Control No 1

Pontificia Universidad Católica de Chile
Departamento de Ingeniería y Gestión de la Construcción
Diseño Estructural de Pavimentos
ICC-3522
2º Semestre 2007
CONTROL Nº 1
13 de Agosto
“RELACIÓN ENTRE DIAGNÓSTICO DE LA CONDICIÓN
FUNCIONAL Y ESTRUCTURAL DE PAVIMENTOS Y LA
ASIGNACIÓN DE ACCIONES DE CONSERVACIÓN Y
REHABILITACIÓN”
Guillermo Thenoux Z.
Ingeniero Civil, MSc, PhD
Profesor Facultad de Ingeniería
Pontificia Universidad Católica de Chile
RELACIÓN ENTRE DIAGNÓSTICO DE LA CONDICIÓN FUNCIONAL Y ESTRUCTURAL DE
PAVIMENTOS Y LA ASIGNACIÓN DE ACCIONES DE CONSERVACIÓN Y
REHABILITACIÓN
Guillermo Thenoux Z.
Ingeniero Civil, MSc, PhD
Profesor Facultad de Ingeniería
Pontificia Universidad Católica de Chile
Julio 2006
ÍNDICE
1. INTRODUCCIÓN
2. CONDICIÓN FUNCIONAL Y CONDICIÓN ESTRUCTURAL DE PAVIMENTOS
2.1 Condición Funcional de los Pavimentos
2.1.1 Regularidad Superficial
2.1.2 Fricción Superficial (Resistencia al Deslizamiento)
2.1.3 Ruido
2.1.4 Spray
2.1.5 Apariencia
2.2 Condición Estructura
3. DIAGNÓSTICO Y SINTOMATOLOGÍA DEL DETERIORO
3.1 Deterioro Localizado
3.2 Deterioro Generalizado
4. MANTENIMIENTO Y ACCIONES DE CONSERVACIÓN Y REHABILITACIÓN
4.2 Conservación Condición Funcional del Pavimento
4.3 Rehabilitación Condición Estructural del Pavimento
4.4 Reparación de Pavimento
4.5 Reconstrucción
5. TÉCNICAS DE CONSERVACIÓN Y REHABILITACIÓN
5.1 Técnicas de Conservación Pavimentos Asfáltico
5.2 Técnicas de Conservación Pavimentos Hormigón
5.3 Técnicas de Rehabilitación Estructural de Pavimentos Asfáltico
5.4 Técnicas de Rehabilitación Estructural de Pavimentos de Hormigón
1. INTRODUCCIÓN
El deterioro progresivo de un pavimento es un proceso que comienza inmediatamente después de su
construcción y puesta en servicio. Las causas principales del deterioro progresivo, son las solicitaciones
externas producidas por el tráfico y diversos agentes climáticos. Sin embargo, la tasa y el tipo de deterioro que
experimente un pavimento dependerán principalmente de tres factores, a saber:
o
o
o
De la intensidad en que se manifiestan las solicitaciones tanto de tránsito como de clima, en donde el
tránsito y el clima son condiciones específicas asociados a cada proyecto, factores que deben ser
correctamente evaluadas en el estudio de ingeniería para no sobre-dimensionar el diseño pero
principalmente para no sub-dimensionar la estructura del pavimento.
De factores asociados al desarrollo del proyecto tales como la calidad de la solución de diseño, calidad
de la información (datos) de diseño, calidad del proyecto de ingeniería, calidad de los materiales y del
proceso constructivo.
Del plan de mantenimiento que se lleve a cabo durante la vida de diseño. En particular, este es la
temática a la cual se pondrá énfasis en el presente artículo.
El plan de mantenimiento de un proyecto de pavimentación debería ser elaborado y presentado junto al
proyecto de ingeniería sin embargo, en la realidad, esto no se realiza en la práctica debido a que existen
muchas externalidades que dificultarán la aplicación de un plan de mantenimiento preestablecido.
Básicamente la vida útil esperada para un pavimento (15 a 30 años) es un período de tiempo relativamente
largo y resulta difícil predecir la forma en que se comportarán o variaran los innumerables factores que afectan
al deterioro de un pavimento. Es por esta razón que una vez puesto en servicio un camino dentro de una red
vial este, se debe incorporar inmediatamente a un programa de gestión de mantenimiento de la red vial a la
cual se integra.
La gestión de mantenimiento tiene por objetivo asegurar que el pavimento alcance su vida de diseño
manteniendo los umbrales funcionales por sobre los valores especificados en el proyecto pero, por sobre todo,
manteniendo la integridad estructural de este que es en definitiva lo que garantizará el cumplimiento de la vida
útil de un pavimento. Por lo tanto, son básicamente dos las características que importan mantener de un
pavimento y estas son: condición funcional y condición estructural o también referida como calidad funcional e
integridad estructural.
El mantenimiento, a lo largo de la vida útil de un pavimento, se logra a través de un mantenimiento
estratégicamente planificado lo que considera acciones de conservación destinadas principalmente a
conservar los umbrales funcionales de la superficie de rodado del pavimento y pasado cierto período de
servicio, a través acciones de rehabilitación destinadas reestablecer la integridad de la estructura del
pavimento.
La gestión de mantenimiento de la condición funcional y estructural de un pavimento requiere de un enfoque
conceptual diferente en donde el énfasis para el mantenimiento de la condición funcional estará en el
monitoreo y el énfasis para el mantenimiento de la integridad estructural estará en el diagnóstico de experto.
Por otra parte existe una variedad de técnicas de conservación para prevenir o restaurar el deterioro funcional
de un pavimento, así mismo, existen una variedad de técnicas para rehabilitar estructuralmente un pavimento
la selección de una técnica en particular no solo dependerá de un aspecto económico si no que del momento
u oportunidad en el tiempo que se determine la aplicación de una acción de mantenimiento. Para profundizar
más en el tema conceptual, presente trabajo tiene por objetivo extender la discusión sobre los siguientes tres
temas:
o
o
o
Condición funcional y estructural.
