Informe Final Rmi Mop Chile v1.0

8/18/2019 Informe Final Rmi Mop Chile v1.0

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CIIV Centro de Ingeniería e Investigación VialDivisión Ingeniería y Gestión de la Construcción

DICTUC es una filial de la Pontificia Universidad Católica de Chile

Vicuña Mackenna 4860, Macul, Santiago – Chile / Fono: (56-2) 354 4806 / Fax: (56-2) 354 4244 / www.dictuc.cl

INFORME FINAL

“ TRANSFERENCIA DE TECNOLOGÍA DE REHABILITACIÓN YRECICLADO DE PAVIMENTOS DE HORMIGÓN MEDIANTE LATÉCNICA DE PULVERIZACIÓN-TRITURACIÓN (RUBBLIZING)

CON ROMPEDOR RESONANTE”

INFORME FINAL(DOCUMENTO NO OFICIAL)

Preparado para:MINISTERIO DE OBRAS PÚBLICAS

Enero de 2007


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FICHA TÉCNICA

1. Título del Informe

Informe Final

2. Fecha

31 de Enero de 2007

3. Proyecto

Transferencia de Tecnología de Rehabilitación y Recicladode Pavimentos de Hormigón Mediante la Técnica dePulverización-Trituración (Rubblizing) con RompedorResonante.

4. Versión del Informe

VERSION 1 (BORRADOR)

5. Mandante

Ministerio de Obras Públicas

6. Contraparte Técnica

Sr. Rogelio Navarrete Sr. Víctor Roco

8. Director ProyectoGuillermo Thenoux Z.

7. Institución Ejecutora

CIIV CENTRO DE INGENIERÍA E INVESTIGACIÓN VIAL DICTUC S.A. Vicuña Mackenna 4860, Macul, Edificio San Agustín, 3º Piso.Correo Postal: Casilla 306 - Correo 22, Santiago.WEB: www.dictuc.cl/ciiv E-Mail: [email protected]

9. Ingeniero de Proyecto

Marcelo González H.

10. Resumen

El presente documento tiene por objetivo presentar el informe final correspondiente alproyecto de Innovación Tecnológica “Transferencia de Tecnología de Rehabilitación y

Reciclado de Pavimentos de Hormigón Mediante la Técnica de Pulverización-Trituración(Rubblizing) con Rompedor Resonante” que se rige bajo un convenio entre la DirecciónGeneral de Obras Públicas y DICTUC S.A.

El trabajo que se desarrolló durante el periodo de un año incluyó el estudio y seguimiento dosproyectos realizados en Chile: Proyecto piloto en Ruta 78 (5 km) y proyecto experimental enRuta 60 CH (300 m). Ambas experiencias en conjunto con la recopilación bibliográfica y laasesoría de expertos internacionales permitió elaborar las recomendaciones que se presentanen este informe. Estas incluyen aspectos relacionados con la evaluación de pavimentoscandidatos, diseño estructural de la rehabilitación, recomendaciones constructivas yespecificaciones técnicas para proyectos que se incluya la técnica de Trituración/Pulverización(Rubblizing).

_________________________ _________________________

Sr. Guil lermo Thenoux Z. Sr. Jaime Retamal P.

Jefe de Proyecto Gerente General


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“LA INFORMACIÓN CONTENIDA EN EL PRESENTE INFORME O CERTIFICADOCONSTITUYE EL RESULTADO DE UN ENSAYO, CALIBRACIÓN O INSPECCIÓN

TÉCNICA ESPECÍFICA ACOTADO UNICAMENTE A LAS PIEZAS, PARTES,INSTRUMENTOS O PATRONES O PROCESOS ANALIZADOS, LO QUE EN NINGÚNCASO PERMITE AL SOLICITANTE AFIRMAR QUE SUS PRODUCTOS HAS SIDO“CERTIFICADOS POR DICTUC”, NI REPRODUCIR EN NINGUNA FORMA EL LOGO,NOMBRE O MARCA REGISTRADA DE DICTUC, SALVO QUE EXISTA UNAAUTORIZACIÓN PREVIA Y POR ESCRITO DE DICTUC”.

Nota: “La información contenida en el presente informe no podrá ser reproducida total o parcialmente,para fines publicitarios, sin la autorización previa y por escrito de Dictuc S.A.”


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INDICE

1 INTRODUCCIÓN...................................................................................................................1

1.1 Antecedentes .................................................................................................................1

1.2 Alcances del Informe .....................................................................................................11.3 Objetivos del Proyecto de Investigación ........................................................................2

1.4 Metodología de Investigación ........................................................................................2

2 REVISIÓN BIBLIGRÁFICA: TECNOLOGÍA DEL RUBBLIZING............................................4

2.1 Introducción ...................................................................................................................4

2.2 Técnicas de Rehabilitación de Pavimentos de Hormigón en Chile................................4

2.3 El Mecanismo de Reflexión de Grietas..........................................................................6

2.4 Las Técnicas de Fracturamiento de Losas ....................................................................9

2.5 Pulverizado/Triturado (Rubblizing) Mediante Rompedor Resonante...........................102.6 Principios de funcionamiento del equipo .....................................................................16

2.7 Características Operaciones del Equipo......................................................................18

2.8 Comportamiento del Material Pulverizado/Triturado (Rubblizing)................................19

3 GUÍA CONCEPTUAL CON RECOMENDACIONES PARA EL ESTUDIO Y DIAGNÓSTICODE PROYECTOS CANDIDATOS................................................................................................21

3.1 Aspectos Conceptuales: Conservación y Rehabilitación de Pavimentos ....................21

3.2 Condición Funcional y Condición Estructural de Pavimentos......................................22

3.3 Sintomatología del deterioro ........................................................................................25

3.4 Mantenimiento y Acciones de Conservación y Rehabilitación.....................................27

3.5 Técnicas de conservación y rehabilitación ..................................................................30

3.6 Consideraciones para el Diagnóstico y Recomendación de Empleo de Rubblizing....32

4 PROPUESTA DE UN MÉTODO DE DISEÑO ESTRUCTURAL .........................................35

4.1 Metodología de diseño estructural AASHTO 1993 ......................................................35

4.2 Selección de los parámetros de diseño .......................................................................374.2.1 Ejes Equivalentes (EE) ............................................................................................374.2.2 Módulo Resiliente de Diseño ...................................................................................374.2.3 Serviciabilidad..........................................................................................................38

4.2.4 Confiabilidad y So ....................................................................................................384.2.5 Espesor de la losa....................................................................................................394.2.6 Coeficiente estructural y coeficiente de drenaje de subbase granular.....................394.2.7 Coeficiente estructural y coeficiente de drenaje del pulverizado/triturado(Rubblizing)..........................................................................................................................39

5 ESPECIFICACIONES TÉCNICAS DE CONSTRUCCIÓN ..................................................42

5.1 Objetivo........................................................................................................................42

5.2 Referencias..................................................................................................................42


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CIIV – CENTRO DE INGENIERÍA E INVESTIGACIÓN VIAL DICTUC.S.A.



5.3 Alcances ......................................................................................................................42

5.4 Materiales ....................................................................................................................43

5.5 Ejecución la Partida .....................................................................................................435.5.1 Equipos ....................................................................................................................435.5.2 El proceso de pulverizado........................................................................................435.5.3 Planchado/rodillado del material pulverizado/triturado ............................................445.5.4 Limitaciones meteorológicas....................................................................................445.5.5 Control del proceso ..................................................................................................455.5.6 Seguridad.................................................................................................................455.5.7 Colocación del recapado asfáltico ...........................................................................455.5.8 Unidad y medida de pago ........................................................................................46

5.6 Acciones Complementarias .........................................................................................465.6.1 Reparaciones previas y reemplazo de losas ...........................................................465.6.2 Trabajos previos.......................................................................................................475.6.3 Sistemas de drenaje ................................................................................................47

5.6.4 Construcción de atraviesos......................................................................................475.6.5 Reparaciones posteriores ........................................................................................475.6.6 Planificación del proyecto ........................................................................................48

6 PROTOCOLO CON RECOMENDACIONES DE CONSTRUCCIÓN ..................................49

6.1 Evaluación del Pavimento............................................................................................49

6.2 Diseño Estructural........................................................................................................49

6.3 Planificación y Preparación del Proyecto.....................................................................49

6.4 Diseño y Construcción de Sistemas de Drenaje..........................................................50

6.5 Proceso de Pulverización/Trituración (Rubblizing) ......................................................50

6.6 Rodillado ......................................................................................................................516.7 Construcción de Primera Capa Asfáltica y Atraviesos.................................................52

6.8 Construcción del Recapado.........................................................................................53

7 BIBLIOGRAFIA....................................................................................................................54


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Vicuña Mackenna 4860, Macul, Santiago – Chile / Fono: (56-2) 354 4806 / Fax: (56-2) 354 4244 / www.dictuc.cl 1

1 INTRODUCCIÓN

1.1 Antecedentes

El pulverizado/triturado (Rubblizing) se define como el proceso que fractura in-situ elhormigón en trozos angulares entrelazados. Para ello se pueden utilizar dos equipos: elMultihead Breaker y el Resonant Pavement Breaker (rompedor resonante). ElRubblizing se realiza con un equipo pulverizador/triturador y la técnica difieresignificativamente de aquella utilizada por el Multihead Breaker. Por lo cual losresultados de la presente transferencia son solo aplicables a la tecnología deRubblizing.

