mantenimiento periódico carretera panamericana puente santa rosa-ouente montalvo

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8.1 INTRODUCCIN

En este captulo se realizar la evaluacin funcional y estructural del pavimento existente,

establecindose el juicio de la capacidad estructural de la va, y determinndose

finalmente sectores de caractersticas homogneas para una adecuado diseo del

refuerzo, de ser necesario.

Para tal efecto, el procedimiento a seguir se efectuar en tres etapas.

La primera consistir en la evaluacin funcional del pavimento existente mediante la medicin de la rugosidad y la evaluacin de la condicin del pavimento,

determinado segn su valor PCI (ndice de condicin del pavimento).

El trabajo concluir con la sectorizacin en base a la respuesta funcional.

Para la siguiente etapa, que corresponde a la evaluacin estructural, se utiliz la Viga Benkelman para medir la respuesta del pavimento ante el paso de un camin

cargado normalizado. Las lecturas de las deflexiones, radios de curvatura, y los

valores del mdulo resilente de la sub rasante determinado segn modelo de

capas elsticas, permitir determinar la condicin actual del pavimento.

El trabajo concluir con la sectorizacin en base a la respuesta estructural

existente del pavimento.

En base a los resultados anteriormente sealados, la tercera etapa consistir en la conjuncin ambas sectorizaciones, los cuales en complemento con los ensayos

destructivos, permitirn efectuar una sectorizacin final que nos permita proponer

las estructuras del pavimento mas adecuada a plantear, por sector homogneo.

Se concluye en esta etapa con la divisin del tramo carretero en tramos

homogneos para el clculo de la estructura del pavimento

Estudio Definitivo para el Mantenimiento Peridico de la Carretera Panamericana Sur Tramo: Puente Santa Rosa Puente Montalvo

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8.2 EVALUACIN FUNCIONAL DEL PAVIMENTO

8.2.1 EVALUACIN DE LA CONDICIN SUPERFICIAL DEL PAVIMENTO 8.2.1.1 INTRODUCCIN

Este documento contiene el mtodo utilizado para la evaluacin del deterioro del

pavimento, y los resultados del mismo realizado al pavimento de la Carretera

Panamericana Sur, entre los Km. 1041+600 (Puente Santa Rosa) y el Km.

1139+795 (Puente Montalvo), como parte de la contraprestacin de los servicios

para los Estudios de Mantenimiento Peridico del pavimento, a cargo del

Consorcio Montalvo.

Los trabajos se han realizado de acuerdo a los Trminos de Referencia del

estudio y forman parte del captulo de Inspeccin y Evaluacin de la Zona del

Proyecto.

8.2.1.2 ALCANCE

Este mtodo permite la determinacin de la condicin del pavimento a travs de

una evaluacin visual, usando el ndice de condicin del pavimento (PCI) que es

un ndice numrico de la condicin del pavimento cuyos rangos varan desde 0

hasta 100 siendo esta ultima la mejor condicin posible.

8.2.1.3 PROCEDIMIENTO EMPLEADO

La metodologa PCI esta descrita en la norma ASTM 5340-98, la cual nos da los

lineamientos para determinar el ndice de condicin del pavimento, que ayuda a

calcular un ndice de deterioracin y se utiliza a menudo para proyectar la

condicin futura.

A continuacin pasamos a detallar el mtodo empleado, de acuerdo con la norma

ASTM 5340 98


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El pavimento es dividido en tramos, las cuales son divididas a su vez en

secciones. Cada seccin es nuevamente dividida en unidades de muestreo. El

tipo y la severidad de la condicin del pavimento es calculada por la inspeccin

visual de las unidades de muestro del pavimento. La cantidad de dao se mide

mediante la metodologa dada en la norma ASTM. Los datos del dao para

calcular el ndice de la condicin del pavimento en cada unidad de muestreo. El

ndice de cada seccin es determinado en base a los ndices de cada unidad de

muestreo dentro de la seccin. El calculo de cada una de las fallas reconocidas,

se encuentran en la Norma ASTM.

La evaluacin de la condicin del pavimento se basa en el ndice de la condiciona

del pavimento (PCI) que es una escala a partir de 0 a 100 que mide tanto la

integridad estructural como la condicin superficial. La seccin del pavimento se

debe primero dividir en muestras. Todas las muestras pueden ser examinadas, o

un numero mas pequeo de muestras escogidas al azar se puede elegir para

representar la seccin entera. Los mtodos estadsticos se utilizan para

determinar el numero de las muestras requeridas.

Una hoja de datos se requiere por cada unidad de muestra. El inspector llena el

formulario de datos caminando por cada unidad de muestra y registrando los

deterioros medidos. Un bosquejo de la unidad de muestra se hace usando los

puntos impresos que representan intersecciones comunes. El numero apropiado

para casa deterioro encontrado en el pavimento se incorpora en el cuadrado que

representa la seccin del pavimento. El deterioro tambin se observa como

gravedad baja, media o alta. Una porcin de la hoja de la inspeccin se utiliza

para resumir los niveles de deterioro encontrados en cada unidad de muestra. Se

calcula el PCI usando los pasos siguientes:

1. Los valores deducidos se determina para cada tipo de deterioro y gravedad

utilizando las curvas de la vlvula de deduccin. Los valores deducidos para

todos los deterioro se determinan usando las curvas apropiadas

2. El total valor reducido (TDV) es computado sumando individuales valores del

deducir.

3. una vez que se compute el TDV. Se debe determinar un valor corregido del

deducir (CDV) usando curvas de correccin.


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8.2.1.4 SIGNIFICADO Y USO

El PCI es un indicador numrico que clasifica la condicin superficial del

pavimento, adems provee una medida de la condicin presente del pavimento

basado en las fallas observadas en la superficie del pavimento las cuales tambin

indican la integridad estructural y la condicin operacional de la superficie. El PCI

no puede medir la capacidad estructural.

