Evaluacion de Pavimentos de Adoquines

8/10/2019 Evaluacion de Pavimentos de Adoquines

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

RECINTO UNIVERSITARIO PEDRO ARAUZ PALACIOS

FACULTAD DE TECNOLOGIA DE LA CONSTRUCCION

MAESTRIA EN INGENIERIA DE TRANSPORTE

TEMA:

ANALISIS Y EVALUACION DE LASCARACTERISTICAS GEOMETRICAS DE LOS

PAVIMENTOS DE ADOQUIN EN LAS VIASRURALES DE NICARAGUA

Trabajo de Tesina para optar el Grado de Master en Ingeniera deTransporte

Elaborado por:

ING. LUBINA CANTARERO ZEAS

ING. DOUGLAS MENDEZ TALAVERA

Tutor:MSC. ING. NOEL HEREDIA VERANES

Managua, Nicaragua

AGOSTO 2003


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AGRADECIMIENTO

A Dios nuestro Seor, por atender las peticiones de nuestra Santa Madre, laSiempre Virgen Mara, Auxiliadora de los pecadores.

A mi flaco, por su incondicional apoyo, siempre estuvo presente en todos losmomentos que le necesit.

Muchas Gracias, Ing. Noel Heredia Veranes, adems de tutor, encontr en l,un gran amigo.

Al Ing. Gustavo Vsquez, por toda la informacin que nos consigui y por todoel apoyo brindado para hacer posible la realizacin de ste trabajo.

Al eterno maestro, consejero y amigo, Ing. Peter Sprtz.

Al Ingeniero Carlos Morice Martinez, nunca olvidar sus gestiones al inicio dela Maestra.

A Carlos Silva, Roberto Morales, Marthita Torrez, a Gerald, a la AngelitaSenovia, a Carlitos Montiel, Alvaro Flores y a todas aquellas personas que deuna forma u otra hicieron posible la realizacin de esta tesina.


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DEDICATORIA

A Dios Nuestro Seor y a Nuestra Madre Celestial, la Siempre Virgen Mara.

A mi esposo, Julio Cesar Vanegas C, a los tesoros ms grandes de mi vida,mis hijas: Mara Mercedes y Luby Gisselle

A Doa Gloria, Don Sal, Doa Coco y la Chilita.

A Imelda, Mara Auxiliadora, Leslie Nazarena, Sal Alfredo y Maria Cecilia.

Quiero sientan propia la satisfaccin de haber alcanzado esta meta.


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Anlisis y Evaluacin de las Caractersticas Geomtricas de los Pavimentos de Adoqun en las vas rurales de Nicaragua

Tesis de maestra presentada por los Ings. Lubina Cantarero y Douglas Mndez T i

CONTENIDO

TUListado de Abreviaturas UT........................................................................................................ vi

TUResumen UT............................................................................................................................... vii

TUIntroduccion UT.......................................................................................................................... ix

TUObjetivosUT........................................................................................................................................ xTUObjetivo GeneralUT....................................................................................................................................... xTUObjetivos EspecficosUT................................................................................................................................ x

TUMetodologa de InvestigacinUT...................................................................................................... xiTUProcedimiento para la recoleccin de la InformacinUT.............................................................................. xi

TUAnlisis de Informacin y ResultadosUT....................................................................................... xii

TUHiptesisUT....................................................................................................................................... xii

TU1UT TUEstado del Arte de los Pavimentos de Adoquin UT............................................................ 1

TU1.1UT TUHistoria de los Pavimentos de Adoqun UT ......................................................................... 1

TU1.2UT TULos AdoquinesUT.................................................................................................................. 3

TU1.3UT TUComportamiento de los Pavimentos de AdoqunUT.......................................................... 4TU1.3.1UT TUExperiencias de J. Knapton.UT........................................................................................................ 6

TU1.4UT TUAnlisis Terico de los Pavimentos de Adoqun UT............................................................ 9TU1.4.1UT TUAnlisis por Placa.UT...................................................................................................................... 9TU1.4.2UT TUAnlisis ElsticoUT ......................................................................................................................... 9TU1.4.3UT TUAnlisis por Elementos FinitosUT................................................................................................. 10TU1.4.4UT TUOtros Estudios realizadosUT ......................................................................................................... 10

TU1.5UT TUTransmisin de Esfuerzos de los Pavimentos de AdoqunUT ......................................... 11TU1.5.1UT TUTrabazn de los adoquinesUT........................................................................................................ 12TU1.5.2UT TUTrabazn VerticalUT ..................................................................................................................... 12TU1.5.3UT TUTrabazn rotacionalUT .................................................................................................................. 13TU1.5.4UT TUTrabazn horizontalUT.................................................................................................................. 13

TU2UT TUCaracterizacin de los Pavimentos de Adoqun en Nicaragua UT.................................. 14

TU2.1UT TUAntecedentes Histricos del Transporte en NicaraguaUT .............................................. 14

TU2.2UT TUDesarrollo Histrico De La Red Vial UT ........................................................................ 16

TU2.3UT TUCaracterizacin De La Red Vial De NicaraguaUT ....................................................... 16TU2.3.1UT TUCaracterizacin del TrficoUT....................................................................................................... 16TU2.3.2UT TUCaracterizacin del Suelo de SubrasanteUT.................................................................................. 18

TU2.4UT TUPavimentos Adoquinados en NicaraguaUT ...................................................................... 19TU2.4.1UT TUPerodo de 1970 a 1980:UT ........................................................................................................... 19TU2.4.2UT

TUPerodo de 1980 a 1990UT ............................................................................................................ 22TU2.4.3UT TUPerodo de 1990 al 2002UT ........................................................................................................... 23TU2.4.4UT TUPavimentos de adoquines en etapa de diseo UT ........................................................................... 25

TU2.5UT TUMtodos de DiseoUT ........................................................................................................ 27TU2.5.1UT TUPerodo de 1970 a 1980 y de 1980 a 1990UT................................................................................ 27TU2.5.2UT TUPerodo de 1990 a 2002UT ............................................................................................................ 27

TU2.6UT TUNormas de Construccin y ConservacinUT.................................................................... 27TU2.6.1UT TUNormas de ConstruccinUT .......................................................................................................... 27


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Tesis de maestra presentada por los Ings. Lubina Cantarero y Douglas Mndez T ii

TU2.6.2UT TUNormas de ConservacinUT.......................................................................................................... 29TU2.6.2.1UT TULA RENOVACION DE ADOQUINESUT ......................................................................... 29TU2.6.2.2UT TUREMATESUT...................................................................................................................... 29TU2.6.2.3UT TUARENACION DE ADOQUINESUT................................................................................... 29

TU2.7UT TUDescripcin de los Trabajos de ConstruccinUT ........................................................... 30TU2.7.1UT TUAdoquinesUT................................................................................................................................. 30TU2.7.2UT TUManejo de los AdoquinesUT ......................................................................................................... 30TU2.7.3UT TUFase de CampoUT ......................................................................................................................... 32

TU2.7.3.1UT TUConstruccin del DrenajeUT................................................................................................ 32TU2.7.3.2UT TUMovimiento de tierra para la obtencin de la subrasanteUT ................................................ 33TU2.7.3.3UT TUConstruccin de las capas de base y subbaseUT.................................................................. 33TU2.7.3.4UT TURiego de la Capa de ArenaUT.............................................................................................. 34TU2.7.3.5UT TUColocacin del AdoqunUT.................................................................................................. 36TU2.7.3.6UT TULleno de JuntasUT................................................................................................................ 37TU2.7.3.7UT TUCompactacin de Adoquines de ConcretoUT ...................................................................... 39TU2.7.3.8UT TULimpiezaUT ......................................................................................................................... 40

TU2.8UT TUDescripcin de los Trabajos de MantenimientoUT.......................................................... 40

TU2.9UT TUPrincipales Problemas en las Vas AdoquinadasUT ........................................................ 41TU2.9.1UT TUFallas de DiseoUT ....................................................................................................................... 42TU2.9.2UT TUFallas de ConstruccinUT.............................................................................................................. 46TU2.9.3UT TUFallas de los MaterialesUT ............................................................................................................ 47TU2.9.4UT TUFallas de aplicacin del productoUT ............................................................................................. 47TU2.9.5UT TUFallas comunes en los pavimentos de adoqun de NicaraguaUT ................................................... 48

TU3UT TUAnlisis de la Configuracin de los Pavimentos de Adoquines UT................................. 53

TU3.1UT TULa Subestructura, Base, Subbase y Explanada.UT.......................................................... 53

TU3.2UT TUTipos, formas y resistencia de los adoquinesUT............................................................... 54TU3.2.1UT TUForma de los adoquines.UT ........................................................................................................... 54TU3.2.2UT TUTipos y patrn de colocacin del AdoqunUT ............................................................................... 54TU3.2.3UT TUEspesor de los adoquinesUT.......................................................................................................... 57TU

3.2.4UT

TU

Resistencia MecnicaUT

............................................................................................................... 58TU3.2.5UT TUJuntas entre adoquinesUT.............................................................................................................. 58TU3.2.6UT TUDeformacin.UT............................................................................................................................ 59