El producto final del proceso de Rubblizing es una capa de hormigón fracturada, la cualse comporta como una capa granular de alta capacidad estructural y de excelentecomportamiento frente al agua. El proceso de pulverizado/fracturado no altera las

condiciones originales de la subbase y subrasante existente debido a que la energíaentregada es absorbida completamente por la losa de hormigón (Resonant MachinesInc., 2004). Sobre esta capa triturada y pulverizada, de alta calidad, se coloca una capaestructural asfáltica, restituyendo las propiedades funcionales y estructurales delpavimento, eliminando todo potencial de reflejo de grietas y obteniendo un pavimentode excelente capacidad estructural y durabilidad (Thompson, 1999).

1.2 Alcances del Informe

El presente informe corresponde al documento final del proyecto de la referencia.Incluye todos los resultados de los estudios realizados de modo de asegurar el éxito de

la transferencia tecnológica de la técnica de pulverización y trituración de pavimentos dehormigón (Rubblizing). Durante el periodo de investigación se realizó entregas parciales(Informes 1, 2 y 3) los cuales incluyeron:

Informe 1: Revisión bibliográfica parte 1, metodologías de diseño estructural yantecedentes del proyecto piloto.

Informe 2: Estudio proyecto piloto (Autopista del Sol), evaluación del proyecto,diseño experimental y construcción proyecto piloto.

Informe 3: Conceptualización para evaluación de proyectos candidatos, propuestade un método de diseño estructural, propuesta de especificaciones técnicas ypropuesta de protocolo de construcción.

El Informe Final, presenta un compendio de los principales resultados del presenteproyecto. Específicamente, incluye:

Revisión bibliográfica del conocimiento de punta asociado a las técnicas derehabilitación de pavimentos de hormigón con énfasis en la técnica de Rubblizingque es la que se desea transferir.


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Guía con recomendaciones para el estudio y diagnóstico de pavimentoscandidatos para la aplicación de la tecnología de pulverizado/triturado.

Propuesta de una metodología de diseño estructural. Propuesta de especificaciones técnicas de construcción.

Guía de recomendaciones para la construcción.

1.3 Objetivos del Proyecto de Investigación

El objetivo del proyecto es transferir a Chile la tecnología de reciclado de pavimentos dehormigón con el empleo de equipo rompedor resonante (Rubblizing). Por transferenciase entiende que la tecnología sea aceptada e incorporada al MOP como técnica derehabilitación de pavimentos de hormigón. Los objetivos específicos del proyecto detransferencia son:

Estudiar el estado del arte en lo referido al reciclado mediante Rubblizing a nivel

mundial. Analizar los beneficios comparativos directos e indirectos del Rubblizing, en

relación a técnicas de rehabilitación tradicional. Proponer una metodología de estudio y diagnóstico de pavimentos candidatos

para la aplicación de la tecnología de pulverizado/triturado. Estudiar y transferir una metodología de diseño estructural. Estudiar y transferir especificaciones técnicas de construcción. Desarrollar una guía de recomendaciones para la construcción

1.4 Metodología de Investigación

La metodología utilizada o más bien las herramientas metodológicas utilizadas paralograr alcanzar los objetivos propuestos incluyó los siguientes tipos de actividades:

a) Estudio de gabinete de revisión bibliográfica: La revisión bibliográfica se realizó enbase a un estudio y análisis de diversos artículos de revistas indexadas,documentos técnicos publicados por instituciones prestigiadas y mundialmentereconocidas. La totalidad de los artículos fueron obtenidos desde los EstadosUnidos, donde se desarrolló la tecnología de Rubblizing. Los artículos que másaportaron a la presente investigación fueron los publicados por Witzack (1992),Thompson (1999) y Resonant Machines (2005), Dentro de los documentostécnicos revisados de mayor jerarquía se incluyen aquellos publicados por Asphalt

Institute (AI, 1995), (National Asphalt Pavement Asociation (NAPA, 1995) yAmerican Association State Highway and Transportation Oficial (AASHTO, 1993).

b) Se contó con la colaboración de expertos internacionales: Phil Kirk (GeneralManager RMI USA), Marshall Thomson (profesor Universidad de Illinois) y JayHensley (ex Director del Asphalt Institute de USA).


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c) Se utilizaron los datos de mediciones de terreno de una experiencia prototipo de300 m, realizada en la Ruta Internacional a Mendoza (CH 60).

d) Se utilizó a cabalidad un proyecto de rehabilitación de 5 km, correspondiente a

una extensión de Autopista del Sol. Este proyecto en particular permitió planificaruna investigación de terreno desde su diseño hasta su recepción final.

e) Se realizó una visita a un proyecto de rehabilitación de 40 km en Arkansas,Estados Unidos. También se realizó una visita a la fábrica RMI en Oklahomadonde se sostuvo entrevistas con diseñadores y técnicos del fabricante del equipo.

f) Se participó en diversos congresos nacionales e internacionales. Se destacan:Jornadas del Hormigón en Chile (2005), PROVIAL Antofagasta (2006), Congresode Pavimentos, Brasil (2005), Congreso de Asfalto Argentina (2006), y TRB USA(2007).


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2 REVISIÓN BIBLIGRÁFICA: TECNOLOGÍA DEL RUBBLIZING

2.1 Introducción

Existen una serie de técnicas que permiten extender la vida útil de los pavimentos.Estas técnicas se pueden clasificar en dos tipos: conservación y rehabilitación(Thenoux, 2003). La diferencia entre una acción de conservación y una derehabilitación, radica en que ésta última necesariamente aporta capacidad estructural alpavimento, es decir, restaura la condición estructural. En Chile, la técnica derehabilitación más utilizada en pavimentos de hormigón consiste en el recapadoasfáltico directo o recarpeteo con una capa de material granular intermedia colocadasobre la superficie deteriorada de hormigón. De los 2.786 kilómetros construidos enhormigón, 522 han sido recapados con una capa asfáltica utilizando alguna de las dostécnicas mencionadas (Ministerio de Obras Públicas, 2002-a). También es posibleconstruir recapados en hormigón, esta técnica no presenta ventajas técnicas y

constructivas respecto del recapado con asfalto (NAPA, 1995). Los recapados asfálticosmejoran la condición funcional del pavimento y aumentan su capacidad estructural. Sinembargo, un problema inherente al recapado asfáltico sobre una superficie deterioradade hormigón, es la reflexión de grietas a temprana edad.

Una de las técnicas de mayor costo-efectividad para rehabilitar pavimentos de hormigónes el recapado asfáltico sobre un pavimento previamente pulverizado/triturado(Rubblizing), (NAPA, 1995). Las experiencias de Rubblizing desarrolladasinternacionalmente han demostrado que la técnica presenta ventajas técnicas (mejordesempeño del pavimento eliminando el reflejo de grietas), económicas (se reduce elcosto frente a una reconstrucción), medioambientales (menores emisiones

contaminantes y productos de desecho) y operacionales (en el caso de demolición depavimentos). Sin embargo, esta técnica de rehabilitación, como debiese ser paracualquier técnica de rehabilitación estructural, requiere que se desarrolle un completoproyecto de ingeniería para asegurar el éxito y durabilidad de la solución. En particularel proyecto de ingeniería comprende, diagnóstico y evaluación, diseño yespecificaciones de construcción.

2.2 Técnicas de Rehabili tación de Pavimentos de Hormigón en Chile

En Chile la Dirección de Vialidad ha optado por técnicas de rehabilitación depavimentos de hormigón las cuales podrían resumirse en cuatro metodologías de

rehabilitación diferente.

a) Metodología 1: Reparación parcial de losas, sellado y aserrado, colocación debarras de traspaso de carga, colocación de barras para grietas anchas, inyecciónde losas y cepillado.

b) Metodología 2: Reparación del pavimento de hormigón existente: reemplazo totaly/o parcial de losas de hormigón, construcción del recapado asfáltico directo.


