“ADMINISTRACIÓN DE PAVIMENTOS“ADMINISTRACIÓN DE PAVIMENTOSPARA CARRETERAS EN MÉXICO”PARA CARRETERAS EN MÉXICO”

Por:Por:

Dr. Carlos Humberto FONSECA RODRÍGUEZDr. Carlos Humberto FONSECA RODRÍGUEZProfesor Titular de Ingeniería CivilProfesor Titular de Ingeniería Civil

ITESM, Campus MonterreyITESM, Campus Monterrey

OBJETIVO

ANTECEDENTES

ÍNDICE DE FRICCIÓN INTERNACIONAL

CONTENIDO

ÍNDICE DE FRICCIÓN INTERNACIONAL

ÍNDICE DE REGULARIDAD INTERNACIONAL

CAPACIDAD ESTRUCTURAL

SOLUCIONES DE REHABILITACIÓN

OBJETIVOOBJETIVO

Presentar las metodologías existentespara caracterización y auscultaciónempleadas en la infraestructura vial,relacionados con el diseño, construcción,conservación y rehabilitación de

OBJETIVO

conservación y rehabilitación depavimentos en carreteras, con el fin deproporcionar un panorama global delestado de arte actual en México.

ANTECEDENTESANTECEDENTES

• Cada una de las administraciones endiferentes países emplean sus metodologíasde diseño, construcción y rehabilitación depavimentos, ya que consideran importanteinvolucrar la experiencia vivida y las

ANTECEDENTES

involucrar la experiencia vivida y lascondiciones típicas del lugar.

• Sin embargo, existen metodologías comunesen estos procesos que también son adoptadasy adaptadas a cada situación, por estasadministraciones.

ANTECEDENTES

TIPOS DE PAVIMENTOS

Históricamente los pavimentos se han dividido en dos tipos:

Flexiblesy

Rígidos

pueden existir soluciones intermedias a las cuales se les ha llamado pavimentos

Combinados o Semirrígidos .

Subbase

Base

Capa Intermedia (Mezcla Densa)

Capa de Rodamiento (Mezcla Abierta)

PAVIMENTOFLEXIBLE

Riego de ImpregnaciónY Liga

Riego de Liga

ANTECEDENTES

Terracerías

Subbase

Calzada

Subrasante

Rasante

ANTECEDENTES

Base

Losas de Concreto Hidráulico(Hormigón)PAVIMENTO

RÍGIDO

Riego de Impregnación

Mezcla Asfáltica

Terracerías

Calzada

Subrasante

Rasante

ANTECEDENTES

CARACTERÍSTICAS FUNCIONALES

Existen dos CARACTERÍSTICASCARACTERÍSTICAS muy importantesque hay que tener en cuenta en el desempeño deun pavimento, éstos son:

CARACTERÍSTICAS FUNCIONALES

CARACTERÍSTICAS ESTRUCTURALES

ANTECEDENTES

• Proporcionar al usuario un espacio

Funcionalmente un pavimento a través de susuperficie deben cumplir con:

CARACTERÍSTICAS FUNCIONALES

• Proporcionar al usuario un espacioSEGUROSEGURO, CÓMODOCÓMODO y UNIFORMEUNIFORME para elusuario al transitar.

ANTECEDENTES

• Proteger las CAPASCAPAS de TERRACERÍASTERRACERÍAS

Estructuralmente un pavimento y sus capasdeben cumplir con:

CARACTERÍSTICAS ESTRUCTURALES

• Proteger las CAPASCAPAS de TERRACERÍASTERRACERÍASde la acción de agentes climáticos,evitando que pierdan capacidadportante.

• Resistir las CARGASCARGAS de los vehículos ytransmitirlas a las capas inferiores.

