mantenimiento y conservación de pavimentos_uni_mag_2016 (1)

8/17/2019 Mantenimiento y Conservación de Pavimentos_uni_mag_2016 (1)

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MANTENIMIENTO Y CONSERVACIÓ

DE PAVIMENTOS

Programa de Ingeniería Civil

2 16

JUAN PABLO NIETO

I N G C I V IL , E sp , MS


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MANTENIMIENTO Y CONSERVACIÓN

PAVIMENTOS

Contenido:1. Aspectos Generales de la Conservación de carreteras

2. Estructuras flexibles, tipos y causas de fallas

3. Procedimiento para la conservación y reparación de estructuras flexibles

4. Estructuras rígidas, tipos y causas de fallas

5. Procedimiento para la conservación y reparación de estructuras rígidas


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MANTENIMIENTO Y CONSERVACIÓN

PAVIMENTOS

1. Aspectos Generales de la Conservación de carreterasCiclo de vida de los pavimentos

◦ Costo/beneficio

◦ Índices de estado

Conservación – conceptos◦ Definición

◦ Mantenimiento◦ Rehabilitación

◦ Reconstrucción


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MANTENIMIENTO Y CONSERVACIÓN DE PAVIMENTOS

1. Aspectos Generales de la Conservación de carreteras

“

Se dice que diseñar

un pavimento earte

; el arte de utilizar materiales qu

conocemos completamente, en formas

no

podemos

analizar

con

precisión,

par

soporten cargas que

no

sabemos

prede tal forma que nadie

sospeche nuignorancia“ Paul Garnica Anguas


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Sistemasdeficientes

Recursoslimitados

Aumento dedemanda

Cambio deexpectativade los

usuarios

INFRAESSOS


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¿Qué es un pavimento?

Estructuras multicapas diseñadas para soportar el paso repetido delas cargas generadas por el paso de vehículos comerciales y loscambios en las condiciones ambientales durante un periodo dediseño que varia entre 15 y 40 años.

Estructura que separa las llantas de los vehículosdel suelo de subrasante. La base sobre la cualreposa la estructura también puede ser deconcreto estructural o la plataforma de acero deun puente (Croney, 1998).


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Es una estructura multicapa diseñada para resistir solicitaciony clima durante el período de diseño.

Se encuentra constituida por:

A. Cimentación: Subrasante

B. Capas Estructurales:

Granulares: bases, subbases, afirmados

Materiales mejorados o estabilizados: bases, subbases

Concretos: hidráulicos, asfálticos

DEFINICIÓN DE PAVIMENTO


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PROPOSITO DE LOS PAVIMENTOSA. Mecánicos o Estructurales:

B. Funcionales:

Generar una superficie de rodadura

Cómoda

Segura

Objetivo:

Facilitar la movilidad de bienes y personas.

Aspecto fundamental para el desarrollo del país - c


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CARACTERISTICAS DE LOS PAVIMENTOS

Resistir la acción (carga) del tráfico

Resistir los agentes climáticos

Proveer seguridad vial: horizontalidad necesaria para

de diseño de la vía

Ser durable

Trabajar armónicamente con las obras complementa

Ser económicos


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Análisis Preliminares (Factibilidad y Pre – Factibilidad

Diseño

Construcción

Operación

Conservación

CICLO DE VIDA DE UNA ESTRUCTURA DE PAVIMENTO


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Malo

Muy bueno

Fase BFase C

Fase

Muymalo

C1 C2

Años desde la construcción de la vía

0 13 15 18

Bueno

Regular


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Bueno

Regular

Pobre

Malo

Mantenimiento periódico

Sin mantenimiento

Rehabilitación


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Una inversión es más costosa en cuanto másdemore en hacerse

SI mínimo aceptable

Alternativa B

TU

Período útil para la alternativa A

Td

Período de diseño deseado

Í N D I C E

D E

S E R V I C I A B I L I D A D , S I

TIEMPO O TRÁNSITO ACUMULADO

SIo

Alternativa C

Alternativa A


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Índices de estado

Análisis de parámetros que afectan el desempeño del pavimento en operación.