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c) Metodología 3: Reparación del pavimento de hormigón existente: reemplazo totaly/o parcial de losas de hormigón, aplicación de geogrilla, construcción delrecapado asfáltico.

d) Metodología 4: Reparación del pavimento de hormigón existente: reemplazo totaly/o parcial de losas de hormigón, construcción de un recapado granular,construcción del recapado asfáltico.

La Figura 1 esquematiza las diferentes alternativas tipos de rehabilitación depavimentos de hormigón utilizadas en Chile.

Metodología 1 Metodología 2

Pavimento existente: re-

paración parcial de losas,coloc. barras, cepillado,etc.

Subbase

Subrasante

Capa de rodadoCapa nivelante

Pavimento existente

Subbase

Subrasante

Metodología 3 Metodología 4

Capa de rodadoCapa nivelante

Geogrilla

Pavimento existente

Subbase

Subrasante

Capa de rodadoCapa intermedia

Capa nivelante

Capa granular

Pavimento existente

Subbase

Subrasante

Figura 1: Diferentes técnicas de rehabilitación utilizadas en Chile

Con respecto al empleo de recapado asfáltico, al igual que para cualquier proyecto derecapado, se debe contar con un correcto diagnóstico para contar con la confiabilidadque el deterioro estructural no provenga de las capas inferiores del pavimento y de estemodo no afecte el comportamiento de la capa de recapado. Aún así, uno de losproblemas más recurrentes que ésta solución tiene, es el potencial desarrollo de grietasde reflexión a través de la capa asfáltica. Esta condición, es la que justifica lasespecificaciones propuestas por la Dirección de Vialidad para las metodologías 2, 3 y 4las cuales se basan en el empleo de un recapado asfáltico. Internacionalmente, el tema


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es tratado de forma similar y la NAPA (1995), clasifica las técnicas para minimizar elproblema de reflexión de grietas en losas de hormigón recapadas con asfalto de formaun poco diferente. Estas técnicas se presentan en el capítulo de diagnóstico.

2.3 El Mecanismo de Reflexión de Grietas

El desempeño de un recapado asfáltico directo se ve disminuido principalmente por elreflejo de grietas y/o juntas del pavimento de hormigón. Este fenómeno afecta elcomportamiento a largo plazo del recapado acortando significativamente su vida útil.Para comprender el mecanismo de generación de la grieta es necesario introducirse alos conceptos de la mecánica de la fractura clásica. Ésta disciplina define una fracturacomo una discontinuidad física en el sólido (Oller, 2001).

Para iniciar cualquier estudio relacionado con la fractura de una pieza estructural, esnecesario identificar los posibles modos en que ésta se pueda romper. Estas “formas de

rotura” permiten estudiar la concentración de tensiones en la cabeza de una fisura y los“modos de propagación de esta fisura”. Básicamente se identifican tres modos básicosde fractura, los que describen tres movimientos cinemáticamente independientes y quese presentan en la Figura 2. Estos modos son:

a) Modo de apertura o “Modo I”: en este modo las caras de la fisura se separan casiparalelamente entre sí. Se supone que en este modo sólo se desarrollan tensionesde tracción (Figura 2 a).

b) Modo de deslizamiento o “Modo II”: las caras de la fisura se deslizan una sobre laotra. Se supone que bajo este modo sólo puede generarse tensiones tangenciales

(Figura 2 b)).

c) Modo de torsión o de rasgado o “Modo III”: en este modo de fractura las caras dela fisura se deslizan lateralmente una respecto a la otra. Se supone que en estecaso también se desarrollan tensiones tangenciales (Figura 2 c)).

Figura 2: Modos de propagación de fractura


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En la práctica en pocas ocasiones se dan estos tres modos en forma aislada, los casosmás complejos resultan de una combinación de estos tres modos básicos. La grietareflejada en un recapado asfáltico es el resultado del movimiento vertical y horizontal delas grietas y juntas del pavimento de hormigón inferior causado por los ciclos de

temperatura y las cargas de tráfico (Owusu-Antwi, 1998). Las contracciones delhormigón subyacente al recapado ocurren con un descenso de la temperatura,resultando en la abertura de la junta y/o grieta, induciendo tensión horizontal en elrecapado asfalto. Este fenómeno se presenta en la Figura 3 en cual induce unagrietamiento según el Modo I definido anteriormente.

Figura 3: Tensión horizontal en el recapado asfáltico

Las cargas de tráfico sobre las discontinuidades de las losas de hormigón causandeformaciones verticales que provocan tensiones de corte y de flexión en el recapado,fenómeno que se presentan en la Figura 4. Cuando la carga se aproxima a la grieta, elesfuerzo de corte en el recapado sobre la grieta alcanza un máximo que se ilustra en elpunto A. Cuando la rueda está directamente sobre la grieta ocurre el máximo esfuerzode tracción ilustrado en por el punto B. Al cruzar la rueda la grieta se produce unsegundo esfuerzo de corte máximo en la dirección inversa ilustrado en el punto C. Estosimpulsos de carga generan esfuerzos que inducen el agrietamiento del recapado de dosformas distintas: abertura (Modo I) y corte (Modo II) (Owusu-Antwi, 1998).


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Figura 4: Tensiones de corte y flexión en el recapado causado por una carga móvil

La repetida ocurrencia de estas solicitaciones en las discontinuidades de las losas dehormigón genera tensiones de tracción en la capa asfáltica, produciendo la iniciación deuna microfisura en la base del recapado. Cuando la fisura se va propagando existe unaredistribución de tensiones asociada al nuevo estado donde la tensión máxima seproduce siempre en la cabeza de la fisura. Las herramientas computacionalesdisponibles en la actualidad permiten modelar el fenómeno de reflexión de grietas pormedio de la utilización del Método de los Elementos Finitos (MEF), (Figura 5).

Figura 5: Concentración de tensiones en la cabeza de una fisura en la capa de asfaltomodelado con Elementos Finitos (Montestruque, 2002)

Cuando la fisura se manifiesta en la superficie inicialmente lo hace con baja severidad.Esto permite que no influya significantemente el desempeño del pavimento, sinembargo si a ésta fisura no se sella en forma oportuna para prevenir la filtración deagua al interior del pavimento, el agua se filtrará a los materiales granulares de capasinferiores y comenzará a manifestarse un deterioro progresivo llegando inevitablementea un deterioro mayor o colapso (Owusu-Antwi, 1998). La Figura 6 presenta el fenómeno


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clásico de reflexión de grietas en un recapado asfáltico directo sobre pavimento dehormigón deteriorado.

Figura 6: Reflejo de grietas y/o juntas en el recapado asfáltico directo

Otro efecto negativo asociado al reflejo de grietas dice relación con la infiltración deagua en la internase del recapado asfáltico y el pavimento de hormigón. El aguainfiltrada reduce la adherencia y con la presión de las cargas de tráfico se propaga laseparación de capas hasta producir levantamientos parciales de recapado conocidoscomo “baches duros” (Thenoux, 2003).

2.4 Las Técnicas de Fracturamiento de Losas

El término fracturamiento se refiere al método de rehabilitación que tiene como objetivola reducción del largo original de la losa de hormigón y de este modo reduciendo losmovimientos y deformaciones diferenciales los cuales crean las condiciones para quese produzca uno o más modos de inicio de fractura. Existen diferentes tipos defracturamiento los que son altamente dependientes del tipo de pavimento de hormigóna ser rehabilitado. El proceso de fracturamiento de losas envuelve generalmente dosetapas básicas: el proceso de fracturamiento y el proceso asentamiento(compactación). Las fisuras en las losas reducen el movimiento horizontal debido a lascargas y expansión/contracción térmica, ya que el largo efectivo de la losa es muchomenor. El asentamiento del material reduce el movimiento vertical por que se restaura

el soporte de la subrasante. Las distintas técnicas de fracturamiento se puedenclasificar en (NAPA, 1995):

Crack and Seat (Fisuración/Asentamiento): El Crack/Seat es aplicable a lospavimentos tipo Jointed Plain Concrete Pavement (JPCP). El objetivo de estatécnica es minimizar la reflexión de grietas en el recapado asfáltico reduciendo ellargo efectivo de la losa del pavimento de hormigón. Con un largo efectivo menorse reduce el movimiento horizontal y vertical de la losa. El proceso de fisuración


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está pensado para producir grietas apretadas que permitan una transferencia decarga con una mínima pérdida de capacidad estructural. El asentamiento de lalosa agrietada se realiza para reestablecer el soporte entre la base o la subbase yla losa fracturada.