TU3.3UT TUVentajas De Los Pavimentos De Adoquines De Hormign.UT....................................... 59TU3.3.1UT TUFabricacin.UT .............................................................................................................................. 59TU3.3.2UT TUEjecucin.UT................................................................................................................................. 59TU3.3.3UT TUComportamiento.UT ...................................................................................................................... 60TU3.3.4UT TUMantenimiento.UT......................................................................................................................... 60TU3.3.5UT TUCostos.UT ...................................................................................................................................... 61TU3.3.6UT TUPosibilidades expresivas.UT.......................................................................................................... 61TU3.3.7UT TUComparacin De Los Adoquines Prefabricados De Hormign Con Otras Formas DePavimentacin.UT........................................................................................................................................ 61

TU

4UT

TU

Mtodos usados para el diseo de pavimentos de AdoqunUT

....................................... 63TU5UT TUFundamentacin de la nueva propuesta para NicaraguaUT......................................... 65

TU5.1UT TUFuncionamiento del PavimentoUT .................................................................................... 65

TU5.2UT TUClculo del dao producido en los pavimentos de adoqunUT ....................................... 67TU5.2.1UT TUCaractersticas mecnicas de los materialesUT ............................................................................. 71

TU5.2.1.1UT TUAdoquines de concretoUT.................................................................................................... 72TU5.2.1.2UT TUMateriales tratados con ligantes hidrulicosUT ................................................................... 72

TU5.2.2UT TUModelos de deterioro estructuralUT .............................................................................................. 72


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TU5.2.2.1UT TUFisuracin estructural por fatiga:UT..................................................................................... 72

TU5.3UT TUClculos y analisis realizadosUT........................................................................................ 74TU5.3.1UT TUTramo Masaya Las FloresUT ..................................................................................................... 75TU5.3.2UT TUTramo Santa Cruz San NicolsUT.............................................................................................. 79

TU6UT TUAnlisis tecnico economico de los pavimentos adoquinados UT..................................... 85

TU6.1UT TUCosto Unitario de los Pavimentos AdoquinadosUT ........................................................ 85TU6.1.1UT TURendimiento en la colocacinUT................................................................................................... 85TU6.1.2UT TUComponentes del Presupuesto de un proyecto de adoquinadoUT ................................................. 85TU6.1.3UT TUCostos de los proyectos ejecutados en NicaraguaUT..................................................................... 86

TU7UT TUCONCLUSIONESUT....................................................................................................... 89

TU8UT TURECOMENDACIONESUT.............................................................................................. 91

TUBIBLIOGRAFIAUT................................................................................................................. 93

TANEXOS

I. Caracterizacin de la Red vial, en trminos de vehculos pesados.II. Fotografa de Masaya Las Flores

III. Datos tcnicos de Adoquines, Ladrillera San PabloIV. Resultados del estudio de dimensionamiento y aspecto fsico de adoquines

V. Diagrama de Cargas Permisibles MTIVI. Ecuaciones para el clculo de Mdulos

VII. Tablas resumen de los resultados con los programas ALIZE III y EVERSTRESS 5.0VIII. Resultados de los ensayes a compresinIX. Salidas de los estudios con el programa ALIZE IIIX. Salidas de los estudios con el programa EVERSTRESS 5.0


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Listado de Tablas

UTabla 2-1 Clasificacin de la Red Vial EstudiadaU ........................................................................................... 16UTabla 2-2 Factores de Dao, Encuesta de 1996U .............................................................................................. 17UTabla 2-3 Comportamiento del Trnsito en la Red Vial AnalizadaU ................................................................. 17UTabla 2-4 Caracterizacin del Suelo de SubrasanteU ....................................................................................... 18U

Tabla 2-5 CBR de Subrasante. Tramos con TPDA


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UFigura 5-1 Esfuerzos en una estructura de pavimento de adoqun con capas granulares U............................... 71UFigura 5-2 Esfuerzos en una estructura de pavimento de adoqun con capas estabilizadasU ........................... 71

Listado de Fotos

UFoto 2-1 Etapas de la Construccin del Tramo: Santa Rita -MasachapaU........................................................ 21UFoto 2-2 Desgaste de los Adoquines. La Paz Centro-Len ViejoU.................................................................... 30UFoto 2-3 Descargue de los adoquines. Santa Cruz - San NicolsU.................................................................... 31UFoto 2-4 Manejo de Adoquines Santa Cruz - San NicolsU ............................................................................... 31UFoto 2-5 Manejo inadecuado de los Adoquines. Santa Cruz -San NicolsU...................................................... 32UFoto 2-6 Cunetas. Santa Cruz - San NicolsU.................................................................................................... 32UFoto 2-7 Cunetas en Construccin Santa Cruz - San NicolsU.......................................................................... 33UFoto 2-8 Conformacin de subbase estabilizada con cemento. Santa Cruz-San NicolsU .............................. 34UFoto 2-9 Compactacin de subbase estabilizada. Santa Cruz - San NicolsU................................................... 34UFoto 2-10 Preparacin de la Capa de Arena con ayuda de la raquetaU............................................................ 35UFoto 2-11 Capa de arena lista para la colocacin de los adoquines Santa Cruz-San NicolsU........................ 36UFoto 2-12 Adoquinado en estacionamiento de AGRENICU ............................................................................... 36UFoto 2-13 Proceso de colocacin de los adoquines. Santa Cruz - San NicolsU............................................... 37UFoto 2-14 Colocacin de los Adoquines. Santa Cruz - San NicolsU................................................................. 37U

Foto 2-15 Relleno de Juntas. Santa Cruz - San NicolsU

................................................................................... 38UFoto 2-16 Juntas de adoquines. Santa Cruz - San NicolsU .............................................................................. 38UFoto 2-17 Adoquines que se estn colocando en Santa Cruz - San NicolsU .................................................... 39UFoto 2-18 Proceso de compactacin. Santa Cruz - San NicolsU...................................................................... 40UFoto 2-19 Tramo Santa Rita MasachapaU ...................................................................................................... 41UFoto 2-20 Tramo La Paz Centro - Len ViejoU.................................................................................................. 41UFoto 2-21 Ahuellamiento tramo La Paz Centro - Len ViejoU........................................................................... 44UFoto 2-22 Ahuellamiento. Tramo La Paz Centro - Len - ViejoU ...................................................................... 44UFoto 2-23 Bordillo en construccin. Santa Cruz - San NicolsU ....................................................................... 45Foto 2-24 Adoquines Ladrilleria San Pablo

Foto 2-25 Depresin, tramo que comunica a Ticuantepe con la carretera Managua - Masaya

UFoto 2-26 Ahuellamiento. Santa Rita - MasachapaU ......................................................................................... 50Foto 2-27 Adoquinado del tramo Quebrada Honda en el que se observa la separacin entre adoquines

UFoto 2-28 Adoquines partidos. Dos Montes - El SauceU.................................................................................... 52


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LISTADO DE ABREVIATURAS

MTI Ministerio de Transporte e Infraestructura

DGV Direccin General de VialidadPMS Sistema de Administracin de PavimentosCERIB Centro Experimental de Investigacin para la Industria de Concreto

ManufacturadoDIN Normas AlemanasNEN Normas HolandesasSVP Simulador de vehculos pesadosBM Banco MundialBID Banco Interamericano para el DesarrolloPNUD Programa de las Naciones Unidas para el Desarrollo

AASHTO American Association of State Highway and Trasportation Officials

CBR California Bearing Ratiovpd Vehculos por daTPDA Trnsito Promedio Diario AnualUSAID Agencia de los Estados Unidos para el Desarrollo InternacionalSIECA Secretara de Integracin Econmica de CentroamricaNTON Normas Tcnicas Obligatorias NacionalesNIC-2000 Especificaciones Generales para la Construccin de Caminos, Calles

y Puentes.ICPC Instituto Colombiano de Productores de CementoIRI Indice de Regularidad InternacionalUNSW University of New South Wales, Sydney Australia

TRRL Transport and Road Research LaboratoryCEA Cement and Concrete AssociationPCA Portland Concrete AssociationICPI Interlocking Concrete Paving Institute


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RESUMEN

En el trabajo que se presenta se realiza una descripcin del estado del arte de los

pavimentos de adoqun a nivel mundial. Se realiza una sntesis de los estudiosrealizados a nivel internacional con respecto a la utilizacin y comportamiento delos adoquines una vez sometidos al trfico, la transmisin de esfuerzos en stetipo de pavimentos y los mtodos para analizar su comportamiento.

Se caracterizan los pavimentos de adoqun en Nicaragua, los antecedenteshistricos, considerando tres etapas de desarrollo, los mtodos de diseo que sehan utilizado. Adicionalmente se describen las normas de construccin yconservacin, las tcnicas de construccin y los trabajos de mantenimiento, ascomo los principales problemas encontrados en los proyectos ejecutados.

Se le dio una especial atencin a la configuracin de los pavimentos, los tipos,formas y resistencia de los adoquines, las ventajas de ste tipo de pavimentos, encuanto a fabricacin, ejecucin, comportamiento, mantenimiento y costos

Finalmente, se presenta una nueva propuesta de reducir el espesor de losadoquines, basados en una caracterizacin de la red previamente definida entrminos del trfico y suelo de subrasante. La factibilidad de sta propuesta quedcomprobada mediante anlisis del estado tensional a que son sometidos lospavimentos de adoqun. Adems, se presenta el anlisis econmico donde sedemuestra que dicha propuesta produce importantes ahorros en la economa delpas.


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SUMMARY

The present study makes a description of the state-of-the-art of the pavements ofpaving stone at world-wide level. It is made a synthesis of the studies made at

international level with respect to the use and behavior of paving stones oncesubmissive the traffic, the transmission of efforts in this one type of pavements andthe methods to analyze its behavior.

