REHABILITACION DE PA VIMENTOS VIMENTOS
ESTADO INICIAL DE LA VIA
ESTADO INICIAL DE LA VIA
A cci cció ón Combi n ada de del tr án si to y el el Cl Clii ma
Acción Combinada del tránsito y el Clima DETERIOROS EN LA CALZADA
Deformaciones Fisuras Desprendimientos Bacheo Otros daños
Estado de la vía a Rehabilitar
Acción Combinada del tránsito y el Clima Pérdida de Serviciabilidad Inicial
I S P
Final Log N
REHABILITACION Mejoramiento funcional o estructural del pavimento, que da lugar tanto a una extensión de su vida de servicio, como a la provisión de una superficie de rodamiento mas cómoda y segura y a reducciones en los costos de operación vehicular.
A L TERNATIVAS DE REHA B IL ITA CIÓN DE PA VIMENTO S ASFÁLTICOS Mantenimiento rutinario preventivo EXCELENTE
Restauración Refuerzo Reciclado Reconstrucción
TOTALMENTE FALLADO
Edad o NESE
RESTAURACION Consiste en la ejecución de trabajos que mejoran la condición superficial del pavimento, pero no aumentan su capacidad
REFUERZO Consiste en la colocación de capas de pavimento que proporcionan capacidad estructural adicional o mejoran la serviciabilidad .
RECICLADO Consiste en la reutilización de parte de las capas de la estructura existente, para mejorar su capacidad estructural. La adición de nuevos materiales es necesaria para mejorar la resistencia y el comportamiento del pavimento mejorado.
RECONSTRUCCION Consiste en la remoción de capas y reemplazo parcial o total del pavimento, para mejorar su capacidad estructural, adaptándolo a las necesidades del tránsito futuro.
REHABILITACION
Restauración
FUNCIONAL
Refuerzo (Funcional) Refuerzo
ESTRUCTURAL
Reciclado Reconstrucción
GUÍA METODOLÓGICA PARA EL DISEÑO DE OBRAS DE REHABILITACIÓN DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS DE CARRETERAS
República de Colombia MINISTERIO DE TRANSPORTE
INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS
INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS
República de Colombia MINISTERIO DE TRANSPORTE
Proceso del Diseño de Rehabilitación del Pavimento Etapa 1. Recolección de Información Etapa 2. Evaluación del pavimento Etapa 3 Selección de Técnicas de rehabilitación Etapa 4. Formulación de estrategias de Rehabilitación Etapa 5. Análisis económico Etapa 6. Elección de la estrategia de rehabilitación
Reh ab ilitación d e Pav im ento s 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.
Recolección de antecedentes Evaluación Funcional Evaluación Estructural Evaluación Condiciones de Drenaje Evaluación del tránsito Sectorización Modelización Caracterización dinámica del refuerzo Diseño Estructural de la rehabilitación
Recolección de Antecedentes
REHABILITACION DE PAVIMENTOS
Reco lecc ión de A ntecedentes Información sobre diseño y construcción Obras de mantenimiento y/o Rehabilitaciones
Transito circulante Información de suelos de subrasante Materiales de construcción Información sobre comportamiento Costos de ejecución Información climática Fuentes de materiales Estabilidad geológica y geotécnica del corredor
Evaluación Funcional
REHABILITACION DE PAVIMENTOS
EVALUACIÓN FUNCIONAL DEL PAVIMENTO
Evaluacion de daños Evaluacion de Rugosidad Evaluacion de Resistencia al Deslizamiento Evaluacion de Textura
I NVENTARI O DE DAÑOS
El objetivo de este inventario es hacer una evaluación cuantitativa y cualitativa y en forma detallada de los daños existentes en la calzada y zonas laterales, para lo cual se recomiendan diferentes tipos de metodologías de inventario. 6/15/2011
Inspección Visual Automática de Pavimentos
Man u al d e Deterio ro •
•
•
•
•
•
Tipo de deterioro Definición del deterioro Causas de los deterioros Unidades para medir los deterioros Extensión para cuantificar la cantidad y gravedad delos deterioros Normalización de los niveles de gravedad de los diversos tipos de deterioro
Manual de Daños INVIAS
A sp ecto s a evaluar d e los Deterioro s Del pavim en to 1. Tipo 2. Magnitud 3. Extensión: Se refiere a la
proporción longitudinal o de área del tramo evaluado, que es afectada por un determinado tipo de deterioro 4. Gravedad: Representa el nivel de severidad del deterioro en términos de su progresión.