Break and Seat (Quiebre/Asentamiento): Esta técnica es similar a la técnica Crackand Seat pero es aplicable solo a los pavimentos tipo Jointed Reinfored ConcretePavement (JRCP). El objetivo del Break and Seat es esencialmente el mismo queel Crack and Seat embargo, la cantidad de esfuerzo requerido para reducir eltamaño de la losa en normalmente mucho mayor. Este incremento de esfuerzo esnecesario por que el pavimento original contiene barras o mallas de acero comorefuerzo. Para reducir los movimientos horizontales de las losas, todos losrefuerzos en la losa de hormigón deben ser quebrados y/o la adherencia entre elacero y el hormigón destruida para que esta técnica resulte efectiva en eliminar lasgrietas de reflexión.

Rubblizing (Pulverizado/Triturado): El objetivo de la técnica de fracturamiento delosas mediante el Triturado/Pulverizado Rubblizing es eliminar la reflexión degrietas en el recapado asfáltico de mezcla en caliente, mediante la pulverizacióncompleta de la losa de hormigón. Este proceso se logra normalmente con lapulverización de la losa en fragmentos de tamaño nominal entre 4 a 8 pulgadas(10 a 20 cm). Esta técnica es aplicable a cualquier tipo de pavimento de hormigónJPPC o JRCP.

2.5 Pulverizado/Triturado (Rubblizing) Mediante Rompedor Resonante

El pulverizado/triturado (Rubblizing) se define como el proceso que fractura in-situ elhormigón en trozos angulares entrelazados. Para ello se pueden utilizar dos equipos: elMultihead Breaker (Equipo Multi-martillos) y el Resonant Pavement Breaker (RompedorResonante). El presente estudio de transferencia se refiere únicamente a la tecnologíaque utiliza el equipo Rompedor Resonante.

El pulverizado/triturado con el empleo de equipo Rompedor resonante se realiza con unequipo pulverizador como el que se muestra en la Figura 7. El equipo es una unidadautopropulsada que contiene viga de acero la cual está fijada en dos puntos en formade rótula al chasis del equipo. En el extremo interior de la viga tiene adosado un motorcon masas excéntricas que a alta frecuencia induce vibración a la viga. En el otro

extremo de la viga se apoya un martillo que transmite carga y vibración al pavimento dehormigón a una frecuencia entre 40 a 46 Hertz y una amplitud de 1 a 2.5 cm.Empíricamente se ha demostrado que este es el rango frecuencia, amplitud y carga esóptimo para fracturar el pavimento de hormigón hasta espesores de 65 cm. En losrangos de trabajo la viga vibra a frecuencias cercanas a su frecuencia de resonanciatransmitiendo a la losa de hormigón una gran cantidad de energía concentrada la cualle produce un fracturamiento instantáneo El patrón de fractura es similar al presentadoen la Figura 8.


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Figura 7: Equipo rompedor resonante

Figura 8: Patrón de fractura del hormigón pulverizado/triturado

El producto final del Rubblizing es una capa granular de alta capacidad estructural, deexcelente comportamiento frente al agua, y que además no altera las condicionesoriginales de la subbase y subrasante existente, debido a que la energía entregada esabsorbida completamente por la losa de hormigón (Resonant Machines Inc., 2004).Sobre esta capa triturada y pulverizada, de alta calidad, se coloca una capa superficialasfáltica, restituyendo las propiedades funcionales y estructurales del pavimento,eliminando el potencial reflejo de grietas, obteniendo un pavimento de excelentecapacidad estructural y de buen comportamiento a largo plazo (Thompson, 1999).

El Rubblizing es clasificado como una técnica de reciclado in-situ de pavimentos dehormigón, y ofrece importantes ventajas económicas, medioambientales, técnicas yoperacionales. Entre las más importantes:


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Ventajas económicas: Diversos estudios y proyectos realizados indican que la

tecnología del Rubblizing presenta importantes beneficios económicos. Si secompara los costos directos entre una rehabilitación mediante Rubblizing y una

reconstrucción la razón es de aproximadamente de 1:3(Rubblizing:Reconstrucción), (Resonant Machines, 2004). El pulverizado conrompedor resonante tiene un rendimiento de 700 m2/h (en condiciones normales),lo que permite rehabilitar con un equipo aproximadamente 1 km en dos carriles de3,5 m en 10 horas de operación. El rendimiento de construcción es un factor aconsiderar por que produce dos beneficios suplementarios; primero se disminuyenlos costos operacionales de la obra por menor tiempo de construcción y segundo,existe un menor costo asociado al impacto a los usuarios debido a que seminimizan las demoras y desvíos. En la Tabla 1 se presentan costos de proyectossegún la experiencia del estado de Arkansas. El costo de la técnica del Rubblizinges inferior a una reconstrucción, por lo cual, con los ahorros obtenidos se puede

rehabilitar un número mayor de kilómetros. En el caso del recapado tradicional loscostos directos son del mismo orden, sin embargo el comportamiento a largo plazoes muy inferior debido a la probabilidad cierta de reflejo de grietas y juntas, dentrodel período de diseño.

Tabla 1: Costos de construcción para proyectos en Arkansas (Asphalt Institute, 2001)Costo

Nº de Proyecto/Localización Método de Rehabilitación(US$/m2)

060616 (I-30/U.S 70 South) Remoción y reemplazo de PCC 55,0060591 (I-30/Malvern Co.) Remoción y reemplazo de PCC 48,5060592 (I-40/Morgan Co.) Rubblizing con recapado de 6 pulgadas 22,6

20138 (U.S Pulaski Co.) Rubblizing con recapado de 5 pulgadas 16,50700181 (I-30/Clark-Co) Rubblizing con recapado de 12 pulgadas 25,9

R10066 (I-40/Bayou-Deview) Rubblizing con recapado de 10 pulgadas 26,3001765 (I-40/Mayflower-Morgan Co.) Rubblizing con recapado de 9 pulgadas 30,7

A modo de ejemplo, el proyecto 001765 citado en la Tabla 1, consistió en elpulverizado/triturado de 8 kilómetros de la Ruta I-40 en USA, con un TMDA de60.000 (con 40% de camiones pesados). El diseño de pavimento correspondió a 9pulgadas de carpeta asfáltica sobre pavimento de hormigón reforzado (JRCP)pulverizado/triturado. El proyecto, construido en 1997, tuvo una duración de 70días de trabajo bajo tráfico, sin cierres de pistas en horas punta. En este caso, el

método de recapado sobre pavimento pulverizado/triturado permitió un ahorro de4,41 millones de dólares frente a una reconstrucción (Asphalt Institute, 2001).

Ventajas medioambientales: Esta técnica es considerada como un reciclado in-situ de pavimentos de hormigón debido a que el pavimento rígido pulverizado esreutilizado 100% sin ser removido de su lugar. Similar a los métodos de recicladode pavimentos de asfalto se logran ventajas específicas respecto de los sistemas


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de construcción o reconstrucción de pavimentos. Estas ventajas son (Stuart, 1987,Thenoux, 2006):

• Reducción en la explotación y transporte de nuevos materiales, especialmente

asociados al recurso árido.• Reducción por concepto de botadero, debido a la reducción en la producción

de escombros.• Menor consumo de energía por metro cuadrado de pavimento construido a

igual soporte estructural.• Reducción de la contaminación por varios efectos asociados a los sistemas

constructivos y productivos, ejemplo: reducción de emisiones, reducción deruido de construcción, reducción del polvo y humo.

• Reducción del impacto a los usuarios, durante el proceso de construcción. Lasnuevas técnicas de rehabilitación han sido diseñadas de modo que se puedetrabajar en una pista sin interferir significativamente las pistas contiguas de

circulación. En particular, esta técnica además de ocupar un carril es de unalto rendimiento reduciendo los tiempos totales de construcción.

• Se reduce el impacto por circulación de vehículos de transporte de materialesque no sólo redunda en un beneficio desde el punto de vista del tránsito, sinoque además, desde el punto de vista de las menores solicitaciones en elpavimento por efecto de tránsito pesado de construcción.

• Una ventaja medioambiental particular del Rubblizing es la baja emisión deruido que se produce en el proceso de fracturamiento. Esto puede ser unfactor muy importante en proyectos de reciclado de pavimentos de hormigónurbanos (Stuart, 1987).

