rehabilitacion de pavimentos flexibles -...
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REHABILITACION DE
PAVIMENTOS Carlos Alberto Benavides B
EFECTO DEL TRANSITO Y EL CLIMA
Pérdida de Serviciabilidad
Log N
I
S
P
Inicial
Final
Acción Combinada del tránsito y el
Clima
ISP = 5.03 –1.9 Log (1+SV) –1.38 RD2 – 0.01*(C+P)½
REHABILITACION DE PAVIMENTOS
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.
ALTERNATIVAS DE
REHABILITACIÓN DE PAVIMENTOS
ASFÁLTICOS
EXCELENTE
TOTALMENTE
FALLADO Edad o NESE
Mantenimiento
rutinario preventivo
Restauración
Refuerzo
Reciclado
Reconstrucción
REHABILITACION
FUNCIONAL
ESTRUCTURAL
Restauración
Refuerzo (Funcional)
Refuerzo
Reciclado
Reconstrucción
GUÍA METODOLÓGICA
PARA EL DISEÑO
DE OBRAS DE
REHABILITACIÓN
DE PAVIMENTOS
ASFÁLTICOS DE
CARRETERAS
Rehabilitación de Pavimentos
1. Recolección de antecedentes
2. Evaluación funcional
3. Evaluación estructural
4. Evaluación condiciones de Drenaje
5. Evaluación del tránsito
6. Evaluación global y Sectorización
7. Modelización
8. Diseño estructural de la rehabilitación
9. Análisis técnico económico de alternativas de rehabilitación
Recolección de Antecedentes
Información sobre diseño y construcción Obras de mantenimiento y/o Rehabilitaciones
Transito circulante
Información de suelos de subrasante
Materiales utilizados en la construcción
Información sobre comportamiento
Costos de ejecución
Información climática
Fuentes de materiales Estabilidad geológica y geotécnica del corredor
Actividad
encaminada
a medir y
valorar el
estado de
un tramo o
de una red
de
carreteras
AUSCULTACION DE PAVIMENTOS
Evaluación Funcional REHABILITACION DE PAVIMENTOS
Aspectos a evaluar de los
Deterioros Del pavimento 1. Tipo
2. Magnitud (área, long,n)
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.(A,M,B)
PC
K0+000 K0+100
Fl
Manual de
Daños
INVIAS
Indice de Deterioro Superficial (Is)
Indice de Fisuración
Depende de la
gravedad y la
extensión de las
fisuraciones y
agrietamientos de
tipo estructural en
cada zona evaluada
Indice de Deformación
Depende de la
gravedad y la
extensión de las
deformaciones de
tipo estructural en
cada zona evaluada
DETERMINACIÓN DEL ÍNDICE DE
DETERIORO SUPERFICIAL, Is
0
Extensión
Gravedad
1 1 2 3 1 2 3
2 2 3 4 2 3 4
3 3 4 5 3 4 5
1 2 3 4
3 3 4 5
4 5 5 6
5 6 7 7
Extensión
Gravedad
1 0 0 0
2 0 0 +1
3 0 +1 +1
La calzada no presenta fisuras ni deformaciones
3 4 - 5
ÍNDICE DE
FISURACION
If
0 a
10%
10 a
50%>50%
PRIMERA
CALIFICACIÓN DEL
ÍNDICE DE
DETERIORO, Is
0 a
10%
3
4 - 5
0 1 - 2If
Id
0
1 - 2
10 a
50%>50%
ÍNDICE DE
DEFOR-
MACION
Id
Extensión
Gravedad
1
2
3
Corrección por reparación
EL ÍNDICE DE
DETERIORO
SUPERFICIAL, Is
(Es la nota de 1 a 7)
0 a
10%
10 a
50%>50%
EXAMEN VISUAL
Umbrales de Intervención de Índice de deterioro Superficial (Is)
Rangos de Índice
Is
Estado del
pavimento
Trabajos de
Mantenimiento requerido
1 a 2 Buen Estado Mantenimiento
rutinario
3 a 4
Regular
Estado
Tratamientos de
rehabilitación de
mediana intensidad
5, 6 , 7
Pavimentos
Altamente
Deteriorados
Trabajos importantes
de rehabilitación
E
S
Q
U
E
M
A
I
T
I
N
E
R
A
R
I
O