ANTECEDENTES

Para determinar el estado actual de estasCARACTERÍSTICASCARACTERÍSTICAS, debe de medirse ciertasPROPIEDADESPROPIEDADES FÍSICASFÍSICAS, definidas en la mayoríasde los casos como ÍNDICESÍNDICES, éstos son:

ÍNDICE DE FRICCIÓN INTERNACIONAL

ÍNDICE DE REGULARIDAD INTERNACIONAL

PROFUNDIDAD DE RODERA

CAPACIDAD ESTRUCTURAL

ÍNDICE DE FRICCIÓN INTERNACIONALÍNDICE DE FRICCIÓN INTERNACIONALIFI

IFI

Para definir el “International“International FrictionFriction Index”Index”IFI, se parte de un concepto básico de laFísica que es el Coeficiente de Fricciónconocido Miu, µµµµµµµµ.

W

µµµµW

F

F = µµµµW

µµµµ = F////W

IFIADHERENCIA NEUMÁTICO-PAVIMENTO

Lámina de

Sentido de la marcha

Condiciones de contacto entre neumático moviéndose y pavimento mojado.

(Desmond F. Moore).

Lámina de agua

Zona A Zona B Zona C

Superficie de rodamiento

IFIPROPIEDADES ANTIDESLIZANTES

En el Congreso Mundial de la AIPCRcelebrado en Bruselas en 1987 se definieronciertas bandas de la textura de la capa derodamiento de los pavimentos, éstas son :

• Microtextura , irregularidades superficialesdel pavimento menores de 0.50 milímetros,que depende de la mineralogía del pétreo.

• Macrotextura , irregularidades superficialesdel pavimento entre 0.50 y 5 milímetros,que depende de la granulometría delpétreo.

rodamiento de los pavimentos, éstas son :

IFI

A continuación se listan algunos equipos.

NORSEMETER (Noruega)

SKIDDOMETER (Suiza)

STUTT REIBUNGSMESSER (Alemania)

MEDICIÓN DE MICROTEXTURA

STUTT REIBUNGSMESSER (Alemania)

Camión Bloqueado ASTM E-274 (EEUU)

Péndulo de Fricción Inglés (Reino Unido)

MuMeter (Reino Unido)

ODOLIOGRAPH (Bélgica)

SCRIM (Reino Unido)

IFIMEDICIÓN DE MICROTEXTURA

ASTME305“StandardTestMethodForStoppingMeasuringMeasuringSurfaceFrictionPropertiesUsingthe BritishPendulumTester”

IFIMEDICIÓN DE MICROTEXTURA

ASTME305“StandardTestMethodForStopping

Fricción, Valor de CDR

EVALUACIÓN

< 0.32 PROHIBIDO

Especificación de Microtextura propuesta para el Estado de Nuevo

León, México

StoppingMeasuringSurfaceFrictionPropertiesUsingthe BritishPendulumTester”

0.32 – 0.42 MALO

0.42 – 0.52 BUENO

> 0.52 MUY BUENO

IFI

Vehículo para textura FHWA (EEUU)

Perfilómetro móvil VTI (Suiza)

RST AEPO (España)

A continuación se listan algunos equipos.MEDICIÓN DE MACROTEXTURA

RST AEPO (España)

Perfilómetro móvil CRR (Bélgica)

Perfilómetro estacionario CRR (Bélgica)

Círculo de arena ASTM (EEUU)

Drenómetro (España, Bélgica, EEUU)

SCRIM (Reino Unido)

IFIIFIMEDICIÓN DE MACROTEXTURA

ASTM E 965 “Standard Test Method For Stopping Stopping Measuring Surface MacrotextureDepth Using a Sand Volumetric Technique”

IFIMEDICIÓN DE MACROTEXTURA

Textura (mm) EVALUACIÓN

< 0.43 PROHIBIDO

ASTM E 965 “Standard Test Method For Stopping

Especificación de Macrotextura propuesta para el Estado de Nuevo

León, México

0.43 – 0.63 MALO

0.63 – 0.83 BUENO

>0.83 MUY BUENO

Stopping Measuring Surface MacrotextureDepth Using a Sand Volumetric Technique”