Ventajas técnicas: El Pulverizado/Triturado elimina varios modos de falla delpavimento hormigón existente: se corrigen y eliminan todos los tipos deagrietamiento y fallas en las juntas, escalonamiento, daño por bombeo, pérdidaunión/desmenuzamiento. El Rubblizing produce un nuevo material de excelentespropiedades, eliminando 100% el principal problema de los recapados sobrehormigón el cual es, el reflejo de grietas (Asphalt Institute, 1995). El Rubblizingpresenta un muy buen comportamiento a largo plazo del recapado de mezclaasfáltica en caliente.

Evaluaciones con el deflectómetro de impacto (Falling Weight Deflecometer, FWD)han mostrado que la capacidad estructural de la capa pulverizada es al menos 1,5

veces mayor que una base granular densa con capacidad de soporte superior aCBR 100% (Thompson, 1999). El Rubblizing mantiene la integridad de la subbasey subrasante (pese a triturar la losa hasta su parte inferior). Esto es favorable, yaque generalmente el material granular bajo la losa se encuentra ya compactado,consolidado y estable debido al tiempo en que el pavimento ha estado en servicio.Esta es una de las ventajas más sobresalientes en relación a las otras técnicas defracturamiento de pavimentos de hormigón como el Drop Hammer.


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La NAPA en su documento “Guidelines for Use of HMA Overlays to RehabilitatePCC Pavements” (NAPA, 1995) hace referencia al estudio PCS/LAW NationalStudy of Fractured PCC Slab Systems realizado en los Estados Unidos, estudio enel cual se basa la guía de la NAPA. En ese estudio se investigó el comportamiento

de 118 secciones de recapados sobre las diferentes técnicas de fracturamientodisponibles en los Estados Unidos. En el seguimiento se realizó estudios de lascondiciones de la superficie del pavimento y ensayos no destructivos de deflexión.Para estudiar la condición del pavimento se utilizó un indicador llamado PCI(Pavement Condition Index). A partir de este seguimiento se desarrollaronmodelos de comportamiento en función del tiempo para todas las técnicas defracturamiento aplicadas. La Figura 9 presenta los resultados de éste análisis. Elmejor comportamiento del pavimento rehabilitado con alguna técnica defracturamiento se obtiene con la técnica pulverizado/triturado (Rubblizing).

Figura 9: Modelos predictivos de comportamiento para las categorías de rehabilitación(NAPA, 1995)

Existen además otros seguimientos de proyectos que han sido rehabilitados conla tecnología del triturado/pulverizado (Rubblizing). Resonant Machines USA

posee sus propios seguimientos en donde ha establecido una curva derendimiento de proyectos rehabilitados con su tecnología en carrerasInterestatales Clase VI (Figura 10). El indicador utilizado en este caso fue el PCR(Present Condition Ratio). El coeficiente de correlación de los datos y la curva esde R2=0.63, y con la ecuación de regresión en base a estas mediciones seestima una vida útil de 22 años (Resonant Machines, 2004).

0

20

40

60

80

10 0

0 5 10 15

A ñ o s d es d e la r eh ab i l i tac ió n

V a l o r P C I

Ru b b l iz in g Crac k /Seat B reak /Seat

E xce l e n te

M u yB u e n a

B u e n a

Re g u l a r

Ma la

M u yMala

Fa l la

Ca te g o r ía sDe se m p e ñ o


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Figura 10: Comportamiento de proyectos con Rubblizing en Interestatales de USA(Fuente: Resonant Machines, 2004)

Ventajas operacionales: Esta técnica se puede utilizar alternativamente en lademolición de pavimentos de hormigón lo que se traduce en diversos beneficiosoperacionales debido al alto rendimiento. El material se puede reciclar fácilmente ypuede ser reutilizado en otras aplicaciones como bases, subbases, hormigonessimples. La reutilización de hormigón triturado no es algo nuevo, existen

numerosos antecedentes de sus aplicaciones en otros países (Federal HighwayAdministration, 2004) sin embargo, en éstos términos el Rubblizing permite lareutilización inmediata del material pulverizado y el sobre-tamaño que puedaexistir es fácil triturar en planta con la aplicación de muy baja energía, ya que lostrozos mayores quedan igualmente fracturados. La Figura 11 presenta el hormigóntriturado obtenido como producto del pulverizado con rompedor resonante y untrozo de hormigón triturado de mayor tamaño el cual presenta una fractura, lo queevidencia que su reducción de tamaño se puede lograr con la aplicación de pocamuy poca energía adicional.

En comparación con otros métodos de demolición el hormigón

pulverizado/triturado es fácil de excavar y cargar. Tiene un esponjamientosignificativamente menor en comparación con el carguío y transporte dehormigones de pavimentos fracturados con otras técnicas de demolición.

50

60

70

80

90

100

0 5 10 15 20 25

Edad (Años )

P C R

Rendimiento de Rubblizing en Interestatales - USA

R2 = 0.63 en ambas ecuaciones


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Figura 11: Material obtenido con rompedor resonante

2.6 Principios de funcionamiento del equipo

El pulverizado se realiza in-situ con el equipo presentado en la Figura 12. Este modelocorresponde a la serie RB-500, el cual es el último diseño de Resonant Machines yademás es el equipo más grande que está disponible en el mercado. Suscaracterísticas básicas son:

Potencia del motor: 600 HP. Ancho del brazo: 66 cm. Dimensiones: 252 cm (Ancho) x 310 cm (Alto) x 729 cm (largo). Ancho martillo rompedor: 20 ó 25 cm (según espesor y resistencia del hormigón). Contrapeso: 5000 a 9000 Kg. Peso Total: 29500 kg. Dos tipos de neumáticos: normales y de flotación.

Figura 12: Equipo RB-500 disponible en Chile


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La principal y más tecnológica componente que posee el equipo mostrado es la vigaresonante. Esta viga que se emplaza desde la mitad a la parte frontal de la máquina, esuna viga construida en un acero especial que está fija en dos puntos, según se muestra

en la Figura 13. En un extremo la viga posee unas masas excéntricas las que al girarmediante un flujo hidráulico producen una vibración en el otro extremo de la mismafigura. En términos prácticos con este mecanismo, un movimiento circular estransformado en vibración en el otro extremo, donde se encuentra un martillo rompedorel que trabaja a alta frecuencia (40 - 46 hertz) y baja amplitud (13 - 25 mm).

Figura 13: Principio de funcionamiento de la viga resonante

La onda producida tiene puntos fijos (pivotes) y la vibración de la masa almacena

mucha energía ya que la frecuencia de trabajo es una frecuencia cercana a lafrecuencia de resonancia de la viga. Esta viga posee un peso que le entrega la presiónsuficiente al martillo rompedor que le permite traspasar la energía almacenada yproducir la fractura en el hormigón sin levantarse.

La velocidad (ciclos por segundo) y la amplitud de vibración de la viga se controla conmucha precisión mediante un dispositivo de control montado en el equipo pulverizador.Este dispositivo contiene un sistema de seguridad de tal manera que si la viga vibra auna frecuencia muy cercana a la frecuencia natural, el mismo dispositivo restaura lacondición de funcionamiento. Esto es muy importante por que la viga se destruye sialcanza la frecuencia natural al crecer exponencialmente la amplitud en ese rango de

operación, según se presenta en la Figura 14.


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Figura 14: Rangos de amplitud y frecuencia de trabajo de la viga resonante

2.7 Características Operaciones del Equipo

El equipo de Rubblizing pulveriza al hormigón a una velocidad de entre 3 a 10 (km/h)dependiendo de la dureza y espesor del pavimento, sin embargo se puede consideraruna velocidad promedio de operación de 7 (km/h) (Resonant Machines, 2004). El anchodel martillo rompedor del modelo RB-500 es de 20 ó 25 cm, por lo que en condicionesnormales de operación se pueden obtener un rendimiento promedio de 700 (m2/hora).Este rendimiento estará condicionado por ciertas características del proyecto como las

que se mencionan a continuación:

El equipo RB-500 pulveriza sólo en un sentido, por lo que es indispensablegenerar espacios de giro en los extremos.

La longitud del proyecto. A una pista de trabajo se recomienda un largo de 1.5 kmde longitud para pulverizar una pista por jornada (8-10 horas de operación). Estoprincipalmente para reducir los tiempos de maniobra en cada extremo del tramoque se este pulverizando.

Para maximizar el rendimiento del triturado es posible pulverizar con dos equipos

en tandem como se presenta en la Figura 15. También es posible trabajar con dosturnos continuos si es que sólo se tiene un equipo. Se puede trabajar también denoche, ya que el equipo pulverizador está dotado de un sistema de iluminación. Sifuera necesario el trabajo nocturno se debe poner mucho énfasis en el control detránsito y reforzar la seguridad en los puntos de giro del equipo rompedor.

