Filosofia y Conceptos para la Gestion de Mantenimiento de Pavimentos Asfalticos

Boletín Técnico Nº 6

Boletín Técnico Nº 6

FILOSOFÍA Y CONCEPTOS PARA LA GESTIÓN DE MANTENIMIENTO DE

PAVIMENTOS ASFÁLTICOS

AGOSTO 2003

BOLETÍN TÉCNICO Nº 6 AGOSTO 2003

FILOSOFÍA Y CONCEPTOS PARA LA GESTIÓN DE MANTENIMIENTO DE PAVIMENTOS

ASFÁLTICOS

Guillermo Thenoux Z. Escuela de Ingeniería, Universidad Católica de Chile Héctor Carrillo O. Centro de Ingeniería e Investigación Vial, DICTUC Felipe Halles A. Centro de Ingeniería e Investigación Vial, DICTUC SA.

INTRODUCCIÓN:

El deterioro de un pavimento es un proceso que comienza inmediatamente después de su construcción. Las causas del deterioro son las solicitaciones externas producidas por el tráfico y los agentes climáticos. Sin embargo, la tasa y tipo de deterioro que experimente un pavimento dependen de la intensidad en que se manifiestan las solicitaciones (tránsito y clima) y de una serie de otros factores de proyecto que actúan en muy diversas combinaciones, entre cuales los más importantes son: calidad del diseño original, calidad de los materiales y especificaciones técnicas, calidad del proceso constructivo y calidad del control del proceso.

El deterioro del pavimento es un proceso progresivo, por lo cual es necesario realizar una gestión de mantenimiento en base acciones de Conservación o Rehabilitación, dependiendo si las fallas están afectando la condición funcional o condición estructural del pavimento respectivamente. La gestión para el mantenimiento de estructuras de pavimento, tiene por objetivo asegurar que el pavimento alcance su vida de diseño realizando acciones de Conservación y Rehabilitación que permitan mantener los umbrales funcionales y la integridad estructural. Existe una variedad de técnicas de Conservación para prevenir o restaurar el deterioro funcional de un pavimento, sin embargo, una vez que el pavimento pierde su integridad estructural, usualmente se deberá considerar la aplicación de una técnica de Rehabilitación, previo a un diagnóstico que establezca el origen de las causas del deterioro.

GESTIÓN DE LA CONDICIÓN FUNCIONAL DE LOS PAVIMENTOS

Se entiende por condición funcional, los aspectos relacionados con la calidad de servicio y operacional que ofrece un pavimento. Esta condición se asocia con la calidad de rodado y seguridad de los vehículos y se relaciona únicamente con las características superficiales del pavimento, aunque una estructura de pavimento colapsada producirá también problemas funcionales y por lo general de mayor severidad. La gestión de calidad 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 especificados y se pueda asignar acciones de conservación que permita restaurar o corregir a las condiciones iniciales de diseño.

Tradicionalmente los dos parámetros funcionales utilizados para administrar la calidad funcional de un pavimento fueron:

- Índice de Serviciabilidad Presente (PSI). Este concepto fue desarrollado durante la prueba

Instituto Chileno del Asfalto

AASHO (hoy AASHTO), y relaciona la calidad de servicio al usuario con: agrietamiento, rugosidad longitudinal, baches y deformaciones de la capa superficial de un pavimento asfáltico. El PSI es el único umbral de diseño utilizado por el método AASHTO hasta su versión del 93.

- Resistencia al deslizamiento (Fricción). Esta propiedad, que afecta directamente la seguridad del usuario, depende de muchos factores, entre ellos: textura del pavimento, presencia de agua, características del neumático y otros. La resistencia al deslizamiento depende de la microtextura o macrotextura de la superficie del pavimento (Figura 1).

La resistencia al deslizamiento no evoluciona como otros factores de deterioro, es más, experimenta importantes variaciones estacionales, además de ser afectado por la presencia de agua. A pesar del largo tiempo que la problemática de la fricción ha sido una preocupación principal de los ingenieros viales, aún no existen procedimientos de mediciones absolutos y que se correlacionen de forma efectiva con los parámetros de diseño geométrico.

En la actualidad, los conceptos de fricción y textura se han combinado para formar un indicador denominado IFI (International Friction Index), el cual permitiría determinar en forma relativa la resistencia al deslizamiento para cualquier velocidad de circulación. Dado que la microtextura del pavimento tiene una mayor incidencia en la fricción neumático– pavimento, en Chile se utiliza el Péndulo Británico (Figura 2) para la evaluación de este factor funcional.

OTROS FACTORES FUNCIONALES

Con el tiempo se han incorporado a la gestión de pavimentos otros parámetros funcionales entre los cuales, uno de los más importantes corresponde al Índice de Rugosidad Internacional - IRI. También, en otros lugares del mundo, se ha incorporado parámetros funcionales asociados al ruido que originan los neumático en el pavimento y parámetros asociados a la evaluación de la producción de llovizna (“spray”) en pavimentos mojados.