METODOLOGÍA

Con los valores de FricciónFricción (microtexturamicrotextura ) y deTexturaTextura (macrotexturamacrotextura ) arrojados por las

IFI

anteriores normas sirven de base para elcálculo de los valores FF6060 y SpSp que son losparámetros que definen al Índice de Friccióninternacional, IFIIFI, expuesto por el modeloPIARC (Asociacion Mundial de Carreteras).(NORMANORMA ASTMASTM EE--19601960--9898)

IFI

ÍNDICE DE REGULARIDAD INTERNACIONALÍNDICE DE REGULARIDAD INTERNACIONALIRI

IRI

� A pesar de la contribución de CAREYCAREY [[6060]] ,no fue sino hasta el proyecto desarrolladopor la AASHO en su proyecto ROAD TEST[Highway Research Board, HBR 62], cuando

SERVICIABILIDAD

[Highway Research Board, HBR 62], cuandose desarrollo a plenitud el CONCEPTOCONCEPTO DEDESERVICIABILIDADSERVICIABILIDAD , dándosele pocaimportancia a la calidad de servicio que lospavimentos prestaban .

• Las distorsiones de la superficie del pavimentogeneran ACELERACIONESACELERACIONES en las dos direcciones delvehículo VERTICALVERTICAL y LATERALLATERAL .

• La ACELERACIÓNACELERACIÓN VERTICALVERTICAL es la que máscontribuye a violentar la comodidad de los usuarios ydepende de la DISTORSIÓNDISTORSIÓN LONGITUDINALLONGITUDINAL del

REGULARIDAD SUPERFICIAL

IRI

Aceleración Vertical

Aceleración Lateral

depende de la DISTORSIÓNDISTORSIÓN LONGITUDINALLONGITUDINAL delPERFIL del pavimento

IRI

� Fue desarrollado en BRASILBRASIL en 19821982,auspiciado por el BANCOBANCO MUNDIALMUNDIAL.

INTERNATIONAL ROUGHNESS INDEX

� Fue adoptado como estándar por la FederalHighway Administration, FHWAFHWA, comoHighway Performance Monitoring System,HPMS, en 1987.

Condiciones Superficiales

El Índice de Regularidad Internacional, IRI, de unasuperficie de pavimento, es una escala utilizadapara medir las irregularidades de la superficie porla cual transitan los vehículos, las cuales generan

IRI

la cual transitan los vehículos, las cuales generanuna respuesta de un vehículo de motor genérico yson representadas por aceleraciones verticales delmismo.

La unidades del IRI están en m/km.

PERFILÓGRAFOS

IRI

CALIFORNIACALIFORNIA

RAINHARTRAINHART

• Response-Type Road Roughness Measuring System,RTRRMSRTRRMS.

MAYS RIDE METER

IRI

• Mide perfiles longitudinales en la huellas.• Mide a 22, 55 y 90 Km/h.• Mide longitudes de onda entre 0.6 y 30 m.

ANALIZADOR REGULARIDAD SUPERFICIAL

IRI

• Mide 15 perfiles longitudinales.• Mide el perfil transversal.• Mide la textura de la superficie, Macrotextura.

PERFILÓGRAFO LASER ALTA CAPACIDAD

IRI

• Equipo de nueva generación, ligero y versátil.

NON-CONTACT LIGHTWEIGHT PROFILINGDEVICES

IRI

IRI y PR

Condiciones SuperficialesIRI

1 2 34 5

5 LASER

Este equipo permite obtener:

� Cinco perfiles longitudinales de carril, IRI

Condiciones SuperficialesIRI-PR

� Cinco perfiles longitudinales de carril, IRI

� Un perfil transversal del carril, PR

Clasificación del IRI:

� IRI ≤ 2.81 m/Km. Si el promedio del IRI ensubtramos de 1 Km que forman parte de secciones

Condiciones SuperficialesIRI-PR

subtramos de 1 Km que forman parte de seccionesde 10 Km de longitud o menores está en esterango, se puede considerar que la superficie derodamiento del pavimento está en buenascondiciones y requiere solamente de aplicacionesde técnicas de conservación rutinaria.