The paving stone pavements in Nicaragua, the historical antecedents arecharacterized, considering three stages of development, the design methods thathave been used. Additionally to the construction and conservation norms aredescribed, the techniques of construction and the works of maintenance, as well asthe main problems found in the executed projects.

A special attention to the configuration of the pavements, the types, forms andresistance of paving stones occurred him, the advantages of this one type ofpavements, as far as manufacture, execution, behavior, maintenance and costs

Finally, appears a new proposal to reduce the thickness of paving stones, basedon a characterization of the network previously defined in terms of the traffic andground of sub grazing. The feasibility of this proposal was verified by means ofanalysis of the tensional state that the paving stone pavements are put under. Inaddition, the economic analysis appears where it demonstrates that this proposalproduces important savings in the economy of the country.


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INTRODUCCION

La historia de los pavimentos de adoqun se da con la aparicin de los primeros

pavimentos construidos, con superficie limpia y duradera, en el ao 3000 AC, conla construccin en Creta de pisos de piedras seccionadas con juntas selladas conalgn tipo de aglomerante natural o tierra, estos se conocen con el nombre deempedrados y podra considerarse el ancestro ms antiguo de los pavimentos deadoqun.

Entre los medios de transporte existentes a principios del siglo pasado,predominaban los carruajes para personas, las bestias de carga, carretas debueyes y carretas de mulas. El automvil comenz a utilizarse. Los trazos decarreteras eran sinuosos e irregulares y en los lugares montaosos muchas de laspendientes eran pronunciadas, pues tenan valores entre el 10 y 20%, y en poca

lluviosa eran casi intransitables.En el perodo comprendido entre 1898 y 1944 ocurrieron cambios en el mundo, ascomo en el sistema de transporte, aumentando la comunicacin entre laspersonas y el intercambio de productos promovidos por los nuevos caminos. Estoconllev a pensar en una mayor consistencia al piso de los caminos existentes, loque se consigui con la colocacin en forma continua de la piedra recortada. Estatcnica de cortar roca y colocarla fue mejorando hasta la aparicin del adoqun,piedra tallada en forma de prisma para empedrados.

Surgi la industria de la prefabricacin de los adoquines de concreto, con el quese logr obtener una superficie ms uniforme, durable y resistente. ltimamente

se han desarrollado diferentes tipos de adoquines de concreto, diferencindose enla forma, dimensiones y dispositivos de transferencia de carga cuya ventajatcnico econmica es manifiesta.

En Nicaragua, la utilizacin de los adoquines en la pavimentacin de las vasrurales ha venido incrementndose en los ltimos aos, retomando la experienciaque inici en 1972, despus del terremoto de Managua. Esta modalidad depavimentos se inicia con el diseo y la construccin de los 31.70 kms., de lacarretera Empalme Santa Rita Empalme Masachapa, realizada en el lapso deseis aos (1972 1977); fue diseada, construida y supervisada de forma directapor el entonces Ministerio de Obras Publicas, actualmente Ministerio de

Transporte e Infraestructura. (MTI)

Hasta la fecha se han construido un total de 163Km, y en el presente ao el MTIest en proceso de construccin de aproximadamente 360 km de vas de adoquny en proceso de formulacin 500 km adicionales.

Se observ que los pavimentos de adoqun construidos recientemente, hanreflejado una serie de problemas que no presentaron los primeros tramos


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adoquinados, adems de que los costos por kilmetro con que se formularonestos proyectos se incrementaron, lo que oblig a una revisin de los estudios ydiseos ya finalizados, as como de los diferentes aspectos que intervienen enproceso de formulacin.

Ante tal situacin, como un aporte al desarrollo de la ingeniera vial en Nicaragua,se presenta ste documento, en el cual los autores reflejan los resultados de susinvestigaciones y una sntesis de los estudios realizados a nivel internacional conrespecto a la utilizacin y comportamiento de los adoquines una vez sometidos altrfico, la transmisin de esfuerzos y los mtodos para analizar sucomportamiento.

La parte fundamental de nuestros anlisis e investigaciones, se realizaronmediante la utilizacin del mtodo emprico-mecanicista para el diseo depavimentos. Con los resultados de los anlisis fundamentamos que los adoquinesde 8 cm de espesor son suficientes para los niveles de trfico de Nicaragua.

Apoyados en la literatura existente y disponible, se realiz una revisin de laconfiguracin de los pavimentos de adoqun, los tipos, la forma y patrones decolocacin, as como su resistencia y ventajas en la fabricacin y ejecucin de losproyectos.

Con respecto a la forma del adoqun, se aborda la conveniencia de experimentarcon adoquines de diferentes formas, se presenta una descripcin de los diferentesmtodos de diseo que se han utilizado en Nicaragua y resto del mundo, lastcnicas de construccin y mantenimiento.

Para realizar nuestras investigaciones nos plantemos los objetivos siguientes:

OBJETIVOS

Objetivo General

Evaluar y analizar las caractersticas geomtricas de los adoquines utilizadosactualmente en los pavimentos de Nicaragua.

Objetivos Especficos

Revisar, analizar y evaluar la experiencia de otros pases en cuanto a laforma de los adoquines de hormign.

Identificar porque en Nicaragua se utilizan adoquines con forma y espesornicos para la pavimentacin de carreteras rurales.

Analizar la posibilidad de reducir los espesores del adoqun queactualmente se utilizan en Nicaragua, garantizando que su aporteestructural como capa de rodamiento est en concordancia con lassolicitaciones de carga a que este sometido.


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METODOLOGA DE INVESTIGACIN

El procedimiento que se sigui en ste estudio para alcanzar los objetivosplanteados, se describe a continuacin.

En vista de que nos habamos propuesto considerar los pavimentos de adoqun yaconstruidos y los que durante la realizacin de nuestra investigacin estn enproceso de ejecucin, podemos afirmar que ste es un estudio retro-prospectivosegn el tiempo de ocurrencia.

Para alcanzar los resultados, el presente estudio combina estudios descriptivoscon analticos. Previamente se realizaron investigaciones sobre el tema,consideradas muy necesarias para el desarrollo de la Ingeniera Vial enNicaragua, las cuales constituyen el soporte de la investigacin.

Se tom en cuenta toda la experiencia internacional acumulada hasta el presentey desde el punto de vista terico, fundamentamos las aseveraciones hechas ennuestras hiptesis. Se realizaron los ensayos necesarios, sobre todo posibles ycomprobamos tcnicamente la factibilidad de los cambios propuestos.

El universo considerado en ste estudio para fundamentar algunas caractersticasmuy relacionadas con las variables involucradas, se limit nicamente a aquellostramos adoquinados ya construidos y los que estn por construirse en un cortoplazo.

Sin embargo, como se mencion anteriormente, una gran parte de los datos quese utilizaron se obtuvieron por medio del anlisis de la experiencia internacional,para lo cual se ejecutaron un sin numero de actividades encaminadas a recopilar,analizar y procesar la informacin relacionada, lo que nos permiti contar con loselementos que sustentan los resultados obtenidos.

Procedimiento para la recoleccin de la InformacinDe manera general, se describen las actividades realizadas durante nuestroestudio:

Caracterizacin del trfico predominante en las vas rurales, en trminos devehculos pesados.

Evaluacin del comportamiento estructural del pavimento de adoqun, atravs de la medicin de deformaciones con la regla de 3 metros.


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Figura 0-1 Medicin de Deformaciones con regla de 3 metros

Investigacin de los valores reales del rendimiento en la colocacin de losadoquines en los diferentes proyectos de adoquinado.

Investigacin de los costos de fabricacin de adoquines con diferenteespesor.

Investigacin de los costos de transporte del adoqun a las diferenteszonas de nuestro pas.

ANLISIS DE INFORMACIN Y RESULTADOS

Una vez obtenida la informacin necesaria se procedi al anlisis de la misma. Secompararon los resultados obtenidos en las diferentes pruebas realizadas,permitindonos valorar la veracidad de nuestra hiptesis.

HIPTESIS

Si se demuestra mediante anlisis, para los adoquinados de Nicaragua, queexisten influencias notables en el comportamiento general de la estructura de talespavimentos, teniendo en cuenta en primer lugar, las caractersticas geomtricasde los que actualmente se utilizan en el pas, el trfico pesado, su modo decolocacin y el estado tensional a que estarn sometidos; entonces puede serfactible la reduccin de espesores de los adoquines actualmente en uso conresultados favorables para la economa del pas.


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1 ESTADO DEL ARTE DE LOS PAVIMENTOS DE ADOQUIN

1.1 HISTORIA DE LOS PAVIMENTOS DEADOQUN

La historia de los pavimentos de adoqun coincide prcticamente con el inicio de

nuestra civilizacin. Cuando los romanos construyeron la Va Apia, en el ao 312AC, utilizaron trozos de piedra canteada colocados de manera de proporcionar

una superficie lisa. Esta historia ha estado estrechamenteligada a la evolucin de las vas urbanas. En la pocamedieval, las calles servan tanto para permitir el accesode peatones, carros, animales, etc.

A medida que se fueron perfeccionando los carros detraccin animal se buscaron superficies de rodadura mscontinua, que permitiera un trnsito ms cmodo; sinembargo, para lograr esto, se abandon la prctica de

colocar las piedras en estado natural y se comenz atallarlas en forma de bloques para obtener un mejorajuste entre ellas. Puede decirse que con esto aparece el

primer pavimento de adoquines. Foto 1-1,Foto 1-2

La palabra adoqun proviene del rabe ad-dukknquequiere decir piedra escuadrada.