REGULARIDAD SUPERFICIAL 3° Congreso Salvadoreño del Asfalto
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
APL
Mediciones deRugosidad (IRI)
Girardot-Bogotá (4005)
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5
5.5
6
6.5
7
7.5
8
1.1
2.4
3.4
4.4
5.4
6.6
7.6
8.6
9.6
10
.7
11
.9
12
.9
13
.9
14
.9
15
.9
16
.9
17
.8
18
.8
19
.8
20
.8
21
.8
22
.8
23
.8
24
.8
25
.8
26
.8
27
.8
28
.8
29
.8
30
.8
31
.8
32
.8
33
.8
34
.8
35
.8
36
.8
37
.8
38
.8
Abscisa Km No
IRI(
m/K
m)
Prom = 2.8
STD =1.5Prom = 3.5
STD =1.7
Prom = 2.4
STD =0.6
Prom = 2.4
STD =0.9
Prom = 3.2
STD =1.7Prom = 2.4
STD =0.9Prom = 3.1
STD =0.9
9/12/2018
Umbrales de Intervención de
Rugosidad Rangos de
Índice
IRI (m/Km)
Estado del
Pavimento
Trabajos de Mantenimiento
Requerido
< 2.0 Buen Estado Mantenimiento Rutinario
2.0 a 4.0 Regular Estado Tratamientos de
rehabilitación de mediana
intensidad
4.0 a 5.0
Regular a mal
estado
Rehabilitación inmediata
del pavimento
> 5.0
Pavimentos
Altamente
Deteriorados
Trabajos Importantes de
Rehabilitación
O Fricción superficial, es
la fuerza desarrollada
en la interfaz
neumático-pavimento,
que resiste el
deslizamiento del
neumático cuando se
aplican los frenos.
Resistencia al deslizamiento
SCRIM Sideway Coefficient Routine Inventory Machine
Equipo de Investigación del Coeficiente de Rozamiento
Transversal
9/12/2018
MU METER
CFT INTERPRETACION
< 0.35 Estado Inadecuado .
Acción Inmediata
0.35 a 0.50 Seguimiento Especial
>0.50 Estado adecuado
CFT= Coeficiente de Fricción Transversal
Componente Normal de la fuerza Tangencial entre el neumatico y pavimentoCFT=
Fuerza vertical sobre la rueda
GRIP TESTER
Fuerza Tangencial entre el neumatico y pavimentoCFL=
Fuerza vertical sobre la rueda
Un simple sistema de transmisión frena la rueda
de medición, y la carga y resistencia a la
rodadura sobre dicha rueda se miden
constantemente.
Coeficiente de resistencia
al deslizamiento (CRD)
Condición
Mayor de 0.50 Bueno
0.40 < CRD <0.50 Seguimiento de la evolución
Menor de 0.40
Intervención
PÉNDULO TRL
EVALUACION ESTRUCTURAL
Evaluación Deflectometrica Evaluación Geotecnica
12/09/2018
DEFLEXIÓN
Equipos para Medir Deflexiones
Aplicación de las Deflexiones
1. Delimitar secciones homogéneas
2. Programar estudios detallados
3. Determinar periodos críticos de deterioro
4. Conocer capacidad estructural del pavimento
5. Analizar vida residual del pavimento
6. Determinar parámetros para mantenimiento y
rehabilitación de pavimentos
7. Determinar rigidez de las capas del
pavimento y subrasante
EVALUACION GEOTECNICA
Preliminar Definitiva
DETERMINACION DE ESPESORES DE LA
ESTRUCTURA DEL PAVIMENTO CON GEORADAR
PERFIL ESTRATIGRAFICO
•CUNETAS
•BERMAS
• SUMIDEROS
•ALCANTARILLAS
• FILTROS
• ETC
Evaluación de
Condiciones de Drenaje
E
S
Q
U
E
M
A
I
T
I
N
E
R
A
R
I
O
Estudio de transito
Proyección del TRANSITO EQUIVALENTE DIARIO
N = 98.818x - 196005
R 2 = 0.9436
N = 6.8881x 2 - 27454x + 3E+07
R 2 = 0.9794
N = 1E-49e 0.06x
R 2 = 0.9562
1200
1700
2200
2700
3200
3700
4200
4700
2005 2009 2013 2017 2021 2025 2029 2033
AÑO
Tra
nsito
Eq
uiv
ale
nte
Lineal Polinómica Exponencial
