sello superficial de alta fricción

i

UNIVERSIDAD CENTRAL DE CHILE

FACULTAD DE INGENIERÍA

ESCUELA DE OBRAS CIVILES Y CONSTRUCCIÓN






















MEMORIA PARA OPTAR AL TÍTULO DE:

INGENIERO CIVIL EN OBRAS CIVILES

Profesor Guía: José Alejandro Torres Flores.

Profesores Informantes: Juan Antonio Cea Chacón

Silvana Frontier Frontier

Autores:

MUNIR EDUARDO OLGUÍN MAJLUF - SERGIO ANDRÉS REYES MADRID

“ANÁLISIS COMPARATIVO DE LAS DISTRIBUCIONES DE CARGAS DE

TRÁFICO ENTRE PAVIMENTOS CON CARPETA DE RODADURA LIBRE

DE SELLO SUPERFICIAL Y PAVIMENTOS CON LA APLICACIÓN DE

SELLO SUPERFICIAL DE ALTA FRICCIÓN”.

2014

SANTIAGO - CHILE

ii

DEDICATORIA.

iii

AGRADECIMIENTOS.

iv

ÍNDICE

CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN 1

1.1. RESEÑA 1

1.2. OBJETIVOS 3

1.3. HIPÓTESIS 4

1.4. ALCANCES Y LIMITACIONES 4

1.5. METODOLOGÍA 5

1.6. DIAGRAMA DE FLUJO. 7

1.7. PAVIMENTOS. 8

1.8. PAVIMENTOS RÍGIDOS. 9

1.9. PAVIMENTOS FLEXIBLES. 10

1.10. CAPAS QUE CONSTITUYEN UN PAVIMENTO FLEXIBLE 11

1.11. CONFIGURACIONES DE PAVIMENTOS PARA EL DISEÑO CON PROGRAMA BISAR 3.0 14

CAPÍTULO 2. SOLUCIONES SUPERFICIALES 17

2.1. INTRODUCCIÓN. 17

2.2. FUNCIONES DE LA SOLUCIÓN BÁSICA SUPERFICIAL 18

2.3. SOLUCIÓN BÁSICA CON ESTABILIZACIONES DE CAPAS GRANULARES 18

2.4. SOLUCIÓN BÁSICA CON CAPAS DE PROTECCIÓN. 20

2.5. SELLO SUPERFICIAL DE ALTA FRICCIÓN (SSAF) 21

2.6. BENEFICIOS DEL SSAF 51

2.7. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL SSAF. 53

CAPÍTULO 3. PROYECTOS DEL SSAF EN CHILE Y EN EL EXTRANJERO. 54

3.1. INTRODUCCIÓN 54

3.2. AUSTRALIA. 54

3.3. ESPAÑA 58

3.4. ESTADOS UNIDOS 62

3.5. NUEVA ZELANDA. 69

3.6. REINO UNIDO 72

3.7. CHILE 76

3.8. ANÁLISIS RESPECTO A LA SEGURIDAD DE LA CIRCULACIÓN VIAL 85

v

CAPÍTULO 4. DISEÑO DE PAVIMENTOS SEGÚN CRITERIOS DEL MANUAL DE

CARRETERAS. 99

4.1. INTRODUCCIÓN. 99

4.2. DISEÑO DE MEZCLA ASFÁLTICA DE ALTO MÓDULO Y CONCRETO ASFÁLTICO 100

4.3. DISEÑO DE TRATAMIENTO SUPERFICIAL DOBLE. 104

4.4. PARÁMETROS Y COEFICIENTES DE DISEÑOS 106

CAPÍTULO 5. MÉTODO SHELL , NEOZELANDÉS Y DISEÑO DE PAVIMENTOS

CON PROGRAMA BISAR 3.0. 112


5.2. TEORÍA DEL PROGRAMA BISAR 3.0 113

5.3. COMPAÑÍA SHELL. 114

5.4. PARÁMETROS Y CONSIDERACIONES EN EL DISEÑO CON PROGRAMA BISAR 3.0 115

5.5. DISEÑO CON PROGRAMA BISAR 3.0. 124

CAPÍTULO 6. ANALISIS DE RESULTADOS. 131


6.2. ANÁLISIS RESPECTO AL DISEÑO CON PROGRAMA BISAR 3.0 131

7. COMENTARIOS Y CONCLUSIONES 147

8. BIBLIOGRAFIA 153

ANEXOS. 158

A. TEORÍA PROGRAMA MULICAPA BISAR 3.0. 158

B. PRESCRIPCIONES TECNICAS DEL SSAF. 171

C. DATOS Y RESULTADOS OBTENIDOS EN PROGRAMA BISAR 3.0. 175

vi

ÍNDICE DE FIGURAS.

Figura 1.7-1: Ilustración de la respuesta estructural de un pavimento rígido y flexible .................8

Figura 1.8-1: Respuesta estructural y capas que componen un pavimento rígido. ......................9

Figura 1.9-1: Distribución de cargas en un pavimento flexible ................................................... 10

Figura 2.5-1: Fuerzas laterales que actúan cuando el vehículo atraviesa una curva. ............... 23

Figura 2.5-2: Diagrama vectorial de fuerza de fricción. .............................................................. 24

Figura 2.5-3: Representación de componentes de resistencia al deslizamiento ....................... 27

Figura 2.5-4: Fenómeno de hidroplaneo a distintas velocidades. .............................................. 29

Figura 2.5-5: Zonas de Contacto del neumático con el pavimento. ........................................... 29

Figura 2.5-6: Propiedad física del pavimento: Microtextura y Macrotextura .............................. 33

Figura 2.5-7: Variación gráfica de resistencia al deslizamiento respecto a velocidad ............... 34

Figura 2.6-1: Comparación de distancias de frenado entre pavimento con aplicación de Sello

Superficial y en ausencia de este. .............................................................................................. 51

Figura 3.4-1: Aplicaciones del SSAF en Estados Unidos. .......................................................... 63

Figura 3.4-2: Aplicación en Carretera Interestatal 77 Sur. ......................................................... 67

Figura 3.8-1: Relación entre el riesgo de accidentes y resistencia al deslizamiento ................. 89

Figura 3.8-2: Relación resistencia al deslizamiento vs. tasa de accidentes. .............................. 90

Figura 3.8-3: Relaciones entre fricción y ocurrencia de accidentes. .......................................... 91

Figura 3.8-4: Relación entre tasa de accidentes con pavimento mojado y coeficiente de fricción.

.................................................................................................................................................... 93

Figura 3.8-5: Relación entre el índice de accidentes con pavimento seco y mojado, y la

resistencia al deslizamiento medida con SCRIM. ....................................................................... 94

Figura 3.8-6: Relación entre la resistencia al deslizamiento, medida con SCRIM, y la tasa de

accidentes. .................................................................................................................................. 95

Figura 3.8-7: Distancia de frenado vs. velocidad de aplicación del freno para distintos valores

de coeficiente de fricción. ............................................................................................................ 98

Figura 4.4-1: Esquema pavimento Mezcla Asfáltica de Alto Módulo........................................ 108

Figura 4.4-2: Esquema pavimento Concreto Asfáltico. ............................................................ 109

Figura 4.4-3: Configuración estructural de un Tratamiento Superficial Doble. ......................... 111

Figura 5.4-1: Distribución de carga de diseño. ......................................................................... 123

Figura 5.4-2: Separación de neumáticos de E.S.R.D ............................................................... 124

Figura 5.5-1: Sistema de coordenadas y consideraciones para programa BISAR 3.0 ............ 125

Figura 6.2-1: Componentes de tensión bajo una carga en el eje de simetría. ......................... 159

Figura 6.2-2: Figura con sistema de n capas sujeto a una carga circular. ............................... 161

vii

ÍNDICE DE TABLAS.

Tabla 2.5-1: Clasificación de las irregularidades superficiales de un pavimento 31

Tabla 2.5-2: Equipos para Medición Macrotextura. 39

Tabla 2.5-3: Normativa territorio nacional para macrotextura y resistencia al deslizamiento. 40

Tabla 2.5-4: País, Normativa y Exigencias para la Vida en Servicio del SSAF. 41

Tabla 2.5-5: País, Normativa y Exigencias para el Pulimento Superficial del SSAF. 42

Tabla 2.5-6: País, Normativa y Exigencias para Adherencia al Acero del SSAF. 43

Tabla 2.5-7: País, Normativa y Exigencias para Abrasión del Árido del SSAF. 43

Tabla 2.5-8: País, Normativa y Exigencias para CRD. 44

Tabla 2.5-9: País, Normativa y Exigencias para CRT. 44

Tabla 2.5-10: País, Normativa y Exigencias para CRT. 45

Tabla 2.5-11: Resumen normativa, exigencias y prescripciones técnicas 49

Tabla 2.6-1: Probabilidad de fallecimiento de un peatón. 52

Tabla 2.7-1: Ventajas y desventajas SSAF. 53

Tabla 3.4-1: Referencia de Accidentes en Ruta 22. 65

Tabla 4.2-1: Nivel de confianza y valor del So 102

Tabla 4.2-2: Índice de Serviciabilidad 102

Tabla 4.2-3: Limitaciones a los espesores de las capas estructurales. 103

Tabla 4.4-1: Configuración pavimento de Mezcla Asfáltica de Alto Módulo. 108

Tabla 4.4-2: Configuración pavimento Concreto Asfáltico. 109

Tabla 4.4-3: Parámetros diseño Doble Tratamiento Superficial. 110

Tabla 4.4-4: Configuración pavimento del tipo Doble Tratamiento Superficial. 111

Tabla 5.4-1: Propiedades y tipo de Mezclas asfálticas para configuración Concreto Asfáltico.119

Tabla 5.4-2: Propiedades y tipo de Mezclas asfálticas para configuración de Mezcla Asfáltica de

Alto Módulo. 119

Tabla 5.5-1: Datos entrada Programa Bisar 3.0 126

Tabla 5.5-2: Datos entrada configuración estructural del tipo Mezcla Asfáltica de Alto Módulo.

127

Tabla 5.5-3: Datos entrada configuración estructural del tipo Concreto Asfáltico. 127

Tabla 5.5-4: Datos entrada configuración estructural del tipo Tratamiento Superficial Doble 128

Tabla 5.5-5: Resultados de Bisar 3.0 para configuración tipo Mezcla Asfáltica de Alto Módulo.

129

Tabla 5.5-6: Resultados de Bisar 3.0 para configuración tipo Concreto Asfáltico. 130

Tabla 5.5-7: Resultados de Bisar 3.0 para configuración tipo Tratamiento Superficial Doble. 130

viii

Tabla 6.2-1: Deformaciones de configuración Mezcla Asfáltica de Alto Módulo. 133

Tabla 6.2-2: Deformaciones de configuración Concreto Asfáltico. 133

Tabla 6.2-3: Deformaciones de configuración tratamiento superficial Doble 135

Tabla 6.2-4: Número de repeticiones admisibles necesarias en carpeta asfáltica 137

Tabla 6.2-5: Número de repeticiones admisibles necesarias en subrasante. 138

Tabla 6.2-6: Número de repeticiones de carga para la falla por ahuellamiento. 140

Tabla 6.2-7: Esfuerzo vertical de cada configuración estructural 142

Tabla 6.2-8: Condiciones admisibles y cumplimiento de parámetros. 145

Tabla B.1-1: Requisitos Adhesivo Resina Poliuretano 172

Tabla 6.2-1: Datos entrada en Bisar 3.0 configuración estructural del tipo Mezcla asfáltica de

Alto Módulo sin SSAF 175

Tabla C.16.2-2: Cálculos realizados por programa Bisar 3.0 175

Tabla 6.2-3: Datos entrada en Bisar 3.0 configuración estructural del tipo Mezcla asfáltica de

Alto Módulo con SSAF 176

Tabla 6.2-4: Cálculos realizados por programa Bisar 3.0 176

Tabla 6.2-5: Datos entrada en Bisar 3.0 configuración estructural del tipo Concreto Asfáltico con

SSAF 177


Tabla 6.2-7: Datos entrada en Bisar 3.0 configuración estructural del tipo Concreto Asfáltico sin

SSAF 178


Tabla 6.2-9: Datos entrada en Bisar 3.0 configuración estructural del tipo Tratamiento

Superficial Doble sin SSAF 179

Tabla 6.2-10: Cálculos realizados por programa Bisar 3.0. 179

Tabla 6.2-11: Datos entrada en Bisar 3.0 configuración estructural del tipo Tratamiento

Superficial Doble con SSAF 180

Tabla 6.2-12: Cálculos realizados por programa Bisar 3.0. 180

ix

ÍNDICE DE IMAGENES.

Imagen 3.2-1: Curva pronunciada y representación de carretera Ewingsdale 55

Imagen 3.2-2: Winterfold Road intersección con Carrington Street 57

Imagen 3.3-1: Aplicación SSAF en Núcleos Urbanos de St. Josep de sa Talaia. 61

Imagen 3.5-1: Aplicación SSAF en escuela primaria Warkworth. 70

Imagen 3.5-2: Aplicación SSAF, Hamilton 71

Imagen 3.5-3: Aplicación SSAF en Lower Hutt 72

Imagen 3.6-1: Aplicación SSAF en acceso aeropuerto Heathrow. 73

Imagen 3.6-2: Aplicación del SSAF en Carretera A-177 74

Imagen 3.7-1: Camino la Pólvora, Provincia de Valparaíso, Ruta 60 CH. 76

Imagen 3.7-2: Carretera el Cobre, Provincia de Rancagua, Curva del Espejo. 78

Imagen 3.7-3: San Carlos a San Fabián, Provincia de Ñuble, Ruta N-31. 79

Imagen 3.7-4: By Pass Penco, Ruta del Itata, Provincia de Concepción, Ruta 150 79

Imagen 3.7-5: Escuela el Huape, Ruta N-66 O, Provincia de Ñuble. 80

Imagen 3.7-6: Escuela Llamo Blanco, Provincia del Biobío, Ruta Q-61 R. 81

Imagen 3.7-7: Escuela Juan Jorge Etchevers, Provincia de Ñuble, Ruta N-55. 82

x

RESUMEN

La vida en servicio de un pavimento depende netamente del comportamiento

de los esfuerzos y deformaciones provocadas por las diferentes cargas de tránsito,

que afectan las diferentes capas que constituyen un pavimento y la capacidad de

soporte del suelo donde se emplaza este. Es preciso mencionar que el número de

capas y la rigidez de estas, logran variar las deformaciones y esfuerzos en la

subrasante.

Es por esto que a lo largo de este estudio, se observa sí el Sello Superficial de

Alta Fricción, que tiene aplicación sobre la carpeta de rodadura, genera un grado de

incidencia en la respuesta estructural de las distintas capas del pavimento.

Principalmente, en este estudio se encuentra la normativa, prescripciones

técnicas, variables y parámetros relevantes del sello superficial en cuestión, con la

finalidad de observar las principales propiedades que condicionan dicho sello.

Además, se exponen los diferentes proyectos a nivel internacional y en Chile, para

observar si la utilización de dicha técnica, reduce la tasa de accidentes de tránsito por

deslizamiento y siniestralidades. Finalmente se analiza la correlación entre los

accidentes por deslizamiento y resistencia al deslizamiento demostrando que el sello

en cuestión, si otorga incidencia en la seguridad de la circulación vial.

xi

Posteriormente y estudiado el Sello en cuestión, se realiza el diseño con la

ayuda del programa Bisar 3.0 para tres tipos de configuraciones estructurales (Mezcla

Asfáltica de Alto Módulo, Concreto Asfáltico y Doble Tratamiento Superficial) con la

aplicación del sello y en ausencia de este, con el propósito de comparar y observar las

distintas deformaciones y esfuerzos producidos.

Al momento de comparar y analizar los diferentes diseños, se observa que en

las capas asfálticas existe una incidencia estructural superior al 20% de variación para

las deformaciones y esfuerzos en las configuraciones de Mezcla Asfáltica de Alto

Módulo y Concreto Asfáltico. A su vez, el estudio arroja que para la configuración del

tipo Tratamiento Superficial Doble, no es incidente la aplicación del Sello Superficial de

Alta Fricción debido a que las variaciones de esfuerzos y deformaciones no superan el

3%.

xii

ABSTRACT

The service life of a pavement will depend exclusively on the impact of stresses

and strains produced by different transit loads, which affect the different layers that

comprise the pavement as well as the soil support capability of the ground on which it

is placed. It is important to mention that the number and rigidity of layers will vary the

impact of stresses and strains on the subgrade.

For this reason, this research examines if the application of a high friction

surface seal on the rolling surface, generates any impact on the structural response of

different layers within the pavement.

Primarily, this research outlines the regulations, technical specifications,

relevant variables and parameters of the aforementioned seal, with the purpose of

observing its main properties. Furthermore, a number of local and international case

study projects are presented to examine whether the use of this technique reduces the

incidence of accidents arising from road surface sliding and other accidents. Finally,

the research analyzes the correlation between accidents arising from sliding and

resistance to sliding, demonstrating that the seal in question provides a degree of

impact on the safety of road circulation.

Following the assessment of the seal mentioned, the Bisar 3.0 program is

utilized or prepare designs for three types of structural configurations (high modulus

asphalt mix, Asphalt concrete, and Double surface treatment), both with and without

the use of the seal, with the purpose of comparing and observing different stresses and

strains arising.

xiii

When comparing and analyzing these designs, it can be observed that the

asphalt layers display a structural impact above 20% for the stresses and strains on

both the high modulus asphalt mix and asphalt concrete configurations . In turn, the

research illustrates that for the double surface treatment configuration, it is not

necessary to apply the high friction surface seal, as the impact of stresses and strains

is not more than 3%

1

CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN

1.1. Reseña

La seguridad vial, consiste en la prevención de accidentes de tránsito o en la

minimización de sus efectos, especialmente para brindar las condiciones mínimas

apropiadas que respondan al cuidado de la integridad de las personas. También

implica todas aquellas tecnologías empleadas para dicho fin en cualquier medio de

desplazamiento terrestre.

Un estudio realizado por Conaset (2012) ha demostrado que en la actualidad

una de las causas frecuentes de los accidentes de tránsito es el exceso de velocidad.

Esto, es considerado un grave problema de seguridad, debido a que un aumento de un

kilómetro por hora en las velocidades promedios de una vía, aumenta en un 5% las

lesiones y en un 7% los accidentes fatales. En el territorio nacional, se estima que este

factor es relevante en al menos 1 de cada 5 accidentes y en 1 de cada 3 accidentes

fatales. Además, según estadísticas del Ministerio de Salud, "La principal causa de

muerte en niños y niñas de hasta catorce años, es el traumatismo producto de

accidente de tránsito" (Citado en Conaset 2012,p.6). En función de lo anteriormente es

que la seguridad vial, se torna un ámbito contingente y relevante a considerar a diario.

En países como Inglaterra, España, Estados Unidos, Australia, entre otros; una

medida que aumenta la seguridad de la circulación vial, corresponde a la aplicación de

un Sello Superficial de Alta Fricción (SSAF), el cual bajo estudios correspondientes

asegura que ha provocado una disminución de accidentes por deslizamientos hasta en

un 70%. (Julian y Moler, 2008)

2

En relación a lo anterior, es que surge la necesidad de estudiar una solución

para disminuir dichas cifras de accidentes y así, de esta forma contribuir a la seguridad

vial de las personas y automovilistas a nivel nacional.

Ante la importancia de aumentar la seguridad vial, es que la siguiente

investigación tiene como finalidad analizar y estudiar la aplicación del Sello Superficial

de Alta Fricción (SSAF), donde se espera comprobar si el aumento de la fricción

superficial en la carpeta de rodadura incide positivamente en la seguridad de la

circulación vial. Además, se evaluará si el SSAF tiene incidencia en la redistribución de

las cargas de tráfico en la estructura del pavimento.

Para la siguiente investigación, se analizará la incidencia del sello superficial

respecto a la seguridad de la circulación vial, considerando las variables de

propiedades, parámetros determinantes, normativas, certificaciones y similares.

Además se realizará el diseño de tres configuraciones de pavimentos: Concreto

Asfáltico, Doble Tratamiento Superficial y Mezcla Asfáltica de Alto Módulo; las cuales

serán diseñadas con la aplicación del Sello Superficial y en ausencia de éste, con el

objetivo de analizar comparativamente la distribución de esfuerzos y deformaciones.

Las modelaciones de las distintas configuraciones de pavimentos a estudiar, se

realizarán a partir del programa Bisar 3.0, el cual permite obtener los resultados de

deflexiones, deformaciones y esfuerzos que existen en las diferentes capas del

pavimento. Posteriormente, con los resultados obtenidos, se realizará un análisis de las

diversas deformaciones que se generan a partir de la aplicación del SSAF para que

sean comparadas con las deformaciones que se producen en la ausencia de éste.

Para lograr una comparación más detallada, se realizará el cálculo de número de

3

repeticiones admisibles y de carga, con la finalidad de observar el grado de solicitación

que generan las fallas y el agrietamiento.

1.2. Objetivos

Objetivo General:

Analizar comparativamente la distribución de esfuerzos y deformaciones entre

pavimentos (Concreto asfáltico, Mezcla Asfáltica de Alto Módulo y Doble Tratamiento

Superficial) con sello superficial de alta fricción y en ausencia de este.

Objetivos Específicos:

Describir e identificar el SSAF referente a normativas, usos, aplicaciones,

certificaciones, propiedades y similares en el territorio nacional y extranjero.

Analizar el sello superficial respecto a la incidencia de seguridad en la

circulación vial observando los distintos fenómenos y componentes.

Realizar un diseño con programa Bisar 3.0 de tres configuraciones de

pavimentos con sello superficial de alta fricción y con carpeta de rodadura libre

de dicho sello.

Analizar la aplicación del SSAF en relación a la redistribución de las cargas de

tráfico que solicitan la estructura de pavimento considerando las variables de

deformaciones y esfuerzos de la estructura.

4

1.3. Hipótesis

En la aplicación del SSAF sobre las configuraciones estructurales de

pavimento, se genera una disminución considerable de las deformaciones y un

aumento de los esfuerzos provocados por la carga de tráfico.

1.4. Alcances y Limitaciones

Al momento de realizar las modelaciones debe quedar en evidencia que la

carga utilizada corresponde a una carga estática y puntual, debido a que no se

considera el movimiento del vehículo al momento de la modelación (carga dinámica).

En la actualidad, no existen estudios en el territorio nacional que permitan

describir y entregar antecedentes previos de la incidencia del SSAF en las distintas

configuraciones de pavimentos.

El diseño de las diferentes modelaciones se realizará con ayuda del programa

Bisar 3.0, lo que conlleva a delimitar ciertas variables como: temperatura, tiempos de

carga, crecimiento de tránsito y similares.

Se considera un tiempo de carga de 0.02 seg. para el diseño de las

configuraciones estructurales con SSAF, éste factor debe ser considerado debido a

que al aplicar dicho sello, existe una mayor adherencia entre el neumático y pavimento

por el aumento de fricción en la carpeta de rodadura, traduciéndose en un mayor

tiempo de carga.

Las modelaciones de las distintas configuraciones de pavimentos serán

realizadas conforme al procedimiento especificado en el Manual de Carreteras, Vol.

N°3, 2014. La variable del tránsito queda delimitada por las solicitaciones del SSAF.

5

Los parámetros como el Módulo de Elasticidad y Razón de Poisson serán

obtenidos a través de referencias bibliográficas.

Para la modelación de las distintas configuraciones de pavimentos a analizar,

se considera un pavimento nuevo que cumpla las exigencias y parámetros

establecidos en el Manual de Carreteras, en su edición 2014 tales como: Índice de

Regularidad Internacional (IRI), Índice de Fricción Internacional (IFI), Serviciabilidad,

entre otros.

1.5. Metodología

El procedimiento y metodología de trabajo para la siguiente investigación considera:

Levantamiento de Información (Etapa 1):

Describir estudios relacionados del SSAF.

Recopilar antecedentes, información, normativa y similares del SSAF en Chile y

el extranjero.

6

Diseño (Etapa 2):

Diseñar tres configuraciones de pavimentos (Mezcla Asfáltica de Alto Módulo,

Concreto Asfáltico y Tratamiento Superficial Doble) mediante la metodología del

Manual de Carreteras, Vol. n°3, 2014.

Precisar las variables y parámetros determinísticos para una adecuada

modelación del pavimento en software Bisar 3.0.

Realizar diseño de tres configuraciones de pavimentos: Tratamiento Superficial

Doble, Concreto Asfáltico y Mezcla Asfáltica de Alto Módulo mediante software

especializado Bisar 3.0.

Realizar el diseño mediante programa Bisar 3.0 con la aplicación del SSAF en

las diferentes configuraciones de pavimentos (Doble Tratamiento Superficial,

Mezcla Asfáltica de Alto Módulo y Concreto Asfáltico).

Análisis (Etapa 3):

Análisis de los diversos criterios y parámetros del SSAF.

Análisis de la incidencia del SSAF respecto a la seguridad de la circulación vial

en países como Australia, España, Estados Unidos y Reino Unido.

Análisis de los esfuerzos y deformaciones en pavimentos con aplicación del

sello en cuestión y en ausencia de éste, con la finalidad de observar si el sello

otorga incidencia estructural.

7

Inicio

Tema

de tesis

Título de

tesis

Planteamiento

de objetivos e

hipótesis

Levantamiento

de información

Aprobación

de

información

Correcciones

Sugeridas

NO

SI

Elaboración

de Capítulos

Estudio del

SSAF

NO

Diseño

Sin SSAF Con SSAF

Análisis

Conclusiones

Fin

SI

NO

Etapa 1

Etapa 2

SI

Etapa 3

1.6. Diagrama de Flujo.

Fuente: Elaboración Propia.

8

1.7. Pavimentos.

Los pavimentos están constituidos por un conjunto de capas superpuestas,

colocadas en dirección horizontal. Estas son diseñadas y construidas con materiales

apropiados y adecuadamente compactados. El pavimento recibe las solicitaciones del

tránsito y las acciones de factores climáticos, los cuales se traspasan a la subrasante,

de forma que pueda soportar los esfuerzos sin sufrir deformaciones durante un período

determinado de tiempo (vida útil) (Maureira, 2014) .

En la actualidad, existen principalmente dos tipos de pavimentos: Pavimentos

Flexibles y Rígidos, su respuesta estructural se ilustra esquemáticamente en la figura

1.7-1.

Figura 1.7-1: Ilustración de la respuesta estructural de un pavimento rígido y flexible

Fuente: www.duravia.com

En un pavimento rígido, debido a la consistencia de la superficie de rodadura,

se produce una buena distribución de las cargas, dando como resultado tensiones muy

bajas en la subrasante (Ver figura 1.8-1).

http://www.duravia.com/

9

De manera contraria ocurre en un pavimento flexible, donde la superficie de

rodadura posee una menor rigidez generando mayores deformaciones y tensiones en

la subrasante.

1.8. Pavimentos Rígidos.

Se componen generalmente por la Carpeta de Rodado, Base y Subrasante. La

superficie de rodadura es una losa de hormigón que en algunas ocasiones presenta

una armadura de acero. En este tipo de pavimentos, la carpeta de rodado tiene la

responsabilidad estructural de soportar cargas a nivel superficial. Además, los

esfuerzos que son transmitidos al suelo ocurren de forma más homogénea mientras

que la base granular debe asegurar una superficie de apoyo uniforme y estable. En la

figura 1.8-1, se observa la respuesta estructural de este tipo de pavimentos y sus

diferentes capas que lo componen (Maureira, 2014).

Figura 1.8-1: Respuesta estructural y capas que componen un pavimento rígido.

Fuente: Asignatura Diseño de Pavimentos, Universidad Central de Chile, 1er

Semestre 2013.

Los tipos de esfuerzos que pueden generar fallas en un pavimento rígido van

relacionado a: Retracción y expansión, alabeo y con la carga del vehículo.

10

1.9. Pavimentos Flexibles.

La primera capa es una carpeta constituida por una mezcla asfáltica que

proporciona la superficie de rodamiento, la cual soporta directamente las solicitaciones

del tránsito y aporta las características funcionales. Estructuralmente, la carpeta

absorbe los esfuerzos horizontales y parte de los verticales, debido a que las cargas de

los vehículos se distribuyen a las capas inferiores por medio de las características de

fricción y cohesión de las partículas de los materiales. Por lo tanto, la carpeta asfáltica

se pliega a pequeñas deformaciones de las capas inferiores sin que su estructura

colapse (Miranda, 2010). El fenómeno descrito anteriormente y la distribución de

cargas se observan en la figura 1.9-1.

Figura 1.9-1: Distribución de cargas en un pavimento flexible

Fuente: http://geotecnia-sor.blogspot.com/2012/11/el-diseno-racional-en-la-ingenieria_8.html

11

1.10. Capas que Constituyen un Pavimento Flexible

Carpeta de Rodadura:

Capa superior expuesta al tránsito vehicular, posee contacto directo con el

neumático siendo ésta la primera en recibir los esfuerzos. Está compuesta

principalmente de agregados seleccionados y cementos asfálticos tradicionales o

modificados cuya finalidad es resistir el desgaste y conservar las propiedades

antideslizantes con estándares mínimos de seguridad y confort para el usuario.

A lo largo de la vida útil de servicio, ésta capa debe entregar determinadas

características funcionales como: Superficie de rodadura cómoda y segura, resistir las

cargas repetidas del tráfico, entre otras.

Por otra parte, las principales características superficiales que debe poseer la

carpeta de rodadura son:

Resistencia al deslizamiento y adherencia incluso en condiciones adversas de

lluvia (Pavimento húmedo o mojado).

Reducción del ruido producido por la fricción neumático-pavimento.

Una baja pérdida de visibilidad debido a deslumbramiento de focos de

vehículos transitando de noche (con y sin lluvia).

Regularidad superficial que anule vibraciones molestas a los ocupantes de un

vehículo o que interfiera en la conducción.

12

Capa Intermedia:

Comúnmente se conoce con el nombre de “Binder” y se ubica entre la base

asfáltica y la capa de rodado. Esta mezcla actúa como capa estructural y se fabrica con

áridos de mayor tamaño que los usados en la capa de rodadura. Normalmente su

espesor está comprendido entre 5 a 10 cm dependiendo del diseño estructural y del

tipo de tránsito, estando indicado principalmente para pavimentos con tránsito pesado,

ayudando de esta forma a conformar una estructura asfáltica decreciente en rigidez.

(Inostroza, 2013).

Base Asfáltica:

Se ubica inmediatamente sobre la base granular imprimada, pudiendo ir sobre

ella la capa intermedia o la capa de rodado, dependiendo del diseño del pavimento.

Esta actúa como capa de soporte en el caso de pavimentos de Mezcla Asfáltica de Alto

Módulo (Inostroza, 2013).

Bases Granulares:

Su función es resistir las solicitaciones del tránsito absorbiendo la mayor parte

de los esfuerzos verticales. Su rigidez o su resistencia a la deformación bajo las

solicitaciones repetidas del tránsito suele corresponder a la intensidad del tránsito

pesado. Así, en tránsito medio y ligero se utilizan las tradicionales bases granulares,

pero para tránsito pesado se emplean materiales granulares tratados con un

cementante. Esta capa, se conforma por una mezcla de suelos, que cumple con

ciertos requisitos en cuanto a granulometría, límites de Atterberg, capacidad de

soporte, entre otros (Miranda, 2010). Dichos requerimientos para la realización de una

13

base granular, se pueden encontrar en Manual de Carreteras: 2014-Vol. 5, Sección

5.302: Bases Granulares.

Subbase Granular:

Se ubica bajo la Base y sobre la Subrasante. Esta capa es un elemento que

brinda un apoyo uniforme y permanente al pavimento, es por esto que la principal

función es proporcionar a la base un cimiento uniforme (Miranda, 2010).

El material para la confección de esta capa debe ser un elemento permeable

que cumpla una acción drenante, para lo cual es imprescindible que los materiales

usados carezcan de finos. Además, debe cumplir con todas las especificaciones que

se mencionan en el Manual de Carreteras: 2014-Vol. 5, Sección 5.301: Subbases

Granulares.

Subrasante:

Terreno donde se funda el pavimento. Este puede ser: terraplén, corte, suelo

natural, suelo de reemplazo o mejorado. Es de gran relevancia para un pavimento

contar con que dicha capa cumpla con una resistencia requerida, dado que si ocurre

deformación en la subrasante, toda la estructura de pavimento experimenta este

fenómeno, incluyendo la carpeta de rodado. En las obras viales se debe contar con

ensayos para obtener el Módulo Resiliente del suelo natural, con la finalidad de

determinar sí dicha capa soporta las cargas solicitantes (Maureira, 2014).

14

1.11. Configuraciones de Pavimentos para el Diseño con Programa Bisar 3.0

Para el diseño con programa Bisar 3.0 se utilizan diferentes mezclas asfálticas y

configuraciones de pavimentos en la actualidad, las más comunes y utilizadas en el

territorio nacional corresponden a: Mezcla Asfáltica de Alto Módulo, Concreto Asfáltico

(CA) y Doble Tratamiento Superficial (DTS); éste último corresponde a una técnica

económica y de fácil aplicación con respecto a un pavimento tradicional. Además, ha

demostrado un buen desempeño frente a variadas adversidades climáticas y bajos

volúmenes de tránsito.