Rugosidad (IRI). El IRI (International Roughness Index) es un indicador que representa las vibraciones inducidas por la rugosidad del camino en un automóvil de pasajero típico. El cálculo se realiza mediante un modelo que simula el paso de un cuarto de vehículo a 80 km/h sobre el pavimento. El modelo calcula la suma de desplazamientos verticales de una masa en el interior del vehículo estándar a lo largo de un camino, y se expresa en m/km. Existen variados métodos y equipos estandarizados para realizar mediciones de IRI, entre éstos está el perfilómetro láser mostrado en la Figura 3, el cual es en la actualidad el más comúnmente utilizado.

Nivel de ruido. El nivel de ruido generado por la interacción del neumático con la superficie del pavimento, al igual que la resistencia al deslizamiento, depende principalmente de la textura del pavimento. En la actualidad existen equipos prototipos capaces de medir la generación de ruido sólo por el efecto neumático-pavimento, aislando el ruido del motor u otros.

Producción de neblina o “spray”. Cuando un vehículo circula sobre una superficie mojada, se levanta una neblina o “spray” que causa problemas de seguridad a los demás vehículos que circulan por la carretera. La magnitud de la neblina que se genera depende en gran medida del drenaje superficial de la carpeta de rodado y de la porosidad (o macro textura) de la superficie del pavimento. En la actualidad ya se han desarrollado equipos y estándares para medir la producción de neblina o “spray”.

Además de los factores funcionales mencionados, se consideran también otros factores funcionales complementarios y que dicen relación a un conjunto de aspectos de seguridad, serviciabilidad y apariencia. Entre estos, los más importantes para pavimentos asfálticos son el ahuellamiento y las grietas, factores que pueden no ser detectados claramente por mediciones directas del IRI en la huella de circulación.

Para realizar una correcta gestión de los parámetros funcionales de los pavimentos se debe contar con: definición de los umbrales de aceptación y rechazo para cada parámetro, una metodología y técnica objetiva de evaluación y un programa de gestión para una estimación de la evolución del deterioro funcional. Los principales parámetros exigidos en la actualidad en caminos de Chile son IRI, resistencia a la fricción, ahuellamiento y apariencia (grietas).


GESTIÓN DE LA 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 los métodos e hipótesis de diseño utilizados, las formas de falla estructural son básicamente dos: agrietamiento por fatiga de la(s) capa(s) asfáltica(s) (Figura 4) o deformación por fatiga de la subrasante (Figura 5). Eventualmente se puede producir la falla estructural por deformación de los materiales granulares de las capas de base o subbase, o también, por agrietamiento o desintegración de capas de base o subbase cuando éstas son cementadas. Los umbrales de falla estructural quedan determinados por las hipótesis de diseño. Estos umbrales son:

- Agrietamiento y/o deformación por exceder tensiones y deformaciones admisibles de diseño.

- Agrietamiento por fatiga de capas asfálticas o capas granulares cementadas.

- Deformación por fatiga del suelo de subrasante.

Cualquiera sea el modo de falla estructural, éste se presenta casi de forma imperceptible y en general solo pueden ser apreciado cuando el deterioro ha progresado. Es por esto, que la gestión de mantenimiento de la condición estructural del pavimento debe planificarse de tal modo de poder detectar a tiempo (con los equipos adecuados) el inicio de las fallas. Una vez que se inicia la progresión del deterioro estructural se comienzan a combinar diferentes factores (filtración de agua, reducción de la resistencia de la estructura fatigada y otros) que pueden llevar con mayor o menor rapidez al colapso de la estructura. Muchos profesionales tienden a considerar como fallo estructural cuando el deterioro del pavimento ha experimentado un progreso evidente e incluso cuando la estructura ha colapsado. Esta última aproximación al problema puede ser correcta pero, el tipo de gestión de mantenimiento debe ser diferente. En otras palabras la gestión de mantenimiento de la condición estructural es diferente según sea el criterio que se establezca para definir el umbral de deterioro. Para el


caso en que el umbral de deterioro se establezca en base a las hipótesis y el modelo de diseño estructural utilizado, la gestión tiene una orientación preventiva. Para el caso en que se utilice un criterio diferente la gestión debe ser más pro-activa.

En el diagnóstico del deterioro de una carpeta asfáltica se debe contar con la suficiente experiencia que permita distinguir si este deterioro se presenta por una causa asociada al diseño estructural o a la calidad de los materiales utilizados o al diseño y construcción de la mezcla asfáltica. Hay cierto tipo de fallas que pueden ser fácilmente atribuibles a la calidad de los materiales o la calidad de la mezcla (ahuellamiento, exudación, desgaste, pérdida de material, grietas en bloque, otras) pero, también existen fallas que pueden tener un origen combinado de solicitación estructural y calidad de la mezcla o materiales. Entre estas últimas, las grietas tipo “piel de cocodrilo” pueden llegar a ser las más difíciles de determinar su origen. (Cuadro 1)

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.