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

0 10 20 30 40 50 60 70

Frequencia (Hz)

A m p l i t u d ( i n ) Rango de Trabajo de la

viga

Rango de frecuenciade Trabajo de la

viga


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Figura 15: Trabajo de pulverizado/triturado en tandem

El equipo pulverizador puede trabajar en condiciones climáticas adversas, sinembargo no es recomendable que pulverice con lluvia intensa ya que la capacidadde soporte de las capas granulares se puede ver disminuida y la máquina por símisma puede ahuellar el material (o producir hundimientos en la estructura),debidos a su peso propio (29 Toneladas). Si se debe trabajar con base blanda elequipo se puede dotar de neumáticos de flotación para aumentar el área decontacto con el pulverizado y por lo tanto disminuir las solicitaciones en el material.

La máquina pulverizadora puede trabajar continuamente sin demoras significantespor concepto de mantenimiento. Se debe llenar el estanque de petróleo una vez aldía y el estanque de agua dos a tres veces al día en una jornada normal de 8 a 10

horas. Generalmente en los proyectos existen otras demoras por otraseventualidades sin embargo, considerando éstas pequeñas demoras se garantizaun rendimiento de 1.5 km por día (pista), teniendo como referencia una jornada deoperación de 8 a 10 horas diarias.

2.8 Comportamiento del Material Pulverizado/Triturado (Rubblizing)

Una capa pulverizada y compactada forma un ensamble de trozos de hormigónfirmemente trabados y de alta densidad. Cuando una losa de hormigón es fracturadapierde continuidad y capacidad de resistir esfuerzos de flexión. Sin embargo, esta capaposee una alta resistencia a los esfuerzos de corte y al ahuellamiento (Rutting). La

NAPA indica que el material pulverizado se comporta como un “material no ligado”, elproducto del proceso de Pulverizado proporciona in-situ una capa de material granularde apariencia similar a una capa de base no ligada, sin embargo, se ha concluido que laresistencia inherente de la capa pulverizada es entre 1.5 y 3.0 veces más efectiva en ladistribución de carga que una base con agregados chancados de alta calidad (NAPA,1995).


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El Departamento de transporte de la Universidad de Illinois ha realizado numerososensayos de deflexión con FWD en una sección de prueba llamada “Sección Pesotum”,los cuales han indicado que la capa de hormigón pulverizado es mejor que una capagranular de alta calidad. Se modeló con el programa ILLI-PAVE estructuras de

pavimentos reemplazando la capa de hormigón pulverizado por una capa granular dealta calidad y se calculó las deflexiones máximas. Estas deflexiones fueron comparadascon las deflexiones medidas con los ensayos de FWD, lo que demostró que la capa dehormigón pulverizado es más efectiva en la distribución de carga que una capa granular(Thompson, 1999).

El material pulverizado/triturado no es susceptible al agua aún bajo condiciones desaturación. El material fino que se produce en el proceso de pulverizado no es plástico ya su vez la trabazón de los tamaños mayores del material triturado no se ve afectadopor la presión de poros.


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3 GUÍA CONCEPTUAL CON RECOMENDACIONES PARA EL ESTUDIO YDIAGNÓSTICO DE PROYECTOS CANDIDATOS

En éste módulo presenta una guía con recomendaciones para la evaluación de

proyectos candidatos a ser rehabilitados con la tecnología del Rubblizing. La evaluacióny diagnóstico del pavimento se realiza fundamentalmente sobre la base de unainspección visual de experto. El diagnóstico tiene por objetivo no solo determinar lascausas que dan origen al deterioro si no que principalmente determinar si la técnica deRubblizing será efectiva.

3.1 Aspectos Conceptuales: Conservación y Rehabili tación de Pavimentos

El deterioro progresivo de un pavimento es un proceso que comienza inmediatamentedespués de su construcción y puesta en servicio. Las causas principales del deterioroprogresivo, son las solicitaciones externas producidas por el tráfico y diversos agentes

climáticos. Sin embargo, la tasa y el tipo de deterioro que experimente un pavimentodependerán principalmente de tres factores, a saber:

o De la intensidad en que se manifiestan las solicitaciones tanto de tránsito como declima, en donde el tránsito y el clima son condiciones específicas asociados acada proyecto, factores que deben ser correctamente evaluadas en el estudio deingeniería para no sobre-dimensionar el diseño pero principalmente para no sub-dimensionar la estructura del pavimento.

o De los factores asociados al desarrollo del proyecto tales como la calidad de lasolución de diseño, calidad de la información (datos) de diseño, calidad delproyecto de ingeniería, calidad de los materiales y del proceso constructivo.

o Del plan de mantenimiento que se lleve a cabo durante la vida de diseño.

El plan de mantenimiento de un proyecto de pavimentación debería ser elaborado ypresentado junto al proyecto de ingeniería sin embargo, en la realidad, esto no serealiza en la práctica debido a que existen muchos elementos externos que dificultaránla aplicación de un plan de mantenimiento preestablecido. Básicamente la vida útilesperada para un pavimento (15 a 30 años) es un período de tiempo relativamentelargo y resulta difícil predecir la forma en que se comportarán o variaran losinnumerables factores que afectan al deterioro de un pavimento. Es por esta razón queuna vez puesto en servicio un camino dentro de una red vial este, se debe incorporarinmediatamente 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 suvida de diseño manteniendo los umbrales funcionales por sobre los valoresespecificados en el proyecto pero, por sobre todo, manteniendo la integridad estructuralde este que es en definitiva lo que garantizará el cumplimiento de la vida útil de unpavimento. Por lo tanto, son básicamente dos las características que importan mantener


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de un pavimento y estas son: condición funcional y condición estructural o tambiénreferida 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 conservacióndestinadas principalmente a conservar los umbrales funcionales de la superficie derodado del pavimento y pasado cierto período de servicio, a través acciones derehabilitación destinadas reestablecer la integridad de la estructura del pavimento.

La gestión de mantenimiento de la condición funcional y estructural de un pavimentorequiere de un enfoque conceptual diferente en donde el énfasis para el mantenimientode la condición funcional estará en el monitoreo y el énfasis para el mantenimiento de laintegridad estructural estará en el diagnóstico de experto. Por otra parte existe unavariedad de técnicas de conservación para prevenir o restaurar el deterioro funcional deun pavimento, así mismo, existen una variedad de técnicas para rehabilitar

estructuralmente un pavimento. Es por esto, que la selección de una técnica enparticular de conservación y rehabilitación no solo dependerá de un aspecto económicosi no que del momento u oportunidad en el tiempo que se determine la aplicación deuna acción de mantenimiento.

3.2 Condición Funcional y Condición Estructural de Pavimentos

Las exigencias asociadas a la condición y estado de un pavimento han evolucionado enel tiempo y estas son más específicas a medida que los requerimientos exigidos a lospavimentos de las redes viales han ido en aumento. En la actualidad se recomiendadistinguir 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 elÍndice de Serviciabilidad Presente (PSI) del método de diseño estructural AASHTO1993.

a) Condición Funcional

Se entiende por condición o calidad funcional de un pavimento los aspectosrelacionados con la calidad operacional (o Serviciabilidad) que ofrece un pavimentodesde el punto de vista del usuario. Las condiciones funcionales que se relacionan conlas características operacionales y el estado de la superficie del pavimento pueden servarias. A medida que la evolución de las exigencias modernas del tránsito aumenta, se

han ido agregando a la lista de características funcionales del pavimento diferentescondiciones específicas las cuales dependen del tipo e importancia del proyecto. Lascondiciones funcionales que en la actualidad se gestionan o se reportan en la literaturason:

o Regularidad Superficial: Asociado a los costo operacionales de la red o proyecto yconfort del conductor.

o Resistencia a la Fricción: Asociado a la seguridad


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o Atenuación de Ruido: Asociado al impacto al ambientalo Apariencia: Asociado a la funcionalidad del diseño geométrico y seguridado Producción de “Spray”: Asociado a la seguridado Ahuellamiento: Asociado a la seguridad

La gestión de mantenimiento de la condición funcional de un pavimento tiene comoobjetivo monitorear la evolución de los parámetros funcionales en forma permanente demodo de poder prevenir que se superen los umbrales recomendados y se puedaasignar acciones de conservación que permita restaurar o corregir las condicionesiniciales de diseño.

Para realizar una correcta gestión de mantenimiento de los parámetros funcionales delos pavimentos se debe contar con: definición de los umbrales de aceptación y rechazopara cada categoría de camino, 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.

b) Condición Estructural

Se entiende por condición estructural al nivel de integridad física y estructural en que seencuentra la sección de un pavimento en su conjunto y al estado de cada una de lascapas que conforman la estructura, incluyendo la subrasante.

