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UNIVERSIDAD DE CHILE FACULTAD DE CIENCIAS FISICAS Y MATEMATICAS
DEPARTAMENTO DE INGENERIA CIVIL
ANALISIS DE FALLA PREMATURA DE CARPETA ASFALTICA CONSTRUIDA SOBRE PAVIMENTO EXISTENTE
MEMORIA PARA OPTAR AL TITULO DE INGENIERO CIVIL MENCION CONSTRUCCION Y ESTRUCTURA
BRICE-MANUEL CATALA
PROFESOR GUIA: FEDERICO DELFIN ARIZTIA
MEMBROS DE LA COMISION:
RICARDO SALSILLI MURA IVAN BEJARANO BEJARANO
SANTIAGO DE CHILE DECIEMBRE 2008
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A Séverine qui a traversé l’océan pour que
nous soyons réunis.
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Agradecimientos Me gustaría agradecer sinceramente al profesor Delfín, mi profesor guía, porque siempre me ayudó lo mas posible, aun con las dificultades que creó el tema. Muchas gracias. También me gustaría agradecer a Maria Ofelia Moroni, porque fue la primera persona que me ayudó realmente cuando llegue a la Universidad de Chile. No fue fácil integrarse, ni entender el modo de funcionamiento chileno, especialmente en la U, pero me ayudó a pasar las dificultades que tuve al inicio. Por esto, muchas gracias. Agradezco también los profesores Salsilli y Bejarano por aceptar estar en mi comisión de titilación. Y el profesor Carlos Aguilera que también me ayudó en el proceso de esta memoria. Gracias igualmente. Finalmente, agradezco a Pablo, Fadua, Namur, Eduardo y Claudia para las correcciones de idioma y el resto.
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“ANALISIS DE FALLA PREMATURA DE CARPETA ASFALTICA CONSTRUIDA SOBRE PAVIMENTO EXISTENTE”
Los problemas de los deterioros en pavimentos urbanos de la ciudad de Santiago, se han visto agravados en los últimos años, por un aumento significativo del parque vehicular sin la correspondiente inversión en repavimentación de sus principales arterias. A partir del año 2005, junto con el desarrollo de infraestructura para el proyecto Transantiago, se han ejecutado obras de mantenimiento y repavimentación de importantes calles y avenidas de la red vial urbana. Lamentablemente algunos de estos proyectos han sufrido deterioros importantes a pocos meses de haber sido puestos en servicio. En el presente estudio se aborda el problema de la falla prematura del pavimento de una avenida representativa de las obras de repavimentación de calzadas de alto tráfico dentro de la red vial urbana de Santiago. Es representativa porque trata del caso típico de un recapado asfáltico sobre pavimento existente; el objetivo del trabajo es determinar, a través de un análisis sistemático, las causas basales de la falla del pavimento. Se busca además que la metodología empleada en este estudio sea aplicable a estudios similares de fallas en obras de este tipo. En una primera etapa se recopila y analizan los antecedentes del proyecto en cuestión, describiendo las obras involucradas, para luego realizar un levantamiento de los deterioros del pavimento en un tramo de 800 m, representativo del proyecto de repavimentación ejecutado. Junto con la prospección y levantamiento de los distintos deterioros se realiza un análisis de las posibles causas asociadas a cada uno de ellos: - Insuficiencias de tipo estructural, de los materiales empleados o del proceso constructivo y por último de las condiciones de funcionamiento, esto es, solicitaciones de tráfico y condiciones de drenaje existentes. En una segunda etapa, se analiza cada causa posible de falla, buscando su contribución a la generación del nivel de deterioro existente, para lo cual fue necesario analizar los antecedentes disponibles y verificar el grado de cumplimiento de los diversos aspectos del proyecto con normas, especificaciones y prácticas constructivas. Partiendo con el pavimento afectado hacia las capas inferiores, se pudo constatar que la mezcla asfáltica utilizada en la repavimentación cumple con las especificaciones del proyecto, y no tendría por lo tanto, contribución en el proceso de falla observado. El pavimento de hormigón existente que presentaba grietas y juntas activas, contribuyó a la generación de grietas y baches por reflexión de estas discontinuidades a través de la carpeta asfáltica. Por otra parte, de los resultados de ensayos geotécnicos a las capas granulares, se desprende que su comportamiento se encuentra muy al límite de lo aceptable. En cuanto al diseño del pavimento se pudo deducir que el espesor del recapado asfáltico proyectado no consideró las condiciones más desfavorables de suelo de subrasante, y tampoco consideró adecuadamente las condiciones reales de tráfico solicitante. Se suma a lo anterior un inadecuado sistema de drenaje de aguas lluvia, que se ha visto ha contribuido a acelerar el proceso de deterioro del pavimento. Como resultado del análisis realizado se pudo concluir que el conjunto de factores contribuyentes a la falla prematura del pavimento, serían atribuibles a la insuficiencia del proyecto que, por una parte, no contempló adecuadamente la heretogeneidad de las condiciones de soporte y la inestabilidad del pavimento existente para recibir el recapado asfáltico, y por otra, subestimó el factor destructivo del tráfico solicitante.
RESUMEN DE LA MEMORIA PARA OPTAR AL TITULO DE INGENIERO CIVIL POR: BRICE-MANUEL CATALA FECHA: 25/11/2008 PROF. GUIA: Sr. FEDERICO DELFIN
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Índice 1 Introducción ..............................................................................................................8
1.1 Introducción ...........................................................................................................8 1.2 De qué trata el estudio? ..........................................................................................8 1.3 Objetivos ................................................................................................................8 1.4 Metodología y alcances ..........................................................................................9
2 Antecedentes del proyecto.................................................................................. 10
2.1 Presentación del proyecto.....................................................................................10 2.1.1 Descripción general.......................................................................................10 2.1.2 Ubicación......................................................................................................11 2.1.3 Cronología ....................................................................................................11 2.1.4 Datos técnicos del proyecto...........................................................................12
2.2 El problema de deterioro después de las reparaciones..........................................13 2.2.1 Aparición del deterioro..................................................................................13 2.2.2 Descripción del deterioro ..............................................................................13
2.3 Conclusión............................................................................................................13 3 Investigación de la falla del pavimento .......................................................... 14
3.1 Tramo de estudio ..................................................................................................14 3.1.1 Presentación general : ubicación, características, datos..................................14 3.1.2 Plano descriptivo del tramo de estudio ..........................................................15
3.2 Levantamiento y tipos de falla presentes ...............................................................15 3.2.1 Levantamiento ..............................................................................................15 3.2.2 Zonificación de los deterioros .......................................................................18 3.2.3 Los diferentes tipos de fallas presentes ..........................................................19
3.2.3.1 Las grietas.................................................................................................19 3.2.3.2 Los baches ................................................................................................23 3.2.3.3 Las deformaciones: ...................................................................................24 3.2.3.4 Otros deterioros:........................................................................................25
3.2.4 Observación de la aceleración del deterioro...................................................26 3.2.5 Tabla resumen de los deterioros presentes y causas posibles..........................27
3.3 Análisis de las causas posibles del deterioro.........................................................28 3.3.1 Diseño y estructura del pavimento.................................................................28
3.3.1.1 Capa de fundación.....................................................................................28 3.3.1.2 Capa superficial.........................................................................................28 3.3.1.3 Diseño del proyecto...................................................................................28
3.3.2 Calidad de la ejecución .................................................................................29 3.3.2.1 Propiedades de la mezcla...........................................................................29 3.3.2.2 Propiedades de la carpeta asfáltica.............................................................29
3.3.3 Solicitaciones sobre el pavimento..................................................................29 3.3.3.1 El tránsito..................................................................................................29 3.3.3.2 El agua y el sistema de drenaje ..................................................................29
3.4 Diagrama resumen de las causas posibles ............................................................30
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4 Análisis de la mezcla asfalto colocado ............................................................ 31
4.1 Metodología del análisis .......................................................................................31
4.2 Datos de la mezcla asfáltica colocada...................................................................33
4.3 Análisis del cemento asfáltico utilizado.................................................................33 4.3.1 Datos a analizar.............................................................................................33 4.3.2 Tabla y gráficos de análisis ...........................................................................34 4.3.3 Resultados.....................................................................................................37
4.4 Análisis de los áridos y de la mezcla utilizadas ....................................................37 4.4.1 Datos a analizar.............................................................................................37 4.4.2 Tabla y gráficos de análisis. ..........................................................................37 4.4.3 Resultados.....................................................................................................39
4.5 Análisis de la colocación ......................................................................................40 4.5.1 Datos a analizar.............................................................................................40 4.5.2 Tabla y gráficos de análisis ...........................................................................40 4.5.3 Resultados.....................................................................................................41
4.6 Resultados del análisis de la mezcla asfáltica colocada .......................................42 5 Análisis de las capas estructurales................................................................... 43
5.1 Metodología y alcances ........................................................................................43
5.2 Antecedentes de las capas estructurales................................................................43
5.3 Observación de la influencia de las capas granulares en el deterioro. ..................45
5.4 Análisis de la capa superficial ..............................................................................46 5.4.1 Datos y antecedentes .....................................................................................46 5.4.2 Estado de la superficie de la capa de hormigón:.............................................46
5.4.2.1 Observación de grietas ..............................................................................46 5.4.2.2 Observación de zona de hundimiento ........................................................47 5.4.2.3 Observación de la heterogeneidad del estado del hormigón .......................48
5.4.3 El problema de la reflexión de grietas............................................................49 5.4.4 Comparación con las recomendaciones del manual de carretera ....................51 5.4.5 Conclusión sobre la capa superficial..............................................................52
5.5 Análisis de las capas granulares y del suelo de fundación.....................................53 5.5.1 Antecedentes.................................................................................................53 5.5.2 Datos de análisis ...........................................................................................53 5.5.3 Estudio de las capas granulares .....................................................................54
5.5.3.1 Estudio de la base:.....................................................................................54 5.5.3.2 Estudio de la subbase ................................................................................56 5.5.3.3 Estudio de la subrasante ............................................................................57
5.5.4 Conclusión sobre el estudio de las capas granulares.......................................58
5.6 Conclusiones ........................................................................................................59 6 Análisis de las otras causas posibles de fallo: diseño tránsito, drenaje . 60
6.1 Metodología y alcances ........................................................................................60
6.2 El diseño...............................................................................................................60 6.2.1 Metodología y alcances.................................................................................60 6.2.2 Calculo del los números estructurales del pavimento .....................................61
6.2.2.1 Antecedentes.............................................................................................61
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6.2.2.2 Datos del calculo del NE necesario............................................................62 6.2.2.3 Calculo del NE necesario en varias configuraciones ..................................63 6.2.2.4 Calculo del NE efectivo del pavimento del tramo de estudio .....................64 6.2.2.5 Calculo del espesor de recarpeteo. .............................................................65
6.2.3 Conclusiones.................................................................................................68
6.3 El tránsito.............................................................................................................69 6.3.1 Alcances .......................................................................................................69 6.3.2 Antecedentes del tránsito...............................................................................69 6.3.3 Influencia del tránsito y del diseño geométrico sobre el deterioro ..................70
6.3.3.1 Estrechamientos de la calzada ...................................................................70 6.3.3.2 Zona de mayor solicitación........................................................................71
6.3.4 Agresividad y aspecto dañino del tránsito......................................................72 6.3.4.1 Tipos de vehículos.....................................................................................72 6.3.4.2 Calculo de los factores de deterioro ...........................................................73 6.3.4.3 Análisis de los resultados ..........................................................................74
6.3.5 Conclusiones.................................................................................................74
6.4 El drenaje .............................................................................................................75 6.4.1 Antecedentes de drenaje y efecto del agua.....................................................75 6.4.2 Sistema de drenaje existente..........................................................................75
6.4.2.1 Sistema de drenaje geométrico .................................................................76 6.4.2.2 Sistema de recolección y evacuación de agua ...........................................76 6.4.2.3 Plano de levantamiento de los elementos de drenaje en el tramo de estudio77
6.4.3 Observaciones del funcionamiento del drenaje ..............................................77 6.4.4 Conclusión sobre el agua y el drenaje............................................................78
7 Discusión y Conclusión ....................................................................................... 79
7.1 Resultados claves..................................................................................................79 7.2 Explicación del fallo .............................................................................................80 7.3 Discusión sobre la concepción del proyecto de reparación ...................................81 7.4 Limites del estudio ................................................................................................81 7.5 Conclusión final....................................................................................................82
Anexos......................................................................................................................................82 Planos ......................................................................................................................................96
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1 Introducción
1.1 Introducción El estado de las calles y avenidas de Santiago es un tema muy relevante hoy en día. En efecto, en un contexto de crecimiento urbano importante, las autoridades tratan de implementar y desarrollar rápidamente las infraestructuras viales de la ciudad. El proyecto global del Transantiago es emblemático de este desarrollo porque permitió e impulsó las repavimentaciones y reparaciones de varias calles y avenidas de Santiago. Lamentablemente, poco tiempo después de las obras de mejoramiento, ciertas calles ya se encontraban nuevamente deterioradas y en mal estado. El caso de la avenida que se estudia en este trabajo es interesante, porque es el típico caso de falla de un pavimento hecho de nuevo para el Transantiago. Es representativo de varias avenidas que hoy por hoy se encuentran en el mismo estado. Por eso su estudio es importante dado que la metodología de análisis podrá ser adaptada a otras calles urbanas en situaciones similares. Este estudio igualmente tiene relevancia para comprender lo que sucedió en la avenida estudiada, ya que permitirá conocer las causas de este deterioro tan rápido. Se podrá así saber por qué falló el pavimento para luego sacar las enseñanzas y no volver a cometer los mismos errores, siempre con la meta superior de mejorar la calidad del servicio entregado a los usuarios de las calles.
1.2 De qué trata el estudio? El estudio trata de una avenida urbana importante de Santiago que ha sido reparada y repavimentada en el año 2005, pero que de nuevo presentó deterioros a los pocos meses después de su puesta en servicio.
1.3 Objetivos El objetivo general de esta memoria es el estudio del pavimento del la avenida a partir de la prospección de un tramo especifico para saber por qué falló y para conocer los orígenes del deterioro. Los objetivos específicos son los siguientes:
• Estudiar el pavimento de la forma más completa y objetiva posible.
• Desarrollar el análisis de manera muy metódica y sistemática.
• Desarrollar una metodología general que pueda adaptarse a otras calles parecidas para investigar sobre las causas posibles del fallo de pavimentos
No se trata de dar recomendaciones con respecto a la mantenimiento de la avenida estudiada.
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1.4 Metodología y alcances Para lograr los objetivos se aplicará el método siguiente: - En el capitulo 2 se revisará los antecedentes básicos del proyecto inicial de repavimentación.
- Después en el capitulo 3 se hará una investigación previa sobre el fallo, haciendo un levantamiento de los deterioros, describiéndolos y destacando los principales orígenes posibles de falla. - Luego se tomará cada origen posible de deterioro y se lo analizará metódicamente, comparándolo con las referencias y los requisitos. Los puntos que se analizarán son la mezcla asfáltica colocada en el capitulo 4; las capas estructurales del pavimento en el capitulo 5; y los otros orígenes posibles como el diseño estructural, el tránsito y el agua a través del sistema de drenaje en el capitulo 6. Para cada punto se concluirá si cumple con los requisitos y si es una de las causa del fallo. - Finalmente, en el capitulo 7, se hará una discusión de los resultados obtenidos, antes de presentar las conclusiones finales del trabajo. En todo el desarrollo, se tratará de mantener una orientación metódica, organizando la importante cantidad de datos, comparando sistemáticamente con los documentos de referencias y especificaciones, analizando los resultados y a partir de este análisis, elaborar las conclusiones que en estricto rigor de ahí derivan.
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2 Antecedentes del proyecto
2.1 Presentación del proyecto
2.1.1 Descripción general
• Origen del proyecto
El proyecto de mejora del pavimento de la calle estudiada se ha desarrollado en el marco de las obras de infraestructuras del Transantiago, el nuevo sistema de transporte publico de Santiago puesto en servicio en marzo de 2006. El proyecto global de transporte del Transantiago incluía una mejora de las infraestructuras de transporte de todo Santiago, como por ejemplo la construcción de paraderos, la materialización de los corredores de buses, la construcción de plataformas intermodales y, sobre todo, la mejora de los pavimentos de las calles. Debido a que el estado de conservación de la calle estudiada no permitían el buen desarrollo del proyecto del Transantiago en esa área; y además, a la gran necesidad de reparación de una de las calles más importantes de la zona, se decidió repavimentarla en su totalidad. El origen de este proyecto de reparación y mantención de calle esta asociado a los organismos siguientes: las autoridades del proyecto Transantiago, las municipalidades de Conchali e Independencia y el SERVIU Metropolitano como mandante del proyecto.
• Datos generales del proyecto Se presenta a continuación los datos fundamentales de presentación de este proyecto: Objeto oficial del proyecto: Reparación y mantención de Calle, sector Santiago Norte Mandante: SERVIU Fecha del contrato: 26 Noviembre 2004 Presupuesto del contrato: 1 630 000 000 pesos ˜ 82 000 UF Plazo inicial: 150 días corridos Largo de la calle a repavimentar: 8 km.
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2.1.2 Ubicación La calle estudiada se ubica en las comunas de Independencia y Conchali. Específicamente, en el sector comprendido entre avenida Santa y Calle Huechuraba Local (la última calle antes de la autopista Vespucio Norte).
Ubicación general de la calle estudiada, comuna de Conchali e Independencia
2.1.3 Cronología
Para tener una visión global del proyecto, a continuación se presenta una cronología de los hitos relevantes.
La obra empezó en enero 2005 y se hizo la recepción oficial de la calle repavimentada el 11 Abril 2005.
2005 2006 2004
3 Enero 2005 Inicio de la obra
11 Abril 2005 Entrega de la calle, termino de la obra
26 Noviembre 2004 Adjudicación Contrato
Calle estudiada
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2.1.4 Datos técnicos del proyecto El alcance del proyecto comprende la repavimentación total de la calle. La dificultad técnica radica en que la calle se encontraba con diversos tipos de pavimento al momento de su repavimentación tales como:
- Pavimento de asfalto antiguo - Losas de hormigón - Zonas con adoquín - Baches profundos
Por lo tanto, el proyecto definió las secuencias de obra a aplicar a cada situación. Básicamente se trata de retirar la parte superior del pavimento (fresando o levantando) y colocar el espesor de mezcla asfáltica nueva. A continuación se presenta una tabla resumen de las obras ejecutadas en cada situación.
Tabla 1: Resumen de las obras ejecutadas en el proyecto de reparación.
Obra a ejecutar Capa inicial Etapa 1 Etapa 2
Asfalto antiguo Fresar 5 cm Recapar con 5 cm de mezcla asfáltica
Losa hormigón buen estado Remover 5 cm de la losa de hormigón Recapar con 5 cm de mezcla asfáltica
Losa hormigón mal estado Remover 10 cm de la losa de hormigón Recapar con 2 capas de 5 cm de mezcla asfáltica
Adoquín Recapar 5 cm -
Baches Reparación profunda Recapar con 2 capas de 5 cm de mezcla asfáltica
Los otros puntos relevantes del aspecto técnico del proyecto son:
- La utilización de una mezcla asfáltica modificada con un polímero. - La limitación inicial de la superficie de baches a ejecutar antes del recapado a
1000 m².
