evaluación del estado de la mezcla asfáltica en servicio de un

ESTADO DE LA MEZCLA ASFÁLTICA EN UN PAVIMENTO REHABILITADO
EVALUACIÓN DEL ESTADO DE LA MEZCLA ASFÁLTICA EN SERVICIO DE UN
PAVIMENTO REHABILITADO QUE PRESENTÓ AFECTACIONES DE TIPO
DEFORMACIÓN
NANCY JOHANNA LÓPEZ FARFÁN
UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA
FACULTAD DE INGENIERÍA
ESPECIALIZACIÓN EN PAVIMENTOS
BOGOTÁ D.C.
2015
1
ESTADO DE LA MEZCLA ASFÁLTICA EN UN PAVIMENTO REHABILITADO
EVALUACIÓN DEL ESTADO DE LA MEZCLA ASFÁLTICA EN SERVICIO DE UN
PAVIMENTO REHABILITADO QUE PRESENTÓ AFECTACIONES DE TIPO
DEFORMACIÓN
NANCY JOHANNA LÓPEZ FARFÁN
Trabajo de grado para optar al título de
Especialista en Pavimentos
Director
LUIS FERNANDO CANO GÓMEZ
Ingeniero Civil
UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA
FACULTAD DE INGENIERÍA
PAVIMENTOS
BOGOTÁ D.C.
2015
2
ESTADO DE LA MEZCLA ASFÁLTICA EN UN PAVIMENTO REHABILITADO
3
ESTADO DE LA MEZCLA ASFÁLTICA EN UN PAVIMENTO REHABILITADO
4
Nota de aceptación
______________________________________
______________________________________
______________________________________
______________________________________
Director de Investigación
______________________________________
Asesor Métodológico
______________________________________
Jurado
Bogotá D.C., diciembre de 2014
ESTADO DE LA MEZCLA ASFÁLTICA EN UN PAVIMENTO REHABILITADO
5
Mi trabajo, mi esfuerzo y cada uno de mis días los dedico a Dios, Él es mi fuente de
vida, mi guía, mi sabiduría, mi fuerza, mi paz, mi todo. Dedico este trabajo a Dios desde
mi corazón, porque sus caminos han sido más altos que mis caminos y sus
pensamientos más altos que los míos y hasta aquí he llegado por su fidelidad.
A mi amado esposo por siempre estar ahí, por prestarle parte de nuestro tiempo a este
proyecto llamado “especialización”, por animarme y comprenderme, por todo lo que ha
entregado para el cumplimiento de esta meta, por bajar del cielo los sueños y las
promesas para nuestro hogar y nuestra empresa.
A mi familia, en especial a mi madre, por creer siempre lo mejor de mí, por bendecir y
cubrir mi vida con oración permanente y por hacer parte del motor de mi vida.
ESTADO DE LA MEZCLA ASFÁLTICA EN UN PAVIMENTO REHABILITADO
6
AGRADECIMIENTOS
Al Ingeniero Luis Fernando Cano Gómez, por sus enseñanzas, sus consejos, su
confianza y su amistad, por creer en mí y en mi esposo como personas y como
empresa y contarnos dentro de su equipo de trabajo, por inspirarnos a soñar, por abrir
puertas en tantos lugares y compartirnos la entrada con el único interés de siempre
serle útil a quien pueda. Gracias por enseñarme que por encima del conocimiento está
ser persona, que se debe ser el mismo con todas las personas y en todo lugar y por ser
una prueba fehaciente de que los títulos nunca sustituirán la disciplina, la pasión, la
entrega, la lectura y el autoaprendizaje.
Al geotecnólogo Juan Carlos Elvira por su esfuerzo, dedicación y colaboración
dentro del desarrollo de este proyecto, por apropiarse de los trabajos de la fase de
muestreo y ensayos y participar activamente en los mismas, por compartir conmigo sus
conocimientos, prestarme sus libros, sus preciados documentos y ayudarme a
profundizar en la búsqueda de los “por qué”. Gracias por la excelencia puesta en este
trabajo.
ESTADO DE LA MEZCLA ASFÁLTICA EN UN PAVIMENTO REHABILITADO
7
RESUMEN
El presente trabajo de grado se refiere a la evaluación del estado de la mezcla
asfáltica de un sector de pavimento flexible de 7.16 Km de longitud, que con menos de
un año de rehabilitado mediante colocación de sobrecarpeta de refuerzo, presentó
afectaciones de tipo deformación. El objeto final del trabajo de grado consistió en
determinar, a partir del análisis de resultados obtenidos mediante la evaluación
realizada, la profundidad de intervención requerida para eliminar la patología presente
en el pavimento. Los análisis realizados permitieron concluir falla por estabilidad de la
mezcla asfáltica, contenido importante de arena natural en la mezcla, exceso en el
contenido de asfalto, disminución total de vacíos y finalmente un requerimiento de
retiro de 0.14 m de espesor.
La motivación de desarrollar el presente documento como trabajo de grado, surgió
de la reflexión del autor, en cuanto a que en la dinámica de la ingeniería de
pavimentos, día tras día, el ingeniero especialista tiene que enfrentar el estudio y
solución de problemas complejos, que requieren la combinación del conocimiento
adquirido, la capacidad de análisis y el buen juicio, para lo cual es necesario ir más allá
de la aplicación de formulaciones y del uso herramientas computacionales para la
determinación de espesores de pavimento. Por lo anterior, el autor decidió enfrentar y
plasmar la solución dada a una problemática real.
Palabras clave: Deformación, vacíos, asfalto.
ESTADO DE LA MEZCLA ASFÁLTICA EN UN PAVIMENTO REHABILITADO
8
ABSTRACT
This degree work concerns the evaluation of the state of the mix asphalt of a
section of flexible pavement 7.16 Km in length, with less than one year of rehabilitated
by placing overlay reinforcement, presented affectations type strain. The final objective
of the degree work was to determine, based on the analysis of results obtained from the
evaluation made, the depth of intervention required to eliminate the pathology present in
the pavement. The analyzes allowed to conclude fails for stability of asphalt mixture,
important natural sand content in the mixture, excess asphalt content, total decrease of
voids and finally a retreat request of 0.14 m thick.
The motivation for developing this document as undergraduate work, emerged
from the reflection of the author, as to which the dynamics of pavement engineering,
day by day, the specialist engineer has to confront the study and solution of complex
problems, that require a combination the acquired knowledge, the capacity for analysis
and good judgment, for which it is necessary to go beyond the application of
formulations and use computational tools for pavement thickness determination.
Therefore, the author decided to confront and expose the solution provided to a real
problematic.
Keywords: Strain, voids, asphalt.
ESTADO DE LA MEZCLA ASFÁLTICA EN UN PAVIMENTO REHABILITADO
9
CONTENIDO
pág.
1.
2.
2.1
2.2
2.2.1
2.2.2
2.3
2.4
2.4.1
2.4.2
3.
3.1
3.1.1
3.2
4.
4.1
4.2
5.
5.1
5.1.1
5.1.2
5.1.3
5.1.4
5.1.5
5.2
5.3
6.
6.1
6.2
6.3
6.4
6.4.1
6.4.2
6.4.3
6.4.4
INTRODUCCIÓN
GENERALIDADES DEL TRABAJO DE GRADO
Línea de investigación
Planteamiento del problema
Antecedentes del problema
Pregunta de investigación
Justificación
Objetivos
Objetivo general
Objetivos específicos
MARCO DE REFERENCIA
Marco conceptual
Definición de Conceptos
Marco jurídico
METODOLOGÍA
Actividades
Instrumentos o herramientas utilizadas
DOCUMENTOS DE REFERENCIA
Diseño de pavimentos año 2013
Condiciones climáticas del proyecto
Sectorización de diseño
Resistencia de la subrasante y de materiales granulares
Estado del pavimento
Tránsito de diseño
Diseño Marshall MDC-2. año 2013
Módulo dinámico de mezclas asfáltica de alto módulo (MAM)
FASE DE MUESTREO Y ENSAYOS
Sitios para auscultación
Trabajos de campo
Ensayos de laboratorio
Resultados de ensayos de laboratorio
Sitio 1
Sitio 2
Sitio 3
Determinación del Contenido de Vacíos en Agregados Finos No
Compactados
6.4.5 Inventario de daños
13
14
14
14
14
14
15
15
15
15
16
16
16
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20
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21
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28
34
34
37
38
39
40
ESTADO DE LA MEZCLA ASFÁLTICA EN UN PAVIMENTO REHABILITADO
10
7.
ANÁLISIS DE RESULTADOS
7.1
Análisis de resultados de ensayos de laboratorios
7.2
Definición de la profundidad de intervención requerida
7.3
Sitios y área de intervención
8.
DEFINICIÓN Y DISEÑO DE LA INTERVENCIÓN
8.1
Diseño método AASHTO – 93
8.1.1 Número Estructural Requerido (SNReq)
8.1.2 Espesores de Diseño AASHTO-93
8.2
Metodología mecanicista
8.3
Criterio de agrietamiento por fatiga SHELL
8.3.1 Criterio de deformación permanente sobre la subrasante
8.3.2 Deformación Vertical por Compresión
8.3.3 Esfuerzo por Compresión
8.4
Espesores de Diseño Metodología Mecanicista
9.
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
REFERENCIAS
42
42
45
45
47
48
50
50
51
51
52
52
53
53
54
57
ESTADO DE LA MEZCLA ASFÁLTICA EN UN PAVIMENTO REHABILITADO
11
LISTA DE TABLAS
pág.
Tabla 1.
Tabla 2.
Tabla 3.
Tabla 4.
Tabla 5.
Tabla 6.
Tabla 7.
Tabla 8.
Tabla 9.
Tabla 10.
Tabla 11.
Tabla 12.
Tabla 13.
Tabla 14.
Tabla 15.
Tabla 16.
Tabla 17.
Tabla 18.
Tabla 19.
Tabla 20.
Tabla 21.