8.2.1.5 TRABAJOS EFECTUADOS

El trabajo de evaluacin fue realizado por el Ingeniero de Suelos y Pavimentos,

realizando un recorrido a lo largo de toda la va, y obteniendo un total de 197

ensayos.

8.2.1.6 RESULTADOS OBTENIDOS

De acuerdo a las fichas de evaluacin se aprecia que la mayora de fallas son

fisuras longitudinales, transversales y fisuras en bloque, en los tres niveles (leve,

moderado y severo). Los resultados de los ensayos realizados en las zonas

representativas se aprecian en el Cuadro N 1 en el Volumen N 1 Anexo III

Evaluacin Superficial del Pavimento Mtodo PCI, en donde al inicio del tramo la

evaluacin superficial se encuentra en muy buen estado a excelente hasta el Km.

1083+500 siguiendo una superficie regular a pobre hasta el Km. 1110+500 y

finalizando el tramo con una superficie regular.

Por lo tanto, los sectores de mayor incidencia tienen un estado del pavimento

excelente 28.4% y regular 23.3% (Cuadro N 1 Resultados de Ensayos del PCI.

Anlisis Estadstico, Volumen N 1 Anexo III), lo que indicara que la va se

encuentra en buen estado, de acuerdo a la metodologa empleada.


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8.2.1.7 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

El PCI es una tcnica de levantamiento del deterioro bastante exacta, que produce resultados constantes cuando esta repetida, por eso ha sido normalizada

por ASTM. El procedimiento de evaluacin produce una medida significativa y

muy exacta de la condicin del pavimento.

La va en general de acuerdo a la evaluacin presenta un estado de deterioro de Regular a Bueno, lo que es un buen indicativo para efectuar el respectivo

mantenimiento.


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8.2.2 EVALUACIN DE LA RUGOSIDAD DEL PAVIMENTO 8.2.2.1 METODOLOGA PARA LA DETERMINACIN DE LA RUGOSIDAD DE LOS PAVIMENTOS

a. INTRODUCCIN

El Laboratorio Britnico de Investigacin de Transportes y Caminos (TRRL)

desarroll el rugosmetro MERLIN (acrnimo de la terminologa inglesa Machine

for Evaluating Roughness using low-cost Instrumentation), basndose en el

principio del perfilmetro esttico, con el objetivo de obtener un equipo de bajo

costo, fcil manejo y un mtodo de anlisis simple con resultados confiables (1,2,3).

A pesar de la gran exactitud de los resultados que proporciona el MERLIN, slo

superada por la exactitud que proporciona el mtodo topogrfico, la desventaja del

equipo es su bajo rendimiento si se compara con los rugosmetros dinmicos

automatizados, tales como: el Bump Integrator, Mays Meter, Perfilmetro Laser,

etc. La gran cantidad de tiempo consumido en la toma de datos y clculo del IRI,

utilizando el mtodo grfico original establecido por el TRRL, se hace ms notoria

cuando se trata de evaluar la rugosidad de vas de gran longitud (100 km o ms) y

se dispone de muy poco tiempo para ello.

Debido a que en los pases latinoamericanos la oportunidad de empleo de los

rugosmetros an sigue siendo espordica, lo que no justifica muchas veces la

manutencin de vehculos ad hoc destinados a la operacin de equipos dinmicos

y los costos de calibracin relativamente altos, o a que las redes a ser evaluadas

no son de gran extensin, el MERLIN constituye una buena alternativa, siempre y

cuando sea resuelto el problema del bajo rendimiento (uso de mtodos adecuados

para medicin y clculo), mas an cuando los resultados que proporciona son

ms exactos que los de cualquier equipo automatizado.

En dicho contexto las tareas principales, para establecer una metodologa que

permita una mayor eficiencia, han sido las de estudiar las fuentes que inciden en

el bajo rendimiento del equipo y desarrollar mtodos que permitan procesos

automatizados, complementndose esto con la inclusin de criterios de anlisis y


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especificaciones tcnicas para la calificacin de los resultados, lo que ha sido

posible por la experiencia ganada entre 1993 y 1998, luego de la evaluacin de

ms de 3,000 km de pavimentos, en mas de 100 proyectos de carreteras, en el

Per (4).

b. METODOLOGA PARA LA DETERMINACIN DE LA RUGOSIDAD b.1 Fundamentos Tericos La determinacin de la rugosidad de un pavimento se basa en el concepto de usar

la distribucin de las desviaciones de la superficie respecto de una cuerda

promedio. La Figura N 1 ilustra como el MERLIN mide el desplazamiento vertical

entre la superficie del camino y el punto medio de una lnea imaginaria de longitud

constante. El desplazamiento es conocido como la desviacin respecto a la

cuerda promedio.

La longitud de la cuerda promedio es 1.80m, por ser la distancia que proporciona

los mejores resultados en las correlaciones. Asimismo, se ha definido que es

necesario medir 200 desviaciones respecto de la cuerda promedio, en forma

consecutiva a lo largo de la va y considerar un intervalo constante entre cada

medicin. Para dichas condiciones se tiene que, a mayor rugosidad de la

superficie mayor es la variabilidad de los desplazamientos. Si se define el

histograma de la distribucin de frecuencias de las 200 mediciones, es posible

medir la dispersin de las desviaciones y correlacionarla con la escala estndar de

la rugosidad (Ver Figura N2). El parmetro estadstico que establece la magnitud

de la dispersin es el Rango de la muestra (D), determinado luego de efectuar una

depuracin del 10% de observaciones (10 datos en cada cola del histograma). El

valor D es la rugosidad del pavimento en unidades MERLIN.

El concepto de usar la dispersin de la desviaciones de la superficie respecto de

una cuerda promedio, como una forma para evaluar la rugosidad de un pavimento

no es nuevo ni original del TRRL. Varios parmetros de rugosidad precedentes, tal

como el conocido Quarter-car Index (QI), han sido propuestos por otros

investigadores basndose en el mismo concepto, los que son analizados en la

referencia (5).


