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CONDICION FUNCIONAL DEL PAVIMENTO



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CONDICION FUNCIONAL DEL PAVIMENTO

El concepto de condición funcional del pavimento está asociado directamente a la regularidad superficial de las vías, lo que permite calificar su estado ó condición funcional y el cálculo de los costos de operación del usuario.

El Índice de Rugosidad Internacional (IRI) es el parámetro más recomendado por el Banco Mundial y es el más difundido actualmente para la medición de la regularidad superficial de los pavimentos.

El concepto de Serviciabilidad ha sido desarrollado en la AASHTO Road Test y se define en relación con el propósito para el que fue construido el pavimento y asegurar una circulación suave, cómoda y segura.

La empresa Covisol S.A. realizo la medición de la rugosidad mediante el uso de un perfilómetro laser RSP-MARK IV; las medidas en campo se efectuaron de forma continua cada 100 metros a lo largo de la vía en estudio.

En base a los resultados se calculo el índice de rugosidad internacional (IRI) los cuales se indican a continuación:

Tabla 4 Desvío Salaverry-Ovalo Industrial Trujillo (Km 556+920 - Km 563+000 calzada derecha)



Sector

Desde

Hasta

Long. (Km)

Media deslizante (m/Km)

1

556+900

557+000

0.10

1.45

2

557+000

558+000

1.00

1.54

3

558+000

559+000

1.00

1.94

4

559+000

560+000

1.00

1.51

5

560+000

561+000

1.00

1.97

6

561+000

562+000

1.00

2.67

7

562+000

563+000

1.00

3.10

Grafica 3 Índice de Rugosidad Internacional (IRI) Km 556+920 - Km 563+000 calzada derecha




Tabla 5 Desvío Salaverry-Ovalo Industrial Trujillo (Km 556+920 - Km 563+000 calzada izquierda)

Sector

Desde

Hasta

Long. (Km)

Media deslizante (m/Km)

1

556+900

557+000

0.10

1.62

2

557+000

558+000

1.00

1.65

3

558+000

559+000

1.00

1.84

4

559+000

560+000

1.00

1.91

5

560+000

561+000

1.00

1.80

6

561+000

562+000

1.00

2.54

7

562+000

563+000

1.00

3.02

Grafica 4 Índice de Rugosidad Internacional (IRI) Km 556+920 - Km 563+000 calzada izquierda



Tabla 6 Calzada única Km 563+000-Km 586+000



Sector

Desde

Hasta

Long. (Km)

Media deslizante (m/Km)

1

586+000

586+600

0.60

1.72

2

585+000

586+000

1.00

1.62

3

584+000

585+000

1.00

1.29

4

583+000

584+000

1.00

1.29

5

582+000

583+000

1.00

1.36

6

581+000

582+000

1.00

1.53

7

580+000

581+000

1.00

1.40

8

579+000

580+000

1.00

1.54

9

578+000

579+000

1.00

1.42

10

577+000

578+000

1.00

1.66

11

576+000

577+000

1.00

2.13

12

575+000

576+000

1.00

1.44

13

574+000

575+000

1.00

1.63

14

573+000

574+000

1.00

1.61

15

572+000

573+000

1.00

1.27

16

571+000

572+000

1.00

1.35

17

570+000

571+000

1.00

1.51

18

569+000

570+000

1.00

1.14

19

568+000

569+000

1.00

1.33

20

567+000

568+000

1.00

1.35

21

566+000

567+000

1.00

1.16

22

565+000

566+000

1.00

1.10

23

564+000

565+000

1.00

1.16

24

563+000

564+000

1.00

2.10

Grafica 5 Índice de Rugosidad Internacional (IRI) Calzada única Km 563+000-Km 586+000



En base al análisis de los resultados de la evaluación de la condición funcional de la vía Evitamiento Trujillo se determino los sectores donde es necesario intervenir para recuperar el nivel de serviciabilidad adecuado mediante el fresado del pavimento:


Tabla 7 Sectores a intervenir (fresado de pavimento)

Desde

Hasta

Fresado (pulg)

Reposición con MAC (pulg)

561+000

562+000

1

1

562+000

563+000

1

1

576+000

577+000

1

1



  1. CONDICIÓN ESTRUCTURAL DEL PAVIMENTO

La evaluación de la Condición Estructural del Pavimento tuvo por finalidad calcular la deformabilidad del paquete estructural mediante ensayos de deflexión, a partir de lo cual se estableció la capacidad estructural del mismo.

La condición estructural del pavimento fue evaluada mediante el empleo del Deflectómetro de Impacto (FWD por sus siglas en ingles Falling Weigth Deflectometer).


El deflectómetro de impacto posee las siguientes componentes:

- El sistema de instrumentación (a).

- El dispositivo generador de impacto (b).

- Placa de carga (c).

- Transductor de deflexión (d).

- Celda de carga (e).


(a) El sistema de instrumentación es aquel que realiza los cálculos y procesamiento de datos que se recolectan a través del ensayo de deflectómetro de impacto, debe estar separado físicamente del equipo (en nuestro caso una camioneta remolcó el equipo).

(b) El dispositivo generador de impacto es aquella que provoca la caída libre de una masa o varias masas del deflectómetro, es importante que este sistema evite la fricción de la masa con el sistema de guía, adicionalmente asegurar que la masa caiga de forma perpendicular al pavimento.


(c) La placa de carga es un disco metálico partido en cuatro, tiene un diámetro de 300 mm. Una propiedad importante es que debe permitir la medición de la deflexión al centro de la placa.
(d) El transductor de deflexión es el encargado de medir la deflexión debajo del centro de la placa de carga, adicionalmente posee un conjunto de sensores encargados de tomar las mediciones de deflexión, el número de sensores y su espaciamiento son a discreción del profesional encargado de la evaluación, pero hay algunas instituciones como el AASHTO (American Association of State Highway and Transportation Officials) y el SHRP (Strategic Highway Research Program) que nos recomiendan ciertas combinaciones.

(e) La celda de carga mide directamente la carga aplicada al pavimento por la masa, debe ser muy resiste al impacto y al agua.


El deflectómetro de impacto es un equipo que realiza un ensayo no destructivo del pavimento, aplicándole una carga dinámica la cual produce su deformación, las cuales son cuantificadas mediante sensores adecuadamente distribuidos denominados geófonos.
Figura N° : Esquema gráfico del ensayo con el Deflectómetro de Impacto

El gráfico de la distribución de los geófonos (en el eje “X” o abscisas) vs. Las deflexiones verticales (en el eje “Y” u ordenadas) son denominadas cuenco de deflexiones.

Figura N° : Cuenco de deflexiones


El método por el cual se calculan los parámetros geomecánicos del pavimento (módulo resiliente, módulo elástico y número estructural del pavimento) a través de las mediciones en campo del deflectómetro de impacto (cuenco de deflexiones), es denominado Retrocálculo.





    1. RETROCALCULO CON EL DEFLECTÓMETRO DE IMPACTO

El proceso del retrocálculo está descrito en la guía AASHTO 931. Tiene como consideraciones fundamentales lo siguiente:

  • Asume una cimentación sólida

  • Considera la teoría elástica lineal, como un sistema bicapa, en donde el pavimento es una capa con espesor definido y la subrasante con espesor infinito.