No obstante, el proceso acelerado de urbanizacin en elsiglo XIX y la aparicin del automvil con motor de

combustin interna a finales del mismo, haca pocoprctico y poco econmico tallar la gran cantidad depiedras que requera el ritmo de pavimentacin acordecon las necesidades de esa poca. Por esto, elpavimento de adoquines de piedra comenz a serreemplazado por pavimentos de adoquines de arcillacocida, de bloques de madera y se desarrollaron lastcnicas de pavimentacin con concreto y con asfalto;stas ltimas de uso corriente y predominante en laactualidad.

Los adoquines de concreto aparecieron en Alemania a finales del siglo XIX.Despus de la Segunda Guerra Mundial, por la escasez de arcilla, los PasesBajos iniciaron la sustitucin de adoquines de arcilla por adoquines de concreto,ya que los primeros eran utilizados solo para la construccin de viviendas.

La industrializacin de los adoquines de concreto nace con la aparicin de lasNormas de Producto Alemanas en 1964 y en los Pases Bajos en 1966. Estas sebasaron en la produccin uniforme y controlada con diversos grados de

Foto 1-1 Via Apa

Foto 1-2 PrimerosAdoquinados


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automatizacin y controles de calidad, impulsados tambin por el desarrollo deequipos de fabricacin en Alemania.

Dichas tecnologas rpidamente fueron introducidas a otros pases como ReinoUnido, Sudfrica, Australia, Nueva Zelanda y Japn a finales de los aos 60 einicio de los 70. Estos pases han sido pioneros en el desarrollo y la investigacinde los pavimentos de adoqun.

En este perodo tambin se introdujo este tipo depavimentos en el Continente Americano. Costa Ricaintrodujo el producto por la experiencia del uso de estematerial en Nicaragua, investigaciones del Ing. MaxSittenfeld Roger y por el inters de la empresa Productosde Concreto. Sin duda alguna, el crecimiento y laproyeccin de este tipo de pavimentos en los ltimos aosha sido de los ms rpidos y exitosos. (27)

Los pavimentos de adoquines de concreto tienen uncampo de aplicacin casi tan amplio, como el de los otrostipos de pavimento, limitado casi nicamente por laimaginacin. Foto 1-3. Comnmente se utilizan enandenes peatonales, estacionamientos, vas internas deurbanizaciones, ciclo-vas, calles, accesos, campamentos,

estaciones de servicio, pisos industriales, revestimiento de taludes y cauces,puertos, terminales de carga, e inclusive trfico de vehculos montados sobreorugas. Ha sido comprobado que su utilizacin puede ser la solucin ideal enpases donde el mantenimiento de carreteras es ineficiente debido a la escasez defondos.

Las ventajas del adoqun respecto a otros tipos de pavimentos en el procesoconstructivo son: manejo, apariencia, seguridad y durabilidad.

Con respecto a la apariencia, permiten que se pueda incluir en ellos sealizacin,utilizando adoquines de diversos colores.

El tamao del adoqun hace que este pavimento se adapte fcilmente a trazoscomplicados y que adicionalmente, no se requieran juntas de dilatacin ycontraccin.

Su construccin no requiere el empleo de equipos sofisticados, ni de mano deobra especializada, lo que lo hace adaptable a pases en vas de desarrollo dondeexiste buena disponibilidad de mano de obra no calificada.

En zonas propensas a hundimientos diferenciales en los pavimentos, y enlocalidades donde no se hayan construido las redes de acueducto y/oalcantarillado los pavimentos se pueden reparar fcilmente y reutilizar

Foto 1-3 Zona de Carga


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aproximadamente el 95% de todo el material. Adems el pavimento se puede daral servicio inmediatamente que se reconstruya.

La alta resistencia de los adoquines, al intemperismo y a los derrames de cidos yaceites hacen que ste pavimento tenga una gran durabilidad y que requiera pocomantenimiento.

El avance tecnolgico de la industria de la prefabricacin permite produciradoquines con un buen control de calidad en grandes volmenes y a bajo costo.

Los pavimentos de concreto se siguieron construyendo hasta principios del sigloXX y el hecho de que gran cantidad de ellos an se encuentren en servicio y enbuen estado, atestigua su durabilidad y buen comportamiento, por lo que puedeafirmarse que los adoquines hoy constituyen una solucin aplicada en todas laspartes del mundo.

1.2 LOSADOQUINES

Los adoquines son elementos macizos, piedras prefabricadas de espesor uniformee iguales entre s con forma de prisma rectangular, que al colocarlos sobre unasuperficie encajan unos con otros de manera que solamente quede un pequeoespacio entre ellos. Geomtricamente deben tener una longitud nominal entre 50y 250 mm, un ancho nominal no menor de 50mm y un espesor estndar no menorde 60mm, en mltiplos de 20mm, es decir, 60, 80 y en algunos casos 100mm. Larelacin entre la longitud nominal y el ancho nominal no deber ser mayor de 4 y larelacin entre la longitud nominal y el espesor estndar no debe ser mayor de 4.Figura 1-1

Figura 1-1 Subestructura de un pavimento de adoqun

Histricamente, los cuatro tipos de adoquines que se han utilizado parapavimentar reas urbanas son los adoquines de piedra, los de madera, los

cermicos y los de hormign.

Los primeros adoquines de piedra que se utilizaron fueron guijarros de rocolocados sobre una capa de arena sellndose las juntas con una argamasa decal y arena.


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las capas inferiores, siguiendo una ley de distribucin totalmente distinta a lasantes mencionadas. Figura 1-2

Los pavimentos flexibles, si bien debido a algunas capas superficialesbituminosas, producen algn efecto de losa, ste es muy pequeo por el bajolmite de fluencia de estos materiales, que al fin fallan por traccin en sus fibrasinferiores, aun bajo el efecto de cargas livianas, en particular si stas son estticasy de accin prolongada. Pero se ha comprobado que son las cargas pesadas lasque producen el deterioro de los pavimentos. Bajo la accin de estas cargas, elefecto de losa desaparece y el material bituminoso pasa a ser considerado comomaterial homogneo. Por ese motivo, para los pavimentos flexibles se puedenaplicar las teoras clsicas de distribucin de presiones en los suelos. (10)

De ellas se deduce que el valor de las presiones en un punto dado dentro de unterreno homogneo depende del espesor de la calzada y de la carga y no de la

calidad de las capas que componen el pavimento.

Los pavimentos de adoquines no pueden considerarse rgidos, pues si bien seproducen momentos de flexin locales en la extensin de cada adoqun, esos seanulan en la junta con el adoqun vecino. Sin embargo, los adoquines no actanindependientemente. Existe una transmisin de esfuerzos a los adoquines vecinospor esfuerzo de corte. Esto existir en la medida que no supere en magnitud alesfuerzo de friccin generado entre las paredes de los adoquines por la arenafuertemente comprimida entre ellas. Quizs uno de los trabajos investigativos mscompletos llevados a cabo en este sentido, se deben a las experiencias delprofesor J. Knapton, quin analiz este fenmeno y lleg a conclusiones que se

detallarn ms adelante y como parte de nuestras investigaciones transcribimosdel Manual de Diseo y Construccin del Instituto Chileno del Cemento yHormign,(11) que corresponden a la segunda edicin del libro presentado por elSr. Jorge Barthou (10). Estas investigaciones sirvieron de base para determinar ladistribucin de presiones a travs de este elemento, y por ende llevan a disearlas diversas capas que conforman un pavimento de adoquines.

Figura 1-2 Estructuras comparativas de pavimento


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El conjunto inseparable adoqun-arena constituye la parte superficial delpavimento y es la que est expuesta en forma ms directa al efecto de lassolicitaciones externas. Es por eso que su correcta instalacin, no solo esimportante en la duracin que se espera de la calzada, sino que es determinanteen la distribucin de las presiones a las capas inferiores de modo que se cumplan

las hiptesis que han dado forma al sistema de clculo de estos pavimentos. En elproceso de vibracin posterior a la colocacin de los adoquines, la arena debepenetrar en los intersticios entre adoquines contiguos y quedar fuertementecomprimida de modo de extender el radio de accin de las presiones aplicadas enla superficie, por el progresivo aumento de la friccin que all se genera.

1.3.1 Experiencias de J. Knapton.

Las experiencias realizadas por el profesor J. Knapton resumidas en su informe"Design of Concrete Block Roads" (28) constituyen hasta la fecha, el estudio msprofundo y fidedigno del comportamiento del conjunto adoqun-arena, por lo queestimamos necesario dar a conocer una breve sntesis de sus experiencias y de

las conclusiones ms importantes que de ellas se desprenden.

Figura 1-3 Dispositivo para aplicacin de carga para un pavimento de Adoqun. Diseado por J.

Knapton

Mediante el sistema indicado en la Figura 1-3, compuesto de una sub-base deconcreto sobre la cual se tendi un pavimento de adoquines confinado en suscuatro costados, se instalaron unas celdillas de presin en la base de la arena decolocacin de los adoquines, vale decir en la parte superior de la sub-base. Este


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pavimento se someti a presin exterior mediante la aplicacin de una cargaejercida a travs de una placa circular de 125 mm de radio.

A medida que la carga iba aumentando, se iban registrando las presiones en lasceldillas ubicadas en un rea ms amplia que el rea de aplicacin, perodispuestas en un orden bien determinado. Las presiones correspondientes a

diversas presiones de placa, estn graficadas en Figura 1-4. Knapton apliccargas de hasta 25 KN (presiones de hasta 510 KN/m2) y registr las presiones enlas celdas correspondientes a cada carga aplicada. Esta experiencia fue realizadacon varias formas y patrones de colocacin de los adoquines.