Por lo tanto, las configuraciones estructurales de pavimentos mencionadas

anteriormente, serán diseñadas con la ayuda del programa Bisar 3.0 (Bitumen Stress

Analysis in Roads), realizando la aplicación del sello superficial de alta fricción y en

ausencia de éste con la finalidad de obtener las deformaciones, deflexiones y

esfuerzos en cada configuración estructural.

Mezcla Asfáltica de Alto Módulo:

Corresponde a configuraciones que presentan una rigidez significativamente

superior del orden de dos o tres veces más que las mezclas fabricadas con ligantes

asfálticos convencionales.

Se elabora con un cemento asfáltico de baja penetración y un agregado pétreo

con fuerte esqueleto mineral, de manera de lograr una gran capacidad de absorción de

esfuerzos y gran resistencia a la deformación permanente (Ahuellamiento).

15

En cuanto al agregado, debe proceder de la trituración de roca, grava o una

combinación de ambas, sus fragmentos deben ser limpios, resistentes y durables, sin

exceso de partículas planas, alargadas, blandas o desintegrables.

Las Mezclas de Alto Módulo constituyen una alternativa de gran interés técnico

y económico frente a los materiales tradicionales debido a que dentro de sus

principales ventajas destacan: Gran capacidad de absorción de cargas, resistencia a la

fatiga y reducción de los espesores hasta en un 20% frente a las mezclas

convencionales.

Concreto Asfáltico:

También llamada Mezcla Asfáltica en Caliente (HMA), es utilizada

principalmente en la carpeta de rodadura. Está constituido por un ligante de cemento

asfáltico normal o modificado y agregado mineral o material pétreo con ciertas

características de resistencia y durabilidad. Al ser mezclados, actúan como una

estructura que aporta resistencia y rigidez.

16

Tratamiento Superficial:

Se define un tratamiento superficial a una superficie asfáltica que resulta de una

o más aplicaciones sucesivas y alternadas de ligante asfáltico y áridos sobre una base

granular o sobre un pavimento existente de asfalto o de hormigón, teniendo por

finalidad el mejorar o conservar las características físicas y mecánicas de las

superficies así tratadas. De acuerdo al número de aplicaciones de asfalto y áridos,

éstos reciben el nombre de tratamiento superficial simple, doble, triple o múltiple.

Principalmente consiste en sucesivas aplicaciones de asfalto recubiertas por

áridos, las cuales según al número de aplicaciones de riegos de asfaltos y de áridos

que se han aplicado, es que estos reciben el nombre de tratamiento superficial simple

(una aplicación), doble (dos aplicaciones) o triples (tres aplicaciones). (Queirolo, 2009).

17

CAPÍTULO 2. SOLUCIONES SUPERFICIALES

2.1. Introducción.

Los orígenes de las soluciones superficiales se remontan al año 1870 en

Europa con la introducción del alquitrán, donde su función era reducir el polvo en las

carreteras urbanas. Más tarde, se añadió piedra granulada logrando mejorar con ella

las características de la superficie. A medida que ha transcurrido el tiempo las

soluciones superficiales han sido un método de mantenimiento de carreteras bastante

similar al utilizado hoy en día.

En la actualidad, las soluciones superficiales son una técnica establecida que

otorga a la estructura del pavimento características superficiales como textura

superficial e impermeabilidad, sin un aumento significativo de su capacidad resistente.

Existen diferentes soluciones superficiales, desde considerar estabilizadores

químicos, capas de protección, sellos superficiales, hasta llegar a las superficies de

alta fricción.

Para la realización del estudio de dicho sello, se exponen las diferentes

variables relevantes como fricción, adherencia entre neumático y pavimento, textura

superficial y similares con la finalidad de observar las principales propiedades que

condicionan el sello en cuestión.

Posteriormente, se revisan las diferentes normativas y se precisan las variables

y parámetros relevantes, a la vez que se realiza una evaluación de las prescripciones

técnicas del SSAF con la finalidad de observar los estándares mínimos que debe

cumplir dicho sello.

18

2.2. Funciones de la Solución Básica Superficial

En este subcapítulo se observa principalmente las funciones básicas de una

solución superficial, la cual otorga una cubierta a la superficie del pavimento con la

finalidad de revestir el camino, impermeabilizando y protegiendo la carpeta de rodadura

logrando prolongar la vida de ésta. Además, proporciona una mayor seguridad

mejorando aspectos como textura superficial y fricción. Algunas de las principales

funciones de las soluciones superficiales son:

Prevenir la infiltración de agua en bases granulares y pavimentos que han

comenzado a desintegrarse por el tiempo o que posean fallas.

Proveer una superficie económica y duradera para caminos con bases granulares

que tienen un tránsito ligero y de volumen medio.

Renovar superficies y restaurar la resistencia al deslizamiento de pavimentos

deteriorados por el tránsito en los cuales los agregados superficiales han

comenzado a pulirse.

Restaurar la capa de rodado afectada por las acciones de agentes climáticos y

solicitaciones de tránsito, también prolonga la vida a superficies de pavimentos

resecos.

2.3. Solución Básica Con Estabilizaciones De Capas Granulares

Un suelo que presenta una baja resistencia, sufre grandes deformaciones a

causa de solicitaciones de tránsito o exposición al medio ambiente. Dicho suelo no

puede ser utilizado como un material estructural en un camino, por lo que es necesario

estabilizarlo, aumentando sus propiedades mecánicas mediante la utilización de sales

19

o productos químicos. Dentro de este tipo de solución se encuentran los siguientes

tipos:

Capa de Rodadura de Grava Estabilizada con Arcilla

Cloruro de Magnesio (Bischofita)

Cloruro de Sodio

Cloruro de Calcio.

Comentarios:

Según estudios del Departamento de Vialidad, 2014. Las carpetas estabilizadas

han tenido una durabilidad inferior a la esperada y normalmente es muy baja,

resultando ser menor a 4 meses cuando los productos se aplican a suelos granulares

limpios con finos no plásticos o de plasticidad baja y que sirven como carpeta de

rodadura.

La principal propiedad de los estabilizadores es que mejoran la capacidad de

soporte y otras propiedades de los suelos, de manera que tienen un mejor rendimiento

al utilizarlos en capas intermedias, y no de rodaduras. En función de lo señalado se

desprende que es conveniente proteger las capas de rodadura estabilizadas con

productos químicos con un sello bituminoso. Por ende, definitivamente, no pueden

utilizarse como capa de rodadura suelos granulares limpios estabilizados con estos

productos.

20

2.4. Solución Básica con Capas de Protección.

La selección de la solución para un camino, está directamente relacionado con

el tipo y cantidad de tránsito vehicular, el clima de la zona, la disponibilidad de

materiales y el costo que cada solución pueda llegar a tener.

El concepto capa de protección, se refiere principalmente al recubrimiento de un

pavimento con un riego asfáltico, solo o combinado con algún agregado.

Normalmente, el sellado de la superficie de un pavimento asfáltico es utilizado

en los siguientes casos:

Corrección de pequeñas fisuras y resquebrajamientos de la capa de rodadura,

es importante identificar y reparar a tiempo los defectos.

Pulimento superficial. Ocurre cuando en las mezclas asfálticas se utilizan

agregados que no tienen afinidad con el asfalto, el tránsito en la capa de

rodadura produce un desgaste del ligante, dejando las partículas más gruesas

expuestas provocando; una disminución en el coeficiente de fricción entre

neumático y pavimento.

Desgaste de la superficie de una mezcla asfáltica. Cuando se utilizan

agregados poco tenaces, estos se fracturan provocando pérdidas de asfalto.

Corrección de la carencia de una cantidad adecuada de asfalto en la mezcla,

originada en una falla durante la construcción.

Las técnicas de sellado tienen por finalidad aplicar medidas que pueden ser

preventivas, correctivas o ambas. Los tipos que se incluyen dentro de esta clasificación

son los siguientes:

21

Imprimación Reforzada

Riego de Liga

Riego Neblina

Lechada Asfáltica (Slurry Seal)

Tratamiento Superficial Simple, Doble o Triple

Cape Seal

A continuación, luego de observar algunos tratamientos superficiales, los cuales

otorgan al pavimento características como prolongar la vida útil del pavimento y a su

vez mejorar las características del desgaste, se procede a observar y analizar el SSAF

que otorga al pavimento la textura y fricción superficial necesaria para aumentar la

adherencia entre neumático y pavimento. Por lo tanto, se observa la descripción,

propiedades, normativas y similares del sello en cuestión.

2.5. Sello Superficial de Alta Fricción (SSAF)

Descripción:

El SSAF está compuesto por resina de poliuretano y un árido sintético 100%

bauxita calcinada, de grado refractario y granulometría determinada de 1.00 mm a 3.5

mm, este sello debe ser adecuado para la correcta aplicación como riego mono-capa

sobre el pavimento asfáltico, el cual debe presentar una textura superficial entre 0,5

mm y 3 mm.

22

Fricción y Resistencia al Deslizamiento:

La principal propiedad mecánica a relacionar con el SSAF corresponde al

concepto de fricción o resistencia al deslizamiento, el cual señala que el movimiento de

un vehículo es posible mientras las fuerzas resistentes sean iguales o superiores a las

fuerzas de deslizamiento.

La fuerza de fricción (F) depende del coeficiente de fricción (µ) y de la carga

normal (q) sobre la carpeta de rodadura entre neumático y superficie. Por lo tanto, para

la distribución de fuerzas se presenta la siguiente relación:

( ) ( ) ( ) ec. 2.5-1

El coeficiente de fricción (μ) corresponde a la razón entre la resistencia al

deslizamiento y la fuerza normal a la superficie donde el cuerpo desliza. La resistencia

al deslizamiento, por definición es la fuerza desarrollada entre la superficie del

pavimento y el neumático, que estando impedidos de rotar se deslizan a lo largo de la

superficie.

Es preciso señalar que el coeficiente de fricción (µ) se desarrolla en una

dirección longitudinal y transversal como se aprecia en las ecuaciones 2.5-2 y 2.5-3:

( ) ( )

( )⁄ ec. 2.5-2

( ) ( )

( )⁄ ec. 2.5-3

23

Se desprende que al combinar y resolver las ecuaciones expuestas

anteriormente queda demostrado que los conceptos de: resistencia al deslizamiento y

fuerza de fricción para fines de este estudio, se consideran prácticamente iguales.

Durante el movimiento del vehículo, diferentes fuerzas son transmitidas entre el

neumático y el pavimento, las cuales actúan normal a la superficie como también de

forma paralelas a ella siendo estas fuerzas: Vertical y Horizontal respectivamente.

Coeficiente de Roce:

Las fuerzas horizontales pueden ser proyectadas en la dirección tangencial, que

es paralela a la trayectoria del vehículo y en la dirección radial, que es normal a la

trayectoria del mismo. Este fenómeno se aprecia de mejor manera en curvas, debido a

que la fuerza de rozamiento compensa el efecto que genera la fuerza centrífuga,

impidiendo que el automóvil pierda el control y sea expulsado fuera de la vía. Dicho

fenómeno se expone en la figura 2.5-1. Es preciso señalar que en una curva el

coeficiente de roce principal corresponde al roce transversal que a lo largo de este

estudio se designa como Coeficiente de Rozamiento Transversal (CRT).

Figura 2.5-1: Fuerzas laterales que actúan cuando el vehículo atraviesa una curva.


24

CRT es la relación entre la fuerza transversal (Fy) al neumático situado en un

plano perpendicular al plano de la misma y el peso que actúa sobre ella (Fz).

Por otra parte, el coeficiente de fricción longitudinal determina las aceleraciones

y desaceleraciones máximas que sufre un vehículo, ejemplo de este fenómeno se

observa en intersecciones y cuando se efectúa un frenado crítico.

Este coeficiente se define como la relación entre la fuerza longitudinal (Fx) a la

rueda situada en un plano vertical al plano de la misma y el peso que actúa sobre ella

(Fz) que para efectos de este estudio y de ahora en adelante se designa como

Coeficiente de Rozamiento Longitudinal (CRL).

Dichas fuerzas de fricción se aprecian esquemáticamente en el diagrama

vectorial representado a continuación en la figura 2.5-2.

Figura 2.5-2: Diagrama vectorial de fuerza de fricción.

Fuente: Elaboración Propia, Adaptado de OCDE, 1984.

25

La condición más desfavorable en función de las fuerzas de fricción es cuando

el pavimento se encuentra mojado. Cuando ocurre este fenómeno, la función se

determina midiendo el coeficiente de rozamiento entre el pavimento artificialmente

mojado y un neumático especial. Mientras que se puede determinar de manera

indirecta midiendo la textura del pavimento con ayuda de técnicas, como por ejemplo el

ensayo del cono de arena.

En la actualidad para la medida de la fricción, se utiliza el índice de fricción

internacional (IFI) el cual es el segundo de una larga serie de indicadores

internacionales que definen el estado de una carretera. El primero corresponde al

índice de regularidad superficial (IRI), el cual se instaura con el fin de estandarizar el

valor de la regularidad superficial que se basa en un modelo matemático denominado

“Golden Quarter Car” circulando a 80 km/hr. Mientras que el IFI se puede describir

como una escala de referencia que relaciona la fricción con la velocidad al

deslizamiento, el cual viene indicado por dos números expresados entre paréntesis y

separados por una coma (F, M); El primero de estos términos representa la fricción (F)

y el segundo la macrotextura (M) de la superficie. El término "F" es un número

adimensional mientras que el último es un número positivo con unidades de velocidad

(km/h). Con este parámetro se estimarán las constantes de referencia de velocidad (Sp)

y la de fricción a 60 km/h (F60) de una superficie de pavimento. El par de valores (F60

y Sp) expresan el IFI de una superficie y permiten calcular el valor de fricción, F(S), a

cualquier velocidad de deslizamiento (S).

26

Adherencia entre neumático y pavimento:

La adherencia en un pavimento se puede definir como “La habilidad de

movilizar las fuerzas de fricción del contacto entre neumático y pavimento por efecto de

las solicitaciones inducidas por el proceso de conducción, tales como aceleración,

frenadas y virajes” (SETRA, 1993). La adherencia permite que el vehículo conserve en

todo momento su trayectoria, especialmente en los virajes. También contribuye a

reducir las distancias de frenado en condición de control y de pánico, y a favorecer las

maniobras de recuperación de trayectoria.

La adherencia entre neumático y pavimento varía según las condiciones del

medio de interfase entre ambos sólidos, identificándose entre estos los siguientes

estados: seco, húmedo, mojado, con nieve y con hielo u otro agente contaminante

como caucho, polvo, grasas, etc. En el estado seco, la interacción se produce por

contacto directo entre el neumático y el pavimento, en presencia de aire, en los casos

húmedo y mojado, la interacción se produce en un ambiente en el cual el agua puede

tender a desplazar el aire en la interfase, produciéndose el fenómeno de hidroplaneo.

Adherencia en presencia de aire:

En condición seca, el mecanismo de adherencia se desarrolla por adhesión e

histéresis. La adhesión es el resultado de la resistencia al corte provisto por la

interacción molecular entre el neumático y los áridos. El fenómeno de histéresis, está

presente por la naturaleza polimérica del caucho del neumático y su comportamiento

visco-elástico, esta acción implica la pérdida de energía en forma de calor por

deformación del neumático. Este fenómeno se observa cuando un cuerpo elástico es

sometido a un esfuerzo y éste sufre una deformación y aquella deformación no vuelve

27

a su estado primitivo, si no que aún persiste de una menor forma. Este desgaste entre

la tensión aplicada y la deformación, provoca que el neumático apoyado sobre una

superficie rugosa abrace las irregularidades de manera asimétrica, generando una

distribución de presiones orientada en sentido contrario al deslizamiento, contribuyendo

así a la fuerza de fricción total aportante; que viene dada por la sumatoria de los

componentes mencionados anteriormente. Dicho fenómeno, se logra apreciar en la

figura 2.5-3 representada a continuación.

Figura 2.5-3: Representación de componentes de resistencia al deslizamiento

Fuente:www.km77.com, Adaptación Propia

Por otra parte, las propiedades superficiales de la capa de rodadura que

influyen directamente en la interacción neumático-pavimento y en su adherencia son:

Coeficiente de rozamiento y textura superficial.

Adherencia en presencia de agua:

En presencia de agua, la adherencia disminuye producto de la disminución de

puntos de contacto entre el neumático y el pavimento. Esto produce una pérdida de

adhesión y una menor deformación por histéresis del neumático.

http://www.km77.com/

28

Cuando un neumático se mueve sobre el asfalto en estado seco, el contacto

entre su capa de rodadura y el pavimento se produce en toda la superficie de huella y

el valor de la adherencia suele ser elevado. En cambio, cuando se produce este

contacto en una superficie de rodadura lo suficientemente mojada, en donde se

produce una capa de agua en el pavimento, esta adherencia disminuye

considerablemente. Es necesario que en ocasiones como estas, los canales tallados

en los neumáticos junto a los canales existentes en la capa de rodadura evacuen el

agua a los costados, con la finalidad de eliminar o evitar el fenómeno de deslizamiento

o hidroplaneo, dicho fenómeno es generado por la separación entre el neumático y el

pavimento, provocado por una capa de agua entre ambos. Lo anterior provoca la

pérdida de control del vehículo, la velocidad o los frenos.

En la Figura 2.5-4, se observa cómo se produce el fenómeno de hidroplaneo a

distintas velocidades. A baja velocidad, el neumático corta el agua en el punto de

apoyo con el camino y se mantiene en contacto absoluto con el mismo, generando una

alta rociadura agua.

Por otra parte, a una velocidad entre 50 - 90 kh/h, la película de agua puede

penetrar el punto de contacto del neumático con el camino, produciendo de esa forma

un hidroplaneo parcial y una rociadura de agua menor que el caso anterior.

29

Mientras que a una velocidad de más de 90 km/hr, la película de agua puede

aumentar y el neumático deja de tener contacto completo con el camino, produciendo

de esa forma un hidroplaneo total en donde disminuye la rotación del neumático, tiende

a pararse y perder la dirección al circular.

Figura 2.5-4: Fenómeno de hidroplaneo a distintas velocidades.

Fuente: www.bridgestone.com.mx

Es preciso señalar que los mecanismos por el cual se produce la perdida de

adherencia se explica a través del concepto de las tres zonas, atribuido originalmente a

Gough para una velocidad de circulación lo suficientemente elevada como para que se

genere una condición de hidroplaneo total (Figura 2.5-5).

Figura 2.5-5: Zonas de Contacto del neumático con el pavimento.

Fuente: Modelo de Gough o de Tres Zonas (Do y Lucas, 1995).

http://www.bridgestone.com.mx/

30

Gough plantea que al desplazarse en forma relativa una goma respecto de una

superficie con asperezas, en presencia de agua, es posible identificar tres zonas (Do y

Lucas, 1995):

Zona 1, de penetración y evacuación de agua: En esta zona el agua ingresa a

la interfase por aspiración, se acumula y es evacuada por las ranuras del

neumático y la macrotextura del pavimento. Las fricciones son casi nulas en

esta zona.

Zona 2, de transición: El agua es succionada hacia los intersticios. Una parte de

ella es evacuada por las ranuras del neumático, quedando de todos modos

agua residual. Se comienzan a perder los puntos de contacto en tanto no sea

posible la rotura de la lámina de agua.

Zona 3, de contacto: Es la zona seca, en donde se produce el contacto entre el

neumático y el pavimento. La eficiencia del contacto en este caso depende de

la textura, de las propiedades histeréticas de las bandas del neumático, de la

presión interna y de las cargas aplicadas.

Factores que determinan la adherencia:

Los principales factores que determinan el espesor del agua aspirada y la

posibilidad de desplazar el aire en la zona de contacto son la textura del pavimento

(microtextura y macrotextura), las características del neumático (presión de inflado,

naturaleza del caucho, dibujo de la banda exterior, superficie de contacto), el espesor

de la película de agua presente en el pavimento; la carga que soporta el neumático y

que transmite hacia los puntos de contacto con el pavimento.

31

Textura Superficial:

Corresponde a la propiedad física del pavimento y se define como “La

geometría más fina del perfil longitudinal de una carretera" (Achútegi et al, 1996). En el

XVIII Congreso Mundial de Carreteras (Bruselas, 1987), el Comité Técnico de

Características Superficiales de la Asociación Mundial de Carreteras (AIPCR-PIARC)

propuso una clasificación de las características geométricas superficiales basadas en

las longitudes de onda y en las amplitudes de las irregularidades en el sentido de la

circulación, la cual se puede observar en la Tabla 2.5-1.

Tabla 2.5-1: Clasificación de las irregularidades superficiales de un pavimento

Dominio

Rango de dimensiones (Aproximado)

Longitudes de onda Horizontal (λ)

Amplitudes Vertical

Microtextura 0 – 0,5 mm 0,001 – 0,5 mm

Macrotextura 0,5 – 50 mm 0,1- 20 mm

Megatextura 50 – 500 mm 1 – 50 mm

Regularidad Superficial

Onda Corta 0,5 – 5 m 1 – 20 mm

Onda Media 5 – 15 m 5 – 50 mm

Onda Larga 15 – 50 m 10 – 200 mm

Fuente: Comité Técnico PIARC (Bruselas 1987)

Respecto a la clasificación de irregularidades, la regularidad superficial es la

característica que más influye en la sensación de confort y seguridad que experimenta

un usuario al circular por una carretera, este fenómeno depende primordialmente del

perfil longitudinal de la superficie de la carretera, pero también va a depender de las

características mecánicas de los vehículos y de la velocidad en que circulan estos.

32

De acuerdo con la Asociación Mundial de Carreteras, este tipo de

irregularidades superficiales corresponde a una longitud de onda comprendida entre

0,5 m y 50 m. Son siempre indeseables debido a que afecta la comodidad y seguridad

del usuario. En consecuencia, el nivel de rugosidad o más bien, la regularidad

superficial de un pavimento es una muy buena medida de su capacidad funcional; Se

evalúa con el indicador denominado Índice de Regularidad Superficial (IRI).

La interacción vehículo-pavimento da lugar a que estas irregularidades

superficiales influyan en mayor o menor grado en las características superficiales que

afectan al usuario.

La microtextura o asperezas, corresponden a la geometría de los agregados

presentes en la superficie del pavimento (Figura 2.5-6). Es importante para la

adherencia entre el neumático y el pavimento y, por lo tanto, para la resistencia al

deslizamiento, por lo que la microtextura influye en el riesgo de accidente para todas

las velocidades de circulación. Esta textura, debido a la dureza que presenta,

proporciona que los áridos presenten menor desgaste o mayor resistencia al pulimento.

Por otra parte, la macrotextura corresponde a la altura media existente entre la

superficie expuesta del árido y la matriz que está inserto, es decir, refiere al relieve de

la capa de rodadura y depende de la composición de la mezcla, lechada asfáltica o del

tratamiento sobre la superficie dada (figura 2.5-6). Esta, es necesaria para una

adecuada resistencia al deslizamiento a velocidades medias y elevadas (superiores a

60 Km/hr) en pavimentos mojados, debido a que evita la incidencia de accidentes por

efecto de hidroplaneo; Además, proporciona los intersticios necesarios para el

escurrimiento del agua por el pavimento.

33

También la macrotextura, al proveer una buena capacidad de drenaje

superficial de las aguas lluvias, mejora la visibilidad de la demarcación y reduce la

pérdida de visibilidad por el efecto spray, que hace perder visibilidad debido al

levantamiento de aguas pulverizadas, generado por el vehículo que lo precede o que

adelanta, además de contribuir al factor de la histéresis.

Figura 2.5-6: Propiedad física del pavimento: Microtextura y Macrotextura

Fuente: Manual de Carreteras, Volumen N°6 – Figura 6.203.301.A

Es preciso realizar una distinción entre macrotextura positiva y negativa. La

primera es usual, típica de mezclas bituminosas y de tratamientos superficiales tanto

convencionales como el sello de alta fricción. La segunda se refiere principalmente a

pavimentos porosos. Ambos tipos de macrotextura ofrecen en diferente grado, las

ventajas mencionadas. En cambio, son muy diferentes en relación al ruido de rodadura

según las dimensiones de las irregularidades.

La megatextura corresponde a irregularidades de tipo intermedio, relacionadas

con la puesta en obra, con diversos tipos de fallas y sus reparaciones como bacheos,

sellado de grietas y similares. Estas irregularidades aumentan la resistencia a la

34

rodadura y el nivel de ruido. La carpeta de rodadura se torna más incómoda para el

usuario, con vibraciones y dificultades para mantener la estabilidad en las vías.

En función de lo observado anteriormente, se aprecia en la figura 2.5-7, la

variación de la resistencia al deslizamiento respecto a la velocidad que circula un

vehículo frente a diferentes irregularidades superficiales.

Figura 2.5-7: Variación gráfica de resistencia al deslizamiento respecto a velocidad

Fuente: Manual de Carreteras, Volumen N°6 – Lamina 6.203.301.A, PIARC.

Las curvas del gráfico corresponden: A: Macrotextura gruesa y microtextura áspera; B: Macrotextura gruesa y microtextura pulida; C: Macrotextura fina y microtextura áspera; D: Macrotextura fina y microtextura pulida.

35

Es recomendable en zonas urbanas (velocidades moderadas) diseñar

pavimentos con macrotextura moderada y microtextura áspera, en vías de alta

velocidad es conveniente que exista una macrotextura mayor, pero la desventaja

principal es que existe una influencia directa en el consumo de neumáticos.

Características del neumático:

Según De Solminihac & Echaveguren, (2005). De acuerdo a la expresión del

equilibrio de Moore, son dos los factores que inciden en la adherencia: La carga normal

ejercida sobre el neumático y su factor de rigidez. A este último, se agrega la presión

de inflado y la geometría de las ranuras de la banda externa. Estos factores determinan

el área efectiva de contacto entre el neumático y el pavimento, y por lo tanto la

adhesión y penetración del mismo en las asperezas del pavimento y de los agregados

La rigidez del neumático está directamente relacionada con la tecnología de

construcción, la presión de inflado y la carga ejercida sobre la rueda. Los aspectos

tecnológicos tienen relación con los tipos de diseño de neumático, los cuales le dan a

la carcasa una mayor o menor deformabilidad, y por lo tanto modifican la forma en que

el neumático se indenta con la textura. Es así como los neumáticos convencionales

poseen una mayor rigidez que los neumáticos radiales, resultando una menor área de

contacto ante igual carga y presión de inflado en el caso de mayor rigidez.

La presión es un componente esencial del neumático, cuando su aplicación es

correcta mejora la seguridad, la resistencia al rodamiento, disminuye el consumo de

combustible, mejora el confort y previene los desgastes y deterioros del neumático.

36

La presión de inflado también contribuye a la mayor o menor deformabilidad del

neumático; en la medida que la presión de inflado es mayor, existe una menor

penetración de neumático en la textura del pavimento y por tanto una menor superficie

efectiva de contacto producto de una menor deformabilidad. Una mayor o menor

deformabilidad se traduce en una mayor o menor área de contacto efectiva con el

pavimento.

La geometría de las ranuras de la banda externa y la disposición de las capas

interiores del neumático modifican la adherencia en presencia de agua. La evidencia

empírica muestra que en general los neumáticos radiales poseen un menor potencial

de hidroplaneo dinámico y viscoso que los convencionales, debido a que estos últimos

poseen una mayor rigidez. Asimismo, el empleo de ranuras con mayor profundidad en

la banda externa permite reducir el riesgo de hidroplaneo (ETS, 1999).

Pulimento y Abrasión:

La durabilidad de las características que otorgan la microtextura y la

macrotextura, dependen de la resistencia que ofrece el árido al pulido (perdida de

microtextura) y la abrasión (pérdida de la macrotextura) bajo la acción del tráfico.

En cuanto al pulido, este efecto es causado por la repetición de cargas de

tránsito. Cuando el agregado en la superficie se vuelve suave al tacto, la adherencia de

este con los neumáticos del vehículo se reduce considerablemente. Cuando la porción

de agregado que esta sobre la superficie es pequeña, la textura del pavimento no

contribuye de manera significativa a reducir la velocidad del vehículo. No obstante,

también está relacionado con la abrasión ejercida por el polvo presente en la superficie

del pavimento, con la geometría del camino y con la petrografía de los agregados. En

37

efecto, la presencia de polvo contribuye a la abrasión de los agregados. Dependiendo

del tamaño de las partículas de polvo, puede producirse un pulimento "general", el cual

tiende a redondear los agregados y un pulimento "diferencial", que tiende a esculpir las

caras de los agregados.

La abrasión se produce cuando dos superficies están en contacto y movimiento

relativo, donde una de ellas resulta más dañada que la otra, ya sea por las propiedades

del material y las condiciones superficiales, como también a causa de la velocidad de

contacto, medio ambiente y tipo de carga.

El desgaste abrasivo corresponde a la pérdida de masa resultante de la

interacción entre partículas o asperezas duras que son forzadas contra una superficie y

se mueven a lo largo de ella (Norma ASTM G40:1992). Dicho de otra forma, la

abrasión es generada por las partículas duras que se introducen entre dos superficies

más blandas, que se deslizan e interactúan mutuamente. Las partículas abrasivas

pueden ser las propias asperezas de la superficie o bien el producto del desgaste de

las mismas que tienden a cortar y/o arrancar material de la superficie causando

deformación plástica.

La diferencia entre desgaste abrasivo y desgaste por deslizamiento es el “grado

de desgaste” entre los cuerpos involucrados siendo mayor en el desgaste abrasivo, ya

sea por la naturaleza, tipo de material, composición química o por la configuración

geométrica.

38

Medición de la textura y resistencia al deslizamiento:

La medición es el conjunto de operaciones que tienen por objetivo determinar

en forma cuantitativa el valor de un atributo o propiedad (magnitud física) que puede

distinguirse cualitativamente en un objeto. Particularmente, la medición de fricción en

pavimentos consiste en registrar valores de resistencia al deslizamiento y de

macrotextura a lo largo de una huella.

Equipos existentes en Chile:

Los estudios relacionados con textura y fricción en pavimentos en Chile datan

de la década del 80´. En 1985, la Dirección de Vialidad realiza los primeros estudios de

resistencia al deslizamiento en caminos de Chile, empleando el Péndulo Británico

desarrollado por la TRRL, que había sido adquirido pocos años atrás y el equipo Mu

Meter, empleado en la Dirección de Aeropuertos.

Actualmente, los equipos de medición existentes en Chile son: 5 Péndulos

Británicos, 3 GripTester, 1 SCRIM y 4 Perfilómetros.

Equipos para la medición de resistencia al deslizamiento:

A continuación se observan algunos de los equipos de medición de resistencia

al deslizamiento utilizados en la actualidad

Péndulo Británico: Dispositivo estático de medición de resistencia al

deslizamiento más difundido en el mundo. Diseñado originalmente en el Reino Unido.

Sideway Coefficient Routine Inspection Machine (SCRIM): Equipo de

medición de tipo dinámico de rueda oblicua, destinado a medir la resistencia al

39

deslizamiento en dirección transversal. Destinada a obtener el valor SFC (Sideway

Force Coefficient). El valor de coeficiente transversal se denomina CRT.

Mu Meter: Equipo de rueda inclinada. Es utilizado principalmente para

evaluar la resistencia al deslizamiento en pistas de aeropuertos.

GripTester: Dispositivo de rueda lisa parcialmente bloqueada, Sirve

para obtener el coeficiente de fricción.

Equipos para la medición de macrotextura:

Las técnicas para realizar la medición de macrotextura pueden clasificarse en:

Drenométricas, Volumétricas y Topométricas. A continuación se representa en la tabla

2.5-2 una síntesis de los tipos de equipos existentes en el mercado para medir

macrotextura.

Tabla 2.5-2: Equipos para Medición Macrotextura.

Técnica de Medición

Equipo Medida Velocidad de

Operación

Drenométrica OutFlow Meter Tiempo de drenaje de

agua Estático

Volumétrico Equipo de Círculo de Arena Profundidad

media de Textura

Estático

Topométrico

CT Meter Estático

TRL Mini Texture Meter (MTM) Profundidad media del

Perfil

3-6 km/h

TRL High Speed Texture Meter (HSTM) Hasta 110 km/h

Rugoláser Hasta 100 km/h

Fuente: Gothié, 1989; Wambold et al, 1995

40

Normativa actual sobre mediciones de fricción en Chile:

En las mediciones de textura y resistencia al deslizamiento que se realizan en

Chile se emplean básicamente cinco equipos. Para medir macrotextura se emplea

Perfilométro Láser y Equipo de Mancha de Arena; para medir la resistencia al

deslizamiento se emplea Péndulo Británico, SCRIM y GripTester.

La normativa para el territorio nacional se encuentra en Manual de Carreteras,

Vol.8 – Especificaciones y métodos de muestreo, ensaye y control, como se observa

en la Tabla2.5-3 a continuación.

Tabla 2.5-3: Normativa territorio nacional para macrotextura y resistencia al deslizamiento.

Variable de Medición

Equipo Código en el Manual

Nombre

Resistencia al deslizamiento

Péndulo Británico

8.502.16 Método para determinar el coeficiente de resistencia al deslizamiento en el pavimento con Péndulo Británico.

SCRIM 8.502.17 Método para la determinación del coeficiente de fricción transversal del pavimento con SCRIM

GripTester 8.502.18 Método para la determinación y procesamiento de datos de resistencia al deslizamiento medido con equipo GripTester.