Espesores existentes sectorización de diseño. Año 2013
Deflexión central y módulos de capa de los sectores de diseño
Proyección de tpd del proyecto
Proyección de ejes equivalente a 8.2 ton / carril de diseño
Resumen de diseño Marshall año 2013
Dosificación para diseño Marshall
Sitios para auscultación
Resultados sitio 1_capa superior
Resultados sitio 1_capa inferior
Tracción indirecta resistencia conservada sitio 1_capa inferior
Resultados sitio 2_capa superior
Resultados sitio 2_capa inferior
Resultados sitio 3_capa superior
Resultados sitio 3_capa inferior
Tracción indirecta resistencia conservada sitio 3_capa inferior
Contenido de vacíos agregado fino
Inventario de daños
Parámetros de diseño AASHTO-93
Número estructural requerido (snreq) AASHTO-93
Espesores de diseño AASHTO-93
Verificación espesores de diseño AASHTO-93 por metodología
mecanicista
19
19
21
21
22
23
25
32
32
33
33
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35
35
36
37
46
46
47
51
ESTADO DE LA MEZCLA ASFÁLTICA EN UN PAVIMENTO REHABILITADO
12
LISTA DE FIGURAS
pág.
Figura 1.
Figura 2.
Figura 3.
Figura 4.
Figura 5.
Figura 6.
Figura 7.
Figura 8.
Figura 9.
Figura 10.
Figura 11.
Figura 12.
Figura 13.
Figura 14.
Figura 15.
Figura 16.
Figura 17.
Figura 18.
Figura 19.
Figura 20.
Figura 21.
Figura 22.
Figura 23.
Figura 24.
Figura 25.
Figura 26.
Figura 27.
Figura 28.
Figura 29.
Figura 30.
Granulometría sitio 1_ capa superior
Sitio 1
Sitio 2
Sitio 3
Demarcación sitio 1
Demarcación sitio 2
Demarcación sitio 3
Demarcación sitio 3_2
Panela extraída sitio 1
Extracción núcleos
Extracción Núcelos_2
Núcleos Extraídos
Reparación área de núcleos
Corte de pavimento
Panela extraída sitio 2
Panela extraída sitio 3
Separación de las capas asfálticas, por panela
Disgregación de muestras de panelas
Extracción
Extracción
Extracción agregados
Agregados extraídos
Granulometría sitio 1_ capa superior
Granulometría sitio 1_capa inferior
Granulometría sitio 2_capa _superior
Granulometría sitio 2_capa inferior
Granulometría_sitio 3_capa 1 o superior
Granulometría_sitio 3_capa 2 o inferior
Venas de exudación_1
Venas de exudación_2
25
26
27
27
28
29
29
29
30
30
30
31
31
31
32
32
32
33
33
33
34
34
36
36
38
38
40
40
44
44
ESTADO DE LA MEZCLA ASFÁLTICA EN UN PAVIMENTO REHABILITADO
13
1. INTRODUCCIÓN
El trabajo de grado “Evaluación del Estado de la Mezcla Asfáltica en Servicio de
un Pavimento Rehabilitado que Presentó Afectaciones de Tipo Deformación”,
constituye
un documento técnico en el que se muestra la aplicación de los
conocimientos y herramientas adquiridas en el programa de especialización en
Ingeniería de Pavimentos, para la solución de una problemática real.
El ingeniero especialista en pavimentos está llamado a propiciar la unión entre la
academia y la industria de la construcción y uno de los medios más firmes que tiene
para lograrlo es proporcionar soluciones idóneas, a partir de la aplicación de las
técnicas adecuadas; de modo que la conclusión de los estudios que realice proporcione
seguridad al constructor frente a las inversiones que debe realizar. El presente
documento es una demostración del abordaje del anterior planteamiento.
En la condición de servicio del pavimento para el cual se realizó la evaluación del
estado de la mezcla asfáltica actual y la respectiva definición y diseño de la
intervención requerida para lograr los requerimientos futuros, se combinan importantes
aspectos como, altas temperaturas de trabajo de la mezcla asfáltica (temperatura
media del ambiente 30°C), condiciones geométricas adversas dadas por numerosas
curvas de bajo radio y pendientes verticales mayores a 6%, bajas velocidades de
circulación e importantes solicitaciones de carga, en términos de tipo de vehículos que
circulan y las repeticiones esperadas de los mismos. El sector estudiado tiene un
antecedente en particular, en cuanto a que el pavimento fue rehabilitado en el año 2013
y
a noviembre de 2014 presenta importante grado de afectación con daños tipo
deformación; por lo cual, dadas las solicitaciones de servicio mencionadas y el estado
actual del refuerzo colocado, se requirió no solo evaluar la condición de la mezcla
asfáltica y concluir sobre los agentes de falla, sino establecer y diseñar una
intervención que asegure el buen comportamiento del pavimento para las condiciones
futuras del proyecto. La longitud del sector de pavimento objeto del presente trabajo de
grado, corresponde a 7.16 km (PR8+500 – PR15+660).
ESTADO DE LA MEZCLA ASFÁLTICA EN UN PAVIMENTO REHABILITADO
14
2. GENERALIDADES DEL TRABAJO DE GRADO
2.1 Línea de investigación
La línea de investigación a la cual corresponde el proyecto “evaluación del estado
de la mezcla asfáltica en servicio de un pavimento rehabilitado que presentó
afectaciones de tipo deformación”, dentro de las líneas establecidas por la Universidad
Católica de Colombia para la Especialización en Ingeniería de Pavimentos corresponde
a: Materiales.
2.2 Planteamiento del problema
2.2.1 Antecedentes del problema
El trabajo de grado “evaluación del estado de la mezcla asfáltica en servicio de un
pavimento rehabilitado que presentó afectaciones de tipo deformación”, surge de la
necesidad de resolver una problemática real. El pavimento objeto de estudio fue
intervenido en el año 2013 mediante la colocación de carpeta asfáltica de refuerzo, sin
embargo con un corto período de puesta en servicio, presentó afectación con daños
tipo deformación, los cuales afectan la seguridad del usuario, generando así una
dificultad en el desarrollo del contrato. Por lo anterior, se requiere un apropiado diseño
de intervención, siendo predominante, mediante el desarrollo del mismo, la definición
de la profundidad óptima de intervención y de los materiales que resultan adecuados
para las condiciones particulares y futuras del proyecto.
2.2.2 Pregunta de investigación
¿Cuál es la profundidad requerida de intervención para resolver la problemática
que presenta el pavimento, de modo que con la posterior reposición se satisfagan las
condiciones particulares y futuras del proyecto?.
ESTADO DE LA MEZCLA ASFÁLTICA EN UN PAVIMENTO REHABILITADO
15
2.3 Justificación
El trabajo de grado “evaluación del estado de la mezcla asfáltica en servicio de un
pavimento rehabilitado que presentó afectaciones de tipo deformación”, aborda una
problemática real de un pavimento y se desarrolla aplicando la normativa de ensayos
vigente y las metodologías de diseño AASHTO-93 y Mecanicista, con lo cual se
constituye como un documento de carácter técnico que sirve de guía y apoyo al sector
de la ingeniería vial del país en proyectos que presenten la misma problemática o en
los que se pretenda evitar la ocurrencia de la misma. El conjunto de lecciones
aprendidas que se derivan de las conclusiones del proyecto, contribuye al buen
desarrollo de futuros proyectos de pavimentación, lo cual a su vez repercute en
beneficios para el país.
2.4 Objetivos
2.4.1 Objetivo general
Evaluar la mezcla asfáltica en servicio, de modo que pueda determinarse la
profundidad requerida de intervención para resolver la problemática que presenta el
pavimento recientemente rehabilitado.
2.4.2 Objetivos específicos
• Realizar muestreo y ensayos.
• Analizar los resultados obtenidos en laboratorio.
• Establecer la (s) causa (s) de falla del pavimento.
• Determinar la profundidad requerida de intervención.
• Establecer el tipo de intervención adecuada para la corrección de falla y para
satisfacer las condiciones futuras de servicio.
• Diseñar la intervención del pavimento.
ESTADO DE LA MEZCLA ASFÁLTICA EN UN PAVIMENTO REHABILITADO
16
3. MARCO DE REFERENCIA
3.1 Marco conceptual
El trabajo de grado “evaluación del estado de la mezcla asfáltica en servicio de un
pavimento rehabilitado que presentó afectaciones de tipo deformación”, se ubica dentro
del área de estudio del comportamiento de mezclas asfálticas. Dado lo anterior la
metodología para el logro del objetivo general se basó en la ejecución de trabajos de
campo, ensayos de laboratorio realizados bajo cumplimiento de las Normas de
Ensayos de Materiales para Carreteras, análisis de resultados obtenidos a la luz de los
conceptos básicos referentes al diseño de mezclas asfálticas por el método Marshall y
de las exigencias contenidas en las Especificaciones Generales de Construcción de
Carreteras y finalmente a la aplicación de las metodologías de diseño de pavimentos
flexibles AASHTO-93 y Mecanicista.
3.1.1 Definición de Conceptos
A continuación se presentan los conceptos relevantes que se mencionan a lo
largo del presente documento.
•
Contenido de Asfalto: Proporción de asfalto en una mezcla (Instituto del asfalto,
1992).
•
Estabilidad: Capacidad para resistir desplazamiento y deformación bajo las cargas
del tránsito
•
Estabilidad Marshall: Medida de la carga bajo la cual una probeta cede o falla
totalmente (Instituto del asfalto, 1992).
•
Exudación: Afloramiento en superficie de parte del asfalto de la mezcla (Instituto
del asfalto, 1992).
•
Flujo o Fluencia Marshall: Medida de la deformación de la briqueta en ensayo
Marshall (Instituto del asfalto, 1992).
ESTADO DE LA MEZCLA ASFÁLTICA EN UN PAVIMENTO REHABILITADO
•
17
Gradación: Distribución de varios tamaños de partículas en el agregado la cual se
determina por un análisis de tamices efectuado sobre las muestras de agregado
(Instituto del asfalto, 1992).
•
Método Marshall: Método de diseño y control de mezclas asfálticas desarrollado
por Bruce Marshall, cuyo propósito es determinar el contenido óptimo de asfalto para
una combinación específica de agregados (Instituto del asfalto, 1992).
•
Vacíos de Aire: Son espacios pequeños de aire, o bolsas de aire que están
presentes entre los agregados revestidos en la mezcla final compactada (Instituto del
asfalto, 1992).