Parámetros asociados a:

1. Seguridad vial2. Funcionalidad (eficiencia)

3. Capacidad estructural (eficacia)

4. Durabilidad


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Índices de estado

¿Cómo se hace?

Definición de Índices:

◦ Índice de fallas

◦ Índice de deterioro

◦ Índice estructural

◦ Índice funcional

◦ Índice de estado


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Índices de estado

Medida cuantitativa o cualitativa de la condición de un pavimento en un sitio determinado (setiempo específico (edad)

Permite tener una visión global del pavimento. Combinando según el caso los parámetros


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Índices de estado

CUALITATIVA:

Se trata de la realización de una inspección visual simple, calificando el estado de labueno, bueno, regular, malo o muy malo, lo cual se determina por la sensación que exel inspector al recorrer la vía a la velocidad de operación normal de un vehículo motor


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Índices de estado

CUANTITATIVA:

Inspección visual detallada siguiendo normas técnicas claramente establecidas. En suen general hay que realizar mediciones y observaciones con equipo básico, excerelativo al índice de rugosidad y el Coeficiente de fricción.


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SUPERFICIALES •Fallas

FUNCIONALES•Regularidad

ESTRUCTURALES•SN… P A

R Á M E T R O S


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Procedimiento para evaluar de manera cuantitativa ycualitativa el estado físico en que se encuentran algunosde los elementos constitutivos de una carretera, haciendoénfasis en el conjunto de aquellos que inciden en las

condiciones de funcionabilidad de la vía, que pueden llegara reflejar la comodidad y seguridad del usuario y/o el nivelde aceptación, sin que esto se constituya en una medidade la condición estructural de la vía.

Índices de estado – Evaluación de datos-


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Índices de estado – Evaluación de datos-

El Índice de Estado (I.E.) es un valor numérico, qoscila entre 0 y 5, por medio del cual se valosimultáneamente la capacidad estructural de u

calzada pavimentada y el nivel de servicio que ellsus zonas adyacentes prestan a los usuarios decarretera.


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GESTION DE INFRAESTRUCTURA

Infraestructura:

EléctricaComunicacionesSaneamiento

EducativaTransporte


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“Un Sistema de Gestión de Pavimentos consiste en un pr

sistemático que provee, analiza y resume información

relacionada con pavimentos de manera que pueda ser

utilizada en la selección e implementación de programasconstrucción, rehabilitación y mantenimiento de pavime

económicamente efectivos”Adaptado de “A Guide for Local Agency Pavement Managers y Pavement Management Roadmap – Executive Summ


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Niveles de gestión: Asociados a la toma de decisiones y a la calidad de la información

Niveles de gestión, Adoptado deSistemas de gestión de infraestructura- Gerardo W. F


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Figura 5: Flujo de Información en un SGPU

Fuente: Elaboración Propia

Flujo de información


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Análisis deinformación

Figura 6: Análisis de información para un SGPU

Fuente: Elaboración propia


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TOMA DE DECISIONES

Figura 11: Uso de los recursos destinados para conservación vial

Tomado de Road Network Management, UN-Eclac


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TOMA DE DECISIONES

• Matriz: Basado en elementos de tránsito, como congestión y capacidad.• Índice de condición: Basado en la calificación relativa del estado superficial del• Beneficio- costo: Método en el cual se establece como prioritaria la vía con ma

sobre el costo, este método favorece los pavimentos en peor condición.• Costo – eficacia: Esta relacionado con el anterior, sin embargo tiene en cuenta

de la estrategia y la efectividad en función del tiempo, no necesariamente favorpavimentos más deteriorados.

• Procedimiento de máximo beneficio: Busca la optimización de los métodos, apmaximice los beneficios.


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Priorización yestrategias deintervención

• Registros históricos, que contengan tipo de intervenciones, periodicidad deinversiones asociadas.

• Identificación de necesidades en función del déficit de cobertura de la red,del pavimento y de la población beneficiada.

• Evaluación económica de las necesidades en función de los recursos disponproyectados, planteando escenarios de intervención.