Estudio y diagnóstico del estado del pavimento.
Conservación y rehabilitación de pavimentos.
2. CONDICIÓN FUNCIONAL Y CONDICIÓN ESTRUCTURAL DE PAVIMENTOS
Las exigencias asociadas a la condición y estado de un pavimento han evolucionado en el tiempo y estas son
más específicas a medida que los requerimientos exigidos a los pavimentos de las redes viales han ido en
aumento. En la actualidad se recomienda distinguir por separado los requerimientos de la condición funcional
y estructural de un pavimento debido a que no necesariamente se relacionan una con otra como sugiere el
Índice de Serviciabilidad Presente (PSI) de AASHTO, al incorporar este índice en la fórmula de diseño.
2.1 Condición Funcional de los Pavimentos
Se entiende por condición o calidad funcional de un pavimento los aspectos relacionados con la calidad
operacional (o Serviciabilidad) que ofrece un pavimento desde el punto de vista del usuario. Las condiciones
funcionales que se relacionan con las características operacionales y el estado de la superficie del pavimento
pueden ser varias. A medida que la evolución de las exigencias modernas del tránsito aumentan, se han ido
agregando a la lista de características funcionales del pavimento diferentes condiciones específicas las cuales
dependen del tipo e importancia del proyecto. Las condiciones funcionales que en la actualidad se gestionan o
se reportan en la literatura son:
o
o
o
o
o
o
Regularidad Superficial.
Resistencia a la Fricción.
Atenuación de Ruido.
Apariencia.
Producción de “Spray”.
Otros: deformación transversal, porcentaje de grietas, propiedades reflectantes, envejecimiento.
La gestión de mantenimiento de la condición funcional de un pavimento tiene como objetivo monitorear la
evolución de los parámetros funcionales en forma permanente de modo de poder prevenir que se superen los
umbrales recomendados y se pueda asignar acciones de conservación que permita restaurar o corregir las
condiciones iniciales de diseño.
Para realizar una correcta gestión de mantenimiento de los parámetros funcionales de los pavimentos se debe
contar con: definición de los umbrales de aceptación y rechazo para cada parámetro, una metodología de
monitoreo y evaluación. Idealmente además, se desea contar con un modelo de evolución del deterioro para
poder predecir y programar acciones de conservación. En la actualidad las condiciones funcionales que
mayoritariamente se especifican son irregularidad superficial y fricción. También, se limitan las deformaciones
por ahuellamiento o deformación de la subrasante.
2.1.1 Regularidad Superficial
La regularidad superficial ha sido definida de varias formas pero a partir de los años 1982 el Índice de
Regularidad Superficial (IRI) se ha aceptado internacionalmente como una medida estándar de la regularidad
superficial (longitudinal) de un pavimento. Paterson en 1986, definió el IRI como: “El valor IRI resume
matemáticamente, la irregularidad vertical del perfil longitudinal de la superficie del camino en una huella,
representando las vibraciones inducidas por la rugosidad del camino en un auto de pasajeros típico, y se
expresa en m/km”. El Índice de Rugosidad Internacional es utilizado principalmente para:
o
o
o
Cuantificar el confort de conducción.
Evaluación de los costos de operación: Junto con las características geométricas y la localización
geográfica, el IRI es uno de los principales factores que afecta los costos de operación de los vehículos.
El costo de operación puede llegar a crecer a una tasa del 2 al 4% por unidad de rugosidad IRI,
aumentando significativamente más para valores de IRI superiores a 6 – 8 m/km.
Recepción de pavimentos nuevos: El IRI es utilizado en la actualidad como una medida de control de
recepción de pavimentos nuevos. Se ha demostrado que la rugosidad de un pavimento recién
construido incide significativamente en la evolución futura del deterioro.
También, una mala irregularidad superficial puede representar problemas adicionales tales como:
o
o
Un problema de seguridad al modificar las condiciones de apoyo de la rueda con la superficie del
pavimento.
Aumento en la resistencia a la rodadura, en particular de los vehículos pesados.
Los umbrales máximos de aceptación para la vida en servicio de los pavimentos dependen de varios factores
entre estos; la velocidad de operación y la categoría del camino o calle. Umbrales máximos recomendados
para carreteras y autopistas son de 3,5 m/km y para arterias principales en zonas urbanas de entre 4 - 5
m/km.
Figura 1: a) Perfilómetro Láser, b) Perfilómetro Portátil
En la actualidad la medición se realiza en forma continua utilizando un Perfilómetro Láser (Figura 1a). Las
mediciones se pueden realizar entre 30 [km/hr] y 120 [km/hr]. A partir del registro del perfil longitudinal relativo
de ambas huellas de cada pista del sector en evaluación se reporta el indicador de rugosidad, IRI en [m/km].
El equipo láser clasifica como de Clase 1 por la ASTM E-950-94 con una resolución de muestreo vertical
menor que 0.1 [mm]) y presenta pocas limitaciones de uso. Entre las limitaciones más importantes están: el
pavimento auscultado debe encontrarse seco, pues la presencia de agua puede causar desviaciones al reflejo
del rayo láser, y con ello equivocar la lectura de la distancia del emisor del rayo al pavimento. Se requiere de
una longitud de aceleración de al menos 11 [m] antes de la zona a medir. Para mediciones en tramos cortos
se han desarrollado equipos portátiles de menor rendimiento pero que permiten auscultar segmentos de
longitudes menores sin requerimiento de un tramo de aceleración (Figura 1b).
La ventaja de un equipo láser es que además de medir la irregularidad longitudinal permite medir además la
deformación transversal de la sección de un pavimento. En particular interesa la deformación o ahuellamiento
en el canal de rodadura debido que esta condición superficial presenta un problema particular de seguridad en
regiones con lluvia por el peligro de hidro-planeo (“aqua-planing”).
