Rehabilitacion Pavs.docx

UNIVERSIDAD DE CUENCA

FACULTAD DE INGENIERIA

Escuela de Ingeniería Civil

INVESTIGACION

REHABILITACION DE PAVIMENTOS

MATERIA:

Pavimentos Avanzados

AUTORES:

Johnny Garzón Byron Idrovo Luis Morocho

CATEDRATICO: Ing. Jaime Bojorque PhD

Fecha de entrega: 17 de diciembre de 2018

CUENCA - ECUADOR

Universidad de Cuenca Facultad de Ingeniería Civil

Contenido Rehabilitación de Pavimentos ................................................................................................................. 2 1.

INTRODUCCION .......................................................................................................................... 2

2.

METODOLOGIA DE DISEÑO RECAPEO .................................................................................. 2 2.1 Capacidad estructural y deficiencia estructural............................................................................. 2 2.2 Métodos de evaluación estructural para diseño de sobrecarpetas. ................................................ 2 2.2.1 Inspección visual y Ensayo de materiales .............................................................................. 3

3.

RECAPEO: PAVIMENTO FLEXIBLE SOBRE PAVIMENTO FLEXIBLE ............................... 4 3.1 Consideraciones ............................................................................................................................ 4 3.3 Reparaciones previas .................................................................................................................... 4 3.4 Subdrenaje..................................................................................................................................... 5 3.5 Diseño de espesores ...................................................................................................................... 5 3.6 Fresado del pavimento existente. .................................................................................................. 8 3.7 Bermas .......................................................................................................................................... 8 3.8 Ensanchamiento ............................................................................................................................ 8

4.

RECAPEO: PAVIMENTO RIGIDO SOBRE PAVIMENTO RIGIDO......................................... 9

5.

CONCLUSION ............................................................................................................................... 9

6.

BIBLIOGRAFIA ............................................................................................................................ 9

1

Universidad de Cuenca Facultad de Ingeniería Civil

Rehabilitación de Pavimentos Paralelo 1 – Grupo 4 Fecha de Entrega:

17 Diciembre 2018

Catedrático:

Ing. Jaime Bojorque

1. INTRODUCCION Cuando una obra vial se pone en servicio, debe presentar las condiciones óptimas para su operación; al transcurrir el tiempo, se deteriora por el uso, dificultándose así cada vez más el tránsito, por lo que es preciso hacer una conservación normal adecuada y rehabilitaciones oportunas, para que la obra no llegue a tener una falla prematura.

Las sobrecarpetas de asfalto u hormigón sobre pavimentos existentes se utilizan para corregir fallas funcionales o estructurales de pavimentos existentes. Las fallas funcionales son aquéllas que afectan directamente o indirectamente al usuario. Las fallas estructurales son aquellas que afectan la capacidad del pavimento para soportar las cargas. El diseño de sobrecarpetas se basa en el concepto de “deficiencia estructural”. El cual se basa en que la capacidad estructural de una sobrecarpeta colocada encima de un pavimento existente debe satisfacer la deficiencia entre la capacidad estructural requerida para soportar el tráfico futuro sobre un periodo de diseño especificado y la capacidad estructural efectiva del pavimento.

2. METODOLOGIA DE DISEÑO RECAPEO 2.1 Capacidad estructural y deficiencia estructural Capacidad estructural es la habilidad de un pavimento para soportar cargas de tráfico repetitivas durante el paso del tiempo. Para un pavimento con una capacidad estructural SCol, el tiempo y las cargas de tráfico reducirán su capacidad a alguna capacidad estructural efectiva SCef, en el futuro. Esta reducción de capacidad se presenta en la Figura 1 donde el pavimento pasa de una serviciabilidad P1 a P2. Para un pavimento con una capacidad estructural efectiva SCef, si la capacidad estructural requerida para soportar el tráfico futuro durante un período especificado del diseño es denotada por SCf, entonces la diferencia entre SCf y SCef representa la deficiencia estructural que necesita ser corregida. SCol = SCf - SCef

(Ec. 1)