Macrotextura

Equipo del Circulo de

Arena

8.502.14 Método para determinar la macrotextura del pavimento mediante ensaye del círculo de arena.

Perfilómetro Láser.

8.502.8 Método para determinar la rugosidad de los pavimentos mediante perfilométria longitudinal


41

Normativa y Exigencias del Sello Superficial de Alta Fricción (SSAF):

Respecto a la situación del territorio nacional, en la actualidad no se ha

encontrado evidencia sobre exigencias y normativas para la aplicación del SSAF en el

país. Es preciso destacar, que si bien no existe normalización, están disponibles los

instrumentos, equipos y laboratorios para realizar pruebas y medidas respecto del sello

en cuestión, pudiendo lograr una aplicación efectiva, debido a que los métodos

constructivos de pavimento y las formas de conducción son distintas en todos los

países.

En función del levantamiento de datos realizado respecto del SSAF, se procede

a evidenciar las diferentes normativas, exigencias y parámetros mínimos que debe

cumplir dicho sello.

Vida en Servicio: Depende directamente de los niveles de tráficos que circulan

por dicha solución a diario.

Tabla 2.5-4: País, Normativa y Exigencias para la Vida en Servicio del SSAF.

País Normativa Asociada Contenido principal Exigencias

España Orden FOM/3460/2003, del año 2003, aprueba la norma 6.1-IC, “Secciones de Firmes”.

Categoría de tráfico pesado. (T0, T1, T2, T3 y T4).

>T0

Reino Unido

Guidelines Document for the Assessment and Certification of High-Friction Surfaces for Highways, 1998.

Área de aplicación por tipo de clasificación de tráfico. (Tipo 1,2 y 3)

Tipo 1


42

Pulimento Superficial: Causado por la repetición de cargas de tránsito,

perdida de la microtextura de los áridos.

Tabla 2.5-5: País, Normativa y Exigencias para el Pulimento Superficial del SSAF.


Reino Unido.

BS 812, Part 114 - “Testing Aggregates: Method for determination of the Polished-Stone Value", 1990

Ensayo para determinar el Coeficiente del Pulido.

50

Unión Europea

UNE- EN 1097-8:2000. En la sección N°8, 2000.

Estándares para determinar propiedades físicas y mecánicas de los áridos respecto al pulido. Determinación del coeficiente de pulimento acelerado.

-

Estados

Unidos

ASTM E303:93 (2013) –“Standard Test Method for Measuring Surfaces Frictional Properties Using The British Pendulum Tester”.

-

España NLT 174 - "Pulimento Acelerado de los Áridos", 1993.

Procedimiento para ensayar la susceptibilidad al pulimento de los áridos.

0.5

Unión Europea

UNE EN 146130:2000 – “Áridos para mezclas bituminosas y tratamientos superficiales de carreteras, aeropuertos y otras áreas pavimentadas", 2000


Adherencia al Acero: Obtenido mediante la medición de la tensión por tracción

mínima necesaria para separar o romper el recubrimiento en una dirección

perpendicular al sustrato.

Además, dicho factor está influenciado no sólo por las propiedades mecánicas

del sistema, sino también por la naturaleza y la preparación del sustrato, el método de

aplicación de la pintura, la temperatura, la humedad y otros factores como el tipo de

instrumento de prueba que se ha utilizado.

43

Tabla 2.5-6: País, Normativa y Exigencias para Adherencia al Acero del SSAF.


Unión Europea

UNE-EN 24624:1994-Pintura y Barnices: Ensayo de adherencia por Método de tracción, 1994.

Estándares y procedimientos para determinar por método de tracción la adherencia al acero.

1.5 MPa.

Estándar

Europeo

EN ISO 4624:2003 – “Paints, varnishes and plastics, Pull-off test for adhesion”

Método para evaluar la adherencia por tracción mediante una prueba de desprendimiento

-


Abrasión del Árido: La pérdida de masa resultante de la interacción entre

partículas o asperezas duras que son forzadas contra una superficie y se mueven a lo

largo de ella.

Tabla 2.5-7: País, Normativa y Exigencias para Abrasión del Árido del SSAF.


Reino Unido.

BS 812, Part 113 - “Testing Aggregates: Method for determination of Aggregate Abrasion Value", 1990

Ensayo para determinar la abrasión del árido.

10 AAV

Unión Europea

UNE-EN1097-8:2000, Anexo A, 2000 - : “Determinación del Coeficiente de Abrasión del árido (AAV)”

Estándares para determinar propiedades físicas y mecánicas de los áridos. Se establecen los procedimientos necesarios para determinar el coeficiente AAV.

-

Unión

Europea

UNE-EN1097-2:2010, Parte 2: “Métodos para la determinación de la resistencia a la fragmentación”.

Medición de la resistencia a la fragmentación (Desgaste de Los Ángeles).

-


44

Coeficiente de Resistencia al Deslizamiento (CRD): Solo es aplicable y

determinado cuando la superficie de rodadura está construida. Se acepta como

alternativa a los valores de Coeficiente de Rozamiento Transversal (CRT).

Tabla 2.5-8: País, Normativa y Exigencias para CRD.


España NLT 175:1988 - "Coeficiente de resistencia al deslizamiento con el péndulo TRRL”

Procedimiento para realizar las medidas de resistencia al deslizamiento.

-

Chile Manual de Carreteras, Vol. 8, 8.502.16, 2014.

Método para determinar el coeficiente de resistencia al deslizamiento en el pavimento con Péndulo Británico.

(1) (2)

Min. 65 Min 55.


(1): Sectores con Singularidades (Curvas de radio < 100 m; Pendientes ≥ 10%; Aproximaciones a intersecciones; Intersecciones; Aproximaciones a semáforos; Aproximación a señalización de prioridad) (2): Sectores sin Singularidades.

Coeficiente de Rozamiento Transversal (CRT): Es la relación entre la fuerza

transversa al neumático situado en un plano perpendicular al plano de la misma y el

peso que actúa sobre ella. Éste coeficiente es medido a través del equipo de medida

SCRIM.

Tabla 2.5-9: País, Normativa y Exigencias para CRT.


Reino Unido

HD28/04 (highways Agency), 2004

Determinación del coeficiente de fricción transversal.

-

España NLT-336:1992- “Determinación de la resistencia al deslizamiento con el equipo de medida del rozamiento transversal”,

0.65

Chile Manual de Carreteras, Vol. 8, 8.502.17, 2014

(1) (2)

0,5 0,4


(1): Sectores con Singularidades; (2): Sectores sin Singularidades.

45

TRL Reporte 176:1997: Realizado por Laboratory Tests on High-Friction

Surfaces for Highways, del Transport Research Laboratory de Reino Unido contiene

una serie de protocolos de pruebas diseñadas con el objetivo de que los materiales

necesarios para el SSAF cumplan a cabalidad con los valores mínimos, máximos y los

procedimientos adecuados para el cálculo del desgaste, adhesión a la tracción,

desprendimiento, hielo-deshielo, resistencia al petróleo y otros.

Macrotextura: El método del círculo de arena se encuentra normalizado en

numerosos países, dado su bajo costo y facilidad de aplicación.

Tabla 2.5-10: País, Normativa y Exigencias para CRT.


España

NLT-335:88 - “Medida de la Macrotextura Superficial de un Pavimento por la Técnica Volumétrica”

Procedimiento de ensayo mediante el círculo de arena

0.7 mm

Chile

Manual de Carreteras. Vol. 8, 8.502.14 - “Método para determinar la macrotextura del pavimento mediante ensaye del círculo de arena”

0.6 mm


Por otra parte, el reporte TRL 176:1997 sugiere como ensayo opcional

determinar la medida de la profundidad de la textura, esta prueba está diseñada para

comprobar que el SSAF puede ser aplicado con éxito cuando la profundidad de la

textura del sustrato esta fuera del rango de 0,5 mm a 2,0 mm.

46

Resistencia a la Tracción y Elongación a la Rotura: Este factor es

determinado mediante la normativa BS 2782: Part 3, Method 320 A:“Methods of

Testing Plastics. Mechanical Properties. Tensile Strength, Elongation and Elastic

Modulus” del Reino Unido, en la cual se evidencian los procesos necesarios para

obtener la resistencia a la tracción relacionando la fuerza aplicada respecto al área de

la sección de interés. Posteriormente, se obtiene la elongación porcentual calculando la

distancia de deformación del elemento respecto a su estado original.

Mantenimiento y Variación Total del Color: Se considera para este punto los

ensayos mencionados en el reporte TRL 176, los cuales corresponden al ensayo de

desgaste “Wear Test” y ensayo de desgaste “Scuffing Test”, donde sus prescripciones

técnicas se evidencian en el "Anexo B" de este estudio.

Resina de Poliuretano:

Por definición, es un conjunto de dos componentes líquidos, poliol e isocianato,

que mediante reacción química entre ellos dan lugar a la resina de poliuretano.

La cantidad necesaria de resina varía en función de la textura y porosidad de la

superficie del pavimento, pero en ningún caso debe ser inferior a 1.35 kg/cm2.

Es preciso señalar que la resina de poliuretano presenta las siguientes ventajas:

Sellan un amplio rango de capa de suelo debajo de la capa superficial del

mismo.

Buena resistencia a los productos químicos

Se puede pintar.

47

Presentan fenómenos de histéresis, que pueden aprovecharse en la

amortiguación de ruidos, vibraciones, aumento de fricción y similares.

Bauxita Calcinada:

Muchos áridos que tienen una elevada resistencia al pulido, tienen en cambio

una baja resistencia a la abrasión, por lo que sólo aquellos materiales que combinen

una buena resistencia al pulido y a la abrasión se pueden utilizar en la aplicación del

SSAF. En función de lo anterior, se observa el árido sintético bauxita calcinada.

El árido sintético en estudio, está compuesta por bauxita sometida a un

tratamiento térmico, alcanzando temperaturas muy altas y para éste sello debe ser

superior a 1500°C.El mineral al ser tratado a una alta temperatura, el agregado es más

denso, de mayor pureza y más estable. Por lo tanto, la bauxita calcinada en cuestión

asegura una estable resistencia a la temperatura y buena resistencia mecánica como

tenacidad y dureza.

Dentro de los componentes del árido sintético utilizado en el SSAF, se

encuentra el óxido de aluminio (Al2O3) y oxido férrico (Fe2O3), donde el contenido

mínimo y máximo admisible son de 75% y 4% en peso respectivamente.

La dureza del árido en cuestión es medida en la escala de Mohs, la cual es

una relación de diez minerales ordenados por su dureza, de menor a mayor. El árido

sintético bauxita calcinada posee una dureza con un rango de 5.5 - 6. Es decir, está

entre el mineral apatita y ortoclasa, los cuales se pueden rayar difícilmente con

un cuchillo y se puede rayar con una lija para el acero respectivamente.

48

El árido sintético bauxita calcinada utilizado en el SSAF, se caracteriza por

proporcionar a la carpeta de rodadura una gran adherencia y fuerte resistencia al

pulimento debido a que posee una elevada microtextura y resistencia al deslizamiento.

Prescripciones Técnicas:

Para el cumplimiento de los estándares mínimos del SSAF, se debe cumplir los

requerimientos y exigencias descritas anteriormente.

Principalmente, la totalidad de dichas prescripciones y ficha técnica se

encuentran en "Anexo B" de este estudio, el sello en cuestión debe cumplir las

siguientes prescripciones técnicas, considerando la unión del árido más el adhesivo,

las cuales serán utilizadas para su posterior diseño sobre las configuraciones

estructurales de pavimentos:

Cantidad de Tránsito: 3.500 Vehículos/ día / Carril.

Vida en Servicio: 5 - 10 años.

Espesor total: 5 mm.

Contacto Árido-Neumático: 100% debido a que no hay contacto con el adhesivo

CRT: Superior al 80 durante toda la vida de servicio.

Macrotextura Superficial: Debe ser inicialmente mayor a 1,8 mm y durante toda

la vida de servicio mayor a 1,1 mm.

49

En función de los antecedentes, exigencias mínimas de las normativas y

prescripciones técnicas del sello, se realiza un cuadro resumen donde queda

demostrado que el sello superficial en cuestión cumple a cabalidad la normativa

anteriormente expuesta, incluso durante toda la vida de servicio.

Tabla 2.5-11: Resumen normativa, exigencias y prescripciones técnicas

Contenido Normativa Coef. Prescripción

Técnica

Vida en Servicio( Durabilidad) (1) - 5-10 años,

Tipo1.

Coef Pulimento Acelerado (CPA)

EN1097: Parte N°8 (2)

-

70

ASTM E303:1993 (2013)(3)

UNE 146130 (4)

50 (0,5)

NLT-174:1993(5)

50 (0,5)

BS812 (1990), Parte 114 (6)

50 (0,5)

Coef. Resist. deslizamiento

NLT-175 (7)

2.5.9.3 -

MC 8.502.16:2014(8)

MC 5.408.303.C

(8)

65 -

Coef. Abrasión del Árido (AAV)

BS812-Part 113:1990 (9)

≤10

≤4 EN1097-8: Anexo A. (10)

EN1097:2010,Part N° 2

(11)

-

Adherencia al Acero EN 24624

(12)

1.5 MPa ≥15 MPa EN ISO 4624:2003

(13)

Coef. Rozamiento Transv. (CRT)

NLT-336:1992(14)

65

≥80 MC 8.502.17:2014(15)

MC 5.408.303.B

(15)

55

Macrotextura

NLT-335 (16)

≥0.7 mm Inicial: ≥1.8 mm Vida Serv:≥ 1.2

mm MC 5.408.303.A

(17)

MC 8.502.14(17)

≥0.6 mm

Resistencia Tracción BS 2782-Parte 3, Method 320A

(18)

- ≥14 MPa

Elongación a Rotura ≥45%

Mantenimiento y Variación Total del Color

TRL Report 176:1997 (19)

-

2.5.10 – Tabla 7 BS 3900:Part F12:85(91) (20)

ASTM G53-96 (21)

Fuente: Elaboración Propia

50

Referencia Normativa.

(1): Guidelines Document for the Assessment and Certification of High-Friction Surfaces for

Highways por HAPAS/BBA

(2): EN1097: Parte N°8: Ensayos para determinar las propiedades mecánicas y físicas de los

áridos- Parte 8: Determinación del Coeficiente del Pulimento Acelerado (CPA)

(3): ASTM E303:93 (2013) –“Standard Test Method for Measuring Surfaces Frictional Properties

Using The British Pendulum Tester”.

(4): UNE 146130: Áridos para mezclas bituminosas y tratamientos superficiales de carreteras,

aeropuertos y otras áreas de pavimentación, Unión Europea

(5): NLT-174: 1993- Pulimento Acelerado de los Áridos; España

(6): BS812 (1990), Part 114: “Methods for determination of the Polished Stone Value (PSV)”, UK

(7): NLT-175:1989 - Medida coeficiente de resistencia al deslizamiento con péndulo TRRL.

(8) Manual de Carreteras, 2014 – Vol.8: 8.502.16: Método para determinar el coeficiente de

resistencia al deslizamiento en el pavimento con péndulo británico (TRRL)

(8) Manual de Carreteras, 2014 – Vol.5: 5.408.303.C: Tabla de exigencias mínima de

coeficiente de fricción con péndulo TRRL.

(9): BS812-Parte 113:1990: “Methods for determination of the aggregate abrasión value (AAV)

(10): EN1097-8: Ensayos para determinar las propiedades mecánicas y físicas de los áridos -

Anexo A: Determinación del Coef de Abrasión del árido, Unión Europea

(11): UNE-EN1097:2010 – Parte N°2: Métodos para la determinación de la resistencia a la

fragmentación.

(12): EN 24624: Pintura y Barnices, Ensayo de Adherencia por tracción, Unión Europea

(13): EN ISO 4624:2003: “Paints, Varnishes and Plastics, Pull-off test for adhesion”

(14): NLT-336: Determinación de la resistencia al deslizamiento con el equipo de medida del

rozamiento transversal, España.

(15): Manual de Carreteras, 2014 – Vol.8: 8.502.17: Método para la determinación del

coeficiente de fricción transversal del pavimento con SCRIM.

(15): Manual de Carreteras, 2014 – Vol.5: 5.408.303.B: Tabla de exigencias mínima de

coeficiente de fricción medido con SCRIM.

(16): NLT-335- Medida de la macrotextura superficial de un pavimento por la técnica

volumétrica, España.

(17): Manual de Carreteras, 2014 – Vol.8: 8.502.14: Método para determinar la macrotextura del

pavimento mediante ensaye del círculo de arena.

(17): Manual de Carreteras, 2014 – Vol.5: 5.408.303.A: Tabla de exigencias mínima de

macrotextura superficial.

(18): BS 2782-Part 3, Method 320A: Methods of testing plastics Mechanical properties. Tensile

strenght, elongation and elastic modulus, UK

(19): TRL Report 176:1997 – Laboratory Test son High-Friction surfaces for Highways, UK.

(20): BS 3900: Part F12:1985(1991) – “Methods of tests for paints”, UK

(21): ASTM G53-96 Standard Practice for “Operating Light and Water – Exposure Apparatus for

Exposure of non-metallic materials

51

2.6. Beneficios del SSAF

El aspecto más relevante a la hora de analizar los beneficios del SSAF, es la

drástica reducción de la distancia de frenado con el pavimento en estado húmedo, la

cual es inferior a las obtenidas sobre la carpeta asfáltica en estado seco. El automóvil,

al frenar sobre este sello superficial en seco puede detenerse completamente en 26 m.

en el caso de que sea un vehículo moderno equipado con ABS, circulando a 90 Km/hr.

Sin embargo, sobre una superficie de rodadura con la ausencia del sello en cuestión, el

vehículo descrito anteriormente realizaría la misma maniobra requiriendo como mínimo

10 m. más de vía para lograr detenerse.

Por lo tanto, estudios físicos demuestran que un vehículo frenando sobre el

pavimento sin sello, aún circularía a 46 km/hr en los 26 m donde la configuración con el

sello ya ha hecho que el vehículo termine su recorrido (Figura 2.6-1). Dicha velocidad

se considera suficiente para destrozar un automóvil frente a un impacto lateral.

Figura 2.6-1: Comparación de distancias de frenado entre pavimento con aplicación de Sello

Superficial y en ausencia de este.

Fuente: www.colorvial.com

http://www.colorvial.com/

52

La misma prueba de frenado, realizada en mojado, requeriría una distancia de

frenado de 32 m en el caso de la solución con SSAF y de 55 m para el caso del

pavimento sin sello. Es preciso señalar, que el vehículo que frena sobre la carpeta de

rodadura en ausencia del Sello, aún circularía a 60 Km/hr al cabo de esos 32 m en

donde la solución con sello hace que el vehículo se detenga por completo.

Es preciso señalar, que las velocidades y distancias mencionadas

anteriormente se deben tener en cuenta a la hora de valorar la seguridad de la

circulación vial respecto a la tasa de accidentes por deslizamientos, la probabilidad de

muerte de un peatón por atropello y similares. En la tabla 2.6-1, se observa claramente

que la probabilidad de fallecimiento de un peatón aumenta significativamente si la

velocidad de colisión es mayor.

Al momento de reducir las distancias de frenado, se logra disminuir las

fatalidades y las serias lesiones que se producen en las colisiones de los automóviles.

Tabla 2.6-1: Probabilidad de fallecimiento de un peatón.

Velocidad de colisión (Km/h) Probabilidad de Fallecimiento del peatón.

80 100%

60 85%

40 30%

20 10%

Fuente: www.colorvial.com

Por otra parte, existen otros beneficios asociados al SSAF, dentro de los cuales

se encuentra que dicha solución superficial es: Impermeable a agentes climáticos,

presenta una ausencia total de exudaciones, posee una buena resistencia a los

hidrocarburos, entrega a la superficie de rodadura un menor ruido respecto a la carpeta

53

asfáltica sin SSAF. En países globalizados, la utilización de este SSAF ha entregado

buenos resultados disminuyendo la siniestralidad en puntos críticos.

2.7. Ventajas y desventajas del SSAF.

Tabla 2.7-1: Ventajas y desventajas SSAF.

Ventajas

Durabilidad. Los valores iniciales de SFC se estabilizan al final de la vida

de servicio en un nivel igual a una superficie asfáltica recién instalada.

Mínimo retraso del tráfico

Reduce el riesgo de hidroplaneo y mejora el drenaje superficial.

Las superficies con SSAF no sufren problemas de adherencia por heladas

Reduce el nivel de ruidos de la superficie entre 3 a 4 dBA, debido a la

estructura fina del árido sintético

Visibilidad mejorada durante la noche por la reflexión de las luces.

Inmune a la sal y puede soportar exposición limitada a combustibles

Desventajas

El nivel del tráfico que soporta hace que la aplicación quede inválida para

algunas vías del territorio nacional, debido a que en la capital existen

zonas donde circulan más de 3500 vehículos por día y pista.

El árido sintético no es de uso común, su procedencia es específica, por lo

que se requiere importar este material, incrementando considerablemente

los costos.

Los ligantes son sintéticos y por tanto no son de uso masivo

La limitación de costos, limita las áreas de aplicación.

La superficie donde se instala el SSAF debe estar completamente seca,

limpia, sin irregularidades y grietas.

Mínimo 30 días realizado el pavimento para la correcta instalación del

SSAF

En el territorio nacional, no existen estudios con gran nivel de precisión

sobre el SSAF y solo se han realizado tramos de pruebas, por lo que

existe una ausencia de normativa para la instalación, aplicación y

evaluación del desempeño.

La resina utilizada es un material termoestable, las posibilidades de

reciclaje son menores a las de un plástico termoplástico. Los materiales

termoestables se encuentran entrecruzados y no se pueden volver a

fundir.

Fuente: Elaboración propia.

54

CAPÍTULO 3. PROYECTOS DEL SSAF EN CHILE Y EN EL EXTRANJERO.

3.1. Introducción

A lo largo de este capítulo se presentan los principales proyectos de aplicación

del SSAF, realizados en países como Australia, Chile, España, Nueva Zelanda y Reino

Unido.

El objetivo principal de esta aplicación es lograr aumentar la adherencia entre

el neumático y pavimento hasta estándares adecuados y a su vez aumentar la

resistencia al deslizamiento. La utilización de dicha técnica tiene la finalidad de reducir

considerablemente los accidentes de tránsito ocurridos en curvas peligros, exceso de

velocidad, pistas de alta montaña y accesos de alta concurrencia peatonal y vehicular.

La finalidad de realizar este capítulo, radica principalmente en observar si la

aplicación del SSAF tiene incidencia en la seguridad de la circulación vial y si

disminuye la tasa de accidentes y siniestralidades en proyectos extranjeros en los

cuales a diferencia del territorio nacional, existe seguimiento de la aplicación del SSAF.

Por lo anterior, es que al finalizar este capítulo se realiza un análisis entre la relación

de accidentes y fricción destacando la correlación entre resistencia al deslizamiento y

accidentes por deslizamiento.

3.2. Australia.

Perry Street Lilyfield, Sídney:

La esquina de Perry Street Lilyfield, en Sídney, Australia, es caracterizada por

poseer una resistencia al deslizamiento extremadamente baja, lo cual es perjudicial en

los periodos de clima húmedo, provocando cientos de accidentes, debido a que los

55

conductores perdían el control fácilmente del vehículo, colisionando con locales

cercanos a aquella localidad. La solución a estos "eventos" ocurre en diciembre del

año 1998, donde se propone implementar el SSAF.

Posteriormente, con la tecnología implementada, se ha reducido en esta

esquina un 27% los accidentes debido a su alta resistencia al deslizamiento que hasta

la fecha continua manteniendo niveles muy por encima de los alcanzados por

superficie de asfalto tradicional.

Ewingsdale Interchange, Pacific Hwy, New South Wales:

La carretera del pacifico posee accesos a la carretera de Ewingsdale, estas

entradas correspondientes en dirección Sur y Norte se caracterizan por ser curvas muy

pronunciadas y con gran peralte como se observa en la imagen 3.2-1.

Fuente:http://antiskid.com.au/services/road-pavement-carpark-surfacing/high-friction-road-

treatment

Imagen 3.2-1: Curva pronunciada y representación de carretera Ewingsdale

56

Desde el año 2000, con el crecimiento de la población se observa un gran

aumento de tráfico de hasta 4.000 vehículos por día, por lo que se incrementan las

solicitaciones de este tramo, afectado directamente la resistencia al pulido de los áridos

en la vía y generando en consecuencia una disminución de la resistencia al

deslizamiento. Además, en los periodos climáticos muy húmedos, los conductores

perdían el control del automóvil, logrando ser expulsados al exterior de la curva. Por lo

tanto, en virtud de esto, en Junio del año 2008 con el objetivo de aumentar la

resistencia al deslizamiento para evitar más accidentes, se decide implementar el

SSAF teniendo resultados satisfactorios de un 32% menos de accidentes.

Vicroads, Melbourne, Victoria:

En Vicroads, al Sureste de la Región de Melbourne, Victoria, Australia. Se

realizó en el año 2005 la entrega de uno de los programas de obras más grandes

referente al SSAF. Dicho programa, abarca un área de aplicación de 10.000 m2 en más

de 12 ubicaciones distintas. Los sitios seleccionados son intersecciones, cruces

ferroviarios y peatonales donde existían innumerables accidentes al año.

Debido a los innumerables accidentes se implementa dicho sello para mejorar

la textura de la superficie y de esta forma lograr una reducción de las distancias de

frenado y aumento de las desaceleraciones del vehículo en caso de condiciones

climáticas de humedad.

En las áreas de instalación, se realizaron pruebas de fricción a la superficie

donde se observa que en la carpeta de asfalto normal se tiene un estándar de 0.55

Sideway-force Coefficient (SFC) mientras que con la instalación del sello y medido 6

57

meses después de la instalación inicial, el coeficiente es mayor a 0.90 Sideway-force

Coefficient (SFC) medido con equipo SCRIM demostrando de esta forma que aumenta

la fricción y seguridad de la circulación vial.

Winterfold Road – Carrington Street:

Entre los años 2000 y 2002 la unidad "Black Spot" incorpora el SSAF a sus

nuevos programas de seguridad en el oeste de Australia. Parte de este programa

consta en la instalación en 8 sitios diferentes del sello en cuestión como se logra

apreciar en la imagen 3.2-3. Posteriormente, se realizan pruebas de resistencia al

deslizamiento supervisado por las autoridades locales donde se aprecian mejoras

significativas al fenómeno de resistencia al deslizamiento. Finalmente, en el año 2005,

“Injury Research Centre” en la Universidad Western Australia, entrega su informe de

evaluación del programa “Black Spot”, en donde se analiza y concluye que se generó

una reducción general de los accidentes en un 6.7% y una reducción de accidentes

fatales de un 10.1%.

Imagen 3.2-2: Winterfold Road intersección con Carrington Street

Fuente:http://antiskid.com.au/services/road-pavement-carpark-surfacing/high-friction-road-

treatment

58

3.3. España

La aplicación del sello superficial de alta fricción (SSAF) se ha utilizado en

tramos de concentración de accidentes desde el año 2003. Un gran número de estas

aplicaciones han tenido lugar en carreteras de montaña, lugares urbanos con gran

concentración de personas y existen algunos proyectos desarrollados por el Ministerio

de Fomento del mismo país y Dirección General de Carreteras.

Carreteras de montañas:

El sello de alta fricción está presente en varios tramos de carreteras de

montaña, cercano a los 1.000 m sobre el nivel del mar, dónde hay períodos de nieve

durante a lo menos cuatro meses de cada año.

Una de ellas es la carretera

Nacional N-230, que comienza en

Lérida, 150 km al oeste de Barcelona

y Termina en la frontera con Francia

cruzando el túnel de Viella, que es el

túnel más largo de España con 5,5

km. La presencia de dicho sello se

encuentra en los últimos 60 km antes

de llegar a Francia en pleno Pirineo

Catalán. Esta ha sido la carretera

considerada como "Banco de Pruebas", ya que es una vía de alto tráfico de camiones

(más de 1.500 vehículos diarios) y adquiere nieve muy abundante durante 4 meses al

año.

59

Otro camino muy significativo es

la carretera C 13, la cual

comienza en la llanura de Lérida y

se adentra en la cordillera del

Pirineo. No es una vía de alta

capacidad o troncal, pero si tiene

un altísimo índice de accidentes

por su trazado, muy peligroso. Ahí

es donde se encuentra el "túnel

rojo" de Camarasa. En esta

carretera se encuentran los tramos de Santa Engracia, Tremp y finalmente Esterri

D'Aneu. A lo largo de esta existen hasta la fecha 8 actuaciones del SSAF en un tramo

de poco más de 100 km.

Ministerio de Fomento:

El ministerio de fomento de España es el actual departamento ministerial con

competencias en obras públicas, transportes y comunicaciones. Principalmente, es el

encargado de la preparación y ejecución de la política de gobierno en materia de

infraestructuras de transporte terrestre, aéreo y marítimo de competencia estatal, y el

control, la ordenación y regulación administrativa de los servicios de transportes.

La introducción del SSAF en España ha dado espectaculares resultados.

Cuando se ha aplicado en puntos negros, se ha eliminado la siniestralidad en más del

95%. Ya lo utiliza la mayor parte de las administraciones con competencia sobre

60

carreteras, en especial el Ministerio de Fomento y su Dirección General de Carreteras,

algunos de los proyectos son:

S.T de Carreteras de Les Terres de I´Ebre, Cataluña:

Aplicación en carretera C-12, desde

el kilómetro 66,00 en Mora d´Ebre,

Tarragona. El SSAF se puede

encontrar también en el punto Km

85,5 en Flix, Tarragona de la misma

carretera. Ambas aplicaciones

realizadas en curvas altamente

pronunciadas.

Unidad de Carreteras en Tarragona:

Aplicación en carretera N-340, en el

kilómetro 1179.5 a la altura de

Torredembarra, Tarragona.

Unidad de Carreteras en Teruel:

Se realiza la instalación del SSAF en

la carretera N-234, Cella, Teruel.

Específicamente en el kilómetro 138

en todo el ancho del carril.

61

Demarcación de Carreteras del Estado en Cataluña:

Autovía A-2 en dirección a Madrid,

se realizó la aplicación del SSAF en

los kilómetros 599.0 km y 576.0.

Además, en salidas 599 enlace B-

24, Pallejá, salida Esparreguera

Nord ambas en Barcelona.

Departamento de Xarxa Viaria, Consell Insular d´ Eivisa i Formentera:

Aplicación del SSAF en los Núcleos Urbanos de St. Josep de sa Talaia, Santa Eulária

Des Riu, Portinaxt, Forada i Can Bellotera (Eivissa)

Fuente: Colorvial, España.

Imagen 3.3-1: Aplicación SSAF en Núcleos Urbanos de St. Josep de sa Talaia.

62

Otros Proyectos:

Junta de Extremadura, Consejería de Fomento, Sección de conservación de

Carreteras: Carretera EX – 111, Punto Km 0, Intersección con N-432, Azuaga

Ayuntamiento de Sant Just Desvern: Calle St. Josep. Sant Just Desvern

(Barcelona)

Cabildo Insular de Tenerife – Buenavista, San José y Sta. Úrsula.

Dirección General de Tráfico y Cabildo Insular de El Hierro – Carretera. HI-

1 de Valverde a San Andrés, “Rotonda de Isora” (Isla de El Hierro).

3.4. Estados Unidos

Los difíciles y cerrados accesos en autopistas genera en este país la mayoría

de las víctimas mortales de carretera, y muchos de ellos se producen en las aceras

mojadas.

En el año 2008, más de 19.000 personas perdieron la vida en accidentes a las

salidas de las autopistas en Estados Unidos. Principalmente, las condiciones de

pavimentos descuidados, pobres y especialmente en pavimento mojado, donde éste

último se ha identificado como un factor importante que contribuye a los accidentes

viales.

Además, investigaciones llevadas a cabo por la National Transportation Safety

Board y Federal Highway Administration (FHWA) indica que alrededor del 70% de

accidentes en pavimento mojado puede prevenirse o minimizarse mediante la mejora

de la fricción del pavimento.

63

Por lo tanto, en Junio del año 2010 un documento técnico llamado “Pavement

Friction Management”, ofrece orientación a los organismos viales estatales y locales

referentes a la gestión de la fricción de la superficie del pavimento comenzando así la

aplicación del SSAF a lo largo del país.

En la figura 3.4-1 representada a continuación se logra apreciar algunos de los

estados donde se ha implementado dicho sello.

Figura 3.4-1: Aplicaciones del SSAF en Estados Unidos.

Fuente: http://www.highfrictionroads.com

A continuación, quedan evidenciados algunos proyectos realizados en Estados

Unidos, para los estados de Kentucky, Pennsylvania, Texas, Virginia y California

http://www.highfrictionroads.com/

64

Estado de Kentucky:

En Estados Unidos, a nivel estatal en Kentucky, se realiza la aplicación del

SSAF. Es el primer estado en llevar a cabo un programa de seguridad para superficies

de alta fricción contemplando dicho sello en estudio.