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b.2 Correlaciones D versus IRI Para relacionar la rugosidad determinada con el MERLIN con el Indice de

Rugosidad Internacional (IRI), que es el parmetro utilizado para uniformizar los

resultados provenientes de la gran diversidad de equipos que existen en la

actualidad, se utilizan las siguientes expresiones:

a. Cuando 2.4

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b.3 Mtodo de Medicin b.3.1 El rugosmetro MERLIN

El rugosmetro MERLIN, es un instrumento verstil, sencillo y econmico, pensado

especialmente para uso en pases en vas de desarrollo. Fue introducido en el

Per por iniciativa personal del autor en 1993 (8), existiendo en la fecha (Junio

1999) mas de 15 unidades pertenecientes a otras tantas empresas constructoras

y consultoras.

De acuerdo con la clasificacin del Banco Mundial(9) los mtodos para la

medicin de la rugosidad se agrupan en 4 clases, siendo los de Clase 1 los ms

exactos (Mira y Nivel, TRRL Beam, perfilmetros estticos). La Clase 2 agrupa a

los mtodos que utilizan los perfilmetros estticos y dinmicos, pero que no

cumplen con los niveles de exactitud que son exigidos para la Clase 1. Los

mtodos Clase 3 utilizan ecuaciones de correlacin para derivar sus resultados a

la escala del IRI (Bump integrator, Mays meter). Los mtodos Clase 4 permiten

obtener resultados meramente referenciales y se emplean cuando se requieren

nicamente estimaciones gruesas de la rugosidad.

El mtodo de medicin que utiliza el MERLIN, por haber sido diseado este

equipo como una variacin de un perfilmetro esttico y debido a la gran exactitud

de sus resultados, califica como un mtodo Clase 1. La correlacin de los

resultados obtenidos con el MERLIN, con la escala del IRI, tiene un coeficiente de

determinacin prcticamente igual a la unidad (R2=0.98). Por su gran exactitud,

slo superado por el mtodo topogrfico (mira y nivel), algunos fabricantes de

equipos tipo respuesta (Bump Integrator, Mays Meter, etc.) lo recomiendan para la

calibracin de sus rugosmetros.

El MERLIN es un equipo de diseo simple. La Figura N 3 presenta un esquema

ilustrativo del instrumento. Consta de un marco formado por dos elementos

verticales y uno horizontal. Para facilidad de desplazamiento y operacin el

elemento vertical delantero es una rueda, mientras que el trasero tiene adosados

lateralmente dos soportes inclinados, uno en el lado derecho para fijar el equipo

sobre el suelo durante los ensayos y otro en el lado izquierdo para descansar el


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equipo. El elemento horizontal se proyecta, hacia la parte trasera, con 2 manijas

que permiten levantar y movilizar el equipo, hacindolo rodar sobre la rueda en

forma similar a una carretilla.

Aproximadamente en la parte central del elemento horizontal, se proyecta hacia

abajo una barra vertical que no llega al piso, en cuyo extremo inferior pivotea un

brazo mvil. El extremo inferior del brazo mvil esta en contacto directo con el

piso, mediante un patn empernado y ajustable, el cul se adecua a las

imperfecciones del terreno, mientras que el extremo superior termina en un

puntero o indicador que se desliza sobre el borde de un tablero, de acuerdo a la

posicin que adopta el extremo inferior del patn mvil al entrar en contacto con el

pavimento. La relacin de brazos entre los segmentos extremo inferior del patn

mvil-pivote y pivote-puntero es 1 a 10, de manera tal que un movimiento vertical

de 1 mm, en el extremo inferior del patn mvil, produce un desplazamiento de 1

cm del puntero.

Para registrar los movimientos del puntero, se utiliza una escala grfica con 50

divisiones, de 5 mm de espesor cada una, que va adherida en el borde del tablero

sobre el cul se desliza el puntero (Ver Figura N 4).

b.3.2 Ejecucin de ensayos

Para la ejecucin de los ensayos se requiere de dos personas que trabajan

conjuntamente, un operador que conduce el equipo y realiza las lecturas y un

auxiliar que las anota. Asimismo, debe seleccionarse un trecho de

aproximadamente 400 m de longitud, sobre un determinado carril de una va. Las

mediciones se efectan siguiendo la huella exterior del trfico.

Para determinar un valor de rugosidad se deben efectuar 200 observaciones de

las irregularidades que presenta el pavimento (desviaciones relativas a la cuerda

promedio), cada una de las cules son detectadas por el patn mvil del MERLIN,

y que a su vez son indicadas por la posicin que adopta el puntero sobre la escala

graduada del tablero, generndose de esa manera las lecturas. Las

observaciones deben realizarse estacionando el equipo a intervalos regulares,

generalmente cada 2m de distancia; en la prctica esto se resuelve tomando


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como referencia la circunferencia de la rueda del MERLIN, que es

aproximadamente esa dimensin, es decir, cada ensayo se realiza al cabo de una

vuelta de la rueda.

En cada observacin el instrumento debe descansar sobre el camino apoyado en

tres puntos fijos e invariables: la rueda, el apoyo fijo trasero y el estabilizador para

ensayo (Figura N 3, Corte B-B). La posicin que adopta el puntero corresponder

a una lectura entre 1 y 50, la que se anotar en un formato de campo, tal como el

mostrado en el Figura N 5. El formato consta de una cuadrcula compuesta por

20 filas y 10 columnas; empezando por el casillero (1,1), los datos se llenan de

arriba hacia abajo y de izquierda a derecha.