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2.2 El problema de deterioro después de las repavimentación
2.2.1 Aparición del deterioro La recepción de la obra de reparación se hizo el 11 Abril de 2005. Por definición, la calle estaba en buen estado en todo su largo a esa fecha. Pero en Mayo de 2005, luego de un mes de operación, el pavimento empezó a presentar fallas y deterioros estructurales puntuales. En Octubre de 2005, los deterioros fueron aumentando hasta afectar varios sectores con una superficie total aproximada de 6 000 m² con respecto a los 120 000 m² de recapado total. Al pasar el tiempo, los deterioros siguieron aumentando y se generalizaron a todos los sectores de la calle objeto de este estudio. Se hicieron algunas intervenciones de bacheos en algunos tramos en Agosto de 2005, en Mayo de 2006 y en Octubre de 2007. En 2008 no hubo reparaciones.
2.2.2 Descripción del deterioro Al inicio del presente estudio, es decir en marzo de 2008, los deterioros se habien extendidos a casi todo el largo de la calle. Los sectores más deteriorados están ubicados en el extremo norte de la calle. Básicamente los deterioros observados en la calzada aumentan a partir del centro, hasta el fin de la avenida, donde los deterioros son de severidad alta. A Octubre de 2008, los deterioros empeoraron en las zonas norte de la calle, mientras que el nivel de severidad en las zonas cercanas al centro no varió significativamente.
Los tipos de deterioros que se observan de manera mas significativa son :
- Baches, profundo o superficial - Grietas transversales - Grietas de borde - Deformaciones de la calzada - Desprendimiento de la capa asfáltica - Perdida general de nivel de serviciabilidad del pavimento
En el capitulo 3 “Investigación de la falla del pavimento” se presentará el levantamiento y la descripción de los deterioros en el tramo elegido para el desarrollo del estudio.
2.3 Conclusión El proceso de deterioro que apareció unos meses después de la puesta en servicio del pavimento, evolucionó una falla generalizada del pavimento en menos de 3 años en todo el pavimento no es una situación común. En efecto, la aparición de un deterioro prematuro de este tipo, justo después de realiza obras de reparaciones y mantenimiento que tenían como objetivo dar nuevamente al pavimento toda su funcionalidad, muestra que existe un problema. En los capítulos siguiente se desarrollará la investigación sobre las causas posibles del deterioro para saber porque el pavimento falló prematuramente.
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3 Investigación de la falla del pavimento
3.1 Tramo de estudio
3.1.1 Presentación general : ubicación, características, datos Dado el largo del proyecto (8km), se eligió estudiar en el detalle solamente un tramo representativo de algunos aspectos de la calle. El tramo estudiado mide 450m. Esta ubicado en la comuna de Conchali, entre las calles Dr Asenjo y el Olivo, cerca del Líder. A continuación se presenta su ubicación precisa:
Características del tramo: - Tiene una parte con calzadas separadas con una area verde, entre las calles Dr
Asenjo y Vivaceta y la calle Elcira Espinoza donde se juntan las calzadas hasta el cruce del Olivo.
- Tiene 2 pistas angostas por calzadas (2,8m cada una). Presenta una zona de reducción de ancho de las pistas al producirse la unión de las calzadas separadas.
- Tiene 3 paraderos de buses: 2 importantes y uno secundario. - Existe en el tramo 2 accesos a 2 supermercados importantes.
Vista general de la calle, ubicación del
tramo de estudio.
Acercamiento del tramo de estudio
Tramo de estudio
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3.1.2 Plano descriptivo del tramo de estudio
Plano 1: Plano descriptivo del tramo de estudio El Olivo- Dr Asenjo
Este plano descriptivo del tramo de estudio permite conocer y ver bien la configuración y los puntos relevantes, que después van a ser importante en el estudio (paraderos de bus, zonas de achicamiento de la calzada ...). El plano original que se encuentra en tamaño normal esta en anexo.
3.2 Levantamiento y tipos de falla presentes
3.2.1 Levantamiento Una vez que se define el tramo de estudio, lo más importante conocer es su estado actual. Entonces, para eso se ha hecho un levantamiento preciso de los deterioros presentes en el tramo de estudio. Este levantamiento se basa en varias visitas a terreno y representa el estado del pavimento a la fecha del 8 septiembre 2008.
Simbología : Salida supermercado Sentido de circulación Paradero principal Limites del tramo de estudio Paradero secundario Zona de reducción de la calzada Semáforo
N
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El levantamiento se ha hecho de manera muy metódica. Para cada deterioro se hizo la siguiente secuencia:
- Numeración del deterioro - Ubicación del deterioro - Descripción - Clasificación del tipo de deterioro - Toma de fotografía del deterioro (una con punto de referencia, una de detalle)
El procedimiento utilizado se basa en el capitulo 7.204 “Inspección y recolección de datos” del volumen 7 “Mantenimiento vial” del Manual de carretera del MOP, y mas específicamente en el anexo del volumen 7 ‘ Catalogo de deterioros de pavimentos”. También se utilizó el Manuel “Instructivo de inspección visual de caminos pavimentados” hecho por el laboratorio nacional de Vialidad. A partir de este trabajo, se puede compilar los resultados en 3 planos de levantamiento de los deterioros, presentando la ubicación precisa y el tipo de cada falla presente en el tramo de estudio. Hay un total de 43 deterioros diferentes en la totalidad del tramo de estudio. Se presenta a continuación los 3 planos de levantamiento del tramo de estudio. Los planos en tamaño normal están en el anexo “Planos” .
Plano 2 : Plano de levantamiento de los deterioros, tramo El Olivo – Elcira Espinoza
Simbología : Grietas por reflexión Baches Grietas por transmisión de junta Grietas por fatiga : tipo piel de cocodrilo Ahuelamiento
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Plano 3 : Plano de levantamiento de los deterioros, tramo Elcira Espinoza – Dr Yazigi
Plano 4: Plano de levantamiento de los deterioros, tramo Dr Yazigi – Dr Asenjo
Simbología : Grietas por reflexión Baches Grietas por transmisión de junta Grietas por fatiga : tipo piel de cocodrilo Ahuelamiento
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3.2.2 Zonificación de los deterioros La primera observación que se puede hacer mirando los planos de levantamiento es la disposición de los deterioros. En efecto, la casi totalidad de los deterioros están ubicados en la pista derecha (poniente). Se observa solamente 2 deterioros en la pista izquierda (oriente). Esta observación es muy importante porque los 2 lados se han hecho con los mismos materiales de construcción, con el mismo proceso constructivo y con a priori las mismas características de suelo y de tránsito. Esa diferencia de estado del pavimento se explica por el hecho que los deterioros importante de la pista izquierda fueron reparados a fines de 2005, incluyendo un cambio de las capas de base y sub base granular. En efecto en los lugares reparados, se levantó toda la capa de hormigón y se retiró el material inadecuado hasta llegar a una capa adecuada como plataforma de fundación. Luego se colocó un binder y 2 capas de mezcla asfáltica. Esta observación importante estará desarrollada en el capitulo 5 “Estudio de las capas granulares”. Otra observación que se puede hacer es que se destacan también zonas donde se concentran los deterioros que son:
- Las zonas de paradero - La zona del semáforo - Las zonas de achicamiento de la calzada.
Este punto estará desarrollado en el punto 6.3.3 “Influencia del tránsito y del diseño geométrico sobre el deterioro”.
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3.2.3 Los diferentes tipos de fallas presentes
Se presenta a continuación los diferentes tipos de falla que están presentes en el tramo de estudio y a lo largo de la calle. Cada descripción de falla, se ilustrará con un esquema y una fotografía mostrando un ejemplo de este.
3.2.3.1 Las grietas
3.2.3.1.1 Grietas piel de cocodrilo Son grietas por fatiga que corresponden a grietas interconectadas formando una serie de cuadrillos pequeños que se asemejan a la piel de un cocodrilo. En esta configuración el asfalto pierde su elasticidad, se oxida y se quiebra. Puede presentarse con o sin hundimiento. Además, estas grietas que al inicio son superficial, después se propagan a todas las capas. Ellas caracterizan el termino de la vida útil del pavimento. Los orígenes posibles son:
- La acumulación de tránsito y el paso repetido de carga. - El exceso de humedad en la capa inferior. - La base granular o subrasante inestable o no tratada.
Se puede encontrar este tipos de grietas en el tramo donde se ubica el único semáforo del tramo de estudio, y en algunos sectores de las huellas del tránsito, especialmente en las zonas de achicamiento de la calzada. Se desarrolla propagándose en toda la calzada, y luego se presenta con pérdida de material y baches.
Imagen : Esquema y ejemplo de grietas por fatiga, tramo de estudio, zona del semáforo
3.2.3.1.2 Grietas de borde Son grietas longitudinales ubicadas no lejos del borde del pavimento, con o sin grietas transversales, y que se ramifican hacia la vereda. Por lo general son causadas por los siguientes motivos:
- Falla del suelo de soporte
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- Asentamiento del material de abajo - Drenaje pobre en el borde - Ciclos de heladas
Este tipo de grietas se encuentran en el tramo de estudio cerca de las zonas de los paraderos. Hay que notar que en nuestro caso la elevación de la helada no puede ser una de los orígenes.
Imagen : Esquema y ejemplo de grietas de borde, tramo de estudio, zona del paradero
3.2.3.1.3 Grietas de junta o longitudinales Estas grietas son separaciones longitudinales a lo largo de la costura que separa dos carriles o pistas de una vía. Este tipo de grietas se debe a la flexibilidad de la costura entre las capas adyacentes de dos carriles del pavimento. Las orígenes posibles son:
- Problema en el proceso constructivo - Calidad de la mezcla asfáltica - Fatiga de la calzada, debido a una estructura insuficiente con respecto al
tránsito o de una capacidad de soporte insuficiente del suelo de fundación.
En el tramo de estudio las grietas de juntas existen y están asociadas a baches que se formaron en las juntas entre pistas, donde la pista de la derecha se hundió con respecto a la de la izquierda. Este tipo de fallas se desarrollan en grietas de bloques y después en deformaciones.
Imagen : Esquema y ejemplo de grieta longitudinal, tramo de estudio, zona del parque
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3.2.3.1.4 Grietas de bloque Las grietas de bloque o de contracción son grietas interconectadas que forman una serie de bloques o cuadros grandes, habitualmente con esquinas y ángulos agudos. Generalmente es un indicador de que el asfalto se ha rigidizado y es originado por:
- Contracción de la mezcla asfáltica, - Ciclos diarios de temperatura. - Cambio de volumen en la capa de base, subrasante. - cambio de volumen del agregado fino en mezcla asfáltica que contiene un
alto porcentaje de asfalto de penetración baja. Este tipo de grietas son la evolución clásica de las grietas longitudinales y de reflexión que no se debe confundir entre se. Caracterizan un estado de deterioro avanzado. Están presentes en algunas partes del tramo de estudio y en varias partes de otros tramos. Estas grietas se desarrollan en bacheo. Además están muy sometidas al fenómeno de “pumping”.
Imagen : Esquema y ejemplo de grieta de bloque, tramo de estudio, zona del parque
3.2.3.1.5 Grietas transversales Son grietas perpendiculares al eje del camino. Generalmente las grietas normales que atraviesan de lado al camino se presentan a intervalos regulares mientras que aquellas que cubren media faja o menos se presentan a distancias intermedias. Dentro de las posibles causas están:
- La contracción natural debida a helada o baja temperaturas, - La alta susceptibilidad térmica del cemento asfáltico empleado - La acción del hielo - Las grietas de reflexión - Defecto constructivo de la junta del pavimento asfáltico
Este tipo de grieta están presentes especialmente en la parte del medio del tramo de estudio. Hay que notar que la evolución posible de este tipo de grieta es la perdida de material y la formación bache.
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Imagen : Esquema y ejemplo de grieta transversal, tramo de estudio, zona cruz con Vivaceta
3.2.3.1.6 Grietas de reflexión o de reflejo
Son grietas que se producen en recapados asfálticos sobre estructuras rígidas, tales como pavimentos de hormigón y bases tratadas con cemento. Estas grietas son llamadas así porque se reflejan en las capas superpuestas de asfalto, el mismo patrón de agrietamiento que ocurre en las capas que están inmediatamente debajo. La forma de la grieta puede ser longitudinal, diagonal, transversal, diagonal o en forma de bloque. Sucede muchas veces cuando el sello de una grieta no ha sido bien hecho. Básicamente, las grietas de reflejo son causadas por el movimiento de abajo de la capa superpuesta. Estos movimientos a su vez son ocasionados por:
- La expansión o contracción que causan los cambios de humedad o temperatura.
- Los movimientos del tráfico - Los movimiento del terreno,
Este tipo de grietas esta muy presente en todos los tramos, especialmente en el tramo de estudio, dado que la mayoría del pavimento inicial por debajo del asfalto colocado era hormigón.
Imagen : Esquema y ejemplo de grieta por reflexión, tramo de estudio, zona de paradero
23
3.2.3.2 Los baches
3.2.3.2.1 Baches Según el manual de carretera del MOP, los baches son cavidades u hoyos, normalmente redondeados, que se forman al desprenderse la mezcla asfáltica. Para considerarla como bache al menos una de sus dimensiones debe tener un mínimo de 150 mm. Pueden tener niveles de severidad baja (profundidad del bache < 30 mm) a alta (profundidad del bache > 50 mm). Las causas posibles son:
- Pavimento estructuralmente insuficiente para el nivel de solicitaciones y características de la subrasante.
- Drenaje inadecuado o insuficiente. - Defecto de construcción. - Derrame de solventes (bencina, diesel, etc) o quema de elementos sobre el
pavimento Hay que notar que varios tipos de grietas evolucionan en baches de este tipo y que los baches son deterioro de tipo pérdida de material. Lo mas importante es el nivel de deterioro dado que no permite circulación donde se ubica. En el tramo de estudio se registra 17 baches incluyendo 15 de severidad alta. El bache más profundo es de 16cm. El bache mas largo es de 3m. Los deterioros más importantes están en los lugares de paraderos de buses, y en los lugares de grietas que se han transmitido y desarrollado rápido en deterioro global de tipo bache.
Imagen : Ejemplo de algunos baches del tramo de estudio. Arriba, se ve 2 fotos de un mismo
bache de 15 cm (vista global y detalle). Abajo están 2 ejemplos de baches ubicados en 2 paraderos.
24
3.2.3.2.2 Baches superficiales Son pérdidas superficiales de material que afectan solamente la capa de mezcla asfáltica colocada. Se trata de un desprendimiento de la capa superficial de la mezcla colocada. Son de tamaño menos grande que los baches y son localizados. Además de las mismas causas posibles que para los baches profundos, los superficiales pueden resultar de una mala mezcla asfáltica. Pueden también resultar de la perdida de material posterior a grietas generalizadas o de un deslizamiento.
Imagen : Ejemplo de un bache superficial, se observa la pérdida total de la capa de mezcla
asfáltica colocada. Tramo de estudio, zona del semáforo.
3.2.3.3 Las deformaciones:
3.2.3.3.1 Ahuellamiento
El ahuellamiento es el hundimiento longitudinal que coincide con la huella por donde circula la mayor parte del tránsito y que puede encontrarse asociado a desplazamientos transversales de la carpeta. Las causas posibles son:
- Compactación insuficiente de la base y/o la mezcla asfáltica. - Base de capacidad de soporte inadecuada. - Diseño inadecuado de la mezcla asfáltica, exceso de asfalto, viscosidad del
ligante muy alta, mezcla de baja estabilidad Marshall.
En el tramo de estudio, se puede observar un ahuellamiento de severidad baja que esta apareciendo. Especialmente en las zonas de reducción del ancho de las pistas donde todos los vehículos pasan.
Imagen : esquema explicativo del ahuellamiento
25
3.2.3.3.2 Deformaciones transversales o por hundimiento
Se trata del desplazamiento de un área localizada de la carpeta de rodadura que se caracteriza por un hundimiento en la huella y una elevación de las zonas vecinas, en especial hacia el borde externo del pavimento. Las causas posibles son:
- Capacidad estructural del pavimento inadecuada para el nivel de solicitaciones y/o baja capacidad de soporte de la subrasante.
- Diseño inadecuado de la mezcla asfáltica; exceso de asfalto, mezcla de baja estabilidad Marshall.
- Falta de liga entre la o las capas asfálticas y la base granular.
En el tramo de estudio este tipo de deformación se ubica frente los paraderos de buses, a los lugares exactos donde se paran las ruedas.
Imagen : Fotografía general, detalle y esquema de un ejemplo de deformación transversal.
3.2.3.4 Otros deterioros:
3.2.3.4.1 Exudación:
La exudación es la presencia de asfalto sin árido en la superficie, que habitualmente forma una película brillante y, a veces, pegajosa. Puede provenir de:
- Dosificación deficiente de la mezcla. - Exceso de asfalto. Ligante muy viscoso. - Volumen de huecos insuficiente.
En el tramo de estudio, las exudaciones están ubicadas en un lugar de deterioro generalizado y aparecieron a lo largo del desarrollo de baches.
Imagen : Fotografía de un ejemplo de zona de
exudación
26
3.2.4 Observación de la aceleración del deterioro A lo largo del desarrollo de este trabajo, se ha podido observar un fenómeno interesante que es el desarrollo y la evolucion del deterioro. Entre el 15 abril de 2008 y el 8 Septiembre de 2008 se observo una degradación rápida de los deterioros ya existentes. Las evoluciones que se observaron son:
- Las grietas de severidad mediana se propagaron en grietas de bloques - Las grietas de alta severidad se abrieron en baches - Los baches se desarrollaron en largo y profundidad - Las grietas de fatigas se transformaron en baches superficiales
A continuación se presentan ejemplos de desarrollo acelerado que se pudieron observar. La totalidad de los ejemplos de desarrollo rápido de los deterioros están presentados en anexo 1 “Observación del desarrollo de los baches, tramo de estudio; comparativo entre Abril 2008 y Septiembre 2008”
15 Abril 2008 8 Septiembre 2008
15 Abril 2008 8 Septiembre 2008
Deterioro ubicado entre el paradero y el semáforo
Deterioro ubicado en el paradero
27
3.2.5 Tabla resumen de los deterioros presentes y causas posibles
Se presenta a continuación una tabla resumen de los deterioros presentes en el tramo de estudio, incluyendo sus causas posibles. Hay que notar que no se trata de un resumen de todos los deterioros posibles en un pavimento flexible sino de los presentes en el tramo de estudio.
Tabla 2 : Tabla resumen de los deterioros presentes y causas posibles
Tipo de Deterioro Deterioro Causa posible del deterioro
Por fatiga
-Acumulación de tránsito y el paso repetido de carga -Exceso humedad en la capa inferior -Base granular o subrasante inestable o no tratada -Diseño inadaptado a la carga real
De borde
-Falla del suelo de soporte -Asentamiento del material de abajo -Drenaje pobre en el borde -Elevación de la helada
Longitudinal
-Problema en el proceso constructivo -Calidad de la mezcla asfáltica -Fatiga de la calzada debido a una estructura insuficiente (sobre tránsito) o de un capacidad de soporte insuficiente del suelo de fundación.
Por bloque
-Contracción de la mezcla asfáltica, -Ciclos diarios de temperatura. -Cambio de volumen en la capa de base, subrasante. -Cambio de volumen del agregado fino en mezcla asfáltica -Alto porcentaje de asfalto en la mezcla de penetración baja.
Transversal
-Problema con la junta del pavimento -Helada o baja temperaturas, -Alta susceptibilidad térmica del cemento asfáltico empleado -Grietas de reflexión
Agrietamiento
Por reflexión
-Capa de soporte de hormigón agrietada -Cambios de humedad o temperatura. -Tráfico importante -Movimiento del terreno, -Pérdida de humedad en la rasante.
