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ROBERTO HERNÁNDEZ CEVITER S.A.DE C.V.
UTILIDAD DE LA EVALUACIÓNDE PAVIMENTOS
6 de marzo de 2019León, Guanajuato
Papel de los pavimentos como parte de la infraestructura carretera
◼ Proveen la superficie de rodamiento para los vehículos.
◼ Se relacionan con la mayoría de los costos en los que incurren los usuarios al circular por las carreteras.
◼ Absorben la mayor parte de los recursos disponibles para la construcción y conservación de la infraestructura vial.
Enfoques de la evaluación del pavimentos
- Operador: La evaluación de pavimentos y de su comportamiento en el tiempo son importancia fundamental para el organismo encargado de su diseño, construcción, conservación y operación.
- Usuario: Así como al usuario, por las implicaciones que tiene en el comodidad, seguridad y economía del transporte
Valor de la información
- La evaluación de pavimentos genera información valiosa al momento de realizarla así como la experiencia y conocimiento del comportamiento de un pavimento y de las variables involucradas. Es decir conocer la historia del pavimento.
REQUERIMIENTOS DE INFORMACIÓN PARA LA EVALUACIÓN DE UN PAVIMENTO
Objetivos de los SGP
• Conocer la condición real de los pavimentos.
• Anticipar las necesidades futuras de conservación.
• Mantener niveles de servicio óptimos según el tipo de carretera.
• Maximizar los beneficios de los recursos disponibles.
• Verificar la efectividad de las acciones de conservación aplicadas
Tipos de Evaluación: Evaluación Inicial
- Evaluación Inicial- Geología de la zona- Información climatológica- Información histórica del pavimento- Antecedentes de conservación- Información topográfica y geométrica- Instalaciones subterráneas- Gálibos verticales
- Evaluación periódica- Evaluación puntual
IrregularidadIRI1 IRI2 IRI3 IRIm(...)
Unidades de análisis de los SGPSEGMENTACIÓN ASOCIADA AL REGISTRO DE DATOS
Puntos de generación o atracción de tránsito
Intervalo de medición
Tránsito diario promedio anualTDPA2 TDPA3 TDPAnTDPA1 (...)
Diseño geométricoTramo 1 Tramo 2 Tramo 3
Proyecto A Proyecto B Proyecto C
Unidades de análisis de los SGPSEGMENTACIÓN DINÁMICA
SEGMENTOS HOMOGÉNEOS
Índice Internacional de Irregularidad (IRIi)
IRI1 IRI2 IRI3 IRI4
Deflexión máxima (Dj)D1 D2
IRI1
D1
TDPA1
IRI2
D1
TDPA1
IRI2
D1
TDPA2
IRI3
D1
TDPA2
IRI3
D2
TDPA2
IRI3
D2
TDPA3
IRI4
D2
TDPA3
TDPA2TDPA1 TDPA3Tránsito diario promedio anual (TDPAk)
Unidades de análisis de los SGPPARÁMETROS MEDIDOS A INTERVALOS CORTOS
50.0
100.0
150.0
200.0
250.0
300.0
350.0
0 5 10 15 20
Cadenamiento (km)
De
fle
xió
n m
áx
ima
a 7
00
kP
a (
mic
ras
)
Unidades de análisis de los SGPAGREGACIÓN DE INFORMACIÓN
50.0
100.0
150.0
200.0
250.0
300.0
350.0
0 5 10 15 20
Cadenamiento (km)
De
fle
xió
n m
áx
ima
a 7
00
kP
a (
mic
ras
)
Evaluación de pavimentos◼ La evaluación permite:
◼ Determinar la suficiencia estructural del pavimento
◼ Establecer las razones por las cuales se encuentra en el
estado que presenta en el instante de la evaluación
◼ Una correcta evaluación de pavimentos incluye estudios
sobre:
◼ Condición funcional
• Capacidad estructural
Evaluación de pavimentos
◼ Condición funcional
◼ Conjunto de características superficiales del pavimento que
se relacionan con la comodidad y la seguridad de los
usuarios
◼ Condición estructural
◼ Capacidad del pavimento para soportar las solicitaciones del
tránsito
MEDICION DE LA CALIDAD DEL PAVIMENTO
1. Calidad funcional