El IRI de un pavimento no solo tiene una estrecha relación con los costos operacionales de un vehículo si no
que además tiene una incidencia significativa en la evolución futura del deterioro de un pavimento. Existen dos
tesis respecto de la relación entre IRI y evolución del deterioro. La primera tesis dice relación con un aumento
en la tasa de deterioro producto de la mayor carga dinámica que sufre un pavimento la cual ha sido
demostrada principalmente en pavimentos de hormigón que experimentan escalonamiento o alabeo. La
segunda tesis establece una relación directa entre la calidad constructiva terminada de un proyecto y su IRI
inicial. Esta tesis se aplica principalmente a pavimentos asfálticos en donde a mejor IRI de terminación
constructiva menor variabilidad de las propiedades de la mezcla y por ende mayor probabilidad de durabilidad
del pavimento.
2.1.2 Fricción Superficial (Resistencia al Deslizamiento)
La resistencia al deslizamiento que presenta la carpeta de rodado de un pavimento está determinada por el
coeficiente de fricción y textura. En un proyecto vial, se asume como hipótesis valores mínimos de fricción
para las principales ecuaciones de diseño por lo tanto, un sistema de gestión de pavimentos debe garantizar el
cumplimiento de estos valores por seguridad. El método de diseño geométrico AASHTO asume un coeficiente
de fricción longitudinal mínimo para el cálculo de la distancia de frenado y un coeficiente de fricción transversal
mínimo para el cálculo del radio de curvatura horizontal mínima. El año 2004 el método AASHTO introdujo un
cambio importante al cálculo de la distancia de frenado en donde asume que el pavimento proporcionará una
superficie que garantice una desaceleración mínima de 3,4 m/s2.
No existen equipos que puedan medir el coeficiente de fricción de acuerdo a las hipótesis de cálculos
utilizadas en le método AASHTO. Sin embargo, existen una serie de equipos desarrollados en importantes
centros de investigación, para medir diferentes tipos de índices de fricción o índice de rozamiento pero, estos
no se relacionan entre si debido a las diversas formas en que se realiza la medición. El experimento de la
PIARC de 1992, definió el Índice de Fricción Internacional (IFI) el cual permitió establecer una metodología
para la calibración y armonización entre los diferentes equipos de auscultación existentes. A pesar de que ha
transcurrido más de una década desde el experimento de la PIARC el índice IFI aún no ha sido adoptado en
forma generalizada debido a que ha encontrado diferentes obstáculos producto del gran número de factores
de los cuales depende el valor del coeficiente de fricción, en particular factores asociados a los equipos en si.
En Chile se han utilizado experimentalmente diversos equipos tales como, SCRIM (Sideway Coeficient Routine
Inspection Machine) el Péndulo Británico (Figura 2a), mu-Meter, y en la actualidad el Grip Tester (Figura 2b).
Los umbrales establecidos en investigaciones internacionales para el índice de fricción medido con el equipo
Grip Tester para vías con tránsito no interrumpido son: GN > 0,40 a 0.50 (GN = Grip Number). Las
investigaciones en el mundo y en Chile continúan debido a la necesidad cada día mayor de garantizar la
fricción de los pavimentos.
En todo caso, aún cuando existan dificultades no resueltas para poder definir y medir la fricción de un
pavimento esta condición funcional debe ser correctamente administrada en proyectos viales. Idealmente se
debería auscultar en forma continua los distintos tramos de carretera para detectar segmentos críticos sin
embargo, se recomienda verificar como mínimo la fricción en zonas húmedas o lluviosas en particular en
zonas de frenados críticos tales como: semáforos, pasos peatonales, en vías de alta velocidad (en especial,
pistas de desaceleración y curvas verticales) y en zonas de curvas horizontales donde la diferencia entre la
velocidad en tramo recto y tramo curvo es más de 10 - 20 km/h. En otras secciones del camino el coeficiente
de fricción siempre va a ser crítico y deberá evaluarse caso a caso.
Figura 2: a) Péndulo Británico, b) Grip Tester MK2
2.1.3 Ruido
El ruido está asociado principalmente a la temática del medio ambiente y el efecto negativo en la población. El
ruido de los vehículos es en general la superposición de tres fuentes cuyos origenes son: la propulsión del
motor, el ruido de rodadura neumático/superficie pavimento, el ruido aerodinámico. El ruido aerodinámico
supera a los otros cuando las velocidades son superiores a 80 – 100 km/h. Entre 80 - 50 km/h predomina el
ruido de rodadura y por debajo de los 50 – 40 km/h el ruido del motor siendo aún mayormente predominante el
motor en las esquinas y zonas de detenciones, donde se producen las mayores aceleraciones del motor.
El ruido de rodadura se produce por la interacción del neumático con la superficie del pavimento, el cual ha ido
en aumento producto del aumento de velocidades y principalmente por el incremento del ancho de las ruedas.
Este tipo de ruido tiende afectar extensas zonas y dependiendo del volumen y tipo de vehículos se puede
superar muy rápidamente umbrales tolerables. El ruido aumenta hacia el exterior en superficies lisas de
pavimento debido al mayor volumen de aire que se comprime bajo la rueda. Para un automóvil el ruido
aumenta entre 0,2 y 0,4 dB por cada 10 mm de incremento en el ancho del neumático. Los límites de
tolerancia del nivel de ruido están sobre 55 dB (noche) a 65 dB (día) en zonas residenciales, aceptándose
hasta niveles de 75 dB (día) en zonas industriales. El ruido también aumenta en superficies rugosas producto
del mayor roce neumático/pavimento sin embargo, este ruido afecta en mayor medida a los ocupantes al
interior del vehículo.
En aquellas zonas en donde sea necesario controlar el nivel de emisión de ruido, este se puede mitigar
principalmente a través de dos estrategias. La primera estrategia es a través del bloqueo del ruido mediante la
construcción de barreras de sonido (Figura 3a) y la segunda estrategia puede realizarse mediante la
mitigación del ruido en su origen a través de la construcción de pavimentos con superficies porosas (Figura
3b). También, complementan estas estrategias el uso de vegetación siempre y cuando se realice con un buen
diseño de paisajismo para no obstaculizar la visibilidad y, el diseño de viviendas con un mayor nivel de
aislamiento acústico.