La administración federal de carreteras cuenta con un equipo de monitoreo en

éste estado con la finalidad de revisar cada instalación de los diferentes tratamientos

realizados a la superficie de rodadura.

Principalmente, en el estado de Kentucky se realiza la instalación de dicho Sello

Superficial en 26 curvas horizontales, lo cual se ha traducido en una reducción de

accidentes del 67% a nivel general; Estas cifras de reducción de choque, están

basadas en el clima húmedo/seco. A continuación se presentan algunos proyectos

influyentes en Kentucky respecto al Sello Superficial en cuestión.

Ruta 21-Milla 1:

Kentucky, Condado de Madison, Ruta 21, específicamente en Milla 12 a las

afueras de Berea. Esta ruta es conocida localmente por sus choques semanales

debido a que en condiciones de humedad, no era inusual tener dos o más accidentes

en un solo día. Desde la primera instalación del Sello de Alta Fricción en el carril

direccional este en el año 2010, se han registrado solo dos accidentes

Ruta 22 - Bridge Hill:

Ruta 22 en Bridge Hill, Kentucky, Condado de Oldham. Es un tramo de

carretera que tuvo 57 accidentes registrados desde agosto 2007 hasta agosto de 2010

principalmente provocados por deslizamiento en calzada mojada y resbaladiza.

65

En función de esto, se decide aplicar un SSAF que ha tenido como resultado una

disminución dramática de un 91% los accidentes en la sección de la carretera.

Tabla 3.4-1: Referencia de Accidentes en Ruta 22.

Agosto 2007 Agosto 2010

Mojado Promedio Seco Promedio Mojado Promedio Seco Promedio

53 17,7 3 1 5 1.4 0 0

Fuente: http://www.dbiservices.com/high-friction-surfacing-treatment, Elaboración Propia.

Ruta 231 en Condado de OHIo:

La Ruta 231, en el condado de OHIO, Kentucky. Es la última en poseer la

aplicación del SSAF. Esta implementación es realizada debido a que los vehículos se

deslizan sobre la superficie en condiciones húmedas, afectando la seguridad de los

estudiantes y funcionarios de una escuela primaria ubicada adyacente a esta ruta.

Posterior a la implementación de dicho Sello, se ha obtenido una reducción de los

accidentes de tráfico en un 100%.

William Natcher Parkway:

William Natcher Green River Parkway, Salida 60B en dirección Oeste. Es un

acceso limitado de la autopista de Bowling Green a Owensboro en el estado de

Kentucky. Corresponde a una de las nueve carreteras que forman parte del sistema

Kentucky Parkway.

Esta salida de alta velocidad, provoca más de 50 patinajes fuera de la carretera

e innumerables choques y accidentes relacionados con el deslizamiento del vehículo.

Por lo tanto, en función de lo anterior se instalan 2.200 m2 de SSAF para aumentar la

seguridad en dicha salida en cuestión lo que se ha traducido en la reducción de

incidentes de arrastre fuera de la carretera por muchos años por venir.

http://www.dbiservices.com/high-friction-surfacing-treatment

66

Estado de Pennsylvania:

Ruta 611 – Pennsylvania:

En 2007, un segmento de la Ruta 611 ha sido escenario de accidentes fatales

dejando 3 muertos y veinte heridos en un periodo de 8 años. Debido a esto, en 2012 el

Departamento de Transporte del Distrito 5-0 Pennsylvania que consiste en los

condados de Monroe, Carbon, Northampton, Schuylkill, Lehigh y Berks instaura 12

proyectos que contemplan la instalación del SSAF con la finalidad de reducir, y en

algunos casos eliminar por completo los accidentes que cobran víctimas mortales.

Estado de Texas:

Condado de Bexar, Texas:

En el condado de Bexar, Texas, a unos 190 kilómetros al oeste de Houston se

decide instalar el SSAF específicamente en cuatro enfoques de intersección en

conflicto. Uno de ellos corresponde a un cruce escolar de especial importancia debido

a la cantidad de niños presentes. Las otras tres intersecciones donde se realiza la

aplicación del Sello son Rockwall Mill y Palmetto Camino; Wiseman Boulevard y Tally

carretera; Cuerno Post y Rainbow Creek aplicándose 150 metros lineales en un ancho

de vía completo para cada zona en estudio. Las áreas escogidas por la agencia de

carreteras del condado se caracterizaban por el deslizamiento de los automóviles tanto

en condiciones climáticas húmedas y secas. Debido a la gran cantidad de siniestros, se

decide instalar dicho SSAF el cual en el año 2011 ha demostrado una disminución de

un 31% de accidentes causados por deslizamiento

67

Estado de Virginia:

Interestatal 77 Sur:

Las autoridades locales identificaron muchos lugares de alto riesgo que están

continuamente expuesto a accidentes. Uno de estos es la interestatal 77 en Princeton,

Virginia. La cual desde hace algunos años ha demostrado tener una tasa de accidentes

mortales e incapacitantes. En función de esto, el distrito local propuso la

implementación del SSAF a varias curvas de la carretera en cuestión. Por lo tanto, en

otoño del año 2011 se instala el sello en cuestión en ambos carriles hacia al sur de la

milla 7.1-8.39 (Figura 3.4-2).

Este tramo fue identificado por tener la tasa de incidencia de accidentes más

alta que cualquier estado.

Figura 3.4-2: Aplicación en Carretera Interestatal 77 Sur.

Fuente: http://www.dbiservices.com/high-friction-surfacing-treatment

68

Ruta 3, Condado de Boone:

Ruta 3 del condado de Boone, en West Virginia. Está caracterizada por la

cantidad de curvas serpenteantes y cerradas que sirven a la comunidad de la minería

del carbón en éste condado. Las dificultades y diseño complicado de la autopista han

presentado problema a los residentes locales. Durante 5 años se han reportado 200

accidentes, donde unas de las soluciones que se adopto fue implementar una barrera

de choque, lo cual no redujo los accidentes. Posteriormente, tras no variar la tasa de

accidentes, en el año 2011 se decide implementar el SSAF, el cual se ha instalado en

varias secciones de rutas o carreteras, reduciendo considerablemente los siniestros

causados por exceso de velocidad. Se realizaron mediciones de fricción en la

superficie a lo largo de la sección de la Ruta 3, donde se obtuvo que antes de la

instalación del sello en cuestión el indicador de fricción era de 29 y luego de la

aplicación del sello, el coeficiente de fricción aumento a 70.

Estado de California:

El estado de california posee 10 aplicaciones del SSAF hasta la fecha. Sin

embargo, se están estudiando en la actualidad 50 puntos donde se realizará la

instalación de dicho sello, incluyendo secciones de alta velocidad. La mayoría de las

aplicaciones provistas de instalación será para accesos y curvas de carreteras. Los

principales proyectos que se encuentran en dicho estado son:

Carretera 101:

El Parque Redwood atrae a miles de visitantes cada año, este se encuentra en

la Carretera 101 cercana a Crescent City, California. Es una tortuosa carretera con

69

mucho tráfico a través del Parque Nacional Redwood donde cada año en las curvas

cuesta abajo horizontales de la pista ocurren innumerables siniestralidades.

Debido a esto, para reducir el número de accidentes, el departamento de

transportes de California implementa el SSAF disminuyendo los accidentes en un 69%.

Ruta 105 Sepúlveda Blvd, Los Ángeles, California:

Acceso y punto de salida primario del aeropuerto de Los Ángeles. Dicha

sección de la vía es cerrada durante los eventos de humedad y lluvia para evitar

accidentes. Los 31.000 accidentes registrados se produjeron como consecuencia de la

curvatura cerrada, la baja fricción y conducción agresiva de los automovilistas. En los

últimos cinco años, estudios demostraron que 68 de los 85 accidentes ocurridos en

dicha sección eran ocasionados por deslizamiento y/o pavimento mojado. Po lo tanto,

las autoridades locales aplican el SSAF en una superficie de 1.300 pies lineales

aproximadamente. Posterior a la implementación del sello, no se ha cerrado

nuevamente el acceso.

3.5. Nueva Zelanda.

Hibisco, Silverdale:

La carretera de hibisco en Silverdale, se destaca por la gran tasa de

accidentes que ocurren en sus curvas. Para lograr reducir al mínimo la gran tasa de

siniestralidad y fatalidades, se opta por utilizar el SSAF en una superficie de 2.500 m2

caracterizada por un color gris. Al año de dicha implementación, se observa que los

accidentes disminuyen en un 41%.

70

Warkworth Primary School:

En los alrededores de la Escuela Primaria Warkworth han ocurrido eventos

inesperados de accidentes afectando a escolares que asisten a dicha primaria. Por lo

tanto, las autoridades locales deciden aplicar el SSAF con la finalidad de que los

accidentes disminuyan y al mismo tiempo provocar una alerta a los conductores

utilizando parches Vistagrip haciendo mención a "Zona de Escuela" (imagen 3.5-1).

Imagen 3.5-1: Aplicación SSAF en escuela primaria Warkworth.

Fuente: http://tekservices.co.nz/project11.html

Waiheke Island:

En dicha localidad, en una curva cerrada eran innumerables los accidentes

caracterizados principalmente por el deslizamiento de los vehículos dejando todos los

años una gran cantidad de heridos y fallecidos. En función de lo anterior, en

septiembre del año 2012 se implementa el SSAF, con la finalidad de lograr una mayor

adherencia entre el neumático y el pavimento. El proyecto abarca una superficie total

de aplicación de dicho sello de 600 m2 y la reanudación del tráfico se logró en 20

minutos.

71

Waiere Drive, Hamilton:

Este proyecto era caracterizado por ser un cruce peligroso (imagen 3.5-2),

tanto para automovilistas, ciclistas y peatones teniendo una alta tasa de siniestros. En

función de esto, en enero del año 2013 se implementa el SSAF de color verde, en la

vía de circulación de automóviles y en ciclovías. El proyecto abarca una superficie de

aplicación de 550 m2.

Imagen 3.5-2: Aplicación SSAF, Hamilton


The Esplanade – Lower Hutt:

En las cercanías del borde costero, en The Esplanade – Lower Hutt, circula

diariamente una gran cantidad de peatones y automóviles a velocidades elevadas

donde se destaca la baja regularidad superficial de la superficie de rodado, generando

el deslizamiento de los vehículos cuando circulan a elevadas velocidades sobre un

pavimento en estado húmedo, generando innumerables accidentes por deslizamiento.

72

Con el objetivo de prevenir estos accidentes y aumentar la adherencia entre

neumático y pavimento, las autoridades locales deciden en enero del 2014 instaurar el

SSAF en una superficie de 1383 m2 como se observa en la imagen 3.5-3. Posterior a

la instalación del sello, el tráfico fue reanudado tras 6 horas.

Imagen 3.5-3: Aplicación SSAF en Lower Hutt


3.6. Reino Unido

La experiencia obtenida luego de más de 30 años de uso del Sello Superficial

de Alta Fricción (SSAF) en Reino Unido demuestra que dicha aplicación ha resultado

ser altamente efectiva para reducir la ocurrencia de accidentes en sitios con alta

densidad de tránsito y elevado riesgo de pérdida de fricción. Por otra parte, estudios

realizados por el mismo país demuestran una reducción de los accidentes causados

por deslizamiento entre un 60 y 70%. Además los mismos estudios y seguimientos

estadísticos, señalan la reducción de casi un 60% de los accidentes de tráfico mortales

desde el año 1965 hasta 2010.

73

A continuación, se evidenciaran algunos de los proyectos realizados en el Reino

Unido, principalmente en los países de Escocia, Inglaterra e Irlanda.

Inglaterra:

Aeropuerto Heathrow, Londres:

La carretera M4 posee una pista únicamente para buses, la cual es el acceso

al aeropuerto de Heathrow en la ciudad de Londres, este aeropuerto se destaca por ser

el más activo del mundo al tener más de 57 millones de pasajeros al año, donde 13

millones de estos pasajeros utilizan el transporte público para los desplazamientos de

entrada y salida al aeropuerto.

En función de esto, se decide implementar de forma preventiva el Sello

Superficial de Alta Fricción con la finalidad de evitar los posibles accidentes peatonales

futuros. La implementación del sello en cuestión se aprecia en la imagen 3.6-1.

Imagen 3.6-1: Aplicación SSAF en acceso aeropuerto Heathrow.

Fuente: Fuente: http://www.ennisflint.co.uk/projects/project-4

74

Carretera A-177, Durham:

En la carretera A177, Stockton en Tees TS21, específicamente entre Sedgefield

y Thorpe Larches, se registraba un historial de accidentes de suficiente preocupación,

lo que conlleva a realizar una investigación con la finalidad de identificar las soluciones

aptas para prevenir los innumerables accidentes. En la zona de estudio, se obtiene que

durante un periodo de 10 años, entre 1998 y 2007, se reportaron los siguientes

accidentes: 5con víctimas fatales, 3 con víctimas de lesiones graves y 15 con víctimas

de lesiones leves.

Además, es preciso señalar que un número significativo de los siniestros

ocurridos fueron en condiciones de vías húmedas, donde los automovilistas pierden el

control por la baja adherencia entre neumático y pavimento.

Por lo tanto, en función de las lamentables cifras, se decide en el año 2009

implementar el SSAF en la zona de estudio (Imagen 3.6-2) con la finalidad de

aumentar la adherencia y lograr una reducción en la tasa de accidentes.

Imagen 3.6-2: Aplicación del SSAF en Carretera A-177

Fuente: http://www.dbiservices.com/high-friction-surfacing

75

República de Irlanda:

Dublín:

En la cercanía de Dublín, Irlanda, se presenta una vía empinada cuesta abajo

la cual es muy concurrida por los automovilistas, en los últimos 3 años, han fallecido 21

personas debido al exceso de velocidad en la circulación vial y los responsables fueron

incapaz de reducir la velocidad debido a la poca adherencia entre el neumático y el

pavimento. Como solución se implementa el Sello Superficial de Alta Fricción (SSAF),

obteniendo como beneficios una mejor adherencia entre neumático y pavimento, lo

cual generó una reducción significativa de los accidentes.

Escocia:

En el año 2009, en las localidades de Leydoge, Cottown, Swailend y Olmeldrum

de la ciudad de Aberdeen, en Escocia, se registraron 34 accidentes de tránsito, lo que

llevó a las autoridades locales a construir un programa de seguridad para las vías de

carreteras. Decidiendo en el año 2010 implementar SSAF en las localidades

mencionadas anteriormente. El proyecto en estos sitios contempló un área total de

18.000 m2. Posteriormente, tras realizar un seguimiento luego de 10 meses realizada la

aplicación, se destaca que los accidentes fueron reducidos en un 100%.

76

3.7. Chile

A lo largo del territorio nacional, la instalación del SSAF ha sido aplicada a la

fecha en una superficie de más de 19.000 m2 en distintas regiones del país. Dicho sello

fue instalado por primera vez en un tramo de prueba en el año 2011 en el Camino La

Pólvora, Provincia de Valparaíso. Región de Valparaíso, Ruta 60 CH siendo esta

una obra piloto y la primera realizada en Chile y Sudamérica (Imagen 3.7-1).

Dicho proyecto corresponde al camino de acceso al puerto de Valparaíso,

específicamente a una curva peligrosa, en la llamada Cuesta Balmaceda, con gran

tráfico de camiones con contenedores.

La aplicación de este sello es realizada sobre un pavimento asfáltico,

corresponde a un área comprendida de 1.800 m2 donde el tráfico medio diario alcanza

los 4.500 vehículos.

Imagen 3.7-1: Camino la Pólvora, Provincia de Valparaíso, Ruta 60 CH.

Fuente: www.Colorvialchile.cl

77

Posteriormente, en el país se han desarrollado diferentes aplicaciones del

SSAF como en carreteras, cruces peatonales, accesos entre otras. A continuación se

presentan algunos proyectos donde se ha utilizado dicho Sello.

Curvas Pronunciadas:

La aplicación del SSAF en las carreteras del país ha ido en aumento al pasar de

los años, uno de los proyectos más influyentes y conocidos en este tiempo con la

aplicación del sello, corresponde a la carretera el cobre en provincia de Rancagua.

Dicho proyecto y algunas aplicaciones del SSAF se explican a continuación:

Carretera El Cobre en Provincia de Rancagua:

Ubicada en Región del Libertador Bernardo O´Higgins al interior de la División

el Teniente. Se realiza la aplicación del SSAF en la Carretera El Cobre siendo este

sello de prueba debido a que la carpeta de rodadura sufría procesos de Hielo -

Deshielo por la ubicación de la vía. En países Europeos esta solución ha demostrado

un buen comportamiento en rutas de alta montaña, las características principales de

este tipo de rutas corresponde a la alta presencia de nieve, bruma, lluvia y el efecto de

congelamiento que también se ve sometida la carretera El Cobre.

78

Esta vía posee instalación en el kilómetro 41,8, en la curva del km 50 que

corresponde al sector curva del espejo (Imagen 3.7-2) y las curvas del km 51,5 del

Sector la Muela. Teniendo una aplicación de 780 m2, 540 m2 y 800 m2

respectivamente. El proyecto además incluye la implementación de esta carpeta en las

cuatro curvas del retorno del tramo 4, entre Sewell y la ADIT 42.

Imagen 3.7-2: Carretera el Cobre, Provincia de Rancagua, Curva del Espejo.

Fuente: www.Colorvialchile.cl

Linares a Termas de Panimávida. Provincia de Linares:

Este proyecto, se encuentra ubicado en la Ruta L-11 de la Región del Maulé,

esta vía posee un tránsito medio diario anual correspondiente a 4.300 vehículos.

Principalmente el sello se instaló en una curva con aproximación a intersección

peligrosa ubicada en zona urbana con alto tránsito. El sello de alta fricción abarca una

superficie de 196 m2.El tránsito que circula a diario en la zona es equivalente a 12.800

vehículos.

79

San Carlos a San Fabián, Provincia de Ñuble:

En la Región del Biobío,

específicamente en la ruta N-31,

existe una curva peligrosa en este

camino, donde el sector derecho de

la vía posee viviendas

habitacionales. La aplicación de este

sello es realizada sobre asfalto en un

tramo de 350 m2 (Imagen 3.7-3) en el

cual se tiene un tráfico medio diario

anual (TMDA) equivalente a 2.320

vehículos.

Penco en cruce con Ruta Itata, Provincia de Concepción:

La superficie aplicación del sello abarca

un área de 540 m2. La implementación

es en una curva peligrosa, ubicada en

camino Penco en la región del Biobío

(Imagen 3.7-4), específicamente en la

ruta 150, la cual se ubica bajo la

carretera del Itata, a la llegada de

Penco.

Imagen 3.7-3: San Carlos a San Fabián, Provincia de

Ñuble, Ruta N-31.

Imagen 3.7-4: By Pass Penco, Ruta del Itata,

Provincia de Concepción, Ruta 150

80

Otra aplicación de una curva pronunciada en el territorio nacional, se puede

observar en el camino rural Santo Domingo, Ruta 66 Rapel a Santo Domingo,

específicamente en el km 132 con una superficie de aplicación de 510 m2

Escuelas:

Principalmente en la zona Sur del país, se ha implementado el sello para

diferentes escuelas, dentro de las cuales se pueden encontrar las siguientes:

Escuela el Huape, Camino Chillan, Provincia de Ñuble:

Confluencia en la Provincia de Ñuble, región del Biobío. Específicamente en la

ruta N-66 O se realiza la aplicación del sello en estudio abarca para este proyecto. En

una superficie de 260 m2se instala dicho sello en un camino rural de asfalto frente a

salida de escuela donde el tráfico medio diario corresponde a 1.400 vehículos.

Imagen 3.7-5: Escuela el Huape, Ruta N-66 O, Provincia de Ñuble.

Fuente: www.Colorvialchile.cl/proyectos

La instalación de este sello debe permitir la aplicación conjuntamente de elementos de

baliza luminosa de limitación de velocidad, isla con demarcación vial, paso de cebra,

señalización y paradero de buses con bahía (Imagen 3.3-5), como se especifica en el

diseño MOP para seguridad vial en escuelas rurales.

81

Escuela Santa Rita, Camino Panguilemo, Provincia de Talca:

Camino rural desde Panguilemo a Pelarco, ruta k-45 en la región del Maulé, se

tiene un tramo recto en el cual se aplica el SSAF contemplando una superficie de 182

m2 en ambas vías. El tráfico medio diario que se presenta en esta zona corresponde a

2.700 vehículos.

Escuela Llamo Blanco, Camino Los Ángeles – Santa Bárbara:

En la provincia de Biobío, en la ruta Q-61 R. Corresponde a un tramo recto de

un camino rural de asfalto en la salida de la escuela con un tránsito medio diario de

6.000 vehículos, en el cual se aplica el SSAF sobre una superficie de 260 m2 en ambas

vías de la ruta (Imagen 3.7-6).

Imagen 3.7-6: Escuela Llamo Blanco, Provincia del Biobío, Ruta Q-61 R.


Escuela Vegas de Concha, Provincia de Ñuble:

Proyecto emplazado en la región del Biobío, específicamente en ruta O-66,

camino Chillan – Ñipas en donde se realiza la aplicación del SSAF en una superficie de

260 m2 sobre un camino rural de asfalto en un tramo recto. La cantidad de vehículos

que circulan por esta ruta al día corresponde a 1.400 vehículos.

82

Escuela Juan Jorge Etchevers, Región del Biobío:

En la ruta N-55, camino Chillan – Termas de Chillan, en la provincia de Ñuble.

Frente a dicha escuela, la solución aplicada en un camino rural de asfalto corresponde

a una superficie de 260 m2 por el cual circulan diariamente alrededor de 6.700

vehículos (Imagen 3.7-7)

Imagen 3.7-7: Escuela Juan Jorge Etchevers, Provincia de Ñuble, Ruta N-55.


Escuela el Huertón, Región del Biobío:

Este proyecto consta de la aplicación de una superficie de 260 m2 del SSAF en

las afueras de la escuela el Huertón, camino Los Ángeles–Antuco en la región del

Biobío. La ruta Q-45, corresponde a un camino rural de carpeta de rodadura de

hormigón donde no existe información y estudio referente a la cantidad de tráfico que

circula por esta vía.

83

Otras aplicaciones del SSAF frente a escuelas ubicadas en varios caminos

rurales de la Región del Maulé y Biobío son:

Escuela Sotomayor, Ruta N-55, Chillán Termas de Chillán, 260 m2 del SSAF.

Escuela Pehuén, Ruta 160 Cañete a Lebu, 260 m2 del SSAF.

Escuela J Lavín, Ruta P-70, Cañete, 260 m2 del SSAF.

Escuela Jardines de Lautaro, Ruta N-55, Termas de Chillán, 350 m2 del SSAF.

Escuela la Loma, Ruta N-50, San Nicolás a Quirihue, Chillán, 355 m2 del SSAF.

Escuela Pedro Lagos, Ruta N-49, Chillán a Coihueco, 350 m2 del SSAF.

Escuela Roberto Cabrera, Ruta L-75, Parral a Bullileo, 220 m2 del SSAF.

Escuela Las Camalias, Ruta L-75, Parral a Bullileo, 220 m2 del SSAF.

Escuela Ignacio Urrutia, Ruta L-85, Parral a Catillo, 220 m2del SSAF.

Escuela Callejones, Ruta K-635, Talca a Duao, 290 m2del SSAF.

Escuela La Obra, Ruta J-665, Curicó a los Niches, 260 m2

Escuela Adventista, Ruta Q-45, Los Ángeles a Antuco, 260 m2

Escuela Callaqui, Ruta Q-61R, Los Ángeles a Ralco, 260 m2

Accesos:

Como se ha observado, la aplicación del sello superficial ha sido implementada

en diferentes sitios del país como escuelas y curvas con altos índices de accidentes.

En función de esto, dicho sello se ha instalado en zonas de alta concurrencia de

automóviles, algunos de estos proyectos son:

Acceso a puente N°4 en la ruta 148 Concepción-Bulnes, en la región del

Biobío. Contemplando una superficie de 1.135 m2.

84

Ruta Iquique – Humberstone, Provincia de Iquique, Región de Tarapacá. Ruta

16. Carretera de dos pistas por vía, de salida y entrada a Iquique.

Acceso a Plaza de peaje Casablanca en la ruta 68, Región de Valparaíso, la

cual abarca un área total de 971 m2 con aplicación del SSAF

Acceso a plaza de Peaje Lo Prado en la ruta 68, región Metropolitana, la cual

comprende una superficie total de aplicación de 908 m2.

Accesos puente Nueva Tobalaba sobre Rio Mapocho frente a Costanera

Center, Región Metropolitana, abarcando una superficie con la aplicación del

SSAF de 320 m2. (Resina y árido bauxita con pigmentar, color gris).

Acceso calle San Antonio esquina diagonal Cervantes, región Metropolitana,

obra piloto para Transantiago, con una superficie de 70 m2 con la aplicación del

SSAF.

Acceso a calle Nataniel Cox, obra piloto para Transantiago, región

Metropolitana, abarcando un área total de aplicación del SSAF de 310 m2.

Acceso a calle Sierra Bella con Franklin, Región Metropolitana, obra piloto para

Transantiago, con un área total de 150 m2 con la aplicación del SSAF.

Revisados los diferentes proyectos en el extranjero y en el territorio nacional, se

procede a realizar un análisis respecto de la seguridad de la circulación vial, donde se

expone la relación directa entre accidentes y fricción correlacionando la resistencia al

deslizamiento y los accidentes ocurridos por deslizamiento, con la finalidad de observar

si el sello en cuestión tiene incidencia en la seguridad vial disminuyendo las cifras de

accidentes.

85

3.8. Análisis respecto a la Seguridad de la Circulación Vial

Relaciones entre Accidentes y Fricción:

Conocer la relación entre la fricción y el riesgo de accidentes es de gran utilidad

en el análisis de seguridad de una carretera. Eventualmente, conocer esta relación

permite analizar y sugerir valores mínimos de fricción permitidos, para distintas

condiciones de diseño y circulación, de modo de identificar aquellos sectores de la vía

en que se deben aplica medidas correctivas sobre el pavimento.

En Chile, actualmente no se dispone de herramientas teórico prácticas para el

análisis de la relación causal entre accidentes y fricción. Estudios realizados por

Seguridad Vial del Ministerio de Obras Públicas solo señalan que el 60% de los

accidentes se producen en rectas, el 25% en curvas y el resto en otros sectores de la

vía.

A nivel internacional, diversos autores han desarrollado investigaciones para

relacionar la fricción de una vía con el riesgo o tasa de accidentes.

Correlación entre resistencia al deslizamiento y accidentes por deslizamiento:

Esta corriente de investigación considera que es posible establecer una

correlación cuantificable entre los valores de fricción medidos y las tasas de accidentes

registradas, existiendo entre ambas una relación de tipo inversa; a menores niveles de

fricción, mayores tasas de accidentes.

86

El primer estudio que se tiene conocimiento, respecto de la relación fricción-

accidentes, fue desarrollado por el Reino Unido, en el año 1956. En este estudio se

comparó las mediciones de fricción con SCRIM (SFC) en aquellos lugares en que

ocurrían accidentes por deslizamiento y se comparó con las mediciones realizadas en

una muestra representativa, bajo condiciones en lo posible idénticas.

Principalmente el estudio realizado por el laboratorio de investigación de

transporte y carretera del Gobierno Británico consta en la realización de pruebas en la

combinación de agregados duros como la bauxita, basalto, granito, piedras calizas y

similares con diversos aglutinantes para producir superficies de alta fricción. Las

pruebas se realizaron en la autopista A4, cerca del aeropuerto Heathrow de Londres.

Los estudios concluyeron que las superficies más eficaces de alta fricción pueden ser

producidas mediante la combinación de pequeños chips de bauxita calcinada de

aproximadamente 0.32 cm, en comparación con 1.27 cm a 0.64 cm para pavimentos

estándares, con un betún de resina epóxica o algún betún de similares características.

La evaluación de las superficies mostró una reducción de los accidentes por

deslizamiento en 60-70% y una reducción de 50% de todos los choques producidos en

los sitios de mediciones. Además, este estudio concluyo que cerca del 30% de los

sitios donde ocurrieron accidentes registraba valores de SFC entre 0.3 y 0.4, mientras

que dentro de la muestra representativa, solo un 4% de los sectores presentaba

valores en este rango. A su vez, cuando el coeficiente de fricción es menor a 0.4 (a 30

mph), el riesgo de accidentes aumentaba notoriamente, por lo que concluyó que un

valor critico de fricción en la ocurrencia de accidentes es 0.4.

87

En el Reino Unido, en la década 50´ y 60´,según lo descrito por Julian y Moler,

(2008), se experimentaba un fuerte aumento en el tráfico generando también un

aumento en accidentes de vehículos y víctimas mortales en sus vías. En 1960, con una

población de 51 millones, se estimaban 6.970 muertes de personas a causa de

accidentes de tránsito. Según cifras del Departamento de Transportes del Reino Unido,

los accidentes de tráfico aumentaron a 7.952 en 1965 siendo este uno de los peores

años de la historia de las muertes de tráfico. Luchando con un clima húmedo y

población relativamente densa, el Departamento de Transportes comienza a centrar

sus estudios en el deslizamiento del vehículo como la causa de muchos accidentes,

sobre todo en rotondas, curvas horizontales e intersecciones.

Es por esto que, en el año 1966, se utiliza por primera vez el concepto de

superficie de alta fricción en el Reino Unido donde se habla respecto a tecnologías

para reducir el deslizamiento de los vehículos en el pavimento, principalmente en

condiciones húmedas. Posteriormente, los estudios realizados por Greater London

Council (GLC, 1970), concluyen que las superficies más eficaces de alta fricción

pueden ser producidas mediante la combinación de árido bauxita calcinada y resina

epoxi. La evaluación de este nuevo sistema muestra una reducción de los accidentes

por deslizamiento de 60-70% y una reducción de siniestralidades en un 50% en los

distintos sitios de prueba.

88

En 1978, en relación a los estudios y ensayos realizados años anteriores,

Highways Agency- Organismo homólogo de la Dirección General de Carreteras del

Reino Unido, introduce la primera normativa referente al Coeficiente de Rozamiento

Transversal (CRT), la que exige un parámetro de 55 puntos de CRT en áreas de

“puntos negros” de alto riesgo.

Debido a las exigencias propuestas por los programas de seguridad del Reino

Unido referente al aumento de fricción en zonas con altos índices de siniestralidad

(Puntos negros), se registró un descenso constante en muertes de tráfico después de

las altas cifras de finales de los años 60`. El total de accidentes mortales se redujo de

7.499 en 1970, a 5.953 en 1980 y 5.217 en 1990.

Es preciso señalar que en al año 1964, el Road Research Laboratory del Reino

Unido estudió la correlación entre la fricción, media con Péndulo Británico y los

accidentes por deslizamiento en condiciones de pavimentos húmedos. La fricción

también fue medida en una muestra de tramos elegidos al azar, a modo de efectuar

una comparación de los datos. En el caso de las zonas con accidentes frecuentes, el

valor de BPR (British Pendulum Number) fue de 0.45, mientras en los tramos elegidos

al azar este valor de 0.60 (Giles et al, 1964).

89

Con los valores obtenidos, fue posible obtener la probabilidad de riesgo de

accidentes en función de los distintos valores de fricción. (Figura 3.8-1)

Figura 3.8-1: Relación entre el riesgo de accidentes y resistencia al deslizamiento

Fuente: Investigación y Desarrollo de Procedimientos para la Medición y Control de Fricción

Superficial en Pavimentos en Chile, 2005

De los resultados obtenidos se concluyó que los valores menores a 0.55 solo

pueden ser aceptados en caminos de tránsito favorables, mientras que valores

menores a 0.45 probablemente indican condiciones de deslizamiento, cualquiera sean

las condiciones del camino y del tránsito.

Wallman y Astrom (2001) mencionan un estudio desarrollado en 1976, por

Schulze, Gerbaldi y Chavet, quienes hicieron la relación entre las tasas de accidentes y

la fricción en carreteras de Holanda, Alemania y Francia.

90

En Holanda se analizaron las tasas de accidentes en los caminos estatales en

los años 1965 y 1966, y se correlacionaron con las medidas de fricción tanto en

condiciones de pavimento seco y húmedo.

Figura 3.8-2: Relación resistencia al deslizamiento vs. tasa de accidentes.


Superficial en Pavimentos en Chile, 2005.

Al igual que en el estudio de Giles, los resultados mostraron una relación no

lineal entre la tasa de accidentes y la resistencia al deslizamiento, aumentando

rápidamente para valores menores a 0.50. La gráfica también muestra el umbral de

fricción (0.51) establecido para el control de fricción en Holanda (medido con el RWL-

Trailer), el cual se asocia a una tasa de accidentes de 10/(106 veh-km).

En el caso de Alemania, sólo se analizaron los accidentes bajo condiciones de

pavimento húmedo los cuales se correlacionaron con los valores de resistencia al

deslizamiento medido como SN (Skid Number), con un neumático al 100% de bloqueo

a una velocidad de 80 km/h. se encontró que en las secciones analizadas, la

proporción de accidentes en condiciones húmedas, respecto del total, es en promedio

91

un 33%. Si en alguna sección de la red la proporción de accidentes supera este

porcentaje, se puede considerar como un indicador de poca seguridad para el tránsito

bajo condiciones húmedas. La relación entre la proporción de accidentes en

condiciones húmedas y la fricción se puede ver en la figura 3.8-3 a.