PRIORIZAR:


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No Intervenir: El pavimento está en muy buen estado y aun requiriendo actividades de madecide no intervenir.

Actividades de mantenimiento (rutinario y periódico).

Acción diferida o acciones que garantizan la movilidad: Actividades imprevistas, puede se

acción de emergencia.

Rehabilitación: Es generar en la estructura de pavimento un nuevo ciclo vida, mejorando ssuperficial. Incluye actividades de refuerzo con sobre carpetas o remplazos de capas estrucconvencionales o de reciclado.

Reconstrucción: Es el remplazo total de la estructura de pavimento y da inicio a una nueva ciclo de vida.

ESTRATEGIAS:


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ESTRATEGIAS:

Figura 12: Estrategias de intervención, Adaptado de “Sistemas de gestión de Infraestructura”, W.

Flintsch y Alejandra Medina

Rutinario

Periódico

Tiempo


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CONSERVACIÓN

Conservación: Actividades que se ejecutan sobre una estructura de pavimento y quepueden ser orientadas a garantizar ya sea que se cumpla en período de vida útil o aampliar un nuevo período. En el primer caso hablamos de mantenimiento que puedeser rutinario o periódico y en el segundo de rehabilitación o reconstrucción.Instituto de Desarrollo Urbano, Bogotá

Mantenimiento vial: Son todas aquellas acciones que se a

de que un elemento de la infraestructura vial, alcance su ppueden ser intervenciones de bajo impacto y superficiales qtiempo constantemente, en cuyo caso se habla de manteentre tanto si a estas actividades se les adiciona intervenprogramadas, se habla de mantenimiento periódico.


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Estado de la red vial Nacional


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2. Estructuras flexibles

Pavimentos flexibles

Capas de material granularcompactado con una superficie

bituminosa

Pavimentos deconcreto asfáltico


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2. Estructuras flexiblesTipo de

PavimentoUso Normal Caract

FlexibleTodo tipo de Tránsito

Cierta tolerancia asoportes Inestables

Mayores DeMenor ca

distribució

RígidoTodo tipo de tránsito

Requiere de unsoporte muy estable

Poca DefMayor Dis

ca

Adoquinado

Bajo Tránsito

Se puede usar en zonasInestables

Fácil dey Re

InvertidoSe aplica cuando

hay suelos blandosPocas def

En AfirmadoVías de bajo nivel o

Vías de alto tránsito endesarrollo

Económicosrequieremante


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Subrasante: Protección del suelo – Disipador de esfuerzos

Subbase: Economía – Capa de Transición – Disminución dedeformaciones – Resistencia – Drenaje

Base granular: Resistencia – Función económica

Carpeta: Superficie de Rodamiento – Impermeabilidad – Re

Función de las capas


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Función de las capas, Tipología deestructuras flexibles


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Deterioros de los pavimentos flexibles

Las causas de las deficiencias de la red vial incluye, entre otros:

• Problemas de estabilidad de la subrasante.

• Deficiencias en los sistemas de drenaje.

• Deficiencias en los procedimientos de diseño.

• Deficiencias en los métodos constructivos y de control de calidad.

• Otros problemas.

• Ausencia de mantenimiento (o mantenimiento limitado y poco oportuno)

• Deficiencias en la calidad general de los materiales básicosempleados en pavimentos.


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Existen factores externos difíciles de controlar que afectan significativbuen desempeño de los pavimentos.

Los casos más comunes:

•Condiciones climáticas adversas e inusuales.

•Desfavorables condiciones geotécnicas (fallas geotécnicas, movimientos etc).