Transito Soportado
Transito Futuro
Juicio sobre la capacidad del
pavimento Evaluación Funcional
Evaluación estructural
Evaluación del drenaje
Evaluación de tránsito
Indicación clara de las
causas del deterioro
Unidad 1 Unidad n
K0 K10 Kn SECTORIZACION
0
20
40
60
80
100
120
140
De
fle
xió
n (
1/1
00
mm
)
-60
-40
-20
0
20
40
K0
+0
00
K1
+0
00
K2
+0
00
K3
+0
00
K4
+0
00
K5
+0
00
K6
+0
00
Va
lor
de
Zx
Método diferencias acumuladas
Nombre de la vía: Autopista Sur Calzada: Central Derecha Sentido: Sur - Oriente
Abscisa inicial: K0 + 000 Abscisa final: K9 + 400
If
Id
Is
D
Dm
Dc
R
Rm
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
100
Calificación
%w
39
.56
39
.97
33
.73
38
.32
39
.08
28
.04
20
.25
36
.34
34
.77
14
.26
20
23
18
39
30
34
28
23
40
23
29
22
36
26
27
36
32
29
21
25
28
34
.03
9.2
20
.92
qu 3.1
4
1.2
1
0.7
4
0.6
0
1.5
6
6.8
1
1.0
9
0.9
8
7.7
4
1.6
6
1.8
8
1.7
3
1.2
8
0.6
5
1.2
9
1.8
2
1.7
9
1.1
1
1.0
7
1.1
6
2.5
8
2.8
8
1.9
0
1.5
1
0.6
8
1
1.3
6
3.8
8
0.9
2
2.9
8
3.8
3
1.5
4
2.7
DRENAJE
CHCH CH CHCL CH CH
0.40
0.52
SUBBASE
2 - 3
0 - 3
0.27 - 0.54
MH MH
BA
SE
LO
SA
SB SUBBASE
CA
BASE
SUBBASE
CA
BASE
SUBBASE
CA
SUBBASE
BASE
0.73
40- 44640- 446
3
0 - 3
2 - 6
0.40-
1.20
3 - 6
9000 10000
1.07
0.62
0.86
91 - 520
2 - 4
0.20 - 1.050.13 - 0.53
0.65 0.49
6000 7000
2 - 4
0 - 3
80004000 5000
CA
2 - 4
0
1 - 4
0.20 - 1.53
0.77
CA
1000 2000 3000
CA
BASE
SUBRASANTE
DAÑOS
DEFLEXIONES
(mm)
RADIO DE
CURVATURA (m)
ESTRUCTURA
TIPICA
SUBBASE
CA
SUBBASE
SUBBASE
CA
BASE
1.22
23 - 450
0.27 - 0.88
0.52
0.72
115 - 520
0 - 2
0
1 - 3
0 - 2
0
1 - 2
0 - 2
0
1 - 3
0 - 2
0 - 2
1 - 3
0.10 - 0.66
0.39
0.53
95 - 520
0.13 - 0.78
0.55
0.72
80 - 164 115 - 520
1 - 4
0 - 2
2 - 4
0.27 - 0.88
0.46
0.66
115 - 520
REHABILITACION DE PAVIMENTOS FLEXIBLES
ETAPA DE MODELIZACION
CALCULO INVERSO
P
E2,u2, H2
E3,u3, H3
E1,u1, H1
E4,u4,
Modelización Utilizando modelo multicapa
Método General utilizando FWD
S
N
efec
SNef = a1D1 + a2D2m2 + a3D3m3
D1
D2
D3
Programas de Retrocálculo
Programa Base NC
BISDEF BISAR 4
ELSDEF ELSYM 4
CHEVDEF CHEVRON 4
MODULUS WESLEA 4
MODCOMP2 ELSYM5 8
BOUSDEF Espesor Equiv 4
ELMOD Espesor Equiv 4
EVERCALC CHEVRON 5
WESDEF WESLEA 5
BAKFAA 10
GRÁFICA DE RETROCALCULO
SOFTWARE BAKFAA
INFORMACION DE ESTRUCTURA
P
Concreto Asfáltico Existente
E3,U3
E2,U2
Base
Sub-Base
H1
H2
a
Q
a
a
E1,U1
a P
Q S
a
H3
Subrasante E4,U4 a
Estructura Modelizada
0
200
400
600
800
1000
0 500 1000 1500 2000MO
DU
LO
RE
SIL
IEN
TE
kg
/cm
²
ABSCISAS (m)
PERFIL DE MODULOS RESILIENTES
DE LA SUBRASANTE
0
1000
2000
3000
4000
5000
0 500 1000 1500 2000
MO
DU
LO
PA
VIM
EN
TO
(K
g/c
m²)
ABSCISAS (m)
PERFIL DE MODULOS DEL
PAVIMENTO
9/12/2018
Diseño de la Rehabilitación
Enfoque de Espesores Efectivos
Enfoque de Deflexiones
Metodología Empírico-Mecanicistas
P P
Q Q a a
S
Concepto de Refuerzo
9/12/2018
SNref = aref x Dref= SNf-SNef
SNref
SNef
Subrasante
Refuerzo Dref
D
aref
an
Pavimento
Existente
SNf ai
Diseño de Refuerzo Método AASHTO
• Recolectar información
• Análisis del tránsito
• Evaluación funcional
• Evaluación deflectométrica
• Evaluación geotécnica
• Determinación SNreq. Tto futuro.
