INSPECCIÓN A NIVEL DE PROYECTO DE EVALUACIÓN - DETERMINACIÓN DEL NÚMERO DE UNIDADES DE PRUEBA A SER INSPECCIONADOS

El primer paso en la evaluación es determinar el número mínimo de unidades de prueba (n) que serán evaluadas para obtener una adecuada estimación del PCI de la sección.
Este número es determinado para una evaluación de nivel de proyecto usando las curvas mostradas en la Fig. X.6. Usando este número, se obtendrá una estimación razonable del
PCI verdadero de la sección. El 95% de los casos, el valor estimado está dentro de 5 puntos del PCI verdadero. Las curvas en la Fig. X.6 se construyeron usando la Ecuación
X.1:

DEFINICIÓN DE SECCIÓN - DETERMINACIÓN DE UNIDADES DE PRUEBA A SER INSPECCIONADAS

La inspección de todas las unidades de prueba en una sección de pavimento puede requerir considerable esfuerzo, especialmente si la sección es grande. Para limitar la cantidad de recursos requeridos para la inspección, se ha desarrollado una aproximación razonable del PCI, estimando por inspección solo un número limitado de unidades de prueba. Es así que tenemos dos métodos de inspección:
 a nivel de Proyecto de Evaluación
 a nivel de Red Vial.
Si el objetivo es tomar decisiones de nivel de red como la planificación del presupuesto, entonces un estudio de un número limitado de unidades de prueba por la sección es suficiente. Si el objetivo es evaluar las secciones específicas del pavimento al nivel de proyecto, entonces puede ser requerido un grado más alto de muestreo para una sección.

DEFINICIÓN DE SECCIÓN - DIVISIÓN DEL PAVIMENTO EN UNIDADES DE PRUEBA (II)

Una importante consideración en la división de una “sección de pavimento” en “unidades de prueba” es la conveniencia. Por ejemplo, una sección de pavimento de asfalto de 22 pies de ancho por 4720 pies de largo (Fig. X.5.), se puede dividir en 46 unidades de prueba de 22 pies de ancho por 100 pies de largo para un tamaño de unidad de prueba de 2200 pies² y la última de 22 pies por 120 pies, o 2640 pies².

DEFINICIÓN DE SECCIÓN - Camino Farber

DEFINICIÓN DE SECCIÓN - DIVISIÓN DEL PAVIMENTO EN UNIDADES DE PRUEBA

Una unidad de prueba es convenientemente definida como una porción de una sección de pavimento designada solo con los propósitos de la inspección del pavimento. Para caminos sin pavimento y para caminos recubiertos de asfalto (incluidos asfalto sobre concreto), una unidad de prueba está definida como un área de 2500  1000 pies2 (232  93 m2).
Para los caminos de concreto con las juntas cada  25 pies, el tamaño de unidad de prueba recomendado es de 20 ± 8 losas. Para las losas con las juntas cada > 25 pies, las
juntas imaginarias  25 pies, y en perfecta condición, debe ser asumida. Por ejemplo, si las losas tienen juntas cada 60 pies, juntas imaginarias son asumidas cada 20 pies. Así,
cada losa equivaldría a tres losas con el propósito de la inspección del pavimento.
La Fig. X.4 muestra un ejemplo de red de camino, dividido en las unidades de prueba.

DEFINICIÓN DE SECCIÓN - DEFINICIÓN DEL PCI

El PCI es un índice numérico, que varia de 0 para pavimentos fallados, a 100 para pavimentos en perfectas condiciones. El cálculo del PCI está basado en los resultados de una inspección visual de la superficie en la cual el tipo de anomalía, severidad y cantidad son identificados. El PCI fue desarrollado para proporcionar un índice de la integridad estructural del pavimento y condición operacional de la superficie. La información de anomalías obtenida como la parte del estudio de la condición de PCI proporciona una visión de las causas de anomalía, y si es relativo a la carga o al clima.
El grado de deterioración del pavimento es una función del tipo de anomalía, severidad de anomalía, y cantidad o densidad de anomalía. Debido al número grande de condiciones posibles, producir un índice que tendría en cuenta los tres factores era un problema considerable. Para superar este problema, “los valores deducidos” se introdujeron como un tipo de factor clave para indicar el grado de efecto que cada combinación de tipo de anomalía, nivel de severidad y la densidad de anomalía tiene la
condición del pavimento.
Para determinar el PCI de una sección de pavimento, primero se divide la sección en unidades de inspección, llamadas “Unidades de Prueba”.