•
Vacíos en el Agregado Mineral (VAM): Son espacios de aire que existen entre las
partículas de agregado en una mezcla compactada de pavimentación incluyendo los
espacios que están llenos de asfalto (Instituto del asfalto, 1992).
3.2 Marco jurídico
El presente trabajo de grado involucra la realización de análisis de resultados
bajo las siguientes normativas aplicables:
Norma de Ensayo de Materiales para Carreteras, del Ministerio de Transponte e
Instituto Nacional de Vías, año 2007.
Especificaciones Generales de construcción de Carreteras, del Ministerio de
Transponte e Instituto Nacional de Vías, año 2007.
ESTADO DE LA MEZCLA ASFÁLTICA EN UN PAVIMENTO REHABILITADO
18
4. METODOLOGÍA
El trabajo de grado “evaluación del estado de la mezcla asfáltica en servicio de un
pavimento rehabilitado que presentó afectaciones de tipo deformación”, tiene un
enfoque de tipo cuantitativo dado que utiliza la recolección y análisis de datos para
resolver la pregunta de investigación, además involucra la medición numérica de
aspectos relacionados con la condición del pavimento actual y el diseño de la
intervención requerida se realizará bajo la aplicación de metodologías de diseño de
formulación empírica y mecanicista.
4.1 Actividades
Para el desarrollo del trabajo de grado se definieron las siguientes actividades a
realizar:
• Visita al proyecto específicamente al sector del pavimento en servicio que presenta
la problemática.
• Realizar inventario de daños del sector.
• Recolección de muestras representativas de mezcla asfáltica para ejecución de
ensayos de laboratorio.
• Análisis de resultados de laboratorio.
• Revisión, análisis y consolidación de documentación y datos de entrada con que
cuenta la constructora.
• Definición de la profundidad requerida de intervención.
• Definición del tipo de intervención y materiales aplicables.
• Diseño de Intervención.
4.2 Instrumentos o herramientas utilizadas
Para el desarrollo del trabajo de grado “evaluación del estado de la mezcla
asfáltica en servicio de un pavimento rehabilitado que presentó afectaciones de tipo
ESTADO DE LA MEZCLA ASFÁLTICA EN UN PAVIMENTO REHABILITADO
19
deformación”, se hizo uso de los instrumentos o herramientas que se relacionan a
continuación:
• Equipo completo de laboratorio: Balanzas, Juego de tamices, prensa Marshall,
centrífuga, bomba de vacíos, cámara de acondicionamiento de muestras a
temperaturas definidas, equipo toma núcleos con corona de 4” y cortadora de disco.
• Herramientas software: Windepav, que corresponde al software de uso gratuito
creado por el Ingeniero Luis Ricardo Vásquez Varela, para la determinación de
esfuerzos y deformaciones en los puntos de interés dentro de la estructura de
pavimento.
• Equipo de oficina: Computador y cámara fotográfica.
ESTADO DE LA MEZCLA ASFÁLTICA EN UN PAVIMENTO REHABILITADO
20
5. DOCUMENTOS DE REFERENCIA
Para el desarrollo del trabajo de grado “evaluación del estado de la mezcla
asfáltica en servicio de un pavimento rehabilitado que presentó afectaciones de tipo
deformación”, la firma constructora encargada de la rehabilitación del pavimento
suministró a los documentos de referencia que se relacionan a continuación.
•
Diseño de pavimentos año 2013.
•
Diseño de mezcla densa en caliente tipo MDC-2, concreto asfáltico convencional
60-70. Enero 2013. Diseño que corresponde al aplicado para la producción de la
mezcla asfáltica colocada en el sector objeto del trabajo de grado desarrollado.
•
Módulo Dinámico de mezcla de alto módulo (MAM), concreto asfáltico modificado
tipo V. Noviembre 2014.
5.1 Diseño de pavimentos año 2013
El documento de diseño de pavimentos del año 2013, en adelante se denominará
como “diseño de pavimentos de la referencia”. De dicho documento se extractó
información requerida para el diseño de la intervención objeto del presente trabajo de
grado, correspondiente a las condiciones climáticas del proyecto, sectorización de
diseño, la resistencia de la subrasante y de las capas de pavimento existente, estado
del pavimento y proyecciones del tránsito de diseño. Lo referente a la información
extractada se relaciona en los siguientes apartes.
5.1.1 Condiciones climáticas del proyecto
Las variables climáticas representativas del proyecto se relacionan a continuación:
•
Temperatura media del ambiente: 30°C
•
Precipitación media anual: 1000 mm / año.
ESTADO DE LA MEZCLA ASFÁLTICA EN UN PAVIMENTO REHABILITADO
21
5.1.2 Sectorización de diseño
Conforme con lo consignado en el documento de diseño de pavimentos de la
referencia, en el sector objeto del presente trabajo de grado, en función de los
resultados de la caracterización geotécnica, se tienen dos (2) sectores homogéneos de
diseño, para lo cuales se concluyeron los espesores de diseño que muestran en la
Tabla 1.
Tabla 1. Espesores existentes sectorización de diseño. Año 2013.
Carpeta Asfáltica Existente
Sector
Material Granular (m)
(m)
1. PR8+500 – PR11+500
0.26
0.49
2. PR11+500 – PR15+660
0.24
0.33
5.1.3 Resistencia de la subrasante y de materiales granulares
Conforme con lo consignado en el documento de diseño de pavimentos de la
referencia, en el sector PR8+500 – PR15+660, en función de los resultados obtenidos
al realizar el procesamiento de la medición deflectométrica, se concluyeron dos
sectores adicionales a los definidos por caracterización geotécnica. Los módulos de
capas obtenidos para la estructura de pavimento existente, así como la deflexión
central respectiva, se relacionan en la tabla 2, con su correspondiente localización.
Tabla 2. Deflexión central y módulos de capa de los sectores de diseño
Sector
PR8+500 – PR10+900
PR10+900 - PR11+500
PR11+500 - PR14+500
PR14+500 – PR15+600
Deflexión
Central
(1/100 mm)
34.2
26.7
26.7
24.9
Espesores (m)
Módulo Dinámico (kg/cm2)
Carpeta Materiales Carpeta Materiales
Subrasante
Asfáltica Granulares Asfáltica Granulares
0.26
0.49
10,500
1,700
1,000
0.26
0.49
10,500
1,800
1,250
0.24
0.33
10,500
1,800
1,630
0.24
0.33
10,500
2,000
1,760
ESTADO DE LA MEZCLA ASFÁLTICA EN UN PAVIMENTO REHABILITADO
22
5.1.4 Estado del pavimento
Considerando importante para la determinación de la profundidad requerida de
intervención en el sector objeto del presente estudio, la condición o estado del
pavimento existente, previo a la colocación del refuerzo en el año 2013, se consultó en
el documento de la referencia, la relación de daños presentes en el pavimento al
momento del diseño de la rehabilitación, es decir la correspondiente al año 2013.
El levantamiento y procesamiento de daños según el documento de la referencia
se realizó agrupando los daños en funcionales y estructurales, tipo A y tipo B,
respectivamente.
Dentro de los deterioros tipo A, se registró para el sector PR8+500 – PR15+660,
la presencia de daños como “Bacheos y Parcheos” (B) y “Fisuramiento Longitudinal por
Fatiga” (FLF), concluyendo así que el pavimento existente (año 2013) no presentaba la
patología de “Ahuellamiento” (AH) que presenta, en algunos sectores, el pavimento
rehabilitado.
En lo que se refiere a deterioros de tipo B, para el sector PR8+500 – PR15+660
se registró en su gran mayoría la presencia de daños como “Pérdida de Película de
Ligante” (PL), en una menor proporción la presencia de “Fisuramientos de Borde” (FB)
y no se registró la presencia del daño tipo “Deformación o Abultamiento de Mezcla”
(DM), tipo de daño que guarda relación con los daños que presenta actualmente el
pavimento en este mismo sector. Concluyendo que el pavimento existente (año 2013)
no presentaba la patología de “Deformación o Abultamiento de Mezcla” (DM), que
presenta, en algunos sectores, el pavimento rehabilitado.
Con base en lo anterior, finalmente se concluye que el pavimento existente (año
2013) no presentaba el tipo de daños que presenta actualmente en el sector objeto del
presente estudio (PR8+500 – PR15+660), correspondientes a ahuellamiento,
desplazamiento, deformación o abultamiento de mezcla.
ESTADO DE LA MEZCLA ASFÁLTICA EN UN PAVIMENTO REHABILITADO
23
5.1.5 Tránsito de diseño
Con base en lo consignado en el documento de diseño de pavimentos de la
referencia, se determinó el tránsito para diseño de rehabilitación, para el período de
diseño de 10 años (2015 -2024). La proyección de tránsito promedio diario (TPD)
correspondiente al proyecto se muestra en laTabla 3. En la Tabla 4 se muestra la
proyección de número de ejes equivalentes obtenida para el proyecto, según el
documento de la referencia.
Tabla 3. Proyección de TPD del proyecto.
AÑO
AUTOS
BUSES
C2P
C2G
C3-C4
C5
C6
2013
2014
2015
2016
2017
2018
2019
2020
2021
2022
2023
2024
2025
2026
2027
2028
2029
2030
2031
2032
2033
1905
1957
2010
2065
2121
2179
2238
2299
2362
2426
2492
2560
2630
2702
2776
2852
2930
3010
3092
3176
3263
449
467
486
506
526
547
569
592
616
641
667
694
722
751
781
812
845
879
914
951
989
728
753
779
806
834
863
893
924
956
989
1024
1060
1097
1135
1175
1216
1258
1302
1347
1394
1443
864
894
925
957
990
1025
1061
1098
1136
1176
1217
1259
1303
1348
1395
1444
1494
1546
1600
1656
1714
306
317
328
339
351
363
376
389
403
417
432
447
463
479
496
513
531
550
569
589
610
919
951
984
1018
1054
1091
1129
1168
1209
1251
1295
1340
1387
1435
1485
1537
1591
1647
1704
1763
1825
1339
1386
1434
1484
1536
1590
1645
1702
1761
1822
1886
1952
2020
2090
2163
2238
2316
2397
2481
2568
2658
Total
Vehículos
6510
6725
6946
7175
7412
7658
7911
8172
8443
8722
9013
9312
9622
9940
10271
10612
10965
11331
11707
12097
12502
Tabla 4. Proyección de Ejes Equivalente a 8.2 ton / Carril de Diseño.