El estudio desarrollado en Francia encontró que a medida que la fricción

decrece, la proporción relativa de accidentes por deslizamiento en los sitios estudiados,

aumenta rápidamente (Figura 3.8-3 b). Esta proporción relativa se refiere al número de

pavimentos con un determinado valor de fricción, en el que hay accidentes, respecto

del número total de pavimentos que tienen ese valor de fricción.

Figura 3.8-3: Relaciones entre fricción y ocurrencia de accidentes.



a) Resultados para Alemania b) Resultados para Francia

92

Los valores de resistencia al deslizamiento fueron medidos con un neumático al

100% de bloqueo. En este caso, se puede identificar una relación no lineal entre el

coeficiente de fricción y la proporción relativa de accidentes, cual crece rápidamente

para valores de fricción menores a 0.50

Los tres estudios anteriores muestran la tasa de accidentes aumenta a medida

que los valores de fricción superficial se reducen. La magnitud del cambio en la tasa de

accidentes (aumento o reducción) es mayor para los valores bajos de fricción.

En el año 2004, el comité Técnico de Seguridad Vial de Asociación Técnica de

Carreteras de España (ATC), realizó una recopilación de antecedentes respecto a la

relación entre accidentes y las características superficiales del pavimento. En dicho

documento se mencionan algunos estudios desarrollados a nivel internacional que

muestran que existe una relación decreciente entre la tasa de accidentes y los valores

de resistencia al deslizamiento.

Uno de los estudios mencionados por la ATC, es el desarrollado en Estados

Unidos por Blackburn (1978), quien analizó la variación del índice de accidentes con

pavimento húmedo (Nº accidentes con pavimento húmedo/ 106 veh-km) en función de

la fricción, medida como SN40 (40 mph) y del tipo de carretera. En dicho estudio se

consideraron carreteras urbanas e interurbanas, con dos o más carriles, con y sin

control de accesos, encontrándose que para todos los tipos de carreteras estudiados,

la tasa de accidentes disminuía en una relación lineal respecto del aumento del SN40,

pero que existían grandes diferencias entre el índice de accidentes según el tipo de

carretera.

93

Sin embargo, la pendiente de las curvas resultó ser la misma en todos los

casos, siendo igual a -0.0286 unidades de accidentes con pavimento húmedo por 106

veh-km, por cada unidad de SN40 (figura 3.8-4).

Figura 3.8-4: Relación entre tasa de accidentes con pavimento mojado y coeficiente de fricción.



Estos resultados muestran una clara diferencia respeto de los resultados

anteriores, ya que consideran una relación del tipo lineal en la cual, para una misma

carretera, el efecto de una reducción de los valores de fricción es siempre el mismo

independiente del valor de fricción que se tenga. También este estudio considera que

las tasas de accidentes, como valor absoluto, dependen del tipo de carretera que se

esté analizando, siendo superiores para carreteras de dos pistas, sin control de acceso

94

y con alto tránsito. Estos resultados ya indican que el efecto de la fricción sobre los

accidentes está condicionado por otros factores al camino (pistas, tránsito, accesos,

etc.). Otros estudios mencionados por la ATC son los desarrollados en las autopistas

alemanas en 1989, y en las autopistas francesas en el año 1990.

Según De Solminihac y Echaveguren (2005). El primer estudio fue desarrollado

por Kamplade, quien estudió la relación entre el índice de accidentes con pavimento

seco y mojado y la resistencia al deslizamiento medida con SCRIM. Los resultados

mostraron que la tasa de accidentes en seco no depende de los niveles de fricción, en

cambio, ésta si depende en el caso de calzada mojada. La relación entre la resistencia

al deslizamiento y la tasa de accidentes presenta una relación de tipo no lineal, con un

crecimiento acelerado para valores de CRT menores a 0.5 (figura 3.8-5).

Figura 3.8-5: Relación entre el índice de accidentes con pavimento seco y mojado, y la

resistencia al deslizamiento medida con SCRIM.



95

Además, De Solminihac, et al (2005), Señala que el segundo estudio fue

desarrollado por Gothié, quien concluyo que existe una estrecha relación entre la

resistencia al deslizamiento, medida con SCRIM, y la tasa de accidentes. En tres de los

cuatro casos analizados, la tasa de accidentes presenta una relación descenderte

respecto del aumento de los valores de resistencia al deslizamiento, aun cuando

presentan una concavidad distinta.

De acuerdo a Gothié, el efecto de la reducción de fricción sobre la tasa de

accidentes es mayor para valores mayores de fricción (figura 3.8-6).

Figura 3.8-6: Relación entre la resistencia al deslizamiento, medida con SCRIM, y la tasa de

accidentes.

Fuente: Gothié, 1989.

Otros estudios se han desarrollado para relacionar los accidentes con las

características superficiales del pavimento. Roet et al (1991) trataron de relacionar la

macrotextura, expresada mediante el indicador SMTD (Sensor Measure Texture

Depth), con los accidentes de tránsito en pavimentos asfálticos, considerando cuatro

96

condiciones de pavimento: seco no deslizante, seco deslizante, húmedo no deslizante

y húmedo deslizante. La macrotextura fue medida con HSTM (High-Speed Texture

Meter) y la resistencia al deslizamiento fue medida con SCRIM, llegando a la

conclusión que la fricción es independiente de la macrotextura, con la excepción de

valores muy bajos de fricción, a los que corresponden valores de macrotextura muy

bajos (De Solminihac y Echaveguren, 2005).

En el estudio de Roe, se consideró como hipótesis que el factor preponderante

en el número de accidentes era la macrotextura, concluyéndose que:

Existe una relación entre la macrotextura y la siniestralidad

El porcentaje de accidentes resultó mayor en los tramos de macrotextura bajas,

y menor para macrotexturas altas

Esta tendencia fue la misma para todos los tipos de accidentes estudiados

(accidente con o sin deslizamiento, en calzada seca o mojada)

La principal crítica a este estudio es que no consideró el tránsito existente en

las distintas carreteras, por lo que puede ocurrir que en aquellas zonas de

macrotextura baja exista un alto tránsito (mayor desgaste), influyendo en las tasas de

accidentes.

Otro estudio llevado a cabo en España por la Asociación Técnica de Carreteras

de España en el 2004, trató de relacionar el coeficiente de rozamiento con la

siniestralidad, en base a los accidentes ocurridos en los bienios 1997-1998 y 2000-

2001, con calzada húmeda. Las características superficiales se midieron con SCRIM

(microtextura) y Texturómetro Láser (macrotextura), concluyéndose que:

97

El 63% de los accidentes se produjeron en los tramos de coeficiente de

rozamiento transversal (CRT) inferior a 50, que correspondían al 31 % de la

red.

El 5% de los accidentes se produjeron en los tramos de CRT> 65, que

corresponde al 29% de la red.

En este estudio también se analizó el tránsito en cada tramo seleccionado,

encontrándose que los resultados de siniestralidad obtenidos eran similares tanto en la

red local (tránsito menor) como en la red básica (tránsito mayor). Por tanto, este

estudio concluye que independientemente del tránsito existente, a mayor valor de

fricción (CRT) se produce un menor número de accidentes, y viceversa.

Todos los estudios presentados anteriormente establecen que existe una

relación inversa entre los valores de fricción superficial del pavimento en condiciones

húmedas y la tasa de accidentes por deslizamiento, independientemente de la forma

que puede tomar esta relación. Esta relación ha sido cuantificada y ha permitido en

algunos casos establecer umbrales mínimos de resistencia al deslizamiento, bajo los

cuales la seguridad de la vía se reduce bruscamente.

En función de lo anterior, considerando el enfoque de la relación entre la fricción

y el riesgo de accidentes, Giles demostró que los valores entre 0.4 y 0.6 son los más

críticos al determinar la probabilidad de accidentes por deslizamiento.

98

Los estándares propuestos fueron los siguientes (Figura 3.8-7):

Figura 3.8-7: Distancia de frenado vs. velocidad de aplicación del freno para distintos valores

de coeficiente de fricción.

Fuente: http://www.omnicrete.com.au/

Coeficientes superiores a 0.6: Buena resistencia al deslizamiento y baja

probabilidad de accidentes.

Coeficientes entre 0.5–0.6: Generalmente satisfactorio, salvo en situaciones de

curva con radio pequeño con velocidades altas o pendientes descendentes con

frenos desbalanceados.

Coeficientes entre 0.4-0.5: Satisfactorio, excepto para condiciones

especialmente complicadas, como curvas de radio pequeño, pendientes,

intersecciones, entre otras.

Coeficientes menores a 0.4: Potencialmente deslizante. Pueden ocurrir

accidentes por deslizamiento en recta. Permitidos solo en lugares de

velocidades bajas y tráfico esporádico.

99

CAPÍTULO 4. DISEÑO DE PAVIMENTOS SEGÚN CRITERIOS DEL MANUAL DE

CARRETERAS.

4.1. Introducción.

Los primeros diseños de pavimentos, fueron resueltos de forma matemática por

Boussinesq en 1885 y considera la estructura del pavimento como una capa infinita, la

cual está compuesta por un material de suelo homogéneo e isótropo, siendo dicho

supuesto muy alejado de la realidad.

Posteriormente, se plantea la solución mecanicista, la cual es estudiada en una

pista de prueba con diversos tipos de combinaciones de pavimentos bases y sub-

bases, de estos estudios se obtienen métodos de diseño que representan los

resultados medidos en dicha pista. La primera pista de importancia fue construida por

la WASHO Road Test en Idaho U.S.A. en 1954, de los estudios realizados se concluyó

que era insuficiente por lo cual se programó por la AASHTO una pista en gran escala

en Illinois en 1958. De los resultados de ésta pista y de consideraciones posteriores se

concluyó un método de diseño que actualmente es usado en nuestro país y que está

ampliamente descrito en el Volumen 3 del Manual de Carreteras.

En función de lo anterior y utilizando la versión 2014 mencionada del Manual de

Carreteras, se diseñan a lo largo de este capítulo, tres configuraciones estructurales de

pavimentos: Mezcla Asfáltica de Alto Módulo, Concreto Asfáltico y Doble Tratamiento

Superficial, para lograr este objetivo, se utiliza el diseño basado en encontrar un

número estructural “NE” para que el pavimento que se está diseñando soporte el nivel

de carga solicitante.

100

Para encontrar dicho “NE”, se consideran parámetros determinísticos, los

cuales dependen de factores como el tránsito y factores de ejes equivalentes que

circulan por una vía, solicitaciones que afectan la estructura de pavimento,

serviciabilidad para que el pavimento sirva por un determinado lapso de tiempo

llamado vida de diseño, coeficiente de drenaje que permite ajustar el coeficiente

estructural de las capas granulares no tratadas (bases y subbases granulares) y el

coeficiente estructural que depende directamente del Módulo Elástico del material que

compone cada capa para finalmente obtener un número estructural total “NET” que

debe ser mayor al número estructural mínimo.

El capítulo comienza con el diseño de las configuraciones tipo Mezcla Asfáltica

de Alto Módulo, Concreto Asfáltico y Tratamiento Superficial Doble, en donde se

evidencia a grandes rasgos el método utilizado por el Manual de Carreteras para el

diseño de dichas configuraciones. Posteriormente, se exponen los parámetros y

coeficientes de diseño que se utilizan para las configuraciones señaladas

anteriormente, obteniendo así los espesores correspondientes a cada capa estructural.

4.2. Diseño de Mezcla Asfáltica de Alto Módulo y Concreto Asfáltico

Para el diseño de las configuraciones de pavimentos de Mezcla Asfáltica de

Alto Módulo y de Concreto Asfáltico, se consideran los siguientes parámetros para

obtener los espesores de las capas del pavimento. El diseño está basado

primordialmente en identificar un número estructural “NE” para que el pavimento

flexible pueda soportar el nivel de carga solicitante. La fórmula general de diseño

(ec.4.3-1) relaciona la cantidad de EE solicitantes con el número estructural y el nivel

101

de confianza, de manera que la estructura experimente una pérdida de serviciabilidad

determinada.

ec. 4.2-1

ec. 4.2-2

Donde:

EE: Ejes equivalentes de 80 kN acumulados durante la vida de diseño

NE: Número estructural (mm)

ZR: Coeficiente estadístico que depende del nivel de confianza que se adopte

So: Desviación estándar del error combinado de todas las variables que intervienen en

el modelo

MR: Módulo Resiliente del suelo de la subrasante (MPa)

pi: Índice de serviciabilidad inicial.

Pf: Índice de serviciabilidad final.

La valorización de los parámetros necesarios para establecer la ecuación ec.4.2

anterior, se encuentran en el Manual de Carreteras, Volumen 3. La tabla 4.2-1 indica

los valores que se recomienda utilizar para ZR y S0 en el diseño de pavimentos, en

función de las solicitaciones esperadas y del coeficiente de variación de la serie de

valores representativos de las características de los suelos de la subrasante.

102

Tabla 4.2-1: Nivel de confianza y valor del So

Fuente: Manual de Carreteras, 2014 – Vol. N°3: Tabla 3.604.104.A.

El índice de serviciabilidad (p), mide la calidad de servicio del pavimento para

ofrecer un manejo seguro y confortable. Se mide en una escala de valores entre 0 a 5,

donde p=0 indica un camino en pésimas condiciones (intransitable) y p=5 indica un

pavimento en perfecto estado.

La ecuación de diseño 4.2, establece un estado inicial del pavimento, que

depende de las posibilidades tecnológicas disponibles para construirlo y un nivel de

deterioro considerado como final o inconveniente para transitar (pf). La tabla 4.3-1

representada a continuación indica los valores que recomienda el Manual de

Carreteras en el diseño de pavimentos.

Tabla 4.2-2: Índice de Serviciabilidad

Índice de Serviciabilidad Inicial (Pi) 4,2

Índice de Serviciabilidad Final (Pf) 2,0

Fuente: Manual de Carreteras, 2014 – Vol. N°3: Tabla 3.604.102.A.

103

Mecanismo de diseño:

El primer cálculo es determinar el número estructural que se requiere sobre la

subrasante, el cual viene dado por la ecuación ec.4.2-3. Luego, todas las capas que

componen la estructura del pavimento, incluyendo asfálticas y no ligadas, se deben

estructurar por tipo y espesores, de manera que cumplan la siguiente ecuación:

( ) ec. 4.2-3

Dónde:

NE: Número Estructural (mm).

a1, h1: Coeficiente estructural y espesor (mm) de cada capa.

m2, m3: Coeficiente de drenaje de bases y subbases granulares.

Dicha ecuación no tiene una solución única, debido a que los espesores tienen ciertas

limitaciones a las que deben ajustarse para hacerlos compatibles con requerimientos

constructivos y de estabilidad. La tabla 4.3-5 representada a continuación indica dichas

limitaciones.

Tabla 4.2-3: Limitaciones a los espesores de las capas estructurales.

Capa Espesor (mm)

Cada capa asfáltica individual, mín. 50

Capa granular no tratada, mín. 150

Fuente: Manual de Carreteras, 2014 – Vol. N°3: Tabla 3.604.108.A

El cálculo del número estructural mínimo de capas asfálticas, se calcula según

un procedimiento de 2 etapas: primero, se determina la temperatura media anual

ponderada del aire (TMAPA) según Manual de Carreteras, 2014, 3.604.108.A, luego

con los gráficos del MC, 2014, Gráficos 3.604.108. (B1–B3) para distintos TMAPA, las

104

solicitaciones previstas (EE) para la vida útil de diseño y el Módulo Resiliente (Mr) de la

subrasante, se determina el número estructural mínimo que deben tener las capas

asfálticas.

Se debe cumplir entonces que:

( ) ∑ ec. 4.2-4

En que:

ai: Coeficiente estructural de la capa asfáltica de orden i.

hi: Espesor (mm) de la capa asfáltica de orden i.

Luego, las capas no ligadas (Subbases y bases granulares) deben

estructurarse de manera que cumpla la siguiente relación:

( ) ec. 4.2-5

Dónde:

a2, a3: Coeficiente estructural de la base y subbase granular.

h2, h3: Espesor (mm) de la base y subbase granular.

m2, m3: Coeficiente de drenaje de la base y subbase granular.

4.3. Diseño de Tratamiento Superficial Doble.

El diseño del doble tratamiento superficial que da objeto al estudio de este

proyecto, es realizado mediante el método de diseño denominado “Tropical

Procedures for Flexibles Pavements” desarrollados por W.J. Morín y Peter Todor, que

permite establecer las dimensiones de las capas estructurales de un pavimento tipo

tratamiento superficial.

105

El aspecto más importante de este método de diseño radica en que los

coeficientes estructurales de las capas no sólo son función de las propiedades del

material que las componen, sino que también de la posición relativa en que éstas se

encuentran dentro de la estructura.

Básicamente el procedimiento de cálculo se desarrolla en tres etapas:

Establecer el Índice Estructural (IE), que es función de los ejes equivalentes

(EE) que solicitarán el pavimento durante su vida útil y del coeficiente de variación (ν)

adecuado para reflejar la variabilidad de la construcción.

( ) (

) ec. 4.3-1

En función del valor del CBR, determinado como representativo de la

subrasante, se determina el espesor mínimo que debe darse a la suma de los

espesores de la base más la subbase.

( ) ( ) ec. 4.3-2

El proceso de estructuración consiste en determinar una estructura tal que

cumpla con las siguientes condiciones:

El espesor de la base (h1) más subbase (h2) debe ser igual o mayor que emin.

h1+h2≥emin ec. 4.3-3

El Índice Estructural de diseño (IEdiseño), determinado como la suma de los

productos de los espesores por los correspondientes coeficientes estructurales de cada

106

una de las capas que conforman el pavimento y hasta 900 mm por debajo de la

rasante, debe ser al menos igual al IErequerido.

IEdiseño= a 1h1+a 2 h2 +.......+anhn≥ IErequerido ec. 4.3-4

h1+h2+.....+hn=900 mm ec. 4.3-5

En general, el diseño de tratamientos superficiales se recomienda cuando las

solicitaciones no superan los 750.000 Ejes Equivalentes (EE) en la pista de diseño. Sin

embargo, actualmente el tipo de solución DTS se acepta para caminos con tránsito de

1-1,5 MEE. Para mayores solicitaciones de tránsito, normalmente es más adecuado

considerar pavimentos en base a capas de mezcla asfálticas.

4.4. Parámetros y coeficientes de diseños

En función de los parámetros explicados a lo largo de este capítulo, se procede

a obtener los espesores de las capas de las configuraciones de pavimentos de Mezcla

Asfáltica de Alto Módulo, Concreto Asfáltico y Tratamiento Superficial Doble.

Mezcla Asfáltica de Alto Módulo y Concreto Asfáltico:

La cantidad de tránsito que se considera como eje equivalente (EE), viene dado

por las prescripciones técnicas del SSAF, las cuales señalan que dicho sello soporta

solicitaciones hasta 3.500 vehículos por día y carril. Se considera entonces una vida en

servicio mínimo de 5 años, por lo que se considera que durante esta vida de servicio se

tienen aproximadamente 10 millones de EE.

107

En función de lo anterior, se consideran los siguientes parámetros

representados para las configuraciones de pavimentos de Mezcla Asfáltica de Alto

Módulo y Concreto Asfáltico.

Eje Equivalente (EE): 10.000.000 EE

Temperatura (T°) Media Anual Ponderada del Aire (TMAPA): 14.9°C; Santiago-

Pudahuel

Coeficientes de Drenaje: 1, Subrasante Granular, Base > 10% finos.

Vida en Servicio: Mínimo 5 años.

Confiabilidad, R: 65.0%

Coeficiente Estadístico Zr: -0.385.

Error Estándar Combinado, So: 0.45

Precipitación media Anual: 312.5 mm

Serviciabilidad Inicial, pi: 4.2

Serviciabilidad Final, pf: 2.0

Fundación, Módulo Resiliente: 77.00 MPa

Número Estructural Requerido de Asfalto: 5.9 cm

Número Estructural Requerido total: 9.0 cm.

En función de los parámetros, coeficientes y ecuaciones establecidas, se

obtiene los distintos espesores para las configuraciones de pavimentos de Mezcla

Asfáltica de Alto Módulo y Concreto Asfáltico:

108


El pavimento de Mezcla Asfáltica de Alto Módulo posee una carpeta de rodado,

capa intermedia, base asfáltica, base y subbase granular. En la tabla 4.4-1 se

encuentra la configuración de pavimento obtenida, cumpliendo los requerimientos

estructurales.

Tabla 4.4-1: Configuración pavimento de Mezcla Asfáltica de Alto Módulo.

Capa Coeficiente Estructural

Espesor (cm)

Carpeta de rodado 0.43 5

Capa Intermedia 0.41 5

Base Asfáltica 0.33 7

Base Granular 0.13 15

Sub Base Granular 0.12 20

Número Estructural Asfalto - 6.5

Número Estructural Total - 10.9


Quedando esquemáticamente de la siguiente forma:

Figura 4.4-1: Esquema pavimento Mezcla Asfáltica de Alto Módulo.


109

Configuración pavimento Concreto Asfáltico:

El pavimento de Concreto Asfáltico posee una carpeta de rodado, capa

intermedia, base y subbase granular.

En la tabla 4.4-2 a continuación se encuentra la configuración de pavimento

obtenida cumpliendo los números estructurales tanto de asfalto y total.

Tabla 4.4-2: Configuración pavimento Concreto Asfáltico.

Capa Coeficiente Estructural

Espesor (cm)

Carpeta de rodado 0.43 6

Capa Intermedia 0.41 8

Base Granular 0.13 15

Sub Base Granular 0.12 20

Número Estructural Asfalto - 5.9

Número Estructural Total - 10.2


Quedando esquemáticamente de la siguiente forma:

Figura 4.4-2: Esquema pavimento Concreto Asfáltico.


110

Tratamiento Superficial Doble:

Para el diseño del Tratamiento Superficial Doble, se considera un tránsito de

1,25 millones de ejes equivalentes, correspondiente a un año en la vida de diseño con

una circulación de 3.500 vehículos/día.

Por otra parte, el CBR de diseño se considera de un 10% como representativo

de la subrasante y el coeficiente de variación corresponde a un 25% debido a que se

trata de datos parciales y es la recomendación de la Dirección de Vialidad según

Manual de Carreteras, Vol.3: 3.604.302(2), 2014.

La siguiente tabla 4.4-3 entrega los parámetros de diseño del tratamiento

superficial doble; se obtiene el índice estructural y espesor mínimo que debe cumplir la

configuración a diseñar.

Tabla 4.4-3: Parámetros diseño Doble Tratamiento Superficial.


Parámetro Valor

Tránsito 1.25 Millones de EE

CBR, Percentil 90% 10%

Coeficiente de variación deflexiones 25%

Índice Estructural (IE) 484 mm

H min 284 mm

111

Finalmente, la configuración tratamiento superficial es la siguiente:

Tabla 4.4-4: Configuración pavimento del tipo Doble Tratamiento Superficial.

Capa Base (0-250 mm)

Coef. Estructural Espesor (cm)

CBR 100% 1.394 20

Capa Sub Base (250-500 mm)


CBR 40% 0.576 25

Capa Subrasante (500-900 mm)


Terreno Natural (CBR=10%)

0.212 30


Por lo tanto, la altura total de la configuración es de 450 mm y el índice

estructural (IE) total corresponde a 486 mm, cumpliendo de esta forma los parámetros

mínimos ya establecidos.

La configuración estructural del pavimento tipo Tratamiento Superficial Doble es

considerada según método de diseño Neozelandés utilizándose para el diseño la

configuración como se aprecia en la figura 4.4-3.

Figura 4.4-3: Configuración estructural de un Tratamiento Superficial Doble.

Fuente: Seguimiento de un Doble Tratamiento Superficial para caminos, Marzo 2009, Universidad de Chile. Elaboración Propia.

112

CAPÍTULO 5. MÉTODO SHELL , NEOZELANDÉS Y DISEÑO DE PAVIMENTOS

CON PROGRAMA BISAR 3.0.

5.1. Introducción

Para lograr un adecuado diseño de las distintas configuraciones de pavimentos

en el software Bisar 3.0, se realiza a lo largo de este capítulo, el cálculo del Módulo de

Elasticidad y Razón de Poisson para las capas de los pavimentos diseñados en el

capítulo anterior. Además, se obtienen e identifican los parámetros de entrada para el

modelo computacional.

Es preciso destacar, que para obtener el valor del módulo de elasticidad en las

capas granulares, se utilizará el método Shell para los pavimentos tipo Mezcla Asfáltica

de Alto Módulo y Concreto Asfáltico, mientras que para el Tratamiento Superficial

Doble se utiliza la teoría del método Neozelandés. Por otra parte, se observa que los

valores de módulo de elasticidad de las diferentes mezclas asfálticas utilizadas en las

configuraciones de pavimentos, se determinaron de manera bibliográfica, exponiendo

en este capítulo, el tipo de mezcla a utilizar, la temperatura, porcentaje de volumen de

agregados, asfalto y porcentaje de vacios.

Posteriormente, se expone el criterio de Razón de Poisson, el cual es

característico de cada material, debido a que indica la relación entre las deformaciones

relativas transversales y longitudinales. Este parámetro es obtenido de manera

bibliográfica para las distintas capas de los pavimento y al igual que el Módulo de

Elasticidad, es un parámetro relevante al momento de realizar el diseño en programa

Bisar 3.0.

113

5.2. Teoría del programa Bisar 3.0

Estos diseños están basados en la suposición de que un pavimento puede ser

modelado como una estructura multicapa elástica o visco - elástica sobre una

cimentación elástica o visco - elástica. Suponiendo que los pavimentos pueden ser

modelados de esta manera, es posible calcular los esfuerzos, deformaciones o

deflexiones debidas a la acción del tránsito en cualquier punto del pavimento. Sin

embargo, existen factores que no pueden ser modelados, por lo que es necesario

calibrar los modelos con observaciones de campo.

En estos modelos, la caracterización de los materiales que conforman las capas

de un pavimento se realiza tomando como propiedad básica al Módulo de Elasticidad,

que es una medida de las propiedades elásticas de un suelo, pero tomando en

consideración la existencia de características no lineales en su comportamiento,

fundamentalmente su dependencia con el nivel de esfuerzos.

Para la modelación de los pavimentos se hace considerando un sistema

estructural multicapa, donde cada capa i, se caracteriza por su espesor (hi), Módulo de

Elasticidad (Ei) y Coeficiente de Poisson (μi).

Para la estructuración, se asume que se cumplen las hipótesis a partir de las

cuales Burmister desarrollo sus ecuaciones, las cuales son: (Huang, 1967)

El pavimento está compuesto por capas planas paralelas, de extensión infinita

en cualquier dirección sobre el plano horizontal.

Todas las capas tienen un espesor finito, con excepción de la última (suelo de

fundación), que es semi-infinita en el sentido vertical.

114

El apoyo en cada capa sobre la inmediatamente subyacente es uniforme.

Los materiales que constituyen cada capa son homogéneos e isotrópicos.

La relación tensión – deformación de los materiales es lineal.

5.3. Compañía Shell.

El método Shell se desarrolló y extendió para incorporar todos los parámetros

que son relevantes en el diseño estructural de pavimentos asfálticos. Este método, se

basa en un modelo donde la estructura de pavimento es considerada como un sistema

multicapa lineal elástico, cuyos materiales se caracterizan a través de un Módulo de

Elasticidad y una Razón de Poisson. Mediante el programa Bisar 3.0 se calculan todas

las tensiones, deformaciones unitarias y desplazamientos en cualquier punto del

sistema multicapa y bajo cualquier número de cargas en la superficie, verticales y/o

horizontales. De este modo, se han establecido los principales criterios de diseño, el de

deformación unitaria en compresión sobre la subrasante y el de deformación unitaria

horizontal en tensión en la capa de rodadura.

El valor permisible para la deformación unitaria en comprensión en la

subrasante se deriva del análisis de secciones y estructuras del AASHO Road Test de

acuerdo al CBR de diseño. La deformación unitaria permisible del asfalto se determinó

a través de mediciones en laboratorios para varios tipos de mezclas y para diferentes

módulos de rigidez del asfalto (stiffness). En la aplicación del criterio por fatiga del

asfalto, se incluye la influencia del desplazamiento lateral de las ruedas y el efecto del

“healing” o capacidad de autocicatrización del asfalto producto de cargas intermitentes.

115

Los módulos de la subrasante y de la capa granular son altamente dependiente

del estado de tensiones, por lo que el módulo de los materiales granulares está en

función del módulo de la subrasante. El módulo del asfalto se determinó a través de

mediciones de laboratorio para un gran número de muestras tipo. Se ha demostrado

que el módulo para una determinada mezcla, acorde con el diseño estructural, puede

ser derivado con suficiente cuidado utilizando un monograma. Para efectos prácticos

en el diseño

5.4. Parámetros y consideraciones en el diseño con programa Bisar 3.0

Módulo de Elasticidad

El Módulo de Elasticidad o Módulo de Young (E) de cualquier material es una

medida del comportamiento Esfuerzo-Deformación del material. En el análisis de

pavimentos, el Módulo de Elasticidad tiene un fuerte efecto sobre la deflexión del

pavimento y los esfuerzos en toda la estructura.

A continuación se describe el procedimiento para la determinación de los

parámetros según procedimientos del método Shell para obtener el Módulo de

Elasticidad en la capas granulares y subrasante para las configuraciones estructurales

de pavimentos de Mezcla Asfáltica de Alto Módulo y Concreto Asfáltico. Además, se

explica algunas directrices del método Neozelandés para la configuración estructural

tipo Tratamiento Superficial Doble.

116

Subrasante:

Los suelos de subrasante muestran un comportamiento dependiente del estado

de tensiones, donde varios investigadores han publicado relaciones entre las

tensiones, deformaciones unitarias, módulos, etc. Las mediciones efectuadas en un

carril de ensayo de laboratorio y en pavimento a escala real, han demostrado que para

describir la respuesta del pavimento se puede utilizar la teoría lineal elástica,

proporcionando el módulo de los materiales determinado bajo determinadas

condiciones de carga.

Por lo tanto, el módulo de la subrasante se determina preferentemente in situ a

través de mediciones de reflexión dinámica o mediciones de propagación de ondas con

cargas que sean representativas del tránsito real. Alternativamente, se pueden utilizar

mediciones hechas en laboratorio, tales como el ensayo triaxial dinámico.

En casos donde no se disponga de estas mediciones, se recomienda usar las

relaciones empíricas entre el CBR y el módulo de la subrasante, tal como lo muestra la

siguiente relación recomendada por Shell.

(

) ( ) ec. 5.4-1

Los valores del CBR se determinan aproximadamente donde las deformaciones

son de consideración, mientras que el módulo dinámico de la subrasante se deriva de

las mediciones hechas con muy pocas deformaciones y frecuencias relativamente

altas. Por lo tanto, la ecuación 5.4-1 es una relación indirecta entre los dos parámetros,

pero esta relación empírica ha demostrado ser satisfactoria en la práctica. Para suelos

más plásticos se recomienda utilizar un módulo levemente superior al calculado con la

117

ecuación 5.4-1, estando próximo al límite superior de la banda de dispersión normal en

un factor de 2.

Por otra parte, para obtener el Módulo de Elasticidad de la capa subrasante en

la configuración estructural del tipo Tratamiento Superficial Doble, se utiliza el Método

Neozelandés.

Este método de diseño fue implementado en Nueva Zelanda por el National

Road Board (NRB) como un manual para el diseño y rehabilitación de pavimentos en

carreteras estatales.

Principalmente el procedimiento de diseño se basa en la teoría elástica de las

capas y para la subrasante, el Módulo Elástico se calcula según la siguiente expresión:

( ) ec. 5.4-2

ec. 5.4-3

Capas Granulares:

El módulo de las capas granulares es altamente dependiente del estado de

tensiones. Arduas mediciones hechas en terreno, apoyado por análisis teóricos, han

demostrado que los módulos de las capas de base granular (E2) dependen de su

espesor (h2) y del módulo de la subrasante (E3) de acuerdo a la siguiente relación

determinada para el método Neozelandés en el caso de la configuración tipo

Tratamiento Superficial Doble y para el método Shell en el caso de las configuraciones

estructurales tipo Mezcla Asfáltica de Alto Módulo y Concreto Asfáltico;

ec. 5.4-4

Dónde: con h2 en mm, con límites: 2< k2<4

118

En el caso del Tratamiento Superficial Doble, la aplicación del método

Neozelandés considera las capas base y subbase como una sola capa simple para la

modelación quedando de esta forma el espesor de ambas capas sumados y se obtiene

un solo Módulo de Elasticidad para dichas capas.

No es posible utilizar valores de módulos de base granular más altos, ya que

ellos dan como resultado esfuerzos en tensión demasiado elevados en el interior de la

capa, más de lo que el material puede soportar. Sin embargo, si la base es del tipo

"sandwich" entre capas ligadas, se pueden utilizar valores de módulos más altos. Si la

capa de base granular está formada por capas sucesivas, cuya relación entre módulos

está entre 1.5 y 2.5, mediante la teoría elástica se puede observar que la capa actual

igual que una capa uniforme, donde es muy poco probable que la razón E2/E3 sea

mayor que 4 para los espesores de las capas utilizadas en la práctica.