En el diseño actual de sobrecarpetas, la capacidad estructural para los pavimentos flexibles es representada por el número estructural (SN) y por el espesor de la losa (D) para los pavimentos rígidos. La capacidad estructural eficaz es denotada por SNef para los revestimientos flexibles y por Def para los pavimentos rígidos y compuestos. La capacidad estructural requerida para 2

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soportar el tráfico futuro es denotada por SNf para los revestimientos flexibles y por Df para los pavimentos rígidos y compuestos. El diseño de recapeo usando los procedimientos AASHTO implica básicamente los pasos siguientes:   

Determinación de SNf o Df. Determinación de SNef o Def para caracterizar la capacidad estructural existente Determinación de SNol o Dol.

Los SNf y el Df se determinan usando las ecuaciones de diseño de AASHTO para pavimentos nuevos flexibles y rígidos, respectivamente. SNef y Def son determinados a partir de una evaluación estructural del pavimento existente. La evaluación estructural del pavimento existente es un aspecto muy importante de los procedimientos de diseño de sobrecarpetas o refuerzos de AASHTO.

Figura.1. Pérdida de la capacidad estructural

2.2 Métodos de evaluación estructural para diseño de sobrecarpetas. Para el diseño de sobrecarpetas, es importante que se considere la condición actual de los materiales del pavimento existente y el comportamiento de estos materiales en el futuro. Los siguientes tres métodos están disponibles para la evaluación de la capacidad estructural efectiva de pavimentos existentes:

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

Inspección visual y ensayo de materiales – Análisis de la condición del pavimento. Este método involucra la obtención de las condiciones actuales del pavimento basado en las inspecciones del deterioro y del drenaje y usualmente ensayos de materiales y obtención de núcleos. La idea es poder comparar cómo han cambiado las propiedades de los materiales comparadas con las condiciones cuando éste era nuevo.



Ensayos no destructivos de deflexión - Análisis a partir del deflectómetro de Impacto FWD. Para pavimentos rígidos se utiliza para determinar la transferencia de carga en juntas y fisuras, estimar el módulo k efectivo de la subrasante y el módulo de elasticidad del hormigón. En pavimentos flexibles para determinar el módulo resiliente del suelo y para estimar un Número Estructural Efectivo del pavimento en su conjunto.



Daño por fatiga por tráfico – Vida Remanente. Este método utiliza el conocimiento del tráfico pasado para conocer el daño por fatiga y de esta manera estimar la fatiga remanente en el pavimento. Este procedimiento es más aplicable para pavimentos con deterioro leve.

En el caso de estudio se utilizara el método de inspección visual y ensayo de materiales para el diseño de la capa de Recapeo tanto para pavimento flexible como rigido. 2.2.1 Inspección visual y Ensayo de materiales La observación debe comenzar con la revisión de toda la información disponible tomando en cuenta al diseño, construcción e historia de mantenimiento seguido de una inspección. Los deterioros claves que indican las deficiencias estructurales son diferentes para pavimento flexible que para pavimento rígido. Los siguientes tipos de deterioro indican deficiencia estructural en superficies de concreto asfáltico:    

Fatiga o fisuras en forma de piel de cocodrilo en las huellas vehiculares Ahuellamiento en las huellas vehiculares Fisuras transversales o longitudinales desarrolladas en los baches Áreas falladas localizadas donde las capas inferiores con desintegradas y ocasionan el colapso de la superficie de concreto asfáltico.

Similarmente, los siguientes deterioros son indicación de deficiencias de pavimentos rígidos:   



Deterioro (desportilladuras o escalonamiento) con fisuras transversales y longitudinales Fisuras de borde en juntas y fisuras transversales Áreas localizadas falladas donde la losa de hormigón se está desintegrando y ocasionando desportilladuras y baches (por ejemplo, fallas por problemas de durabilidad) Punzonamientos localizados, principalmente en pavimentos continuamente reforzados