El proceso de medicin es continuo y se realiza a una velocidad promedio de 2

km/h. La prueba empieza estacionando el equipo al inicio del trecho de ensayo, el

operador espera que el puntero se estabilice y observa la posicin que adopta

respecto de la escala colocada sobre el tablero, realizando as la lectura que es

anotada por el auxiliar. Paso seguido, el operador toma el instrumento por las

manijas, elevndolo y desplazndolo la distancia constante seleccionada para

usarse entre un ensayo y otro (una vuelta de la rueda). En la nueva ubicacin se

repite la operacin explicada y as sucesivamente hasta completar las 200

lecturas.

El espaciado entre los ensayos no es un factor crtico, pero es recomendable que

las lecturas se realicen siempre estacionando la rueda en una misma posicin,

para lo cual se pone una seal o marca llamativa sobre la llanta (con gutapercha

fosforescente, por ejemplo), la que debe quedar siempre en contacto con el piso.

Ello facilita la labor del operador quin, una vez hecha la lectura, levanta el equipo

y controla que la llanta gire una vuelta haciendo coincidir nuevamente la marca

sobre el piso.


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b.4 Mtodo para el clculo de la rugosidad b.4.1 Clculo del Rango D Como se ha explicado, para la generacin de los 200 datos que se requieren para

determinar un valor de rugosidad, se emplea una escala arbitraria de 50 unidades

colocada sobre el tablero del rugosmetro, la que sirve para registrar las

doscientas posiciones que adopta el puntero del brazo mvil. La divisin N 25

debe ser tal que corresponda a la posicin central del puntero sobre el tablero

cuando el perfil del terreno coincide con la lnea o cuerda promedio. En la medida

que las diversas posiciones que adopte el puntero coincidan con la divisin 25 o

con alguna cercana (dispersin baja), el ensayo demostrar que el pavimento

tiene un perfil igual o cercano a una lnea recta (baja rugosidad). Por el contrario,

si el puntero adopta repetitivamente posiciones alejadas a la divisin N25

(dispersin alta), se demostrar que el pavimento tiene un perfil con mltiples

inflexiones (rugosidad elevada).

La dispersin de los datos obtenidos con el MERLIN se analiza calculando la

distribucin de frecuencias de las lecturas o posiciones adoptadas por el puntero,

la cul puede expresarse, para fines didcticos, en forma de histograma (Figura

N 2). Posteriormente se establece el Rango de los valores agrupados en

intervalos de frecuencia (D), luego de descartarse el 10% de datos que

correspondan a posiciones del puntero poco representativas o errticas. En la

prctica se elimina 5% (10 datos) del extremo inferior del histograma y 5% (10

datos) del extremo superior.

Efectuado el descarte de datos, se calcula el ancho del histograma en unidades

de la escala, considerando las fracciones que pudiesen resultar como

consecuencia de la eliminacin de los datos. En la Figura N 2, por ejemplo, en el

extremo inferior del histograma, se tiene que por efecto del descarte de los 10

datos se eliminan los intervalos 1, 2 y 3, y un dato de los doce que pertenecen al

intervalo 4, en consecuencia resulta una unidad fraccionada igual a 11/12=0.92.

Caso similar sucede en el extremo superior del histograma, en donde resulta una

unidad fraccionada igual a 3/7=0.43. Se tiene en consecuencia un Rango igual a

0.92+6+0.43=7.35 unidades.


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El Rango D determinado se debe expresar en milmetros, para lo cul se

multiplica el nmero de unidades calculado por el valor que tiene cada unidad en

milmetros (7.35x5mm=36.75mm).

b.4.2 Factor de correccin para el ajuste de D

Las ecuaciones 1 y 2 representan correlaciones entre el valor D y la rugosidad en

unidades IRI, las cuales han sido desarrolladas para una condicin de relacin de

brazos del rugosmetro de 1 a 10 (Ver Figura N 5). Esta relacin en la prctica

suele variar, y depende del desgaste que experimenta el patn del brazo mvil del

instrumento. En consecuencia, para corregir los resultados se verifica la relacin

de brazos actual del instrumento, y, se determina un factor de correccin que

permita llevar los valores a condiciones estndar.

Para determinar el factor de correccin se hace uso de un disco circular de bronce

de aproximadamente 5 cm de dimetro y 6 mm de espesor, y se procede de la

siguiente manera:

1. Se determina el espesor de la pastilla, en milmetros, utilizando un

calibrador que permita una aproximacin al dcimo de mm. El espesor se

calcular como el valor promedio considerando 4 medidas diametralmente

opuestas. Por ejemplo: el espesor medido es 6.2 mm.

2. Se coloca el rugosmetro sobre una superficie plana (un piso de terrazo,

por ejemplo) y se efecta la lectura que corresponde a la posicin que

adopta el puntero cuando el patn mvil se encuentra sobre el piso (por

ejemplo, lectura = 25). Se levanta el patn y se coloca la pastilla de

calibracin debajo de l, apoyndola sobre el piso. Esta accin har que el

puntero sobre el tablero se desplace, asumiendo una relacin de brazos

estndar de 1 a 10, una distancia igual al espesor de la pastilla

multiplicado por 10 (es decir: 6.2 x 10 = 62 mm), lo que significa,

considerando que cada casillero mide 5 mm, que el puntero se ubicar

aproximadamente en el casillero 12, siempre y cuando la relacin de

brazos actual del equipo sea igual a la asumida. Si no sucede eso, se

deber encontrar un factor de correccin (F.C.) usando la siguiente

expresin:


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F.C. = (EP x 10) / [(LI - LF) x 5] .. (4)

Donde:

EP : Espesor de la pastilla

LI : Posicin inicial del puntero

LF : Posicin final del puntero

Por ejemplo:

Si la posicin inicial del puntero fue 25 y la final fue 10, entonces el Factor

de Correccin ser:

FC = (6.2 X 10) / [(25-10)x5] = 0.82666

b.4.3 Variacin de relacin de brazos

Para facilidad del trabajo, el rugosmetro admite dos posiciones para el patn del

brazo pivotante (Ver Figura N 3):

a. Una posicin ubicada a 10 cm del punto de pivote, posicin standard que

se utiliza en el caso de pavimentos nuevos o superficies muy lisas (baja

rugosidad). En ese caso la relacin de brazos utilizada ser 1 a 10.

b. Una posicin ubicada a 20 cm del punto de pivote, posicin alterna que se

utiliza en el caso de pavimentos afirmados muy deformados o pavimentos

muy deteriorados. En ese caso la relacin de brazos ser 1 a 5. De usar

esta posicin, el valor D determinado deber multiplicarse por un factor de

2.

b.4.4 Clculo del Rango D corregido

El valor D calculado en la seccin 2.4.1, deber modificarse considerando el

Factor de Correccin (FC=0.82666) definido en la seccin 2.4.2 y la Relacin de

Brazos empleada en los ensayos (RB=1). El valor D corregido ser

36.75mmx0.82666x1=30.38mm. Este valor llevado a condiciones estndar es la

rugosidad en unidades MERLIN.


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b.4.5 Determinacin de la rugosidad en la escala del IRI

Para transformar la rugosidad de unidades MERLIN a la escala del IRI, se usa las

expresiones (1) y (2). Aplicando la expresin para el caso de IRI

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d) En superficie de rodadura de tratamiento superficial:

- IRIc menor a 3.5 m/Km.

En caso de no cumplirse con estos lmites, el sector o tramo deber subdividirse

en secciones de rugosidad homognea, y se calcular el IRI caracterstico para

cada una de ellas, los que debern cumplir los lmites indicados.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

1. CUNDILL, M.A. MERLIN. A Low Cost Machine for Measuring Road Roughness in

Developing Countries. Transportation Research Record 1291. Crowthorne, 1990.

2. CUNDILL, M.A. The MERLIN Low-cost Road Roughness Measuring Machine.

Transport and Road Research Laboratory, Department of Transport. TRRL

Research Report 301. Crowthorne, 1991.

3. CUNDILL, M.A. The MERLIN Road Roughness Machine: User Guide. Transport

Research Laboratory, Overseas Development Administration. TRL Report 229.

Crowthorne, 1996.

4. DEL AGUILA, P.M. Estado del Arte sobre la Medicin de la Rugosidad de

Pavimentos en el Per. Trabajo presentado al II Congreso Nacional del Asfalto.

Lima, 1998.

5. SAYERS, M. et al. The International Road Roughnes Experiment: establishing

correlations and a calibration standard for measurements. Bank Technical Paper

N 45. Washington D.C., 1986.

6. DEL AGUILA, P.M. Desarrollo de la Ecuacin de Correlacin para la

determinacin del IRI en pavimentos asflticos nuevos, utilizando el rugosmetro

MERLIN. Trabajo presentado al X Congreso Ibero-Latinoamericano. Sevilla,

1999.

7. CUNDILL, M.A. The MERLIN Road Roughness Machine: Further Analysis of

Performance. Transport Research Laboratory, Overseas Development

Administration. TRL Project Report PR/ORC/107/96. Crowthorne, 1996.

8. DEL AGUILA, P.M. Proyecto de Rehabilitacin de la Carretera Central, Sector

Huayre-Hunuco. Estudio de Evaluacin de la Rugosidad. Informe tcnico

presentado a la Asociacin EICA-HOB Ingenieros Consultores. Lima, Octubre

1993.


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9. SAYERS, M.W. et al. Guidelines for Conducting and Calibrating Road Roughness

Measurements. World Bank Technical Paper N 46. Washington D.C., 1986.


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8.2.2.2 ANLISIS DE LOS RESULTADOS DE LA EVALUACIN DE LA RUGOSIDAD

Las mediciones de la rugosidad se encuentran en el Volumen N1 Anexo IV. De estas

mediciones efectuadas a lo largo del tramo en estudio, se obtuvo en el carril derecho

un IRI mnimo de 0.88 m/km en el Km. 1134+600, un IRI mximo de 3.66 m/km en el

Km. 1108+200 y un IRI promedio de 1.69 m/km. En el carril izquierdo se obtuvo un IRI

mnimo de 0.80 en el Km. 1104+600, un IRI mximo de 4.51 m/km en el Km.

1042+600 y un IRI promedio de 1.81 m/km. Se concluye que el carril izquierdo posee

mayor coeficiente de variacin de los resultados obtenidos, como se muestra en el

Cuadro N1 Resultados de Ensayos de Rugosidad (Ver Volumen N 1 Anexo IV).

Del grfico adjunto (rugograma) se defini preliminarmente cuatro sectores

homogneos (Cuadro N 8.2.2.2.a).

Cuadro No 8.2.2.2.a

Sectorizacin segn la evaluacin funcional del pavimento

INICIO FIN LONG. IRIprom IRIcaract IRIprom IRIcaract

KM KM KM m/Km m/Km m/Km m/Km1 1041 + 400 1051 + 500 10.10 3.13 4.36 2.37 3.382 1051 + 500 1106 + 500 55.00 1.72 2.57 1.58 2.003 1106 + 500 1118 + 500 12.00 1.48 2.50 2.36 3.564 1118 + 500 1139 + 795 21.30 1.56 2.24 1.26 1.71

PROGRESIVATRAMO

CARRIL IZQUIERDO CARRIL DERECHOIRI PROMEDIO - IRI CARACTERISITICO


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8.3 EVALUACIN ESTRUCTURAL DEL PAVIMENTO

8.3.1 INTRODUCCIN

La deflexin es una medida de la respuesta del conjunto pavimento-subrasante

frente a una determinada solicitacin (accin de las cargas mviles o estticas de

los vehculos). La medicin de la deflexin es un ensayo no destructivo de gran

rendimiento operacional que permite obtener un elevado nmero de

determinaciones en poco tiempo, reduciendo al mnimo la cantidad necesaria de

ensayos destructivos (calicatas).