•Combinación de las anteriores (ejemplo: falla en la circunvalar en el parqnacional durante periodo de lluvias en Diciembre de 2010, falla completa de acceso a Barrancabermeja Diciembre 2010)


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DETERIORO

Diseño

Construcción

Operación

ORIGEN:


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SUPERFICIAL

ESTRUCTURAL

FUNCIONAL

SEGURIDAD

EFECTOS:


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Ejemplo: fallasgeotécnicas caso

Cúcuta

Tomado de: Notas de clase In . Silvia Caro



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Ejemplo: fallasgeotécnicas caso

Cúcuta

Tomado de: Notas de clase In . Silvia Caro



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Fisuras

Perdida de Material

Deformaciones

Agregados

Asfalto



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2. Estructuras flexiblesDescripción de la falla

PeladurasExudación de asfalto

Baches descubiertos

Desintegración de bordes

Hundimiento

Ahuellamiento

Corrugaciones y desplazamientosFisuramiento longitudinal

Fisuramiento transversal

Fisuramiento de borde

Fisuramiento en bloque

Fisuramiento piel de cocodrilo

Fisuramiento por reflexión de juntas



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2. Estructuras flexiblesFisuras

Longitudinales ytransversales

Piel de cocodrilo

En Bloque



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2. Estructuras flexiblesDeformaciones

Hundimiento

Ahuellamiento

Corruga



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Huecos



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Huecos



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TIPOS DE INTERVENCIÓN:

Mantenimiento:

1. Rutinario: Se define como el conjunto de actividades tendientes a lograr el cumplimivida útil de la estructura, constituyéndose en una práctica preventiva.

2. Periódico:Se define como el conjunto de actividades ejecutadas a nivel superficial y ncomprometen masivamente las capas inferiores de la estructura del pavimento, tendlograr que se alcance el período de diseño o vida útil, conservando su condición de sconstituyéndose así en una práctica preventiva o correctiva.



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Mantenimiento rutinario:

Limpiezasumideros ycunetas

Sello de fisury juntas



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Mantenimiento periódico:

Parcheo y bacheo

Capas no estructurales



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Actividades de obra de mantenimiento:

• Sellos• Parcheo• Bacheo• Tratamientos superficiales• Sobre carpetas (recarpeteo) No estuctural



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• Sellos



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• Sellos



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• SellosSello de fisuras: Ruteadora



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Parcheo



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Parcheo



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Parcheo



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Parcheo



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• Tratamientos superficiales



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• Tratamientos superficiales riegos



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• Sobre carpetas (recarpeteo) No estructural



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3. Estructuras Rígidas

Pavimentos rígidos

Losa de concreto que descansasobre una cama de material

granular (base granular) u otromaterial*.

Pavimentos deconcreto – cemento

Portland



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Tipo dePavimento

Uso Normal Caract

FlexibleTodo tipo de Tránsito

Cierta tolerancia asoportes Inestables

Mayores DeMenor ca

distribució

RígidoTodo tipo de tránsito

Requiere de unsoporte muy estable

Poca DefMayor Dis

ca

AdoquinadoBajo Tránsito

Se puede usar en zonasInestables

Fácil de

y Re

InvertidoSe aplica cuando

hay suelos blandosPocas def

En AfirmadoVías de bajo nivel o

Vías de alto tránsito endesarrollo

Económicosrequieremante




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Variables1. Periodo de análisis

2. Selección de la tasa de descuento

3. Costo inicial

4. Estimación costos futuros (conservación)

5. Comparación de alternativas (3+4)

TOMA DE DECISIONES




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Variables1. Periodo de análisis

Se puede comparar una estructura flexible vs una rígida?

Existe relación directa de los diseños (espesores)?




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Variables

2. Selección de la tasa de descuento

Tasa de variación en el tiempo del valor del dinero, considerando:

Costo de oportunidad (tasa de interés de la inversión)

Inflación




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Variables

5. Evaluación de alternativas

Considera los costos iniciales y los futuros o asociados a la operación yconservación.