El procedimiento de diseño asume que el material de base aplicado es de

suficiente calidad para alcanzar un módulo efectivo a lo menos igual al valor entregado

por la ecuación 5.4-4.

Mezclas Asfálticas:

Los valores del Módulo de Elasticidad para las capas de mezclas asfálticas se

obtienen mediante bibliografía, la cual corresponde a: Normalización de Mezclas

Asfálticas, Proyecto Innova Chile CORFO realizado por Instituto Chileno del Asfalto y

Bitumix S.A.

Las mezclas empleadas se obtienen mediante una matriz de mezclas asfálticas,

se considera una mezcla semi densa IV-A-12, clasificada según banda granulométrica

119

definida por el manual de carreteras. Dicha mezcla contiene nueve subtipos de

mezclas, cinco de ellas para carpetas superiores y cuatro para bases asfálticas.

Las mezclas y sus características de cada mezcla a utilizar para el diseño se

encuentran en la tabla 5.4-1 para la configuración estructural del pavimento tipo

Concreto Asfáltico.

Tabla 5.4-1: Propiedades y tipo de Mezclas asfálticas para configuración Concreto Asfáltico.

Capa N° Mezcla Tipo Mezcla T° % Vol. Agreg.

%Vol. Asfalto

% Vacíos

Concreto Asfáltico

1 CA 24 (35/50) 20°C 83.3 12 4.7

Capa Intermedia

2 CA 24 (50/70) 20°C 83.3 12 4.7

Fuente: Normalización de mezclas asfálticas, Bitumix – Instituto Chileno del Asfalto.

Por otra parte, las mezclas asfálticas y sus características que se utilizarán para

la configuración estructural del pavimento tipo Mezcla Asfáltica de Alto Módulo quedan

expresadas en la siguiente tabla 5.4-2

Tabla 5.4-2: Propiedades y tipo de Mezclas asfálticas para configuración de Mezcla Asfáltica de

Alto Módulo.

Capa N° Mezcla Tipo Mezcla T° % Vol. Agreg.

%Vol. Asfalto

% Vacíos

Concreto Asfáltico

4 Alto Módulo

(10/20) 20°C 83.5 12 4.4

Capa Intermedia

5 Alto Módulo

(20/30) 20°C 82.3 12.6 5.1

Base Asfáltica

9 Alto Módulo

(20/30) 20°C 82.9 10.5 6.6

Fuente: Normalización de mezclas asfálticas, Bitumix – Instituto Chileno del Asfalto.

120

En el caso de la configuración estructural tipo Tratamiento Superficial Doble, la

capa superficial se considera de espesor despreciable según lo señala el método

Neozelandés.

Sello Superficial de Alta Fricción (SSAF):

Para efectos de cálculo de este parámetro, se considera necesario citar la

normativa BS 2782:1996 - “Methods of Testing, Plastics – Part3: Mechanical

Propierties – Methods 320A to 320F”. La cual en su apéndice 11.4, describe el

procedimiento y formulación para determinar el Módulo de Elasticidad para el SSAF.

Para un material elástico lineal y para la modelación mediante software Bisar

3.0, el Módulo de Elasticidad longitudinal es considerado con un valor constante y no

variable. En este caso, su valor se define como el cociente entre la tracción y la

deformación en el material.

La fórmula empleada se representa a continuación en la ecuación 5.4-5

( )

ec. 5.4-5

Razón de Poisson:

Es un parámetro característico de cada material que indica la relación entre las

deformaciones relativas en sentido transversal que sufre el material y las

deformaciones relativas en dirección de la fuerza aplicada sobre el mismo. Así, si sobre

un cuerpo se aplica una fuerza de tracción en dirección X, se produce un alargamiento

relativo en el eje X y un acortamiento relativo en los ejes Z e Y.

121

Esta razón, ha sido determinada por diferentes investigadores en rangos de

valores. La razón de Poisson es difícil de determinar, debido a que requiere de mucha

exactitud en las mediciones. Es más, el valor de la razón de Poisson puede variar con

las tensiones, temperatura, etc. Sin embargo, generalmente los cambios en dicho valor

tienen poco efecto en los criterios de diseño (máxima deformación unitaria en

compresión de la subrasante y máxima deformación unitaria en tensión del asfalto).

Subrasante:

Para la obtención del parámetro de la Razón de Poisson, se utiliza la

bibliografía de tesis “Análisis de estructuras de pavimentos de asfaltos en caliente,

diseñadas por el Manual de Carreteras Vol. 3, desde el punto de vista del

comportamiento mecánico-elástico” (Acevedo, Araya, 2008). Además, se utiliza la

recomendación de la bibliografía “Diseño de Obras de Rehabilitación para la corrección

de deficiencias estructurales” Basado en Manual AASHTO y The Asphalt Institute,

realizado por Ing. Fernando Sánchez Sabogal y la bibliografía " The Shell Bitumen

Handbook" 5ta edición de la compañía Shell.

Capas Granulares:

Para la obtención del parámetro de la razón de Poisson, se utiliza la bibliografía

de tesis “Análisis de estructuras de pavimentos de asfaltos en caliente, diseñadas por

el Manual de Carreteras Vol. 3, desde el punto de vista del comportamiento mecánico-

elástico” (Acevedo, Araya, 2008). Además, se utiliza a recomendación de la bibliografía

“Nuevos Materiales y Métodos de Diseño por Teoría Elástica de Capas en Pavimentos

de Aeropuertos” realizado por María Inmaculada García Hernández y la bibliografía "

The Shell Bitumen Handbook" 5ta edición de la compañía Shell.

122

Mezclas Asfálticas:

Para la carpeta asfáltica, base cementada y capa intermedia se utiliza la

recomendación de la bibliografía “Evaluación técnica del pavimento y comparación de

métodos de diseño de capas de refuerzo asfáltico” realizado por Guillermo Thenoux y

Rodrigo Gaete y la bibliografía " The Shell Bitumen Handbook" 5ta edición de la

compañía Shell.

Para la carpeta asfáltica de Alto Módulo se utiliza la recomendación de la

bibliografía “Nuevos Materiales y Métodos de Diseño por Teoría Elástica de Capas en

Pavimentos de Aeropuertos” realizado por María Inmaculada García Hernández.

Sello Superficial de Alta Fricción:

Para la obtención de la razón de Poisson del SSAF, se considera como valor a

adoptar la deformación provocada por la tracción a la rotura (Deformación

Longitudinal) respecto a la deformación unitaria transversal, obteniendo de esta forma

un valor de razón de Poisson de 0.45.

Además, diversos autores señalan que dicho coeficiente para áridos finos

corresponde a valores entre 0.4-0.5. Por lo tanto, es preciso señalar que la bauxita

calcinada es un árido sintético de granulometría fina, por lo que el valor de 0,45

adoptado está dentro del rango anteriormente señalado.

123

Carga sobre neumáticos (P):

Las cargas que se considerarán en este trabajo serán aplicadas a un eje simple

de rueda doble (E.S.R.D) correspondiente al eje patrón de la prueba AASHTO. La

distribución de cargas desde el eje a cada uno de los neumáticos se considera de

forma equitativa según muestra la figura 5.4-1

La carga aplicada como se menciona anteriormente, corresponde a una carga

aplicada sobre los neumáticos de 8,2 Ton (P) o 80 KN. Como se observa en la figura

5.4-1 - la carga es transmitida a las ruedas del eje por lo que se considera una carga

sobre el neumático de 2,05 Ton o 20 KN reflejándose en la figura como P/4.

Figura 5.4-1: Distribución de carga de diseño.

Fuente: Elaboración propia.

Esfuerzo vertical o Presión de contacto (q):

Para el diseño con programa Bisar 3.0 se considera una presión de inflado de

neumático de 75 Psi, la cual es equivalente a un esfuerzo vertical de 520 KPa,

correspondiente al eje patrón de la prueba AASHTO.

124

Separación entre ejes de carga (S):

La separación entre ejes de carga a utilizar para el diseño corresponde a una

distancia entre los neumáticos del eje simple de rueda doble (E.S.R.D) de 35 cm como

se observa en la figura 5.4-2.

Figura 5.4-2: Separación de neumáticos de E.S.R.D


Además, es preciso señalar que solo se hace mención a la separación entre

neumáticos de un lado del eje de carga, esto es debido a que para efectos de análisis

se utiliza la mitad de la carga en esta sección y para el diseño se utiliza finalmente ¼

de la carga para cada neumático.

5.5. Diseño con Programa Bisar 3.0.

El programa Bisar 3.0 está diseñado para el cálculo automatizado de los

esfuerzos, deformaciones y deflexiones presentes en una estructura de pavimento

flexible.

Las coordenadas de posición de entrada para las cargas en Bisar es expresada

en relación con un sistema de coordenadas cartesianas (X, Y, Z). Sin embargo, los

cálculos de este programa, determinan la reacción de una carga en cierta posición en

relación con los esfuerzos, deformaciones y deflexiones resultantes realizadas en un

sistema de coordenadas cilíndricas local (r, θ, z) para cada carga.

125

Por lo tanto, para el diseño de los distintos tipos de pavimentos a analizar se

consideran los datos de entrada para el programa Bisar 3.0 en función de la figura 5.5-

1 representada a continuación donde se observan la forma de aplicación de las cargas

(P), la separación entre ejes (S) y el esfuerzo o presión de contacto (q).

El sistema de coordenadas de posición de las cargas señala conceptualmente

la forma de aplicación y estudio de las distintas variables para el diseño mediante el

programa.

Figura 5.5-1: Sistema de coordenadas y consideraciones para programa BISAR 3.0


Datos de entrada:

Para la configuración estructural del pavimento tipo Mezcla Asfáltica de Alto

Módulo y Concreto Asfáltico se utilizan los espesores obtenidos anteriormente

siguiendo el procedimiento del capítulo 4.

Para fines de este estudio no se considera en el diseño con programa Bisar 3.0 la

aplicación del riego de liga e imprimación, los cuales solo se deben considerar en el

proceso constructivo

126

Por otra parte, los distintos Módulos de Elasticidad y Razón de Poisson son

obtenidos conforme a lo señalado anteriormente en capítulo 5.4 “Parámetros y

consideraciones para el diseño con programa Bisar 3.0”

Por lo tanto, con los datos de entrada expuestos, se realiza el diseño mediante

software Bisar 3.0 de seis configuraciones de pavimentos, las cuales consisten en

realizar 2 diseños de cada configuración propuesta, en donde: 3 estructuras de

pavimento con la aplicación del SSAF sobre la carpeta de rodadura y 3 libre de este

sello superficial en cuestión con la finalidad de comparar ambos diseños para las

distintas configuraciones de estructuras de pavimentos.

Parámetros generales:

Los parámetros de entrada para el programa Bisar 3.0 son: carga sobre

neumático, esfuerzo vertical y separación entre ejes de carga los cuales ya fueron

designados anteriormente.

Tabla 5.5-1: Datos entrada Programa Bisar 3.0


Parámetro Valor

Carga sobre neumáticos 20 KN

Esfuerzo vertical o Presión de Contacto 520 KPa.

Separación entre ejes de carga 35 cm

127


Para el diseño con programa Bisar 3.0 de la configuración estructural de

pavimento tipo Mezcla Asfáltica de Alto Módulo, los parámetros de entrada para los

diseños con SSAF y en ausencia de éste, quedan estipulados en la siguiente tabla 5.5-

2

Tabla 5.5-2: Datos entrada configuración estructural del tipo Mezcla Asfáltica de Alto Módulo.

Capa h (cm) Módulo Elasticidad (MPa) Razón Poisson

SSAF 0.5 32 0.45

Carpeta Asfáltica Alto Módulo

5 8.540 0.30

Capa Intermedia 5 5.830 0.35

Base Asfáltica 5 6.310 0.25

Base Granular 15 434 0.35

Subbase Granular 20 217 0.35

Subrasante (10% CBR) Semi – Infinito

100 0.4


Concreto Asfáltico:

En el caso del diseño con programa Bisar 3.0 de la configuración estructural de

pavimento tipo Concreto Asfáltico, los parámetros de entrada para los diseños con

SSAF y en ausencia de éste, quedan estipulados en la siguiente tabla 5.5-3.

Tabla 5.5-3: Datos entrada configuración estructural del tipo Concreto Asfáltico.


SSAF 0.5 32 0.45

Concreto Asfáltico 6 5.260 0.35

Capa Intermedia 8 3.290 0.35



Subrasante (10% CBR) Semi - Infinito

100 0.40


128

Tratamiento Superficial Doble:

En este tipo de configuración estructural, la capa superficial se considera de

espesor despreciable, la base y la subbase a pesar de que el método Neozelandés

sugiere la modelación como una capa simple, se utiliza la configuración obtenida en el

capítulo anterior. Los valores del Módulo de Elasticidad se consideran iguales para

ambas capas señaladas, al igual que en las configuraciones estructurales anteriores,

se realizan dos diseños, uno con la aplicación del SSAF y el otro en ausencia del sello

en cuestión.

Por lo tanto, los parámetros de entrada del diseño en el programa Bisar 3.0

quedan estipulados en la tabla 5.5-4 representada a continuación.

Tabla 5.5-4: Datos entrada configuración estructural del tipo Tratamiento Superficial Doble


SSAF 0.5 32 0.45



Subrasante (10& CBR) Semi - Infinito 87 0.40


129

Resultados Programa Bisar 3.0

Con los datos de entrada expuestos anteriormente, se ingresan los parámetros

generales y los correspondientes a cada configuración estructural al programa Bisar

3.0. Posteriormente, ingresado dichos parámetros se realizan las mediciones en mitad

de la capa asfáltica, al término de ésta, al comienzo y final de cada capa subyacente.

La ubicación de cada evaluación quedan expresadas en las tablas 5.5-5 a 5.5-7 en

donde "I" y "II" corresponden a las mediciones obtenidas bajo el neumático y bajo el eje

de carga respectivamente.

De esta forma, se obtienen los esfuerzos, deformaciones y desplazamientos de

cada configuración estructural modelada. La memoria de cálculo de los valores

obtenidos en el software se encuentra en el anexo C de este estudio.

Resultados obtenidos para cada configuración estructural:

Tabla 5.5-5: Resultados de Bisar 3.0 para configuración tipo Mezcla Asfáltica de Alto Módulo.

Mezcla Asfáltica de Alto Módulo.

Parámetro Unidad Ubicación Sin SSAF Con SSAF

Deformación

Radial en la base del pavimento

m I -1.011E-5 -0.728E-5

Vertical carpeta asfáltica

m II (Mitad capa) 3.37E-5 3.315E-5

II (Final Capa) 2.24E-5 1.588E-5

Vertical Subrasante

m II -20.87E-5 -20.7E-5

Esfuerzo vertical

Carpeta Asfáltica MPa II -2.716E-2 -4.035E-2

Capa Intermedia MPa II -5.916E-2 -6.472E-2

Base Asfáltica MPa II -6.631E-2 -6.607E-2

Base MPa II -3.808E-2 -3.766E-2

Subrasante MPa II -2.064E-2 -2.048E-2

Desplazamiento Carpeta asfáltica mm II 0.2623 0.2613

Subrasante mm II 0.2054 0.2047

Deflexión Estructura mm I 0.2596 0.2582


130

Tabla 5.5-6: Resultados de Bisar 3.0 para configuración tipo Concreto Asfáltico.

Concreto Asfáltico.


Deformación


m I 1.583E-5 1.831E-5

Vertical carpeta asfáltica

m II (Mitad capa) 4.718E-5 4.604E-5

m II (Final Capa) 1.301E-5 0.9897E-5

Vertical Subrasante

m II -25.08E-5 -22.79E-5

Esfuerzo vertical

Carpeta Asfáltica MPa II -5.024E-2 -6.135E-2

Capa Intermedia MPa II -8.495E-2 -8.491E-2

Base MPa II -4.803E-2 -4.744E-2


Desplazamiento Carpeta Asfáltica mm II 0.2231 0.2223


Deflexión Estructura Mm I 0.294 0.292


Tabla 5.5-7: Resultados de Bisar 3.0 para configuración tipo Tratamiento Superficial Doble.

Tratamiento Superficial Doble.


Deformación


m

I 23.0E-5 21.93E-5

Vertical Base m II (Mitad capa) -12.95E-5 -17.42E-5

II (Final Capa) -34.79E-5 -35.10E-5

Vertical Subrasante

m II -48.84E-5 -47.71E-5

Esfuerzo Vertical Base MPa II -11.54E-2 -11.42E-2


Desplazamiento Base mm II 0.4311 0.4257


Deflexión Estructura mm I 0.6247 0.6152


Con el diseño de las configuraciones de pavimentos: Mezcla Asfáltica de Alto

Módulo, Concreto Asfáltico y Doble Tratamiento Superficial, las cuales se diseñaron en

ausencia del SSAF y con la aplicación del sello en cuestión, se procede a analizar el

diseño de las configuraciones de pavimento

131

CAPÍTULO 6. ANALISIS DE RESULTADOS.

6.1. Introducción

Para lograr responder los objetivos establecidos en este estudio y las hipótesis

que enmarca este proyecto de título, se procede a realizar un análisis desde la

perspectiva que enmarca este capítulo, la cual corresponde al análisis de resultados

respecto al diseño con programa Bisar 3.0 realizado en el capítulo anterior.

En el transcurso de este capítulo, se realiza la comparación de las deformaciones y

esfuerzos para las configuraciones estructurales con SSAF y en ausencia de éste sello.

Por otra parte, se realiza el cálculo del número de repeticiones para obtener la

deformación admisible en la carpeta asfáltica y subrasante de las distintas

configuraciones. Además, se observa el cálculo de las repeticiones de carga para que

se produzca una falla por deformación permanente (Ahuellamiento) de 13 mm.

observando finalmente sí las soluciones calculadas de servicio cumplen los valores

admisibles.

6.2. Análisis respecto al diseño con programa Bisar 3.0

La respuesta de un pavimento ante una solicitación está dada en términos de

esfuerzos, deformaciones y deflexiones. En general, se acepta que los cuatro

indicadores más significativos del comportamiento de un pavimento flexible son:

deflexión superficial, deformación a la tensión de la carpeta de rodadura, los esfuerzos

y deformaciones de compresión en la subrasante. La deflexión superficial y la máxima

deformación a la tensión en el plano inferior de la superficie de rodadura están

directamente relacionadas con el agrietamiento por fatiga. Los esfuerzos y

deformaciones de compresión en la subrasante se relacionan con las deformaciones

132

permanentes. La suficiencia del diseño estructural de un pavimento de puede evaluar

comparando los esfuerzos y deformaciones calculados en puntos críticos.

Comparación de las configuraciones estructurales de pavimentos:

Una vez realizado el diseño con la ayuda del programa Bisar 3.0 para las

configuraciones estructurales de pavimentos: Mezcla Asfáltica de Alto Módulo,

Concreto Asfáltico y Doble Tratamiento Superficial con la aplicación del SSAF y en

ausencia de este se logra observar las siguientes variaciones porcentuales respecto a

los esfuerzos, deformaciones y desplazamientos con la finalidad de observar la

incidencia estructural del sello en cuestión.

Análisis de Deformaciones:

Con los datos obtenidos con la ayuda del programa Bisar 3.0 se calcula la

variación porcentual que existe entre la configuración estructural con SSAF respecto a

la configuración en ausencia de este. Las deformaciones a observar corresponden a

las siguientes:

Vertical carpeta asfáltica: en este caso, el dato a utilizar para el análisis

proviene de la deformación entre capas (carpeta asfáltica y capa intermedia)

observado bajo eje de carga.

Vertical Subrasante: dato obtenido al inicio de la capa subrasante, y al igual que

en el caso de la capeta asfáltica, es observado bajo eje de carga.

133

Tabla 6.2-1: Deformaciones de configuración Mezcla Asfáltica de Alto Módulo.

Mezcla Asfáltica de Alto Módulo Sin SSAF Con SSAF Variación Porcentual

Deformación Vertical (m)

Carpeta Asfáltica 2.240E-5 1.588E-5 (-) 29.1%

Vertical Subrasante -20.87E-5 -20.70E-5 (-) 0.9%


Como se puede inferir de la tabla 6.2-1 expuesta anteriormente, la mayor

variacion porcentual para la configuración de la Mezcla Asfáltica de Alto Módulo, se

obtiene al término de la carpeta asfáltica y al inicio de la capa intermedia, demostrando

que se obtiene una menor deformación en aquella configuración con SSAF incidiendo

de manera positiva en la duración de la vida del pavimento.

Por otra parte, al existir una disminución importante en las deformacion vertical

de la carpeta asfáltica y que no se transmita de igual forma dicha deformacion en las

capas inferiores, demuestra que la capa intermedia, base asfáltica y granular actuan

como capas estructurales, con la finalidad de proteger la subrasante donde se observa

una variacion porcentual de 0.9%, la cual se considera despreciable en la incidencia

estructural respecto de las comparaciones de las configuraciones con SSAF y en

ausencia de esta.

Tabla 6.2-2: Deformaciones de configuración Concreto Asfáltico.

Concreto Asfáltico Sin SSAF Con SSAF Variación Porcentual


Carpeta Asfáltica 1.301E-5 0.9897E-5 (-) 23.92 %

Subrasante -25.08E-5 -22.79E-5 (-) 9.13%


134

Respecto al caso de la configuración estructural del tipo Concreto Asfáltico, se

logra observar que la variación porcentual de deformación varía considerablemente al

término de la carpeta asfáltica y al comienzo de la subrasante, caso contrario al

observado en la configuración estructural del tipo Mezcla Asfáltica de Alto Módulo, en

donde dicha configuracion posee una variacion porcentual poco significativa en la

capa subrasante.

Es preciso señalar que dicha variación porcentual en la capa subrasante tiene

fundamento en que la configuracion estructural de está solución posee una capa

estructural menos (Base Asfáltica).

Además, los valores de los Módulos de Elasticidad para cada capa estructural

en éste caso, son menores respecto a la configuracion estructural del tipo Mezcla

Asfáltica de Alto Módulo. Es preciso señalar, que un material con bajo Módulo de

Elasticidad se caracteriza por poseer gran rigidez, lo cual se refleja en mayores

esfuerzos, provocando menores deformaciones en las capas. Mientras que en el caso

de la configuraciones estructural del tipo Mezcla Asfáltica de Alto Módulo, las

deformaciones son mayores debido a que la rigidez de las capas son menores.

Al momento de observar la variación porcentual entre la configuracion

estructural con SSAF y en ausencia de este, se logra apreciar que existe una

disminución significativa en las deformaciones de la carpeta asfáltica y de la capa

subrasante, de lo que se infiere que la solución con SSAF tendrá una mayor duración

en terminos de vida del pavimento, provocando de esta forma una incidencia

estructural positiva desde el punto de vista de las deformaciones.

135

Tabla 6.2-3: Deformaciones de configuración tratamiento superficial Doble

Tratamiento Superficial Doble Sin SSAF Con SSAF Variación Porcentual


Base -34.79E-5 -35.10E-5 0.9 %

Subrasante -48.84E-5 -47.71E-5 (-) 2.31 %


Para el caso de la configuración estructural del tipo Tratamiento Superficial

Doble, se logra apreciar que las deformaciones verticales para esta configuración son

mayores respecto a las otras soluciones de pavimentos, obteniendo de esta forma una

menor vida de servicio, debido a que está configuración posee una cantidad menor de

capas provocando mayores deformaciones en la subrasante.

Respecto a la variación porcentual existente entre la solución con SSAF

respecto al tratamiento en la ausencia de dicho sello, se infiere que se obtiene una

incidencia estructural despreciable para ambas capas en cuestión debido a que el

porcentaje de variación es prácticamente insignificante.

Por otra parte, es preciso señalar respecto a la deformación vertical que en la

superficie de la estructura del pavimento dicha deformación es de tensión y pasa de

ser a compresión a medida que se incrementa la profundidad para las configuraciones

del tipo Mezcla Asfáltica de Alto Módulo y Concreto Asfáltico. Este comportamiento es

básico para el análisis de criterio de fatiga de una estructura de pavimento flexible. Las

deformaciones descritas y expuestas, se logran observar en las tablas 6.2-1 a 6.2-3 y

en la memoria de cálculo incluida en anexo C.

136

Por lo tanto, en funcion de los deformaciones obtenidas es posible inferir que si

bien la base del pavimento protege a la subrasante de las deformaciones, en el caso

de la configuracion estructural con SSAF posee menor deformacion vertical en la

subrasante provocando una mayor duración de la serviciabilidad del pavimento, puesto

que si la subrasante se deforma, todas las capas del pavimento lo harán, pudiendo

producir un colapso total del pavimento lo que conlleva a una reparación completa de

este.

Obtenidas las diferentes variaciones porcentuales para cada configuración

estructural diseñada se realiza un cálculo del número de repeticiones admisibles para

cada configuración.

Calculo de número de repeticiones admisibles:

El estado tensional y de deformaciones a los que se ve expuesto el pavimento

es bastante complejo, sin embargo se puede comprobar que las tensiones y

deformaciones críticas, que pueden llevar a la fatiga de la estructura, se verifican por la

deformación unitaria vertical de compresión sobre la subrasante.

El concepto de fatiga se introduce como la falla de un material bajo una

solicitación cíclica, que no necesariamente provoca tensiones y deformaciones iguales

a la de ruptura. Por lo tanto, se procede a realizar un cálculo del número de

repeticiones (N) para obtener la deformación admisible de la carpeta asfáltica y de la

subrasante mediante los métodos recomendados por el Asphalt Institute y la fórmula

propuesta por Edwards y Valkering respectivamente.

137

Formula de Asphalt Institute:

ec. 6.2-1

Formula de Edwards y Valkering:

ec. 6.2-2

Donde:

N: Número de repeticiones admisibles

E: Módulo de Elasticidad

εt: Deformación vertical carpeta asfáltica

εz: Deformación vertical en la subrasante.

Los resultados que se han obtenido para el número de repeticiones admisibles

necesarias para obtener las deformaciones maximas en la carpeta asfáltica de las

distintas configuraciones estructurales de pavimentos se muestran a continuacion en la

tabla 6.2-4.

Tabla 6.2-4: Número de repeticiones admisibles necesarias en carpeta asfáltica

Mezcla Asfáltica de Alto Módulo Concreto Asfáltico

Sin SSAF 715.061.024 6.497.864.777

Con SSAF 2.218.249.262 15.982.878.666

Δ Diferencial 210% 146%


138

Por otra parte, para la comparacion de repeticiones necesarias para llegar a las

deformaciones limites de la subrasante se muestra se utiliza la ecuacion anteriormente

mencionada de Edwards y Valkering y los resultados quedan expuestos a continuacion

en la tabla 6.2-5.

Tabla 6.2-5: Número de repeticiones admisibles necesarias en subrasante.

Mezcla Asfáltica de Alto Módulo

Concreto Asfáltico Tratamiento Superficial

Doble.

Sin SSAF 323.968.481 155.339.687 10.801.645

Con SSAF 334.742.745 227.832.279 11.861.917

Δ Diferencial 3.32% 46.67% 9.82%


Una vez obtenido el número de repeticiones de la carpeta asfáltica y de la

subrasante, se elige como repeticiones de fatiga el menor valor obtenido.

Es preciso destacar la diferencia que existe, entre el número de repeticiones

obtenido con el modelo multicapa y el número de repeticiones del método AASHTO. En

el primero, el valor corresponde al número de repeticiones determinado para la fatiga

producida en la capa asfáltica y que da inicio a su agrietamiento; en cambio el número

de repeticiones de la AASHTO está determinado para el final de la serviciabilidad del

pavimento, correspondiendo a un agrietamiento progresivo.

Al momento de observar el cálculo admisible del número de repeticiones, es

posible inferir que en las distintas configuraciones estructurales diseñadas y estudiadas

se obtiene un mayor número de repeticiones en la solución propuesta con el SSAF. Por

lo tanto, la vida útil del pavimento soportará mayores repeticiones de carga

aumentando así la vida del pavimento.

139

Es preciso señalar, que al tener una mayor deformación vertical en las distintas

capas del pavimento, se obtiene un menor número de repeticiones admisibles, esta

relación es inversamente proporcional debido que al poseer una menor deformación,

el número de repeticiones es mayor.

Como los resultados obtenidos anteriormente respecto al cálculo admisible son

altamente superiores a los diseñados por metodo AASHTO, se opta por calcular el

número de repeticiones de carga para que se produzca la falla por ahuellamiento.

Principalmente, para este deterioro, se supone que la falla por deformacion

permanente está relacionada con niveles excesivos de tensión-deformación inducidos

por las repeticiones de carga en la superficie de la subrasante. Según el modelo

empírico del Asphalt Institute (1981), la relación entre la falla por ahuellamiento, y las

deformaciones verticales de compresión en la parte superior de la subrasante, esta

representada po el número de aplicaciones de carga según la ec. 6.2-3.

En este modelo, el criterio de falla se define como el número mínimo de

repeticiones de carga que causan 13 mm de ahuellamiento superficial.

( ⁄ ) ec. 6.2-3

Donde:

N: Número de repeticiones de carga para que se produzca la falla por ahuellamiento

εv: Deformación vertical de compresión en la parte superior de la subrasante.

140

En funcion de la ecuacion 6.2-3 representada anteriormente, se calcula el

número de repeticiones de carga para que se produzca la falla por ahuellamiento para

las distintas configuraciones estructurales señaladas durante este estudio.

Tabla 6.2-6: Número de repeticiones de carga para la falla por ahuellamiento.


Concreto Asfáltico Tratamiento Superficial Doble

Sin SSAF 40.985.538 18.002.934 910.928

Con SSAF 42.514.141 27.638.298 1.011.575

Δ Diferencial 3.73% 53.5% 11.1%


Respecto a los resultados obtenidos para el número de repeticiones de carga

para que se produzca la falla de 13 mm de ahuellamiento, se infiere:

En el caso de la configuraciones estructural del tipo Mezcla Asfáltica de Alto

Módulo, se observa que al aplicar la solucion propuesta del SSAF se obtiene que el

número de repeticiones incrementa en 1.533.609 equivalente al 3.73% superior

respecto a la configuracion estructural libre del SSAF.

Por otra parte, el Concreto Asfáltico con el sello en cuestión tiene un delta

diferencial de 53.5% superior, lo que equivale a 9.635.364 mas de repeticiones de

carga respecto a la solución sin el SSAF.

En la configuracion estructural del tipo Doble Tratamiento Superficial, al igual

que en las configuraciones anteriormente descritas, se obtiene que el número de

repeticiones de carga resulta ser mayor para el caso de la solución con SSAF para que

se produzca la falla de 13 mm de ahuellamiento.

141

Ademas, es preciso destacar que respecto al número de repeticiones

calculadas para que se produzca la fatiga en la carpeta asfáltica, subrasantey la falla

por ahuellamiento en cada configuración estructural, se puede apreciar que los

calculos realizados para la determinacion del calculo admisible de la fatiga son

mayores respecto al diseño realizado por el metodo del Manual de Carreteras, para

cada configuración estructural.

Por otra parte,el calculo de repeticiones admisibles para que se produzca el

ahuellamiento de 13 mm ha demostrado ser menor respecto a las solicitaciones de

diseño planteadas en la configuracion estructural del tipo Tratamiento Superficial

Doble.

Referente a la falla por ahuellamiento, se considera necesario destacar que es

la primera falla que presenta el pavimento debido a que resiste un número bastante

menor de repeticiones admisibles.

Analisis de esfuerzos:

Con los datos obtenidos con la ayuda del programa Bisar 3.0 se calcula la

variación porcentual respecto a los esfuerzos para las distintas configuraciones de

pavimentos, entre la configuración estructural con SSAF respecto a la configuración en

ausencia de este.

142

Los datos son obtenido al término de cada capa y al comienzo de la

subyacente encontrando el mayor valor entre estas y se logran apreciar en la siguiente

tabla:

Tabla 6.2-7: Esfuerzo vertical de cada configuración estructural

Tipo Esfuerzo Vertical (MPa) Sin SSAF Con SSAF Variación Porcentual


Carpeta Asfáltica -2.716E-2 -4.035E-2 48.56%

Capa Intermedia -5.916E-2 -6.472E-2 9.40%

Base Asfáltica -6.631E-2 -6.607E-2 (-) 0.36%

Base -3.808E-2 -3.766E-2 (-) 1.10%

Subrasante -2.064E-2 -2.048E-2 (-) 0.77%

Concreto Asfáltico

Carpeta Asfáltica -5.024E-2 -6.135E-2 22.11%

Capa Intermedia -8.495E-2 -8.491E-2 (-) 0.05%

Base -4.803E-2 -4.744E-2 (-) 1.22%

Subrasante -2.458E-2 -2.436E-2 (-) 0.90%

Tratamiento Superficial

Doble

Base -11.54E-2 -11.42E-2 (-) 1.04%

Subrasante -4.433E-2 -4.328E-2 (-) 2.37%


Como se puede apreciar en la tabla 6.2-7, la variación porcentual para las

configuraciones estructurales del tipo Mezcla Asfáltica de Alto Módulo y Concreto

Asfáltico varían para la carpeta asfáltica de forma significativa, mientras que en las

capas inferiores no se aprecia el mismo efecto.