FEC
AÑO
2013
2014
2015
2016
2017
2018
2019
2020
1
1.2 2.25 3.29 4.21
5.14
NEE / TIPO DE VEHÍCULO
AUTO BUSE
C2P C2G C3-C4
C5
C6
S
S
0
449
874 1944 1007
3869
6882
0
467
904 2012 1043
4004
7124
0
486
935 2081 1079
4143
7371
0
506
967 2153 1115
4286
7628
0
526 1001 2228 1155
4437
7895
0
547 1036 2306 1194
4593
8173
0
569 1072 2387 1237
4753
8455
0
592 1109 2471 1280
4917
8748
NEE 8.2
ton /día
NEE 8.2 ton
/año
NEE 8.2 ton/
año / Carril
Diseño
15,025
15,553
16,095
16,655
17,241
17,849
18,473
19,117
5,484,048
5,676,765
5,874,518
6,079,185
6,293,137
6,514,823
6,742,747
6,977,585
2,742,024
2,838,382
2,937,259
3,039,592
3,146,568
3,257,411
3,371,374
3,488,792
ESTADO DE LA MEZCLA ASFÁLTICA EN UN PAVIMENTO REHABILITADO
FEC
AÑO
2021
2022
2023
2024
2025
2026
2027
2028
2029
2030
2031
2032
2033
1
1.2 2.25 3.29 4.21
5.14
NEE / TIPO DE VEHÍCULO
AUTO BUSE
C2P C2G C3-C4
C5
C6
S
S
0
616 1147 2556 1326
5090
9052
0
641 1187 2646 1372
5267
9365
0
667 1229 2738 1421
5452
9694
0
694 1272 2833 1471
5641 10033
0
722 1316 2932 1523
5839 10383
0
751 1362 3033 1576
6041 10743
0
781 1410 3139 1632
6252 11118
0
812 1459 3249 1688
6471 11503
0
845 1510 3362 1747
6698 11904
0
879 1562 3479 1810
6934 12321
0
914 1616 3600 1872
7174 12752
0
951 1673 3726 1938
7422 13200
0
989 1732 3857 2007
7683 13662
NEE 8.2
ton /día
NEE 8.2 ton
/año
19,787
7,222,073
20,478
7,474,295
21,201
7,738,482
21,944
8,009,582
22,715
8,291,154
23,506
8,579,639
24,331
8,880,910
25,182
9,191,452
26,065
9,513,886
26,984
9,849,105
27,929
10,193,935
28,909
10,551,916
29,929
10,924,220
NEE PD (2015 - 2024)
24
NEE 8.2 ton/
año / Carril
Diseño
3,611,036
3,737,147
3,869,241
4,004,791
4,145,577
4,289,819
4,440,455
4,595,726
4,756,943
4,924,553
5,096,968
5,275,958
5,462,110
34,463,212
Con base en lo contenido en la tabla 4, se determinó el tránsito de diseño para el
período 2015 – 2024, el cual corresponde a NEE8.2TON =34.5 x 106.
5.2 Diseño Marshall MDC-2. Año 2013
El diseño Marshall de la mezcla densa en caliente MDC-2, bajo el cual se realizó
la producción de la mezcla asfáltica de refuerzo colocada, en el sector evaluado, fue
suministrado dentro de los documentos de referencia. El resumen del diseño se
presenta en la tabla 5 y en la tabla 6 se relaciona la dosificación utilizada.
Tabla 5. Resumen de Diseño Marshall Año 2013.
Fórmula de Trabajo según diseño
Ensayo
de mezcla
Estabilidad (Kg)
1335
Flujo (mm)
3.1
% Vacíos con Aire
5.0
% Vacíos Agregados Minerales
15.7
% Vacíos Llenos de Asfalto
68
% Asfalto
5.4
Tabla 6. Dosificación para diseño Marshall.
Material
Dosificación
Grava ¾”
25%
Arena de Trituración
35%
Arena Semi Lavada
40%
ESTADO DE LA MEZCLA ASFÁLTICA EN UN PAVIMENTO REHABILITADO
25
El contenido de vacíos en agregadas finos no compactados (INV-239-07), se
registró como 45.7%, bajo cumplimiento de las Especificaciones Generales de
Construcción, Artículo 400-07.
5.3 Módulo dinámico de mezclas asfáltica de alto módulo (MAM)
Conforme con los documentos suministrados por la firma constructora, el Módulo
Dinámico de la mezcla asfáltica de alto módulo (MAM) producida con materiales
particulares de la planta asfáltica del proyecto, para la temperatura de trabajo de la
mezcla, corresponde a lo mostrado gráficamente en la Figura 1.
Figura 1. Granulometría Sitio 1_ Capa Superior.
Con base en lo anterior, se tiene que la mezcla asfáltica de alto módulo (MAM) a
velocidades de 30 km/h – 50 km/h (5Hz – 8Hz), correspondientes a las del objeto del
presente estudio, y a temperatura de trabajo de la mezcla de alrededor de 40°C,
desarrolla un Módulo Dinámico de Edin=21.000 kg/cm2.
ESTADO DE LA MEZCLA ASFÁLTICA EN UN PAVIMENTO REHABILITADO
26
6. FASE DE MUESTREO Y ENSAYOS
6.1 Sitios para auscultación
Con el fin de contar con un número de muestras representativas que permitieran
lograr el alcance propuesto del estudio, se seleccionaron para auscultación y ensayo,
tres (3) sitios, en función del tipo y severidad del daño que se presenta en los mismos.
Los sitios seleccionados se relacionan en la Tabla 7 y en la figura 2. En la figura 3 se
muestra el registro fotográfico del estado del pavimento en los sitios seleccionados.
Tabla 7. Sitios para Auscultación
Sitio para
Localización
Tipo de Daño
Auscultación
1
PR8+750
Deformación y Ahuellamiento
2
PR11+400
Deformación y Ahuellamiento
3
PR12+700
Deformación
Figura 2. Sitio 1.
Severidad
Alta
Media
Alta
ESTADO DE LA MEZCLA ASFÁLTICA EN UN PAVIMENTO REHABILITADO
27
Figura 3. Sitio 2.
Figura 4. Sitio 3.
Por cada sitio seleccionado para auscultación se realizó la extracción de
diecinueve (19) núcleos y dos (2) panelas, los cuales se emplearon para ejecutar los
siguientes ensayos:
• Evaluación de estabilidad a las dos capas de refuerzo (4 Núcleos)
ESTADO DE LA MEZCLA ASFÁLTICA EN UN PAVIMENTO REHABILITADO
28
• Tracción indirecta a la capa inferior (12 Núcleos)
• Extracción de asfalto y gradación a la extracción de las dos capas de refuerzo (1
Panela)
6.2 Trabajos de campo
Durante la semana del 04 de noviembre de 2014, se realizó la extracción de
muestras en el sector objeto de estudio, conforme con lo descrito en el aparte 5. En las
Figuras 5-8, se presenta un breve registro fotográfico de los trabajo de campo
realizados.
6.3 Ensayos de laboratorio
En las Figuras 9 a la 22 se presenta el registro fotográfico de los ensayos de
laboratorio realizados. Figura 5. Demarcación sitio 1.
ESTADO DE LA MEZCLA ASFÁLTICA EN UN PAVIMENTO REHABILITADO
Figura 6. Demarcación sitio 2.
Figura 7. Demarcación sitio 3.
Figura 8. Demarcación sitio 3_2.
29
ESTADO DE LA MEZCLA ASFÁLTICA EN UN PAVIMENTO REHABILITADO
Figura 9. Panela extraída sitio 1.
Figura 10. Extracción núcleos.
Figura 11. Extracción Núcelos_2.
30
ESTADO DE LA MEZCLA ASFÁLTICA EN UN PAVIMENTO REHABILITADO
Figura 12. Núcleos Extraídos.
Figura 13. Reparación área de núcleos.
Figura 14. Corte de pavimento.
31
ESTADO DE LA MEZCLA ASFÁLTICA EN UN PAVIMENTO REHABILITADO
Figura 15. Panela extraída sitio 2.
Figura 16. Panela extraída sitio 3.
Figura 17. Separación de las capas asfálticas, por panela
32
ESTADO DE LA MEZCLA ASFÁLTICA EN UN PAVIMENTO REHABILITADO
Figura 18. Disgregación de muestras de panelas
Figura 19. Extracción.
Figura 20. Extracción.
33
ESTADO DE LA MEZCLA ASFÁLTICA EN UN PAVIMENTO REHABILITADO
34
Figura 21. Extracción agregados.
Figura 22. Agregados extraídos
6.4 Resultados de ensayos de laboratorio
A continuación se presentan los resultados obtenidos, por cada uno de los sitios
auscultados y para cada uno de los ensayos realizados.
6.4.1 Sitio 1
En la tabla 8 y en la tabla 9 se presentan los resultados obtenidos sobre las
muestras ensayadas, para la capa superior y para la capa inferior de refuerzo,
respectivamente. En la tabla 10 se presentan los resultados obtenidos en el ensayo de
tracción indirecta realizado sobre las muestras de la capa inferior.
ESTADO DE LA MEZCLA ASFÁLTICA EN UN PAVIMENTO REHABILITADO
35
Tabla 8. Resultados Sitio 1_Capa Superior.
Ensayo
Resultado
Fórmula de
Trabajo según
diseño de
mezcla
Estabilidad (Kg)
Flujo (mm)
% Vacíos con Aire
% Vacíos Agregados
Minerales
% Vacíos Llenos de Asfalto
% Asfalto
Volumen de asfalto
960
4.6
0.8
14.8
1335
3.1
5.0
15.7
94.4
6.0
13.98
68
5.4
Exigencia
Especificación
Art.450-07 (Ministerio de
Transporte e Instituto
Nacional de Vías, 2007)
Mínimo 900 kg
2 – 3.5
4 -6
>15
65 – 75
Tabla 9. Resultados Sitio 1_Capa Inferior.