Baches
-Pavimento estructuralmente insuficiente para el nivel de solicitaciones y características de la subrasante. -Drenaje inadecuado o insuficiente. -Defecto de construcción. -Derrame de solventes (bencina, diesel, etc) o quema de elementos sobre el pavimento
Baches
Baches superficiales -Ídem que baches normal -Mala mezcla asfáltica -Evolución de zonas agrietadas o con deslizamiento
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Ahuellamiento
-Compactación insuficiente de la base y/o la mezcla asfáltica. -Base de capacidad de soporte inadecuada. -Diseño inadecuado (mezcla o espesor).
Deformaciones
Hundimiento
-Capacidad estructural del pavimento inadecuada para el nivel de solicitaciones y/o baja capacidad de soporte de la subrasante. -Diseño inadecuado (mezcla o espesor) -Falta de liga entre la o las capas asfálticas y la base granular.
Otros Exudación -Dosificación deficiente de la mezcla. -Exceso de asfalto. Ligante muy blando. -Volumen de huecos insuficiente.
3.3 Análisis de las causas posibles del deterioro
Ahora que se conoce de manera detallada los deterioros presentes en el tramo de estudio y las causas posibles, se puede hacer el análisis de estas y clasificarlas en categorías. Se destacan 3 grandes orígenes para los deterioros:
- Problema estructural y de diseño - Problema en la calidad de la ejecución - Problema relativo a las solicitaciones
3.3.1 Diseño y estructura del pavimento
3.3.1.1 Capa estructurales
El primer origen que se destaca es el fallo o la insuficiencia de las capas estructurales. En efecto, unos de los deterioros recurrentes como los baches o algunos tipos de grietas pueden ser originados por capas estructurales (base, subbase, subrasante), con propiedades mecánicas sobreestimadas o insuficientes para las solicitaciones reales.
3.3.1.2 Capa superficial
El segundo origen que se destaca es la capa superficial inicial en la cual se ha colocado la mezcla asfáltica. En efecto, esta capa superficial que era de hormigón, adoquín o asfalto antiguo, puede haber sido inadecuada e impropia para estar recubierta por la mezcla. Puede haber presentado fallas previas de tipo grietas, deformaciones iniciales, baja capacidad de soporte, presencia de humedad o todos tipos de problemas que pueden estropear su propiedades. El estudio a continuación permitirá destacar las buenas suposiciones.
3.3.1.3 Diseño del proyecto El diseño del proyecto también se destaca como causa posible del deterioro. Tanto el diseño de la mezcla como el diseño estructural del pavimento, especialmente el diseño del espesor de la capa de mezcla que se debe colocar, pueden originar deterioros. En efecto, si el pavimento es mal diseñado, es inadecuado para soportar las solicitaciones de diseño y por lo tanto, se deteriora. Hay que notar también que el diseño puede haber sido bueno, pero que si la elección de las solicitaciones era mala, el pavimento se deteriora igual.
29
3.3.2 Calidad de la ejecución
3.3.2.1 Propiedades de la mezcla Otro origen que se destaca dentro de las causas posibles del deterioro es la calidad de mezcla asfáltica colocada. En efecto, es posible que la mezcla asfáltica sea de mala calidad, de mala fabricación o que no cumpla con los requisitos de las normas o de las especificaciones y así fragiliza y hace fallar el pavimento. Por lo tanto, si la mezcla asfáltica no cumple, pesa a ser una de las causas ciertas del deterioro.
3.3.2.2 Propiedades de la carpeta asfáltica El deterioro puede ser también el resultado de un mal proceso constructivo. En efecto, puede que el transporte del asfalto, la colocación o la compactación no se han hechos bien, lo que implicaría que la carpeta asfáltica no tenga todas sus propiedades y así se deterioraría.
3.3.3 Solicitaciones sobre el pavimento
3.3.3.1 El tránsito Dentro de los orígenes posibles del deterioro relativos a las solicitaciones sobre el pavimento, el tránsito es el punto más relevante. El tránsito puede ser una de las causas importantes del deterioro. En efecto el tránsito puede haber sido subestimado o mal estimado, tanto el aspecto de la cantidad como de la naturaleza de los vehículos que transitan. De modo que el pavimento es sometido a cargas demasiadas importantes con respecto a lo que se ocupó para diseñarlo. Lo que puede participar en el deterioro del pavimento.
3.3.3.2 El agua y el sistema de drenaje El agua y el sistema de drenaje, si no han sido adecuamente considerados, también pueden contribuir al deterioro del pavimento. En efecto, si el sistema de drenaje es malo o inexistente, el agua y la humedad se vuelven un problema para el pavimento, lo dañan y pueden aceleran los deterioros existentes. Por lo tanto, hay que estudiar el sistema de drenaje utilizado para ver en que medida es parte de las causas posibles del deterioro.
30
3.4 Diagrama resumen de las causas posibles Se presenta a continuación el diagrama resumen de las categorías de causas posibles del deterioro prematuro del pavimento.
Esta clasificación de las causas posibles de deterioro permite ahora desarrollar el analisis de cada una de ella, para ver cual es relevante y cual tuvo una influencia en el fallo. Es lo que se va a desarrollar en detalle en los capítulos siguientes.
Causas de fallas posibles
Solicitaciones exteriores
Calidad de ejecución
Diseño y estructura
Suelo de fundación
Capa superficial
Diseño del proyecto
Mezcla asfáltica
Tránsito
Agua y sistema de drenaje
31
4 Análisis de la mezcla asfaltica colocada:
4.1 Metodología del análisis En esta parte del trabajo se realiza el análisis de la capa superior de la mezcla asfáltica colocada en toda la faena de la calle estudiada. En efecto, para encontrar las causas de falla del pavimento, se debe primero estudiar la mezcla asfáltica que falló. Así se debe analizar sus datos registrados durante el proceso de construcción para saber si es de buena calidad y si cumple con las especificaciones técnicas del contrato, y con los requisitos del manual de carretera. Este análisis permitirá saber si la mezcla asfáltica colocada es la o una de las causas del fallo del pavimento analizado.
• Origen de los datos Para realizar este análisis de la mezcla asfáltica colocada en obra, se ha recolectado la globalidad de los datos de controles, auto control y muestreos realizados. Las fuentes de informaciones son las siguientes:
- DICTUC: laboratorio acreditado de análisis y certificación. - LACEM: laboratorio acreditado de análisis y control. - Laboratorio de auto control de la empresa constructora. - Laboratorio de auto control de la empresa proveedora del cemento
asfáltico. Se presenta a continuación los diagramas explicativos del origen de los datos resultantes del auto control y los de los organismos externos.
Diagrama : Origen de los datos de análisis provenientes del auto control Nota: La empresa proveedora del cemento asfáltico es una empresa fabricante y proveedor de productos asfálticos lo cual cuenta con certificación ISO 9001. Entonces, tiene un sistema de auto control confiable y controlado.
Datos de Auto control
Proveedora cemento asfáltico
Empresa constructora
Planta de áridos Maipú
Planta de fabricación de la mezcla (Puente Verde, Huechuraba)
Ensayos cemento asfáltico
32
Diagrama : Origen de los datos de análisis de los organismos externos de control de calidad Nota: - DICTUC : Es un organismo independiente de certificación y de control de calidad de materiales y productos. Estaba encargado de algunos de los ensayos que se llevaron a cabo durante la obra. Hicieron algunos de los ensayos de suelo, - LACEM: LACEM S.A., significa “Laboratorio Control y Ensayos de Materiales S.A.”. Es una empresa reconocida por el MINVU para certificar la calidad de obras de construcción a lo largo de todo el territorio nacional. En este proyecto, tenía a cargo los ensayos de suelos, del control de colocación, del control de calidad de los áridos y del cemento asfáltico.
• Método de análisis La metodología que se aplicó para estudiar esta capa de mezcla asfáltica es la siguiente. Primero se controlan los elementos que componen la mezcla (cemento asfáltico, áridos), después se controla la mezcla, y por fin se controla los datos de colocación y características del asfalto puesto (densidad, estabilidad, temperaturas). Así, se realizó un estudio completo de todos los aspectos relativos a la capa asfáltica superior, como es presentado en el siguiente diagrama:
Datos de Organismos externos
DICTUC LACEM
Ensayos de suelos
Densidades in situ
Análisis de la Mezcla Asfáltica
colocada
Cemento Asfáltico
Mezcla
Colocación
Áridos
33
4.2 Datos de la mezcla asfáltica colocada El mandante del proyecto entregó las dosificaciones de la mezcla asfáltica que se debe utilizar en este proyecto. A partir de esto, se hizo un estudio completo llamado “Estudio de dosificación de concreto asfáltico en caliente con CA Polybit 60 / 80 y tamaño máximo de 25 mm”.
- Nombre de la mezcla: 1631 / 05 carpeta 25mm (1”) - Transantiago - Nombre del ligante asfáltico utilizado: CA Polybit 60 / 80
La característica más relevante de esta mezcla es la utilización de un cemento asfáltico modificado con un polímero (SBR). Se eligió esta solución, porque uno de los temas más relevante de este proyecto es el tránsito ya que es muy importante porque implica cargas muy altas. Es por esto que el uso del cemento asfáltico modificado permite:
- Mejorar la resistencia a las deformaciones permanentes (ahuellamiento) por razón del tránsito.
- Disminuir el agrietamiento por fatiga aumentando la elasticidad. - Mejorar la adhesividad del ligante.
4.3 Análisis del cemento asfáltico utilizado
4.3.1 Datos a analizar Se analiza en esta parte los datos del cemento asfáltico utilizado para fabricar la mezcla. Los datos vienen de los controles hechos por el proveedor del asfalto y certificados por el organismo exterior de control de la obra. Un proceso de 11 ensayos se ha aplicado a cada muestra tomada. Un total de 19 muestras fue controlado a la salida de la planta de cemento asfáltico entre el 07/01/2005 y el 24/03/2005. El cemento asfáltico utilizado “Polybit 60/80” es de tipo cemento asfáltico modificado con un polímero. El polímero utilizado es el SBR ( Cauchos sintéticos del 25% de Estireno y 75% de butadieno). Los ensayos mas relevantes que se consideran en el control de calidad del ligante, son:
- Penetración a 25°C, 100g, 5 seg (0,1mm) : este ensayo se hace con un penetrometro
compuesto por una aguja de 100g y una muestra puesta en un baño de agua a 25°C. Se deja caer la aguja en la muestra durante 5 seg. Luego se mide la penetración en unidades de 0,1mm. Este ensayo permite caracterizar la consistencia del cemento asfáltico a 25°C.
- Ductilidad: Se ha hecho 2 ensayos de ductilidad, a 5°C y a 25°C. La ductilidad de un
cemento asfáltico se mide con un ensayo tipo "extensión". Se lleva la probeta a la temperatura de ensayo (5°C y 25°C) y se le semoete a un proceso de extension a 5 cm/min, hasta alcanzar el alargamiento de rotura del. La ductilidad del asfalto es la distancia (medida en centímetros) a la cual se rompe dicho hilo. La ductilidad caracteriza la consistencia, y es una característica importante en nuestro caso, dado el uso que se hace de la mezcla asfáltica.
34
- Recuperación elástica 13°C, 20 cm, 1h (%): Esta propiedad está basada en el ensayo de ductilidad. La diferencia es que se corta el hilo al medio, y al cabo de 30 minutos se mide la recuperación elástica de la deformación inicial. Se expresa la recuperación elástica como un porcentaje de la deformación aplicada.
- Recuperación elástica por torsión, 25°C, (%): Permite medir la recuperación elástica
por torsión del asfalto, mediante un dispositivo de torsión que deforma la muestra en 180° para medir el ángulo recuperado al cabo de 30min.
- Índice de penetración: El índice de penetración caracteriza la susceptibilidad térmica
del cemento asfáltico. Se calcula gráficamente conociendo la penetración y el punto de ablandamiento. Tiene valores entre -3 para cemento asfáltico, muy susceptible a la temperatura, y +7 para los poco susceptibles a la temperatura.
- Índice de Frass, °C : Es la medida de las propiedades de quiebre del asfalto a bajas
temperaturas. Se mide básicamente la temperatura a la cual se produce la rotura del asfalto bajando gradualmente la temperatura por debajo de 0°C. El ensayo Frass nos da una indicación del riesgo de craqueo del asfalto a bajas temperaturas.
Nota: Dado que el cemento asfáltico utilizado es modificado por un polímero, los ensayos más relevantes hechos ya no son los de “Penetración” y “Punto de ablandamiento”, sino los de “Recuperación elástica”, “de Recuperación elástica por torsión” e “Indice de Frass”. En efecto, como los asfaltos modificados presentan un comportamiento reológico de tipo viscoelástico, la adición de un polímero incrementa su componente elástica. Pero los ensayos típicos de "Penetración" y "Punto de Ablandamiento" no miden elasticidad ni recuperación elástica, características típicas de los asfaltos modificados. Por eso los métodos de tipos "Recuperación elástica" son mas relevante en nuestro caso de CA Polybit.
4.3.2 Tabla y gráficos de análisis
• Tabla resumen de los ensayos. A partir de la recolección de los datos del cemento asfáltico, se ha hecho una tabla resumen, para permitir el análisis del conjunto de datos. Como el objetivo es de ver si cumple el cemento asfáltico con las especificaciones técnicas de contrato, y con las normas vigentes, se calculó para cada ensayo los valores mínimos, máximos y el promedio de los valores obtenido. De esta manera se puede comparar con las especificaciones técnicas del contrato.
35
A continuación se presenta la tabla resumen de los ensayos del cemento asfáltico utilizado:
Tabla 3: Tabla resumen de los ensayos del cemento asfáltico utilizado en el proyecto
Valor mínimo Valor máximo Promedio Especificación Contracto
Penetración a 25°C,110g 5s (0,1mm) 64 72 69 60 – 80
Punto de ablandamiento (°C) 67,2 87,5 79 > 65
Ductilidad, 25°C, 5cm/min (cm) 88 100 93 > 80
Recuperación elástica, 13°C, 20cm, 1h (%) 63 83 75 > 50
Recuperación elástica por torsión, 25°C, (%) 64 77 71 > 57
Índice de penetración 3,31 6,25 5 > 2,0
Índice de Frass (°C) -19 -18 -18,7 < -17
Ductilidad, 5°C, 5cm/min, (cm) 53 68 61 > 50
Temperatura de mezclado (°C) 166 183 179,5 170 – 190
Punto de inflamación (°C) 239 250 242,5 > 235
• Gráficos resumen de los ensayos:
Se ha hecho también para cada ensayo, un grafico recapitulativo de los valores obtenidos de manera que se vea en forma rápida si los valores están en el rango de las especificaciones y cumplen con los requisitos. Se presenta a continuación los gráficos de los ensayos más relevantes del cemento asfáltico : Índice de penetración, Recuperación elástica, Recuperación elástica por torsión, Índice de Frass. La totalidad de los gráficos de comparación de los ensayos con las especificaciones están en el anexo 2 “Gráficos resumen de los ensayos del cemento asfáltico utilizado”
Grafico 1 : Índice de penetración
Ensayos : Indice de penetracion, Cemento asfalto ocupado en la Calle Independencia
0
1
2
3
4
5
6
7
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
Numero de ensayo
Ind
ice
de
pen
etra
cio
n
Indice de penetracion Mininmo especificaciones : 2,0
36
Grafico 2 : Recuperación elástica
Ensayos : Recuperacion elastica, 13°C, 20cm, 1h,Cemento asfalto ocupado en la Calle Independencia
0102030405060708090
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
Numero de ensayo
Rec
up
erac
ion
ela
stic
a,
13°C
, 20c
m, 1
h (
%)
Recuperacion elastica, 13°C, 20cm, 1h (%) Mininmo especificaciones : 50
Grafico 3 : Recuperación elástica por torsión
Ensayos : Recuperacion elastica por torsion, 25°C, (%),Cemento asfalto ocupado en la Calle Independencia
0102030405060708090
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
Numero de ensayo
Rec
up
erac
ion
ela
stic
a,
13°C
, 20c
m, 1
h (%
)
Recuperacion elastica por torsion, 25°C, (%) Mininmo especificaciones : 57
Grafico 4: Índice de Frass
Ensayos : Indice de Frass,Cemento asfaltico ocupado en la Calle Independencia
-19,5
-19
-18,5
-18
-17,5
-17
-16,5
-161 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
Numero de ensayo
Ind
ice
de
Fra
ss (
°C)
Indice de Frass Maximo especificaciones : -17°C
37
4.3.3 Resultados El análisis de la tabla y de los gráficos muestra lo siguiente:
- Para cada ensayo, el valor promedio esta a dentro del rango aceptable de las especificaciones.
- Los valores mínimos y máximos para cada ensayos, también están siempre en el
intervalo especificado. Con la excepción de un único valor de temperatura de mezclado que esta fuera del rango.
- La recuperación elástica y la recuperación elástica por torsión, están
ampliamente arriba de los mínimos, lo que traduce una muy buena elasticidad de la mezcla.
- El índice de penetración promedio esta muy arriba del mínimo requerido,
traduciendo una poca susceptibilidad térmica.
- El Índice de Frass también cumple bien con los requisitos.
- Los valores de los ensayos tienen una bastante buena homogeneidad y uniformidad, lo que traduce el hecho que el cemento asfáltico utilizado ha tenido propiedades bastantes constantes y similares durante todo el periodo de construcción.
Conclusión:
Todos los indicadores de las propiedades del cemento asfáltico utilizado muestran su buena calidad. Todos los parámetros analizados y testeados están en el rango de las especificaciones técnicas. Por eso, se puede decir que el cemento asfáltico utilizado para fabricar la mezcla utilizada en el proyecto, cumple con todos los requisitos. El cemento asfáltico no es la causa del fallo del pavimento.
4.4 Análisis de los áridos y de la mezcla utilizadas
4.4.1 Datos a analizar Los datos de áridos y de la mezcla utilizados provienen de los ensayos hecho por el laboratorio de autocontrol de la empresa constructora y certificados por el LACEM, el organismo de control exterior. Se recolectó todos los certificados de extracción que contienen un total de 70 muestras tomadas entre el 21/01/2005 y el 10/04/2005. Un total de 73% de las muestras fueron tomadas a la salida de la planta, y el 27% en la faena. Los ensayos han sido hechos según la norma LNV 11-84 “ Ensayo de extracción. Determinación del contenido de asfalto en mezclas.”
4.4.2 Tabla y gráficos de análisis.
Se recolectó entonces los datos en forma digital. Después se hizo una tabla resumen y las curvas granulométricas de la mezcla asfáltica para facilitar su análisis.
38
Se presenta a continuación la tabla resumen de los valores de ensayos de extracción y contenido de asfalto, y la curva granulométrica de los áridos de la mezcla utilizada.
Tabla 4: Resumen de los datos de ensayos de extracción de áridos y de % de asfalto de la mezcla utilizada en el proyecto.
Nota: La banda especificada es la banda IV – A – 12.
Grafico 5 : Curva granulométrica de los áridos utilizados en la mezcla
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
100
Tamiz (mm)
% pasa
Banda Trabajo
Banda Desv Std
Mezcla
Banda especificada
0. 0.1 0.3 0. 2.0.
6
1.20.0
2. 0 5. 6.3 8. 10.
12.
14. 0
16.0 20.
25.