Ejemplo de Identificación de tramo y sección

DEFINICIÓN DE SECCIÓN - Otras Consideraciones

Definir secciones muy cortas para asegurar la estructura común del pavimento requieren un esfuerzo de implementación más alto y costoso. Las secciones también pueden ser demasiado pequeñas para programar trabajos de M&R individuales productivamente. Si son demasiado grandes, las características pueden no ser homogéneas a lo largo del área entera.

El resultado podría ser diseño y decisiones del presupuesto incorrectos.
El ejemplo de una red dividida en los tramos y secciones se muestra en la Figura X.3. Un tramo se denota por dos triángulos llenos, uno a cada fin del tramo. Una sección se denota por los triángulos abiertos.
Algunas veces es necesario marcar los puntos de principio y fin de cada sección en el propio pavimento. La pintura y discos de latón encajados en los bordes son los ejemplos de los métodos usados para marcar los pavimentos. Estas señales, sin embargo, nunca deben ser el único método para la identificación de la sección porque cada técnica proporciona sólo una marca temporal.

DEFINICIÓN DE SECCIÓN - Condiciones

Después de que cada sección se inspecciona inicialmente, la condición del pavimento dentro de la sección podría usarse para subdividirla en otras secciones si existe una variación considerable en la condición. La condición es una variable importante porque refleja muchos de los factores discutidos previamente. Los cambios en los tipos de anomalías, cantidades, o causas deben tomarse en cuenta. La experiencia ha demostrado que una combinación de un índice de condición de anomalías y perfiles de un programa del ensayo no-destructivo de deflexión NDT guían a definiciones de la sección muy exitosas.

DEFINICIÓN DE SECCIÓN - Facilidad de Drenaje y Hombreras

Se recomienda que cada sección tenga las mismas características de aprovisionamiento de hombreras y el mismo grado de drenaje.

DEFINICIÓN DE SECCIÓN - Categoría del Pavimento

Si la categoría (o clasificación funcional) cambia a lo largo de la longitud del “tramo”, por ejemplo, de primaria a secundaria (o arterial a colectora), una división de sección debe generarse.

DEFINICIÓN DE SECCIÓN - Historia Constructiva

Todo pavimento con una sección dada, debería tener una historia constructiva consecuente. Los pavimentos construidos durante diferentes períodos de tiempo, por diferentes contratistas o usando diferentes materiales o técnicas, deberían considerarse como secciones separadas. Las áreas que han recibido reparaciones mayores como muchos reemplazos de losa o parches también deben ser divididas en las secciones separadas.

DEFINICIÓN DE SECCIÓN - Tráfico

El volumen y la intensidad de carga del tráfico deben ser consistentes en cada sección individual. Para los caminos y calles, la consideración primaria debe ser dada al tráfico de camiones. Una intersección se puede tratar como una sección separada si tiene mucho volumen de tráfico que circunda el pavimento.

Para dividir carreteras, es recomendable separar las secciones por cada dirección de tráfico (por carriles de ida y vuelta).

DEFINICIÓN DE SECCIÓN - Estructura del pavimento

Este es uno de los más importantes criterios de división de un tramo en secciones. La composición estructural (espesores y materiales), debe ser constante a lo largo de la sección entera.
Se puede desarrollar un programa del ensayo no-destructivo de deflexión de la red nivelada (NDT) para proporcionar información que respete la uniformidad estructural. La Figura X.2 muestra cómo se usaron los resultados de un NDT para dividir aproximadamente 1 milla de un tramo en dos secciones aunque la apariencia de la superficie era la misma.

EVALUACIÓN DE PAVIMENTOS - DEFINICIÓN DE SECCIÓN

Porque los tramos son típicamente unidades grandes en la red de pavimento, esto hace que no siempre tengan las mismas características a lo largo de toda su área o longitud.
Por esta razón es que los tramos son divididos en pequeños componentes denominadas “Secciones” para propósitos evaluativos. Una sección puede ser vista como una pequeña unidad administrativa cuando se considere la aplicación y la selección del tratamiento de Mantenimiento y Rehabilitación. Los factores que se consideran cuando se divide un tramo en secciones son: estructura del pavimento, tráfico, historia constructiva, categoría del pavimento (o clasificación funcional), facilidad de drenaje y hombreras, y su condición. A continuación se describe cada uno de los factores.

EVALUACIÓN DE PAVIMENTOS - DEFINICIÓN DE TRAMO

Un Tramo es una parte fácilmente identificable de la red de Pavimento y cada tramo tiene características distintas. Por ejemplo, una calle individual o un lote de parqueo podría considerarse como un tramo separado dentro la red vial.