• Fallas superficiales
• Resistencia al deslizamiento (Coeficiente de fricción)
• Macrotextura
• Profundidad de rodera
• Regularidad (IRI)
2. Calidad estructural
• Deflexiones
• Evaluación de materiales constituyentes
• Espesores de capas
Evaluación de la condición
Evaluación funcional delpavimento
◼ OBJETIVOS
◼ Se establece para determinar el estado superficial del
pavimento
◼ El estado superficial es el que mejor percibe y valora el
usuario
◼ Características superficiales del pavimento que más afectan la
comodidad, la seguridad y los costos de los usuarios
◼ IREGULARIDAD SUPERFICIAL
◼ Perfiles longitudinal y transversal
◼ FRICCIÓN O RESISTENCIA AL DESLIZAMIENTO
◼ TEXTURA
Irregularidad superficial
◼ Se define como irregularidad superficial del perfil
longitudinal de una carretera (ASPEREZA), la mayor o
menor aproximación del perfil real al perfil teórico del
proyecto, que es aquel que no produce aceleraciones
verticales dentro de un vehículo en marcha
◼ La regularidad superficial del perfil longitudinal es una
medida del comportamiento funcional de un pavimento, a
veces la única característica que percibe el usuario, a
través de la sensación de mayor o menor comodidad en la
circulación
Índice de RegularidadInternacional
◼ La medida internacional de referencia para la regularidad
superficial del perfil longitudinal es el International
Roughness Index (IRI), el cual se define como la relación
entre el movimiento acumulado de la suspensión de un
modelo matemático denominado cuarto de carro (cuya
respuesta es similar a la de un automóvil) que circula a 80
km/h y la distancia recorrida
◼ El IRI se expresa en m/km, mm/m o pulgadas/milla
◼ Un IRI = 0 representa una superficie totalmente lisa y su
valor aumenta con las irregularidades del perfil
7/10/2015
Modelo del cuarto de carro
zs
zu
−= V
L
us dtzzL
IRI0
)(1
Escala de valores del IRI
Equipos para la medición del IRI
• Perfilógrafos.
• Equipos de respuesta.
• Perfilómetros inerciales.
Equipos de medición de lairregularidad
◼ CLASE I –PERFILES DE PRECISIÓN
◼ El perfil longitudinal de la huella de circulación es medido
manualmente mediante nivel montado, Face Dipstick, el ARRB
Walking Profilometer u otro dispositivo similar de alta precisión y con
perfilometros laser.
◼ El perfil medido se emplea como base para calcular el IRI
◼ Los equipos que utilizan el sistema de la Clase I
proporcionan los más altos niveles de precisión y
repetibilidad
Equipos de medición
◼ FACE DIPSTICK
◼ Es aplicable para la evaluación de secciones cortas de
pavimento o para la calibración de aparatos tipo respuesta
y los perfilómetros
Equipos de medición de laregularidad
◼ PERFILÓMETROS LÁSER
◼ El principio de medida se basa en la medición de la distancia entre el
pavimento y un sensor láser colocado en una barra en la parte anterior
o posterior de un vehículo
◼ Con el desplazamiento del vehículo, la barra tiene un movimiento
vertical que debe ser descontado para que el resultado sea
exclusivamente la variación de cotas de la carretera
◼ Ello se consigue con un sistema de referencia inercial (acelerómetro)
que permite conocer la distancia entre la barra y el piso en cada
instante
◼ PERFILÓMETROS LÁSER
IRI
◼ CLASE II –OTROS MÉTODOS PERFILOMÉTRICOS
◼ En un estudio de regularidad, el perfil en una o ambas
huellas de circulación se mide usando perfilómetros de
contacto o no contacto, que han sido calibrados en
secciones cuyo perfil ha sido determinado por un sistema
de la Clase I.