Por otra parte, en el caso del Doble Tratamiento Superficial, la configuración

con SSAF y la solución con ausencia de dicho sello no poseen grandes variaciones de

esfuerzos.

Es preciso destacar que al poseer un Módulo de Elasticidad alto en las capas

estructurales del pavimento, la configuración es más flexible, lo que conlleva a un

menor soporte de cargas y mayores deformaciones como se demuestra para las

143

configuraciones estructurales del tipo Mezcla Asfáltica de Alto Módulo y Concreto

Asfáltico.

Para el caso de la configuración estructural del tipo Tratamiento Superficial

Doble, se observa lo contrario, debido que al ser una solución con mayor rigidez y

poseer un número menor de capas en comparación a las otras configuraciones, la

concentración de esfuerzos es superior en la capa subrasante.

La diferencia que existe entre un pavimento con SSAF y libre de dicho sello es

debido a que el sello es mucho más rígido que la mezcla de la carpeta de rodadura,

provocando una rigidez en dicha capa y de esta forma cada carga aplicada provoca

que la carpeta asfáltica se deforme más que el sello, traduciéndose en diferencias de

tensiones internas, como se puede observar en tablas de resultados en Anexo C.

Otros puntos que se deben tener en consideración para observar las diferencias

de concentraciones de esfuerzos y que no son consideradas en el diseño, son:

Mayores esfuerzos transmitidos a la capa de rodadura, como consecuencia de

la mayor adherencia entre neumático – pavimento al frenar o acelerar, en

curvas, pendientes, etc. Concentrándose todo el esfuerzo en la unión por

fricción interna que tiene el agregado grueso en el asfalto especialmente en la

superficie cercana al SSAF.

Los diferentes coeficientes térmicos de la capa del sello y de asfalto que crean

tensiones significativas dentro de la carpeta asfáltica, especialmente en la

superficie donde el asfalto se expande y se contrae a diferencia del sello.

144

Calculo de deformaciones y esfuerzos admisibles:

Como se ha mencionado anteriormente, la determinacion de esfuerzos,

deformaciones y la deflexion de las diferentes configuraciones estructurales de

pavimentos se realizó con ayuda del programa Bisar 3.0 de la Compañía SHELL. Por

lo tanto, para esta parte del capítulo se obtienen las deformaciones, esfuerzos y

deflexiones admisibles para cada configuración estructural. Es preciso señalar que

dichos párametros se calculan de acuerdo a los criterios de la compañía Shell, a los

criterios de los ingenierios Dormon – Keerrhoven y el criterio de Yang H. Huang

respectivamente. A continuación se describe el calculo admisible de cada uno de ellos.

Deformacion vertical admisible por compresión sobre la subrasante: De acuerdo

con el criterio de la Shell, la ley de comportaiento de la deformación

verticaladmisible de compresión sobre la subrasante, para un nivel de confianza

del 85%, es la siguiente:

ec. 6.2-4

Donde:

N: Tránsito de diseo expresado en ejes equivalentes de 8.2 toneladas durante

el periodo de diseño

εz adm: Deformación vertical admisible por compresión sobre la subrasante.

Esfuerzo vertical admisible de compresion sobre la subrasante: El esfuerzo

admisible de compresión sobre la subrasante se deterrmina de acuerdo al

criterio de Dormon – Kerhoven, mediante la siguiente expresión:

ec. 6.2-5

145

Donde:

N: Tránsito de diseo expresado en ejes equivalentes de 8.2 toneladas durante

el periodo de diseño.

σz adm: Esfuerzo vertical admisible de compresión sobre la subrasante, kg/cm2

Es: Módulo resiliente de la subrasante, Kg/cm2

Deflexión admisible de la estructura del pavimento: Se determina la deflexion

admisible de la estructura del pavimento, su determinacion se calcula por medio

del criterio de Yang H. Huang, de la siguiente manera:

ec. 6.2-6

Donde:

N: Tránsito de diseo expresado en ejes equivalentes de 8.2 toneladas durante el periodo de diseño. Δz adm: Deflexión admisible de la estructura, mm.

Teniendo en cuenta las ecuaciones anteriores, se realiza el calculo de las

condiciones admisibles obteniendo lo siguiente:

Tabla 6.2-8: Condiciones admisibles y cumplimiento de parámetros.

Configuración Estructural

Parámetro Valor de Servicio Sin SSAF

Valor de Servicio Con SSAF

Valor Admisble

Cumplimiento

Sin SSAF

Con SSAF


εz -20,87E-5 -20,7E-5 3,735E-4

56% 55%

σz -2,064E-2 -2,048E-2 1,186E-1

17% 17%

Δz 0,2596 0,2582 5,172E-1

50% 50%

Concreto Asfáltico

εz -25,08-E5 -22,79E-5 3,735E-4 67% 61%

σz -2,458E-2 -2,436E-2 1,186E-1 21% 20%

Δz 0,294 0,292 5,172E-1

57% 56%

Tratamiento Superficial Doble

εz -48.84E-5 -47.71E-5 6,208E-4

79% 76%

σz -4.433E-2 -4.328E-2 1,328E-1

33% 32%

Δz 0.6247 0.6152 8,588E-1

72% 71%


146

Tras los resultados obtenidos para las diferentes configuraciones estructurales,

bajo los valores de servicio de deformaciones y esfuerzos, es preciso señalar que se

cumplen a cabalidad los valores admisibles en cada una de las soluciones propuestas.

Además, es preciso mencionar, que al aplicar el SSAF en cada configuracion

estructural, los valores de servicio para cada párametro poseen un mayor cumplimiento

del valor (porcentaje) admisible

147

7. COMENTARIOS Y CONCLUSIONES

Respecto a Objetivos e Hipótesis:

Es necesario mencionar que se genera una disminución de las deformaciones y

un aumento de los esfuerzos en las carpetas asfálticas, en las configuraciones de

pavimento de Mezcla Asfáltica de Alto Módulo y en el Concreto Asfáltico, logrando de

esta forma una incidencia estructural sobre un 20% de variación de esfuerzos y

deformaciones para los casos señalados. Por lo contrario, en la configuración del

Doble Tratamiento Superficial, la variación de las deformaciones y esfuerzos no son

incidentes debido a que las variaciones porcentuales reflejadas no superan el 3%.

En lugares como curvas horizontales los agregados del pavimento son

afectados por el pulimento, lo cual reduce la fricción del pavimento contribuyendo a que

el automóvil pierda el control cuando este acelera, frena o gira bruscamente. Al

implementar el SSAF se genera una curva de mejor calidad y mayor adherencia,

ofreciendo una mayor fricción y disminuyendo en un gran porcentaje que el automóvil

se pueda volcar.

Seguridad de la Circulación Vial:

Contrariamente a las ideas erróneas en el entorno de la ingeniería de tránsito,

la instalación de un SSAF no equivale necesariamente a reducir las tasas de incidencia

de accidentes. Se debe entender que la función básica de dicho sello, es impartir y

mantener un nivel de fricción y textura que no es alcanzable por métodos tradicionales

de la construcción de pavimentos.

148

Por lo tanto, el SSAF en condiciones normales de tráfico no tiene impacto en

el día a día referente al comportamiento del conductor y actitudes. Por ende, el sello en

cuestión no está diseñado para proporcionar una reducción en las estadísticas de

accidentes de tráfico que se atribuyen directamente a las consideraciones de

comportamiento en sus muchas y diversas formas. De hecho un SSAF se convierte en

un instrumento eficaz de seguridad vial en situaciones de emergencia, condiciones en

las cuales el conductor debe realizar una frenada brusca, maniobras inadecuadas y

similares para evadir un incidente potencial. En dichas circunstancias, la superficie de

alta fricción entrega la física y la capacidad de rendimiento que permiten a un vehículo

obtener y mantener la máxima adherencia y contacto de fricción con la superficie del

pavimento. Esto, a su vez, permite que el vehículo desacelere en menor tiempo y se

detenga por completo en una menor distancia. Por consiguiente, en el caso de existir

un accidente, la velocidad del impacto en la superficie de alta fricción será

significativamente menor respecto a la velocidad de impacto en un pavimento con

menor nivel de fricción en la superficie.

Se destaca que el SSAF presenta elevados niveles de fricción a lo largo de su

vida útil, lo que permite mantener una buena adherencia en pavimentos secos y

mojados. Sus características fricciónales permiten reducir la velocidad en

localizaciones de alto riesgo y reducir la distancia de frenado, especialmente en

pavimentos mojados. En estas condiciones, se ha determinado que entre un 15% y un

35% de los accidentes producidos se debe al hidroplaneo, donde al aplicar el SSAF y

observando el capítulo nº3 de este estudio se obtiene que dicha solución disminuye los

accidentes mejorando la calidad de la textura, el drenaje superficial y así la seguridad

de la circulación vial.

149

Aspecto importante a considerar, es que la normativa existente en el territorio

nacional no especifica periodo de medición de fricción, con lo cual no se considera la

variabilidad que determinan éste factor dentro de un mismo año como la humedad del

pavimento, variaciones estacionales del clima, nivel de precipitaciones, entre otras.

Respecto a la posibilidad de desarrollar estudios que relacionen fricción y

accidentes en el territorio nacional, puede inferirse que no se cuenta con datos

suficientes para desarrollar un análisis similar a los que se han realizado en proyectos

extranjeros que han tenido la aplicación del SSAF. Por lo tanto, es necesario requerir

mejorar los procedimientos de recolección de datos, análisis de las situaciones “in situ”

y seguimiento para realizar evaluaciones y tomar medidas de seguridad en la

circulación vial.

La mayor dificultad a la hora de establecer una relación entre fricción y

accidentes, consiste en que los accidentes, además de estar influenciados por la

fricción del pavimento, también dependen de una serie de factores como la geometría

del trazado, estado del vehículo, visibilidad, etc., que son los que finalmente

condicionan el comportamiento del conductor en un determinado momento.

Respecto al diseño con programa Bisar 3.0:

La caracterización de las solicitaciones en los pavimentos depende de la

magnitud de las cargas, forma geométrica de las solicitaciones, velocidad de los

vehículos y estado tensional que producen las cargas. La magnitud de las cargas está

en función de la composición del tránsito que circula sobre las vías y el número de

repeticiones de carga que produce el paso de estos vehículos

150

Si bien es cierto, es imposible que por un pavimento transiten todos los

vehículos con una carga de 8.2 ton por eje, siempre existe una mezcla de cargas en el

tránsito real, y para poder tener un diseño más acorde a la realidad, debería existir un

conteo de ejes y un estudio de las cargas que llevan los diferentes vehículos y

camiones. Es decir, realizar diseños de pavimentos a través de los llamados espectros

de carga.

La aplicación del SSAF genera mayores esfuerzos y menores deformaciones

en la carpeta asfáltica para las configuraciones de Mezcla Asfáltica de Alto Módulo y

Concreto Asfáltico, esto es debido a que existe una mayor adherencia entre el

neumático y pavimento al frenar o acelerar, en curvas, pendientes y similares,

concentrándose todo el esfuerzo en la unión por fricción interna que tiene el agregado

grueso en el asfalto especialmente en la superficie cercana al SSAF. Es preciso

destacar que el sello en cuestión es mucho más rígido que la mezcla asfáltica, esto es

debido a que el sello posee un menor Módulo de Elasticidad lo que conlleva para las

configuraciones estructurales (Mezcla Asfáltica de Alto Módulo y Concreto Asfáltico)

donde se aplica el sello, una menor deformación y mayores esfuerzos.

A nivel nacional, se ha observado que la principal falla del SSAF es por

concentración de tensiones de corte superficial. Dicha concentración, se produce por

mayores esfuerzos trasmitidos a la carpeta de rodadura, diferentes coeficientes

térmicos de la capa del sello y de asfalto y que el sello es normalmente mucho más

rígido que la mezcla asfáltica.

151

En el cálculo del número de repeticiones admisibles, es posible observar que

las configuraciones estructurales con SSAF resisten mayores solicitaciones, lo que se

traduce en una prolongación de la vida útil del pavimento soportando mayores

repeticiones para llegar a la deformación limite que da inicio al agrietamiento. Es

preciso señalar, que la primera falla que se observa en las configuraciones de

pavimento, son entregadas por la deformación plástica permanente (Ahuellamiento) y

la configuración estructural del tipo Tratamiento Superficial Doble es la que resiste un

menor número de solicitaciones para todas las fallas analizadas.

Teniendo en cuenta las condiciones admisibles, se realizó el cálculo de la

deformación vertical por compresión sobre la subrasante, esfuerzo vertical de

compresión sobre la subrasante y la deflexión de la estructura del pavimento, donde

se obtiene que se cumplen a cabalidad los parámetros de servicio otorgados por las

configuraciones de pavimentos con sello y en ausencia de este. Además, se observa

que los valores de servicio para la solución con SSAF cumple en un mayor porcentaje

el valor admisible.

152

Si bien el SSAF será incluido en las próximas ediciones del Manual de

Carreteras, se considera proponer a nivel nacional un seguimiento de las aplicaciones

del SSAF donde se logre identificar si efectivamente disminuye la tasa de accidentes.

Además, considerar realizar especificaciones técnicas acorde a la normativa y

construcción del ámbito nacional, a su vez se recomienda que se especifique dentro de

método establecido para la aplicación del sello, la incorporación de un estudio de las

propiedades mecánicas de la mezcla asfáltica que va a recibir el sello; el análisis de

saneamiento de la zona para determinar las necesidades de preparación de la

superficie previo al sello.

Es preciso señalar, que la aplicación del SSAF sobre las distintas

configuraciones estructurales de pavimentos, demuestra a lo largo de este estudio el

cumplimiento de los objetivos y las hipótesis anteriormente planteadas.

153

8. BIBLIOGRAFIA

Libros, Artículos, Manuales, Publicaciones.

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158

ANEXOS.

A. TEORÍA PROGRAMA MULICAPA BISAR 3.0.

Teoría elástica:

El pavimento es una estructura compuesta por una o más capas colocadas

sobre la subrasante o suelo de fundaciones, con el objeto de soportar las cargas

producidas por el tránsito y distribuir adecuadamente las tensiones y deformaciones

hasta el suelo de fundación. Es por esta razón que se utiliza la teoría elástica para

modelar el comportamiento de una estructura de pavimento y para la determinación de

los esfuerzos internos y deformaciones unitarias. Los primeros modelos para

estructuras de pavimentos flexibles son bastantes simplificados, ya que asume un

medio espacio elástico y la determinación de tensiones y deformaciones unitarias se

realiza a través de simples ábacos de diseño. Sin embargo, con los avances de las

investigaciones en el tema y mediante el uso de programas computacionales, se han

llegado a modelar sistemas multicapas con distintas propiedades.

Masa Homogénea (Teoría de Boussinesq):

La forma más simple de caracterizar el comportamiento de un pavimento

flexible bajo la acción de cargas, es considerarlo como un medio espacio elástico

homogéneo. Un medio espacio tiene área y profundidad infinita, con una base plana

sobre la cual se aplica las cargas. La teoría original del matemático francés boussinesq

se basa en una concentrada aplicada en un medio espacio elástico homogéneo. Para

obtener las tensiones, deformaciones unitarias y deflexiones debido a cargas

circulares, estas deben ser integradas.

159

La figura A.1-1 muestra un medio espacio homogéneo sujeto a una carga

circular con un radio a y una presión uniforme q, el medio espacio tiene un Módulo de

Elasticidad E y una Razón de Poisson (ʋ). También se muestra un elemento cilíndrico

con un centro a una distancia Z bajo la superficie y una distancia (r) del eje de simetría.

Debido al eje de simetría, las tensiones normales son tres: σz σr y σt, y tensión de corte

(ζzr) que es igual a (ζrz). Estas tensiones están en función de q, r/a y z/a.

Figura 6.2-1: Componentes de tensión bajo una carga en el eje de simetría.

Fuente: Pavement analysis and Design, Yang H. Huang, 2Da

edición.

Soluciones gráficas:

En 1954, Foster y Ahlvin presentaron gráficos para determinar la tensión vertical

(σz), tensión radial (σr), tensión tangencial (σt), tensión de corte (ζrz) y deflexión vertical

(w), la carga se asumió aplicada bajo un área circular con un radio a y una presión q.

debido a que la razón de Poisson tiene un efecto relativamente pequeño en las

tensiones y deflexiones, Foster y Ahlvin asumieron el medio espacio incompresible con

160

una razón de Poisson de 0,5 de esta forma disminuye la cantidad de gráficos en lugar

de uno para cada razón de Poisson. Estos gráficos se encuentran concentrados en la

literatura (Y. Huang, 1993).

En 1962, este trabajo fue reiniciado por Ahlvin y Ulery, los que presentaron una

serie de ecuaciones y tablas donde se pueden calcular las tensiones, deformaciones

unitarias y deflexiones para cualquier razón de Poisson.

Una vez obtenida las tensiones de los gráficos, las deformaciones unitarias se

calculan a partir de las siguientes expresiones de la ley de Hooke generalizada.

( ( ))

( ( ))

( ( )) ec.6.2-1

Si el área de contacto consta de 2 cargas circulares, las tensiones y

deformaciones se calculan mediante superposición.

Con la aplicación de las soluciones propuestas por Boussinesq, se asume que

el pavimento sobre la subrasante no está afectado por deformaciones, por lo que la

deflexión en la superficie del pavimento es igual a la deflexión sobre la subrasante.

Sistema de capas (Teoría de Burmister):

Los pavimentos flexibles son sistemas de capas que poseen materiales de

mejor calidad en la superficie y no pueden ser representados por una masa

homogénea, de manera que la teoría de capas de Burmister es la más apropiada para

el diseño de pavimentos. Burmister desarrollo en 1943 soluciones para sistemas de

dos capas y luego en 1945 extendió estas soluciones a sistemas de tres capas.

161

Con el avance de la computación, la teoría se puede aplicar a sistemas

multicapas, es decir, a sistemas con cualquier número de capas (Huang 1968), la

figura A.1-2 muestra un sistema de n capas.

Figura 6.2-2: Figura con sistema de n capas sujeto a una carga circular.

Fuente: Pavement analysis and Design, Yang H. Huang, 2Da

edición.

Las hipótesis de la teoría de Burmister son las siguientes:

1. Cada capa es homogénea, isotrópica y linealmente elástica con un Módulo

Elástico E y una Razón de Poisson v

2. El material no tiene peso propio y cada capa se considera de área infinita.

3. Cada capa tiene un espesor finito h, siendo la capa inferior (subrasante) un

medio espacio infinito.

4. Se aplica una presión uniforme q sobre un área circular de radio a.

162

5. Se satisface las condiciones de continuidad en las interfaces de las capas, es

decir, se tiene las mismas tensiones verticales, tensiones de corte,

desplazamientos verticales y desplazamientos radiales.

En la realidad, un sistema de dos capas lo representa la construcción de una

estructura full-depth, en la cual el espesor de la capa asfáltica o HMA (Hot Mix Asphalt)

se coloca directamente sobre la subrasante. Si un pavimento está compuesto de tres

capas, por ejemplo una carpeta superficial de asfalto, una carpeta de base granular y

una subrasante, es necesario combinar la carpeta de base y la subrasante en una sola

capa para calcular las tensiones y deformaciones unitarias en la capa de asfalto, o bien

combinar la carpeta superficial de asfalto y la carpeta de base para calcular las

tensiones y deformaciones unitarias en la subrasante.

Modelo iterativo según la teoría de Burmister:

Para mostrar el efecto de no-linealidad en tensiones, deformaciones unitarias y

deflexiones de los materiales granulares, Huang (1968) dividió el medio espacio en

siete capas y aplicó la teoría de capas de Burmister para determinar las tensiones en la

parte media de cada capa. La capa inferior se modeló como una base rígida con un

Módulo Elástico infinito. Una vez que se obtiene las tensiones por medio de la teoría

de capas de Burmister, el Módulo Elástico de capa se determina por:

( ) ec. 6.2-2

Donde θ es la tensión volumétrica o la suma de las tensiones normales; E es el

Módulo Elástico para la tensión volumétrica dada; E0 es el Módulo elástico inicial o el

módulo para una tensión volumétrica cero; y β es una constante del suelo que indica el

163

incremento en el Módulo Elástico por cada unidad de incremento en la tensión

volumétrica. La tensión volumétrica incluye el efecto de la aplicación de la carga y la

tensión geoestática, expresándose de la siguiente forma:

( ) ec. 6.2-3

En donde σz, σr y σt son las tensiones vertical, radial y tangencial ocasionadas

por una carga en la superficie; γ es el peso unitario del suelo; z es la profundidad del

punto donde se calcula la tensión volumétrica (en la mitad de cada capa); y K0

corresponde al coeficiente de presión del suelo.

El problema se puede resolver mediante un método de aproximaciones

sucesivas. En primer lugar, se asume un Módulo Elástico para cada capa y se obtienen

las tensiones por medio de la teoría elástica de capas. Utilizando dichas tensiones, se

calculan nuevos módulos por medio de la ecuación A.1-2, y así nuevamente se

recalculan las tensiones. El proceso se repite hasta que el módulo entre dos

iteraciones consecutivas converja, con una tolerancia especifica.

Al aplicar la teoría elástica de capas en un análisis no lineal, se debe definir la

distancia radial que se utilizará para determinar las tensiones y módulos. Huang(1968)

demostró que para distancias radiales de r=0 y r=∞, las tensiones verticales no se ven

afectadas significativamente al determinar el Módulo Elástico, pero también demostró

que los desplazamientos verticales se ven altamente afectados. Más tarde, en 1969,

Huang utilizó un método de elementos finitos y encontró que el comportamiento no

lineal de los suelos tiene una gran incidencia en los desplazamientos verticales y

radiales, un efecto intermedio en las tensiones radiales y tangenciales y un muy bajo

efecto en las tensiones verticales y de corte. Dependiendo de la profundidad del punto

164

en cuestión, la tensión vertical basada en la teoría no lineal puede ser mayor o menor

que aquellas basadas en la teoría lineal, aunque a aciertas profundidades, ambas

teorías permitieron producir la misma tensión. Esto permitió explicar por qué las

soluciones propuestas por Boussinesq para tensiones verticales basadas en la teoría

lineal se aplican a suelos con distintos niveles de éxito en los resultados, aunque cabe

hacer notar que los suelos en si son básicamente no lineales.

Método aproximado según la teoría de Boussinesq:

Un método aproximado para analizar un medio espacio no lineal es dividirlo en

un cierto número de capas y determinar las tensiones en las partes medias de cada

capa, por medio de las ecuaciones basadas en la teoría lineal de Boussinesq, con las

tensiones calculadas, se determina el Módulo Elástico E en cada capa mediante la

ecuación A.1-2. Basándose en el E resultante, se puede obtener la deformación en

cada capa, que es la diferencia entre la deflexión por la parte superior e inferior de

cada capa. Comenzando por la base rígida, a una profundidad lejana de la superficie

donde el desplazamiento vertical se puede asumir cero, se suman las deformaciones

para obtener las deflexiones a distintas profundidades. Vesic y Domaschuck (1964)

utilizaron el supuesto de la distribución de tensión de Boussinesq para predecir la

forma de deflexión en caminos pavimentados, con la cual se informan satisfactorios

acuerdos.

Es preciso hacer notar que la ecuación A.1-2 es una de las tantas ecuaciones

constitutivas para suelos arenosos. Para arenas y arcillas se pueden utilizar otras

ecuaciones.

165

Para calcular las deformaciones en cada capa, se puede recurrir a las

ecuaciones del plato flexible propuesta por Boussinesq, donde la diferencia entre las

deflexiones entrega la deformación en cada capa. Es interesante hacer notar que la

tensión volumétrica θ ocasionada por la aplicación de cargas decrece con la

profundidad, mientras que aquellas ocasionadas por tensiones geoestáticas aumentan

en la profundidad. Además, el Módulo Elástico de todas las capas, excepto para la

primera y última capa, son aproximadamente iguales.

Para verificar el método aproximado, se utilizan programas computacionales de

sistemas multicapas elásticos Elsym5 y Bisar, incorporando la ecuación A.1-2 en los

programas. Las diferencias de distribución de tensiones y módulos entre la teoría de

Boussinesq y la teoría de Burmister son bastante estrechas.

Teoría de sistemas de Capas:

En esta sección, se incorporan las ecuaciones utilizadas por los programas

multicapas como Bisar 3.0, para determinar tensiones y deformaciones unitarias,

basándose en la teoría elástica y en sistemas de multicapas bajo la acción de cargas

circulares.

Ecuaciones básicas :

En la teoría clásica de la elasticidad, se defina una función de tensión φ que

satisface la siguiente ecuación diferencial para cada una de las capas:

ec. 6.2-4

Para sistemas con una distribución de tensiones axialmente simétricas, se

tienen:

166

4= (

) (

) ec. 6.2-5

Donde r y z son las coordenadas cilíndricas para la dirección radial y vertical

respectivamente. Una vez determinada la función tensión, se pueden determinar las

tensiones y desplazamientos mediante las siguientes relaciones:

(( v)

ec.6.2-6

(

) ec.6.2-7

(

) ec.6.2-8

(( )

ec.6.2-9

(( )

ec.6.2-10

(

) ec.6.2-11

Donde es la tensión en la dirección vertical o dirección z: es la tensión en

la dirección radial o dirección r; es la tensión en la dirección tangencial o dirección t;

es la tensión de corte, w es el desplazamiento en la vertical o z.

Debido a que las ecuaciones A. 1-4 y A. 1-5son de cuarto orden, las tensiones y

desplazamientos determinados tendrán cuatro constantes de integración, las que serán

determinadas a través de las condiciones de borde y de continuidad.

Definiendo

y

, donde H es la distancia desde la superficie hasta la

parte superior de la última capa, la solución para la función tensión de una capa i, que

satisface la ecuación 4.5, tendrá la siguiente forma:

( )

(

( ) ( )

( ) ( ) ec. 6.2-12

Donde es una función de Bessel del primer grupo y de orden 0; m es un

parámetro: son constantes de integración que se determinan con las

167

condiciones de borde y de continuidad. El subíndice i varía desde 1 hasta n y se refiere

a la cantidad de capas i. Luego, sustituyendo la ecuación A.1-12 en las relaciones

desde A.1-6 a A.1-11 anteriormente descritas, se tiene:

( ) ( )(( ( )) ( ) ( ( ))

( ))

ec.6.2-13

( ) ( ( )

)(( ( ))

( ) ( ( )) ( ))

( )( ( )

( )) ec.6.2-14

( ) ( ( )

)(( ( ))

( ) ( ( )) ( ))

( )( ( )

( )) ec. 6.2-15

( ) ( ) (( ( )) ( ) ( ( )

( )))

ec. 6.2-16

( )

( )(( ( ))

( ) ( (

) ( ))) ec. 6.2-17

( )

( )(( ( ))

( ) ( ( ) ( ))) ec. 6.2-18

Para determinar las tensiones y desplazamientos debido a una carga distribuida

sobre un área circular de radio a, se emplea el método de las transformaciones de

Hankel. La transformada de Hankel para dicha carga es:

∫ (

)

( ) ec. 6.2-19

Donde

. La inversa de la función de Hankel es:

( ) ∫ ( ) ( ) ∫ ( ) ( )

ec. 6.2-20

Si R* es la tensión o el desplazamiento de las ecuaciones A.1-12 debido a las

cargas ( ), R es aquella debido a la carga Q, y la tensión se considera

negativa, entonces:

∫

( ) ec. 6.2-21

El análisis de sistema de capas se puede resumir en los siguientes pasos:

168

Asignar valores sucesivos de m desde cero hasta un número positivo mucho

mayor, hasta que R en la ecuación A.1-13 converja

Para cada valor de m, determinar las constantes de integración Ai, Bi, Ci y Di

para condiciones de borde y continuidad dadas.

Sustituir tales constantes dentro de las ecuaciones A.1-13 a A.1-18 para

obtener R*

Determinar R de la ecuación A.1-13 por integración numérica.

En la integración numérica, se determinan los ceros de J0 (mρ) y J1 (mα), y la

integral entre esos dos ceros se evalúa mediante una fórmula Gaussiana de cuarto

orden.

Condiciones de Borde y Continuidad:

En la superficie, i=1 y λ=0, por lo que las condiciones de borde son:

( ) ( ) ( ) ec. 6.2-22

Resultando en 2 ecuaciones:

[

] ( ) [

( )

] ( ) (

) ec. 6.2-23

Todas las ecuaciones de los sistemas de capas se basan en suposición de que

las capas están completamente ligadas, con la misma tensión vertical, tensión de corte,

desplazamiento vertical y desplazamiento radial en todos los puntos a lo largo de la

interfase. Por lo tanto, cuando λ=λi , las condiciones de continuidad son las siguientes:

( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ec. 6.2-24

169

Resultando en cuatro ecuaciones:

[

( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )

](

) ec. 6.2-25

[

( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )

](

)ec.6.2-26

En donde:

(

ec. 6.2-27

Puesto que las tensiones y los desplazamientos tienen a cero cuando λ tiende a

infinito, se puede concluir de las ecuaciones A.1-12 que para la capa inferior con i=n

An=Cn=0 ec. 6.2-28

Para un sistema de n capas, se tienen 4n constantes de integración. Con

An=Cn=0, con otras 4n-2 constantes se determinan mediante 4n-2 ecuaciones, dos de

la matriz A.1-23 y 4(n-1) de la matriz A.1-26 en:

[

] [

] [

] ec. 6.2-29

Por multiplicaciones sucesivas, las constantes de la primera capa se pueden

relacionar con las constantes de la última capa mediante la siguiente matriz:

[

] [

] ( ) ec. 6.2-30

Sustituyendo la ecuación A.1-30 dentro de la ecuación A.1-23, se obtienen dos

ecuaciones con dos incógnitas, y . Después de determinar y , estas

sustituyen en la ecuación A.1-29, con An=Cn=0, para determinar las constantes de las

170

(n-1) capas. El procedimiento se repite hasta que se determinen las constantes de

todas las capas.

Si la interfase i (λ=λi), no está completamente ligada o tiene una baja fricción, la

continuidad de los esfuerzos de corte cero en ambos lados de la interfase, es decir:

( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ec. 6.2-31

Luego, las ecuaciones A.1-26 se reemplaza por:

[

( ) ( ) ( ) ( )

](

) ec. 6.2-32

[

( ) ( ) ( ) ( ) ( )

](

) ec. 6.2-33

Las ecuaciones A.1-26 y A.1-33 se utilizan en la mayoría de los programas

multicapas. Si la interfase posee una alta fricción, se utiliza la ecuación A.1-26. Si la

interfase posee baja fricción, se utiliza la ecuación A.1-33. Los programas

computacionales son más eficientes cuando todas las capas están completamente

ligadas, ya que se necesitan resolver solo dos ecuaciones. Si una o más interfases

poseen baja fricción, el programa será menos eficiente, ya que necesita más tiempo

para resolver las 4n-2 ecuaciones.

171

B. PRESCRIPCIONES TECNICAS DEL SSAF.

Para la aplicación del SSAF, se debe cumplir como mínimo los requerimientos y

exigencias descritas en éste subcapítulo.

Principalmente, dicho sello superficial, es aplicado sobre la carpeta de rodadura

y posee homologación de máxima categoría Tipo 1. “Guidelines Document for the

Assessment and Certification of Highways” – Hapas/BBA, la cual certifica una vida en

servicio del SSAF de 5 a 10 años en pistas con índices de tráfico de hasta 3.500

vehículos pesados por pista y día, definiendo la vida útil del Sello.

Además, el SSAF cumple todos los requisitos exigidos en Clause 924 “High

Friction Surfaces Department for Transport´s Specification for Highway Works”, del

Reino Unido para su uso en vías de alta capacidad.

Sello Superficial

Las características del SSAF, considerando la unión del árido más el adhesivo,

son las siguientes:

Espesor Total:5 mm

Contacto Árido – Neumático: 100% debido a que no hay contacto con el

adhesivo

CRT: ≥ 80, durante toda la vida de servicio.

Macrotextura Superficial: Debe ser inicialmente mayor a 1,8 mm y durante

toda la vida de servicio mayor a 1,1 mm

Ruido: Interior: 67.5 dBA. Exterior (eje trasero): 100.1 dBa. Exterior (7.5 m de

línea central): 78.9 dBa.

172

Adhesivo:

El adhesivo es de una resina de poliuretano de dos componentes pigmentados

del mismo color que el árido a utilizar (Resina Base y Activador), que polimerizan al ser

mezclados en la proporción adecuada (70% en peso de resina base y 30% en peso de

activador), No Inflamable, No Tóxica y Sin efectos contaminantes para el medio.

La dosis de adhesivo a aplicar es de 1,7 +/- 0,1 kg/m2, excepto para capas de

rodadura de mezclas asfálticas drenantes, para este caso la dosis a aplicar es de 2,1

+/- 0,1 kg/m2. Es preciso señalar, que las dosis definitivas a aplicar se determinan a

través de la confección de tramos de prueba.

Los requisitos que debe cumplir el adhesivo en cuestión, se observan en la

tabla B.1-1 a continuación.

Tabla B.1-1: Requisitos Adhesivo Resina Poliuretano

Composición Resina Base Mezcla de polioles ramificados, con Agrupación de éteres y ésteres combinados con prepolímeros y aditivos.