N°2
0
N°1 00
N°5 N
°
N°3 N° N°
10 N° 8
N° 1/
5/16 3/8
1/2
9/1
5/8" 3/4 1"
1. 0
Tamaño áridos 1" 3/4" 1/2" 3/8" Nº4 Nº8 Nº30 Nº50 Nº100 Nº200 % asf
Nº Datos 70 70 70 70 70 70 70 70 70 70 70
Valor Max. 100 100 84 72 50 33 18 15 13 8,0 5,2
Valor Mín. 100 90 70 61 40 26 12 9 7 5,0 4,6
Valor Promedio
100 95,73 77,66 66,87 43,53 28,94 15,71 12,54 10,07 6,94 4,89
Desv. Estándar 0,00 1,92 3,60 3,36 2,58 1,93 1,24 1,09 1,00 0,66 0,20
100 80 65 57 40 28 13 8 6 4 4,6 BANDA
ESPECIFICADA - - - - - - - - - - -
100 95 80 73 55 42 24 17 12 8 5,2
VALOR PROMEDIO ok ok ok ok ok ok ok ok ok ok ok
100 90 74 61 41 26 11 8 7 3 4,6 BANDA DE TRABAJO - - - - - - - - - - -
100 100 84 71 51 34 17 14 11 7 5,2
VALOR PROMEDIO ok ok ok ok ok ok ok ok ok ok ok
39
4.4.3 Resultados El análisis de la tabla y de los gráficos muestra lo siguiente:
- El valor promedio de la granulometría de los áridos siempre está en el rango aceptable de la banda de especificaciones. Además siempre está en la banda de trabajo que es mas restrictiva que la banda de especificación.
- Los valores máximos y mínimos en su gran mayoría, están en el rango aceptable.
Excepto para los tamices 1/2” y 3/4”, cuyos valores máximas están un poco arriba de las especificaciones.
- El valor promedio del % de cemento asfáltico ( 4,89% ), se encuentra también en
el rango de las especificaciones. Además, está muy cerca del valor optimo a usar, determinado en el estudio de dosificación que es de 4,9%. Por ultimo, la desviación estándar de los valores es muy pequeña (0,2), lo que da la prueba de la buena uniformidad de la cuantidad del cemento asfáltico utilizado. Entonces este parámetro es conforme y cumple con las especificaciones.
- La curva de la mezcla esta entre las curvas de la banda de especificaciones.
- Se observa que en el grueso, está en la parte superior de la banda de
especificación. Eso traduce que la mezcla es rica en “fino”. Si la curva fuera sobre de las especificaciones, podrían ocurrir problemas de compactación, porque la mezcla tendría mas fino que lo que se tolera.
- Se observa que en los áridos de tamaño medio, la curva de la mezcla está en la
parte inferior de la banda de especificación. La mezcla es rica en gravas medianas. Una curva en la parte inferior presenta menos problema que una en la parte superior, dado que la primera tiene menos fino y resiste más. Por lo tanto, tener una mezcla cerca de la parte inferior de la especificación, no tiene influencia en su calidad.
Conclusión: El análisis de los datos de los áridos utilizados y del % de cemento asfáltico en la mezcla, muestran que los 2 puntos cumplen con los requisitos dados, y que los promedios de todos los parámetros están en el rango de las especificaciones. Es por esto que se puede decir que los áridos utilizados y el porcentaje de cemento asfáltico puesto en la mezcla asfáltica utilizada no son la causa del fallo del pavimento.
40
4.5 Análisis de la colocación
4.5.1 Datos a analizar Se analiza en esta parte la calidad de la colocación de la mezcla, estudiando la densidad de la carpeta asfáltica, los porcentajes de compactación y espesores colocados. Los datos utilizados provienen de los ensayos hechos por el laboratorio de control exterior LACEM. Los ensayos realizados son los de “ Determinación de la densidad y espesor de mezclas bituminosas compactadas”. Se recolectaron los datos de 64 ensayos hechos a partir de muestras tomadas in situ. Las normas aplicadas en los ensayos son las LNV-13-2003; ASTM D 3549-93; Nch 1517/1; LNV-21-2003 y PC 007 que corresponden al método para “determinar la densidad real de mezclas asfálticas compactadas”.
4.5.2 Tabla y gráficos de análisis Se recolectaron entonces los datos en forma digital. Se presenta a continuación la tabla resumen de los valores de ensayos de densidad, de espesor y % de compactación. Tabla 5: Tabla resumen de los valores de ensayos de densidad, espesor y % de compactación
Briquetas MARSHALL Espesor Testigo Densidad Testigo % compactación
Cm kg/dm^3 %
N° Datos 64 64 64
Valor Máximo 10,4 2,427 102
Valor Mínimo 5,5 2,311 97
Valor Promedio 6,9 2,361 99,02
Desviación Estándar 1,0 0,026 1,14 Los resultados están obtenidos con los valores siguientes: Densidad Marshall : 2,384 kg/dm^3 Fluencia : 13,5
Estabilidad : 15 600
Grafico 6: Densidad de la carpeta asfáltica colocada en la calle.
Densidad de la carpeta asfaltica colocada
2,25
2,3
2,35
2,4
2,45
1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41 45 49 53 57 61
Numero del ensayo
Den
sid
ad
(kg
/dm
^3)
Densidad testigo (kg/dm3) Densidad Marshall (kg/dm3)
41
Grafico 7 : Compactación de la carpeta asfáltica.
Compactacion de la cartpeta asfaltica
9092949698
100102104
1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58 61 64
Numero del ensayo
% d
e co
mpa
ctac
ion
% de compactacion minimum de compactacion 95%
Grafico 8: Espesor de la carpeta asfáltica colocada
Espesor de la carpeta asfaltica colocada
0
2
4
6
8
10
12
1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58 61 64
Numero del ensayo
Esp
eso
r d
e m
ezcl
a co
loca
da
(cm
)
Espesor de la carpeta asfaltica colocada Espesor minimal a colocar : 5cm
4.5.3 Resultados El análisis de la tabla y de los gráficos muestra que:
- El valor promedio de la densidad de la carpeta asfáltica es de 2,361 kg/dm3 lo que corresponde a una compactación promedia de 99,02 %. Las especificaciones requieren una compactación mínima de 95%. Entonces, la compactación de la carpeta asfáltica cumple con los requisitos.
- Los valores de espesor de mezcla colocada están siempre arriba de los 5 cm
especificados lo que cumple con los requisitos. Conclusión: El análisis de los datos de la colocación muestra que la compactación ha sido bien realizada y que el espesor mínimo ha colocar a sido respetado. Falta los datos de temperaturas de colocación que no se pudo recolectar. Por lo tanto, las condiciones de colocación han sido conformes a los requisitos y permiten a la mezcla de tener sus propiedades máximas durante la vida útil de la carpeta asfáltica.
42
4.6 Resultados del análisis de la mezcla asfáltica colocada Los resultados del análisis del asfalto colocado se presentan en la tabla resumen siguiente:
Tabla 6: Resultados del análisis de la mezcla colocada
Observaciones Cumple o no cumple?
Cemento asfáltico utilizado
El estudio muestra que el Cemento asfáltico utilizado cumple todas la propiedades
requeridas, es de buena calidad y de composición
uniforme durante toda la obra.
Cumple
Áridos utilizados Los áridos utilizados están en la banda especificada. Cumple
Mezcla asfáltica en si misma El % de asfalto puesto en la
mezcla es el % optimo para la calidad de la mezcla asfáltica.
Cumple
Colocación de la mezcla
La colocación de la mezcla se ha hecho según los requisitos.
Los parámetros de compactación y de espesor
colocado son buenos.
Cumple
Conclusión: La mezcla asfáltica cumple con las especificaciones y los requisitos del contrato y de las normas vigentes en este caso. Además, los resultados muestran una buena calidad en general de la mezcla y de sus componentes. Por último, la colocación también cumple con los requisitos y las especificaciones. Entonces, se puede concluir, que la mezcla asfáltica colocada no es la causa del fallo del pavimento de la calle en estudio.
43
5 Análisis de las capas estructurales
5.1 Metodología y alcances En esta parte del trabajo se analizan las capas estructurales del pavimento que pueden también, de acuerdo a la investigación inicial del capitulo 3, estar uno de las causas posible del deterioro. Las capas estructurales están compuestas por 2 partes distintas que se estudian en esta parte del análisis:
- La capa superficial: es el pavimento antiguo existente sobre la cual se ha colocado la nueva mezcla asfáltica.
- Las capas granulares y el suelo de fundación: con la base, subbase y la subrasante.
Figura : Esquema descriptivo general del pavimento estudiado El objetivo de esta parte es saber si las capas granulares, el suelo de fundación y la capa superficial, eran adecuados para recibir un recapado asfáltico, y si tenían las propiedades suficientes para soportar las solicitaciones del proyecto. Se busca conocer el estado inicial y las características de las capas para ver si estas cumplen o si serian una de las causas del deterioro del pavimento. La dificultad de esta parte es la recolección de datos. En efecto, se han hecho pocos estudios sobre las capas estructurales. Además el largo y la diversidad del proyecto no permiten generalizar los resultados relativos a este análisis, así que se desarrolla el análisis solamente para el tramo de estudio donde se conoce las características de las capas estructurales.
5.2 Antecedentes de las capas estructurales
Para tener un mejor conocimiento de las capas estructurales, se presenta a continuación las monografías de las 4 diferentes situaciones que se encuentran en toda la avenida. El tramo de estudio solamente presenta las situaciones de recapado sobre pavimento de hormigón. Se da las monografías de las situaciones de recapado sobre pavimento asfáltico y sobre adoquín a modo de información.
1) Recapado asfáltico de 5 cm en hormigón en buen estado de conservacion 2) Recapado asfáltico de 2 capas de 5cm en hormigón un poco deteriorado 3) Recapado asfáltico de 5 cm en pavimento asfáltico antiguo 4) Recapado asfáltico de 5 cm en adoquín de piedra
Mezcla asfáltica colocada Pavimento antiguo o Capa superficial existente: -Hormigón -Asfalto antiguo y bases, -Adoquín
Suelo de fundación (subrasante)
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Figura : Monografías de las diferentes situaciones del pavimento de la calle
Nota: Estas monografías están basadas en las observaciones in situ, durante y fuera de las obras de reparación hechas a fines de 2005 y 2007, y en las fotografías tomadas en varios trmos de la calle. También esta basado en las tomas de muestras del laboratorio LACEM el 14 Febrero 2008. Todas las capas no están bien definidas. La capa de soporte de los adoquines no esta conocida. Algunas de las fotografías justificativas de la monografía del pavimento se presentan en el anexo 3 “Justificación de la monografía”
010cm 25cm 40cm 60cm
Recapado : 5cm de mezcla asfáltica Hormigón : ˜ 15cm Base estabilizada : ˜ 15cm Sub Base : ˜ 20cm
Suelo de fundación, subrasante
010cm 25cm 40cm 60cm
Recapado : 2 capas de 5cm de mezcla asfáltica Hormigón : ˜ 10cm Base estabilizada : ˜ 15cm Sub Base : ˜ 20cm
Suelo de fundación, subrasante
010cm 25cm 40cm 60cm
Recapado : 5cm de mezcla asfáltica
Suelo de fundación, subrasante
Base estabilizada
Sub Base
Mezcla asfáltica antigua : ˜ 10cm
010cm 25cm 40cm 60cm
Recapado : 5cm de mezcla asfáltica
Suelo de fundación, subrasante
Suelo no conocido
Adoquín : ˜ 15- 20 cm
Situación 2)
Situación 3)
Situación 4)
Situación 1)
45
5.3 Observación de la influencia de las capas granulares en el deterioro del pavimento.
El primer punto interesante que se debe tomar en cuenta en el estudio de las capas granulares, es la zonificación de los deterioros. En efecto, con respecto a lo visto en el párrafo 3.2.2 “Zonificación de los deterioros”, se ha visto que los sectores de la calzada poniente que habían sido reparadas a fines de 2005, incluyendo la demolición del pavimento de hormigón y el cambio de las capas granulares para poner un binder nuevo, ya no presentan deterioros. Además, actualmente, 2 años después, presentan un estado y una serviciabilidad muy buena. Ahora bien se sabe que ambas calzadas han sido construidos inicialmente de la misma manera, y que fallaron simultáneamente a pocos meses de la repavimentación inicial. Los 2 lados tuvieron los mismos materiales en las capas debajo, ls misma configuración general y las mismas solicitaciones. Pero se observa ahora que el pavimento del lado izquierdo que ha sido reparado con otra estructura de pavimento, no falla. Entonces se puede pensar que las capas de la estructuras han tenido una influencia preponderante en el deterioro previo de la repavimentación.
46
5.4 Análisis de la capa superficial
5.4.1 Datos y antecedentes
En el tramo de estudio se pudo observar que solo 2 configuraciones están presentes: el recapado de 5 cm sobre pavimento de hormigón existente, y el recapado en 2 capas de 5 cm de mezcla asfáltica sobre pavimento de hormigón.
5.4.2 Estado de la superficie de la capa de hormigón: A partir de fotografías que se sacaron durante la reparación de algunos baches ubicados en los tramos justo antes y justo después del tramo en estudio, se puede hacer el diagnostico y conocer el estado del hormigón sobre el cual se colocó la mezcla asfáltica. En efecto, durante las reparaciones, se aprovechó de sacar solamente la carpeta asfáltica para observar el estado de la capa superficial. Se observa los siguientes puntos:
- Presencia de grietas. - Zonas de hundimiento. - Heterogeneidad de la superficie y del estado.
Se presenta a continuación las observaciones hechas sobre el hormigón:
5.4.2.1 Observación de grietas Se trata de la observación mayor. En efecto, al levantar la carpeta asfáltica superior, aparecieron zonas de hormigón agrietadas. Se registra principalmente grietas en bloque, de junta y transversal. El estado y la severidad del agrietamiento es medio a alto. Hay que notar que estas mismas observaciones se hicieron algunos metros antes y algunos metros después del tramo de estudio. Por lo tanto se puede considerar que el hormigón del tramo de estudio presenta un estado similar.
Zona con recapado de 2 capas de 5cm sobre
pavimento de hormigón
Zona con recapado simple de 5cm sobre pavimento de
hormigón
47
A continuación se presenta algunas fotografías de la capa de hormigón superficial.
5.4.2.2 Observación de zona de hundimiento La segunda observación que se hace es la presencia de zona de hundimiento. El hundimiento es en otra palabra el asentamiento de las losas agrietadas por perdidas de soporte en algunos lugares específicos, creando una zona de más bajo nivel. La observación se hizo para 2 zonas de paraderos de buses ubicadas en los tramos antes y después del tramo de estudio. La profundidad de la depresiones observadas se estima en 25 – 30 cm. Hay que notar que es una observación que se hace en la superficie del pavimento inicial, pero que tienen a las capas granulares y el suelo fundación como origen. Por lo tanto estará analizada en la parte del suelo de fundación.
Hormigón de la capa superficial existente :
observación de agrietamiento de borde y en bloques
Hormigón de la capa superficial existente : observación de agrietamiento transversal
48
Se presenta a continuación algunas fotografías de algunas zonas que presentan hundimiento.
5.4.2.3 Observación de la heterogeneidad del estado del hormigón
Otra observación que se hizo es la heterogeneidad del estado superficial del hormigón. En efecto, varios lugares de la superficie del hormigón presentan deterioros pero otros no. Por lo tanto, los deterioros del pavimento, ubicados en zona donde el hormigón no esta deteriorado, tienen otro origen que la capa estructural. Además, algunas fallas presentes en zona con hormigón con mismo nivel de deterioro, no evolucionaron de la misma manera. Lo que significa que el hormigón actúa como origen de algunos tipos de deterioros pero no como factor que provoca el desarrollo rápido del deterioro.
Hundimiento observado en la capa superficial, zona de paradero inmediatamente antes del tramo de estudio.
Detalle de otra zona de hundimiento en un paradero inmediatamente después del tramo del tramo de estudio
49
5.4.3 El problema de la reflexión de grietas El diagnostico hecho sobre el estado del pavimento de hormigón superficial permite decir que varios de los deterioros presentes están relacionados con el mal estado de la superficie del hormigón y especialmente su agrietamiento. De hecho, la reflexión de las grietas del hormigón en el recapado se destaca como el problema mayor relativo a la capa superficial. En efecto el análisis permite ver que las grietas superficiales del pavimento de tipo borde, tanto transversal como longitudinales, siguen exactamente las direcciones y las ramificaciones de las grietas del pavimento de hormigón. Además en algunas fallas del pavimento de asfalto se puede observar las grietas del hormigón que dieron su origen. A continuación se presenta algunas ejemplos de transmisión de grietas observadas en terreno.
En estas 2 imágenes se presenta la superficie asfáltica antes y después de su fresado por reparación. Se observa la transmisión de grietas del hormigón al
asfalto. Se observa además que las grietas siguen la misma dirección.
Grieta en la capa asfáltica
Grieta en la capa de hormigón
Ejemplo de reflexión de grietas. Se observan la grietas originales del pavimento de hormigón en el vació de la grietas del asfalto.
50
Se presenta a continuación un ejemplo típico de la transmisión de grietas en los tramos al lado del tramo de estudio.
La reflexión de grietas es por definición la ultima etapa de un crecimiento continuo de una grieta existente en un pavimento, a través de un elemento utilizado como recapado. El fenómeno físico que lo provoca es el siguiente: bajo el efecto de diversas solicitaciones, los bordes de la grieta existente se mueven y transfieren este movimiento o crean concentraciones de tensiones en la capa superior. Eso, por un proceso de fatiga, inicia allí una grieta que crece rápidamente en dirección de la superficie. Los 3 tipos de solicitaciones que pueden ocasionar esos movimientos son:
- El tránsito: la cargas de tránsito generan en la capa inferior y justo sobre la fisura, 3 pulsos de tensión sucesivos (2 de corte y uno de flexión) que provocan la transmisión de la grieta. - Las variaciones de temperatura: crean dilataciones y concentraciones del lugar del pavimento comprendido entre dos grietas o juntas.
Entonces, en el fenómeno de transmisión de grieta no puede ocurrir sin una solicitación exterior que lo activa. Por lo tanto, la transmisión de grieta y entonces la capa inicial del pavimento, son una causa del deterioro, pero no podrían ser considerados como el factor activador del deterioro sino como un factor de debilitación inicial. Por último, hay que notar que lo menciona el Manual de Carreteras en el párrafo 3.605.103(2), la reflexión de grietas es frecuentemente el origen de muchos deterioros de los recarpeteos. Además es un fenómeno que no se puede detener sino a lo menos retardar. Por lo tanto se recomienda siempre tomar precauciones y realizar obras previas como las mencionadas por ejemplo en dicho manual de carreteras.
Solera Ramificaciones de las grietas
Imagen : las fotografías presentan el sistema de grietas de la capa hormigón (a la derecha) reflejándose en la capa de asfalto ( izquierda). Además se
presenta un esquema del sistema de ramificaciones de las grietas.
51
5.4.4 Comparación con las recomendaciones del manual de carreteras
Se propone en este párrafo hacer la comparación entre las recomendaciones del Manual de Carreteras relativo a la situación de la transmisión de grietas en un recarpeteo asfáltico sobre pavimento de hormigón, y lo que se ha hecho en el proyecto para ver si eso cumple. Se considera que las recomendaciones del Manual de Carreteras del MOP también pueden aplicarse en este caso a vías urbanas. Sin embargo, existen unas pequeñas diferencias entre vías urbanas y interurbanas que no se toman en cuenta en este caso. La tabla se basa en el capitulo “Reposición de pavimento” del volumen 3, y específicamente en los párrafos 3.605.103(2): “Reflexión de grietas” y 3.605.302: “Recarpeteo asfáltico sobre pavimento de Hormigón, Reparaciones previas”.
Tabla 7: Tabla comparativa entre las recomendaciones del manual de carreteras con respecto al estado del soporte y lo hecho
Tipo de soporte Recomendación manual carretera Aplicado en proyecto
Incluir una base asfáltica con granulometría abierta No hecho
Recarpeteo asfáltico en pavimento de hormigón
Aspecto general Se deben reparar o reemplazar las losas muy quebradas (3 o mas grietas ) que presenten signos de estar trabajado.