◼ PERFILÓGRAFO CALIFORNIA
◼ Marco metálico de 7.62m (25pies) de longitud, soportado
por ruedas en sus extremos, el cual registra el perfil del
pavimento a partir del movimiento vertical de una rueda
sensora instalada en la parte media del marco
Profundidad de la rodera◼ Depresión longitudinal continua a lo largo de las huellas de
rodamiento del tránsito
◼ Causas:
◼ Deficiencias de compactación de las capas del pavimento
◼ Inestabilidad de la subrasante y de las capas inferiores del
pavimento, creada por la presión del agua o por saturación
de las mismas
◼ Mezcla asfáltica inestable
◼ Deficiencias de espesor de las capas que integran el
pavimento
◼ Acción del tránsito (sobrecargas y altos volúmenes de
tránsito no previstos en el diseño original)
Profundidad de la rodera◼ Equipos de medición
◼ Regla (1.2 o 2.0 m), perfilográfos, equipos laser
Profundidad de la rodera
PR
Resistencia al deslizamiento
La resistencia al deslizamiento, denominada a vecesfricción superficial, es la fuerza desarrollada entre lasuperficie del pavimento y los neumáticos, queresiste el deslizamiento de estos últimos cuando seaplican los frenos al vehículo
◼ En un pavimento húmedo, el agua actúa como lubricante que reduce el contacto directoneumático–superficie
Resistencia al deslizamiento◼ Los dos principales factores de la superficie del pavimento
que suministran fricción son la microtextura y la
macrotextura
◼ La microtextura es proporcionada por las pequeñas
asperezas superficiales y afecta el nivel de fricción en el
área de contacto neumático–pavimento
◼ La macrotextura es suministrada por las asperezas
mayores y proporciona canales de escape para el agua
superficial en la zona de contacto
Resistencia al deslizamiento
Resistencia al deslizamiento
Resistencia aldeslizamiento
◼ Mu – Meter
◼ Adoptado por la SCT para evaluación de la red carretera y
como aceptación /rechazo en obras
Mu-Meter
Características:
▪ Vel. 60 - 75 km/h
▪ Película: 0.5 - 1.0 mm
(agua)
Macrotextura◼ Circulo de arena (ASTM – E965)
Macrotextura◼ PROFUNDIDAD MEDIA DEL PERFIL(MPD)
◼ Es la diferencia (en una distancia del mismo orden de
magnitud del contacto entre neumático y pavimento) entre
la recta de regresión de los puntos del perfil y una paralela
trazada por el punto más alto de ellos
Macrotextura◼ Equipos automatizados
MPD
Fricción y Textura◼ ÍNDICE DE FRICCIÓN INTERNACIONAL(IFI)
◼ Parámetro mediante el cual se expresan las propiedades
de fricción de la superficie de un pavimento, en valores
que resultan independientes del equipo de medida
utilizado
Fricción y Textura◼ ÍNDICE DE FRICCIÓN INTERNACIONAL(IFI)
Características de Superficie delPavimento
Adapted from: Sandberg35, U.2011.
Rugosidad (Irregularidad) Longitud de onda >500 mm
Megatextura 50mm< Longitud de onda <500mm
Macrotextura 0.5mm<Longitud de onda<50mm
Microtextura Longitud de onda <0.5mm
Importancia de la evaluación estructural
◼ Para el diseño de las rehabilitaciones se requiere de una
evaluación del pavimento existente que proporcione
información la información necesaria para realizar este
proceso
◼ La determinación la extensión del daño y las propiedades
de los materiales de las capas en el lugar es el reto más
critico dentro de la evaluación del pavimento
◼ Muchas fallas prematuras de las rehabilitaciones de los
pavimentos son debidos a una evaluación inadecuada
Evaluación estructural
◼ OBJETIVOS
◼ Determinar la condición estructural del pavimento a través
de:
◼ Deflexiones de superficie
◼ Estudio geotécnico
◼ Calcular su vida remanente
◼ Establecer las actuaciones de rehabilitación
Procedimientos no destructivos
◼ Los procedimientos no destructivos consisten en:
◼ Espesores de las capas (GPR)
◼ Pruebas de deflexiones con FWD (propiedades de los
materiales)
Radar de Penetración de tierra (GPR)
◼ Equipo de exploración no destructiva que permite:
◼ Determinar los espesores de la estructura del pavimento
◼ Identificar cambios de sección según su estructura
◼ Localizar zonas húmedas y recursos del subsuelo
Radar de Penetración de tierra (GPR)
Results based on antenna frequency and dampness of
granular material
Radar de Penetración de tierra (GPR)
Deflexiones de superficie
◼ Sistemas para medir las deflexiones
Evaluación estructural
◼ VIGA BENKELMAN
Pruebas de deflexiones
◼ Uso típico de los datos de deflexiones
◼ Estimar los valores de módulos para el diseño
◼ Determinar áreas con deflexiones excesivas
◼ Determinar la variabilidad a lo largo del proyecto
◼ Calcular la LTE para los pavimentos JPCP
◼ Detección de vacíos debajo de las losas
Deflectometro de impacto (HWD)
KUAB Dynatest Carl JILSBro
Deflectómetro de impacto
◼ Las pruebas con el FWD tienen la siguiente ventaja
◼ Simula el movimiento de una rueda de carga
◼ Mide la respuesta del pavimento – cuenca de deflexiones
◼ No requiere de una referencia fija
◼ Relativamente rápido
Deflectometro de impacto
Área de contacto de la carga
Sensor
◼ Configuración típica del FWD
30 cm.