K0+000
K0+100
PC
Fl
Tipos de Fallas ESTRUCTURALES: fallas cuyo origen es la degradación de una o más capas del pavto, en una magnitud tal, que se puede considerar que se ha vencido el periodo de diseño en las zonas afectadas. 2. FUNCIONALES: fallas asociadas fundamentalmente a la capa asfáltica superficial. 1.
Método VIZIR DEGRADACIONES TIPO A Ahuellamiento y otras deformaciones Fisuras longitudinales por fatiga Piel de Cocodrilo Bacheos y Parcheos
Mé to d o VIZIR
DEGRADACIONES TIPO B Fis. Long. De junta Fis. Contracción Tca Fis Parabólicas Fisuras de borde Abultamientos Ojos de Pescado Desprendimientos
Descascaramientos Pulimento de agdos Exudación Afloramientos Desintegracion de bordes del pvto Escalon. Cal / Ber Erosión de bermas
AHUELLAMIENTO
GRAVEDAD BAJA
GRAVEDAD ALTA
GRAVEDAD MEDIA
FISURA CION DE FA TIGA
Fisura Fisura longitudinal Fisura longitudinal longitudinal muy fina y única ramificada ramificada, inicio de piel de cocodrilo GRAVEDAD 1 GRAVEDAD 2 GRAVEDAD 3
FISURAS EN BLOQUE
REPARACIONES
Reparación de Junta Longitudinal (defecto tipo B) GRAVEDAD 1
Reparación del pavimento (defecto tipo A); condición satisfactoria GRAVEDAD 2
Defectos estructurales del pavimento después de reparaciones GRAVEDAD 3
Afloramiento de Agua
Indice de Deterioro Superficial (Is) Indice de Fisuración Indice de Deformación Depende de la gravedad y la extensión de las Fisuraciones y Agrietamientos de tipo estructural en cada zona evaluada
Depende de la gravedad y la extensión de las deformaciones de tipo estructural en cada zona evaluada
DETERMINACIÓN DEL ÍNDICE DE DETERIORO SUPERFICIAL, Is EXAMEN VISUAL La calzada no presenta fisuras ni deformaciones Extensión ÍNDICE DE Gravedad FISURACION 1 If 2
3
0a 10%
10 a 50%
>50%
1
2
3
2
3
4
3
4
5
If
ÍNDICE DE DEFORMACION Id
1-2
3
4-5
0
1
2
3
4
1-2
3
3
4
5
3
4
5
5
6
4-5
5
6
7
7
10 a 50%
>50%
0
0
0
2
0
0
+1
3
0
+1
+1
Corrección por reparación EL ÍNDICE DE DETERIORO SUPERFICIAL, Is
0a 10%
10 a 50%
>50%
1
1
2
3
2
2
3
4
3
3
4
5
Gravedad
0
0a 10%
Gravedad 1
Extensión
Id
PRIMERA CALIFICACIÓN DEL ÍNDICE DE DETERIORO, Is
Extensión
0
E S Q U E M A
I T I N E R A R I O
Umbrales de Intervención de Índice de deterioro Superficial (Is) Rangos de Índice Is
Estado del pavimento
Trabajos de Mantenimiento requerido
1a2
Buen Estado
Mantenimiento Rutinario
3a4
Regular Estado
Tratamientos de rehabilitación de mediana intensidad
5, 6 , 7
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Pavimentos Trabajos Importantes de Rehabilitación Altamente Deteriorados
EVALUACIÓN FUNCIONAL DEL PAVIMENTO
Evaluacion de daños Evaluacion de Rugosidad Evaluacion de Resistencia al Deslizamiento Evaluacion de Textura
REGUL ARI DAD SUPERF I CI AL
La regularidad es un indicativo del estado funcional de un pavimento, y se entiende como aquella característica de la carretera que contribuye a producir, o no, movimientos en los vehículos afectando la comodidad de los usuarios de las vías, la seguridad y los costos de operación. También está asociada como un posible indicativo del estado estructural de un pavimento
6/15/2011
DESCRIPCION DEL IRI
De forma simplificada puede describirse como el movimiento vertical acumulado que el usuario percibe al recorrer una determinada distancia horizontal