Hecho parcialmente hasta un numero
especificado de m²
Reparación en todo el espesor o cambio de la losa (las grietas de este tipo presentan bordes saltados, escalonamiento y otros signos de inestabilidad).
No hecho
Reparar con barras de traspaso o barra de amarre. No hecho
Sello de grietas Hecho
Colocar una membrana plástica No hecho
Recapado asfáltico en hormigón con Grietas que
trabajan
Colocar una geogrilla No hecho
Juntas saltadas Reparación de todo el espesor o en parte de él. No hecho
Reparaciones dañadas
Cualquier antigua reparación que presente signos de deterioro debe repararse mediante la técnica de reparación en todo el espesor
No hecho
52
5.4.5 Conclusión sobre la capa superficial El análisis de la capa superficial sobre cual se construyo la nueva carpeta asfaltica, muestra que su estado superficial no era aceptable en todas partes para recibir el recarpeteo asfáltico. La presencia de grietas en el pavimento de hormigón serian de severidad media. El estado inicial del pavimento superficial ha significado un debilitamiento fuerte de la nueva carpeta, provocando un estado mas frágil y muy sensible a las solicitaciones exteriores. Entonces, las grietas presentes en el pavimento de hormigón seria uno de las causas del deterioro del pavimento de la calle, aunque no pueden ser consideradas como los únicos orígenes, ni como el factor activador. Por fin, las recomendaciones para retardar la transmisión de las grietas a la capa de recarpeteo no han sido seguidas en su globalidad, provocando también una debilitación inicial del pavimento.
53
5.5 Análisis de las capas granulares y del suelo de fundación
5.5.1 Antecedentes
Uno de los antecedentes relevantes que hay que recordar, es que un pavimento rígido de hormigón y un pavimento flexible asfáltico tienen comportamiento distinto con respecto a las bases granulares y suelo de fundación. En efecto, el pavimento rígido funciona como una placa rígida que traspasa la carga a las capas de abajo de forma uniforme. La base es como una plataforma de trabajo, mientras que el hormigón es lo que resiste casi solo toda la carga. Al contrario el pavimento flexible trata de repartir la carga en las diferentes capas subyacentes. La carga se disipa de manera gradual según la repartición de carga de Bousinesq.
Por lo tanto las capas granulares y el suelo de fundación tienen importancias diferentes en los 2 casos. En el caso del hormigón permite estabilizar el pavimento más que tomar la carga, y el contrario para el pavimento asfáltico. Pero el compartimiento de ambos depende mucho de lo que esta por debajo.
En el caso presente de un recapado asfáltico sobre pavimento de hormigón, las capas granulares tienen las 2 metas, de estabilización y de toma de carga. Entonces se las va a analizar tomando en cuenta este aspecto.
5.5.2 Datos de análisis
El estudio del suelo de fundación se basa en los datos de ensayos hechos sobre muestras que se tomaron durante las obras de reparación de los tramos al lado del tramo de estudio. Los organismos que hicieron los ensayos son el LACEM y el DICTUC. Lamentablemente no se tomó muestra en las pocas reparaciones hechas en el tramo de estudio. Se toma en cuenta en este estudio 7 muestras de diferentes capas (base, subbase, subrasante) en 6 lugares cercanos del tramo de estudio. A continuación se presenta la ubicación de los lugares de muestreo y los datos principales. Hay que notar que la cercanía al tramo de estudio, así que la similitud de los deterioros y de las configuraciones generales, permiten pensar que las capas granulares por debajo del tramo de estudio son similares a las por debajo de los tramos adyacentes. Esta parte del estudio se basará en esta hipótesis.
100m
12 3
4 5
6
Limites del tramo de estudio
Figura : Plano de ubicación de los lugares de muestreo.
54
Se presenta a continuación la tabla de los datos de ensayos hechos en las capas granulares.
Tabla 8: Tabla de los datos de ensayos en las capas granulares
1 2 3 4 5 6 7 Tipo Base estab Subbase Base estab Subrasante Subrasante Subrasante Subrasante
3" 100 2 1/2" 100 100 94
2" 96 98 88 100 - 1 1/2" 85 94 83 97 -
1" 73 90 78 100 100 - 1" 65 87 73 99 99 96 -
3/8" 54 89 61 95 97 95 - N°4 46 74 51 92 95 94 - N°10 42 69 42 88 91 92 - N°40 29 58 27 79 83 85 -
Granulometría
N°200 14 36 15 55 58 58 -
CBR CBR(%) 82,8 29,3 91 31,9 18,6 23,3 15
limite liquido 19 30 24 24 29 29 - limite
plástico 17 23 17 19 22 20 - Constantes
hídricas Índice
plasticidad 2 7 7 5 7 9 -
USCS GM SM-SC GM-GC CL-ML CL-ML CL - AASHTO A-1a A-4 A-2-4 A-4 A-4 A-4 -
Clasificación del tipo de
suelo IG 0 0 0 0 2 3 -
5.5.3 Estudio de las capas granulares
En esta parte se va a desarrollar el estudio de cada capa granular a partir de los datos de los ensayos. Los datos relevantes a analizar son los datos de granulometría, CBR, constantes hídricas y clasificación del suelo. Es importante también estudiarlos como un conjunto, porque solas, las características permiten conocer unas propiedades de la capa estudiada, pero no permite concluir sobre sus disposiciones generales.
5.5.3.1 Estudio de la base:
Para estudiar la base a partir de los datos de las 2 muestras, se ha hecho una tabla resumen, que muestra los valores relevantes de los ensayos. Además, presenta las recomendaciones del manual de carretera explicadas en el volumen 8 capitulo 8.101.1 “Especificaciones para subbase, bases y capas de rodaduras”, y presenta las conclusiones relevantes.
55
Tabla 9: Tabla de estudio de la capa de base estabilizada.
Característica analizada
Ensayo o clasificación
Valores muestra
(relativo al numero de la
muestra)
Recomendaciones Manual de
Carretera (MOP)
Cumple o no cumple
con el Manual de carretera
Conclusión
Granulometría general
Ver tabla global ensayos
La granulometría debe ajustarse a una
de las bandas granulométricas TM-
50b, TM-50c, TM-25
Cumplen Granulometría
% que pasa en tamiz N°200
1) 14 % 3) 15 %
Máx. fino: <15% que pasa en N°200
Cumplen a la limite
La capa de base tiene bastante mucho fino
CBR 1) 82,8% 3) 91% > 80% Cumplen
CBR aceptable pero no muy
bueno.
Índice plasticidad
1) 2% 3) 7%
Recomendación: <4% Nunca >6%
1) cumple 2) no cumple
Limite liquido 1) 19% 3) 24% < 25% Cumplen
Índices hídricos
Limite plástico 1) 17% 3) 17% < 19% Cumplen
Índices de plasticidad,
limites liquido y plástico todos
altos, especialmente la
muestra 3
USCS 1) GM 3) GM-GC
Una base debe ser de tipo GM, GC, W, SM, SP, GP, GW
Cumplen Clasificación de
suelo AASHTO 1) A-1a
2) A-2-4 A1b, A1a, A2-4, A2-
5, A2-6, A3
Cumplen con requisitos AASHTO
Suelo de tipo aceptable para
ser base
El estudio de las muestras de la capa de base granular permite hacer las hipótesis siguiente:
- La capa de base estabilizada tiene mucho fino para ser una base, lo que significa que la capa podría tener propensiones a la deformación. - El CBR no es tan malo pero esta todavía un poco bajo para ser una capa de base cuya composición se eligió. - El índice de plasticidad y el límite plástico, que muestran que tan deformable es el suelo, son altos. Entonces, eso muestra que el suelo es bastante deformable.
Entonces, el conjunto de datos que se tiene sobre la capa de base estabilizada podría permitir decir que la capa de base no es mala pero tiene una deformabilidad bastante importante. Parece ser un suelo que cumple con casi todos los requisitos para una base, sin embargo no es un suelo tan bueno como base dado su composición y su capacidad a deformarse.
56
5.5.3.2 Estudio de la subbase
Para estudiar la subbase se procede igual que para la base, con la muestra que se tiene. Se hace una tabla de estudio de los datos y se presenta las conclusiones.
Tabla 10: Tabla de estudio de la capa de subbase
Característica analizada
Ensayo o clasificación
Valores muestra
Recomendaciones Manual de
Carretera (MOP)
Cumple o no cumple
con el Manual de carretera
Conclusión
Granulometría general
Ver tabla global
ensayos
La granulometría debe ajustarse a una
de la banda granulométrica
TM-50a
No cumple Granulometría
% que pasa en tamiz N°200 36 % Máx. fino: <20% que
pasa en N°200 No cumple
La subbase tiene mucho fino, esta totalmente afuera
de la banda granulométrica
requerida.
CBR 29,3% > 40% No cumple CBR no aceptable, muy bajo
Índice plasticidad 7% <8% Cumple
Limite liquido 30% < 35% Cumple Índices hídricos
Limite plástico 23% < 27% Cumple
Índices de plasticidad, limites liquido y plástico todos muy altos
USCS SM-SC
Una base debe ser tipo: OL, CL, ML, SC, SM, SP, GM,
GC, W, SM, SP, GP
Cumple Clasificación de
suelo
AASHTO A-4 A-1b, A2, A2-5,
A2-6, A3, A4, A6, A7
Cumple con requisito
AASHTO
Suelo de tipo aceptable para ser
subbase
El estudio de la muestra de la capa de subbase granular permiten conjeturar lo siguiente: - La capa de subbase tiene mucho fino. Tiene más que lo que debería según
el manual de carretera. Además su granulometría esta bien arriba de la banda de especificación que debería cumplir. Lo que significa que es una capa muy fina que tiene alta propensiones a la deformación.
- El CBR es bajo para una subbase. Lo que indica la poca resistencia del la capa de subbase.
- El índices de plasticidad y el limite plástico es alto mostrando, que el suelo es muy plástico.
Entonces, el conjunto de datos que se tiene sobre la capa de subbase permite concluir que esta capa granular es muy deformable y poco resistente. No es apto como suelo de subbase. Por lo tanto, se puede decir que el suelo de esta muestra de subbase es malo y no tiene las propiedades suficientes para cumplir su función.
57
5.5.3.3 Estudio de la subrasante
Como el suelo de subrasante es un dato inicial del proyecto que no se puede cambiar (excepto en el caso especifico de mejoramiento de suelo), no existen requisitos en el Manuel de Carretera sobre este punto. Por esto el estudio de la subrasante se basara en las muestras existentes, y en el análisis simple y objetivo de sus resultados.
Tabla 11: Tabla de estudio de la capa de subrasante Característica
analizada Ensayo o clasificación Valores muestras Conclusión
Granulometría general Ver tabla global ensayos
Granulometría % que pasa en tamiz
N°200
4) 55% 5) 58% 6) 58%
Los suelos son muy finos. Además el % en la N°200 es
más de 2/3 del % en la N°40, lo que confirma el carácter muy
fino del suelo
CBR
4) 31,9% 5) 18,6% 6) 23,3% 7) 15,0%
CBR bajos, pero normales para suelos de subrasante
Índice plasticidad 4) 5% 5) 7% 6) 9%
Limite liquido 4) 24% 5) 29% 6) 29%
Índices hídricos
Limite plástico 4) 19% 5) 22% 6) 20%
Índices de plasticidad, límites liquido y plástico todos muy altos, especialmente para la
muestra 6) (IP=9)
USCS 4) CL-ML 5) CL-ML
6) CL Clasificación de suelo
AASHTO 4) A-4 5) A-4 6) A-4
Suelo de tipo aceptable para ser subrasante
El estudio de las muestras de la capa de subrasante permiten destacar los puntos siguientes:
- El CBR es de valor normal. No es bajo. No indica un suelo a priori muy malo.
- La granulometría muestra un suelo con mucho fino (58% en la N°200), lo que significa que el suelo es deformable.
- El índice de plasticidad y el límite plástico son altos, mostrando que el suelo es muy plástico.
Los datos que se tiene sobre el suelo de subrasante permiten concluir que como subrasante el suelo no es de lo mejor, lo que no quiere decir que es un suelo malo. Es un suelo regular con propensión a deformarse. Pero no se puede decir que el suelo es malo e inadaptado a la situación.
58
5.5.4 Conclusión sobre el estudio de las capas granulares
El estudio de las capas granulares y del suelo de fundación no permite concluir sobre la globalidad de la calidad del suelo de soporte, pero objetivamente y con los datos que se tiene, se puede emitir reservas sobre la calidad en algunos lugares y conjeturar lo siguiente para el tramo de estudio:
- La capa de base estabilizada observada no parece de calidad optima y tiene problema de deformabilidad. Pero tampoco es de mala calidad dado que cumple con casi todos los requisitos para una base.
- La capa de subbase no es de buena calidad. Sus propiedades muestran que tiene las características de un suelo deformable y poco resistente. Además no cumple con los requisitos. Por lo tanto este suelo de subbase se destaca como punto débil de la estructura de capas granulares.
- La subrasante es de calidad regular. Es un suelo un poco deformable y que en otro proyecto y otra condiciones podría haber sido mejorado.
Entonces el estudio de las capas granulares y del suelo de fundación, permite conjeturar de manera general, que la estructura debajo de la antigua superficie del pavimento y del recapado, presenta una propensión importante a la deformación. Lo que puede ser uno de los orígenes de los deterioros observados. Por lo tanto, se puede concluir también que si el suelo no es el origen mayor del deterioro, sus características muestran que es parte integrante de la debilitación general del pavimento. Entonces por esta razón, las capas granulares y el suelo de fundación son parte de las causas del deterioro.
59
5.6 Conclusiones Los resultados del análisis de las capas estructurales se presentan en la tabla resumen siguiente:
Tabla 12: Tabla resumen del análisis de las capas estructurales
Causa posible de fallo Observaciones Conclusión
Capa superficial La capa superficial presenta un estado de agrietamiento y de deterioro avanzado.
Ha contribuido a la progression del deterioro pero no es el factor
activador.
Tratamiento previo de la capa superficial
No se ha hecho todo para prevenir y retardar la transmisión de las grietas
existentes.
El no cumplimiento en este aspecto es factor de aparición
rápida de deterioro.
Capas granulares (base y subbase)
Las capas granulares, especialmente la subbase, son materiales bastante deformable
y no son de calidad optima.
Suelo de subrasante El suelo de subrasante tiene propensión a
deformarse pero no es un suelo muy malo oe inaceptable.
Cumplen parcialmente pero debilitan mucho la estructura.
Conclusión: La capa superficial en la cual se colocó el recapado estaba en un estado de agrietamiento y de deterioro avanzado. Las grietas observadas están al origen de varios de los deterioros de la calle, pero no son el factor activador del deterioro rápido. Es normal que la capa superficial esté en mal estado inicialmente, porque se trata de un proyecto de reparación y mantenimiento. Se recomienda usualmente tratar previamente este superficie con varios métodos expuestos en el Manual de Carreteras, destinados a prevenir y retardar la transmisión de grietas. Lamentablemente, esto se ha hecho solo de forma parcial, provocando así una aceleración de la transmisión del deterioro de la capa superficial a la capa de recapado. Esta falta de prevención, tuvo un role del deterioro rápido de la calle. Las capas granulares y el suelo de fundación tienen una parte de responsabilidad en el deterioro del pavimento. En consecuencia, originaron la debilitación de la estructura por sus deformabilidad. Se puede pensar que implicaron directamente varios deterioros de la calle, tipo hundimiento, pero los datos que se tienen sobre estas capas no permiten concluir sobre este punto. Sin embargo, las capas granulares y la subrasante no eran óptimas para soportar las solicitaciones de la calle.
60
6 Análisis de las otras causas posibles de fallo: diseño tránsito, drenaje
6.1 Metodología y alcances
Se trata en esta parte del trabajo de estudiar los otros posibles orígenes del deterioro con respecto a lo visto en el capitulo 3 “Investigación de fallo” y que son:
- El diseño del proyecto - El tránsito que solicita el pavimento - Las instalaciones de drenaje y el efecto del agua
Se busca revisar los aspectos relevantes de cada punto para ver si cumplen con los requisitos y recomendaciones del manual de carretera aplicables en este caso y si originaron el deterioro.
6.2 El diseño
6.2.1 Metodología y alcances Por diseño, se refiere principalmente en este estudio al diseño estructural. El objetivo general del estudio del diseño es ver si el diseño estructural era adecuado a la configuración del proyecto. Por eso se busca ver si los parámetros de entrada eran adaptados a la situación real y si la elección del espesor de mezcla colocada era buena. El método que se desarrolla en este análisis esta basada en el método de diseño del Manual de carreteras. Es la siguiente:
- Estudiar los parámetros de entradas que se ocuparon para el diseño estructural.
- Revisar el calculo del número estructural necesario del pavimento tanto para el tramo de estudio como para el caso de un nuevo pavimento.
- Calcular el número estructural real o efectivo del pavimento del tramo de estudio sin el recapado.
- Calcular el NE considerando el recarpeteo. - Calcular el espesor de recarpeteo y ver si la elección del espesor del
recapado existente cumple en el tramo de estudio.
Los cálculos y el método de revisión del diseño están basados en el párrafo 3.605.3 “Recarpeteo asfáltico sobre pavimento de hormigón” que corresponde exactamente al caso de estudio presente.
Se presenta a continuación el diagrama del método de estudio del diseño. Se define en el párrafo siguiente los parámetros introducidos.
Estudio de los parámetros de entrada:
EE, MR, Zr, So, Pi, Pf
Calculo de NE necesario
en varias configuraciones según EE y MR
Calculo de NE efectivo
del tramo de estudio
Calculo NE recarpeteo y
Espesor recarpeteo
Chequeo diseño y espesor colocada
Recolección de datos in situ:
Datos de monografías
61
( )
19,5
1
32,2)4,16(36,9
4,2581,97
40,0
5,110)4,25( 0
+
+=
−−
×××+= +−
NE
ppp
MRNEEEi
fiSZr
β
β
6.2.2 Calculo del los números estructurales del pavimento
6.2.2.1 Antecedentes
El método AASHTO de diseño estructural de pavimento es el método más utilizado en Chile en el calculo espesor de pavimento. Este correlaciona variables y parámetros de diseño con el comportamiento del pavimento a través de una formula que permite calcular el numero estructural necesario, dato fundamental del diseño. El número estructural necesario caracteriza el espesor que debe tener el pavimento para resistir a las solicitaciones de diseño dados los parámetros de suelo, serviciabilidad y nivel confianza de la situación estudiada. El numero estructural necesario se calcula con la formula siguiente presentada en el manual de carretera en el párrafo 3.604. Donde los parámetros tienen la significación siguiente:
Parámetro Unidad Descripción
EE Sin unidad Número de ejes equivalentes totales que solicitan el pavimento durante su vida útil de diseño, caracteriza la solicitación del tránsito.
NE mm Numero estructural necesario
MR MPa Modulo resiliente, caracteriza las propiedades del suelo de subrasante
Zr Sin unidad Coeficiente estadístico, representa el nivel de confianza del diseño y las incertidumbres
So Sin unidad Desviación normal del error combinado o desviación estándar
pi Sin unidad Índice de serviciabilidad inicial, caracteriza el nivel de servicio al inicio
pf Sin unidad Índice de serviciabilidad final, caracteriza el nivel de servicio al fin de la vida útil del pavimento
Una vez calculado el NE necesario, se calculara el numero estructural efectivo sin el recarpeteo, de la manera siguiente. NE efectivo = a1 x e1 + a2 x e2 x m2 + a3 x e3 x m3 ai = Coeficiente Estructural de la capa i ei = Espesor Compactado de la capa i mi = Coeficiente de Drenaje Interno de la capa i (Sólo capas granulares). Al fin, se calcula el numero estructural considerando el recarpeteo, y el espesor del recarpeteo necesario.