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3. RECAPEO: PAVIMENTO FLEXIBLE SOBRE PAVIMENTO FLEXIBLE 3.1 Consideraciones Previo a la colocación de concreto asfáltico sobre un pavimento existente de concreto asfáltico deben tomarse en cuenta estas tareas:     

Reparación de áreas deterioradas y mejoras en el subdrenaje, si fuera necesario. Corrección del ahuellamiento superficial por fresado de la capa superficial o colocación de una capa de nivelación. Ensanche o construcción de carriles adicionales, si está previsto. Aplicación del riego de liga. Colocación de la sobrecarpeta de concreto asfáltico

3.2 Factibilidad: Los casos en que no es factible colocar el refuerzo de concreto asfáltico son:     

La cantidad de fisuras tipo piel de cocodrilo es muy grande que se impone una completa remoción y reemplaza de la superficie actual. Un ahuellamiento superficial excesivo que indique que los materiales del paquete tienen poca estabilidad para prevenir la recurrencia de este deterioro La base granular o estabilizada existente muestra signos de importante deterioro y el repararla para proveer un soporte uniforme no es conveniente. La base granular debería ser removida y reemplazada debido a infiltración y a contaminación de material proveniente de una capa inferior de poca resistencia. El descascaramiento y disgregación de la carpeta indican que ésta debe ser reemplazada.

3.3 Reparaciones previas 

 



Falla tipo piel de cocodrilo. Las áreas de fallas tipo piel de cocodrilo de gran severidad deben ser reparadas. La reparación debe incluir la remoción de todo material débil que se encuentre por debajo. Fisuras lineales. Las fisuras lineales de alta severidad deben ser parchadas. Las fisuras con aberturas mayores de 6 mm deben ser rellenadas con una mezcla arena-asfalto. Ahuellamiento. Los ahuellamientos deben eliminarse mediante fresado o colocación de una capa niveladora. Cuando el ahuellamiento sea muy severo, mayor a 6 mm, en cuyo caso habrá que remover toda la estructura fallada. Irregularidades superficiales. Depresiones, sobreelevaciones y ondulaciones requieren una investigación y tratamiento especial y, en determinados casos, remoción.

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3.4 Subdrenaje Para un adecuado desempeño de un pavimento de asfalto que va a recibir una sobrecarpeta de asfalto debe asegurarse una buena condición del subdrenaje. La clave está en remover el exceso de agua de la plataforma y evitar la erosión e incrementar la resistencia de subbase y subrasante reduciendo de esta manera las deflexiones en el pavimento.

3.5 Diseño de espesores Cuando se coloca una sobrecarpeta para mejoras estructurales, el espesor a determinar depende de la capacidad estructural requerida para cubrir las demandas futuras de tráfico y el aporte que hace el pavimento existente. La ecuación de diseño para sobrecarpeta es: SNo1= ao1 D o1 = SNf – SNef  

(Ec.2)

SNo1 = número estructural requerido para la sobrecarpeta a o1 = coeficiente estructural para la sobrecarpeta D o1 = espesor de la sobrecarpeta

SNf = número estructural requerido para el tránsito futuro SNef = número estructural efectivo del pavimento existente. El espesor necesario de sobrecarpeta se obtiene siguiendo los pasos que se indican a continuación, los que proveen un método de diseño que recomienda hacer ensayos sobre el pavimento para obtener datos de entrada confiables. 3.5.1 Diseño y construcción del pavimento existente Se debe recabar información sobre:  Espesor de cada capa y tipo de material usado.  Subrasante (registros durante la construcción, ensayos de suelos, etc.) 3.5.2 Análisis del trafico  Cantidad de ESALs previstos en el carril de diseño durante el período de diseño (Nf). 3.5.3 Observación del estado del pavimento existente. Es necesario detectar, distinguir y medir los tipos de fallas presentes. En base a los mismos pueden determinarse los coeficientes estructurales. Se recomienda extraer muestras de los carriles más transitados para estimar estas cantidades. Se debe determinar:

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   

Porcentaje de superficie con piel de cocodrilo (baja, media y alta severidad). Número de fisuras transversales por 1.6 km (baja, media y alta severidad). Profundidad media del ahuellamiento. Evidencia de bombeo en fisuras y bordes de pavimentos.