Condiciones SuperficialesClasificación del IRI:

�IRI > 2.81 m/Km. Si el promedio del IRI ensubtramos de 1 Km que forman parte de secciones

IRI-PR

de 10 Km de longitud o menores está en esterango, se puede considerar que la superficie derodamiento del pavimento está en malascondiciones y requiere de aplicaciones de técnicasde conservación correctiva en zonas aisladas y/ode técnicas de conservación preventiva, realizandoestudios previos para definir las técnicas aemplear.

Clasificación de la Profundidad de Rodera, PR:

� PR ≤ 5.0 mm. Las condiciones de la superficie derodamientos es buena y las zonas son aceptables .

Condiciones SuperficialesIRI-PR

rodamientos es buena y las zonas son aceptables .

� 5.0 < PR ≤ 15.0 mm. Las condiciones de lasuperficie de rodamientos es regular y las zonas eneste rango deben de ser corregidas.

� PR > 15.0 mm. Las condiciones de la superficie derodamientos son malas y las zonas son rechazadas.

12

14

16

18

20

INDICE DE REGULARIDAD INTERNACIONAL, IRI (m/km)

0

2

4

6

8

10

12

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75

CADENAMIENTO (km)

IRI (

m/k

m)

RODADA IZQUIERDA RODADA DERECHA

3.833.6223.533.26220+00010+000

4.033.5613.673.22110+00000+000

C. BajaC. AltaSecciónC. BajaC. AltaSección

Cuerpo BCuerpo AAl KmDel Km

INDICE DE REGULARIDAD INTERNACIONAL, IRI (m/km)

3.123.1083.102.87876+80070+000

2.672.6273.322.96770+00060+000

3.213.4563.243.03660+00050+000

3.923.9753.613.17550+00040+000

3.333.2743.072.84440+00030+000

3.473.8432.982.75330+00020+000

3.833.6223.533.26220+00010+000

5.00

Carril Alta Carril BajaCuerpo A

INDICE DE REGULARIDAD INTERNACIONAL, IRI (m/km)

2.00

3.00

4.00

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Secciones

IRI (

m/k

m)

2.81

0

5

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75

CADENAMIENTO (km)

PROFUNDIDAD DE RODERA, PR (mm)

10

15

20

25

PR

(m

m)

RODADA IZQUIERDA RODADA DERECHA

PROFUNDIDAD DE RODERA, PR (mm)

Del Km Al KmCuerpo A

Sección C. Alta C. Baja

00+000 10+000 1 2.05 7.8900+000 10+000 1 2.05 7.89

10+000 20+000 2 2.74 8.85

20+000 30+000 3 2.49 10.81

30+000 40+000 4 2.54 10.04

40+000 50+000 5 2.53 8.59

50+000 60+000 6 2.35 9.53

60+000 70+000 7 2.42 9.94

70+000 76+800 8 3.03 11.10

PROFUNDIDAD DE RODERA, PR (mm)

15.00

20.00

Carril Alta Carril BajaCuerpo A

0.00

5.00

10.00

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Secciones

PR

(m

m)

CAPACIDAD ESTRUCTURALCAPACIDAD ESTRUCTURAL

CE

� Las DEFLEXIONESDEFLEXIONES han sido empleadas paraevaluar la CAPACIDADCAPACIDAD ESTRUCTURALESTRUCTURAL delos pavimentos InSitu.