62
6.2.2.2 Datos del calculo del NE necesario
Los parámetros de entradas que se debe escoger son Zr, So, pi, pf. Los valores que se toma en el estudio son:
Tabla 13: Tabla de los valores de los parámetros de entrada en el calculo de NE necesario Parámetro Valor Observación
pi 4,2
pf 2
-Manual de carretera : Tabla 3.604.102.A “Índice de serviciabilidad”
R (%) 80
Zr -0,674
So 0,45
-Manual de carretera : Tabla 3.604.104.A “Nivel de confianza y valor de So”
-Manual diseño estructural pavimento SERVIU Párrafo 2.2.1.a : “Parámetros de diseños”
Justificación de los parámetros:
- Serviciabilidad: En el párrafo 3.604.102 del manual de carretera se recomienda los valores de pf y pi tal que la vida útil del pavimento sea mayor. También son los valores recomendados por el método AASHTO.
Pi= 4,2 y Pf= 2
- Confiabilidad: El método AASHTO y el manual de carretera (párrafo 3.604.104) definen un parámetro de control del diseño como medida de la garantía del proceso. Es la probabilidad que el firme proyectado aguante el trafico previsto. La confiabilidad debe ser mayor cuanto mas importante sea la carretera y mayor el volumen de trafico. En el caso presente, el manual de diseño estructural de pavimento del SERVIU metropolitano recomienda R=75% para vías troncales y R=80% para vías metropolitanas. La calle que se estudia ahí es de categoría “Express” con respecto a lo explicado en el plan regulador comunal de Conchali, lo que corresponde a un nivel entre vía metropolitana y troncal, pero se considerara el valor del vía metropolitana. Entonces se tomara con respecto al manual de diseño estructural de pavimento del SERVIU y al manual de carretera (3.604.104):
R = 80% Zr = -0,841 So = 0,45
Otros parámetros de diseños variables:
- tránsito : Como no se conoce con certeza el tránsito en el tramo de estudio, se tomara 3 valores de 11 millones de EE, 15 millones de EE y 20 millones de EE ubicadas en el rango de las recomendaciones del manual de diseño estructural de pavimento del Serviu (párrafo 2.2.1.a) que son:
Vía metropolitana: 20 000 000 EE Vía troncal: 11 000 000 EE
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Modulo resiliente: Como no se conoce con certeza el modulo resiliente del suelo en el tramo de estudio, se tomará 4 valores de MR adecuadas a los CBR de las muestras de suelo de subrasante tomadas durante la ejecución de la obra de repavimentación. Se aplicaran las formulas del método AASHTO y del manual de carretera ( 3.604.105(1) ) y las del manual de diseño estructural de pavimento del SERVIU metropolitano (2.2.1.b) para calcular el orden de magnitud de MR. Las formulas que se utilizan están presentadas en anexo 4 “Formulas de calculo del Modulo Resiliente MR, según AAHTO, el manual de carretera y el manual de diseño estructural de pavimento del Serviu metropolitano”.
Tabla 14: Tabla de los valores de MR con respecto al CBR según los métodos AASHTO/Manual de carretera y el Manual de diseño estructural de pavimento Serviu. CBR (%) 10 15 20 25 30
AASHTO/Manual carretera 77 100 114 130 143 MR
(MPa) Manual diseño Serviu 45 57 88 95 102
Entonces, se tomara para el estudio los valores de MR siguiente: MR = 50 MPa MR = 100 MPa MR = 125 MPa
MR = 150 MPa
6.2.2.3 Calculo del número estructural necesario en varias configuraciones
Ahora que se conocen los parámetros escogidos y los parámetros variables, se aplica la formula en las diferentes configuraciones de tránsito (EE) y de suelo (MR) para conocer el NE necesario.
Tabla 15: Tabla del NE necesario en diferentes configuraciones de tránsito y MR, NE necesario se exprima en mm
NE necesario (mm) Ejes equivalentes
11 000 000 EE (Vía troncal)
15 000 000 EE 20 000 000 EE (Vía metropolitana)
50 MPa 177 183 190
100 MPa 162 168 175
125 MPa 158 164 170
Modulo Resiliente
150 MPa 154 160 166
64
6.2.2.4 Calculo del numero estructural efectivo del pavimento del tramo de estudio
Este número estructural se calcula a partir de la formula: NE efectivo= ? ei.ai.mi. Donde: ei: espesor (mm) ai: coeficiente estructural (sin unidad) mi: coeficiente de drenaje (sin unidad) Elección de los valores de los coeficientes:
- ei: Se conocen los espesores de cada capa gracias a las monografías presentadas en el capitulo 5.
- mi: Con respecto al manual de diseño estructural de pavimento de SERVIU, este
coeficiente de drenaje debe estar tomado igual a 1 en zonas urbanas normales y 0,9 en zonas con problemas aparentes de evacuación de agua. En el caso presente se tomará 0,9. Se justificara en el párrafo 6.4 las insuficiencias del drenaje.
mi = 0,9
- ai: es el coeficiente estructural de la capa i. Caracteriza las propiedades de la capa. Esta dado por la tabla 3.605.303.A. “Factor de conversión para transformar el espesor del pavimento existente a espesor efectivo” del manual de carretera. Se multiplica este coeficiente por el espesor de la capa para obtener el espesor efectivo. Es un coeficiente difícil a determinar con precisión dado la heterogeneidad del estado de la capa de hormigón superficial. Por esa razón se tomara en el estudio 2 casos. El caso del hormigón en mal estado y el caso del hormigón en estado de deterioro promedio.
ai = 0,5 : hormigón en mal estado ai = 0,7 : hormigón en estado de deterioro promedio Nota: se estudiará también las 2 configuraciones de pavimento presentes en el tramo de estudio. La situación 1 con 15 cm de hormigón, y la situación 2 con 10 cm de hormigón. A continuación se presenta los resultados de los cálculos del NE efectivo.
Tabla 16: Tabla del NE efectivo según el estado del hormigón del pavimento inicial (con mi=0,9)
NE efectivo (mm) ai, coeficiente estructural del hormigón, caracteriza el estado del hormigón
Hormigón en mal estado, ai = 0,5
Hormigón en estado de deterioro promedio,
ai = 0,7 Situación 1
con 15cm de hormigón 130 157
Situación 2 con 10cm de hormigón 108 126
65
6.2.2.5 Calculo del espesor de recarpeteo. A partir de los calculo de NE necesario y NE efectivo, se puede deducir el NE recapado. Y así deducir el espesor del recarpeteo necesario para soportar las solicitaciones en las condiciones dadas. Para lograr eso, se aplican las formulas del párrafo 3.605.3 del manual de carretera:
NE recapado = NE necesario - NE efectivo
e recapado = NE recapado / a recapado
con a recapado = 0,4 Se presenta a continuación los resultados del espesor del recarpeteo necesario en las diferentes condiciones de tránsito y de suelo, y en las diferentes situaciones presentes en el tramo de estudio que son:
- Capa de 15 cm de hormigón en mal estado - Capa de 15 cm de hormigón en estado de deterioro promedio - Capa de 10 cm de hormigón en mal estado - Capa de 10 cm de hormigón en estado de deterioro promedio
6.2.2.5.1 Resultados del calculo del espesor del recarpeteo en las situaciones con 15 cm de hormigón.
Se presenta en las tablas siguientes el valor de los espesor de recarpeteo en las varias configuraciones de tránsito y suelo para la situación de 15 cm de hormigón en mal estado y después para 15 cm de hormigón en estado de deterioro promedio. Tabla 17: Espesor del recarpeteo asfáltico necesario en varias configuraciones de tránsito y
suelo para la situación con 15cm de hormigón con deterioro importante .
Espesor del recarpeteo (cm) Ejes equivalentes Situación 1 y hormigón
deteriorado: ai= 0,5 11 000 000 EE
(Vía troncal) 15 000 000 EE 20 000 000 EE
(Vía metropolitana)
50 MPa 12 13 15
100 MPa 8 10 11
125 MPa 7 9 10
Modulo Resiliente
150 MPa 6 8 9
Observaciones:
- Se observa que todos los espesores son mayores que 5 cm, que es el espesor que se estableció realmente en el proyecto.
- Se observa también que el espesor mínimo que se obtiene en la configuración de menor solicitación y con mejor suelo es de 6 cm de recarpeteo.
- El máximo observado en los lugares de suelo regular ( MR> 125 MPa ) es de 10 cm de recarpeteo necesario sea 2 veces mas que lo colocado.
- Por un tránsito importante de 20 000 000 EE, para todos los tipos de suelos, el espesor de recapado necesario varia a partir de 9cm hasta 15cm en zona muy localizada con suelo muy malo. Lo que son valores muchos mayor a lo colocado.
66
Tabla 18: Espesor del recarpeteo asfáltico necesario en varias configuraciones de tránsito y suelo para la situación con 15cm de hormigón con deterioro promedio.
Espesor del recarpeteo (cm) Ejes equivalentes
Situación 1y hormigón con deterioro promedio : ai= 0,7
11 000 000 EE (Vía troncal)
15 000 000 EE 20 000 000 EE (Vía metropolitana)
50 MPa 5 6 8
100 MPa 1 3 4
125 MPa 0 2 3
Modulo Resiliente
150 MPa 0 1 2
Observaciones:
- Se observa que en casi todos los casos, los espesores de recarpeteo necesario son menores que 5 cm.
- El mínimo observado es de 0cm , lo que significa que el recapado no es estructural en este caso dado que la estructura presente ya resiste a las solicitaciones.
- Se observa que para zonas muy localizadas con suelo muy poco resistente (MR=50 MPa), el espesor necesario es mayor que 5cm.
- El máximo observado en el caso del tránsito mayor ( 20 000 000 EE) para suelo regular a malo ( MR > 100 MPa ) es de 4cm. Lo que significa que en zona de hormigón con deterioro promedio, la estructura con un recarpeteo de 5cm resista teóricamente a las solicitaciones máximas.
Conclusión sobre la situación con 15cm de hormigón: El análisis de esta situación que es la mas común en el tramo de estudio muestra lo siguiente:
- En las condiciones menos desfavorable de estado del hormigón y con suelo regular a malo, el diseño estructural es adecuado para todas las solicitaciones de tránsito. Los 5 cm de recarpeteo bastan.
- En condiciones de estado deteriorado del hormigón, el espesor de recarpeteo colocado
en terreno no es suficiente para soportar las solicitaciones, dado que en todas las configuraciones de tránsito y suelo, el espesor necesario es mayor que los 5 cm colocados.
- En casos de zonas con suelo muy malo localmente ( MR = 50Mpa ), los 5 cm de
recarpeteo no son suficiente en ningún caso, para ninguna solicitación de tránsito.
67
6.2.2.5.2 Resultados del calculo del espesor del recarpeteo en las situaciones con 10 cm de recarpeteo.
En las tablas siguientes, se presenta el valor del espesor de recarpeteo necesario en las varias configuraciones de tránsito y suelo para la situación de 10 cm de hormigón en mal estado y después para 10 cm de hormigón en estado de deterioro promedio. Tabla 19: Espesor del recarpeteo asfáltico necesario en varias configuraciones de tránsito y
suelo para la situación con 10cm de hormigón con deterioro importante .
Espesor del recarpeteo (cm) Ejes equivalentes Situación 2 y hormigón
deteriorado : ai= 0,5 11 000 000 EE
(Vía troncal) 15 000 000 EE 20 000 000 EE
(Vía metropolitana)
50 MPa 17 19 21
100 MPa 14 15 16
125 MPa 13 14 15
Modulo Resiliente
150 MPa 12 13 14
Observaciones:
- Se observa que en todos los casos, los espesores de recarpeteo necesario son mayores que 10 cm que es el espesor colocado en terreno.
- Para suelo regular (MR>100MPa) el mínimo y máximo observados son 12cm y 16cm lo que sobrepasa los 10cm colocados.
- Para suelos de bajo MR, el mínimo es de 17cm y el máximo de 21cm. Tabla 20: Espesor del recarpeteo asfáltico necesario en varias configuraciones de tránsito y
suelo para la situación con 10cm de hormigón con deterioro promedio .
Espesor del recarpeteo (cm) Ejes equivalentes Situación 2 y hormigón con deterioro promedio : ai= 0,7
11 000 000 EE (Vía troncal)
15 000 000 EE 20 000 000 EE (Vía metropolitana)
50 MPa 13 14 16
100 MPa 9 11 12
125 MPa 8 10 11
Modulo Resiliente
150 MPa 7 9 10
Observaciones:
- En el caso de tránsito de 11 000 000 EE, para todos los suelos regulares (MR>100MPa) se obtiene un espesor necesario de menos que 10cm.
- En el caso de 15 000 000, se observa que el valor esta en el limite aceptable dado que el espesor necesario varia entre 9cm y 11cm.
- En los casos con tránsito de 20 000 000 EE, se obtiene 10cm con un suelo bueno de 150MPa, pero mas que 10cm si MR<150 MPa, lo que son casos frecuentes.
68
6.2.3 Conclusiones
Los cálculos de espesores de recapado necesarios para soportar varias configuraciones de tránsito, suelos y nivel de deterioro permiten concluir con respecto al diseño estructural del proyecto. Así en las diferentes configuraciones se puede ver que el recapado colocado en realidad cumple con lo que se calculó para soportar las solicitaciones. El resumen de los resultados se presenta en la tabla siguiente.
Tabla 21: Tabla de los resultados del análisis del diseño estructural
Situación 1: 15 cm de hormigón Recarpeteo colocado = 5cm
Situación 2: 10 cm de hormigón Recarpeteo colocado = 10cm
Suelo Regular Cumple Cumple excepto si tránsito = 20 000 000 EE
Suelo localmente muy malo No cumple No cumple
Hormigón deteriorado No cumple No cumple
- Se ve entonces que en la configuración “clásica” (15cm de hormigón con recapado de 5cm) presente en mayoría del tramo de estudio, el diseño estructural cumple. - En la configuración con 10cm de hormigón y 10cm de recapado, se nota que el diseño cumple, pero si el tránsito es demasiado importante ya no esta adaptado. Por eso se puede concluir que el diseño no es adecuado con la vida útil de diseño del pavimento en esta configuración. Hay que notar también que esta configuración se encuentra en las zonas de paradero de buses y en otra zona de estrechamiento de la calzada donde las solicitaciones son mas importantes. Lo que confirma esta conclusión, de un diseño estructural no adecuado, es el deterioro prematuro observado. - En las zonas donde el hormigón estaba deteriorado o donde no se adpotaron las recomendaciones del Manual de Carreteras con respecto a agrietamientos importantes, se observa que el diseño estructural no permite soportar el tránsito y permitir una vida útil normal. Por eso, en esas situaciones, el diseño estructural y el espesor colocado no cumplen. - En las zonas que pueden presentar suelo localmente muy fino y malo, el diseño tampoco cumple, dado que el espesor necesario de recapado debería ser por lo menos dos veces mayor a lo colocado. - Hay que notar también que en realidad no se puso un recapado de 5cm o 10cm en todo el ancho de la calzada. En efecto, dado la altura que logra el pavimento con respecto a la solera y dado la necesaria pendiente para el escurrimiento del agua hacia la solera, se tomo la decisión en los lugares complicados, poner solamente 4 cm o 9cm a partir de 1 metro de la solera. Entonces, se puede concluir que el pavimento es menos resistente en estas zonas de borde y así la vida útil del pavimento se reduce. - Hay que notar también que inicialmente en el proyecto, el espesor de recapado era de 7cm. Con las aclaraciones al contrato N°6 y N°10, se redujo el espesor a 5cm. El espesor de 7cm era mas adecuado a la configuración de varias zonas del tramo de estudio y también mas adecuado para cumplir con la vida útil de 20 anos o 20 000 000 EE que se fija en el Manual de Carreteras para las vías como la que se estudia.
69
6.3 El tránsito
6.3.1 Alcances En esta parte del estudio se aborda el análisis del tránsito solicitante que representa las solicitaciones de carga del pavimento y que también puede una causa del deterioro. Se busca ver las relaciones y los enlaces entre el tránsito real, el diseño del proyecto (geométrico y estructural), los daños que provoca el tránsito y el deterioro del pavimento. Se estudiaran entonces 2 aspectos:
- La influencia del tránsito y el diseño geométrico sobre el deterioro - El potencial de daño del tránsito
El objetivo es saber si el tránsito estuvo tomado en cuenta de manera adecuada en el estudio del proyecto y si puede ser una causa del deterioro prematuro del pavimento.
6.3.2 Antecedentes del tránsito El tránsito es una variable fundamental en los procedimientos de diseño de pavimentos. Para caracterizarlo se deben considerar los siguientes datos: - Volumen y composición (TMDA). - Peso (estratigrafía de pesos por eje). - Crecimiento (tasas de crecimiento vehicular) A continuación se presentan algunas características del tránsito en la calle:
- Estratigrafía del tránsito: hay que notar que los vehículos que ocupan en mayoría la avenida son: vehículos livianos, buses urbanos e interurbanos, algunos camiones de pequeño tamaño. Casi no hay camiones pesados que transiten por el sector. Los vehículos con mas tránsito y con mayor peso son los buses troncales doble. - Importancia de la calle: La calle es una vía muy frecuentada que representa el eje de desarrollo y de comunicación fundamental de toda la zona urbana. La evolución y el crecimiento rápido de la ciudad en esa área se ha hecho a partir de ella. Los últimos años, se abrieron varios supermercados de gran tamaño (Líder...) y se construyeron numerosos condominios y edificios altos habitacionales en la misma avenida y alrededores. Esas observaciones de naturaleza urbanísticas, permiten pensar que el crecimiento urbano de la zona y de esta manera el crecimiento del tránsito que lo acompañó han sido muy fuerte. - No se conoce con precisión el TMDA del tramo de estudio pero se lo estima en 4000 vehículos por día en promedio anual teniendo como base la comparación con avenidas similares de la zona o del centro. Se puede notar también que la observación visual del tránsito permite estimar un tránsito más importante que lo que la calle parece poder aceptar, especialmente en términos de tránsito de buses. Por lo tanto, como no se tiene datos precisos de TMDA, no se podrá concluir sobre la aspectos relativos a la cantidad de tránsito solicitante. Solo se puede emitir la hipótesis de que el tránsito real es mas importante que lo previsto al momento del proyecto. La hipótesis del tránsito demasiado importante con respecto a lo previsto concuerda con las observaciones de grietas por fatiga tipo “piel de cocodrilo” típico de un sobre tránsito, especialmente en la zona de semáforo.
70
6.3.3 Influencia del tránsito y del diseño geométrico sobre el deterioro
6.3.3.1 Estrechamientos de la calzada
El estudio en terreno del tramo de estudio permite hacer una primera observación relevante con respecto al tránsito y el diseño geométrico de la calle. En efecto, se observa que en 3 lugares, la calzada se estrecha. En la zona de la área verde en el viraje, en donde se pasa de 2 pistas a 1 pista, y la zona entre el supermercado y el semáforo (ver capitulo 3, descripción del tramo de estudio). A continuación se describe precisamente el fenómeno que se observa para una zona representativa. - Zona de la área verde en la curva: en esta zona, la calzada se estrecha justo al momento del viraje después de una línea recta. Se produce un estrechamiento y todos los vehículos pasan en la misma trayectoria: en el medio de la calzada. Además, van girando con velocidad en este estrecho, lo que aumenta los esfuerzos y las tensiones que debe soportar el pavimento. Se observa en este lugar, una zona de bache profundo de 3 m de largo.
