto de la temperatura, se
aplica la siguiente frmula:
Dt
D20C = ----------------------------------------------
1 x 10 -3 (1 / cm C) x h x (t - 20C) + 1
Donde :
Dt = Deflexin recuperable, medida a la temperatura t C en
centsimas de mm.
D20 = Deflexin recuperable, medida a la temperatura estndar (20 C).
h = Espesor de la carpeta asfltica en cm. medido en el borde del
pavimento.
t = temperatura de la carpeta asfltica al momento de ejecutarse el ensayo.
b. Correccin de las Deflexiones por Estacionalidad
La capacidad de deformacin de los suelos esta influenciada por el grado de saturacin que experimentan, por lo tanto, es deseable que la medicin
de deflexiones se realice durante la estacin de lluvias, durante la cul los
suelos se encuentran en la situacin ms crtica. De no ser as, se debe
efectuar la correccin de las medidas a fin de tomar en cuenta dicho
aspecto. Para fines prcticos se propone el uso de los siguientes factores
de correccin, considerando el tipo de suelo de subrasante y la poca en
que se realizaron los ensayos.
ESTACION ESTACION TIPO DE SUELO DE SUBRASANTE
LLUVIOSA SECA
Arenosa-permeable 1.0 1.1 a 1.3
Arcillosa-sensible al agua 1.0 1.2 a 1.4
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8.3.3.2 Anlisis de la capacidad estructural
a. Determinacin del Radio de Curvatura
El grado de curvatura de la lnea elstica de Deflexin es una caracterstica
de fundamental importancia, que determina la magnitud de la deformacin
lineal por traccin que sufren las capas elsticas al flexionar bajo las
cargas, y en consecuencia, en el desarrollo del fisuramiento en forma de
piel de cocodrilo.
El radio de curvatura queda definido por la siguiente relacin, en la cual se
considera que la lnea de Deflexin se aproxima a una parbola hasta una
distancia al carga, para sufrir luego una
inflexin y horizontal, la curvatura de la
parbola qu
curvatura s
dicho punto
Donde:
R = R
Do =
centsimas
D25 =
centsimas
10 = Coef
Siguiendo l
deflexiones
deflectogram
determinar
con una con
Estudio Definitivogo mayor de 25 cm del eje de
tender asintticamente hacia la eda definida por su parmetro, que en la zona de mxima
e confunde practicante con el radio del circulo osculador en
.
R = 10*(25) = 6250
2(Do-D25) 2(Do-D25)
adio de Curvatura en metros
Deflexin recuperable en el eje vertical de la carga, en
de milmetros
Deflexin recuperable en el eje vertical de la carga, en
de milmetros, a 25 del eje de carga
iciente por cambio de unidades
a metodologa de CONREVIAL se determin los valores de
corregidos por temperatura y estacionalidad, se elabor el
a y se analiz a fin de definir sectores homogneos y
valores representativos en base a la deflexin caracterstica
fiabilidad de 95%.
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Adicionalmente se determin el radio de curvatura, que expresa el grado
de curvatura de la lnea elstica de deflexin, es una caracterstica de
fundamental importancia que determina la magnitud de la deformacin
lineal por traccin que sufren las capas asflticas al flexionar bajo carga y
en consecuencia en el desarrollo del fisuramiento en forma de piel de
cocodrilo.
Los trabajos de campo se complementaron mediante ensayos destructivos,
consistentes en la extraccin de testigos de pavimentos, de modo que con
ellos se pueden efectuar mediciones de espesores de las distintas capas
del pavimento y de la subrasante y realizar ensayos de densidad. La
determinacin de los puntos donde se ejecutaron las calicatas estuvieron
relacionados con los resultados de la evaluacin deflectomtrica.
Se han efectuado un anlisis estadstico por sectores de comportamiento
homogneo con la finalidad de determinar la Deflexin Caracterstica, la
Deflexin Admisible, la Deflexin Promedio y si requiere un aporte
estructural o no.
b. Deflectograma
La introduccin y generalizacin de las medidas de deflexiones ha
permitido un aporte de inters en el campo de la mecnica de calzadas al
revelar la desuniformidad de su capacidad estructural, an en aquellas
consideradas como correctamente proyectadas y construidas, lo que obliga
a su estudio con criterio probabilstico.