DEFLEXIONES

� Con sus valores es posible realizar unCÁLCULOCÁLCULO INVERSOINVERSO para determinar elMÓDULOMÓDULO DEDE ELASTICIDADELASTICIDAD de las capas quecomponen el pavimento.

CEDatos generales del camino.

3.62 m 1.02 m 0.85 m 3.62 m 3.46 m 0.46 m 1.70 m 3.60 m

CARRIL DE BAJA CARRIL DE BAJA CARRIL DE ALTA CARRIL DE ALTA

Autopista en Estudio

3.62 m 1.02 m

CUERPO A CUERPO B

0.85 m 3.62 m 3.46 m 0.46 m 1.70 m 3.60 m

CEEstructura Actual del Pavimento

Radar de Penetración, GPR.

CE

Sondeo Km 41+000 Cuerpo

Estructura Actual del Pavimento

CE

km

0.0

10.0

0.0

2.0

4.0

6.0

8.0

10.0

12.0

14.0

16.0

18.0

20.0

22.0

24.0

26.0

28.0

30.0

32.0

34.0

36.0

38.0

40.0

41.9

43.9

45.9

47.9

49.9

51.9

53.9

55.9

57.9

59.9

61.9

63.9

65.9

67.9

69.9

71.9

73.9

75.9

Estructura Actual del Pavimento

PR

OF

UN

DID

AD

(cm

)

20.0

30.0

40.0

50.0

60.0

70.0

80.0

90.0

100.0

CARPETA BASE SUBBASE

CEEstructura Actual del Pavimento

Carpeta Base

Mediante el Radar de Penetración se obtiene los Espesoresde las capas que integran el pavimento, Cuerpo A

Carpeta Asfáltica

Base Asfáltica

Sub-Rasante

Valor Medio (cm)

6.29 Valor Medio (cm)

22.07 Valor Medio (cm)

31.88

Desv.Est. (cm) 0.82

Desv.Est. (cm)

7.11 Desv.Est. (cm)

7.71

Valor Máx. (cm)

11.01 Valor Máx. (cm)

59.22 Valor Máx. (cm)

75.32

Valor Mín. (cm)

3.20 Valor Mín. (cm)

6.74 Valor Mín. (cm)

1.45

CE

Medición de DESPLAZAMIENTOS VERTICALES :

� Se emplea un equipo de impacto, tipo HWD, simulael efecto producido por el paso de las cargas(vehículos). Durante el impacto se registran losdesplazamientos verticales y sus tiempos deocurrencia mediante 7 geófonos (sensores), conespaciamiento usual de 30, 45, 60, 90, 120 y 180 cm,a partir del sensor localizado bajo la carga. La cargaaplicada para este tipo de autopistas oscila entre 6toneladas, con una placa de 30 cm de diámetro.

CE

• Viga BENKELMANBENKELMAN

•• DYNAFLECTDYNAFLECT

A continuación se listan algunos equipos.MEDICIÓN DE DESPLAZAMIENTOS

•• DYNAFLECTDYNAFLECT

•• ROADROAD RATERRATER

• DYNATEST Falling Weight Deflectometer

• KUAB Falling Weight Deflectometer

• PHOENIX Falling Weight Deflectometer

CEVIGA BENKELMANBENKELMAN

CEDYNAFLECTDYNAFLECT

CEROADROAD RATERRATER

CEDYNATEST Falling Weight Deflectometer

CEKUAB Falling Weight Deflectometer

CE

HDW, Cuerpo A

DYNATEST Falling Weight Deflectometer

CECapacidad Estructural

Este equipo permite obtener:

� Desplazamiento Verticales en los 7 sensores

� Con los desplazamientos y un cálculo inverso seobtienen los Módulos Elásticos de las capas queintegran el pavimento

CE

DE

SP

LAZ

AM

IEN

TO

VE

RT

ICA

L (mm

)

km

0.0

0.1

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

30.00

35.00

40.00

Resultados de DESPLAZAMIENTOS VERTICALES

DE

SP

LAZ

AM

IEN

TO

VE

RT

ICA

L (mm

)

0.2

0.3

0.4

S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7

CECapacidad Estructural

Carp. Asf.