Debido a la incidencia de diversos factores que perjudican la seguridad,

comodidad y rapidez con que debe circular el trfico presente y el futuro en el

tramo en estudio, se ha planteado corregir los defectos que alteran la superficie de

rodadura de los pavimentos flexibles.

Los trabajos de mantenimiento o de refuerzo de los pavimentos en servicio, se

basan en el valor de la deflexin mxima y el tipo de curvatura que adopta la

superficie cargada.

Para determinar las correcciones en el tramo en estudio se ha analizado la

deformacin elstica que experimenta el pavimento bajo carga, dicha deformacin

depender del estado superficial y/o estructural del mismo.

Se efectuaron mediciones de deflexiones recuperables mediante la Viga

Benkelman utilizando el correspondiente camin normalizado, adems el uso de

la viga permiti determinar el radio de curvatura de la lnea de deflexin.

La Viga Benkelman es un dispositivo mecnico que mide las deformaciones en

dos puntos de contacto, esta viga se coloca entre las ruedas duales de un camin

bajo eje de carga estndar 8.2 t y con una presin de inflado de llantas de 80 psi, es decir que mide la flecha mxima de la lnea de deformacin bajo una carga

constante.


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El nmero de puntos de ensayo se efectu cada 100 m a lo largo del tramo y en

cada carril, las mediciones de cada carril estn desplazadas unos 50 m. De esta

manera se tiene en forma alternada (derecha e izquierda) una medida a 50

metros.

8.3.2 PROCEDIMIENTO DE MEDICIN

El punto de pavimento a ser ensayado deber ser marcado con una lnea transversal.

La rueda dual externa deber ser colocada sobre el punto seleccionado quedando ste ubicado entre ambas llantas.

Se coloca la regla sobre el pavimento, detrs del camin perpendicularmente al eje de carga de modo que la punta de prueba

coincida con el punto de ensayo y la regla no roce contra las cubiertas de la

rueda dual.

Se retira la traba de la regla y la base se ajusta por medio del tornillo trasero de modo tal que el brazo de medicin quede en contacto con el vstago del

dial.

El flexmetro se ajusta de modo tal que el vstago tenga un recorrido libre comprendido entre 4 y 6 mm. Se gira la esfera del flexmetro hasta que la

aguja quede en cero y se verifica la lectura golpeando suavemente con un

lpiz y poniendo en marcha el vibrador de la regla. Girar la esfera si es

necesario y repetir la operacin hasta obtener la posicin "0" (cero). El

ensayo comenzar cuando se compruebe que dicha lectura permanece

constante, asegurando el equilibrio del pavimento bajo carga. Se da por

estabilizada la deformacin producida por la carga cuando la lectura inicial

vara en 0.01 mm/minuta o menos.

Establecida la lectura inicial en cero, se hace avanzar suave y lentamente el camin hasta una distancia de 4 m. aproximadamente.

Para determinar la Deflexin Recuperable, se lee el flexmetro cada 60 segundos golpendolo suavemente con un lpiz. Cuando dos lecturas

sucesivas no difieren en mas de 0.01 mm. se da por finalizada la

recuperacin del pavimento (L).

Para determinar la Curva de Recuperacin Elasto-Retardada, se pone en marcha el cronmetro exactamente en el instante en que comienza a


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avanzar el camin y se lee el flexmetro a intervalos de 5 seg. registrndose

todas las lecturas hasta que dos lectura separadas por un lapso de 60 seg.

no difieran en ms de 0.01 mm. Cuando se cumple esta condicin, se da por

finalizada la recuperacin correspondiendo la ltima lectura de la Deflexin

Recuperable.

8.3.3 METODOLOGA DE ANLISIS

Se basan en el valor de la deflexin mxima y el tipo de curvatura que adopta la

superficie cargada, siendo sus resultados confiables a medida que exista una

base de comparacin en una gran gama de variedades de estructuras.

8.3.3.1 Clculo de las Deflexiones

El procedimiento para el clculo de las deflexiones es simple. Para el caso de la

deflexin mxima, se debe calcular la diferencia entre la lectura inicial y la lectura

final. Para el caso de la deflexin a 25 cm, se debe encontrar la diferencia entre la

lectura a 25 cm y la lectura final.

Para el ejemplo se tiene:

Deflexin mxima = (200 - 155) x 2 = 90 x 10-2 mm

Deflexin a 25cm = (188 -155) = 66 x 10-2 mm

Las diferencias se multiplican por 2, debido a que la relacin de brazos de' la Viga

Benkelman empleada es 1: 2.

a. Correccin de las Deflexiones por efecto de la Temperatura

Para medir la temperatura del pavimento se realiza un orificio (antes y

durante el ensayo) y se llena con agua. Una vez pasado el tiempo

necesario para que adquiera la temperatura del pavimento, se inserta el

termmetro y se lee la temperatura.

Para un pavimento dado, la magnitud de las deflexiones aumenta con un

incremento en la temperatura de la carpeta, atribuido a una menor rigidez


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de la mezcla. Para corregir la deflexin por efecto de la temperatura, se

aplica la siguiente frmula:

Dt

D20C = ----------------------------------------------

1 x 10 -3 (1 / cm C) x h x (t - 20C) + 1

Donde :

Dt = Deflexin recuperable, medida a la temperatura t C en

centsimas de mm.

D20 = Deflexin recuperable, medida a la temperatura estndar (20 C).

h = Espesor de la carpeta asfltica en cm. medido en el borde del

pavimento.

t = temperatura de la carpeta asfltica al momento de ejecutarse el ensayo.

b. Correccin de las Deflexiones por Estacionalidad

La capacidad de deformacin de los suelos esta influenciada por el grado de saturacin que experimentan, por lo tanto, es deseable que la medicin

de deflexiones se realice durante la estacin de lluvias, durante la cul los

suelos se encuentran en la situacin ms crtica. De no ser as, se debe

efectuar la correccin de las medidas a fin de tomar en cuenta dicho

aspecto. Para fines prcticos se propone el uso de los siguientes factores

de correccin, considerando el tipo de suelo de subrasante y la poca en

que se realizaron los ensayos.