Considerar efectos asociados a los costos de los usuarios (tiempo deviajes, demoras, costos ambientales)

Costos de la agencia


Patología en pavimentos rígidos


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Fallas

◦ Topología de fallas

◦ Causa

◦ Efecto

P t l í i t í id


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Patología en pavimentos rígidosFallas

◦ Tipología de fallas

•Grietas

•Escalonamiento

•Sub división de la losa

•Desintegración

•Fallas en las juntas



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◦ Topología de fallas / PCI

Fisuras

Subdivisiones

Otras

TIPO DE FALLA

Grieta de Esquina

Grieta de Durabilidad “D”

Grietas Lineales

Grietas de Retracción

Desconchamiento / Mapa de Grietas / Craquelado

Descascaramiento de Esquina

Descascaramiento de Junta

Losa DivididaParcheo grande

Pulimento de Agregados

Bombeo

Cruce de Vía Férrea

Escalonamiento

Sello de Junta


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◦ Grietas

Tracción

Compresión

CALIENTE

FRIO

Compresión

Tracción

FISURA

Tracción

Compresión

FISURACompresión

Tracción CALIENTE

FRIO

Fuente: ICPC



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◦ Grietas, Tipología

Longitudinales

Transversales

Diagonales



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Discontinuidades en la placa de concreto con direcciógeneralmente paralela al eje de la vía, pueden ubicarscerca de los bordes de la vía o cerca al centro del carr

Longitudinal



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Junta

Transv.

Tránsito

A B C D

Ancho dedeterioro

Ancho dedeterioro

Losa

Berma

CLJunta Longitudinal

JuntaTransv. C

D

A

B



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Transversal

Discontinuidades en la placa de concreto con direcciógeneralmente perpendicular al eje de la vía, puedeubicarse cerca de las juntas transversalesaproximadamente equidistantes de ellas.



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C DJunta

Transv.

Tránsito

A B C D

Ancho dedeterioro

Losa

Berma

CL

Junta Longitudinal

JuntaTransv.

A B

Ancho dedeterioro



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De esquina

Discontinuidad en la placa de concreto, que forma un ánguagudo con la dirección del eje de la vía, formando triángulocon los bordes y las juntas o grietas (estos triángulos tiene0,45 m de lado o menos).



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Junta

Transv.

TránsitoLosa

Berma


Junta

Transv.

45ºLínea central losa



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◦ Grietas, Origen

Grietas

Construcción

Fraguado

Corte de laslosas

Operación

Cambiostérmicos

Cargas

Perdida desoporte

Confinamientolateral

PATOLOGÍA EN PAVIMENTOS RÍGIDOS


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ESCALONAMIENTO

Definición

Es la diferencia de nivel entre los bordes de una julongitudinal o transversal, esto equivale a un “salto” derasante vial entre las dos placas de una junta.

Es causado por la perdida de finos bajo una losa y perdde soporte en al zona de las juntas

Causa

DESARROLLO DEL ESCALONAMIENTO


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Carga en de alejam

Movimiento rápido del agua

Inercia

ImpulsiónSucción

Depósito de sólidos Base erosi

Escalonam

Carga en losa deaproximación

Movimiento lento del agua

Agua

Temperatura + Humedad + Alabeo de Construcción

ESCALONAMIENTO


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En juntas

En grietas

ESCALONAMIENTO EN JUNTAS


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ESCALONAMIENTO EN JUNTAS


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Tránsito

Losa

Berma


Junta Transversa

Constructiva

A B

Transv.

Junta

Escalonamiento(negativo)

Escalonamiento(positivo)

A B

Escalonamiento de grietas:Ocurre como una fase avanzada deldeterioro del pavimento agrietado.



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g p g

Espesor losa

Pasa

Material de base erosionado

Fenómeno de erosión “Bombeo”



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g p gFenómeno de erosión “Bombeo”

Evaluación de materiales para base depavimentos rígidos



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g p gFallas en las juntas

Astillado de las losas

Rotura del concreto en la arista que forma el borde de una junta transverlongitudinal

Berma

Tránsito

Transv.Junta

Baja Sev.:

1,8 m

Alta Sev.:1,5 m

Baja Sev.:

2,0 m Moderada Sev.:

2,5 m

A B

C D

A B

Deteriorado Ancho

Junta

C D

< 0,6 m

JuntaGrieta

Transv.