Basado en las hipótesis de diseño estructural, el criterio de falla estructural de unpavimento de hormigón es agrietamiento por tensiones inducidas por la carga detránsito y variaciones térmicas (alabeo térmico). Existen además otras solicitaciones

que inducen tensiones en los pavimentos de hormigón, los cuales afectan alcomportamiento tanto funcional como estructural del pavimento. Sin embargo, muchasde ellas son difíciles de cuantificar. Estas son (Thenoux, 2004-a):

o Fricción por contracción.o Compresión por expansión.o Variaciones de humedad de la losa.o Variaciones del módulo de reacción de la subrasante producido principalmente por

heterogeneidad y/o discontinuidad de las capas de suelo o cambios en elcontenido de humedad.

o Variaciones del poder de soporte de subbases producto de variabilidad en la

compactacióno Deformación resiliente de la subrasante.o Deformación resiliente de la subbase.

De acuerdo a la teoría de Westergard las grietas pueden presentarse en el borde,esquina o centrales (transversales). El agrietamiento puede ocurrir por una condiciónpuntual o fatiga de la capa de hormigón. Por lo tanto, se espera que una estructura depavimento falle por agrietamiento dentro del período de diseño. Sin embargo, una falla


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puede ocurrir antes del período de diseño según el nivel de confianza (factor deseguridad) que se haya considerado en el diseño y/o el incumplimiento de las hipótesisde diseño.

Los pavimentos de hormigón pueden experimentar otras formas de agrietamientos yfallas 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 causaprincipal del colapso de un pavimento. Por ejemplo; grietas de retracción, grietas porasentamiento de terraplenes, escalonamiento, desconche de juntas, etc.

La gestión de mantenimiento que se debe llevar a cabo para preservar la condiciónestructural de un pavimento es más compleja en comparación a preservar la condiciónfuncional de la superficie, entre otras razones debido a:

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 quelleva acumulado por lo cual es difícil acertar cual es le grado de debilitamientoestructural presente.

o Las fallas estructurales pueden ser iniciadas o estar enmascaradas por lapresencia de otro tipo de fallas. Generalmente fallas de tipo constructivas,sobrecargas o fallas en los sistemas de drenaje.

o El deterioro estructural no es lineal en el tiempo y es muy poco perceptible en suetapa inicial. Sin embargo, pasado un tiempo en la cual ocurren las primeras fallasestructurales (normalmente imperceptibles) la tasa de deterioro aumentarápidamente pudiendo llevar el pavimento a una condición de colapso en unperíodo muy breve.

Para llevar acabo una correcta gestión de mantenimiento de la condición estructural deun pavimento se debe realizar un monitoreo y diagnóstico espaciado dentro de laprimera mitad de la vida estructural calculada de un pavimento y un monitoreo anual enla segunda mitad de su vida de diseño. El diagnóstico debe ser realizado por uningeniero con experiencia en diseño estructural y no se recomienda que sea de otraforma; por ejemplo el uso de catálogos de fallas no permite realizar un diagnósticoacertado si el profesional no es experto y por otra parte si el profesional es experto norequiere de un catálogo de fallas. En general, un catálogo de fallas servirá para realizarmonografías más detalladas del estado del pavimento en diferentes períodos de su vidaútil pero, no permite un diagnóstico estructural. Para facilitar el diagnóstico junto con

información de monitoreo, se debe contar además con un levantamiento de informaciónbásica de la estructura: espesores, valor de soporte de subrasante, edad del pavimento.

La gestión de mantenimiento de la condición estructural en general debe estar másorientada al control de la aparición de fallas singulares y al correcto mantenimiento delas obras de drenaje. Sin embargo, algunas de las acciones de conservación que serealizan con cierta regularidad aunque, no aportan capacidad estructural, permitenproteger el pavimento y reducir significativamente en algunos casos la tasa de deterioro.


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Entre las acciones más regulares, se encuentra la limpieza y sellado de grietas y juntas,cepillado y mantenimiento de bermas.

Por ejemplo la Figura 16, muestra un pavimento de hormigón al cual tempranamente se

le manifestó grietas transversales. La Figura 16 a) muestra una losa luego de 10 años ala cual se le mantuvo la grieta no sellada y la Figura 16 b) muestra una losa contigua ala cual se le realizó mantenimiento desde la misma fecha. Ambas losas pertenecen a unmismo proyecto y son de la misma edad.

Figura 16: a) Grieta no Mantenida b) Grieta Sellada

3.3 Sintomatología del deterioro

Junto con diagnosticar y cuantificar el tipo de deterioro es importante poder determinarla sintomatología con que se presentan los diversos tipos de falla. El diagnósticopermite determinar la causa física que dio origen a la falla pero, además debe evaluar lasintomatología o la forma que se presenta el deterioro a lo largo de un tramo específicopara 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 primerossíntomas de falla son innumerables los factores que se van a superponer y harán que eldeterioro progrese de diferentes formas. Sin embargo, a través de un monitoreofrecuente se puede determinar si una falla se ha producido en forma localizada o se

está repitiendo de acuerdo a un patrón específico.

a) Deterioro localizado

El deterioro localizado o puntual que se presenta de forma aleatoria y no responde aningún patrón específico por lo general su causa es producto de situaciones singulares,relacionadas a fallas locales de calidad constructiva o variabilidad del suelo defundación. Por lo general este tipo de deterioro es difícil de predecir y se debe contar

a) b)


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con un plan de contingencia para reparar oportunamente cualquiera sea el tipo de fallaque se presente, la cual debe ser correctamente diagnosticada para adoptar unasolución de reparación adecuada. También, eventualmente pueden presentarsedeterioros 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 algúngrado de regularidad, por lo general también pude tener origen en el procesoconstructivo. Puede ser una que una parte del proceso constructivo se ha realizadosistemáticamente mal y el deterioro se aparece con una sintomatología repetida endonde se pueden listar muchos ejemplos, tales como: aserrado y sellado de juntas deforma tardía en pavimentos de hormigón, tiempo de aplicación de membrana de curado,etc.

b) Deterioro Generalizado

El deterioro generalizado se puede manifestar en forma continua o discreta y se puedepresentar en forma repetitiva con un patrón similar a lo largo del proyecto. Este tipo dedeterioro por lo general es más fácil de diagnosticar y cuantificar, pero según laintensidad que éste presente al momento de la evaluación, puede resultar más difícilpoder aislar la causa principal que dio origen a la falla. Cuando los problemas dedeterioro generalizado se presentan con un patrón de repetición regular y a su vez sepresenta en forma relativamente prematura (primeros años de vida útil), el origen de lasfallas se puede encontrar en:

o Diseño Estructural: Diseño inadecuado para las solicitaciones de tránsito, ya sea

debido a una subestimación de las solicitaciones o a solicitaciones de carga enexceso de las consideradas en el diseño.o Especificaciones técnicas inadecuadas o insuficientes.o Dosificación de mezclas: Diseño inadecuado para el tipo de materiales que se

dispone y/o condiciones de solicitaciones de tránsito y clima.o Errores de ejecución, problemas recurrentes de control de calidad de los

materiales y/o procesos constructivos.o 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 esperadode su vida de diseño, el origen de las fallas se puede encontrar en:

o La variabilidad natural de materiales utilizados y/o variabilidad esperada de losprocesos constructivos (espesores, densidades, resistencias, etc.). Entendiéndosepor variabilidad natural a la variabilidad que experimentan los materiales yprocesos dentro de los límites de confiabilidad aceptados en el proyecto. Noconsidera la variabilidad por errores de ejecución o control.


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o Incremento de las solicitaciones de tránsito. La predicción del volumen y lascargas de tránsito son difícil de estimar en muchos proyectos y eventualmente elpavimento podría presentar un deterioro adelantado producto del mayor consumode fatiga en el período de tiempo que lleva en servicio.

o También, cae dentro de esta categoría deterioros generalizados dentro de ciertostramos específicos producto de variabilidad de las condiciones de la subrasante osuelo de fundación. Esto debido a que los métodos de diseño utilizan valoresmedios de capacidad de subrasante para el diseño de estructural y siempre cabela posibilidad de encontrar sub-sectores con valores de soporte menor.

o Otro gran número de factores menos comunes, que no son detallados en elpresente trabajo.