ESTACION ESTACION TIPO DE SUELO DE SUBRASANTE

LLUVIOSA SECA

Arenosa-permeable 1.0 1.1 a 1.3

Arcillosa-sensible al agua 1.0 1.2 a 1.4


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8.3.3.2 Anlisis de la capacidad estructural

a. Determinacin del Radio de Curvatura

El grado de curvatura de la lnea elstica de Deflexin es una caracterstica

de fundamental importancia, que determina la magnitud de la deformacin

lineal por traccin que sufren las capas elsticas al flexionar bajo las

cargas, y en consecuencia, en el desarrollo del fisuramiento en forma de

piel de cocodrilo.

El radio de curvatura queda definido por la siguiente relacin, en la cual se

considera que la lnea de Deflexin se aproxima a una parbola hasta una

distancia al carga, para sufrir luego una

inflexin y horizontal, la curvatura de la

parbola qu

curvatura s

dicho punto

Donde:

R = R

Do =

centsimas

D25 =

centsimas

10 = Coef

Siguiendo l

deflexiones

deflectogram

determinar

con una con

Estudio Definitivogo mayor de 25 cm del eje de

tender asintticamente hacia la eda definida por su parmetro, que en la zona de mxima

e confunde practicante con el radio del circulo osculador en

.

R = 10*(25) = 6250

2(Do-D25) 2(Do-D25)

adio de Curvatura en metros

Deflexin recuperable en el eje vertical de la carga, en

de milmetros

Deflexin recuperable en el eje vertical de la carga, en

de milmetros, a 25 del eje de carga

iciente por cambio de unidades

a metodologa de CONREVIAL se determin los valores de

corregidos por temperatura y estacionalidad, se elabor el

a y se analiz a fin de definir sectores homogneos y

valores representativos en base a la deflexin caracterstica

fiabilidad de 95%.

para el Mantenimiento Peridico de la Carretera Panamericana Sur Tramo: Puente Santa Rosa Puente Montalvo

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Adicionalmente se determin el radio de curvatura, que expresa el grado

de curvatura de la lnea elstica de deflexin, es una caracterstica de

fundamental importancia que determina la magnitud de la deformacin

lineal por traccin que sufren las capas asflticas al flexionar bajo carga y

en consecuencia en el desarrollo del fisuramiento en forma de piel de

cocodrilo.

Los trabajos de campo se complementaron mediante ensayos destructivos,

consistentes en la extraccin de testigos de pavimentos, de modo que con

ellos se pueden efectuar mediciones de espesores de las distintas capas

del pavimento y de la subrasante y realizar ensayos de densidad. La

determinacin de los puntos donde se ejecutaron las calicatas estuvieron

relacionados con los resultados de la evaluacin deflectomtrica.

Se han efectuado un anlisis estadstico por sectores de comportamiento

homogneo con la finalidad de determinar la Deflexin Caracterstica, la

Deflexin Admisible, la Deflexin Promedio y si requiere un aporte

estructural o no.

b. Deflectograma

La introduccin y generalizacin de las medidas de deflexiones ha

permitido un aporte de inters en el campo de la mecnica de calzadas al

revelar la desuniformidad de su capacidad estructural, an en aquellas

consideradas como correctamente proyectadas y construidas, lo que obliga

a su estudio con criterio probabilstico.

Una primera desuniformidad, en el sentido transversal se revela en

muchos casos por las mayores deflexiones de la huella externa con

respecto a la interna de un mismo carril, atribuidas principalmente a una

reduccin del confinamiento lateral asociada a la terminacin del

pavimento, y a condiciones ms adversas de suelo, principalmente en lo

que hace a su contenido de humedad y grado de densificacin.


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Por este motivo, las determinaciones se han conducido en la huella

externa del carril considerado crtico a una distancia del borde variable en

funcin del ancho de la calzada, segn las recomendaciones indicadas en

la norma de ensayo ya citada.

La desuniformidad en el sentido longitudinal se revela en la gran dispersin

de valores individuales, an para determinaciones muy prximas entre s

(por ejemplo 20m), debido a la variabilidad de las propiedades de los

materiales y del proceso constructivo.

Dado que para interpretar los resultados no se puede considerar los

valores individuales, surge la necesidad de establecer una deflexin que

represente adecuadamente cada seccin o tramo de pavimento, y, por

ende, de una evaluacin estadstica.

Con este propsito los resultados obtenidos se vuelcan en un

Deflectograma donde se grafica los resultados obtenidos en campo,

permitiendo una visin global del conjunto de datos obtenidos.

El Deflectograma constituye un elemento fundamental para el anlisis de la

variabilidad de la capacidad estructural. En este sentido cabe destacar que

el principal objetivo de la medicin de deflexiones radica en poder

diferenciar secciones de distinta capacidad estructural en un mismo tramo.

Por lo tanto, es en base al deflectograma que se procede a:

Diferenciar secciones de distinta capacidad estructural y/o comportamiento considerando deflexiones, fallas observadas y

estructura del pavimento, las que son posteriormente procesadas

estadsticamente.

Eliminar valores extremos aislados, no representativos y que distorsionan los resultados.

Obtenidos los parmetros estadsticos, ubicar las perforaciones requeridas para interpretar los resultados, en zonas representativas de

buen y mal comportamiento.


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Delimitar secciones en las que se requiere intensificar los estudios o realizar estudios especiales.

El deflectograma es empleado para juzgar la capacidad portante del

pavimento, cuando se dispone de los resultados de todos los estudios

llevados a cabo.