Junta

Transv.Junta



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g p gFallas en las juntas

Astillado de las losas y deficiencias de sello

ASTILLADO DE JUNTASCausas


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◦ Presencia de materiales incompresibles

◦ Desintegración del concreto bajo altos niveles decarga del trafico

◦ Consolidación inapropiada del concreto en la junta◦ Diseño o construcción inadecuada del sistema de

transferencia de carga (dovelas)

ASTILLADOS (OTROS)

D b d


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• Rotura del concreto en la arista que forman lo

bordes de las placas

• Semejante a la que se presenta en las juntas

pero este caso ocurre en los bordes de lasgrietas existentes

De borde

De grietas

Deficiencia del sello

C


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• Cortes mal ejecutados•

Material inadecuado• Falta de mantenimiento

CAUSAS

Patología en pavimentos rígidosL bdi idid


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Losas subdivididas

Patología en pavimentos rígidosL b di idid


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Losas sub divididas

Fraccionamiento de la losa en varias partes con fisuras que atraviesan el espeso

la losa, formando divisiones completas de la losa original

Patología en pavimentos rígidosLosas sub divididas


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Losas sub divididas

Se originan por:

Evolución del fisuramiento

Fatiga del material

Perdida de soporte

Patología en pavimentos rígidosEFECTO DE LAS FALLAS EN LOSAS


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EFECTO DE LAS FALLAS EN LOSAS

Asociados a la estructura y funcionalidad del pavimento

Asociados a la seguridad vial

Asociados a las intervenciones de conservación

Asociados a la economía y sociedad

EFECTOS estructura y funcionalida

El pavimento tiene dos funciones


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El pavimento tiene dos funcionesprincipales

◦ Estructural: capacidad para distribuir las cargas.◦ Operacional: dar comodidad, seguridad, limpieza y rodadura suave a lo

usuarios.

GRIETAS

Estructural O i l


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Estructural Operacional

–

Si se abren, pierdencapacidad de transferir carga.

– La infiltración de aguapuede ablandar el

soporte.

–

Normalmenteafecta la estédel pavimento

ESCALONAMIENTO

Estructural O i l


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–

Implica pérdida desoporte, que causaincremento en losesfuerzos y fatigaprecoz.

–

La rodadura se tincómoda.

ASTILLADURAS

Estructural O i l


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Estructural Operacional – Ninguno a corto

plazo. – Puede llegar a

penetrar agua. – Desencadena

escalonamientofuturo

–

Normalmente na – Genera “ruido” eevaluación del IR

DESCASCARAMIENTOS SUPERFICIALES



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–

Se afecta por que eldescascaramientodisminuye el espesorefectivo.

–

Rodadura incomy puede llegar aresbaladiza.

– Perdida de textu

CAUSAS DE FALLA1. Esfuerzos mayores que los previstos


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2. Calidad deficiente del concreto

3. Calidad deficiente de la subbase

4. Mal curado del concreto

5. Junta transversal muy espaciada

6. Junta longitudinal defectuosa o inexistente

CAUSAS DE FALLA7. Mecanismo de transferencia de carga deficiente


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8. Bombeo

9. Sellado deficiente de juntas o grietas10. Apoyo deficiente (terraplén o brechas mal compactadas)

CAUSAS PROBABLES DE FALLA


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Grietas longitudinales◦ Junta longitudinal dectuosa o inexistente.

◦ Apoyo deficiente (bordes de terraplén o brechas mal compactada


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CAUSAS PROBABLES DE FALLA

Grietas transversales


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Grietas transversales◦ Calidad deficiente del concreto.

◦ Bombeo.

◦ Apoyo deficiente (bordes de terraplén o brechas mal compactadas).

CAUSAS PROBABLES DE FALLAGrietas diagonales

E f l i t


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◦ Esfuerzos mayores que los previstos.

◦ Calidad deficiente del concreto.

◦ Mal curado del concreto.

◦ Bombeo.

CAUSAS PROBABLES DE FALLAEscalonamiento en juntas


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◦ Mecanismo de transferencia de carga deficiente.

◦ Bombeo.

◦ Calidad deficiente de la subbase.

CAUSAS PROBABLES DE FALLAEscalonamiento en grietas


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◦ Mecanismo de transferencia de carga deficiente.

◦ Bombeo.

◦ Calidad deficiente de la subbase.

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