Figura 1-4 Lectura de las celdillas para diversas presiones de placa

El resultado de esta experiencia se puede observar en el grfico de Figura 1-5.Amedida que la presin superficial aumenta en intensidad, la presin media en lasceldillas, medida como un porcentaje de la presin superficial, va bajandoprogresivamente hasta llegar a un valor cerca del 60% para la mayor presin

ejercida. Esta presin mxima es superior a la ejercida an por los vehculos demayor tonelaje. Es importante hacer notar que solamente se conoce el valor de lapresin entre la superficie de rodamiento y la parte superior de la subbase, no asla ley que rige la variacin de presiones.


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Figura 1-5 Presin en funcin de la carga

Una segunda deduccin de Knapton, se refiere a la vida estructural del conjuntoadoqun-arena. Para ello lo compara con el conjunto capa de rodado y capa debase de un pavimento asfltico, a travs de la variacin de presiones axiales adiversas profundidades del pavimento, en funcin de los mdulos de deformacinrelativos.

Knapton, lleg a la conclusin de que una capa combinada de adoqun (80 mm) yarena (50 mm) es equivalente a una capa asfltica de 16O mm. (10)para la cual,de acuerdo a grfico 7 de la ROAD NOTE 29 que se muestra en la Figura 1-6, sepuede esperar una vida estructural de poco ms de 1,5 millones de pasadasdeejes estndar.

Figura 1-6 Grfico N 7 Road Note 29


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Otra deduccin que formula Knapton es que el espesor del adoqun no tieneinfluencia apreciable en la curva de presiones de grfico. Sin embargo, en eldocumento: Pavimentos de Adocretos, Manual de Diseo (10), se admite que estacurva es vlida para un adoqun de 80 mm de espesor, debido a que el promediosensible de los adoquines empleados en los experimentos es cercano a ese valor.

1.4 ANLISIS TERICO DE LOS PAVIMENTOS DEADOQUN

A partir de 1960, producto de perfeccionadas tecnologas de prefabricacin dehormign, se encuentra el adoqun como elemento bsico constitutivo de lospavimentos articulados.

A pesar de que la utilizacin de los pavimentos de adoqun tiene una larga historia,la investigacin sobre su comportamiento estructural y el desarrollo de mtodos dediseo apoyados en datos experimentales, es reciente.

Para el anlisis de las caractersticas de este tipo de pavimentos se handesarrollado varios mtodos, tales como: Mtodos de Anlisis Tericos, por

Modelos o Criterios de Diseo Prctico. A continuacin se describen los mtodospara el Anlisis Terico de los Pavimentos de adoquines de hormign.

1.4.1 Anli sis por Placa.

Trabajos realizados por el Instituto del Cemento Portland en Johannesburgo y delCERIB en Francia (8, Captulo 5) han estudiado las caractersticas de unpavimento de adoquines de hormign modificando el anlisis por placas ydeterminando las propiedades de las piezas mediante el ensayo de carga conplaca.

El principal inconveniente de este tipo de anlisis es que no se pueden deducirfcilmente el comportamiento de la base y la sub-base sobre la explanada.

Despreciando esta limitacin, los trabajos de dicho Instituto, han mostrado que esposible obtener una informacin provechosa de la modificacin de la teora deplacas.

1.4.2 Anlisis Elstico

La teora del anlisis elstico es el procedimiento ms ampliamente utilizado parael estudio de pavimentos flexibles. El pavimento es representado como unasucesin de capas con unas propiedades elsticas, la distribucin de esfuerzos atravs del pavimento son calculadas en funcin de las magnitudes de la carga, sucolocacin, el espesor de las capas y sus propiedades.

Antes de la llegada de las computadoras de alta velocidad en los aos 60 sehaban hecho pequeos progresos en el anlisis de los sistemas de capas. Noobstante desde hace tiempo una variedad de soluciones elsticas han sidopublicadas incluyendo un amplio nmero de programas conocidos comoEVERSTREES, ALIZE, CHEVRON, ELSYM, BISTRO y CIRCLY. Tales programassirven nicamente para analizar la distribucin de los esfuerzos y deformacionesen un pavimento, para un espesor determinado, independientemente delprocedimiento de diseo. En nuestro anlisis, reflejado en el Captulo 5, fueron


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utilizados el EVERSTRESS 5.0 y el ALIZE III para el chequeo del estado tensionaldel pavimento de adoqun.

Debido a la lentitud del mtodo se usan simplificaciones que son aproximadas.Entre estas simplificaciones se destaca el mtodo de espesores equivalentes(MET) originalmente desarrollado por Odemark y que ha sido gradualmente

mejorado en Europa y utilizado en variedad de anlisis de pavimentos flexibles.Esencialmente el mtodo MET reemplaza los espesores de cada capa por unespesor equivalente, de forma que el pavimento pueda ser posteriormentediseado como un medio elstico. Dado que el mtodo es aproximado esnecesario incorporar factores de correccin en el clculo de los espesoresequivalentes, factores que han sido determinados obteniendo una excelentecorrespondencia entre el MET y otro tipo de mtodos. El MET ha sido aplicado conxito en el anlisis de pavimentos de adoquines de hormign.

1.4.3 Anlisis por Elementos Finitos

El uso de las teoras de placas y capas elsticas ignora la naturaleza discontinuade los pavimentos de adoquines, pero asume que pueden ser modelados entrminos de una capa elstica continua equivalente cuyas propiedades pueden serdeterminados por el ensayo de carga con placa, estudio del trfico acelerado o porlos fallos de peso en el deflector.

Una alternativa es utilizar las tcnicas de los elementos finitos para los pavimentosde adoquines, definindolos como una superficie articulada, conociendo las cargaso la incidencia de los desplazamientos en las juntas entre unidades vecinas.

Este tipo de estudios han sido realizados en Japn y Pases Bajos, demostrandoque el anlisis por elementos finitos es capaz de expresar el comportamiento

observado en los pavimentos de adoquines segn la relacin carga/flecha conms precisin que la teora de las capas elsticas.

Estas tcnicas de anlisis han sido introducidas para el estudio de pavimentos deadoquines de hormign en zonas industriales y puertos por Knapton & Meletiou enel libro "The Structural Design of Heavy Duty Pavements for Ports and OtherIndustries". En l se utiliza el Programa de Elementos Finitos Lusas, obteniendogrficos en los que se muestra la incidencia de diversas cargas sobre el pavimentoy la distribucin de esfuerzos segn el tipo de explanada.(8 Captulo 5)

1.4.4 Otros Estudios realizados

Hasta mediados de la dcada del 70, el diseo de pavimentos de adoquines seasimilaba casi completamente al diseo de pavimentos flexibles, es decir, de tipoasfltico. Las propiedades mecnicas tomadas como un conjunto no haban sidoconsideradas, incluso en pases que ya contaban con normas sobre pavimentosde adoquines como Alemania con su Pflastersteine aus Beton, DIN 18501 de1964 y Holanda con su NEN 7000 de 1966.


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Ambas normas pusieron nfasis solo en las propiedades fsicas de los adoquines,sin justificar con antecedentes tecnolgicos los mtodos de diseo propuestos.

Recin en 1976 en Inglaterra, el profesor J. Knapton investig las propiedadesmecnicas adicionales de estos pavimentos, para establecer algn mtodo dediseo y, eventualmente hacerlos ms competitivos con las soluciones

tradicionales. Para ello diseo un aparato experimental que simula un pavimentosometido a carga vertical.

Esta experiencia, realizada con varias formas y patrones de colocacin de losadoquines, demostr que las presiones en las celdas aumentaban en menorproporcin porcentual que las presiones aplicadas en la superficie.

Comparando estos resultados con la capacidad terica de disipacin de carga enpavimentos bituminosos, esto le permiti establecer un mtodo de diseoasimilado al de pavimentos flexibles.

Sin embargo, aun persista la duda acerca de si estos mtodos de diseoreflejaban el comportamiento real de los pavimentos de adoquines bajo trfico. Por

ello, la Concrete Masonry Association y la Cement and Concrete Association deAustralia (11), patrocinaron en 1978 un exhaustivo programa de ensayos a escalanatural sometidos a cargas mviles dirigido por el profesor B. Schackel, el queposteriormente fue ratificado por el mismo investigador en el National Institute ofTransport and Road Research de Pretoria, Sudfrica, empleando un simulador devehculos pesados (S.V.P.)

1.5 TRANSMISIN DE ESFUERZOS DE LOS PAVIMENTOS DEADOQUN

Estudios realizados han mostrado que los pavimentos de adoqun se vanrigidizando con el tiempo, aumentando con ello su capacidad de disipacinde carga y que las deformaciones permanentes se acumulan,fundamentalmente, al pr incipio de la vida del pavimento. Hasta que se alcanzaun estado de trabazn total, ms all del cual la deformacin del pavimento esmuy pequea. (8,10,11,16,23,38)

Tambin se vio en estos ensayos, que el comportamiento de los pavimentosdepende fuertemente de la forma de los adoquines. Ms aun, la forma de losadoquines tiene una influencia significativa en la velocidad con que el pavimentoalcanza el estado de trabazn total y determina la magnitud de carga por ruedaque el pavimento puede resistir sin fallar.