Cada tramo puede identificarse de dos maneras: (1) por descripción alfanumérica denominada “nombre del tramo” y (2) por un código alfanumérico llamado “número del tramo”. Los nombres de las calles son usados típicamente como nombres de tramo.

El número del tramo es un código único que es usado para ayudar a guardar y recuperar los datos de la base de datos. En la selección el código, la revisión de códigos existentes
en la agencia es recomendada para asegurar la compatibilidad. También, algunos informes pueden listar el número del tramo y no el nombre del tramo. Por esta razón, abreviando el nombre del tramo como un número del tramo puede hacer el informe más fácil de leer. Por ejemplo, el nombre del tramo “Calle Verde” podría darse el número del tramo “VERDE”; semejantemente pista de aterrizaje 12-30 se daría el número “R1230”.

EVALUACIÓN DE PAVIMENTOS - DEFINICIONES

En un Sistema de Administración de Pavimentos, lo primero que se debe definir es la red de Pavimento que se desea evaluar. Una vez que la red o redes estén identificadas se deben definir los “Tramos y Secciones”. Un Tramo está dividido en una o más secciones uniformes para ejecutar las funciones de administración. Las Secciones se clasifican de acuerdo a su localización geográfica dentro de la red o de acuerdo a cualquier otro factor que se considere pertinente.

EVALUACIÓN DE PAVIMENTOS - INTRODUCCIÓN AL MÉTODO PCI (II)

Las consecuencias del tiempo de un pobre mantenimiento están ilustradas en la Figura X.1. Si el M&R es ejecutado durante las primeras fases de deterioración, antes de un marcado declive en la condición del pavimento, por encima del 50% de los costos de la reparación puede evitarse, además también pueden evitarse períodos largos de cierre del trafico y desvíos. Un PMS es una valiosa herramienta que alerta al administrador del pavimento del punto crítico por el ciclo de vida de un pavimento.

Clasificación de la condición del pavimento

EVALUACIÓN DE PAVIMENTOS - INTRODUCCIÓN AL MÉTODO PCI

En el pasado, los pavimentos eran mantenidos pero no administrados. La experiencia de los ingenieros en pavimentos, tendían a dictar la selección de las técnicas de Mantenimiento y Rehabilitación (M&R), con poca consideración al costo-ciclo de vida o realizaban la comparación con requerimientos de otros pavimentos en la red vial. En la actual economía, en una infraestructura con pavimento antiguo, un mayor acceso sistemático es necesario para determinar las necesidades y las prioridades del M&R. Las redes del pavimento deben ahora ser administradas, no simplemente mantenidas.

Un Sistema de Administración de Pavimentos (Pavement Management System, PMS), consiste en un método para seleccionar las necesidades de Mantenimiento y Rehabilitación y determinar las prioridades y el tiempo óptimo para repararlo por predicción futura de la condición del pavimento.

PAVIMENTOS DE CEMENTO PORTLAND MÉTODO PCA-98 - Problema Propuesto (II)

Dimensionar un pavimento rígido sobre la base de la siguiente información:
Autopista de 2 carriles (en zona rural)
Periodo de diseño = 20 años
T.P.D.A. = 10.850
Tasa de crecimiento anual = 4 % → FC = 1,50 (Tabla IX.3.)
Tránsito Pesado Promedio Diario TPPD = 21 % del T.P.D.A.

PAVIMENTOS DE CEMENTO PORTLAND MÉTODO PCA-98 - Problema Propuesto (I)

En las esquinas de una losa de 20 cm, con k = 3,5 kg/cm3 se han medido deflexiones del orden de 0,50 mm bajo una carga de eje sencillo de 8,2 ton, y de 1,1 mm bajo un eje doble de 16 ton de peso. Si se pronostican 7,1 x 106 pasadas, calcular el porcentaje de daño producido por erosión, por cada uno de los ejes.

PAVIMENTOS DE CEMENTO PORTLAND MÉTODO PCA-98 - Problema 2 - PROCESO DE CÁLCULO (II)

5º Los porcentajes de fatiga de la columna 5 se obtienen dividiendo los valores de la columna 3 entre los valores de la columna 4, multiplicando los resultados obtenidos por 100. Al final se suman los valores los daños parciales y se anotan al pie de la columna.

6º Las repeticiones permisibles por erosión de la columna 6, se obtienen utilizando la figura IX.3., al que se ingresa con los factores de erosión de la Tabla IX.4. (2,46 para ejes sencillos y 2,61 para ejes dobles).