MAGNITUD DEL MOVIMIENTO Características del vehículo y la velocidad Amplitud de las irregularidades de la carretera
In dic e In tern acio nal de Rug os idad
Para definir el IRI se emplea un modelo matemático que simula la suspensión y masas un vehiculo tipo, circulando por un tramo de una vía a una velocidad determinada (Quarter Car Simulation) El IRI se define como el desplazamiento acumulado, en valor absoluto, de la masa superior con respecto a la inferior, dividido por la distancia recorrida.
15/06/2011
ESQUEMA MODELO MA TEMA TICO CA RRO DE IRI
Banco Mundial - Brasil - 80’s
Mé to d o Mira y Nivel
Mediciones deRugosidad (IRI) Girardot-Bogotá (4005) 8 7.5 7 6.5 6 5.5 5 ) 4.5 m K / 4 m ( I R I 3.5
3 2.5 2 1.5 1 0.5
Prom = 2.8 STD =1.5
Prom = 2.4 STD =0.6 Prom = 3.1 Prom = 3.5 STD =0.9 STD =1.7
Prom = 2.4 STD =0.9
Prom = 3.2 STD =1.7
Prom = 2.4 STD =0.9
0 9 9 9 9 9 9 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 1 4 4 4 4 6 6 6 6 7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 3 3 3 3
Abscisa Km No
CALIFICACIÓN DE LA REGULARIDAD SUPERFICIAL En general se puede hacer la siguiente calificación, para vías interurbanas: RANGO DE RUGOSIDAD IRI (m/Km) 0 - 2
CALIFICACIÓN EXCELENTE
2 - 3.5
BUENO
3.5 - 5.0
REGULAR
> 5.0
MALO
Resistencia al deslizamiento O Fricción superficial, es la fuerza desarrollada en la interfaz neumático-pavimento, que resiste el deslizamiento del neumático cuando se aplican los frenos.
HIDROPLANEO V alta
Lamina de agua h capa asfáltica Base Subbase Subrasante
PENDULO PORTATIL TRL Mide la fricción existente entre una zapata deslizante de caucho colocada en el extremo del brazo del péndulo y la superficie del pavimento
SCRIM Sideway Coefficient Rou tine Invento ry Machine Equip o d e Investigación del Coeficiente de Rozamiento Transv ersal
1
2
Umbrales de Intervención de Coeficiente de Resistencia al Deslizamiento Coeficiente de resistencia al deslizamiento (CRD) Mayor de 0.50 0.40 < CRD <0.50 Menor de 0.40 o 0.45
Condición Bueno Seguimiento de la evolución Intervención
TEXTURA Es una representación de la forma geométrica (tridimensional) sobre una superficie representativa y se refiere tanto a la macro como a la microtextura. La unidad de medida es la profundidad media de textura y se expresa en mm mm
TEXTURAS MACROTEXTURA Es proporcionada por Es la consecuencia de las pequeñas asperezas las irregularidades superficiales entre el superficiales de los agregado grueso y el agregados o del ligante. Esta relacionada conjunto agdo-ligte. con la capacidad de Aspera a Muy Pulida drenaje entre neumático y superficie Rugosa y suave
MICROTEXTURA
Equ ipo p ara m ed ir la textu ra
ENSA YO DE TEXTURA
EVALUACION ESTRUCTURAL Evaluación Deflectometrica
Evaluación Geotecnica
EVALUACION DEFLECTOMETRICA
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DEFLEXION La deflexión de un pavimento es el desplazamiento vertical de la superficie del pavimento en respuesta a la aplicación de una carga externa y representa una respuesta total del sistema constituido por la estructura y la subrasante, ante la aplicación de dicha carga.