Figura 3: Ruido Neumático
2.1.4 Spray
La producción de “spray” o (llovizna o neblina) tras la rueda de un vehículo que circula a altas velocidades,
produce condiciones críticas de visibilidad (Figura 4) transformándose en un problema de seguridad
permanente en autopistas y carreteras con grandes volúmenes de tránsito. Se han desarrollado equipos
prototipos de medición (recuadro Figura 4), de modo de poder medir la producción de “spray” pero, estos
sistemas de medición aún no son aplicados mundialmente.. En países como Gran Bretaña se han llevado a
cabo investigaciones para el control de “spray” en los camiones a través del diseño de cortinas en los bordes
de los tapabarros y otras soluciones similares pero, en la actualidad la medida más efectiva para reducir la
producción de “spray” es a través de la construcción de pavimentos con superficies permeables. Este tipo de
superficie además de reducir la producción de “spray” permiten mitigar la emisión de ruido sin embargo solo
en los últimos año se han desarrollados mezclas asfálticas que permiten cumplir el doble papel de superficie
de rodado y superficie permeable. Este tipo de superficie requiere de una relativa conservación para evitar que
se cierre la porosidad que le otorga la permeabilidad.
Figura 4: Producción de Llovizna (“Spray”)
2.1.5 Apariencia
Aún la literatura no define de forma exacta el término “Apariencia” aplicado a la condición funcional de un
pavimento. El término se trata más bien como un concepto, en donde la apariencia se relaciona con la
uniformidad visual de las características superficiales del pavimento y en general se le otorga tres acepciones
importantes (G. Thenoux 2006):
o
o
o
Pavimentos que ofrecen una mala apariencia o apariencia heterogénea, son difíciles de demarcar y por
lo tanto producen un efecto negativo a la circulación, canalización y ordenamiento de los flujos
vehiculares. La demarcación de pavimentos y la homogeneidad de la apariencia superficial resulta aún
más importante en pavimentos urbanos y en particular cuando se trata de grandes extensiones de
pavimentos donde se concentran variados tipos de movimientos tanto de vehículos como peatonales.
También, una buena demarcación en pavimentos urbanos es cada vez de mayor importancia dado que
los conductores no pueden basar su conducción en la señalética vertical debido a la gran información
de otro tipo que se despliega en el entorno. En zonas urbanas la señalización vertical compite con
muchos efectos visuales de la geografía urbana (avisos, colores, etc.) y su vez la señalización puede
quedar muy alejada u obstruida del conductor.
Pavimentos con superficies heterogéneas y mal demarcadas pueden ser una causa que contribuya
significativamente a la probabilidad de accidentes.
La apariencia introduce plusvalía al sector y desde el punto de vista de la arquitectura urbana contribuye
significativamente a la estética y paisaje urbano. Se debe agregar además que el valor estética de vías
de circulación no solo tiene un significado de belleza si no que además, es una herramienta muy
poderosa de educación civil en contraste con una calle desordenada y diseño irregular.
El tema específico de la apariencia en la actualidad tiene que ver más bien con el estado general que va a
presentar un pavimento luego de sucesivas acciones de conservación y reparación o modificaciones de
trazado (Figura 5). La heterogeneidad de la superficie afecta significativamente la conducción por lo cual,
eventualmente se puede recomendar reparar la superficie de un pavimento solo con el objetivo de uniformar la
apariencia.
Figura 5: Condición de Apariencia Mala
En la actualidad para evaluar la apariencia basta una inspección y registro visual, sin embargo, también se
puede optar por realizar una monografía con lo cual se logran tres objetivos complementarios. A saber:
o
Tramificar o sectorizar las áreas de pavimentos que presentan características similares.
o
o
Realizar un levantamiento de la condición superficial actual del pavimento de modo de contar con datos
para futuros proyectos de conservación y rehabilitación. Esta información es considerada vital como
dato para futuros diseños de acciones de conservación y rehabilitación debido a que la monografía
permite guardar información visual de la evolución del deterioro.
Cuantificar los diferentes tipos de deterioro que se observan de modo de poder cruzar esta información
con los datos obtenidos de otras evaluaciones funcionales (IRI, Fricción) o estructurales (testigos,
FWD).
Las monografías se realizan tradicionalmente de forma manual pero en los últimos años se han desarrollado
equipos que recogen imágenes digitales las cuales a su vez pueden analizarse a través de programas
computacionales para cuantificar la extensión de los diferentes tipos de deterioros superficiales (Figura 6). La
monografía en general permite contar con información complementaria para el diagnóstico y tramificación de
un proyecto tanto en el presente como en el futuro por lo cual, se considera una de las informaciones más
importantes de conservar en las bases de datos.
Figura 6: Monografía con Imagen Digital
2.2 Condición Estructural
Se entiende por condición estructural al nivel de integridad física y estructural en que se encuentra la sección
de un pavimento en su conjunto y al estado de cada una de las capas que conforman la estructura, incluyendo
la subrasante.
Basado en las hipótesis tradicionales de diseño estructural, los criterios de falla estructural de un pavimento
son dos: deformación y agrietamiento por tensiones inducidas por la carga de tránsito (Figura 7), variaciones
térmicas y otras condiciones especiales. Tanto la deformación como el agrietamiento pueden ocurrir por una
condición puntual o fatiga en cualquiera de las capas que conforman la estructura. Por lo tanto, se espera que
una estructura de pavimento falle de una de las dos formas (deformación o agrietamiento) dentro del período
de diseño. Sin embargo, una falla puede ocurrir antes o después del período de diseño según el nivel de
confianza (factor de seguridad) que se haya considerado en el diseño.