Ensayo
Resultado
Fórmula de
Trabajo según
diseño de
mezcla
Estabilidad (Kg)
Flujo (mm)
% Vacíos con Aire
% Vacíos Agregados
Minerales
% Vacíos Llenos de Asfalto
% Asfalto
Volumen de asfalto
975
4.6
3.5
13.9
1335
3.1
5.0
15.7
74.8
5.0
10.43
68
5.4
Exigencia
Especificación
Art.450-07 (Ministerio
de Transporte e
Instituto Nacional de
Vías, 2007)
Mínimo 900 kg
2 – 3.5
4 -6
>15
65 – 75
Tabla 10. Tracción Indirecta Resistencia Conservada Sitio 1_Capa Inferior
Resistencia
Resistencia
%
Seca (KPa)
Húmeda (KPa)
Resistencia
Conservad
a
1248.21
920.27
73.7
En la figura 23 y en la figura 24 se presenta de manera gráfica la curva
granulométrica obtenida para la capa superior (capa 1) y para la capa inferior (capa 2),
respectivamente.
ESTADO DE LA MEZCLA ASFÁLTICA EN UN PAVIMENTO REHABILITADO
36
Figura 23. Granulometría Sitio 1_ Capa Superior
Figura 24. Granulometría Sitio 1_Capa Inferior
6.4.2 Sitio 2
En las tablas 11 y 12 se presentan los resultados obtenidos sobre las muestras
ensayadas, para la capa superior y para la capa inferior de refuerzo, respectivamente.
ESTADO DE LA MEZCLA ASFÁLTICA EN UN PAVIMENTO REHABILITADO
37
Tabla 11. Resultados Sitio 2_Capa Superior.
Ensayo
Resultado
Fórmula de
Trabajo según
diseño de
mezcla
Estabilidad (Kg)
Flujo (mm)
% Vacíos con Aire
% Vacíos Agregados
Minerales
% Vacíos Llenos de Asfalto
% Asfalto
Volumen de asfalto
895
4.6
0.1
15
1335
3.1
5.0
15.7
99.2
6.5
14.88
68
5.4
Exigencia
Especificación
Art.450-07 (Ministerio de
Transporte e Instituto
Nacional de Vías, 2007)
Mínimo 900kg
2 – 3.5
4 -6
> 15
65 – 75
Tabla 12. Resultados Sitio 2_Capa Inferior
Resultad
o
Fórmula de
Trabajo según
diseño de
mezcla
Exigencia Especificación
Art.450-07 (Ministerio de
Transporte e Instituto
Nacional de Vías, 2007)
Estabilidad (Kg)
Flujo (mm)
% Vacíos con Aire
% Vacíos Agregados
Minerales
1051
3.9
1.0
14.6
1335
3.1
5.0
15.7
Mínimo 900kg
2 – 3.5
4 -6
> 15
% Vacíos Llenos de Asfalto
% Asfalto
Volumen de asfalto
93.4
5.9
13.64
68
5.4
65 – 75
Ensayo
En la figura 25 y en la figura 26 se presenta de manera gráfica la curva
granulométrica obtenida para la capa superior y para la capa inferior de refuerzo,
respectivamente.
ESTADO DE LA MEZCLA ASFÁLTICA EN UN PAVIMENTO REHABILITADO
38
Figura 25. Granulometría Sitio 2_Capa _Superior
Figura 26. Granulometría Sitio 2_Capa Inferior
6.4.3 Sitio 3
En las Tablas 13 y 14 se presentan los resultados obtenidos sobre las muestras
ensayadas, para la capa superior y para la capa inferior de refuerzo, respectivamente.
En la tabla 15 se presentan los resultados obtenidos en el ensayo de tracción indirecta
realizado sobre las muestras de la capa inferior.
ESTADO DE LA MEZCLA ASFÁLTICA EN UN PAVIMENTO REHABILITADO
39
En la figura 27 y en la figura 28 se presenta de manera gráfica la curva
granulométrica obtenida para la capa superior y para la capa inferior, respectivamente.
Tabla 13. Resultados Sitio 3_Capa Superior.
Ensayo
Resultado
Estabilidad (Kg)
Flujo (mm)
% Vacíos con Aire
% Vacíos Agregados Minerales
% Vacíos Llenos de Asfalto
% Asfalto
Volumen de asfalto
787
4.8
2.0
13.2
85.2
5.2
11.23
Fórmula de
Trabajo según
diseño de
mezcla
1335
3.1
5.0
15.7
68
5.4
Exigencia Especificación
Art.450-07 (Ministerio de
Transporte e Instituto Nacional de
Vías, 2007)
Mínimo 900kg
2 – 3.5
4 -6
> 15
65 – 75
Tabla 14. Resultados Sitio 3_Capa Inferior
Ensayo
Resultado
Estabilidad (Kg)
Flujo (mm)
% Vacíos con Aire
% Vacíos Agregados Minerales
% Vacíos Llenos de Asfalto
% Asfalto
Volumen de asfalto
912
4.3
2.4
14.3
83.1
5.4
11.86
Fórmula de
Trabajo
según
diseño de
mezcla
1335
3.1
5.0
15.7
68
5.4
Exigencia Especificación
Art.450-07 (a)
Mínimo 900kg
2 – 3.5
4 -6
>15
65 – 75
Fuente: Datos del Ministerio de Transporte e Instituto Nacional de Vías, 2007
Tabla 15. Tracción Indirecta Resistencia Conservada Sitio 3_Capa Inferior
Resistencia Seca (kPa)
Resistencia Húmeda (kPa)
% Resistencia Conservada
1111.5
807.13
72.6
6.4.4 Determinación del contenido de vacíos en agregados finos no compactados
Dado que por observación visual (forma e impresión al tacto) del agregado fino
producto de la extracción, se presume un contenido importante de arena natural en la
mezcla, se procedió a realizar el ensayo de “Determinación del Contenido de Vacíos en
agregados Finos No Compactados” INVE-239-07 (Ministerio de Transporte e Instituto
Nacional de Vías, 2007), el cual provee una indicación de la angularidad del agregado
fino, su esfericidad y textura de la superficie. El resultado del ensayo, tiene un valor
ESTADO DE LA MEZCLA ASFÁLTICA EN UN PAVIMENTO REHABILITADO
40
mínimo de 45% exigido en las Especificaciones Generales de Construcción Artículo
400-07.
El resultado obtenido se muestra en la Tabla 16 y en el de presente documento.
En la Tabla 16 también se presenta el valor reportado por el laboratorio de Gaico para
este ensayo sobre los materiales con que se produjo la mezcla asfáltica colocada y el
valor mínimo exigido por la especificación aplicable.
Figura 27. Granulometría_Sitio 3_Capa 1 o Superior.
Figura 28. Granulometría_Sitio 3_Capa 2 o Inferior.
Tabla 16. Contenido de Vacíos Agregado Fino
Resultado de Contenido de Vacíos en Agregados Finos No
Compactados
Exigencia Especificación
Art.450-07 (a)
43.2 %
> 45%
Fuente. (Ministerio De Transporte e Instituto Nacional De Vías, 2007)
ESTADO DE LA MEZCLA ASFÁLTICA EN UN PAVIMENTO REHABILITADO
41
6.4.5 Inventario de daños
El 18 de noviembre de 2014, se realizó el recorrido de campo del sector objeto del
presente estudio (PR8+500 – PR15+660), con el fin de contrastar los resultados de los
ensayos de laboratorio obtenidos con el estado de la mezcla asfáltica y realizar el
respectivo inventario de daños. En la tabla 14 se presenta el inventario de daños
consolidado.
A lo largo del sector se evidenció de manera generalizada la heterogeneidad de la
mezcla asfáltica de refuerzo colocada y en extensas áreas la presencia de venas de
exudación, sin manifestación de deformación o con deformación muy leve, sectores
que al no tener deformación manifiesta, no se listaron para intervención; sin embargo
no se descarta que en los mismos la exudación puede evolucionar a ahuellamiento,
deformación o abultamiento de mezcla, por lo que se recomienda continuar con
auscultación y seguimiento.
Tabla 17. Inventario de daños.
Desde
Hasta
Tipo de Daño
PR8+700
PR9+010
PR9+200
PR9+700
PR10+250
PR10+700
PR11+100
PR11+950
PR12+530
PR12+890
PR13+300
PR13+750
PR13+900
PR15+150
PR15+300
PR15+450
PR15+550
PR9+000
PR9+110
PR9+400
PR10+000
PR10+600
PR10+800
PR11+500
PR12+200
PR12+800
PR12+920
PR13+600
PR13+800
PR14+000
PR15+250
PR15+400
PR15+550
PR15+650
Defomación
Defomación
Defomación
Defomación
Defomación
Defomación
Ahuellamiento
Defomación
Defomación
Defomación
Defomación
Defomación
Defomación
Defomación
Defomación
Defomación
Defomación
Área de
Ancho
Intervención
Afectado (m)
(m2)
Ambos
300
7.3
2,190
Derecho
100
3.65
365
Ambos
200
7.3
1,460
Ambos
300
7.3
2,190
Ambos
350
7.3
2,555
Derecho
100
3.65
365
Ambos
400
7.3
2,920
Derecho
250
3.65
913
Derecho
270
3.65
986
Izquierdo
30
3.65
110
Ambos
300
7.3
2,190
Izquierdo
50
3.65
183
Ambos
100
7.3
730
Derecho
100
3.65
365
Izquierdo
100
3.65
365
Derecho
100
3.65
365
Izquierdo
100
3.65
365
18,615
Total m2 Afectados _ Prioridad 1 Intervención
Carril
Afectado
Longitud
afectada (m)
ESTADO DE LA MEZCLA ASFÁLTICA EN UN PAVIMENTO REHABILITADO
42
7. ANÁLISIS DE RESULTADOS
Los resultados obtenidos durante el desarrollo del presente estudio, se analizaron
a la luz de los siguientes aspectos:
•
Según el estado del pavimento, observado durante la ejecución del inventario de
daños.
•
Desde los principios básicos del desempeño de las mezclas asfálticas.
•
Desde la génesis del diseño Marshall y la importancia de las relaciones
volumétricas en mezclas asfálticas.