Q = 5.6 Kg/cm2
E1 E2 Em
P
A p licación d e las Deflex ion es 1. Conocer capacidad estructural del pavimento 2. Determinar la Uniformidad o Variabilidad Estructural de un sector 3. Delimitación de secciones homogéneas 4. Programar estudios detallados 5. Determinar periodos críticos de deterioro 6. Analizar vida residual del pavimento 7. Determinar parámetros para mantenimiento y rehabilitación de pavimentos 8. Determinar rigidez de las capas
Equ ipo s p ara m edir d eflexio nes EQUIPO VIGA BENKELMAN DEFLECTOGRAFO LACROIX DYNAFLECT
SISTEMA DE TRANSMISIÓN DE CARGA
SENSORES DE DEFLEXIÓN
Llantas de Camión
Diales medidores de Deflexión Transductores de Deflexiones
Ruedas metálicas protegidas
Geófonos
Placa circular
Geófonos y Sismómetros
FWD KUAB DYNATEST PHONIX
Equ ipo s p ara Med ir Deflexio n es
EVALUACION DEFLECTOMETRICA Viga Benkelman Q = 5.6 Kg/cm2
E1 E2 Em
P
Deflectógrafo de Impacto
VIGA BENKELMAN Es un deflectometro mecánico simple que permite determinar la deflexión vertical y puntual de un pavimento bajo la acción cuasi estática de una carga normalizada de un eje simple de rueda doble. Funciona como una palanca, suspendida en un bastidor , que transmite la deflexión vertical del punto de medida a un comparador o dial medidor de desplazamiento.
Esqu e m a de viga B e nk e lm a n
Con st ante de la l a vig a K
DEFLEXION BENKELMAN P = 8.2 Tn
Q = 5.6 Kg/cm2
d
A a=10.8 cms
RADIO DE CURVATURA El radio de curvatura de la línea elástica de Deflexión es una característica de fundamental importancia, que determina la magnitud de la deformación lineal por tracción que sufren las capas elásticas al flexionar bajo las cargas, y en consecuencia, en el desarrollo del fisuramiento en forma de piel de cocodrilo.
RADIO DE CURVATURA (Rc) (Rc)2 = Rc- (Do-D25))2+(25)2
O
Rc =
2Rc(Do-D25)=(Do-D25)2+(25)2 (25cm)2
Rc =
2(Do-D25)(1/100mm)
6250 2(D0-D25)
Rc Rc
Do (0,0)
Rc en metros Do, D25 en 1/100 mm
D25 (25,(D0-D25)) 25 cm
Decisiones para la evaluación con Viga Benkelman 1. 2. 3. 4. 5. 6.
Magnitud de carga (8.2Tn, Q=5.6 Kg/cm2) Elección del carril de ensayo Elección de la línea longitudinal de medida de deflexiones Separación entre puntos de ensayo Límites de temperatura admisibles Número de medidas por punto de ensayo
MAGNITUD CARGA POR EJE
MEDIDA DE DEFLEXIONES
TEMPERATURA DEL PAVIMENTO
Proc es am ien to d e la evalu ación co n Viga B enk elm an 1. 2. 3. 4. 5. 6.