Los pavimentos de hormigón y asfalto pueden experimentar otras formas de deformación, grietas y fallas las
cuales no están asociadas a las hipótesis de diseño estructural pero, producirán igual o mayor deterioro físico
de la estructura y eventualmente ser la causa principal del colapso de un pavimento. Por ejemplo; grietas de
retracción, deformación tipo ahuellamiento en pavimentos asfálticos por baja estabilidad de mezcla, grietas por
asentamiento de terraplenes, escalonamiento, etc. La gestión de mantenimiento que se debe llevar a cabo
para preservar la condición estructural de un pavimento es muy compleja por diversas razones, entre las
cuales están:
o
o
o
Es complejo evaluar o monitorear de forma continua la calidad estructural presente de un pavimento,
particularmente en lo que se refiere al consumo de fatiga que lleva acumulado.
Las fallas estructurales pueden ser iniciadas o estar enmascaradas por la presencia de otro tipo de
fallas. Generalmente fallas de tipo constructivas, sobrecargas o fallas en los sistemas de drenaje.
El deterioro estructural no es lineal en el tiempo y es muy poco perceptible en su etapa inicial. Sin
embargo, pasado un tiempo en la cual ocurren las primeras fallas estructurales (normalmente
imperceptibles) la tasa de deterioro aumenta rápidamente pudiendo llevar el pavimento a una condición
de colapso en un período muy breve.
Es difícil convencer a las autoridades administrativas de rehabilitar un pavimento que no muestra fallas visibles
de deterioro por lo cual, en muchas ocasiones no es posible llevar a cabo una rehabilitación estructural de un
pavimento y solo queda la opción de mantenerlo en base a parches, bacheos o reconstrucción. Para realizar
una correcta gestión de mantenimiento de la condición estructural de un pavimento se debe realizar un
monitoreo y diagnóstico espaciado dentro de la primera mitad de la vida estructural calculada de un pavimento
y un monitoreo anual en la segunda mitad de su vida de diseño. El monitoreo puede incluir información de la
evolución del IRI, monografías realizadas en distintos períodos de vida útil de un pavimento, mediciones de
deflexión.
El diagnóstico debe ser realizado por un ingeniero con experiencia en diseño estructural y no se recomienda
que sea de otra forma; por ejemplo el uso de catálogos de fallas no permite realizar un diagnóstico acertado si
el profesional no es experto y al mismo tiempo si el profesional es experto no requiere de un catálogo de
fallas. En general, un catálogo de fallas servirá para realizar monografías más detalladas del estado del
pavimento en diferentes períodos de su vida útil.
ε
ε
Figura 7: Modelo Estructural Pavimento Asfáltico
Para facilitar el diagnóstico junto con información de monitoreo, recomienda contar con una base de datos que
incluya: información del proyecto de ingeniería original (información “as built”) e información de construcción.
La gestión de mantenimiento de la condición estructural en general debe estar más orientada al control de la
aparición de fallas singulares y al correcto mantenimiento de las obras de drenaje. Sin embargo, algunas de
las acciones de conservación que se realizan con cierta regularidad aunque, no aportan capacidad estructural,
permiten proteger el pavimento y reducir significativamente en algunos casos la tasa de deterioro. Por ejemplo
la Figura 8, muestra un pavimento de hormigón al cual tempranamente se le manifestó grietas transversales.
La Figura 8a muestra una losa luego de 10 años a la cual se le mantuvo la grieta no sellada y la Figura 8b
muestra una losa contigua a la cual se le realizó mantenimiento desde la misma fecha.
Figura 8: a) Grieta no Mantenida b) Grieta Sellada
3. DIAGNÓSTICO Y SINTOMATOLOGÍA DEL DETERIORO
Junto con diagnosticar y cuantificar el tipo de deterioro es importante poder determinar la sintomatología con
que se presentan los diversos tipos de falla. El diagnóstico permite determinar la causa física que dio origen a
la falla pero, además debe evaluar la sintomatología o la forma que se presenta el deterioro a lo largo de un
tramo específico para determinar si la causa es de origen constructivo o un deterioro normal esperado.
La evaluación de la sintomatología del deterioro no es una evaluación tipo “blanco – negro” dado que una vez
que un pavimento entra en servicio y presenta los primeros síntomas de falla son innumerables los factores
que se van a superponer y harán que el deterioro progrese de diferentes formas. Sin embargo, a través de un
monitoreo frecuente se puede determinar si una falla se ha producido en forma localizada o se está repitiendo
de acuerdo a un patrón específico.
3.1 Deterioro Localizado
El deterioro localizado o puntual que se presenta de forma aleatoria y no responde a ninguna patrón específico
por lo general su causa es producto de situaciones singulares, relacionadas a fallas locales de calidad
constructiva o variabilidad del suelo de fundación. Por lo general este tipo de deterioro es difícil de predecir y
se debe contar con un plan de contingencia para reparar oportunamente cualquiera sea el tipo de falla que se
presente, la cual debe ser correctamente diagnosticada para adoptar una solución de reparación adecuada.
También, eventualmente pueden presentarse deterioros localizados e incluso colapsos localizados producto
de condiciones externas a las de la estructura del pavimento. Por ejemplo, socavaciones, deslizamientos,
otros.
El deterioro localizado o puntual que se reproduzca con un patrón que tenga algún grado de regularidad por lo
general también tiene origen en el proceso constructivo. Puede ser una parte del proceso constructivo que se
ha realizado sistemáticamente mal en donde entre estos existen muchos ejemplos, tales como: detenciones
de la terminadora de asfalto, aserrado y sellado de juntas de forma tardía en pavimentos de hormigón, etc.
3.2 Deterioro Generalizado
El deterioro generalizado se puede manifestar en forma continua o discreta y se puede presentar en forma
repetitiva con un patrón similar a lo largo del proyecto. Este tipo de deterioro por lo general es más fácil de
diagnosticar y cuantificar, pero según la intensidad que éste presente al momento de la evaluación, puede
resultar más difícil poder aislar la causa principal que dio origen a la falla. Cuando los problemas de deterioro
generalizado se presentan con un patrón de repetición regular y a su vez se presenta en forma relativamente
prematura (primeros años de vida útil), el origen de las fallas se puede encontrar en:
o
o
o
o
o
Diseño Estructural: Diseño inadecuado para las solicitaciones de tránsito, ya sea debido a una
subestimación de las solicitaciones o a solicitaciones de carga en exceso de las consideradas en el
diseño.