•
A la luz del cumplimiento de la fórmula de trabajo definida a partir del diseño
Marshall.
•
A la luz del cumplimiento de las Especificaciones Generales de Construcción de
Instituto Nacional de Vías, aplicables al proyecto.
Los análisis realizados se consolidan en los siguientes apartes.
7.1 Análisis de resultados de ensayos de laboratorios
La estabilidad Marshall obtenida sobre las muestras ensayadas (930 kg en
promedio) es muy inferior a la Estabilidad de la fórmula de trabajo (1,335 kg), siendo
esta última la que debería obtenerse (+/- 10%) cuando se replica cabalmente el diseño
Marshall en la mezcla asfáltica producida. Lo anterior permite concluir en primera
instancia, que la mezcla asfáltica colocada en las capas de refuerzo, superior e inferior,
no cumple con la fórmula de trabajo establecida.
Más allá de la conclusión anterior, es importante reflexionar en cuanto a los
valores de estabilidad obtenidos (960 kg, 975 kg, 895 kg, 1051kg, 787 kg, 912 kg), ya
que no basta con encontrar que los mismos son inferiores al que según la fórmula de
trabajo debería obtenerse (1335 kg), sino que además en mezclas asfálticas en
servicio, se espera que el valor de estabilidad aumente con el tiempo, dado que están
sometidas a la acción del tráfico y expuestas a los agentes ambientales, con el
consecuente envejecimiento y rigidización del ligante asfáltico, por lo que obtener,
después de un año de servicio, un valor de estabilidad que resulta inferior al de la
ESTADO DE LA MEZCLA ASFÁLTICA EN UN PAVIMENTO REHABILITADO
43
fórmula de trabajo, constituye una demostración de problemas de calidad de la mezcla
asfáltica colocada, lo cual para el estado de la capa superior es evidente, pero para la
capa inferior, se pudo concluir mediante el estudio realizado.
La estabilidad de la mezcla asfáltica y el flujo, son los parámetros que se asocian
directamente con la resistencia de la mezcla asfáltica a la deformación plástica, por lo
que, para el tipo de daño observado en sector objeto del estudio (deformación o
abultamiento de la mezcla), lo valores obtenidos de flujo para ambas capas de refuerzo
(3.9mm, 4.3mm, 4.6mm y 4.8mm), básicamente representan el comportamiento que la
mezcla está presentando actualmente frente a la acción de las cargas, es decir, la
susceptibilidad que presenta a deformarse.
La baja estabilidad y el elevado flujo de la mezcla asfáltica, después de los
análisis realizados, se concluye son generados por dos importantes aspectos en el
diseño y desempeño de una mezcla y que se relacionan entre sí, como son los Vacíos
en la mezcla y el Contenido de asfalto, componentes de la mezcla asfáltica que
además afectan otras variables de comportamiento.
En lo que se refiere a los valores obtenidos de porcentaje de vacíos con aire
(%Va) en la mezcla (0.8%, 3.5%, 0.1%, 1.0%, 2.0% y 2.4%), los mismos no sólo
resultan inferiores a los de la fórmula de trabajo (5.0%), sino que claramente son
valores demasiado bajos, que representan una mezcla asfáltica inestable con
susceptibilidad al flujo plástico, lo cual es evidente en el sector objeto de estudio. Los
valores obtenidos de porcentaje de vacíos con aire en la mezcla, son atribuibles a la
reorientación de las partículas de agregado por la acción del tráfico, lo cual a su vez es
causado por la falta de trabazón y adhesión entre agregados y/o por elevados
contenidos de asfalto.
En esta instancia vale la pena anotar que los vacíos en el agregado mineral
(VAM) obtenidos, los cuales en todos los casos son inferiores al valor mínimo según las
especificaciones y al valor proyectado según la fórmula de trabajo, muestran que no
hay suficiente espacio para el asfalto, de modo que no se produce una adhesión
adecuada para ligar las partículas de agregado cuando la temperatura de trabajo de la
mezcla se incrementa y el asfalto se expande.
ESTADO DE LA MEZCLA ASFÁLTICA EN UN PAVIMENTO REHABILITADO
44
En lo que se refiere al contenido de asfalto, aunque se obtuvieron tres (3) valores
que cumplen con la fórmula de trabajo, también se obtuvieron tres (3) valores que
muestran el exceso del mismo, así: Sitio 1 - Capa Superior: 6.0%, Sitio 2 - Capa
Superior: 6.5% y Sitio 2 - Capa Inferior: 5.9%. Es claro que los contenidos de asfalto
superiores a los requeridos no solo disminuyen los vacíos en agregados minerales
(VAM), sino que el asfalto en esta condición tiende a expandirse inadecuadamente, con
la consecuente deformación plástica de la mezcla.
Vale la pena mencionar que a lo largo del sector en estudio, se evidenciaron
extensos sectores, con áreas de la mezcla asfáltica que presentan venas de exudación
(ver figura 29 y figura 30), lo cual, aunque no fue verificado con más ensayos, es un
claro indicativo de exceso de asfalto generalizado en la mezcla.
Figura 29. Venas de exudación_1.
Figura 30. Venas de exudación_2.
ESTADO DE LA MEZCLA ASFÁLTICA EN UN PAVIMENTO REHABILITADO
45
Lo referente a trabazón o contacto entre agregados, conllevó al siguiente
razonamiento, el resultado obtenido de contenido de vacíos en agregados finos no
compactados (angularidad), permite concluir la presencia de contenido importante de
arena natural, ya que este criterio no la exigencia de las especificaciones, entonces
teniendo en cuenta que en el diseño de la mezcla asfáltica MDC-2, se reportó arena de
trituración en un 35% y arenas “semilavada” en un 40% (ver Tabla 5), en la planta de
producción de mezclas, se debe revisar exhaustivamente las características de la
arena denominada bajo dicho nombre, ya que la angularidad de las arenas, dado el
contenido importante que las mezclas asfálticas tienen de las mismas, prima para la
estabilidad de la mezcla; en términos de resistencia mecánica los materiales granulares
constituyen el esqueleto de la mezcla, es decir el más importante aporte de resistencia,
dejando en este sentido, en una segunda instancia el aporte de ligante, por eso al ser
las partículas de agregado las que por fricción interna aportan estabilidad a la mezcla
asfáltica, no se puede pretender lograr este objetivo cuando se usan partículas de
forma esférica, típico de las arenas naturales.
Las curvas granulométricas obtenidas muestran mala distribución del agregado
grueso, en dichas curvas se observa que, en general, para las muestras obtenidas, los
tamaños de agregado grueso entre el tamiz ¾” y el No.4, se salen de la franja de
diseño y de las curvas según la especificación para mezclas asfálticas tipo MDC-2. Lo
anterior en concordancia con lo descrito anteriormente y con lo observado durante la
vista de campo, permite concluir la variabilidad en el proceso de producción de la
mezcla y la heterogeneidad de la mezcla asfáltica a lo largo del sector objeto del
presente estudio.
En cuenta a los resultados del ensayo de Evaluación de la Susceptibilidad al Agua
de las Mezclas Asfálticas Compactadas Utilizando la Prueba de Tracción Indirecta –
TSR – (INV E -725-07), realizado sobre muestras correspondientes a la capa de
mezcla asfáltica inferior, como se mostró en la tabla 10 y en la tabla 14, los valores de
resistencia conservada obtenidos (73.7% y 72.6%) evidencian el incumplimiento del
valor mínimo exigido en las Especificaciones Generales de Construcción (80%) y la
necesidad de evaluar el uso de aditivo mejorador de adherencia en la mezcla asfáltica,
ESTADO DE LA MEZCLA ASFÁLTICA EN UN PAVIMENTO REHABILITADO
46
tal como la especificación aplicable (artículo 450-07 INV) lo establece frente al
incumplimiento de este parámetro.
7.2 Definición de la profundidad de intervención requerida
Con base en los resultados de laboratorio obtenidos y los análisis realizados
sobre los mismos, expuestos en el aparte anterior, se concluye que la mezcla asfáltica
colocada como refuerzo en el sector objeto del presente estudio, en dos capas, de 0.07
m de espesor cada una, para un espesor total de 0.14 m, debe ser retirada en la
totalidad de dicho espesor.
7.3 Sitios y área de intervención
Con base en lo mostrado en la tabla 15 se concluye que el área total afectada que
requiere intervención inmediata en función del estado del pavimento (deformación
manifiesta), conforme con lo registrado en el inventario de daños, corresponde a
18,615 m2. Lo anterior, para el requerimiento de retiro del espesor de refuerzo
colocado en ambas capas (0.14 m en total), permite concluir que se requieren 2606.1
m3 de mezcla asfáltica para la corrección de la patología que presenta el pavimento.
ESTADO DE LA MEZCLA ASFÁLTICA EN UN PAVIMENTO REHABILITADO
47
8. DEFINICIÓN Y DISEÑO DE LA INTERVENCIÓN
Relacionado en los capítulos anteriores lo referente a la evaluación del estado de
la mezcla asfáltica y la profundidad requerida de intervención, con lo cual se da alcance
a la parte del objeto general del estudio, se limita entonces el presente capítulo a la
definición del tipo de la intervención requerida y al diseño de la misma.
Cuando una mezcla asfáltica se deforma, por las razones ya descritas en los
capítulos anteriores, se concluye finalmente que su resistencia mecánica no fue
suficiente para evitar los movimientos hacia abajo y laterales, que genera:
•
la acción de la carga (intensidad y peso),
•
la temperatura de trabajo de la mezcla asfáltica (> 30°C),
•
las condiciones adversas de la geometría (numerosas curvas cerradas con cambio
de pendiente),
•
la baja velocidad a la que circulan de los vehículos pesados (<30km/h) y
•
las zonas de frenado brusco.
Siendo lo anterior, las condiciones particulares de servicio de la mezcla asfáltica
en el sector objeto del presente estudio.
Una forma de asegurar que el ligante asfáltico aporte una aceptable resistencia al
corte es utilizar un ligante asfáltico, no solo de menor penetración al convencional (60 –
70) sino de comportamiento cercano a un sólido elástico a altas temperaturas,
condiciones que logran los asfaltos modificados.