Imagen: zona del estrechamiento, se observa la zona de bache ubicada al medio de la
calzada donde pasa la trayectoria de todos los vehículos De la misma manera se produce en las otras zonas (zona donde se pasa de 2 pistas a 1, y zona entre el paradero y el semáforo) el mismo fenómeno de estrechamiento que obliga a los vehículos a tener todos la misma trayectoria. Lo que va dañando el pavimento más y siempre en el mismo lugar. En efecto, a mayor numero de repetición, se produce mayor deterioro. De hecho, se observa en esas zonas deterioros tipo “baches profundos” y a veces deformaciones y grietas por fatiga.
Trayectoria carril externo
Trayectoria carril interno
Estrechamiento, los vehículos pasan
todos al mismo lugar
71
6.3.3.2 Zona de mayor solicitación
El segundo fenómeno que se observa con respecto al tránsito, el diseño geométrico y el deterioro de la calle es la existencia de zonas con mayor solicitación de tránsito que corresponden a las zonas de aceleraciones, desaceleración y parada que son:
- Las zonas de paraderos de buses - La zona del semáforo
En efecto, se observa que en esas zonas, los deterioros del pavimento son mucho más importantes que en otras partes. Hay que notar que en cada zona de paradero se encuentran baches profundos, y que en la zona de semáforo, se encuentran grietas por fatiga de severidad alta. Además el punto interesante es que en cada una de esas zonas, se puede observar exactamente la correlación directa entre las solicitaciones del tránsito y el deterioro. El ejemplo representativo es el ejemplo de uno de los paraderos.
Existe entonces una correlación directa entre el tránsito y los deterioros en esas zonas especificas. Por eso se puede concluir que en esas zonas, el tránsito y las solicitaciones demasiado importantes provocaron el deterioro.
Vista general de la zona de paradero, delimitada por
la señaletica amarilla en el suelo
Detalle del lugar preciso donde se detienen las micros, se observa que las ruedas se paran siempre en el mismo
lugar donde ahora existe un bache.
Vista de la zona de paradero : se observa los lugares donde las ruedas de los buses troncales se detienen. En cada lugar hay deterioros (foto
del 14/04/2008, ahora empeoraron)
Detalle de una de las zonas donde las
ruedas se detienen. Se observa una deformación importante
72
6.3.4 Agresividad y aspecto dañino del tránsito
Cada vehiculo daña el pavimento de manera diferente. Se busca en este punto del estudio caracterizar los vehículos relevantes en el tramo de estudio para calcular sus factores destructivos y comparar con lo previamente visto.
6.3.4.1 Tipos de vehículos Los vehículos mas relevante del punto de vista del daño que pueden provocar y del numero que circulan en el tramo de estudio son los buses urbanos, especialmente los buses articulados troncales. En efecto, las líneas 201 y 202 recorren toda la avenida desde su inicio hasta su fin con una frecuencia alta aproximadamente de un promedio de 1 cada 2 minutos (202 y 201 juntas) con punta a 2 por minutos en las horas de punta. Los buses que se ocupan son los siguiente:
Imagen : esquema de los buses simples y dobles articulados que recorren la avenida con la repartición de los pesos y cargas por eje (fuente : fichas técnicas del fabricante de los buses
utilizados) Los buses que circulaban antes del Transantiago eran del tipo simple y los buses que circulan ahora además de los buses simples son buses doble articulados. Los buses articulados doble se agregaron masivamente al proyecto Transantiago. Entonces, los buses que conviene estudiar son los buses articulado porque son más pesados y entonces tienen mas impacto en el pavimento.
Las características de estos buses son las siguientes: - Tipo: Bus articulado doble - Marca: Caio Mondego - Largo: 18,5m - Capacidad: 160 pasajeros - Tipo de ejes de ruedas: 1 eje simple adelante, 2 simples rueda doble atrás
Con respecto a la ficha técnica de este tipo de bus del fabricante, se pudo establecer el esquema de repartición de peso y de las cargas por eje presentado en el esquema arriba. Se debe notar también que los buses dobles articulados tienen un sistema que pone el bus al nivel de la solera para que baje la gente, girando y bajando el lado derecho del bus.
7 ton 11 ton
11 ton 7 ton 13 ton
73
6.3.4.2 Calculo de los factores de deterioro Se puede medir la intensidad del daño que provoca el vehiculo de varias manera:
- con el factor de equivalencia, fec: también llamado factor destructivo, es un factor introducido por el método AASHTO que esta ocupado y explicado en detalle en el Manual de Carreteras (párrafo 3.603.202(2) : “factor de equivalencia” ). Caracteriza la perdida de serviciabilidad de un eje dado con respecto a un eje patrón de 80kN. Su formula dada en el método AASHTO es:
fec = (Peso eje / Peso eje patrón )^4,1
- con el coeficiente de Agresividad y daño, F: es un coeficiente introducido por el LCPC (Laboratoire Central des Ponts et Chaussées) que calcula el daño por fatiga que el tránsito genera al pavimento en función del tipo de ejes y del tipo de estructura de pavimento y con respecto a un eje patrón de 130kN. La formula es:
con K: coeficiente del tipo de eje Pi: peso del eje a : coeficiente de estructura K y a están dado por la tabla siguiente:
K a Eje simple Eje doble Eje triple
Flexible 5 1 0,75 1,1 Rígido 12 1 12 113
Se calcula para diferentes pesos relevante del estudio (7 ton, 11ton, 13 ton y 14 ton para simular la sobrecarga) los 2 factores mediando el daño al pavimento por el tránsito. Los resultados están presentados en la tabla siguiente:
Tabla 22: Tabla de los factores de deterioro con el método AASTO y LCPC
Manual carretera / AASHTO LCPC
Peso del eje (ton) fec
Ratio con respecto al
daño del eje de 7 ton
Ratio con respecto al
daño del eje de 11 ton
F
Ratio con respecto al
daño del eje de 7 ton
Ratio con respecto al
daño del eje de 11 ton
7 0,5 - - 0,05 - - 11 3,4 6 - 0,33 7 - 13 6,7 13 2 0,75 17 2
14 9,1 17 3 1,09 24 3,5 Nota: las columnas “Ratio con respecto al daño del eje de x ton” se leen de la manera siguiente: por ejemplo el eje de 13 ton daña 2 veces mas el pavimento que el eje de 11 ton; o el eje de 13 ton daña 17 veces mas que el eje de 7 ton según LCPC.
74
6.3.4.3 Análisis de los resultados - Se observa primero que los daños aumentan muy rápidamente con el peso del eje. Se observa también que los 2 métodos de calculo del daño, dan ordenes de grandor parecidos, lo que deja pensar que representan bien el fenómeno que ocurre. - Otra observación relevante es que los buses dobles articulados con sus ejes de 13 ton dañan 2 veces mas el pavimento que los buses simples antiguos y actual con sus ejes de 11 ton. Esta observación se verifica con los 2 métodos de calculo. - Se observa también que una simple sobre carga del bus articulado de 12 a 15 personas ( ˜ 1 ton), que pasa con mucha frecuencia en estas líneas de buses, provoca un daño 3 veces mayor que los buses simples. En efecto, el eje de 14 ton daña 3 a 3,5 veces mas que el eje de 11 ton. - Se constata también que el sistema que permite la bajada de la gente al nivel de la solera provoca una transferencia de la carga del bus al lado derecho. Esto implica una sobre carga suplementaria en el pavimento y en los paraderos. - La revisión de la distancia entre los ejes de los buses muestra unas situaciones interesantes. En efecto, los buses simples tienen un espacio de 6 m entre ejes, y los buses articulados un espacio de 5m en los ejes delanteros de 7ton y 11ton. Ahora bien, los trabajos del LCPC en este tema muestran que los ejes separados con menos espacios dañan mas los pavimentos debido al corto tiempo entre las aplicaciones de cargas repetidas y el menor tiempo de descanso para los materiales. Entonces, esta característica de los buses articulados tiende también a aumentar el daño que provocan.
6.3.5 Conclusiones El estudio del tránsito permite formular las hipótesis siguientes: - Sobre el tránsito en si mismo, se observó un problema en la evaluación del tipo de vehículo y la cantidad de vehículos relevante que transitan en la calle. Especialmente, no se consideró de manera adecuada en el proyecto la presencia importante de buses troncales articulados. - La solicitación aplicada al pavimento es más importante que lo previsto dado que los nuevos buses dañan 2 a 3 veces mas los antiguos buses. El pavimento esta en una situación de solicitación muy alta y no adecuada con lo previsto en el proyecto. - El estudio mostró también que el trazado y la configuración geométrica del tramo de estudio ( zonas de estrechamiento y diseño funcional de los paraderos) no permiten una buena repartición de las cargas. La no toma en cuenta de estas consideraciones de repartición de cargas en el diseño inicial del proyecto, implica que existe ahora zonas con mayores solicitaciones. Además el hecho que todas estas zonas presenten deterioros importantes aporta la prueba de la correlación entre el trazado, la configuración geométrica de la calle, el tránsito y el deterioro. - Entonces, se puede, de manera general emitir el hipótesis que, el tránsito estuvo mal evaluado en la concepción del proyecto. Así, las solicitaciones demasiado importantes y muy canalizadas provocaron el inicio de la falla. Luego, aceleraron el desarrollo del deterioro, resultando una reducción de la vida útil del pavimento. Por lo tanto, el tránsito seria una de las causas que esta en el orígen del deterioro.
75
6.4 El drenaje
6.4.1 Antecedentes de drenaje y efecto del agua En esta parte se aborda el estudio del drenaje considerando el proyecto y sus posibles influencias en el origen de la falla, respecto a lo visto en el capitulo 3: el agua y el sistema de drenaje. En efecto, el sistema de drenaje de un proyecto de pavimentación es fundamental dado el efecto destructor que tiene el agua en el pavimento. En el Manual de Carreteras (3.602.2), se explica que el agua se encuentra de 3 formas en el suelo y en los pavimentos: agua absorbida, capilar y gravitacional que van provocando varios efectos que originan deterioros:
- Cambios de volumen de las capas, especialmente en los suelos fino que están presentes en el tramo de estudio
- Cambios de cohesión. - Alteración de la estabilidad mecánica. - Cambio de las presiones efectivas.
Mientras mas finos son los suelos y las capas y más altos son índices de plasticidad (IP), mayor es el efecto destructor del agua en el pavimento. Es el caso en el tramo de estudio. Por eso el sistema de drenaje es tan importante. Tiene como objetivo evacuar el agua lo más rápido posible, tratando influir lo menos posible en las propiedades mecánicas de las capas estructurales. Los sistemas de drenaje clásicos son de 3 tipos que se detallan a continuación ( Manual de Carretera 3.603.206). Hay que notar que existen diferencias en zona urbanas, pero la filosofía de los sistema es la misma.
- Drenaje geométrico : se utiliza pendientes, soleras y varios método de diseño geométrico para evacuar el agua superficial.
- Drenaje con drenes: se dispone sudrenes abajo del pavimento que colectan el agua.
- Drenaje con ductos: se construye una red de tubos de alcantarilla para colectar el agua. Puede ser superficial o profundo; longitudinal o transversal.
A continuación se presenta el sistema de drenaje existente en el proyecto estudiado.
6.4.2 Sistema de drenaje existente El sistema de drenaje utilizado en la calle de estudio esta compuesto por:
- un sistema de drenaje geométrico - un sistema de recolección del agua
Sistema de drenaje del proyecto
Geométrico -Pendiente -Soleras
Recolección y evacuación del agua
-Sumidero -Alcantarillado
76
6.4.2.1 Sistema de drenaje geométrico
Se ocupa en el tramo de estudio 2 tipos de configuración con respecto a los pendientes de evacuación de agua:
Configuración de pendiente 1: el agua se evacua por la pendiente en cada lado de la calzada
y termina recolectada por las soleras
Configuración de pendiente 2 : las pistas son separadas, cada calzada tiene su pendiente independiente. El agua esta recolectada por las soleras en cada lado.
En el tramo de estudio, las pendientes de las calzadas no están muy fuerte. Dado el espesor del pavimento, con respecto a la solera, no se podía seguir subiendo la altura del pavimento. La solución teórica que se eligió, es de hacer una pendiente mas fuerte 1 m antes de la solera con la capa de recapado. El agua se evacua por fin en la cuneta formada por el pendiente y la solera.
Figura: Esquema descriptivo del sistema de drenaje geométrico en el tramo de estudio.
6.4.2.2 Sistema de recolección y evacuación de agua
El sistema de recolección y evacuación de agua esta compuesto por:
- Sumideros : 57 en el total del proyecto. No están ubicados con regularidad. En los tramos entre Dorsal y Santa Maria, hay sumideros en cada cuadra, sea cada 100m mas o menos. Están bien ubicados en las zonas de intersección donde llega el agua. Por el contrario en los tramo “antiguos” entre Vespucio y Dorsal, están dispuesto de manera aleatoria cada 500m, 800m o 1100m. Lo que significa que hay tramos muy largos sin sumideros (hasta 1100m). El tramo de estudio esta ubicado al medio de estos 1100m sin sumideros, así que no tiene sumidero. - Cámaras de alcantarillada: Están bien repartidas. Excepto en 2 tramos incluyendo el tramo de estudio donde hay pocas.
Vereda Solera Eje de la calzada
Pendiente 0,05% Pendiente 2%
˜ 1m
77
6.4.2.3 Plano de levantamiento de los elementos de drenaje en el tramo de estudio
Se hizo el levantamiento de los elementos de drenaje en el tramo de estudio como las soleras, las cámaras y los varios estados de estos elementos
Plano 5: Plano de descripción de los elementos de drenaje del tramo de estudio
6.4.3 Observaciones del funcionamiento del drenaje Durante el periodo de desarrollo del trabajo de estudio, se pudo observar varias veces el tramo de estudio bajo lluvia. Así se pudo comprobar el comportamiento del sistema de drenaje en el tramo de estudio. Se encuentra en anexo 5“ Observación del sistema de drenaje en situación de solicitación, tramo de estudio, el 24 abril 2008” el registro fotográfico que presenta varias situaciones relevantes. Este anexo permite entender como se comporta el sistema de drenaje bajo lluvia. Las observaciones hechas están ilustradas fotográficamente en el mismo anexo y son las siguientes: - Se observa primero que el estado de las soleras, en una gran parte del tramo de estudio no permite el buen funcionamiento del sistema de drenaje geométrico. En efecto se encontró soleras destruidas o sin juntas que dejan pasar el agua. Se encontró también veredas
Cámaras alcantarilada Limites tramo de estudio Pendiente agua lluvia Zona sin solera Solera destruida
Simbología
78
rotas. Y además se observó zonas sin soleras. Entonces por esas razones, las soleras no cumplen con su objetivo, que es canalizar el agua que se queda entre la calzada y la vereda. - La segunda observación relevante que se ha hecho, es que el sistema de recolección y evacuación del agua, no soportaba el flujo de agua a evacuar. Las pocas cámaras que se encontraban llenas, y la inexistencia de sumideros no permiten lograr una evacuación rápida y eficiente del agua, lo que conforme al manual de carretera debe ser el principal objetivo del drenaje. Además, se observó que las cámaras estaban todas en el mismo lugar y que el sistema de evacuación por la soleras no llevaba el agua en estas. - Se observo también que en las zonas con soleras, las pendientes transversal no son adecuadas y no favorecen una buena evacuación, aunque el sistema de solera forme efectivamente un canal eficiente. - Otra observación relevante es la acumulación de agua en los baches existentes. Dado la profundidad de los baches (hasta 15 cm) , el agua se queda en ellos formando pozos. Se disipa así en el suelo bajo los baches, aumentando el deterioro ya existente. De la misma forma se observó en las grietas existentes el fenómeno de “pumping”. Los vehículos pasan en las grietas llenas y empujan el agua. Como el agua es incompresible, presiona la capa de asfalto y hormigón para escapar, dañando severamente el pavimento. Así van desarrollándose de manera acelerada los deterioros ya presente en tiempo de lluvia. - Por fin, el manual de carretera clasifica la calidad del sistema de drenaje en función del tiempo que se queda el agua en el pavimento después de unas lluvia. La tabla del párrafo 3.604.106 indica que un sistema de drenaje es “regular” si se demora una semana y “malo” si se demora 1 mes. Ahora bien, se ha observado en el tramo es que el agua se quedó alrededor de una semana a un poco mas en algunas partes. Entonces, se puede concluir que el sistema de drenaje puede ser calificado de “regular” en un tercio del tramo de estudio, y entre “regular” y “malo” en el otro tercio donde no hay solera y donde las solera y vereda están destruidas.
6.4.4 Conclusión sobre el agua y el drenaje
Con respecto a los elementos de drenaje se puede concluir lo siguiente:
Tabla 23: Tabla resumen de los resultados del análisis del sistema de drenaje
Tipo de sistema de drenaje Elemento del sistema Conclusión
Soleras No cumplen donde están destruidas y donde no existen Sistema diseño geométrico
Pendiente Cumple pero no favorece la evacuación
Cámaras alcantarillada Cumplen Sistema de recolección y evacuación
Sumideros No cumplen
Con respecto al efecto del agua y el drenaje en general, se puede concluir que el sistema no es lo mas eficiente ni lo mas adecuado a la situación. Sus debilidades permiten al agua producir daños y así aumentar el deterioro con más rapidez y más severidad. Entonces la falta de un sistema de drenaje eficiente y los efectos del agua influyen en el desarrollo del deterioro.
79
7 Discusión y Conclusión
7.1 Resultados claves
Se desarrolló esta memoria con el objetivo principal de saber porque falló prematuramente el pavimento de una calle repavimentada. En consecuencia, se procedió en realizar un análisis de cada una de las causas posibles del fallo teniendo como base los resultados de la prospección realizada y los antecedantes sobre diseno yconstruccion del la obra. Por lo tanto, se puede concluir ahora sobre el rol y la importancia que tuvo cada una en el deterioro global del pavimento. Se introduce un indicador de criticidad para cuantificar la importancia de las causas de fallo posibles; con una escala de 0 a 5, donde 5 es la criticidad la más alta y 0 la más baja. Las conclusiones principales están presentadas en la tabla siguiente:
Tabla 24 : Resumen de las conclusiones sobre las causa de falla posible y índice de criticidad.
Origen posible Conclusión Criticidad
Mezcla asfáltica Todos los componentes de la mezcla asfáltica y los datos de
colocación cumplen con los requisitos.
La mezcla asfáltica no esta al origen del deterioro. 0
Capa superficial (pavimento existente)
La capa superficial que sirve de base a la nueva carpeta, no era de calidad uniforme existiendo sectores en un estado no aceptable para colocar la mezcla. No se han seguido las
recomendaciones para retardar la reflexión de grietas. La capa superficial ha debilitado mucho el pavimento.
Esta dentro de las orígenes del deterioro.
3
Capa granular y suelo de fundación
Las capas granulares no son de calidad óptima, y tienen características de deformabilidad alta.
Son parte integrante de la debilitación del pavimento.
Están dentro de los orígenes del deterioro aunque no sean las más importantes.
2
Diseño estructural
El diseño estructural cumple en casos simples donde existen las condiciones supuestas por el proyecto. Pero en casos más
desfavorables ya no cumple. En estos casos, el espesor colocado no es suficiente. No se diseñó para el peor caso. El diseño
también participó en la debilitación del pavimento.
Esta dentro de las orígenes del deterioro.
2
Tránsito
El transito no estuvo bien evaluado, tanto en cuanto a intensidad como a su naturaleza. Provocó mas daño que lo previsto. La sobre carga que resultó, provocó el deterioro del pavimento.
Es el origen del deterioro más importante, aunque se incluye en una situación general de debilitación.