3.4 Mantenimiento y Acciones de Conservación y Rehabili tación

Las palabras mantenimiento, conservación, rehabilitación, reconstrucción se utilizan

indistintamente para referirse a las diferentes acciones que se realizan a un pavimentopara mantener o extender su comportamiento de su período de diseño. En el presentetrabajo se definirán estos términos con el solo propósito de ordenar un poco la figuraadministrativa de las diferentes acciones que se deben planificar en la Gestión deMantenimiento de Pavimento (Pavement Managment System). Es posible que lasdefiniciones presentada no coincidan con otros trabajos o instructivos pero, por fortunano son muchos los términos sinónimos que se utilizan en esta área de la ingeniería porlo cual, las definiciones que se adopten no deberían constituir un obstáculo paraentender la problemática. La gestión de mantenimiento de pavimento comprendediversas acciones específicas que se puede realizar a la infraestructura vial, las cualesse revisan en las siguientes sub-secciones.

o Conservación elementos complementarios infraestructura vial.o Conservación condición funcional.o Rehabilitación condición estructural.o Reparación localizada.o Reconstrucción.

a) 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 derespuesta. En cualquier caso no es necesario emplear modelo de deterioro para laplanificación del mantenimiento. Dentro de las acciones de conservación másimportantes de los elementos complementarios y que dicen relación con la durabilidadde un pavimento es la conservación de los sistemas de drenaje.


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b) Conservación Condición Funcional del Pavimento

La conservación de la condición funcional de un pavimento se refiere específicamenteal mantenimiento de la calidad funcional de la superficie de un pavimento sobre los

umbrales especificados. En un programa de gestión de pavimento la condición funcionala la cual se le asigne una acción de conservación debe necesariamente presentarse enforma 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 técnicasde conservación que se aplican tanto a pavimentos de asfalto como de hormigón, noaportan capacidad estructural pero, dependiendo de la técnica específica puedendisminuir significativamente la tasa de deterioro de ciertos tipos de fallas estructurales yextender la vida de diseño estructural de un pavimento.

c) Rehabilitación Condición Estructural del Pavimento

La diferencia entre una acción de conservación y una de rehabilitación, radica en queésta última necesariamente recupera o aporta capacidad estructural al pavimentoconservando parte o toda la estructura existente. Aunque, como se mencionó en lasección anterior, a pesar de que las técnicas de conservación no aportan capacidadestructural estas pueden extender significativamente la vida de diseño estructural de unpavimento. Por lo cual, las acciones de conservación también se consideran dentro delas 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.El diagnóstico de una estructura de hormigón que se encuentre en estado de deterioroavanzado, puede resultar una tarea difícil debido a que el deterioro estructural puedepresentarse “enmascarado” por una serie de factores difícil de evaluarretrospectivamente. Por otra parte, una rehabilitación estructural requiere de un diseñode los espesores de la estructura de refuerzo, lo cual tampoco resulta simple debido aque es relativamente difícil precisar la capacidad estructural remanente de unaestructura y los métodos de diseño de refuerzo estructural tienen una base muyempírica. Al igual que para el diseño de una acción de conservación el diseño de unarehabilitación requiere que el pavimento muestre no solo una sintomatologíageneralizada pero además que se presente con un cierto grado de homogeneidad.

Las técnicas de rehabilitación estructural son varias y en los últimos años se hanincorporado nuevas técnicas que otras ofrecen otras alternativa para la gestión demantenimiento. Las técnicas de rehabilitación para pavimentos de asfalto y hormigóndifieren y estas se revisan en la siguiente sección.

Las nuevas alternativas de rehabilitación estructural permiten manejar diferentesestrategias constructivas. Por ejemplo, como se grafica en la Figura 17, si se pudiera


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indicar la Condición Estructural en el eje “y” se podría mostrar gráficamente el modelode deterioro estructural esperado de un pavimento y el efecto que podrían tenerdiferentes tipos de acciones de rehabilitación.

Millones de EE

C o n d .

E s t r u c t u r a l

Rehabilitación

con Recapado

Rehabilitación

con Reciclado

Millones de EE

C o n d .

E s t r u c t u r a l

Rehabilitación

con Recapado

Rehabilitación

con Reciclado

Figura 17: Efecto de Diferentes Técnicas de Rehabilitación de Condición Estructural

d) Reparación de Pavimento

Eventualmente un programa de gestión para la conservación y rehabilitación debeconsiderar planes de contingencia para la reparación de fallas localizadas producto dela variabilidad natural de los procesos de construcción o producto de errores

constructivos no detectados en la etapa de recepción. Este tipo de acciones sedenominan simplemente reparaciones y entre estas la más común es el bacheo,reemplazo de losas y otra serie de técnicas especiales para recuperar pavimentosdeformados. Ejemplo: Inyección de losas hormigón asentadas.

e) Reconstrucción

La reconstrucción en si no se considera una acción de mantenimiento sin embargo,dentro de un programa de gestión de mantenimiento de pavimento ésta alternativa debeestar considerada dentro de las opciones de rehabilitación. Existen muchas situacionesque pueden justificar la decisión de construcción por la de rehabilitación. Entre estas:

o Estado avanzado de deterioro del pavimento, no hace recomendable unarehabilitación.

o Las condiciones de solicitaciones de tránsito proyectadas son mayores a las quela estructura pueda resistir aun con una capa de refuerzo.

o Las cotas de la rasante no pueden ser modificadas.o Cambio parcial en el trazado geométrico.o Colapso prematuro de un pavimento


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o Cuando el diagnóstico indique que existen problemas de subrasante (Ej. bajacapacidad de soporte, contaminación con finos con exceso de bombeo, etc.).

3.5 Técnicas de conservación y rehabilitación

En la siguiente sección se presenta un resumen de las principales técnicas utilizadaspara la conservación y rehabilitación de pavimentos de hormigón. Algunas de estastécnicas varían según sea la tecnología específica que se utilice pero, lo que se deseadestacar en esta sección es el efecto esperado de los diferentes tipos de acciones deconservación y rehabilitación.

a) Técnicas de Conservación Pavimentos Hormigón

o Sellado de Juntas y Grietas. Permite reducir el efecto negativo que significa parala integridad de estructura de pavimento la abertura de juntas y grietas. Permitereducir el deterioro de los bordes de juntas y grietas.

o Cepillado (Diamond Grinding). Rebaje de un espesor de hasta 5 mm delpavimento para reducir principalmente el efecto de escalonamiento. Mejora el IRI,y resistencia a la fricción. Aumenta desgaste de neumáticos (Figura 18).

o Recapado asfáltico delgado. Consiste en la colocación de una capa delgada demezcla asfáltica sobre el pavimento existente (menor a 50 mcm). También,conocido como recapado funcional dado que por su espesor, no aporta grancapacidad estructural sin embargo, nivela deformaciones y puede corregir todaslas condiciones funcionales que se requieran El pavimento de hormigón debeestar en buenas condiciones estructurales y es recomendable copiar las juntas

longitudinales y transversales con aserrado.

Figura 18: Cepillado Pavimento Hormigón


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b) Técnicas de Rehabilitación Estructural de Pavimentos de Hormigón

o Recapados asfálticos directo y saw/seal (corte y sellado): Es una técnicaprincipalmente utilizada en pavimentos de hormigón que se deben reforzartempranamente y que aún no presentan grietas y otro tipo de deterioro estructural.

o Diseño de recapados de gran espesor: Se recomienda aumentar el espesor derecapado. A mayor espesor del recapado más se retarda la aparición de grietasreflejadas. Sin embargo, casi nunca resulta recomendable aumentar el espesormás allá de ciertos límites sólo para disminuir este efecto.

o Recapado asfáltico directo con uso de capas intermedias para retardar lareflexión de gr ietas: Esta técnica ha sido utilizada en Chile con éxito pero, estatécnica solo permite retardar la aparición de grietas período de tiempo quedepende fundamentalmente del tránsito.

o

Uso de materiales especiales de interfase (geogrillas, geotextiles, etc.):Empleo de geogrillas (o membranas plásticas). La mayoría de las membranasplásticas fabricadas especialmente para recapados asfálticos, permite disminuir oeliminar los espesores adicionales que se suelen colocar para retardar la reflexiónde grietas (no incluye disminución de espesores de diseño). Sin embargo, se debetener en consideración que la efectividad de estos elementos es muy sensible alos procedimientos utilizados para colocarlos.

o Recapado directo utilizando mezclas asfálticas especiales (asfalto caucho,asfalto modificado): Se recomienda que el empleo de capas elastoméricas sesuplemente con espesores mayores o de fracturamiento previo.

o Fracturamiento previo de las losa de hormigón: Agrietamiento/asentamiento(Crack and Seat), quiebre/asentamiento (Break and Seat) y pulverizado/triturado(Rubblizing). Esta técnica es la

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