Dibujar Perfil Deflectométrico Establecer sectores homogéneos Corregir deflexiones por Temperatura Corregir por condiciones climáticas Analizar estadísticamente los datos de cada sector (Ď,S,CV) Calcular Deflexión Característica
Sección 1
Sección 3
A juste por Tem peratura
Fct =
1
[ 1- [ 0.0008*h * (20-T)] ] 1
Fct = Factor de corrección por Temperatura h1 = Espesor de las capas asfálticas T = Temperatura de ensayo ºC
A juste por Tem peratura UNIVERSIDA D CATOL ICA (CHILE)
Fct (1.054)
( T20 ) -34.123 *(H)-0.725
Fct = Factor de corrección por Temperatura H = Espesor de las capas asfálticas en cm T = Temperatura de ensayo ºC
Correcc ión de Deflexio n es p o r Tem p o rad a Clim áti c a Factor de corrección de Deflexiones Tipo de Suelo de Subrasante Periodo Periodo Periodo Lluvioso Intermedio Seco Arenoso y 1.0 1.0 1.2 1.1-1.3 Permeable Arcilloso e 1.0 1.2 1.5 1.5-1.8 Impermeable –
–
A NA L ISIS ESTA DISTICO
Deflexión Promedio X =
xi /n
Desviación Estandar S
S=
xi – x )2 n -1
Coeficiente de Variación Cv =
S X
* 100
DEFLEXION CARACTERISTICA
Dc = ( X + mS) Fct*Fcc Nivel de diseño
m
50 % 85 % 90 % 95 % 98 %
0 1 1.28 1.65 2.0
X 0
S
m
Res u m en d e Evalu ac ión d ef lec to m é tric a Sección Abscisa Rango Deflex. Defle Radio Deflex. Media Dc Curvat. K1-K4 0.3-1.0 0.9 1.15 75 1 mm mm mm m --------------------2
n
K50-Kn 0.3-0.9 mm
0.6 mm
0.75 mm
120 m
Umbrales de Intervención de Deflexiones Do = 1.0363 (N) – 0.2438
Rango De Deflexión mm
Nivel De Transito N (Millones)
Bajo
Medio
Alto
2a4
< 0.60
0.6 a 0.75
> 0.75
4a6
< 0.50
0.5 a 0.65
> 0.65
6a8
< 0.50
0.5 a 0.60
> 0.60
6/15/2011
Principio de funcionamiento de FWD Se basa en la caída de una masa sobre un sistema de amortiguación elástica. El impacto sobre el pavimento, genera un frente de onda de deformaciones recuperables, o deflexiones, que se transmite a partir del centro de la carga.
Principio de funcionamiento de FWD El valor máximo de la carga y las deflexiones verticales de este frente de onda medidos a distintas distancias del centro de carga, proporcionan una indicación sobre la resistencia estructural del pavimento.
Dec isio n es p ara la evalu ac ión c o n Deflectómetro Nivel de carga (40 – 65 KN) Posición de los sensores de medida ( Límites de temperatura admisibles Elección del carril de ensayo Elección de la línea longitudinal de medida de deflexiones 6. Separación entre puntos de ensayo 7. Número de impactos por punto de ensayo 1. 2. 3. 4. 5.
In cid enc ia d e la Tem p eratu ra en el Correcc ión d el Cuenco de Defor m ación
6/15/2011
Utilización d el Deflectóm etro d e Impacto 1. Comparación relativa de estructuras de pavimento 2. 3. 4. 5.
basada en las deflexiones medidas y en la forma del cuenco de deflexiones Estimar el Módulo Resiliente de la Subrasante (Mr) Estimar SNefec de la estructura del pavimento Estimar módulos de las distintas capas Evaluar la variabilidad de las deflexiones del proyecto y subdividirlo en secciones de igual resistencia estructural.