Los resultados y conclusiones de estas experiencias han servido de base a losmtodos de diseo utilizados en Australia, Sudfrica y otros pases, y han

permitido comprender mejor el comportamiento de los pavimentos de adoquinessometidos a trfico.

Recientemente se han desarrollado mtodos de diseo computacionales, quemodelan el comportamiento de los pavimentos de adoquines y permiten incluir unaamplia gama de variables en el diseo. Esto les otorga un carcter ms general ylos hace aplicables a un mayor nmero de casos que los mtodos tradicionales.Sin embargo, su utilizacin aun no se ha generalizado.


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Estudios realizados por diversos autores, han demostrado que los pavimentos deadoquines exhiben un comportamiento similar a los pavimentos flexiblestradicionales, fundamentalmente en lo que se refiere a las propiedades dedistribucin de tensiones y desarrollo de deformaciones.

Por ello, el modo de falla tpico de estos pavimentos es la acumulacin de

deformaciones permanentes (ahuellamiento), provocada por la repeticin decargas que sobrepasan la capacidad elstica de las capas del pavimento.

En el caso de los pavimentos de adoquines, la capacidad estructural de lasuperficie de rodado esta dada fundamentalmente por la transmisin de esfuerzosentre elementos vecinos.

Los ensayos de Knapton y otros investigadores han mostrado que por efecto de latransmisin de esfuerzos verticales entre adoquines, las presiones aplicadas sobrela superficie del pavimento pueden llegar a reducirse en un 40% a nivel de lasubbase, haciendo evidente con esto la capacidad estructural de esta capa.

1.5.1 Trabazn de los adoqu inesEl mecanismo que permite la transmisin de esfuerzos entre los adoquines sedenomina trabazn y se le define como la capacidad de estos elementos pararesistir un desplazamiento relativo con respecto a sus vecinos.

Una buena trabazn le confiere a los adoquines la capacidad de transmitir lascargas superficiales aplicadas en reas pequeas, amplindolas a reas msextensas de la capa de subbase manteniendo las presiones en la subrasantedentro de lmites admisibles.

La propiedad de distribucin de cargas va mejorando con el uso, producindoseprogresivamente un estado de trabazn total llamado hermeticidad, la capa de

rodadura va adquiriendo mayor rigidez y los adoquines dejan de constituir unacapa de desgaste para transformarse en una capa estructural.

Una vez lograda esta hermeticidad, el pavimento adquiere una condicin deequilibrio que no es afectada, significativamente, ni por el volumen de transito nipor la magnitud de las cargas por rueda, dentro de un rango de 2.4 a 7 t.

1.5.2 Trabazn Vertical

La trabazn vertical se consigue a travsde la arena que rellena las juntas entreadoquines. Este material proviene, enprimer lugar, de la cama de arena desde lacual asciende durante la vibracin de losadoquines rellenando el permetro inferiorde los bloques, y en segundo lugar delmaterial de sello esparcido y compactadoal finalizar la construccin del pavimento.

Figura 1-7 Sin trabazn vertical


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Una vez obtenida esta trabazn la carga de un adoqun puede trasmitirse poresfuerzos de corte a sus vecinos. En la Figura 1-7,se observa una seccin dondeno se hay trabazn vertical.

1.5.3 Trabazn rotacional

Una carga vertical aplicada asimtricamente sobre un adoqun tiende a hacerlorotar. Para que ello suceda, es necesario que dicho bloque desplace lateralmentea sus vecinos. Figura 1-8.

Sin embargo, si estos estn impedidos de desplazarse mediante una restriccin enlos bordes del pavimento, se consigue la trabazn rotacional. Figura 1-9

1.5.4 Trabazn hor izontal

Las fuerzas horizontales de aceleracin o frenaje pueden producir un lentodesplazamiento horizontal de los adoquines a lo largo de la huella principal de lacalzada y las presiones generadas, pueden llegar a romper las esquinas de losadoquines. Este fenmeno puede reducirse en gran medida aparejando losadoquines en espina de pescado, y ms aun si se emplean adoquines de caradentada.

El corrimiento no puede ser eliminado totalmente en sectores de frenaje severo,pero las medidas propuestas minimizan sus efectos evitando la rotura deadoquines y una mala impresin visual.

Fi ura 1-8 Sin trabazn Rotacional Figura 1-9 Con trabazn Rotacional


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2 CARACTERIZACIN DE LOS PAVIMENTOS DE ADOQUN ENNICARAGUA

2.1 ANTECEDENTES HISTRICOS DEL TRANSPORTE EN NICARAGUA

El transporte como actividad organizada para servicio pblico data de fines delSiglo XIX, con la introduccin del ferrocarril en 1879/1881, ya que anteriormentepor iniciativa de particulares, slo exista el servicio de diligencias (tipo decarretones tirados por mulas), que funcionaba a discrecin de emprendedores y eltrfico se haca por trochas con superficies ms o menos estables, conocidascomo Caminos Reales, que fueron abiertas desde la poca colonial y que eranusadas por el correo y los agricultores.

El desarrollo del transporte en Nicaragua ha estado ligado a ciertosacontecimientos histricos y a su posicin geogrfica en el continente como partedel Istmo Centroamericano. La Ruta por Nicaragua fue una de las preferidas (laotra fue la de Panam) durante la fiebre del oro a partir de 1848 ao del hallazgoen los Estados Unidos de Amrica, cuando los buscadores de oro, losaventureros, pioneros y oportunistas buscaron como trasladarse de Nueva York aSan Francisco de California, sin correr los peligros que enfrentaban al quererdesplazarse hacia el Oeste. La ruta Nueva York, San Juan del Norte, San Carlos,Granada (por va martima, fluvial y lacustre) y continuando por tierra hasta ElRealejo (en la cercana de Corinto), y volver a embarcarse con destino a SanFrancisco de California. La Ruta del Trnsito (as conocida) lleg a incluirposteriormente el cruce del Lago Xolotln en vapores hasta llegar al PuertoMomotombo (La Paz Vieja) y seguir por tierra hasta El Realejo. Este ltimo trechose hizo luego por ferrocarril al construirse el ramal Puerto Momotombo Len - ElRealejo.

La Ruta del Trnsito adquiri cierto atractivo al punto de despertar el inters deinversionistas norteamericanos que la dotaron de buques que surcaron el GranLago y el Lago Xolotln. Buques menores hicieron la travesa del Ro San Juanhasta San Juan del Norte.

Posteriormente, se desarroll un sistema rudimentario de navegacin entreGranada y San Carlos y otros puertos lacustre que, en combinacin con elferrocarril servan a los propsitos del transporte en la Costa del Pacfico. Este

sistema fue poco a poco perdiendo clientela a medida que entraban las carreterasen la competencia. El ferrocarril dej de competir en la dcada de los 80 y dej defuncionar y existir a principio de los 90; por su parte, la navegacin comercial en elLago Cocibolca disminuy por las mismas causas que afectaron al ferrocarril, apesar de que se hicieron algunas mejoras en los puertos principales.


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Este intento de integracin de modos de transporte, que estuvo bajo laadministracin del ferrocarril como ente autnomo, fracas por errores en laplanificacin y administracin y sobre todo, porque su autonoma no era real.

El primer automvil lleg a Nicaragua en 1902; en 1904 se reporta un total de 50,pero ni las calles ni los caminos facilitaban un transporte terrestre confiable yeficiente. En 1940, la red vial de Nicaragua contaba apenas con 201 kilmetros decaminos, de los cuales slo 52 kilmetros eran pavimentados; 24 kilmetros decaminos de todo tiempo, y el resto estaban transitables slo en estacin seca.

Sin embargo, otro acontecimiento la II Guerra Mundial, urgi a los Estados Unidosde Amrica a promover la construccin de la carretera Panamericana a lo largo detodo el Continente. Cooperaron con P2P/B3Bdel costo y en Centroamrica, dirigieronlos trabajos de ingeniera con personal estadounidense y empresas contratistas deese pas. En Nicaragua organizaron el Departamento de Carreteras, adscrito alMinisterio de Obras Pblicas, el cual lleg a ser el bastin de la vialidad en el pas.Nicaragua construy por administracin directa, las carreteras ms importantes,

fuera de la Panamericana. En la carretera a Rama, parte del proyecto fueconstruido directamente por el Departamento de Carreteras.

El Banco Mundial permiti esta modalidad de construccin en las carreteras delPrograma del Prstamo concedido en 1951, as como el BID accedi a financiar laconstruccin de vas con el prstamo concedido en 1965.

Aos ms tarde, la construccin fue realizada por contrato, mientras elmantenimiento se hizo directamente por el Ministerio de Obras Pblicas. Pormuchos aos, Nicaragua era mencionada en los Congresos Panamericanos deCarreteras como el pas que mejor mantena su red vial.

Entre 1940 y 1970, Nicaragua lleg a desarrollar una red de transportes muchomejor que la del resto de los pases centroamericanos, impulsada porfinanciamientos adecuados y la existencia de un equipo de Ingenieros y

Administradores de alta clasificacin, que con sus obras lograron mantener unequilibrio concordante con las necesidades de un rpido crecimiento econmico.

En los aos 80, la contraccin econmica, producto del estallido de la guerra civil yde un bloqueo econmico, produjo tales daos a la infraestructura, que hasta1998 no haba sido posible su recuperacin.