Especificaciones técnicas inadecuadas o insuficientes.
Diseño de mezclas: Diseño inadecuado para el tipo de materiales que se dispone y/o condiciones de
solicitaciones de tránsito y clima. Particularmente tiene relación con la selección de materiales y
dosificación.
Errores de ejecución, problemas recurrentes de control de calidad de los materiales y/o procesos
constructivos.
Desconocimiento, desidia y/o corrupción de profesionales y gerentes encargados de los procesos de
construcción y control.
Cuando los problemas de deterioro generalizado y con un patrón de repetición regular, se presentan luego de
unos años en servicio pero, anticipadamente al término esperado de su vida de diseño, el origen de las fallas
se puede encontrar en:
o
o
o
o
La variabilidad natural de materiales utilizados y/o variabilidad esperada de los procesos constructivos
(espesores, densidades, resistencias, etc.). Entendiéndose por variabilidad natural a la variabilidad que
experimentan los materiales y procesos dentro de los límites de confiabilidad aceptados en el proyecto.
No considera la variabilidad por errores de ejecución o control.
Incremento de las solicitaciones de tránsito. La predicción del volumen y las cargas de tránsito son difícil
de estimar en muchos proyectos y eventualmente el pavimento podría presentar un deterioro
adelantado producto del mayor consumo de fatiga en el período de tiempo que lleva en servicio.
También, cae dentro de esta categoría deterioros generalizados dentro de ciertos tramos específicos
producto de variabilidad de las condiciones de la subrasante o suelo de fundación. Esto debido a que
los métodos de diseño utilizan valores medios de capacidad de subrasante para el diseño de estructural
y siempre cabe la posibilidad de encontrar sub-sectores con valores de soporte menor.
Otro gran número de factores menos comunes, que no son detallados en el presente trabajo.
4. MANTENIMIENTO Y ACCIONES DE CONSERVACIÓN Y REHABILITACIÓN
Las palabras mantenimiento, conservación, rehabilitación, reconstrucción se utilizan indistintamente para
referirse a las diferentes acciones que se realizan a un pavimento para mantener o extender su
comportamiento de su período de diseño. En el presente trabajo se definirán estos términos con el solo
propósito de ordenar un poco la figura administrativa de las diferentes acciones que se deben planificar en la
Gestión de Mantención de Pavimento (Pavement Managment System). Es posible que las definiciones
presentada no coincidan con otros trabajos o instructivos pero, por fortuna no son muchos los términos
sinónimos que se utilizan en esta área de la ingeniería por lo cual, las definiciones que se adopten no deberían
constituir un obstáculo para entender la problemática. La palabra general utilizada en gestión de pavimento es
mantenimiento que comprende diversas acciones específicas que se puede realizar a la infraestructura vial,
las cuales se revisan en las siguientes sub-secciones.
o
o
o
o
o
Conservación elementos complementarios infraestructura vial.
Conservación condición funcional.
Rehabilitación condición estructural.
Reparación localizada.
Reconstrucción.
4.1 Conservación Elementos Complementario Infraestructura Vial
Comprende el mantenimiento de los sistemas de drenaje, desmalezado, señales, barreras, pintura, etc. Las
acciones de mantenimiento de los elementos complementarios pueden ser realizadas en forma periódica,
rutinaria o con acciones de respuesta. En cualquier caso no es necesario emplear modelo de deterioro para la
planificación del mantenimiento. Dentro de las acciones de conservación más importantes de los elementos
complementarios y que dicen relación con la durabilidad de un pavimento es la conservación de los sistemas
de drenaje.
4.2 Conservación Condición Funcional del Pavimento
La conservación de la condición funcional de un pavimento se refiere específicamente al mantenimiento de las
condiciones funcionales de la superficie de un pavimento sobre los umbrales especificados. En un programa
de gestión de pavimento la condición funcional a la cual se le asigne una acción de conservación debe
necesariamente presentarse en forma sintomática y generalizada.
Las técnicas de conservación se aplican principalmente a la superficie del pavimento, restaurando una o más
condiciones funcionales de un pavimento. Las diversas técnicas de conservación que se aplican tanto a
pavimentos de asfalto como de hormigón, no aportan capacidad estructural pero, dependiendo de la técnica
específica pueden disminuir significativamente la tasa de deterioro de ciertos tipos de fallas estructurales y
extender la vida de diseño estructural de un pavimento.
Cada condición funcional presentará un modelo propio de deterioro sobre la base de un parámetro objetivo.
En la Figura 9, se muestra una curva genérica del modelo de deterioro de la regularidad superficial de un
pavimento (*) con aplicación de una acción de conservación en el año “x”, por lo tanto, conociendo el modelo
de deterioro que rige un determinado proyecto, las acciones de conservación para la irregularidad superficial
pueden ser planificadas de acuerdo a los umbrales máximos que determine la operación de ese proyecto en
particular. Como se observa en la figura otro aspecto importante de la gestión de mantenimiento de pavimento
es que los umbrales de intervención son relativamente altos para el mantenimiento de las Condiciones
Funcionales.
(*) Nota: La escala de IRI va de 1 a 10 y gráficamente la curva del modelo debería estar invertida. Sin embargo, dado
que tradicionalmente se ha presentado la curva de pérdida de Serviciabilidad disminuyendo hacia abajo para efectos del
presente trabajo se utiliza una representación genérica.
Conservación
Cond. Estructural
Cond. Funcional
Para las otras condiciones funcionales presentadas en la Sección 2, no existen modelos de deterioro tan
desarrollados como lo es para el caso de la regularidad superficial (IRI). La gestión de conservación debe
entonces realizarse basándose en la observación (o medición) con cierto grado de regularidad, de las
condiciones presente del pavimento. Las técnicas de conservación para pavimentos de asfalto y hormigón
difieren y estas se revisan en la Sección 5.