Las consideraciones se pueden observar en el siguiente gráfico:



Figura N° : Consideraciones para el procedimiento del Retrocálculo

De acuerdo al diagrama, se observa un sistema usual de la sección del pavimento, constituido por una carpeta asfáltica, una base y una subbase, todo el conjunto del pavimento, está apoyado sobre una subrasante, adicionalmente se observa los sensores que miden la deflexión el pavimento, la zona colocada de color azul representa la zona de esfuerzos en donde es aplicado la carga; del gráfico ya se pueden tener 2 conclusiones básicas para el procedimiento del retrocálculo:




  • Se puede observar que las deflexiones medidas por los 4 sensores están influenciados principalmente por las propiedades de la carpeta asfáltica, la base y la subbase, debido a su presencia dentro de la zona de esfuerzos.

  • Adicionalmente se puede concluir que las deflexiones medidas con los últimos 3 sensores están fuera de la influencia de las propiedades constitutivas del pavimento, y solo dependen de la subrasante (en este caso del módulo resiliente de la subrasante).

De acuerdo a este análisis, el fundamento de retrocálculo es obtener en principio, el módulo resiliente de la subrasante (de acuerdo a los 3 últimos sensores), luego, una vez calculado el módulo resiliente de la subrasante, mediante iteraciones, o valores de inicio asumidos como módulos elásticos de las capas constitutivas del pavimento, se compatibilizan las deflexiones medidas con las deflexiones calculadas, hasta obtener la mayor aproximación posible (de acuerdo con los primeros sensores).
De acuerdo a la primera consideración (Cimentación Sólida), se tiene la ecuación propuesta por Boussinesq, en donde:

Donde:


w = Deflexión vertical

P = Carga aplicada

R = Distancia inclinada entre la carga y la medición de la deflexión; R2=r2+z2

MR= Módulo recipiente del suelo de fundación.

µ = Módulo de poisson del suelo de fundación.

θ = Ángulo formado entre la carga aplicada y la posición de la medición de la deflexión.

Así, el valor de:

Reemplazando el valor de z = 0 (debido a que la medición de la deflexión con el deflectómetro de impacto se realiza en la superficie del la estructura a evaluar), se tiene la siguiente ecuación:



De acuerdo al AASHTO, asumiendo un Módulo de poisson de 0.5 y simplificando la ecuación tenemos:



Reordenando la ecuación se tiene lo siguiente:




= P = Carga aplicada en el ensayo con el deflectómetro de impacto

== Deflexión de cada sensor en el deflectómetro

r == Distancia entre la carga de ensayo y el sensor



== Módulo resiliente de la subrasante

La dificultad, se traduce en cual sensor escoger para realizar los cálculos del módulo resiliente, se puede escoger el último sensor, pero esto puede traer errores debido a la dificultad de medir las deflexiones muy pequeñas, razón por el cual, se tiene la ayuda de las siguientes ecuaciones que nos ayudaran a escoger el sensor óptimo para realizar el retrocálculo.

Se debe cumplir que:

Donde:


r = Distancia entre el geófono y la carga de ensayo con el deflectómetro de impacto.

ae = Distancia efectiva del bulbo de presiones entre la interfase de pavimento y suelo de fundación.

El valor de la distancia efectiva del bulbo de presiones ae, puede obtenerse de acuerdo a la siguiente ecuación:

Finalmente se tiene la siguiente consideración Final

De acuerdo a Boussinesq, se tiene la siguiente ecuación de la deformación para una carga distribuida:


Como en el caso anterior, se asume un módulo de poisson µ = 0.5, así la ecuación se reduce a:

Luego reemplazando los valores de la deflexión en la parte superior y en la parte inferior de la subrasante, se tiene la siguiente ecuación, el cual es considerado como la ecuación fundamental para el retrocálculo.




Donde:

r = Distancia del sensor.



= Distancia efectiva del bulbo de presiones a nivel de la subrasante.

= Radio de la placa de carga

D = Espesor total del pavimento



= Módulo efectivo de todas las capas del pavimento

= Módulo resiliente de la subrasante

q = Presión en la placa de carga



= Deflexión medida al centro de la placa de carga, ajustado a la temperatura estándar de 68° F

Para realizar la corrección por Temperatura, se usa el ábaco siguiente:





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