En Octubre de 1998, ocurri el fenmeno natural conocido como huracn Mitch,que adems de ocasionar serios daos a la infraestructura del pas, produjo laprdida irreparable de 3,000 vidas humanas. La destruccin causada a lainfraestructura de transporte asciende a unos US$326 millones, de acuerdo aestimaciones de PNUD. De un total de 18,000 Km de la red vial unos 12,600 Kmrecibieron daos a diferentes niveles, incluyendo la destruccin de 29 puentes.


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2.2 DESARROLLO HISTRICO DE LA RED VIAL

En todo el contexto histrico explicado en el inciso 2.1 y segn la ltima cifrapublicada (45) el crecimiento de la red vial ha tenido un comportamiento quepuede resumirse de la forma siguiente:

En 1940 Nicaragua tena 201 Kms., A 1979 esta red alcanza 18,137 Kms., A 1989 esa red perdi ms de 4,600 Kms., llegando a 15,287 Kms., Al 2000 alcanza 19,032 Kms., Al 2002, la red posee 18,418 Kms. Tomando en cuenta el tipo de superficie

de rodamiento, de los 18,418 kms., 16,237 kms., son caminos no pavimentados y2,181 kms., corresponden a caminos pavimentados, de estos ltimos 163 kms.,son adoquinados.

2.3 CARACTERIZACIN DE LA RED VIAL DE NICARAGUA

2.3.1 Caracterizacin del Trfico

Durante la realizacin de nuestra investigacin hicimos una serie de anlisis,bsicamente a la red vial denominada por el MTI como mantenible, o sea a8,212.73 km. Tomando como base la longitud de los caminos con al menos unregistro de volmenes de transito, disponibles en la Unidad del Sistema de

Administracin de Pavimentos del Ministerio de Transporte e Infraestructura, losque conforman aproximadamente el 89% de la red vial bsica, clasificamos la reden funcin de la superficie de rodamiento. Tabla 2-1.

Tabla 2-1 Clasificacin de la Red Vial Estudiada

Superficie de RodamientoLongitud

Km

Pavimentada 1780.63

Adoquinada 115.22

No Pavimentada 5366.43

Total 7,262.28

Del estudio de pesos por eje en diferentes puntos de la red vial, realizada confinanciamiento de la Agencia Danesa para el Desarrollo Internacional del GobiernoReal de Dinamarca (DANIDA) para el MTI, en 1996, durante la implantacin de laUnidad del Sistema de Administracin de Pavimentos, se tomaron los factores dedao por tipo de vehculo. (46). Tabla 2-2


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Tabla 2-2 Factores de Dao, Encuesta de 1996

Bus2 - 3

CaminC2

CamionC3

Remolque4-

Remolque5+

Semiremolque4-

Semiremolque5+

BusPequeo

CaminLiviano

Nic - 1 1.05 0.87 0.68 1.29 2.11Nic - 1 0.83 0.81 1.29 0.07 1.65

NIc - 2 0.38 0.62 1.2 0.26 1.68Nic - 2 0.93 0.66 0.68 1.2 2.16Nic - 3 0.92 0.93 0.76 0.4 0.17 2.58Nic - 4 0.97 0.7 1.32 0.26 2.14 2.29Nic - 7 0.87 0.91 0.82 2.83 1.45 2.03Nic - 11 0.5 0.75 0.94 1.1 2.19Nic - 12 0.57 0.73 1.08 0.13 0.5 2.06Nic - 12 0.57 0.87 1 1.58Nic - 26 0.44 0.88 0.86 1.05 1.6Nic - 28 0.75 1.05 0.99 0.35 1.35 1.83

Promedio 0.731666667 0.815 0.968333333 0.73 1.15 0.77375 1.98

Promedio 0.75 0.85 1 1 1.15 1.25 2 0.003 0.003Las cifras que estn en rojo, estn basadas en muestras pequeas, menor a 15 valores

Tipo de VehculoCarretera

Noestudiado

Noestudiado

Estos factores se aplicaron a la composicin vehicular correspondiente a cada

tramo que compone la red vial analizada, lo que nos permite convertir el volumende trnsito a ejes equivalentes de una carga de 8.2 ton por eje. Un resumen de losresultados es presentado en la Tabla 2-3 y el listado completo en Anexo I.

Tabla 2-3 Comportamiento del Trnsito en la Red Vial Analizada

Rangos de TrficoLongitud

KmPorcentaje

Veh.Promediopor tramo

% PromedioVeh. Liv.

% PromedioVeh. Pesados

Ejes Equiv.Prom. 15 aos

TPDA Menor de 100 2994.15 41.23% 52 63.78% 36.22% 104,165TPDA entre 101 y 300 2141.09 29.48% 166 63.68% 36.32% 328,444TPDA entre 301 y 500 617.34 8.50% 378 63.23% 36.77% 854,659

TPDA entre 501 y 1000 493.4 6.79% 768 66.25% 33.75% 1,548,583TPDA entre 1001 y 3000 647.88 8.92% 1,764 68.02% 31.98% 3,618,142TPDA mayor de 3001 368.42 5.07% 9,920 78.57% 21.43% 10,125,444

TOTAL 7262.28 100.00% 67.25% 32.75%

Se puede observar que aproximadamente el 70% de la red vial analizada muevemenos de 300 vpd., y solamente el 5% mueve ms de 3000 vpd. Con relacin a lacomposicin de vehculos livianos y pesados, se observa un comportamiento mso menos similar en toda la red, el promedio general es de 67.2% para losvehculos livianos y el 32.75% para vehculos pesados.

Una vez convertidos los volmenes de trnsito a ejes equivalentes, se obtuvo lacantidad de solicitaciones de cargas en el ao base, lo que nos permiteproyectarla a un perodo de diseo, que en este caso definimos de 15 aos,utilizando una tasa de crecimiento del 5%, un poco superior a la que se utiliza enlos diferentes estudios que se realizan para las diferentes direcciones delMinisterio de Transporte e Infraestructura, que generalmente es del 4%.


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Por otro lado es importante aclarar que para efectos de este estudio se utiliz eltrfico en ambos sentidos, o sea que este se consider como total para el carril dediseo. La expresin utilizada es la siguiente:

( )

( )rLn

rTT

n

iAcumulado

+

+=

1

11

donde:

TBiB: Trnsito en el ao inicialr : Tasa de Crecimiento anual del trnsiton : Periodo de diseo

Segn el resumen presentado en Tabla 2-3, categricamente se puede afirmarque los volmenes de trnsito en las carreteras de Nicaragua son bajos, y si nosconcentramos en las vas rurales consideradas en los programas de adoquinados,que son las que tiene volmenes menores a 300 vpd, es suficiente disear para un

perodo de 15 aos, en el cual se acumularan aproximadamente 500,000 ejesequivalentes.

2.3.2 Caracterizacin del Suelo de Subrasante

Utilizando como fuente de informacin los valores de CBR de subrasantedisponibles en la base de datos de la Unidad del Sistema de Administracin dePavimentos, se caracteriz el suelo de subrasante para el 88% de la red vialbsica, o sea 6036.06Km. Anexo I

Los resultados se presentan en la Tabla 2-4, clasificndola segn los valores

encontrados.Tabla 2-4 Caracterizacin del Suelo de Subrasante

Rangos de CBRLongitud

KmPorcentaje Tipo

CBR 30 188.34 3.12% Excelente30 > CBR 20 308.22 5.11% Buena20 > CBR 10 1918.17 31.78% Regular10 > CBR 6 1748.24 28.96% MalaCBR 5. 1873.09 31.03% Muy mala

TOTAL 6036.06 100.00%

La tabla anterior tiene algunos inconvenientes, ya que en algunos tramos solo sedispone de un solo sondeo en distancias mayores a 20 km, pero al no disponer deotra informacin, estamos tomando estos datos como vlidos.

Analizado solamente los tramos que tienen un TPDA menor de 300 vpd,(5135km), se extrajeron 4,149.24 km, que corresponden a tramos con valores deCBR de subrasante disponible, obteniendo los resultados que se muestran en la


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Tabla 2-5. Se observa que aproximadamente el 28.60% de estos tramospresentan valores de CBR de subrasante mayores a 10, que el Manual de Diseoy Construccin de pavimentos de adoquines (11) los clasifica de bueno aexcelente, el 33.91% con valores que oscilan entre 69, clasificados como sueloscon capacidad soporte regular y 37.48% con valores menores que 6, clasificados

como suelos con capacidad resistente mala o psima. Especficamente, para lossuelos con valores de CBR menores a 3%, dicho manual sugiere que seanmejorados antes de la construccin del pavimento, ya sea de adoquines ocualquier otro tipo, asfltico o de hormign.

Tabla 2-5 CBR de Subrasante. Tramos con TPDA


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Esta modalidad de pavimentos se inicia con el diseo y la construccin de los31.70 kms., de la carretera Empalme Santa Rita Empalme Masachapa, realizadaen el lapso de seis aos (1972 1977); fue diseada, construida y supervisada deforma directa por el entonces Ministerio de Obras Publicas, actualmente Ministeriode Transporte e Infraestructura. Se caracteriza por tener una zona de influencia

agrcola, ganadera, turstica y est clasificada funcionalmente como colectoraprincipal. Tiene una longitud de 31.70 kms., y las actividades que gener dichaconstruccin fueron la ampliacin del derecho de va, mejoramiento de cercos,cortes y rellenos en terracera para ampliar la superficie de rodamiento, mejorasen el alineamiento horizontal y vertical, restauracin del drenaje menor y mayor,construccin de la subbase y base.

UCaractersticas del TramoClasificacin Funcional : Colectora PrincipalDerecho de Va : 24 mts.