Teniendo en cuenta, que en el proyecto ya se ha aplicado, con buenos resultados,
mezcla asfáltica de alto módulo (MAM_Artículo 450-07 INV), se considera que la
intervención posterior al retiro de los daños que actualmente presentan el pavimento,
correponde al uso de este tipo de mezcla, cuyo ligante constitutivo es el asfalto
modificado tipo V y cuyas propiedas de alta consistencia hacen de esta mezcla
asfáltica una mezcla con alta resistencia a la deformación plástica.
El asfalto modificado tipo V, ofrece las ventajas que se enuncian a continuación,
las cuales son las específicamente requeridas para las condiciones de servicio
partículares del proyecto:
•
Disminuye la susceptibilidad térmica.
ESTADO DE LA MEZCLA ASFÁLTICA EN UN PAVIMENTO REHABILITADO
•
Mejora la resistencia al ahuellamiento y al desplazamiento lateral.
•
Aumenta la adhesividad árido-ligante
48
Conforme con lo descrito en los capítulos anteriores, el espesor requerido de
retiro de la carpeta asfáltica colocada corresponde a 0.14 m, por lo cual para el diseño
de la intervención requerida, se consideraran los espesores existentes (año 2013),
previo a la colocación del refuerzo.
8.1 Diseño método AASHTO – 93
El método AASHTO-93 para el diseño de pavimentos asfálticos está basado en un
modelo de comportamiento que ha sido formulado empíricamente, el cual permite
determinar la capacidad requerida para proteger la capa de apoyo de las cargas de
tránsito del proyecto, en condiciones preestablecidas de nivel final de servicio admisible
para una determinada confiabilidad.
La capacidad del pavimento se expresa en términos del número estructural (SN),
el cual combina la capacidad aportada por las diferentes capas del pavimento, a partir
de su espesor y de su resistencia relativa, expresada ésta última por medio de los
coeficientes estructurales correspondientes a los materiales de construcción y, en el
caso de las capas granulares, correspondientes también con las condiciones de
drenaje.
La capacidad requerida por el pavimento para soportar las condiciones futuras del
proyecto (SNReq), se determina mediante el algoritmo básico de diseño de la
AASHTO-93, el cual corresponde a la siguiente expresión (American Association of
State Highway and Transportation Officials, 1993):
En dicha expresión las variables se refieren a:
W18: Número acumulado de ejes equivalentes de 80 kN (18 kip), en el período de
diseño en el carril de diseño.
ESTADO DE LA MEZCLA ASFÁLTICA EN UN PAVIMENTO REHABILITADO
49
ZR: Valor de la variable de la distribución normal de frecuencias, correspondiente
a una determinada confiabilidad R (50% - 95%).
So: Desviación estándar de los parámetros de cálculo.
ΔPSI: Pérdida de índice de servicio.
Mr: Módulo Resiliente de la subrasante.
Una vez calculada la capacidad estructural requerida (SNReq), se procede con la
definición de los espesores de las diferentes capas del pavimento, de manera que se
obtenga el conjunto estructural que satisface dicha capacidad total requerida. La
capacidad del conjunto de capas del pavimento se calcula mediante la siguiente
expresión (American Association of State Highway and Transportation Officials, 1993):
SN = a1D1 + a2D2m1 + a3D3m2
Dónde:
a1, a2, a3: Coeficientes estructurales de las capas de pavimento.
D2 y D3: Espesores de las capas del pavimento.
m1, m2: Coeficientes de drenaje de las capas granulares del pavimento.
Para el caso del presente estudio, los valores de los parámetros AASHTO-93
aplicables a las condiciones particulares del proyecto, se presentan en la tabla 18.
Tabla 18. Parámetros de diseño AASHTO-93.
Parámetro
ZR
Confiabilidad 95%
Valor Aplicado
ΔPSI
2.0
So
0.49
Según sector
homogéneo de diseño.
34.5 x 106 EE8.2ton
MR Srte
Tránsito de diseño (NEE8.2ton)
Coeficiente estructural Mezcla
Asfáltica de Alto Módulo
(MAM)
Coeficiente estructural carpeta
mezcla asfáltica convencional.
Coeficiente estructural
Carpeta asfáltica existente
Coeficiente estructural
Materiales granulares
- 1.645
0.37
a=0.30
a=0.25
a=0.10
Descripción
Autopista principal o vía primaria
Serviciabilidad incial:4.2
Serviciabilidad Final:2.2
Aplicable a diseños de Rehabilitación.
Ver Tabla
Ver aparte 0
a1=0.40*Log(Ec.a./435ksi)+0.44
EDin= 2100MPa ≈149ksi
En función de la temperatura media del
ambiente de la zona del proyecto.
Documento de diseño de pavimentos de
la referencia
Asignado en función de las características
geotécnicas de los mismos según
documento de diseño de pavimentos de
la referencia
ESTADO DE LA MEZCLA ASFÁLTICA EN UN PAVIMENTO REHABILITADO
50
8.1.1 Número Estructural Requerido (SNReq)
Ingresando los parámetros de diseño a la ecuación fundamental AASHTO-93, se
obtuvo por sector, el Número Estructural requerido (SNReq), lo cual se presenta en la
tabla 19.
Tabla 19. Número Estructural Requerido (SNReq) AASHTO-93.
Sector
Homogéneo
de Diseño
1
2
3
4
Desde
Hasta
Longitud
(m)
NEE8.2ton
K8+535
K10+900
K11+500
K14+050
K10+900
K11+500
K14+050
K15+600
2365
600
2550
1550
34,500,000
34,500,000
34,500,000
34,500,000
Mr
R
So
SRTE
(%)
2
(kg/cm )
1,000
95 0.49
1,250
95 0.49
1,360
95 0.49
1,760
95 0.49
ZR
Po
Pt
SN
requerido
-1.645
-1.645
-1.645
-1.645
4.2
4.2
4.2
4.2
2.2
2.2
2.2
2.2
4.9
4.6
4.5
4.1
8.1.2 Espesores de Diseño AASHTO-93
Una vez determinado el Número Estructural requerido (SNReq), se procedió con
la determinación del espesor de refuerzo que satisface las condiciones particulares y
futuras del proyecto, lo cual se presenta en la tabla 20.
Tabla 20. Espesores de Diseño AASHTO-93.
Sector
SN
SN
Homogéne Mr SRTE
requerid Efectiv
2
o de
(kg/cm )
o
o
Diseño
1
2
3
4
1,000
1,250
1,360
1,760
4.9
4.6
4.5
4.1
4.9
4.6
4.5
4.1
a1
Espesor
Requerid
o de
Refuerzo
MAM
(cm)
a2
0.37
0.37
0.37
0.37
6.0
4.0
9.0
6.0
0.20
0.20
0.20
0.20
Espesor
de
Carpeta
Asfáltica
Existent
e
(cm)
26
26
24
24
a3
m1
Espesor
de
Material
Granular
Existente
(cm)
0.10
0.10
0.10
0.10
1.0
1.0
1.0
1.0
49
49
33
33
Con base en lo anterior se concluye que las estructuras de pavimento, después
del retiro del espesor de 0.14 m, tienen la capacidad estructural de soportar las
condiciones de tráfico futuras con espesores mínimos de carpeta asfáltica de alto
módulo, espesor que para las condiciones particulares de presente proyecto y teniendo
en cuenta el resultado obtenido para el sector homogéneo de diseño 3, se concluye
como 0.09 m.
ESTADO DE LA MEZCLA ASFÁLTICA EN UN PAVIMENTO REHABILITADO
51
8.2 Metodología mecanicista
La metodología mecanicista considera el pavimento como un sistema multicapa,
linealmente elástico, bajo la acción de las cargas del tránsito, en el que los materiales
se caracterizan por el Módulo de Young (E), y su relación de Poisson (μ), el tránsito (N)
se expresa en términos de ejes equivalentes, de 8.2 toneladas por eje sencillo, que se
presentan en el carril de diseño para el periodo de diseño.
El método de diseño consiste en elegir espesores y características de los
materiales, módulos y relaciones de poisson (E y μ) de las diversas capas del
pavimento, de tal forma que la deformación por tracción (εt) y la deformación por
compresión (εz), permanezcan dentro de los límites admisibles durante el periodo de
diseño del pavimento.
•
Deformación permanente: limita la deformación por compresión en la subrasante
(εz) y el esfuerzo máximo de compresión sobre ésta (σz).
•
Fatiga de las capas asfálticas: limita el grado de deformación por tensión en la base
de la capa de concreto asfáltico (εt).
Una vez se conocen o asignan los módulos de las capas que conforman el
pavimento, se procede con la determinación de las deformaciones y esfuerzos
actuantes en dicha estructura, para lo cual se emplea un software de cálculo, en el
caso del presente estudio, correspondió al software de uso gratuito WinDepav.
Aplicando las ecuaciones de control de deformación y esfuerzo definidas por la
Shell, se realizó la evaluación elástica de las estructuras de pavimento obtenidas por la
metodología AASHTO-93.
8.3 Criterio de agrietamiento por fatiga SHELL
El cálculo de la deformación admisible se realizó aplicando la ley de fatiga de la
Shell, la cual está dada por la siguiente expresión:
Donde:
ESTADO DE LA MEZCLA ASFÁLTICA EN UN PAVIMENTO REHABILITADO
52
εt: Deformación máxima a compresión bajo las capas asfálticas
Vb: Volumen de asfalto de la mezcla (%)
E1: Modulo dinámico de la mezcla asfáltica (N/m2)
Ndis: Ejes equivalentes de 8.2 ton para el periodo de diseño
K Coeficiente de Callage (10)
De la expresión anterior, se despeja el valor de los ejes equivalentes de 8.2 ton
que admite la estructura de pavimento diseñada, para la deformación por tracción
actuante en la fibra inferior de la capa asfáltica. Dicho número de ejes que admite la
estructura, se comparará con el número de ejes equivalentes de 8.2 ton proyectados
para el periodo de diseño en el carril de diseño. Mediante dicha comparación se
determinará el porcentaje de consumo de vida a la fatiga, el cual deberá ser inferior al
100%, para concluir que la estructura modelada
puede soportar el número de
repeticiones esperadas.