Una primera desuniformidad, en el sentido transversal se revela en
muchos casos por las mayores deflexiones de la huella externa con
respecto a la interna de un mismo carril, atribuidas principalmente a una
reduccin del confinamiento lateral asociada a la terminacin del
pavimento, y a condiciones ms adversas de suelo, principalmente en lo
que hace a su contenido de humedad y grado de densificacin.
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Por este motivo, las determinaciones se han conducido en la huella
externa del carril considerado crtico a una distancia del borde variable en
funcin del ancho de la calzada, segn las recomendaciones indicadas en
la norma de ensayo ya citada.
La desuniformidad en el sentido longitudinal se revela en la gran dispersin
de valores individuales, an para determinaciones muy prximas entre s
(por ejemplo 20m), debido a la variabilidad de las propiedades de los
materiales y del proceso constructivo.
Dado que para interpretar los resultados no se puede considerar los
valores individuales, surge la necesidad de establecer una deflexin que
represente adecuadamente cada seccin o tramo de pavimento, y, por
ende, de una evaluacin estadstica.
Con este propsito los resultados obtenidos se vuelcan en un
Deflectograma donde se grafica los resultados obtenidos en campo,
permitiendo una visin global del conjunto de datos obtenidos.
El Deflectograma constituye un elemento fundamental para el anlisis de la
variabilidad de la capacidad estructural. En este sentido cabe destacar que
el principal objetivo de la medicin de deflexiones radica en poder
diferenciar secciones de distinta capacidad estructural en un mismo tramo.
Por lo tanto, es en base al deflectograma que se procede a:
Diferenciar secciones de distinta capacidad estructural y/o comportamiento considerando deflexiones, fallas observadas y
estructura del pavimento, las que son posteriormente procesadas
estadsticamente.
Eliminar valores extremos aislados, no representativos y que distorsionan los resultados.
Obtenidos los parmetros estadsticos, ubicar las perforaciones requeridas para interpretar los resultados, en zonas representativas de
buen y mal comportamiento.
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Delimitar secciones en las que se requiere intensificar los estudios o realizar estudios especiales.
El deflectograma es empleado para juzgar la capacidad portante del
pavimento, cuando se dispone de los resultados de todos los estudios
llevados a cabo.
8.3.3.3 Anlisis estadstico de los resultados
Los estudios de deflexiones recuperables han demostrado que las deflexiones
medidas en una seccin de pavimento, presentan una distribucin de frecuencias
que se asemejan a una distribucin normal.
Por ende, a partir de las deflexiones individuales, asumiendo que se hallan
distribuidas de acuerdo a la ley de Gauss se han determinado la deflexin media
(), el desvo cuadrtico medio o desviacin standard () y el coeficiente de variacin (CV), usando las siguientes expresiones; donde n es el nmero de
determinaciones:
n
DD
N
I I == 1
Dado que la desviacin estndar aumenta con un incremento de las deflexiones, y
mayores deflexiones estn asociadas a pavimentos ms dbiles, puede concluirse
que estos son en general ms variables, y que la deflexin de diseo, cuando se
utiliza en algn mtodo para el clculo del refuerzo, debe basarse tanto en la
deflexin media como en la dispersin.
Para diseo se emplea la deflexin caracterstica, valor que representa mejor a
una determinada seccin; siguiendo el criterio adoptado normalmente en anlisis
estadstico, se puede establecer como deflexin caracterstica el valor:
Dc = + t
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Donde:
Dc = Deflexin Caracterstica
= Deflexin promedio de los valores individuales de Do corregidos por
temperatura y estacionalidad
t = Coeficiente que representa al porcentaje del rea total con probabilidad
de presentar deflexiones superiores a la deflexin caracterstica Dc
= Desviacin Estndar
Considerando que cada deflexin media representa una cierta extensin o rea de
pavimento, cada valor de t corresponder a un porcentaje del rea total con
probabilidad de presentar deflexiones superiores a las caractersticas Dc
correspondiente.