3.5.4 Determinación del SN requerido para el transito futuro. El Número Estructural requerido (SNf) se calcula utilizando los conceptos de diseño para pavimento nuevo. A continuación se discuten cada una de las variables tomando en cuenta la adopción de valores medios para el diseño de una sobrecarpeta sobre un pavimento de sección uniforme. 3.5.4.1 Modulo resiliente efectivo de la subrasante La determinación de este módulo puede hacerse por alguno de estos dos métodos.  Cálculo a partir de medidas de deflexiones. Este valor debe ser ajustado para que sea consistente con el valor usado en los conceptos de diseño de pavimentos flexibles AASHTO – 1993.  Estimación a partir de información disponible sobre suelos y relaciones desarrolladas a partir de estudios del módulo resiliente. Debe considerarse los cambios por contenido de humedad e influencia por los cambios estacionales. El valor hallado por alguno de los dos métodos anteriormente explicados debe ser corregido por un factor C que no debe ser mayor a 0.33. Esto se realiza para que el resultado sea consistente con el valor de suelos medido en laboratorio para AASHO Road Test. La presencia de una capa de alta resistencia (roca madre) dentro de los 4.6 m medidos desde la parte superior de la subrasante puede ocasionar que el valor del módulo resiliente sea muy alto. Cuando se dé esa situación un valor de C menor a 0.33 debe ser garantizada. 3.5.4.2 Perdida de serviciabilidad de diseño. Resulta de la diferencia entre la serviciabilidad inmediatamente después de colocada la sobrecarpeta, P1, menos la serviciabilidad P2 en el momento de la nueva rehabilitación. 3.5.4.3 Confibiliadad R de la sobrecarpeta. La confiabilidad afecta directamente el espesor de la sobrecarpeta. Se aplican los mismos conceptos que en el diseño de pavimentos nuevos, ver tabla correspondiente para valores de confiabilidad en función de la clasificación funcional de la vía. 3.5.4.4 Desviacion Standard Algunas fuentes de incertidumbre son diferentes para el diseño de una sobrecarpeta comparados con los del diseño de un pavimento nuevo. Se recomienda utilizar un valor mínimo de 0.49.

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3.5.5 Determinación del SNef del pavimento existente. Hay tres métodos para determinar el Número Estructural efectivo SNef de una sobrecarpeta de asfalto sobre un pavimento de asfalto: método del Ensayo no Destructivo, método del Factor de Condición y método de Vida Remanente como se mencionó en la Sección 2.2. Para evaluar el pavimento se utilizara el método de la observación visual y ensayo de materiales para el cálculo del valor de SNef. 3.5.5.1 Observación visual y ensayo de materiales El método de observación visual y ensayo de materiales, se debe analizar la ecuación del número estructural: SNef = a1D1+a2D2m2+a3D3m3

(Ec. 3)

D1, D2 y D3 son los espesores de cada capa y m2 y m3 se determinan de acuerdo a las condiciones de drenaje. Los valores de a1, a2 y a3 serán menores que los que se consideran en un diseño nuevo debido al deterioro que presentan las capas. En la Tabla 1 se da una sugerencia de los valores a adoptar para cada capa en función de su grado de deterioro Material Concreto Asfáltico

Base Estabilizada

Condición de Superficie

Coeficiente

Muy poca piel de cocodrilo y/o fisuras transversales de baja severidad. <10% de piel de cocodrilo de baja severidad y/o <5% de fisuras transversales de media y alta severidad. >10% de piel de cocodrilo de baja severidad y/o <10% de piel de cocodrilo de severidad medio y/o 5-10% de fisuras transversales de media y alta severidad >10% de piel de cocodrilo de severidad media y/o <10% de piel de cocodrilo de alta severidad y/o >10% de fisuras transversales de media y alta severidad >10% de piel de cocodrilo de alta severidad y/o >10% de fisuras transversales de alta severidad Muy poca piel de cocodrilo y/o fisuras transversales de baja severidad <10% de piel de cocodrilo de baja severidad y/o <5% de fisuras transversales de media y alta severidad >10% de piel de cocodrilo de baja severidad y/o <10% de piel de cocodrilo de severidad media y/o 5-10% de fisuras transversales de media y alta severidad.