Composición Activador Endurecedor de poliisocianato, consistente en diisocianato de difenilmetano.

Temperatura Ambiente: 5°C - 35°C.

Temperatura Pavimento:

5°C – 60°C. Solo puede efectuarse cuando la T° supere al menos 3°C la temperatura del punto de rocío, Calculada de acuerdo a Tabla 5.704.305.A de la sección 5.704 del MC-V5

Humedad Relativa Menor a 90%

Densidad Base: 1,13 g/cm

3

Activador: 1,23 g/cm3

Contenido No volátil 100%

Adherencia al Acero Superior a 15 MPa.

Resistencia a la Tracción Superior a 14 MPa.

Elongación a la rotura Mayor al 45%

Color Base: Gris Activador: Marrón.

Tiempo de curado 1,5 a 4 h (Según Temp. y Humedad)

Tiempo útil de trabajo 15 a 40 min. (Según Temp. y Humedad)

Fuente: Colorvial Chile, Elaboración Propia.

173

Árido Sintético:

El árido sintético bauxita calcinada no puede tener una humedad total mayor al

0,5%. Para la aplicación, el árido se esparcirá a razón de 10 kg/m2, de los cuales

quedan adheridos entre 6 y 8 kg/m2, dependiendo de la macrotextura y de la textura

superficial de la carpeta de rodadura. Los requisitos mínimos del árido sintético se

aprecian en la siguiente tabla:

Tabla B.1-2: Requisitos Árido Bauxita Calcinada.

Granulometría: +1,40 – 3,55 mm.

% Pasa (Tamiz N°6 ASTM): % Pasa ( Tamiz N°165 ASTM):

< 5% retenido en el tamiz 3,35 mm < 5% pasa por el tamiz 1,18 mm

Coef. Pulimento Acelerado (CPA): Superior a 70

Coef. Abrasión del Árido (AAV): Inferior a 4

Humedad total: Inferior al 5%

Densidad: Superior a 2,6 g/cm3

% Al2O3: Superior a 80

% Fe2O3: Inferior a 4

Temperatura de Calcinación (Tc): Superior a 1500°C

Fuente: Colorvial Chile, Elaboración Propia.

Ensayo de prestaciones

El SSAF aplicada sobre pavimentos de asfalto debe satisfacer las siguientes

prestaciones de desgaste según tabla B.1-3 ensayadas en laboratorios y certificadas

por las distintas normativas mencionadas anteriormente.

174

Tabla B.1-3: Ensayo de prestaciones de desgaste

Ensayo de desgaste “Wear Test” – Método “TRL Report 176, Apéndice H.

Inicial Textura Superficial CRD

≥ 1,4 mm ≥ 65

Luego de 100.000 ciclos Textura Superficial CRD EI (Ind. Erosión)

≥ 1,2 mm ≥ 70 ≤ 3

Ensayo de desgaste “Scuffing Test” a 45°- Método “ TRL Reporte 176, Apéndice G

Inicial Textura Superficial CRD

≥ 1,4 mm ≥ 65

Luego de 500 ciclos Textura Superficial EI (Ind. Erosión)

≥ 1,2 mm ≤ 3

Después de envejecimiento durante 112 días a 70 ±3°C, tras 500 ciclos:

Textura Superficial EI (Ind. Erosión)

≥ 1,2 mm ≤ 5

Fuente: www.colorvial.com, Elaboración Propia.

Además, el SSAF debe satisfacer los ensayos de resistencia al Hielo/Deshielo,

Resistencia al Petróleo y Expansión Térmica con la finalidad de obtener resultados

deseados calculados bajo las especificaciones técnicas del Reporte TRL 176:1997.

Cuando la superficie de alta fricción sea pigmentada, el sistema deberá

satisfacer las siguientes prestaciones adicionales:

Tabla B.1-4: Prestaciones Adicionales

Ensayos Variación

Total Color

Desgaste “Wear Test”

Después de 10.000 ciclos Después de 100.000 Ciclos

≤10 ≤12,5

Desgaste “Scuffing Test”. Durante 9 minutos y luego de 24 horas de aplicación de petróleo.

≤ 15

Resistencia a la Niebla Salina. Exposición durante 500 h a 35°C ≤ 1.5

Resistencia a la Radiación Ultravioleta UV-A

2000 h en ciclos de 4 h QUV-A- 45°C/ 4h condensación a 50°C

≤ 10

Fuente: Elaboración propia, Adaptación de www.stopsl.com



175

C. DATOS Y RESULTADOS OBTENIDOS EN PROGRAMA BISAR 3.0.

A continuación, se logran apreciar los resultados (deformaciones, deflexiones y esfuerzos) obtenidos con la ayuda

del programa Bisar 3.0 para las distintas configuraciones de pavimentos.

a. Mezcla Asfáltica de Alto Módulo sin SSAF.

Tabla 6.2-1: Datos entrada en Bisar 3.0 configuración estructural del tipo Mezcla asfáltica de Alto Módulo sin SSAF

Layer Number

Thickness (m)

Modulus Elasticity (MPa)

Poisson's Ratio

Load Number

Vertical Load (kN)

Vertical Stress(MPa)

Horz. (Shear) Load(kN)

Horz. (Shear) stress(MPa)

Radius (m)

X-Coordinate (m)

Y-Coordinate (m)

Shear Angle (Degrees)

1 0,050 8,540E+03 0,30 1 2,000E+01 5,200E-01 0,000E+00 0,000E+00 1,106E-01 0,000E+00 -1,750E-01 0,000E+00

2 0,050 5,830E+03 0,35 2 2,000E+01 5,200E-01 0,000E+00 0,000E+00 1,106E-01 0,000E+00 1,750E-01 0,000E+00

3 0,050 6,310E+03 0,25

4 0,150 4,340E+02 0,35

5 0,200 2,170E+02 0,35

6 1,000E+02 0,40

Tabla C.16.2-2: Cálculos realizados por programa Bisar 3.0

Position Number

Layer Number

X-Coordinate (m)

Y-Coordinate (m)

Depth (m)

Stress XX (MPa)

Stress YY (MPa)

Stress ZZ (MPa)

Strain XX µstrain

Strain YY µstrain

Strain ZZ µstrain

Displacement UX(µm)

Displacement UY(µm)

Displacement UZ(µm)

1 1 0,000E+00 0,000E+00 0,000E+00 -8,807E-01 -4,371E-01 0,000E+00 -8,777E+01 -2,025E+01 4,629E+01 0,000E+00 0,000E+00 2,607E+02

2 1 0,000E+00 0,000E+00 2,500E-02 -5,562E-01 -4,252E-01 -6,520E-03 -4,996E+01 -3,003E+01 3,371E+01 0,000E+00 0,000E+00 2,617E+02

3 1 0,000E+00 0,000E+00 5,000E-02 -2,542E-01 -3,429E-01 -2,716E-02 -1,677E+01 -3,027E+01 1,780E+01 0,000E+00 0,000E+00 2,623E+02

4 2 0,000E+00 0,000E+00 5,000E-02 -1,964E-01 -2,547E-01 -2,716E-02 -1,677E+01 -3,026E+01 2,242E+01 0,000E+00 0,000E+00 2,623E+02

5 2 0,000E+00 0,000E+00 1,000E-01 1,811E-01 5,302E-02 -5,916E-02 3,144E+01 1,772E+00 -2,420E+01 0,000E+00 0,000E+00 2,623E+02

6 3 0,000E+00 0,000E+00 1,500E-01 6,288E-01 2,741E-01 -6,631E-02 9,142E+01 2,116E+01 -4,628E+01 0,000E+00 0,000E+00 2,606E+02

7 4 0,000E+00 0,000E+00 3,000E-01 4,039E-02 3,040E-02 -3,808E-02 9,925E+01 6,820E+01 -1,448E+02 0,000E+00 0,000E+00 2,385E+02

8 5 0,000E+00 0,000E+00 5,000E-01 1,811E-02 1,594E-02 -2,064E-02 9,103E+01 7,756E+01 -1,500E+02 0,000E+00 0,000E+00 2,054E+02

9 6 0,000E+00 0,000E+00 5,000E-01 7,689E-04 -1,930E-04 -2,064E-02 9,103E+01 7,756E+01 -2,087E+02 0,000E+00 0,000E+00 2,054E+02

10 1 0,000E+00 -1,750E-01 0,000E+00 -1,260E+00 -1,087E+00 -5,200E-01 -9,106E+01 -6,480E+01 2,156E+01 0,000E+00 8,103E+00 2,596E+02

11 1 0,000E+00 -1,750E-01 2,500E-02 -7,443E-01 -6,431E-01 -4,962E-01 -4,713E+01 -3,173E+01 -9,367E+00 0,000E+00 5,287E+00 2,597E+02

12 1 0,000E+00 -1,750E-01 5,000E-02 -2,900E-01 -2,534E-01 -4,254E-01 -1,011E+01 -4,535E+00 -3,073E+01 0,000E+00 2,590E+00 2,592E+02

13 2 0,000E+00 -1,750E-01 5,000E-02 -3,068E-01 -2,827E-01 -4,254E-01 -1,011E+01 -4,535E+00 -3,758E+01 0,000E+00 2,590E+00 2,592E+02

14 2 0,000E+00 -1,750E-01 1,000E-01 1,618E-01 1,168E-01 -2,182E-01 3,384E+01 2,342E+01 -5,415E+01 0,000E+00 -2,367E+00 2,569E+02

15 3 0,000E+00 -1,750E-01 1,500E-01 7,120E-01 5,632E-01 -8,371E-02 9,384E+01 6,437E+01 -6,379E+01 0,000E+00 -7,630E+00 2,543E+02

16 4 0,000E+00 -1,750E-01 3,000E-01 3,801E-02 2,919E-02 -3,621E-02 9,325E+01 6,580E+01 -1,376E+02 0,000E+00 -1,198E+01 2,306E+02

17 5 0,000E+00 -1,750E-01 5,000E-01 1,691E-02 1,402E-02 -1,931E-02 8,645E+01 6,851E+01 -1,389E+02 0,000E+00 -1,305E+01 1,998E+02

18 6 0,000E+00 -1,750E-01 5,000E-01 6,787E-04 -6,031E-04 -1,931E-02 8,645E+01 6,851E+01 -1,934E+02 0,000E+00 -1,305E+01 1,998E+02

176

b. Mezcla Asfáltica de Alto Módulo con SSAF.

Tabla 6.2-3: Datos entrada en Bisar 3.0 configuración estructural del tipo Mezcla asfáltica de Alto Módulo con SSAF

Layer Number

Thickness (m)

Modulus elasticity(MPa)

Poisson's Ratio

Load Number

Vertical Load(kN)

Vertical Stress(MPa)


Horz. (Shear) Stress(MPa)

Radius (m)

X-Coordinate(m) Y-Coordinate (m)


1 0,005 3,200E+01 0,45 1 2,000E+01 5,200E-01 0,000E+00 0,000E+00 1,106E-01 0,000E+00 -1,750E-01 0,000E+00

2 0,050 8,540E+03 0,30 2 2,000E+01 5,200E-01 0,000E+00 0,000E+00 1,106E-01 0,000E+00 1,750E-01 0,000E+00

3 0,050 5,830E+03 0,35

4 0,050 6,310E+03 0,25

5 0,150 4,340E+02 0,35

6 0,200 2,170E+02 0,35

7 1,000E+02 0,40

Tabla 6.2-4: Cálculos realizados por programa Bisar 3.0

Position Number

Layer Number

X-Coordinate(m)

Y-Coordinate (m)

Depth (m)

Stress XX (MPa)

Stress YY (MPa)

StressZZ(MPa) Strain XX µstrain

Strain YY µstrain

Strain ZZ µstrain




1 2 0,000E+00 0,000E+00 5,000E-03 -8,592E-01 -4,949E-01 -5,708E-04 -8,320E+01 -2,775E+01 4,750E+01 0,000E+00 0,000E+00 2,597E+02

2 2 0,000E+00 0,000E+00 3,000E-02 -5,386E-01 -4,565E-01 -1,544E-02 -4,649E+01 -3,399E+01 3,315E+01 0,000E+00 0,000E+00 2,607E+02

3 2 0,000E+00 0,000E+00 5,500E-02 -2,406E-01 -3,460E-01 -4,035E-02 -1,460E+01 -3,065E+01 1,588E+01 0,000E+00 0,000E+00 2,613E+02

4 3 0,000E+00 0,000E+00 5,501E-02 -1,892E-01 -2,587E-01 -4,042E-02 -1,450E+01 -3,059E+01 1,996E+01 0,000E+00 0,000E+00 2,613E+02

5 3 0,000E+00 0,000E+00 1,050E-01 1,816E-01 5,778E-02 -6,472E-02 3,156E+01 2,894E+00 -2,547E+01 0,000E+00 0,000E+00 2,612E+02

6 4 0,000E+00 0,000E+00 1,550E-01 6,210E-01 2,883E-01 -6,607E-02 8,961E+01 2,371E+01 -4,650E+01 0,000E+00 0,000E+00 2,595E+02

7 5 0,000E+00 0,000E+00 3,050E-01 3,983E-02 3,031E-02 -3,766E-02 9,769E+01 6,808E+01 -1,433E+02 0,000E+00 0,000E+00 2,376E+02

8 6 0,000E+00 0,000E+00 5,050E-01 1,792E-02 1,581E-02 -2,048E-02 9,009E+01 7,702E+01 -1,488E+02 0,000E+00 0,000E+00 2,047E+02

9 7 0,000E+00 0,000E+00 5,050E-01 7,384E-04 -1,955E-04 -2,048E-02 9,009E+01 7,702E+01 -2,070E+02 0,000E+00 0,000E+00 2,047E+02

10 2 0,000E+00 -1,750E-01 5,000E-03 -1,182E+00 -1,016E+00 -5,199E-01 -8,441E+01 -5,921E+01 1,633E+01 0,000E+00 7,954E+00 2,582E+02

11 2 0,000E+00 -1,750E-01 3,000E-02 -6,833E-01 -5,877E-01 -4,901E-01 -4,215E+01 -2,759E+01 -1,274E+01 0,000E+00 5,164E+00 2,582E+02

12 2 0,000E+00 -1,750E-01 5,500E-02 -2,513E-01 -2,187E-01 -4,115E-01 -7,287E+00 -2,323E+00 -3,168E+01 0,000E+00 2,495E+00 2,576E+02

13 3 0,000E+00 -1,750E-01 5,501E-02 -2,745E-01 -2,531E-01 -4,112E-01 -7,195E+00 -2,257E+00 -3,885E+01 0,000E+00 2,485E+00 2,576E+02

14 3 0,000E+00 -1,750E-01 1,050E-01 1,657E-01 1,203E-01 -2,070E-01 3,363E+01 2,312E+01 -5,268E+01 0,000E+00 -2,403E+00 2,553E+02

15 4 0,000E+00 -1,750E-01 1,550E-01 6,890E-01 5,422E-01 -8,072E-02 9,090E+01 6,182E+01 -6,157E+01 0,000E+00 -7,612E+00 2,528E+02

16 5 0,000E+00 -1,750E-01 3,050E-01 3,740E-02 2,877E-02 -3,565E-02 9,171E+01 6,487E+01 -1,355E+02 0,000E+00 -1,189E+01 2,297E+02

17 6 0,000E+00 -1,750E-01 5,050E-01 1,673E-02 1,391E-02 -1,917E-02 8,560E+01 6,801E+01 -1,378E+02 0,000E+00 -1,296E+01 1,992E+02

18 7 0,000E+00 -1,750E-01 5,050E-01 6,510E-04 -6,052E-04 -1,917E-02 8,560E+01 6,801E+01 -1,919E+02 0,000E+00 -1,296E+01 1,992E+02

177

c. Concreto Asfáltico sin SSAF.

Tabla 6.2-5: Datos entrada en Bisar 3.0 configuración estructural del tipo Concreto Asfáltico con SSAF

Layer Number

Thickness (m)

Modulus Elasticity(MPa)

Poisson's Ratio

Load Number

Vertical Load (kN)

Vertical Stress (MPa)


Horz. (Shear) Stress(MPa)

Radius (m)

X-Coordinate (m)

Y-Coordinate (m)


1 0,060 5,260E+03 0,35 1 2,000E+01 5,200E-01 0,000E+00 0,000E+00 1,106E-01 0,000E+00 -1,750E-01 0,000E+00

2 0,080 3,290E+03 0,35 2 2,000E+01 5,200E-01 0,000E+00 0,000E+00 1,106E-01 0,000E+00 1,750E-01 0,000E+00

3 0,150 4,340E+02 0,35

4 0,200 2,170E+02 0,35

5 1,000E+02 0,40


Position Number

Layer Number

X-Coordinate

(m)

Y-Coordinate

(m)

Depth (m)

Stress XX (MPa)

Stress YY (MPa)

Stress ZZ (MPa)

Strain XX µstrain

Strain YY µstrain

Strain ZZ µstrain




1 1 0,000E+00 0,000E+00 0,000E+00 -7,450E-01 -3,419E-01 0,000E+00 -1,189E+02 -1,543E+01 7,232E+01 0,000E+00 0,000E+00 2,921E+02

2 1 0,000E+00 0,000E+00 3,000E-02 -4,031E-01 -3,476E-01 -1,458E-02 -5,254E+01 -3,829E+01 4,718E+01 0,000E+00 0,000E+00 2,939E+02

3 1 0,000E+00 0,000E+00 6,000E-02 -8,432E-02 -2,547E-01 -5,024E-02 4,261E+00 -3,947E+01 1,301E+01 0,000E+00 0,000E+00 2,948E+02

4 2 0,000E+00 0,000E+00 6,000E-02 -6,287E-02 -1,694E-01 -5,024E-02 4,261E+00 -3,947E+01 9,445E+00 0,000E+00 0,000E+00 2,948E+02

5 2 0,000E+00 0,000E+00 1,400E-01 4,293E-01 1,553E-01 -8,495E-02 1,230E+02 1,058E+01 -8,802E+01 0,000E+00 0,000E+00 2,915E+02

6 3 0,000E+00 0,000E+00 2,900E-01 5,151E-02 3,608E-02 -4,803E-02 1,283E+02 8,034E+01 -1,813E+02 0,000E+00 0,000E+00 2,637E+02

7 4 0,000E+00 0,000E+00 4,900E-01 2,242E-02 1,928E-02 -2,458E-02 1,119E+02 9,232E+01 -1,805E+02 0,000E+00 0,000E+00 2,231E+02

8 5 0,000E+00 0,000E+00 4,901E-01 1,324E-03 -7,104E-05 -2,458E-02 1,118E+02 9,230E+01 -2,508E+02 0,000E+00 0,000E+00 2,231E+02

9 1 0,000E+00 1,750E-01 0,000E+00 -1,219E+00 -1,076E+00 -5,200E-01 -1,256E+02 -8,887E+01 5,390E+01 0,000E+00 -9,906E+00 2,940E+02

10 1 0,000E+00 1,750E-01 3,000E-02 -6,047E-01 -5,381E-01 -4,790E-01 -4,729E+01 -3,018E+01 -1,503E+01 0,000E+00 -5,565E+00 2,945E+02

11 1 0,000E+00 1,750E-01 6,000E-02 -7,490E-02 -7,753E-02 -3,744E-01 1,583E+01 1,516E+01 -6,104E+01 0,000E+00 -1,419E+00 2,933E+02

12 2 0,000E+00 1,750E-01 6,000E-02 -1,224E-01 -1,240E-01 -3,744E-01 1,583E+01 1,516E+01 -8,760E+01 0,000E+00 -1,419E+00 2,933E+02

13 2 0,000E+00 1,750E-01 1,400E-01 5,378E-01 4,367E-01 -1,175E-01 1,295E+02 8,804E+01 -1,394E+02 0,000E+00 8,804E+00 2,850E+02

14 3 0,000E+00 1,750E-01 2,900E-01 4,856E-02 3,592E-02 -4,606E-02 1,201E+02 8,075E+01 -1,743E+02 0,000E+00 1,441E+01 2,538E+02

15 4 0,000E+00 1,750E-01 4,900E-01 2,078E-02 1,678E-02 -2,282E-02 1,055E+02 8,061E+01 -1,657E+02 0,000E+00 1,548E+01 2,160E+02

16 5 0,000E+00 1,750E-01 4,901E-01 1,186E-03 -5,922E-04 -2,281E-02 1,055E+02 8,059E+01 -2,305E+02 0,000E+00 1,548E+01 2,160E+02

178

d. Concreto Asfáltico con SSAF.

Tabla 6.2-7: Datos entrada en Bisar 3.0 configuración estructural del tipo Concreto Asfáltico sin SSAF

Layer Number

Thickness (m)


Poisson's Ratio

Load Number

Vertical Load (kN)


Horz. (Shear) Load (kN)

Horz. (Shear) Stress (MPa)

Radius (m)

X-Coordinate (m)

Y-Coordinate (m)


1 0,005 3,200E+01 0,45 1 2,000E+01 5,200E-01 0,000E+00 0,000E+00 1,106E-01 0,000E+00 -1,750E-01 0,000E+00

2 0,060 5,260E+03 0,35 2 2,000E+01 5,200E-01 0,000E+00 0,000E+00 1,106E-01 0,000E+00 1,750E-01 0,000E+00

3 0,080 3,290E+03 0,35

4 0,150 4,340E+02 0,35

5 0,200 2,170E+02 0,35

6 1,000E+02 0,40


Position Number

Layer Number

X-Coordinate (m)

Y-Coordinate (m)

Depth (m)

Stress XX (MPa)

Stress YY (MPa)

Stress ZZ (MPa)

Strain XX µstrain

Strain YY µstrain

Strain ZZ µstrain

Displacement UX (µm)

Displacement UY (µm)

Displacement UZ (µm)

1 2 0,000E+00 0,000E+00 5,000E-03 -7,286E-01 -4,016E-01 -5,756E-04 -1,118E+02 -2,782E+01 7,509E+01 0,000E+00 0,000E+00 2,909E+02

2 2 0,000E+00 0,000E+00 3,500E-02 -3,897E-01 -3,723E-01 -2,453E-02 -4,768E+01 -4,322E+01 4,604E+01 0,000E+00 0,000E+00 2,928E+02

3 2 0,000E+00 0,000E+00 6,500E-02 -7,462E-02 -2,491E-01 -6,126E-02 6,469E+00 -3,833E+01 9,897E+00 0,000E+00 0,000E+00 2,936E+02

4 3 0,000E+00 0,000E+00 6,500E-02 -5,839E-02 -1,679E-01 -6,135E-02 6,642E+00 -3,831E+01 5,431E+00 0,000E+00 0,000E+00 2,936E+02

5 3 0,000E+00 0,000E+00 1,450E-01 4,262E-01 1,692E-01 -8,491E-02 1,206E+02 1,511E+01 -8,914E+01 0,000E+00 0,000E+00 2,900E+02

6 4 0,000E+00 0,000E+00 2,950E-01 5,074E-02 3,607E-02 -4,744E-02 1,261E+02 8,045E+01 -1,793E+02 0,000E+00 0,000E+00 2,624E+02

7 5 0,000E+00 0,000E+00 4,950E-01 2,214E-02 1,910E-02 -2,437E-02 1,105E+02 9,161E+01 -1,788E+02 0,000E+00 0,000E+00 2,223E+02

8 6 0,000E+00 0,000E+00 4,951E-01 1,279E-03 -6,568E-05 -2,430E-02 1,103E+02 9,145E+01 -2,479E+02 0,000E+00 0,000E+00 2,220E+02

9 2 0,000E+00 -1,750E-01 5,000E-03 -1,136E+00 -9,985E-01 -5,199E-01 -1,149E+02 -7,967E+01 4,317E+01 0,000E+00 9,696E+00 2,920E+02

10 2 0,000E+00 -1,750E-01 3,500E-02 -5,467E-01 -4,847E-01 -4,717E-01 -4,031E+01 -2,437E+01 -2,104E+01 0,000E+00 5,394E+00 2,922E+02

11 2 0,000E+00 -1,750E-01 6,500E-02 -4,889E-02 -5,428E-02 -3,606E-01 1,831E+01 1,693E+01 -6,168E+01 0,000E+00 1,302E+00 2,910E+02

12 3 0,000E+00 -1,750E-01 6,500E-02 -1,022E-01 -1,057E-01 -3,602E-01 1,848E+01 1,705E+01 -8,734E+01 0,000E+00 1,289E+00 2,910E+02

13 3 0,000E+00 -1,750E-01 1,450E-01 5,189E-01 4,188E-01 -1,128E-01 1,252E+02 8,410E+01 -1,340E+02 0,000E+00 -8,817E+00 2,829E+02

14 4 0,000E+00 -1,750E-01 2,950E-01 4,767E-02 3,532E-02 -4,521E-02 1,178E+02 7,939E+01 -1,711E+02 0,000E+00 -1,431E+01 2,525E+02

15 5 0,000E+00 -1,750E-01 4,950E-01 2,054E-02 1,662E-02 -2,262E-02 1,043E+02 7,994E+01 -1,642E+02 0,000E+00 -1,536E+01 2,153E+02

16 6 0,000E+00 -1,750E-01 4,951E-01 1,145E-03 -5,880E-04 -2,257E-02 1,041E+02 7,981E+01 -2,279E+02 0,000E+00 -1,533E+01 2,150E+02

179

e. Tratamiento Superficial Doble sin SSAF.

Tabla 6.2-9: Datos entrada en Bisar 3.0 configuración estructural del tipo Tratamiento Superficial Doble sin SSAF

Layer Number

Thickness (m)


Poisson's Ratio

Load Number

Vertical Load (kN)


Horz. (Shear) Load (kN)

Horz. (Shear) Stress (MPa)

Radius (m)

X-Coordinate (m)

Y-Coordinate (m)


1 0,200 2,720E+02 0,35 1 2,000E+01 5,200E-01 0,000E+00 0,000E+00 1,106E-01 0,000E+00 -1,750E-01 0,000E+00

2 0,250 2,720E+02 0,35 2 2,000E+01 5,200E-01 0,000E+00 0,000E+00 1,106E-01 0,000E+00 1,750E-01 0,000E+00

3 8,700E+01 0,40

Tabla 6.2-10: Cálculos realizados por programa Bisar 3.0.

Position Number

Layer Number

X-Coordinate (m)

Y-Coordinate (m)

Depth (m)

Stress XX (MPa)

Stress YY (MPa)

Stress ZZ (MPa)

Strain XX µstrain

Strain YY µstrain

Strain ZZ µstrain




1 1 0,000E+00 0,000E+00 0,000E+00 -9,673E-02 3,050E-02 0,000E+00 -3,949E+02 2,366E+02 8,522E+01 0,000E+00 0,000E+00 4,496E+02

2 1 0,000E+00 0,000E+00 1,000E-01 -3,629E-02 -1,447E-01 -9,856E-02 1,796E+02 -3,584E+02 -1,295E+02 0,000E+00 0,000E+00 4,588E+02

3 1 0,000E+00 0,000E+00 2,000E-01 -2,977E-03 -5,633E-02 -1,154E-01 2,100E+02 -5,478E+01 -3,479E+02 0,000E+00 0,000E+00 4,311E+02

4 2 0,000E+00 0,000E+00 2,000E-01 -2,977E-03 -5,633E-02 -1,154E-01 2,100E+02 -5,478E+01 -3,479E+02 0,000E+00 0,000E+00 4,311E+02

5 2 0,000E+00 0,000E+00 4,500E-01 6,228E-02 4,729E-02 -4,433E-02 2,251E+02 1,508E+02 -3,040E+02 0,000E+00 0,000E+00 3,526E+02

6 3 0,000E+00 0,000E+00 4,500E-01 1,101E-05 -4,611E-03 -4,433E-02 2,251E+02 1,508E+02 -4,884E+02 0,000E+00 0,000E+00 3,526E+02

7 1 0,000E+00 -1,750E-01 0,000E+00 -4,816E-01 -4,624E-01 -5,200E-01 -5,065E+02 -4,110E+02 -6,971E+02 0,000E+00 2,569E+01 6,247E+02

8 1 0,000E+00 -1,750E-01 1,000E-01 -6,831E-02 -7,627E-02 -3,626E-01 3,136E+02 2,740E+02 -1,147E+03 0,000E+00 4,129E+00 5,104E+02

9 1 0,000E+00 -1,750E-01 2,000E-01 -4,456E-03 -1,986E-02 -1,716E-01 2,300E+02 1,536E+02 -5,997E+02 0,000E+00 -8,201E+00 4,253E+02

10 2 0,000E+00 -1,750E-01 2,000E-01 -4,458E-03 -1,986E-02 -1,716E-01 2,300E+02 1,536E+02 -5,997E+02 0,000E+00 -8,200E+00 4,253E+02

11 2 0,000E+00 -1,750E-01 4,500E-01 5,703E-02 4,247E-02 -4,084E-02 2,076E+02 1,353E+02 -2,782E+02 0,000E+00 -2,572E+01 3,364E+02

12 3 0,000E+00 -1,750E-01 4,500E-01 -1,222E-04 -4,613E-03 -4,084E-02 2,076E+02 1,353E+02 -4,477E+02 0,000E+00 -2,572E+01 3,364E+02

180

f. Tratamiento Superficial Doble con SSAF.

Tabla 6.2-11: Datos entrada en Bisar 3.0 configuración estructural del tipo Tratamiento Superficial Doble con SSAF

Layer Number

Thickness (m)


Poisson's Ratio

Load Number

Vertical Load (kN)


Horz.(Shear) Load (kN)

Horz.(Shear) Stress (MPa)

Radius (m)

X-Coordinate (m)

Y-Coordinate (m)


1 0,005 3,200E+01 0,45 1 2,000E+01 5,200E-01 0,000E+00 0,000E+00 1,106E-01 0,000E+00 -1,750E-01 0,000E+00

2 0,200 2,720E+02 0,35 2 2,000E+01 5,200E-01 0,000E+00 0,000E+00 1,106E-01 0,000E+00 1,750E-01 0,000E+00

3 0,250 2,720E+02 0,35

4 8,700E+01 0,40

Tabla 6.2-12: Cálculos realizados por programa Bisar 3.0.

Position Layer Number

X-Coordinate (m)

Y-Coordinate (m)

Depth (m)

Stress XX (MPa)

Stress YY (MPa)

Stress ZZ (MPa)

Strain XX µstrain

Strain YY µstrain

Strain ZZ µstrain




1 2 0,000E+00 0,000E+00 5,000E-03 -9,363E-02 -2,720E-02 -6,482E-04 -3,084E+02 2,132E+01 1,531E+02 0,000E+00 0,000E+00 4,487E+02

2 2 0,000E+00 0,000E+00 1,050E-01 -3,313E-02 -1,367E-01 -1,068E-01 1,915E+02 -3,224E+02 -1,742E+02 0,000E+00 0,000E+00 4,554E+02

3 2 0,000E+00 0,000E+00 2,050E-01 -2,182E-03 -5,138E-02 -1,142E-01 2,051E+02 -3,915E+01 -3,509E+02 0,000E+00 0,000E+00 4,257E+02

4 3 0,000E+00 0,000E+00 2,051E-01 -2,160E-03 -5,132E-02 -1,142E-01 2,050E+02 -3,898E+01 -3,510E+02 0,000E+00 0,000E+00 4,256E+02

5 3 0,000E+00 0,000E+00 4,550E-01 6,062E-02 4,656E-02 -4,328E-02 2,186E+02 1,488E+02 -2,970E+02 0,000E+00 0,000E+00 3,484E+02

6 4 0,000E+00 0,000E+00 4,550E-01 -3,907E-05 -4,377E-03 -4,328E-02 2,186E+02 1,488E+02 -4,771E+02 0,000E+00 0,000E+00 3,484E+02

7 2 0,000E+00 -1,750E-01 5,000E-03 -4,222E-01 -4,059E-01 -5,198E-01 -3,610E+02 -2,801E+02 -8,456E+02 0,000E+00 2,381E+01 6,152E+02

8 2 0,000E+00 -1,750E-01 1,050E-01 -5,653E-02 -6,599E-02 -3,384E-01 3,125E+02 2,655E+02 -1,086E+03 0,000E+00 2,877E+00 4,976E+02

9 2 0,000E+00 -1,750E-01 2,050E-01 -3,314E-03 -1,871E-02 -1,612E-01 2,193E+02 1,429E+02 -5,642E+02 0,000E+00 -8,659E+00 4,177E+02

10 3 0,000E+00 -1,750E-01 2,051E-01 -3,291E-03 -1,868E-02 -1,611E-01 2,192E+02 1,428E+02 -5,639E+02 0,000E+00 -8,666E+00 4,177E+02

11 3 0,000E+00 -1,750E-01 4,550E-01 5,544E-02 4,148E-02 -3,981E-02 2,017E+02 1,324E+02 -2,711E+02 0,000E+00 -2,529E+01 3,325E+02

12 4 0,000E+00 -1,750E-01 4,550E-01 -1,663E-04 -4,473E-03 -3,981E-02 2,017E+02 1,324E+02 -4,362E+02 0,000E+00 -2,529E+01 3,325E+02

sello superficial de alta fricción

Documents

i universidad central

obras civiles profesor

construccin memoria

configuraciones de pavimentos

pavimentos rgidos

pavimentos flexibles

chile ii dedicatoria

solucin bsica superficial