En la tabla siguiente se indican los valores ms frecuentes:
VALOR DISEO %
DEFLEXIN CARACTERISTICA
Dc
EXTENSION DEL PAVIMENTO CON D>Dc
(%)
50 50
75 + 0.674 25 85 + 15 90 + 1.3 10 95 +1.645 5 98 + 2 2 99 + 2.33 1
99.9 + 3 0.1
En el caso del diseo de un refuerzo, el espesor deber ser tal que solo una
pequea rea resulte infradiseada. La eleccin del valor de t es una decisin
tcnico econmica que depender del nmero de determinaciones, del grado
de confiabilidad, de la relacin entre costos de mantenimiento y de rehabilitacin,
de la variabilidad de capacidad estructural o constructiva, del trfico, ubicacin e
importancia de la carretera, etc.
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En el presente estudio se ha adoptado como deflexin caracterstica aquella que
corresponde al 95%, es decir la que es superada solo por el 5% de las
determinaciones ( +1.645 ), coincidente con lo sugerido por Ruiz en Argentina.
8.3.4 ANLISIS DE LOS RESULTADOS DE LA EVALUACIN DE LAS
DEFLEXIONES
Los resultados obtenidos de las mediciones de deflexiones se muestran en el
Deflectograma adjunto, diferencindose los valores del carril izquierdo como del
carril derecho, asimismo los Resultados de Ensayos de Deflexiones se muestran
en el Cuadro N1 del Volumen N 1 Anexo V.
Se realiz un procesamiento estadstico de la informacin deflectomtrica,
obtenindose una primera sectorizacin compuesto por 7 sectores, cuyos
valores de deflexin promedio, desviacin estndar, desviacin caracterstica y
coeficiente de variacin para cada uno de ellos, se muestra a continuacin en el
Cuadro N 8.3.4.a
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8.4 EVALUACIN INTEGRAL DEL PAVIMENTO EXISTENTE
Luego de efectuada la evaluacin superficial del pavimento mediante el anlisis
de su condicin (PCI), la evaluacin de la rugosidad mediante el anlisis de su
IRI, y finalmente la evaluacin estructural mediante el anlisis de las deflexiones,
se procedi a efectuar los ensayos destructivos en los sectores que mostraron
baja capacidad estructural.
El anlisis e integracin de estos requerimientos permiti formular una
sectorizacin que contemple y considere estos estudios previos. El objetivo
finalmente a alcanzar consiste en la divisin del tramo carretero en sectores de
condiciones homogneas en los cuales se pueda plantear soluciones que cubran
sus requerimientos de resistencia para el nuevo periodo de diseo previsto.
As, finalmente se pudo obtener cuatro sectores representativos de la condicin
funcional y estructural de la carretera, a partir del cual se pueda plantear las
soluciones de la estructura del pavimento.
La sectorizacin final se muestra en el cuadro No 8.4.a siguiente.
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8.1 INTRODUCCINEn este captulo se realizar la evaluacin funcional y estrPara tal efecto, el procedimiento a seguir se efectuar en tLa primera consistir en la evaluacin funcional del pavimenEl trabajo concluir con la sectorizacin en base a la respuPara la siguiente etapa, que corresponde a la evaluacin estEl trabajo concluir con la sectorizacin en base a la respuEn base a los resultados anteriormente sealados, la terceraSe concluye en esta etapa con la divisin del tramo carreterEVALUACIN FUNCIONAL DEL PAVIMENTO8.3 EVALUACIN ESTRUCTURAL DEL PAVIMENTO8.3.2 PROCEDIMIENTO DE MEDICIN8.3.3 METODOLOGA DE ANLISISa. Correccin de las Deflexiones por efecto de la Temperatur
h = Espesor de la carpeta asfltica en cm. medido en el borb. Correccin de las Deflexiones por Estacionalidada. Determinacin del Radio de Curvaturab. Deflectograma8.3.4 ANLISIS DE LOS RESULTADOS DE LA EVALUACIN DE LAS DEF
8.4 EVALUACIN INTEGRAL DEL PAVIMENTO EXISTENTE