0,35-0,40 0,25-0,35 0,20-0,30

0,14-0,20

0,20-0,35 0,20-0,35 0,15-0,25 0,15-0,20

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Base o sub base granular

>10% de piel de cocodrilo de severidad media y/o <10% de piel de cocodrilo de alta severidad y/o >10% de fisuras transversales de media y alta severidad. >10% de piel de cocodrilo de alta severidad y/o >10% de fisuras transversales de alta severidad Sin evidencia de bombeo, degradación contaminación por finos. Alguna evidencia de bombeo, degradación contaminación por finos.

0,10-0,20

0,08-0,15 o

0,10-0,14

o

0,00-0,10

Tabla 1. Valores sugeridos del coeficiente estructural para capas de pavimentos deteriorados

3.5.6 Determinación del espesor de la sobrecarpeta. El espesor de la sobrecarpeta se determina con la expresión:

(Ec. 4) Donde:  SNol = número estructural requerido para la sobrecarpeta  aol = coeficiente estructural de la sobrecarpeta de concreto asfáltico  Dol = espesor requerido de sobrecarpeta  SNf = número estructural determinado en el paso 6  SNef = número estructural efectivo del pavimento existente

3.6 Fresado del pavimento existente. Si se fresa el pavimento en forma previa a la sobrecarpeta, la profundidad de fresado tiene que estar reflejada en el análisis de SNef. No se debe hacer ningún ajuste si el SNef se determina por NDT y si la profundidad de fresado no supera el mínimo necesario para remover los ahuellamientos superficiales. Si se fresa una profundidad mayor, se debe reducir el SNef determinado por NDT en una cantidad igual a la profundidad fresada multiplicada por el coeficiente estructural de la capa de concreto asfáltico en el estado en que se encuentre.

3.7 Bermas La realización de sobrecarpetas en los carriles de tráfico implica generalmente el mismo procedimiento con las bermas para mantener una misma cota. Se debe considerar la extensión del deterioro en la berma existente y la cantidad de tráfico que la solicitará. Si ésta está en buenas condiciones, las áreas deterioradas deben repararse. Si por el contrario, está en condiciones pobres el bacheo no es recomendable ni económico, por tanto, deberá ser demolida y reemplazada.

3.8 Ensanchamiento El ensanchamiento requiere que se coordine entre el diseño de la nueva sección y la sobrecarpeta. Ambos, el pavimento existente y la parte a ser ensanchada deben proveer superficies que sean funcionalmente adecuadas.

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4. RECAPEO: PAVIMENTO RIGIDO SOBRE PAVIMENTO RIGIDO 5. CONCLUSION 6. BIBLIOGRAFIA • Administradora Boliviana de Carreteras. (2015). VOLUMEN 4: Ensayos de Suelos y Materiales. La Paz. • ASOCRETO. (2010). CONCRETO. Serie de conocimientos Basicos. ASOCRETO. • ASTM. (2007). ASTM C-127 Standard Test Method for Density, Relative Density (Specific Gravity), and Absorption of Coarse Aggregate. West Conshohocken: ASTM International. • ASTM. (2007). ASTM C-128 Standard Test Method for Density, Relative Density (Specific Gravity), and Absorption of Fine Aggregate. West Conshohocken: ASTM International. • B. M. Das., Fundamentos de la ingeniería Geotécnica, 2001. • CivilGeek. (2011). civilgeeks.com Ingenieria y Construccion. Retrieved from Carazterizas fisicas de los agregados: http://civilgeeks.com/2011/12/08/caracterizas-fisicas-de-losagregados/ • Guzmán. (2008). Guia de Laboratorio de Materiales. Retrieved from http://laultimaresistencia.weebly.com/uploads/6/8/2/7/6827657/guia_lab_materiales.pdf