DETERIORO LOCALIZADO

Este tipo de deterioro se presenta de forma puntual o tipo localizado, de forma aleatoria y no responde a ninguna sintomatología en especial. Por lo general su causa es producto de situaciones singulares, relacionadas a fallas locales de calidad, a la variabilidad natural de materiales utilizados, a la variabilidad esperada de los procesos constructivos (espesores, densidades, etc) o a la variabilidad del suelo de fundación. Por lo general este tipo de deterioro es difícil de predecir pero, por lo general relativamente fácil de diagnosticar. Para este tipo de deterioro 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.


DETERIORO GENERALIZADO

El pavimento presenta una sintomatología muy repetida, la cual, dependiendo del tipo de falla, se puede manifestar en forma continua o discreta, pero siempre en forma repetitiva y 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 al deterioro.

Cuando los problemas de deterioro generalizado se presentan en forma prematura, el origen de las fallas se puede encontrar en:

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: Especificaciones técnicas inadecuadas o insuficientes.

Hipótesis del diseño estructural: No se cumplen hipótesis de diseño por problemas recurrentes de control de calidad de los materiales y/o procesos constructivos u otros.

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 del tipo de asfalto y especificaciones del material granular (ejemplo Figura 6)


MANTENIMIENTO: ACCIONES DE REPARACIÓN CONSERVACIÓN Y REHABILITACIÓN:

El mantenimiento de cualquier tipo de obra en servicio en general, se realiza a través de cuatro niveles de acción; (a) reparaciones oportunas por sucesos imprevistos no esperados, (b) conservación programada para mantener la calidad de la obra y reducir su tasa de deterioro por su uso normal, (c) rehabilitación para restaurar la obra a través del reemplazos, recambios o refuerzos de una proporción importante de esta y, (d) reemplazo o reconstrucción.

El Ministerio de Obras Públicas define tres tipos de acciones de conservación (conservación Rutinaria, Periódica y Diferida), las cuales no sólo se refieren a las acciones de conservación de pavimentos, sino que además incluye la conservación relacionada a todos los elementos anexos de la infraestructura vial (saneamiento, señalización, defensas, etc.).

Desde la perspectiva del mantenimiento de pavimento, básicamente, se consideran dos tipos acciones: Conservación y Rehabilitación. La diferencia entre una acción de Conservación y una de Rehabilitación radica en que ésta última necesariamente recupera o aporta capacidad estructural al pavimento.

La Figura 7, muestra la curva de deterioro del pavimento (línea llena) y la diferencia entre una acción de Conservación y Rehabilitación. Las técnicas de Conservación actúan principalmente a nivel superficial y en algunos casos disminuyendo significativamente la tasa de deterioro del pavimento, prolongando su vida útil. La Conservación del pavimento debe realizarse en una etapa temprana de deterioro, mientras la Rehabilitación se aplica una vez que la condición estructural es media, regular o mala. Esta última decisión dependerá del tipo de técnica de rehabilitación que se desea o pueda utilizarse.


Eventualmente, un programa de gestión para la Conservación y Rehabilitación de pavimentos 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 construcción o producto de eventualidades asociadas al clima o la mala utilización de infraestructura. Este tipo de acciones se denomina simplemente Reparaciones y podrían caber dentro de la definición más amplia del MOP denominada “Conservación Periódica”.

El Cuadro 2, presenta una clasificación general de las distintas técnicas utilizadas en el mantenimiento de pavimentos asfálticos, clasificadas en tres tipos: Reparaciones, Conservación y Rehabilitación.

Los tipos de Reparaciones más recurrentes suelen ser localizadas o puntuales y en general se resuelve con la correcta aplicación de técnicas de bacheo, la cual varía según sea el tipo de estructura que se está reparando y el origen que dio causa al deterioro. Si el modo de falla que se está reparando se presenta de forma sintomática, entonces se puede estar frente a un deterioro prematuro por causas más bien generales que puntuales tales como: errores constructivos, problemas de materiales, problemas de diseño, etc.

Las técnicas de Conservación que se presentan en el Cuadro 2, por lo general se aplican de forma programada en el tiempo cuando éstas tienen como objetivo restaurar algunas de las condiciones funcionales del pavimento. Esto requiere, por lo tanto, conocer el modelo de deterioro de las condiciones funcionales especificadas. En general es posible modelar la evolución del IRI y de la grietas, pero otras condiciones funcionales son más difícil predecir, tales como la resistencia al patinaje, ahuellamiento, ruido, llovizna, y otros. Las técnicas de Conservación presentadas en el Cuadro 2, pueden ser opciones para algunos casos de deterioro funcional pero, en general, cada una encuentra su aplicación óptima según las condiciones específicas de deterioro y del proyecto.

Las técnicas de Rehabilitación se pueden programar en el tiempo, sin embargo, el rango de aplicación óptima de cada una de ellas se traslapan según sea el grado de deterioro estructural y las condiciones estructurales futuras requeridas por el proyecto.

Dado que la aplicación de cualquier técnica de Rehabilitación influye en mayor o menor medida sobre todos los aspectos funcionales del pavimento, es importante planificar la aplicación de éstas haciéndolas coincidir, por ejemplo, con la evolución del IRI o algún otro problema funcional que se esté comenzando a presentar.


Editor General: Roberto Orellana López


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