Conservación
Millones de EE
Millones de EE
Figura 9: Efecto de la Conservación en la Condición Funcional y Condición Estructural
4.3 Rehabilitación Condición Estructural del Pavimento
La diferencia entre una acción de conservación y una de rehabilitación, radica en que ésta última
necesariamente recupera o aporta capacidad estructural al pavimento conservando parte o toda la estructura
existente. Aunque, como se mencionó en la sección anterior, a pesar de que las técnicas de conservación no
aportan capacidad estructural estas pueden extender significativamente la vida de diseño estructural de un
pavimento. Por lo cual, las acciones de conservación también se consideran dentro de las estrategias de
mantenimiento de la Condición Estructural.
El diseño de una rehabilitación estructural requiere de un diagnóstico preciso de las causas que han llevado el
pavimento a alcanzar un cierto grado de deterioro estructural. Como se menciono en la Sección 2, esta puede
resultar una tarea difícil debido a que el deterioro estructural puede presentarse “enmascarado” por una serie
de factores difícil de evaluar retrospectivamente. Por otra parte, una rehabilitación estructural requiere de un
diseño de los espesores de la estructura de refuerzo, lo cual tampoco resulta simple debido a que es
relativamente difícil precisar la capacidad estructural remanente de una estructura y los métodos de diseño de
refuerzo estructural tienen una base muy empírica. Al igual que para el diseño de una acción de conservación
el diseño de una rehabilitación requiere que el pavimento muestre no solo una sintomatología generalizada
pero además que se presente con un cierto grado de homogeneidad. Si un pavimento a rehabilitar, presenta
fallas singulares mayores al 20 – 30 % de su superficie puede resultar más conveniente realizar una
reconstrucción completa o al menos se recomienda realizar un estudio económico de largo plazo para ver si
es conveniente realizar reparaciones previas.
Las técnicas de rehabilitación estructural son varias y en los últimos años se han incorporado nuevas técnicas
que otras ofrecen otras alternativa para la gestión de mantenimiento. Las técnicas de rehabilitación para
pavimentos de asfalto y hormigón difieren y estas se revisan en la Sección 5. Básicamente en la actualidad las
técnicas de rehabilitación pueden dividirse en cuatro grandes grupos: 1. Recapados directos, 2. Fresado
parcial y recapado, 3. Reciclado superficial y recapado, 4. Reciclado profundo y recapado.
Cond. Estructural
Las nuevas alternativas de rehabilitación estructural permiten manejar diferentes estrategias de conservación.
Por ejemplo, como se grafica en la Figura 10, si se pudiera indicar la Condición Estructural en el eje “y” se
podría mostrar gráficamente el modelo de deterioro estructural esperado de un pavimento y el efecto que
podrían tener diferentes tipos de acciones de rehabilitación.
Rehabilitación
con Recapado
Rehabilitación
con Reciclado
Millones de EE
Figura 10: Efecto de Diferentes Técnicas de Rehabilitación de Condición Estructural
4.4 Reparación de Pavimento
Eventualmente un programa de gestión para la conservación y rehabilitación debe considerar planes de
contingencia para la reparación de fallas localizadas producto de la variabilidad natural de los procesos de
construcción o producto de errores constructivos no detectados en la etapa de recepción. Este tipo de
acciones se denominan simplemente reparaciones y entre estas la más común es el bacheo, reemplazo de
losas y otra serie de técnicas especiales para recuperar pavimentos deformados. Ejemplo: Inyección de losas
hormigón asentadas.
4.5 Reconstrucción
La reconstrucción en si no se considera una acción de mantenimiento sin embargo, dentro de un programa de
gestión de mantenimiento de pavimento esta alternativa debe estar disponible. Existen muchas situaciones
que pueden justificar la decisión de construcción por la de rehabilitación. Entre estas:
o
o
o
o
Estado avanzado de deterioro del pavimento, no hace recomendable una rehabilitación.
Las condiciones de solicitaciones de tránsito proyectadas son mayores a las que la estructura pueda
resistir aun con una capa de refuerzo.
Las cotas de la rasante no pueden ser modificadas.
Cambio parcial en el trazado geométrico.
5. TÉCNICAS DE CONSERVACIÓN Y REHABILITACIÓN
En la siguiente sección se presenta un resumen de las principales técnicas utilizadas para la conservación y
rehabilitación de pavimentos. Algunas de estas técnicas varían según sea la tecnología específica que se
utilice pero, lo que se desea destacar en esta sección es el efecto esperado de los diferentes tipos de
acciones de conservación y rehabilitación. En trabajo que continúa esta publicación se realiza un análisis más
extenso de cada uno de los tipos de acciones.
5.1 Técnicas de Conservación Pavimentos Asfáltico
o
o
o
o
o
o
Riego Neblina. Aplicación de una delgada película de asfalto sobre la superficie. El riego neblina se
aplica rociando emulsión asfáltica de quiebre lento diluida en agua. Protege la superficie y previene el
envejecimiento prematuro de la superficie de asfalto.
Sello de Agregados. Aplicación compuesta de un riego de emulsión asfáltica (modificada) de quiebre
rápido, seguida de una capa de agregados de un mismo tamaño. Protege y sella la superficie, previene
el envejecimiento prematuro de la superficie de asfalto, mejora la resistencia al patinaje y homogeniza
superficie del pavimento. (Figura 11a)
Lechada Asfáltica. Aplicación de una mezcla de agregado fino graduado, emulsión asfáltica de quiebre
lento, agua y filler. La lechada se aplica en un espesor igual al tamaño máximo del árido. Protege y sella
la superficie, previene el envejecimiento prematuro de la superficie de asfalto y homogeniza superficie
del pavimento.