• Determinación SNefectivo
• Determinación del SN refzo y el
Espesor H de refuerzo
Determinación de Número Estructural Requerido para el Tto Futuro (SNf)
9/12/2018
SNref = aref x Dref= SNf-SNef
SNref
SNef
Subrasante
Refuerzo Dref
D
aref
an
Pavimento
Existente
SNf ai
Determinación de Número Estructural Efectivo (SN efec)
9/12/2018
SNref = aref x Dref= SNf-SNef
SNref
SNef
Subrasante
Refuerzo Dref
D
aref
an
Pavimento
Existente
SNf ai
Determinación de Número Estructural y Espesor de Refuerzo
9/12/2018
SNref = aref x Dref= SNf-SNef
SNref
SNef
Subrasante
Refuerzo Dref
D
aref
an
Pavimento
Existente
SNf ai
9/12/2018
Diseño del Refuerzo
Método Mecánico - Empírico
• Determinación de tránsito de diseño
• Caracterización dinámica de materiales de refuerzo
• Determinación de solicitaciones críticas admisibles
• Determinación del modelo estructural
• Análisis o evaluación estructural
• Selección de espesores de refuerzo
Estudio de transito
Proyección del TRANSITO EQUIVALENTE DIARIO
N = 98.818x - 196005
R 2 = 0.9436
N = 6.8881x 2 - 27454x + 3E+07
R 2 = 0.9794
N = 1E-49e 0.06x
R 2 = 0.9562
1200
1700
2200
2700
3200
3700
4200
4700
2005 2009 2013 2017 2021 2025 2029 2033
AÑO
Tra
nsito
Eq
uiv
ale
nte
Lineal Polinómica Exponencial
Transito Soportado
Transito Futuro
Ensayo Marshall
A
G
R
E
G
A
D
O
%CA 1
%CA 2
%CA 3
%CA n
Db1
E1 , F1
%Vv1
%VAM1
Db2
E2 , F2
%Vv2
%VAM2
Dbn
En , Fn
%Vvn
%VAMn
%CA
%CA
%CA
%CA
%CA
%CA
Db
E
F
%Vv
%VAM
%Vfb
Estimar los parámetros A y VTS del ligante, usando la
ecuación que relaciona la rigidez y la viscosidad
4.8628
senδ
1
10
Gη
G = Módulo Complejo (MPa)
= Ángulo de fase (°)
= Viscosidad (CP)
TR = Temperatura a la cual fue
determinada la viscosidad (Rankine)
A, VTS = Parámetros de regresión
Log Log = A + VTS Log (TR)
9/12/2018
Temperaturas y frecuencias para
determinar E Mezcla (NCHRP 128-A)
TEMPERA
TURA
(OF)
E y (mezcla)
0.1
Hz
1
Hz
10
Hz
25
Hz
10 X X X X
40 X X X X
70 X X X X
100 X X X X
130 X X X X
Ensayo de Modulo dinámico
Curva Maestra de módulo dinámico
9/12/2018
))(.)(..(
.)(....