8.3.1 Criterio de deformación permanente sobre la subrasante
El ahuellamiento está relacionado con la capacidad de la estructura para soportar
los esfuerzos y deformaciones generadas en el suelo de subrasante por las cargas del
tránsito; al controlar el ahuellamiento, se evita la falla estructural por acumulación de
deformaciones.
8.3.2 Deformación Vertical por Compresión
La deformación y el esfuerzo a compresión sobre la subrasante, obtenidos para la
estructura modelada, se emplean para determinar el cumplimiento de la misma frente a
esta solicitación.
De acuerdo con Shell, la relación entre la deformación por compresión y las
repeticiones, está dada por la siguiente expresión:
Donde:
ESTADO DE LA MEZCLA ASFÁLTICA EN UN PAVIMENTO REHABILITADO
53
Εz : deformación unitaria vertical en la superficie de la subrasante, strain
N : número de ejes equivalentes de 8.2 t
8.3.3 Esfuerzo por Compresión
Se evaluó adicionalmente el ahuellamiento (subrasante) teniendo en cuenta el
esfuerzo vertical de compresión sobre la subrasante para lo cual se propuso la
utilización del criterio de Dormon – Kerhoven, quienes lo expresan de la siguiente
manera:
Donde:
σz: Esfuerzo máximo de compresión sobre la subrasante, MPa
ESBR: Módulo de la subrasante, Mpa
8.4 Espesores de Diseño Metodología Mecanicista
Sobre la estructura existente (después del retiro del espesor de 0.14 m) mas el
espesor de refuerzo requerido con mezcla de alto módulo (MAM), para soportar las
solicitaciones futuras, 0.09 m, se realizó la evaluación elástica, conforme se describió
en el anterior aparte. Los resultados obtenidos se presentan en la tabla 21.
Tabla 21. Verificación Espesores de Diseño AASHTO-93 por Metodología Mecanicista.
Deformaciones Modelo
Esfuerzo por
Consumos SHELL
Actual
Compresión SRTE
Esfuerzo por
Compresión
CARPETA
Deformación
CARPETA
CARPETA
Deformación
Esfuerzo por
Sector ASFÁLTICA
Actuante
MATERIAL
CARPETA
vertical
ASFÁLTICA
SRTE ASFÁLTICA
MATERIAL
a Tracción
Compresión
σz
DE
GRANULAR
ASFÁLTICA
CUMPLE
Admisible CUMPLE
CUMPLE
εt
εz
EXISTENTE
µ=0.40
DE
GRANULAR
Admisible
Admisible
(MPa)
REFUERZO
µ=0.40
EXISTENTE
SRTE
µ=0.35
REFUERZO
C.A.
SRTE (Mpa)
µ=0.35
Conf.95%
Módulos de Capas Kg/cm2)
1
2
3
4
21,000
21,000
21,000
21,000
10,500
14,000
10,500
10,500
1,700
1,800
1,800
2,000
Espesores (ccm)
1,000
1,250
1,360
1,760
9.0
9.0
9.0
9.0
26
26
24
24
49
49
33
33
1.21E-04
1.02E-04
1.37E-04
1.20E-04
1.28E-04
1.05E-04
1.49E-04
1.27E-04
1.26E-02
1.32E-02
2.04E-02
2.25E-02
3.18E-04
2.87E-04
3.18E-04
3.18E-04
SI
SI
SI
SI
2.34E-04
2.34E-04
2.34E-04
2.34E-04
SI
SI
SI
SI
0.11
0.14
0.15
0.20
SI
SI
SI
SI
Con base en los resultados obtenidos de la evaluación elástica realizada, se
concluye que el espesor de refuerzo de 0.09 m satisface los criterios de tensión en las
capas asfálticas y de compresión en la subrasante.
ESTADO DE LA MEZCLA ASFÁLTICA EN UN PAVIMENTO REHABILITADO
54
9. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Mediante la ejecución del presente trabajo de grado se obtuvieron las siguientes
conclusiones:
• Es evidente que existe una problemática en las mezclas asfálticas colocadas por el
constructor. Esta problemática se manifestó con importantes deformaciones de la
mezcla, con los consiguientes perjuicios para los usuarios de la vía.
• La temperatura promedio de la zona, la distribución vehicular y el número de ejes
equivalente a 8.2 ton, que se tienen para diseño de pavimentos, permiten concluir,
la importante exigencia a la que se encuentra sometida la mezcla asfáltica del sector
estudiado.
• Los valores de estabilidad Marshall obtenidos en ambas capas de refuerzo, en los
tres sitios evaluados, permiten concluir que la mezcla asfáltica colocada en las capas
de refuerzo, superior e inferior, no cumplió durante producción con la fórmula de
trabajo establecida.
• Dado que las mezclas asfálticas están sometidas a la acción del tráfico y expuestas
a los agentes ambientales, con el consecuente envejecimiento y rigidización del
ligante asfáltico, es de esperarse que los valores de estabilidad Marshall de mezclas
en servicio aumenten con respecto a los obtenidos durante la fase de producción y
colocación, por lo que los valores obtenidos durante este estudio, constituyen una
demostración de los problemas de calidad de la mezcla asfáltica colocada, lo cual
para la capa superior es indiscutible, pero para la capa inferior, se logró evidenciar a
partir de los resultados obtenidos.
• Los altos resultados de flujo obtenidos para ambas capas de refuerzo, muestran la
susceptibilidad que presenta la mezcla a deformarse. Esto es evidente para la capa
superior y para la capa inferior se concluyó a partir de los resultados obtenidos de
laboratorio.
• Los valores de porcentaje de vacíos con aire en la mezcla asfáltica (%Va) obtenidos,
son tan bajos, que son una clara representación de la inestabilidad de la mezcla y de
su susceptibilidad al flujo plástico, lo cual es evidente en el sector objeto de estudio.
Los valores obtenidos de porcentaje de vacíos con aire en la mezcla, son producto,
ESTADO DE LA MEZCLA ASFÁLTICA EN UN PAVIMENTO REHABILITADO
55
de la reorientación de las partículas de agregado, falta de trabazón entre agregados
y exceso de asfalto en la mezcla.
• Los vacíos en el agregado mineral (VAM) obtenidos son inferiores al valor mínimo
admisible según las especificaciones y al valor proyectado según la fórmula de
trabajo, lo cual lleva a que no exista suficiente espacio para permitir la presencia de
aire y asfalto.
• Los valores de contenido de asfalto obtenidos (con valores hasta de 6.5%), muestran
las deficiencias en las que se incurrió durante la producción de la mezcla. Aunque
durante el desarrollo del presente estudio, se auscultaron solo tres (3) sitios, vale la
pena agregar que durante el recorrido de campo realizado se evidenciaron extensas
áreas con venas de exudación en superficie, lo cual muestra que el exceso de
asfalto fue característico durante la producción de la mezcla asfáltica colocada en el
sector de estudio.
• El valor obtenido de contenido de vacíos en agregados finos no compactados, es un
indicativo de la presencia de un porcentaje importante de arena natural (esférica,
redondeada) en la mezcla asfáltica, lo cual, dado el estado que presenta la misma,
constituye uno de los agentes generadores de falla por deformación plástica, de
mayor peso dentro de los ya expuestos.
• Las curvas granulométricas obtenidas muestran mala distribución del agregado
grueso y con ello las variabilidad del proceso de producción de la mezcla asfáltica.
Vale la pena agregar que durante el recorrido de campo realizado también se
observó la heterogeneidad de la mezcla asfáltica a lo largo del sector objeto del
presente estudio.
• Con base en los elementos estudiados y expuestos se concluyó que la mezcla
asfáltica colocada como refuerzo en el sector objeto del presente estudio, en dos
capas, de 0.07 m de espesor cada una, para un espesor total de 0.14 m, debe ser
retirada en la totalidad de dicho espesor.
• Con base en los registros del recorrido de campo realizado se concluyó que el área
total afectada que requiere intervención inmediata en función del estado del
pavimento corresponde a 18,615 m2.
ESTADO DE LA MEZCLA ASFÁLTICA EN UN PAVIMENTO REHABILITADO
56
• Dadas las condiciones geométricas del proyecto, la temperatura de trabajo de la
mezcla asfáltica, el volumen de tráfico pesado que circula y la velocidad de
operación del mismo, se concluye que para lograr un aporte una aceptable
resistencia al corte en la mezcla asfáltica del proyecto, se requiere del uso
ligantes asfálticos de
de
menor penetración al convencional (60 – 70) y cuyo
comportamiento sea cercano a un sólido elástico a altas temperaturas, es decir
asfaltos modificados.
• Dado que en el proyecto se ha aplicado con buenos resultados mezcla asfáltica de
alto módulo (MAM_Artículo 450-07 INV) y dadas las propiedades del ligante
constitutivo de la mezcla MAM (asfalto modificado tipo V - alta resistencia a la
deformación plástica) se concluye que este tipo de mezcla resulta adecuada para la
intervención del sector en estudio.
• Realizado el diseño de la intervención del pavimento, bajo la aplicación de la
metodología AASHTO-93 y posterior evaluación elástica por método Mecanicista, se
concluye que las estructuras de pavimento, después del retiro del espesor de 0.14
m, tienen la capacidad estructural de soportar las condiciones de tráfico futuras con
espesores mínimos de carpeta asfáltica de alto módulo, espesor que para las
condiciones particulares de presente proyecto corresponde 0.09 m
ESTADO DE LA MEZCLA ASFÁLTICA EN UN PAVIMENTO REHABILITADO
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REFERENCIAS
American Association of State Highway and Transportation Officials. (1993). AASHTO
Guide for Design of Pavement Structures. Washington.
Fonseca, A. M. (2002). Ingenieria de Pavimentos Tomo I. Bogotá: Universidad Católica
de Colombia Ediciones y Publicaciones.
Instituto del asfalto. (1992). Principios de Construcción de Pavimentos de Mezcla
Asfáltica en Caliente. Lexington.
Ministerio de Transporte e Instituto Nacional de Vías. (2007). Especificaciones
Generales de Construcción de Carreteras. Bogotá.
Ministerio de Transporte e Instituto Nacional de Vías. (2007). Normas de Ensayo de
Materiales para Carreteras. Bogotá.