Micro-pavimento. El Micro-pavimento involucra el uso de agregados de excelentes propiedades
mecánicas y emulsión modificada con polímero y con aditivos controladores de quiebre. El Micropavimento se puede aplicar en un espesor mayor al tamaño máximo del árido. Protege y sella la
superficie, previene el envejecimiento prematuro de la superficie de asfalto y homogeniza superficie del
pavimento. Su alto desempeño permite ser aplicada en capas de mayor espesor y se puede usar
incluso para corregir ahuellamiento y deformaciones. (Figura 11b)
Microfresado. Rebaje de un espesor de hasta 5 - 10 mm del pavimento. Mejora el IRI, y resistencia a la
fricción (Figura 12).
Limpieza de Porosidad de Pavimentos Permeables: Esta técnica se aplica principalmente a
pavimentos permeables los cuales dependiendo de las condiciones ambientales se van sellando.
Figura 11: a) Sello y b) Micro-superficie
5.2 Técnicas de Conservación Pavimentos Hormigón
o
o
o
Sellado de Juntas y Grietas. Permite reducir el efecto negativo que significa para la integridad de
estructura de pavimento la abertura de juntas y grietas. Permite reducir el deterioro de los bordes de
juntas y grietas.
Cepillado (Diamond Grinding). Rebaje de un espesor de hasta 5 mm del pavimento para reducir
principalmente el efecto de escalonamiento. Mejora el IRI, y resistencia a la fricción. Aumenta desgaste
de neumáticos. (Figura 12)
Recapado asfáltico delgado. Consiste en la colocación de una capa delgada de mezcla asfáltica sobre
el pavimento existente (menor a 50 mcm). También, conocido como recapado funcional dado que por
su espesor, no aporta gran capacidad estructural sin embargo, nivela deformaciones y puede corregir
todas las condiciones funcionales que se requieran El pavimento de hormigón debe estar en buenas
condiciones estructurales y es recomendable copiar las juntas longitudinales y transversales con
aserrado.
Figura 12: Cepillado Pavimento Hormigón
5.3 Técnicas de Rehabilitación Estructural de Pavimentos Asfáltico
o
o
o
Recapado directo: Consiste en aplicar directamente sobre la superficie del pavimento una o dos capas
de asfalto de refuerzo. El pavimento a recapar no puede presentar síntomas de deterioro avanzado.
Fresado Superficial y Recapado: Consiste en el retiro de la parte superficial del pavimento, mediante
una máquina conocida fresadora y la colocación de una nueva capa asfáltica. Esta técnica se puede
usar cuando el pavimento tiene adecuada capacidad estructural pero presenta problemas de
serviciabilidad.
Reciclado Superficial: Consiste en el reciclado directo de la capa superior de asfalto y la colocación de
una nueva capa de rodadura. Normalmente se realiza en caliente y en sitio.
o
o
Reciclado Profundo: Consiste en el reciclado simultáneo de la capa de asfalto y parte de la capa base
para conformar una nueva estructura de base mejorada y luego la construcción de una capa de
rodadura la que puede ser un sello (sin aporte estructural) o una capa asfáltica con aporte estructural
(Figura 13).
Recapado con Tratamiento Complementario: Cuando se aplica un recapado asfáltico directo sobre
un pavimento asfáltico que tiene un nivel de agrietamiento importante, es necesario realizar algún
tratamiento previo para evitar que las grietas se reflejen en la capa de recapado. Entre estos
tratamientos se recomienda el empleo de geogrillas de las cuales existen varios modelos y marcas
comerciales.
Figura 12: Reciclado Profundo
5.4 Técnicas de Rehabilitación Estructural de Pavimentos de Hormigón
o
o
Recapado Directo con Tratamiento Complementario: Cuando se aplica un recapado asfáltico sobre
un pavimento de hormigón que tiene un nivel de agrietamiento importante, es necesario realizar algún
tratamiento para evitar que las grietas se reflejen en la capa de recapado. Algunos de estos tipos de
tratamientos incluyen la colocación de capas intermedias de refuerzo, como geo-grillas, micropavimentos o mezclas abiertas. Otras técnicas utilizadas para controlar la reflexión de grietas en
recapado sobre hormigón son fracturamiento previo del pavimento existente. Eventualmente se puede
recapar directamente con un mayor espesor de recapado pero, se recomienda realizar previo un sellado
de juntas y grietas.
Recapado Directo con Tratamiento Complementario: Cuando se aplica un recapado asfáltico sobre
un pavimento de hormigón que tiene un nivel de agrietamiento importante, es necesario realizar algún
tratamiento para evitar que las grietas se reflejen en la capa de recapado. Algunos de estos tipos de
tratamientos incluyen la colocación de capas intermedias de refuerzo, como geo-grillas, micropavimentos o mezclas abiertas. Otras técnicas utilizadas para controlar la reflexión de grietas en
o
recapado sobre hormigón son fracturamiento previo del pavimento existente en pedazos de losas de
hasta 50x50 cm. Eventualmente se puede construir un recapado de asfalto directo pero, con un mayor
espesor sin embargo se deberá considerar un tratamiento de conservación exhaustiva a las losas
(reemplazo, sellado de juntas y grietas, otros).
Recapado con Base Intermedia Granular (Recarpeteo): Este tipo de recapado se denomina también
recarpeteo. En Chile se utiliza con relativo éxito el recapado con un pavimento asfalto u hormigón sobre
pavimentos de hormigón muy dañados. Básicamente consiste en la construcción de un pavimento
asfáltico sobre un pavimento hormigón muy deteriorado, incluyendo la colocación de base granular
intermedia de 20 a 30 cm. (esta técnica considera al pavimento existente como parte de la subrasante).
Nota: La palabra recarpeteo se utiliza en el presente documento para diferenciar la técnica de recapado con el
empleo de un material intermedio granular versus la de recapado directo.
o
Triturado/Pulverizado (Rubblizing): Esta técnica se asemeja un poco al reciclado de pavimento
asfáltico en cuanto transforma la estructura de pavimento existente en una base de alto módulo. Sobre
el hormigón pulverizado se construye un recapado asfáltico de espesor mayor a 100 mm. Esta técnica
permite corregir la totalidad de los defectos que presente el pavimento de hormigón. (Figura 14).
Figura 14: Pulverizado Pavimento de Hormigón