Esquema del Retrocálculo Deflexiones Medidas
Módulos Semilla
Espesores de capa, Cargas
Deflexiones calculadas
Verificación de Convergencia OK Resultados
Control sobre el Rango de los Módulos Busqueda de nuevos módulos No Verifica
Mód u lo r es ilien te d e la Sub rasan te (NDT)
Mr =P(1- u2) p*r*dr
Mr = 0.24P r*dr
Mr = Módulo resiliente de la subrasante (psi) P = Carga aplicada (libras) r = Distancia al punto de medida (pulg) dr = deflexión medida a una distancia r de la placa (pulg)
Módu Mó du lo de Elastic Ela stic idad Efectiv Efe ctiv o d e la las s capass del pavim e nto ( Ep) capa
11
Do=1.5Q*a
Mr 1+
(D/a)*(Ep/Mr)1/3
+ 2
1 1+(D/a)2 Ep
Q = Presión de Contacto a = Radio del área cargada (cms) Mr = Módulo Resiliente de Subrasante D = Espesor Total del Pavimento o = Deflexión máxima corregida a 20 ºC (cm) c apas del Pavimento Ep = Módulo Efectivo de todas las capas
EVALUACION GEOTECNICA
EVA L UA CION CI ON GEOTECNICA GEOTECNICA
DETERMINA CION DEL ESPESOR DE L A S CAPA S DE PA VIMENTO CON GEO-RA DA R (GPR)
PRINCIPIO DE FUN CIONA MIENTO GEORADAR Voltaje
Antena Señal Reflejada
1
1
Superficie
2
2
Asfalto
3
3
Base
Subrasante
Tiempo (ns.)
SECCIÓN TIPICA DE LOS DATOS OBTENIDOS
Geo tec n ia Prelim in ar
SONDEOS Espesor de capas Inspección visual de materiales Condiciones de humedad y plasticidad de la subrasante
EVA L UA CION GEOTECNICA
ENSAYOS PARA EVAL UAR LA CAPA ASFALTICA
Espesor Densidad Extracción RESISTENCIA Módulo dinámico Estabilidad
Envejecimiento del asfalto Recuperación de asfalto Penetración Punto de Ablandto Viscosidad
ACCION DEL AGUA Inmersión compresión
•
Tracción Indirecta
•
ENSAYOS GENERA L MENTE REQUERIDOS PARA EVA L UA R LA S CAPA S GRANULA RES
Espesor Humedad Plasticidad Gradación Densidad Desgaste Resistencia
ENSA YOS GENERAL MENTE REQUERIDOS PARA EVA LUA R L A SUBRASANTE
Humedad Plasticidad Gradación Densidad Resistencia Estabilidad Volumétrica
ESQUEMA ITINERARIO
Drenaje
Evaluación De La Condición Del Pavimento 1.
2.
3.
Evalución Funcional Evaluación de Rugosidad Evaluación de Fricción Inventario de Daños Evaluación Estructural Evaluación Deflectométrica Evaluación Geotécnica Evaluación Condiciones de Drenaje
EVALUACION CONDICIONES DE DRENAJE
Evaluación d e Con d icio n es d e Drenaje CUNETAS BERMAS SUMIDEROS ALCANTARILLAS FILTROS ETC
ESTADO DE BERMAS
INVENTARIO DE OBRAS COMPLEMEMTARIAS
CRITERI CRI TERIOS OS PA PA RA CA L I FI FICA CA R EL DRENA J E
B U E N O R E G M A L O
Cuando la infraestructura de drenaje superficial y/o subterráneo existente se considera adecuada y suficiente, ha gozado de un buen mantenimiento y por consiguiente las degradaciones presentes en la calzada no son imputables a deficiencias del sistema de drenaje Cuando el mantenimiento del sistema de drenaje ha sido deficiente y existen evidencias de que esta situación ha contribuido al estado de deterioro de la calzada Cuando la infraestructura de drenaje superficial y/o subterráneo existente se juzga insuficiente y además no ha gozado de un mantenimiento adecuado, circunstancias que han inducido fallas y acelerado el proceso de deterioro de las degradaciones presentes en la calzada.
E S Q U E M A
I T I N
E R A R I
O
Evaluación global del pavimento
Ju icio s ob re la capacidad del pavim ento Evaluación Funcional Evaluación estructural Evaluación del drenaje Evaluación de tránsito Indicación clara de las causas del deterioro
SECTORIZACION K0 Unidad 1
K10
Kn Unidad n