Ancho de Rodamiento : 6.70 mts.Velocidad de Diseo : 45 a 60 kph.

Pendiente : 3% al 7%Peralte Mximo : 10%Bombeo Mximo : 3%Carga de Diseo : HS - 20 - 44Rodamiento : Adoquines tipo trficoCosto por Kilmetro : 460,457 C$/km (U$ 92,000)Mtodo de Diseo : Murillo Lpez de Souza

Carga por rueda de 5 toneladasTipo de Trnsito Pesado800 a 1500 mm anuales de lluvia

U

Espesores de la Estructura de PavimentoAdoqun : 10 cms.Arena : 3 cms.Base : 11cms. (material de banco de prstamo)Subbase : 16 cms.(material de banco de prstamo)Terracera : 61 cms. (terreno natural)

Los materiales de la estructura de pavimento se clasifican segn AASHTO, enarena no plstica, la base A24 (0) y A-1-b (0) con plasticidad de cero, lasubbase A24 (0) y A-1-b (0) con plasticidad de cero, la Terracera A-7-5 (8) conplasticidad de once a diecisis, arena de sello del cauce Chiquilistagua no plstica,

y actualmente presenta una superficie de rodamiento regular. La Foto 2-1presentan varias etapas de la construccin del tramo: Santa Rita Masachapa.

De la informacin recopilada y el comportamiento en sus 25 aos de operacin,con mantenimiento casi nulo, merece comentarse que esta carretera fue muy biendiseada, construida y supervisada, esto se refleja en la calidad de sus materiales,el nivel de servicio que presta y su condicin actual.


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Foto 2-1 Etapas de la Construccin del Tramo: Santa Rita -Masachapa

Para efectos de nuestras investigaciones, se revisaron los registros histricos delos volmenes de trnsito desde 1965 hasta el 2002, con el cual calculamos latasa de crecimiento utilizando la estimacin logartmica, que nos arroj un valor de5.7%. Posteriormente, considerando que la carretera adoquinada ha estado enoperacin desde 1975, se estimaron los ejes equivalentes soportados hasta lafecha utilizando el factor de dao de la Tabla 2-2 para el C2, resultando un totalaproximado de 2 millones de ejes. El anlisis se presenta en la Tabla 2-7.

Tabla 2-7 Registros Histricos. Santa Rita - Masachapa

Ao Mes TPDAVeh.

PesadosRegistrados

%del

total

Veh. PesadosCalculados

1965 Junio 761966 Marzo 1521967 Junio 1461968 Marzo 1661969 Enero 242 149 67.4 1631970 Abril 390 204 52.4 2041971 Junio 151 54 48.7 74

1972 Diciembre 173 99 48.5 841974 Diciembre 335 151 49.19 1651975 Septiembre 265 71 40.5 1071976 Mayo 240 94 47.72 1151977 Abril 712 184 49.8 3551978 Abril 551 235 46.1 2541979 Enero 690 263 55.6 3841996 1065 46.11997 720 35.71999 1202 31.782001 897 23.722002 959 21.76

Tasa deCrecimiento 5.7% Promedio 39.9%

Ejes Equivalentes8.2Ton. Acumulados 1,991,579


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2.4.2 Perodo de 1980 a 1990

Este periodo se caracteriz por la disminucin en las inversiones viales y esto fueextensible a los pavimentos de adoquines, registrndose solamente laconstruccin de 11.42 kms, que son los que presentamos en la Tabla 2-8:

Tabla 2-8 Tramos construidos en el Perodo 1980-1990

VaLongitud

kmPeriodo de

ConstruccinU1980-1990

Emp. Pta Nic El VeleroAcceso Villa Carlos Fonseca

El Arroyo TicuantepeTOTAL

5.951.723.75

U11.42U

19801982-19831983-1984

En este perodo se seleccion El Arroyo Ticuantepe, esta ruta se caracteriza portener una zona de influencia agrcola, turstica y est clasificada funcionalmente

como colectora principal.UCaractersticas del TramoClasificacin de la carretera : Colectora Principal (funcional)Derecho de Va : 30 mts.

Ancho de Rodamiento : 6.00 mts.Velocidad de Diseo : 45 a 75 kph.Pendiente : 3% al 7%Peralte Mximo : 10%Bombeo Mximo : 3%Rodamiento : Adoquines tipo trficoCosto por Kilmetro : DATO NO DISPONIBLEMtodo de Diseo : Murillo Lpez de Souza

Carga por rueda de 5 toneladasTipo de Trnsito Pesado800 a 1500 mm anuales de lluvia

UEspesores del PavimentoAdoqun : 10 cms.Arena : 3 cms.Base : 7 cms. (material de banco de prstamo)Subbase : 28 cms. (material de banco de prstamo)Terracera : 52 cms. (terreno natural)

Los materiales de la estructura de pavimentos se clasifican segn AASHTO, enarena no plstica, la base A-1-b (0) con plasticidad de cero, la subbase A-1-b (0)con plasticidad de cero, la Terracera A-1-b (0) con plasticidad de cero yactualmente presenta una superficie de rodamiento regular.


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De la informacin recopilada y el comportamiento en sus 19 aos de operacin,con mantenimiento casi nulo, merece comentarse que esta carretera, al igual quela construida en el periodo 1970-1980, fue muy bien diseada, construida ysupervisada, esto se refleja en la calidad de sus materiales, el nivel de servicioque presta y su condicin actual.

2.4.3 Perodo de 1990 al 2002

Es en este periodo que realmente los pavimentos de adoquines han tenido unrepunte extraordinario al construirse 76.34 kms., debido al financiamiento logradocon el Banco Mundial, los tramos construidos se presentan en la Tabla 2-9.

Tabla 2-9 Tramos Construidos en el perodo 1990-2002

VaLongitud

kmPerodo de

ConstruccinU1990-2002

Rivas TolaNic 2 - El Puente Guisquiliapa

Proyecto PILOTOShell Palacaguina Pueblo NuevoShell Palacaguina PalacaguinaDos Montes El GuacucalEmp. Guanacaste MombachoEmp. Tepeyac- TepeyacEmp. Malpaisillo-Pto. Momotombo

EMERGENCIA DE MASAYANic 4 Valle La LagunaSabogales Plan de HuleRpto. CO Pacayita Valle LaLaguna

TOTAL

U1.83

1.630.20

U58.00U12.943.56

18.037.641.50

14.33

U16.514.284.607.63

U76.34U

1998-19991999

1999-20012000-20012000-20012000-20012000-20012000-2001

20012000-20022000-2002

Dada la importancia de retomar con mpetu la construccin de pavimentos deadoquines a partir de 1999, se logra un financiamiento con la Asociacin

Internacional de Fomento, mediante el crdito nmero CR 3085 NI, paraejecutar un Proyecto Piloto de Estabilizacin de Carreteras Secundarias conadoquines, ampliado por causa del terremoto en Masaya al denominado Plan deEmergencia Terremoto Masaya, ambos ejecutados bajo la administracin delMinisterio de Transporte e Infraestructura por medio de una Unidad Coordinadoradesde su fase de concepcin y que cont con la asesora de la empresa LABIAL.


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Como tramo representativo de ste perodo se escoge para su anlisis el tramoDos Montes Guacucal, subtramo de El Sauce Dos Montes.

UCaractersticas del TramoClasificacin Funcional : Colectora Principal

Derecho de Va : 20 mts.Ancho de Rodamiento : 6.45 mts.Velocidad de Diseo : 60 kph.Pendiente : 1%Bombeo Mximo : 3%Rodamiento : Adoquines tipo trfico de morteroCosto por Kilmetro : 1,962,594.59 C$/km (U$ 150,000).Mtodo de Diseo : NO DISPONIBLE

UEspesores del PavimentoAdoqun : 10 cms.

Arena : 3 cms.Base : 15 cms. (material de banco de prstamo)Sbase : 15 cms.(material de banco de prstamo)Terracera : 60 cms. (material de banco de prstamo)

Los materiales de la estructura de pavimentos se clasifican segn AASHTO, enarena no plstica, base A-2-4 (0) con plasticidad de cero y A-1-b (0) conplasticidad de seis, la subbase A-2-4 (0) con plasticidad de siete a nueve, laTerracera A-2-6 (0) con plasticidad de diecisis, Actualmente presenta unasuperficie de rodamiento buena, pero con algunos problemas puntuales, que si lacomparamos con los tramos construidos en los periodos descritos anteriormente,

se puede afirmar que estn en igual condicin.De la informacin recopilada y el comportamiento observado en sus 2 aos deoperacin, con mantenimiento casi nulo, merece comentarse que esta carreteraesta incompleta (falta de obras de proteccin, sealamiento, etc) y lo empieza amostrar en su rodamiento con baches, juntas entre adoquines mayores a 5milmetros, fallas en el confinamiento lateral, no tiene hombros, que ha su vezproporcionan soporte a la estructura, etc.

Se puede afirmar que en gran medida las fallas sealadas se han observado encasi todos los tramos construidos en el proyecto piloto y de acuerdo a lainformacin recabada en este estudio, en sus inicios fue concebido sin tomar encuenta un diseo de pavimento y en la marcha se fue mejorando, motivado por sucomportamiento ante el clima y el trfico, de hecho los alcances de obras y costosiniciales de estos caminos se vieron incrementados en ms del 85%, lo quedemuestra una formulacin deficiente del mismo. A manera de ejemplo se pued

Evaluacion de Pavimentos de Adoquines

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