Base Asf. Subrasante Capas Inf.

Valor Medio Valor Medio (Kg/cm2)

29,960 39,052 3,681 2,010

Desv.Est. (Kg/cm2) 12,645 5,799 1,994 1,201

Valor Máx. (Kg/cm2) 50,307 63,846 9,725 7,518

Valor Mín. (Kg/cm2) 15,022 10,180 1,284 536

CECapacidad Estructural

Con los valores de los Módulos Elástico, E i, sepueden evaluar los Coeficientes Estructurales, a i:

a2 = 0.249 (logE 2) – 0.997 Base

a3 = 0.227 (logE 3) – 0.839 Subbase

CECapacidad Estructural

MATERIAL TIPOCOEFICIENTE ESTRUCTURAL

a1 a2 a3

CAPA DE RODAMIENTOMezcla en calienteMezcla en frío InSituMortero asfáltico

O.440.200.40

CAPA DE BASEGrava arenosaPiedra TrituradaBASE CEMENTO PORTLANDResistenciaa compresióna los y díasBASE CEMENTO ASFÁLTICOAgregado gruesoMortero asfálticoBASE CON CAL

≥ 45 kg/cm228 a 45 kg/cm2< 28 kg/cm2

0.070.14

0.230.200.15

0.300.250.20

CAPA DE SUBBASEGrava areniscaArena o arcilla arenosa

0.110.05-0.10

CECapacidad Estructural

SNact = a1D1 + a2D2 m2 + a3D3 m3

En la cual:a1, a2 y a3 son los números estructurales de lacapa de rodamiento, capa base y subbase,respectivamente .respectivamente .

D1, D2 y D3 son los espesores de la capa derodamiento, capa base y subbase,respectivamente.

m2 y m3 son los coeficientes de drenaje de lade la capa base y de la subbase,respectivamente.

CECapacidad Estructural

Ser

vici

abili

dad

1.5N

P1

P2 Np

PAVIMENTO EXISTENTE

Nf

SOBRECARPETA

N Aplicación de Cargas

SN

–C

apac

idad

E

stru

ctur

al

N Aplicación de Cargas

N1.5

SNo

SNOL

SNeff

Nf

SNf

SOLUCIONES DESOLUCIONES DEREHABILITACIÓN

Soluciones de Rehabilitación

Método UNAM Método IA

Método AASHTO

Alt. 1 Alt. 2 Alt. 3Alt. 1 Alt. 2 Alt. 3

Carpeta Asfáltica

12.0 6.0 9.0 11.4 11.7

Base Asfáltica 16.0 26.0 22.0 16.0 16.0

Subrasante 31.0 31.0 31.0 31.0 31.0

SUMA 59.0 63.0 62.0 58.4 58.7

Capacidad Estructural

Método UNAMMétodo IA

Método AASHTO

Alt. 1 Alt. 2 Alt. 3

Esp ai Esp ai Esp ai Esp ai Esp aiEsp ai Esp ai Esp ai Esp ai Esp ai

Carpeta Asfáltica

12 0.44 6 0.44 9 0.44 11.4 0.44 11.7 0.44

Base Asfáltica 16 0.30 26 0.30 22 0.30 16 0.30 16 0.30

Subrasante 31 31 31 31 31

SUMA 59 63 62 58.4 58.7

NÚMERO ESTRUCTURAL

4.0 4.1 4.2 3.9 3.9

“ADMINISTRACIÓN DE PAVIMENTOS“ADMINISTRACIÓN DE PAVIMENTOSPARA CARRETERAS EN MÉXICO”PARA CARRETERAS EN MÉXICO”

¡¡¡ GRACIAS !!!¡¡¡ GRACIAS !!!