...)(..)(
η393532log0f31335log06033130
34
2
38384
abeff
beffa4
2
200200
e1
005470p0p0000170003958p00021p08719773
VV
V8022080058097V0002841p0p00176700.02932p 7500633ELog
E = Módulo Dinámico (PSI)
= Viscosidad del ligante (106 Poises)
f = Frecuencia de carga (Hz)
Va = Contenido de aire (%)
Vbeff = Contenido efectivo de ligante (%)
p34 = % retenido en ¾”
p38 = % retenido en 3/8”
p4 = % retenido en # 4
p200 = % pasa en # 200
MODULO DINAMICO MEZCLA ASFALTICA
Witczak
MODULO DINAMICO MEZCLA ASFALTICA
Witczak
12/09/2018
Modelos de Comportamiento
Instituto del Asfalto
32 KK
t
1E
1*
ε
1*C*K*0.00432Nf
M10C
18.4K1 0.854K3 3.291K2
0.6875
VbVa
Vb4.84M
Nz = (1.365 *10 - 9)*(ez) – 4.477
Modelo de Fatiga AASHTO MEPDG
854.0291.3
1100432.0
ECNf
te
De modelo la calibración de los Estados Unidos, se obtuvo los
siguientes parámetros:
β f1 = k1’* βf1’
βf1’ = 1.0
βf2 = 1.2
βf3 = 1.5
281.19492.3
1
11'**00432.0
EkCNf
te
Modelo Estructural Refuerzo
Concreto Asfáltico Existente
E3,U3
E2,U2
Base
Sub-Base
H1
H2
a
a
a
E1,U1
P Q
a P Q
S
SUBRASANTE a
H3
Refuerzo ER,UR
a HR
E4,U4
9/12/2018
Concepto de Deterioro
Acumulado o Vida Consumida
DA o Vc = Nact / Nadm
DA es el daño acumulado del pavimento que
corresponde a la vida consumida por el tránsito previo a
las obras de rehabilitación
Nact = Número de aplicaciones de carga hasta el instante de la
rehabilitación que han circulado por el pavimento.
Nadm = Número de aplicaciones de carga que puede soportar el
pavimento existente, desde su construcción o última rehabilitación,
hasta alcanzar la falla.
9/12/2018
Análisis de Deterioro Acumulado
• Si DA > 1 No hay
vida residual
• Si DA < 1 hay vida
residual
DA = Nact / NAD
P P
Q Q a a
S
CA
Bg
Sb
E 150 a 500 Mpa
P
Q Q a a
S
CA
Bg
Sb
9/12/2018
Concepto de Vida Residual
VR = [1 - (Nact / NAD)] * 100
Se entiende por vida residual la cantidad de tránsito que
el pavimento se encuentra en capacidad de soportar
antes de llegar a la falla.
Nact = Número de aplicaciones de carga hasta el instante de la
rehabilitación que han circulado por el pavimento.
NAD = Tránsito admisible para garantizar un buen comportamiento
según el criterio que se este considerando.Número de aplicaciones de
carga que soporta el pavimento hasta alcanzar la falla.
Análisis estructural SIN VIDA RESIDUAL
9/12/2018
P P
Q Q a a
S
If > 3
Id >2
CA Nuevo
CA Deteriorado
Modelos estructurales
Rehabilitación de pavimento Sin Vida Residual
Log N
P
S
I
Po
Pf
NA
NR
NAD NF
P
Q Q a a
S
CA Bg
Sb
P
Q Q a a
S
Ref Bg
Evaluación estructural Sin Vida Residual
ezs
Concreto Asfáltico
Fisurado
E1 = 1500 - 5000 Kg/cm2
Es,Us
E2,U2 Capas
Granulares
Subrasante
H1
H2
P P a a
Q Q
er1
E1 = E Mat Gran
S
Refuerzo ER,UR HR
Análisis estructural CON VIDA RESIDUAL
9/12/2018
P P
Q Q a a
S
CA Nuevo
CA Existente
If 0,1,2
Id < 2
Modelos estructurales.
Rehabilitación de pavimento con vida residual (1)
Log N
P
S
I
Po
Pf
NA
NR
NDA
NF
P
Q Q a a
S
CA Bg
Sb
P
Q Q a a
S
Ref CA
Evaluación estructural con Vida Residual
ezs
Concreto Asfáltico
No Fisurado E1, U1
Es,Us
E2,U2 Capas
Granulares
Subrasante
H1
H2
P P a a
Q Q
er
S
Refuerzo ER,UR
er
HR
Estructura Diseñada
P
Concreto Asfáltico Existente
E3,U3
E2,U2
Base
Sub-Base
H1
H2
a
Q
a
a
E1,U1
a P
Q
S
SUBRASANTE a
H3
Modelo HDM 4
MUCHAS GRACIAS