4
Agua y sistema de drenaje
El sistema de drenaje es poco eficiente. Sus debilidades dejan que el agua pueda debilitar la estructura del pavimento. Es en
parte responsable de la aceleración del deterioro.
Están en los orígenes del deterioro y de la rapidez de su evolución.
3
80
Sobre esta base, se puede concluir, clasificando las causas de deterioro, en 4 categorías:
- Las que no tiene responsabilidad en el deterioro de la calle:
En esta categoría, se encuentran la mezcla asfáltica y el proceso constructivo. En efecto, estos cumplen con todos los requisitos de normas y de especificaciones. Además, su análisis mostró un buena calidad. Entonces no son responsable del deterioro prematuro observado.
- Los factores debilitantes del pavimento:
La superficie de soporte, las capas granulares y el diseño estructural se encuentran en esta categoría. Todos debilitaron el pavimento. Por consiguiente, este perdió su resistencia y se volvió más susceptible a los efectos nefastos de las solicitaciones de cargas. Entonces, estas causas tienen una responsabilidad efectiva en el deterioro del pavimento.
- El factor activador del deterioro:
El tránsito es el factor activador del deterioro. Estuvo mal evaluado. Por tanto, las cargas reales solicitantes son mas importantes que lo previsto y provocan una sobre carga en el pavimento ya fragilizado por las causales anterioes. Esta sobre carga provocó la aparición del deterioro. Entonces, el tránsito y su evaluación inexacta tienen una gran responsabilidad en el deterioro.
- El factor agravante:
El sistema de drenaje ineficiente es el factor agravante del deterioro. Su mal funcionamiento no impide que el agua dañe la estructura del pavimento. El agua al introducirse en los deterioros existentes, se infiltra hacia las capas granulares y provoca tensiones suplementarias. En consecuencia, provoca el aumento del deterioro existente. Entonces, el sistema de drenaje y el agua son responsable de la agravación del deterioro.
7.2 Explicación del fallo
Se concluye que el deterioro no resulta de una única causa, sino que de un conjunto de varias causas relacionadas entre si. La combinación de las varias causas descritas previamente, provocó el deterioro. El hipótesis final para el mecanismo global de fallo esta propuesta en el diagrama siguiente:
Capa superficial inicial en mal estado
Capas granulares deformables
Diseño estructural no suficiente
Pavimento fragilizado
Tránsito mas importante y
destructor que previsto
Deterioro del pavimento
Mal sistema de drenaje
Aceleración del deterioro del pavimento
81
7.3 Discusión sobre la concepción del proyecto de reparación De un punto de vista más global, el estudio deja en evidencia que el deterioro prematuro del pavimento esta ligado a una deficiencia en la concepción general del proyecto de reparación. Primero, el proyecto consideró una solución global para un problema con muchas situaciones locales diferentes. El proyecto no consideró bien la gran heterogeneidad del pavimento inicial a reparar. En este proyecto no hubo ingeniería de detalles. Se eligió una solución de recapado global de 5 cm, sin considerar las especificidades de cada zona. Hubiera sido bueno si se hubiera diseñado para el caso más desfavorable. Pero no fue el caso, y lamentablemente, hubo zonas donde esta solución no era adecuada. Por lo tanto, se concluye que la filosofía del proyecto, que considera una solución global a problemas locales, no era adecuada a esta situación con tanta heterogeneidad. En un segundo lugar, se notó deficiencias en la evaluación de algunos parámetros relevantes del proyecto. En efecto, los parámetros de las capas estructurales y, sobre todo, de tránsito fueron mal evaluados. Por ejemplo, hubo imprecisiones en la evaluación de la cantidad y la naturaleza del transito; como en la evaluación de la resistencia de las capas estructurales existentes. Desgraciadamente, en una calle con alto trafico, algunas pequeñas imprecisiones pueden engendrar grandes consecuencias. Puede ser lo que pasó en este proyecto. En tercer lugar, el proyecto no contempló un mejoramiento global de toda la infraestructura de la calle, sino solamente superficial. El proyecto se limitó a la carpeta. En consecuencia, dejó las soleras, el sistema de drenaje, la remodelación de unos lugares del trazado o el diseño especifico de las zonas con mayor carga de la calle. Por lo tanto, todos estos aspectos, que sin dudas son importante para la vida útil del pavimento, no fueron incluidos en el proyecto. Entonces, desde su partida, la concepción del proyecto implicaba una vida útil corta. En conclusión, la concepción del proyecto en si misma, también tiene responsabilidad en el deterioro prematuro del pavimento. Sin embargo, la complejidad del entorno político, estratégico y económico de la concepción del proyecto quizás no permitía su buena concepción y un buen desarrollo. Lo que explicaría las deficiencias observadas en este proyecto.
7.4 Limites del estudio En este trabajo de investigación hubo un factor limitante importante: el acceso a los datos. Existe una falta de antecedentes con respecto a algunos aspectos del transito (TMDA) y del suelo (calicatas). Por lo tanto, se ha hecho hipótesis en la investigación que quizás no se revelan exactas. Sin embargo, el estudio se ha hecho de la forma más rigurosa posible, y entregando toda la información que permite concluir en forma objetiva.
82
7.5 Conclusión final En conclusión, el estudio que se presenta en esta memoria, permitió saber por qué ocurrió este deterioro prematuro. El resultado del análisis mostró que el fallo se atribuye a un conjunto de factores que desencadenaron el deterioro progresivo y acelerado. Mostró igualmente que tiene como causa basal algunas deficiencias en la concepción del proyecto. Este estudio permitió también proponer un método aplicable a otras calles similares para conocer las razones de un deterioro. En este sentido, puede ser interesante dado la cantidad de calle en Santiago que presentan deterioros prematuros. Por fin, este estudio buscó de manera sistemática las deficiencias que impidieron un buen desempeño del proyecto de repavimentación. Esto, para que no se vuelva a cometer los mismos errores. De un punto de vista personal, este trabajo me permitió ver como funciona el mundo de la construcción vial urbana en Chile. Me impactó la complejidad del entorno de las obras viales urbanas, y los conflictos de tipo económico, políticas publicas o estratégicos que existen. Ojala los intereses propios de cada uno de los actores de este mercado podrán un día converger para dar a Santiago y a su ciudadanos las calles y avenidas que merecen.
83
Referencias Bibliográficas [1] MOP Dirección de vialidad, Manual de carretera, Volumen 3 “Instrucciones y criterios de diseño”, 2002. Volumen 7 “Mantenimiento vial”, 2000. Volumen 8 “Especificaciones y método de muestreo, ensaye y control”, 2003. [2] SERVIU División técnica de estudio, Manual de vialidad urbana, Volumen 3 “recomendaciones para el diseño de elementos de infraestructura vial urbana”. [3] SERVIU metropolitano, Manual de diseño estructural de pavimento. Disponible en http://pavimentacion.serviurm.cl [4] Instituto chileno del asfalto, G Thenouz, H Carrilo, F Halles, Agosto de 2003, Boletín técnico n° 3 “Filosofía y conceptos para la gestión de mantenimiento de pavimentos asfálticos”. [5] MOP, Instructivo de inspeccion visual de caminos pavimentados, 2004. [6] LCPC, Tristan Lorino, Autopsie d’une chaussée.
[7] Universidad de Chile, JC Miranda, R Salsilli, 1995. Tesis “Comportamiento a la fatiga de tratamiento que retardan la aparición de grietas por reflexión en recapado asfáltico sobre pavimento de hormigón”. [8] ASSHTO, Guide for disign of pavement structures, 1993 [9] EPFL, Jacques Perret, 2003 Tesis “Déformation des couches bitumineuses au passage d’une charge de trafic”. [10] ASSHTO, Guide for disign of pavement structures, 1993. [11] F Roberts, Hot mix asphalt materials, Mixture design & Construction. [12] Laboratorio Nacional de Vialidad, Cursos de laboratorista vial. Volumen I, II, III, IV [13] Universidad Catolica de Chile, G Thenouz, F Halles. Publicación “Metodología simplificada de priorización de conservación de pavimento a nivel de red”. [14] Municipalidad de Conchali, Ordenanza local, Plan regulador municipal, Junio 2008. [15] Cursos de Diseño de firme de la U de Chile, R Salsilli, G Echeverría, JC Miranda, Apuntes clase auxiliar “Transito y ejes equivalentes”
84
[16] Cursos Proyecto de obra vial de la U de Chile, J Torrejón, J Balanda, 2008. Apuntes de clase. [17] Cursos Materiales II de la U de Chile, F Delfín, 2008. Apuntes de clase.
85
Anexos: Anexo 1: Observación del desarrollo de los baches, tramo de estudio, comparativo entre Abril 2008 y Septiembre 2008 Anexo 2: Gráficos resumen de los ensayos del cemento asfáltico utilizado Anexo 3: Justificación de la monografía del pavimento Anexo 4: Formulas de calculo del Modulo Resiliente MR, según AAHTO, el manual de carretera y el manual de diseño estructural de pavimento del Serviu metropolitano Anexo 5: Observación del sistema de drenaje en situación de solicitación, tramo de estudio, datos fotográficos del 24 Abril 2008
86
Anexo 1: “Observación del desarrollo de los baches, tramo de estudio
comparativo entre Abril 2008 y Septiembre 2008”
• Bache n° 3 : ubicado en la zona del semáforo
15 Abril 2008 8 Septiembre 2008
• Bache n° 8 : ubicado en la zona entre el semáforo y el paradero
15 Abril 2008 8 Septiembre 2008
• Bache n° 10 : ubicado en la zona del paradero
15 Abril 2008 8 Septiembre 2008
87
• Bache n° 12 : ubicado en la zona del paradero
15 Abril 2008 8 Septiembre 2008
• Bache n° 13 : ubicado en la zona del paradero
15 Abril 2008 8 Septiembre 2008
• Bache n° 28 : ubicado en la zona del parque
15 Abril 2008 8 Septiembre 2008
88
• Bache n° 30 : ubicado en la zona del parque
15 Abril 2008 8 Septiembre 2008
• Bache n° 31 : ubicado en la zona del parque
15 Abril 2008 8 Septiembre 2008
• Bache n° 33 : ubicado en la zona del parque
15 Abril 2008 8 Septiembre 2008
89
• Bache n° 30 : ubicado en la zona del parque
15 Abril 2008 8 Septiembre 2008
• Bache n° 36 - 37 : ubicado en la zona de Vivaceta, primero achicamiento
15 Abril 2008
8 Septiembre 2008
90
Anexo 2: « Gráficos resumen de los ensayos del cemento asfáltico utilizado »
Este anexo presenta los gráficos resumen de los ensayos hechos en el cemento asfáltico utilizado para la fabricación de la mezcla asfáltica siguiente:
- Penetración a 25°C - Punto de ablandamiento - Ductilidad a 25°C - Ductilidad a 5°C - Recuperación elástica, 13°C, 20cm, 1h - Recuperación elástica por torsión a 25°C - Índice de penetración - Índice de Frass - Punto de inflamación - Temperatura de mezclado - Temperatura de compactación
Grafico 1 : Penetración a 25°C
Ensayos : Penetracion a 25°C,Cemento asfaltico ocupado en la calle Independencia
0
20
40
60
80
100
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19Numero del ensayo
Pen
etra
cio
n e
n 0
,1m
m
Penetracion 25°C Minimo especificaciones : 60 Maximo especificaciones : 80
Grafico 2 : Punto de ablandamiento
Ensayos : Punto de ablandamiento,Cemento asfaltico ocupado en la calle Independencia
0
20
40
60
80
100
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
Numero de ensayo
Tem
per
atu
ra d
el p
un
to
de
able
nd
amie
nto
(°C
)
Punto de ablendamiento Mininmo especificaciones : 65°C
91
Grafico 3 : Ductilidad a 25°C
Ensayos : Ductilidad a 25 °C,Cemento asfaltico ocupado en la calle Independencia
0
20
40
60
80
100
120
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
Numero de ensayo
Du
ctili
dad
a 2
5°C
(%
)
Ductilidad a 25°C Mininmo especificaciones : 50
Grafico 4 : Ductilidad a 5°C
Ensayos : Ductilidad, 5°C, 5cm/min,Cemento asfaltico ocupado en la calle Independencia
01020304050607080
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19Numero de ensayo
Du
ctili
dad
, 5°C
, 5cm
/min
, (c
m)
Ductilidad, 5°C, 5cm/min Minimo especificaciones : 50
Grafico 5 : Recuperación elástica, 13°C, 20cm, 1h
Ensayos : Recuperacion elastica, 13°C, 20cm, 1h,Cemento Asfaltico ocupado en la Calle Independencia
0102030405060708090
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
Numero de ensayo
Rec
up
erac
ion
ela
stic
a, 1
3°C
, 20
cm, 1
h (%
)
Recuperacion elastica, 13°C, 20cm, 1h (%) Mininmo especificaciones : 50
92
Grafico 6 : Recuperación elástica por torsión, 25°C
Ensayos : Recuperacion elastica por torsion, 25°C, (%),Asfalto ocupado en la Calle Independencia
0
20
40
60
80
100
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
Numero de ensayo
Rec
up
erac
ion
ela
stic
a,
13°C
, 20c
m, 1
h (
%)
Recuperacion elastica por torsion, 25°C, (%) Mininmo especificaciones : 57
Grafico 7 : Índice de penetración
Ensayos : Indice de penetracion, Asfalto ocupado en la Calle Independencia
0
1
2
3
4
5
6
7
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
Numero de ensayo
Ind
ice
de
pen
etra
cio
n
Indice de penetracion Mininmo especificaciones : 2,0
Grafico 8 : Índice de Frass
Ensayos : Indice de Frass,Cemento asfaltico ocupado en la Calle Independencia
-19,5
-19
-18,5
-18
-17,5
-17
-16,5
-161 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
Numero de ensayo
Ind
ice
de
Fra
ss (
°C)
Indice de Frass Maximo especificaciones : -17°C
93
Grafico 9 : Punto de inflamación
Ensayos : Punto de inflamacion,Cemento asfaltico ocupado en la calle Independencia
225
230
235
240
245
250
255
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
Numero de ensayo
Pu
nto
de
infl
amac
ion
(°C
)
Ductilidad, 5°C, 5cm/min Minimo especificaciones : 235
Grafico 10 : Temperatura de mezclado
Ensayos : Temperatura del mezclado,Cemento asfaltico ocupado en la calle Independencia
150155160165170175180185190195
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19Numero del ensayo
Tem
per
atu
ra d
el m
ezcl
ado
(°
C)
Temperatura de mezclado (°C) Minimo especificaciones : 170
Maximo especificaciones : 190
Grafico 11 : Temperatura de compactación
Ensayos : Temperatura de compactacion, Asfalto ocupado en la Calle Independencia
155
160
165
170
175
180
185
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
Numero de ensayo
Tem
per
atu
ra d
e co
mp
acta
cio
n (
°C)
Temperatura de compactacion (°C)
94
Anexo 3: « Justificación de la monografía del pavimento »
Se presenta en este anexo, algunas de las fotografías sacadas durante las obras de reparación o durantes varias visitas a terreno, que permitieron realizar la monografía de las diferentes configuración del pavimento.
• Estratigrafía general: Se observa ahí la configuración general del pavimento: una capa de mezcla asfáltica, una de pavimento antiguo, y las capas de base, subbase, y sub rasante que no se ve ahí.
• Configuración de doble recapado: Se observa en esta fotografía de un deterioro de la zona del paradero y del semáforo del tramo de estudio, la presencia de 2 capas de mezcla y sus espesor : 5cm cada una. Se observa también el pavimento antiguo que es de hormigón.
95
• Configuración de recapado simple: Se observa en estas fotografías de deterioros de la zona del parque del tramo de estudio, la presencia de 1 capas de mezcla y sus espesor : 5cm cada una; directamente en hormigón.
• Espesor de la capa de hormigón del pavimento antiguo: Esta fotografía sacada durante la reparación del tramo ubicado antes del tramo de estudio (independencia con Vivaceta) muestra el espesor de la capa de hormigón presente: 15cm.
96
Anexo 4: “Formulas de calculo del Modulo Resiliente MR, según AAHTO, el manual de carretera y el manual de diseño estructural de pavimento
del Serviu metropolitano” Se presenta en ese anexo, las diferentes formules de calculo del MR a partir del CBR, utilizadas en el estudio del diseño estructural del tramo de estudio (Capitulo 6).
• Método AASHTO y Manual de carretera: Las formulas del método AASHTO y del manual de carretera están presentadas en el parágrafo 3.604.105(1) “Relaciones CBR, Modulo Resiliente”.
• Manual de diseño estructural de pavimento, Serviu metropolitano: Las formulas del manual de diseño estructural de pavimento del Serviu metropolitano esta presentado en el parágrafo 2.2.1.b “Modulo resiliente” del dicho manual.
BASE GRANULAR MR = -0.147 (CBR) 2 + 29.9 (CBR) + 592 Kg/ cm 2 (60% ≤ CBR ≤ 80%) SUBBASE GRANULAR MR = -0.152 (CBR) 2 + 22.44 (CBR) + 512 Kg/ cm 2 (20% ≤ CBR ≤ 40%) SUBRASANTE MR = 115.247 ( CBR) 595.0 Kg/ cm 2 (2% ≤ CBR ≤ 30%)
97
Anexo 5: “Observación del sistema de drenaje en situación de solicitación, tramo de
estudio, datos fotográficos del 24 Abril 2008”
Se presenta en ese anexo las observaciones hechas durante la visita a terreno del 24 Abril 2008 para ver el sistema de drenaje bajo lluvia.
Vista de la zona sin solera. El agua no se evacua bien, sino en la vereda
Vista de una cámara de evacuación. La cámara no logra a evacuar todo el agua, el numero de cámara y sumidero no es
suficiente.
Vista del estado de la solera en 2 zona distintas. A la derecha, la solera esta destruida. A la izquierda no canaliza el agua.
98
Vista de un bache transformado en pozo de agua.
Vista de la zona con solera pero sin sumidero ni cámara. El agua se queda en la cuneta pero no se evacua. Su ancho es del largo de la pista
exterior.
99
Planos: Plano 1: “Plano descriptivo del tramo de estudio, tramo el Olivo – Dr Asenjo Plano 2: “Plano de levantamiento de las fallas, tramo El Olivo – Elcira Espinoza” Plano 3: “Plano de levantamiento de las fallas, tramo Elcira Espinoza – Dr Yazigi” Plano 4: “Plano de levantamiento de las fallas, tramo Dr Yazigi – Dr Asenjo”
100
Simbología : Salida supermercado Sentido de circulación Paradero principal Limites del tramo de estudio Paradero secundario Zona de achicamiento de la calzada Semáforo
Plano 1 : “Plano de descripción del tramo de estudio,
tramo El Olivo – Dr Asenjo”
101
Plano 2 : “Plano de levantamiento de las fallas,
tramo El Olivo – Elcira Espinoza.”
Simbología : Deslizamiento Grietas por reflexión Baches Grietas por transmisión de junta Grietas por fatiga :tipo piel de cocodrilo Ahuelamiento
102
Plano 3: “Plano de levantamiento de las fallas:
tramo Elcira Espinoza – Dr Yazigi.”
Simbología : Deslizamiento Grietas por reflexión Baches Grietas por transmisión de junta Grietas por fatiga :tipo piel de cocodrilo Ahuelamiento
103
Simbología : Deslizamiento Grietas por reflexión Baches Grietas por transmisión de junta Grietas por fatiga :tipo piel de cocodrilo Ahuelamiento
Plano 4: “Plano de levantamiento de las fallas:
tramo Dr Yazigi – Dr Asenjo.”
104