7º Los porcentajes de erosión de la columna 7 se obtienen dividiendo los valores de la columna 3 entre los valores de la columna 6 y multiplicando los resultados obtenidos por 100. Al igual que en el análisis por fatiga, se suman los porcentajes de los daños parciales y se anotan al pie de la columna.

De acuerdo a los resultados obtenidos, el espesor asumido para las losas de hormigón, resulta adecuado y prevalece el criterio de erosión. En general el tráfico pesado ha de estar regido por este criterio, mientras que para el tráfico liviano, normalmente, el diseño estará controlado por el criterio de fatiga.

PAVIMENTOS DE CEMENTO PORTLAND MÉTODO PCA-98 - Problema 2 - PROCESO DE CÁLCULO (I)

1º Se ordenan los pesos por eje de la distribución vehicular, por miles de ejes comprendidos en el rango de una tonelada. Si a partir de un rango de carga el número de
pasadas es ilimitado, no es necesario obtener el porcentaje de daño en las columnas 5 y 7.
2º En la columna 2 se registran los pesos por eje corregidos por el factor de seguridad FS, considerando el mayor valor del rango.
3º Las repeticiones esperadas para cada rango de carga ya fueron obtenidas en la Tabla IX.8, por lo cual únicamente se copian en la columna 3.
4º Las repeticiones permisibles se obtienen utilizando la figura IX.2., con una proporción de esfuerzo de 10,8/48 kg/cm² = 0,225 para ejes sencillos, y para ejes dobles con una proporción de 9,4/48 kg/cm² = 0,196, considerando, además, el peso registrado en la segunda columna. Estos valores se anotan en la columna 4.

PAVIMENTOS DE CEMENTO PORTLAND MÉTODO PCA-98 - Problema 2 (III)

La tabla ha sido elaborada para 11340 camiones, de los cuales 8959 (79% del total) son vehículos de dos ejes de cuatro llantas, como este porcentaje es ligero el método lo descarta. La Columna 3 es la columna 2 corregida tomando en cuenta el tránsito ligero, es igual a Col.2/[1- (79/100)]. La columna 4 es la columna 3 multiplicada por el número de camiones pesados en el periodo de diseño dividida 1000. En el caso del ejemplo, para el periodo y el carril de diseño en una sola dirección, el número de camiones es de 10.821.374.

PAVIMENTOS DE CEMENTO PORTLAND MÉTODO PCA-98 - Problema 2 (II)

PAVIMENTOS DE CEMENTO PORTLAND MÉTODO PCA-98 - Problema 2 (I)

Dimensionar un pavimento rígido sobre la base de la siguiente información:
Autopista de 4 carriles (en zona rural)
Periodo de diseño = 20 años
T.P.D.A. = 11.340
Tasa de crecimiento anual = 4 % → FC = 1, 50 (Tabla IX.3.)
Tránsito Pesado Promedio Diario TPPD = 21 % del T.P.D.A.
Cálculo del Tránsito

PAVIMENTOS DE CEMENTO PORTLAND MÉTODO PCA-98 - Problema 1

En las esquinas de una losa de 24 cm, con k = 4,3 kg/cm3 se han medido deflexiones del orden de 0,75 mm bajo una carga de eje sencillo de 8,2 ton, y de 1,3 mm bajo un eje doble de 16 ton de peso. Si se pronostican 7,3 x 106 pasadas, calcular el porcentaje de daño producido por erosión, por cada uno de los ejes.

ACOTAMIENTOS (BERMAS)

Debido a que las zonas críticas de falla en pavimentos son las zonas de borde, se ha determinado la conveniencia de colocar varillas de acero en la unión del pavimento con sus acotamientos. Con este mecanismo de transferencia de cargas en los bordes, el pavimento tendrá menor posibilidad de fallar en esta zona, ya que se evitará el efecto de bombeo “pumping” y el efecto flexionante, en caso de presentarse erosión en la subbase, en las zonas de borde.

La construcción de acotamientos pavimentados, que actúan como elementos confinantes y de transferencia de carga, produce una disminución de los espesores del orden de 2,5 cm, debido a que en esas zonas al aplicar una carga se produce una transmisión de esfuerzos de orden del 85% del total del esfuerzo que se produciría sobre un pavimento sin acotamientos.
En general los acotamientos deben construirse con un espesor mínimo de 15 cm (6”) de espesor.

Tabla IX.12. Factor de Erosión, Junta sin Pasajuntas - Acotamiento pavimentado

Tabla IX.11. Factor de Erosión, Junta con Pasajuntas - Acotamiento pavimentado