20 cm.
30 cm
45 cm
60 cm
120cm
90 cm
150cm
Deflectometro de impacto
◼ Ejemplo de una cuenca de deflexión
AREA
P
Carga del
plato d0 d36d12
Eficiencia en la transferencia de carga (LTE)
Eficiencia en la transferencia de carga (LTE)
Eficiencia en la transferencia de carga (LTE)
◼ Donde:
◼ LTE = Eficiencia en la transferencia de carga, porcentaje
◼ Du = deflexión a 15 cm de la junta de la losa no cargada
◼ Dl = deflexión a 15 cm de la junta de la losa cargada
* Si la deflexión es muy pequeña, LTE no se considera
l
LTE =u *100
El objetivo es 70%
Evaluación estructural
◼ FACTORES QUE AFECTAN LA MAGNITUD DE LAS
DEFLEXIONES
◼ Temperatura de las capas asfálticas
◼ Humedad
◼ Magnitud de la carga
◼ Modo de carga
◼ Tiempo de aplicación de la carga
◼ Factores debidos al pavimento
Evaluación estructural
◼ EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA
◼ Determinar los espesores reales de la estructura del
pavimento (perfil)
◼ Ejecución de ensayos in situ
◼ Toma de muestras de materiales para ensayos en
laboratorio
◼ Ejecución de ensayos de laboratorio
◼ Exploración destructiva -PCA
Evaluación estructural
◼ Equipo de extracción
Evaluación estructural
◼ Pozos a Cielo Abierto
Retrocálculo
Retrocálculo
◼ Proceso de convertir las
deflexiones medidas del
pavimento en módulos
de las capas.
Retrocálculo
◼ Opciones de retrocálculo
◼ Analisis iterativo
◼ Ajuste de bases de datos
◼ Capas equivalentes
◼ ¿?
Retrocálculo
◼ Requerimientos
◼ Datos del FWD
◼ Carga
◼ Deflexiones
◼ Localización del sensor
◼ Pavimento
◼ Capas
◼ Numero
◼ Espesor
◼ Manto rocoso
◼ Módulo de referencia
◼ Relación de Poisson´s
Retrocálculo
◼ El espesor de las capas se debe de conocer
0 1 2 3 4 5 6 7
Capa 3: µ3
Capa 2: H2 µ2
Capa 1: H1 µ1 E1 = ?
E2 = ?
E3 = ?
P
Retrocálculo
◼ Asociación de las deflexiones con las capas
1 2 3 4 5 6 7
Capa 3
Capa 1
Capa 2
P 0
34
Programas de retrocálculo
Retrocálculo
Módulo obtenido por retrocálculo
❑El principio de la técnica de retrocálculo es que un
conjunto inicial de valores característicos del módulo de
elasticidad de las capas se ajusta continuamente hasta la
cuenca de deflexión estimada para que se aproxime lo
suficiente a la cuenca de deflexión medida.
MARCO NORMATIVO
April 8, 2019GO TO HEADER/FOOTER MENU TO ENTER
PROJECT NAME
NORMA SCT
April 8, 2019GO TO HEADER/FOOTER MENU TO ENTER
PROJECT NAME
PROFUNDIDAD DE RODERA (Norma SCT)
April 8, 2019GO TO HEADER/FOOTER MENU TO ENTER
PROJECT NAME
NORMA SCT
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PROJECT NAME
NORMA SCT
April 8, 2019GO TO HEADER/FOOTER MENU TO ENTER
PROJECT NAME