8.3.3.3 Anlisis estadstico de los resultados

Los estudios de deflexiones recuperables han demostrado que las deflexiones

medidas en una seccin de pavimento, presentan una distribucin de frecuencias

que se asemejan a una distribucin normal.

Por ende, a partir de las deflexiones individuales, asumiendo que se hallan

distribuidas de acuerdo a la ley de Gauss se han determinado la deflexin media

(), el desvo cuadrtico medio o desviacin standard () y el coeficiente de variacin (CV), usando las siguientes expresiones; donde n es el nmero de

determinaciones:

n

DD

N

I I == 1

Dado que la desviacin estndar aumenta con un incremento de las deflexiones, y

mayores deflexiones estn asociadas a pavimentos ms dbiles, puede concluirse

que estos son en general ms variables, y que la deflexin de diseo, cuando se

utiliza en algn mtodo para el clculo del refuerzo, debe basarse tanto en la

deflexin media como en la dispersin.

Para diseo se emplea la deflexin caracterstica, valor que representa mejor a

una determinada seccin; siguiendo el criterio adoptado normalmente en anlisis

estadstico, se puede establecer como deflexin caracterstica el valor:

Dc = + t


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Donde:

Dc = Deflexin Caracterstica

= Deflexin promedio de los valores individuales de Do corregidos por

temperatura y estacionalidad

t = Coeficiente que representa al porcentaje del rea total con probabilidad

de presentar deflexiones superiores a la deflexin caracterstica Dc

= Desviacin Estndar

Considerando que cada deflexin media representa una cierta extensin o rea de

pavimento, cada valor de t corresponder a un porcentaje del rea total con

probabilidad de presentar deflexiones superiores a las caractersticas Dc

correspondiente.

En la tabla siguiente se indican los valores ms frecuentes:

VALOR DISEO %

DEFLEXIN CARACTERISTICA

Dc

EXTENSION DEL PAVIMENTO CON D>Dc

(%)

50 50

75 + 0.674 25 85 + 15 90 + 1.3 10 95 +1.645 5 98 + 2 2 99 + 2.33 1

99.9 + 3 0.1

En el caso del diseo de un refuerzo, el espesor deber ser tal que solo una

pequea rea resulte infradiseada. La eleccin del valor de t es una decisin

tcnico econmica que depender del nmero de determinaciones, del grado

de confiabilidad, de la relacin entre costos de mantenimiento y de rehabilitacin,

de la variabilidad de capacidad estructural o constructiva, del trfico, ubicacin e

importancia de la carretera, etc.


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En el presente estudio se ha adoptado como deflexin caracterstica aquella que

corresponde al 95%, es decir la que es superada solo por el 5% de las

determinaciones ( +1.645 ), coincidente con lo sugerido por Ruiz en Argentina.

8.3.4 ANLISIS DE LOS RESULTADOS DE LA EVALUACIN DE LAS

DEFLEXIONES

Los resultados obtenidos de las mediciones de deflexiones se muestran en el

Deflectograma adjunto, diferencindose los valores del carril izquierdo como del

carril derecho, asimismo los Resultados de Ensayos de Deflexiones se muestran

en el Cuadro N1 del Volumen N 1 Anexo V.

Se realiz un procesamiento estadstico de la informacin deflectomtrica,

obtenindose una primera sectorizacin compuesto por 7 sectores, cuyos

valores de deflexin promedio, desviacin estndar, desviacin caracterstica y

coeficiente de variacin para cada uno de ellos, se muestra a continuacin en el

Cuadro N 8.3.4.a


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8.4 EVALUACIN INTEGRAL DEL PAVIMENTO EXISTENTE

Luego de efectuada la evaluacin superficial del pavimento mediante el anlisis

de su condicin (PCI), la evaluacin de la rugosidad mediante el anlisis de su

IRI, y finalmente la evaluacin estructural mediante el anlisis de las deflexiones,

se procedi a efectuar los ensayos destructivos en los sectores que mostraron

baja capacidad estructural.

El anlisis e integracin de estos requerimientos permiti formular una

sectorizacin que contemple y considere estos estudios previos. El objetivo

finalmente a alcanzar consiste en la divisin del tramo carretero en sectores de

condiciones homogneas en los cuales se pueda plantear soluciones que cubran

sus requerimientos de resistencia para el nuevo periodo de diseo previsto.

As, finalmente se pudo obtener cuatro sectores representativos de la condicin

funcional y estructural de la carretera, a partir del cual se pueda plantear las

soluciones de la estructura del pavimento.

La sectorizacin final se muestra en el cuadro No 8.4.a siguiente.


8.1 INTRODUCCINEn este captulo se realizar la evaluacin funcional y estrPara tal efecto, el procedimiento a seguir se efectuar en tLa primera consistir en la evaluacin funcional del pavimenEl trabajo concluir con la sectorizacin en base a la respuPara la siguiente etapa, que corresponde a la evaluacin estEl trabajo concluir con la sectorizacin en base a la respuEn base a los resultados anteriormente sealados, la terceraSe concluye en esta etapa con la divisin del tramo carreterEVALUACIN FUNCIONAL DEL PAVIMENTO8.3 EVALUACIN ESTRUCTURAL DEL PAVIMENTO8.3.2 PROCEDIMIENTO DE MEDICIN8.3.3 METODOLOGA DE ANLISISa. Correccin de las Deflexiones por efecto de la Temperatur

h = Espesor de la carpeta asfltica en cm. medido en el borb. Correccin de las Deflexiones por Estacionalidada. Determinacin del Radio de Curvaturab. Deflectograma8.3.4 ANLISIS DE LOS RESULTADOS DE LA EVALUACIN DE LAS DEF

8.4 EVALUACIN INTEGRAL DEL PAVIMENTO EXISTENTE

mantenimiento periódico carretera panamericana puente santa rosa-ouente montalvo

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