VÍAS EN AFIRMADO CONTENIDO Introducción Espesor requerido de afirmado Materiales para la construcción de afirmados Evaluación de vías en afirmado Soluciones para el mantenimiento Frecuencia de las operaciones de mantenimiento periódico Umbral de pavimentación de las vías afirmadas VÍAS EN AFIRMADO INTRODUCCIÓN TIPOS DE CAMINOS NO PAVIMENTADOS TROCHA TEMPORAL TROCHA PERMANENTE VÍA EN AFIRMADO TROCHA TEMPORAL Pista rudimentaria formada por la limpieza de la vegetación superficial Su trazado está ligado a la topografía del terreno Las obras de arte son muy simples (generalmente de madera) Suele ser intransitable en época lluviosa El tránsito que la usa es escaso (no mayor de 25 vehículos diarios) La velocidad de operación es relativamente baja TROCHA PERMANENTE Dispone de algunas rectificaciones en el trazado (generalmente construcción de terraplenes para salvaguardar la calzada del agua en zonas bajas) Las obras de arte son más sólidas Ocasionalmente se les coloca una capa de rodamiento para reforzar la calzada en los puntos más débiles El tránsito que la usa es mayor que en la trocha temporal La velocidad de operación es mayor que en la trocha temporal VÍAS EN AFIRMADO Disponen de mejoramientos en el trazado para facilitar la circulación de manera permanente en dos sentidos Las obras de arte son permanentes El terreno natural es reforzado, en toda la longitud, con una capa de material seleccionado El tránsito diario puede superar los 100 vehículos Si la vía está bien mantenida, la velocidad de circulación puede ser alta VÍAS EN AFIRMADO ESPESOR REQUERIDO DE LA CAPA DE AFIRMADO En las vías afirmadas no son de temer las fisuras superficiales Las deflexiones de la calzada pueden ser elevadas, sin que se presenten inconvenientes Los espesores por adoptar son inferiores a los requeridos en las vías pavimentadas Existen métodos empíricos para el diseño de espesores de afirmado (PELTIER, TRL, AASHTO, etc.) VÍAS EN AFIRMADO ESPESOR REQUERIDO DE AFIRMADO ESPESOR REQUERIDO DE AFIRMADO MÉTODO DE PELTIER 100 150 P e I 5 e = espesor de la calzada en centímetros P = carga máxima por rueda en toneladas I = CBR del suelo de subrasante La fórmula sólo es válida para valores de CBR inferiores a 15 ESPESOR REQUERIDO DE AFIRMADO MÉTODO DEL TRL ESPESOR REQUERIDO DE AFIRMADO MÉTODO AASHTO Establece el espesor requerido en función de tres parámetros: —Región climática —Calidad relativa del suelo de subrasante —Nivel de tránsito ESPESOR REQUERIDO DE AFIRMADO MÉTODO AASHTO REGIONES CLIMÁTICAS REGIÓN I II III IV V VI CARACTERÍSTICAS Húmeda, sin heladas Húmeda, con ciclos de congelamiento y deshielo Húmeda, con alta penetración de la helada Seca, sin helada Seca, con ciclos de congelamiento y deshielo Seca, con alta penetración de la helada ESPESOR REQUERIDO DE AFIRMADO MÉTODO AASHTO CALIDAD RELATIVA DEL SUELO DE SUBRASANTE Región climática Muy pobre Pobre Regular Buena Muy buena I II III IV V VI 2800* 2700 2700 3200 3100 2800 3700 3400 3000 4100 3700 3100 5000 4500 4500 5600 5000 4100 6800 5500 4400 7900 6000 4500 9500 7300 5700 11700 8200 5700 * módulo resiliente efectivo, en lb/pg2 NIVEL DE TRÁNSITO Nivel Alto Medio Bajo Número de ejes equivalentes de 80 kN 60,000 – 100,000 30,000 – 60,000 10,000 – 30,000 ESPESOR REQUERIDO DE AFIRMADO MÉTODO AASHTO Calidad relativa del suelo de subrasante Muy buena Buena Regular Pobre Muy pobre Nivel de tránsito I II Alto Medio Bajo Alto Medio Bajo Alto Medio Bajo Alto Medio Bajo Alto Medio Bajo 8 6 4 11 8 4 13 11 6 ** ** 9 ** ** 11 10 8 4 12 9 5 14 11 6 ** ** 10 ** ** 11 Región climática III IV Espesor de afirmado en pulgadas 15 7 11 5 6 4 17 10 12 7 7 4 17 12 12 10 7 5 ** ** ** 15 9 8 ** ** ** ** 10 8 El módulo del material de afirmado es 30,000 psi ** Se recomienda la construcción de un pavimento V VI 9 7 4 11 9 5 13 10 5 ** 15 8 ** ** 8 15 11 6 17 12 7 17 12 7 ** ** 9 ** ** 9 ESPESOR REQUERIDO DE AFIRMADO MÉTODO DE DAKOTA DEL SUR VÍAS EN AFIRMADO MATERIALES PARA LA CONSTRUCCIÓN DE AFIRMADOS MATERIALES PARA LA CONSTRUCCIÓN DE AFIRMADOS PROPIEDADES DESEABLES Resistencia al deslizamiento Brindar una superficie lisa (baja rugosidad) Propiedades cohesivas Resistencia a la pérdida de grava y a la erosión Estabilidad en condiciones seca y húmeda Baja permeabilidad Buena capacidad de distribución de esfuerzos Facilidad para su conformación y compactación MATERIALES PARA LA CONSTRUCCIÓN DE AFIRMADOS Materiales deseables Gravas arenosas bien gradadas, con una pequeña proporción de finos de tipo arcilloso Materiales indeseables Materiales carentes de partículas de grava y con finos limosos. Estos materiales son porosos e inestables y sufren pérdidas importantes bajo la acción del tránsito automotor MATERIALES PARA LA CONSTRUCCIÓN DE AFIRMADOS PROPIEDADES RECOMENDADAS POR EL ARRB (AUSTRALIA) Para facilidad de conformación y compactación y para brindar comodidad y seguridad al tránsito, el 100 % del material debe pasar el tamiz de 25 mm ( 1”) Para brindar resistencia a la pérdida de material, el porcentaje retenido en el tamiz de 2.36 mm (No 8) se debe encontrar entre 20 % y 60 % Para brindar estabilidad y reducir la permeabilidad, la relación entre los pasantes de los tamices de 75μm (No 200) y de 2.36 mm (No 8) debe encontrarse entre 0.2 y 0.4 MATERIALES PARA LA CONSTRUCCIÓN DE AFIRMADOS PROPIEDADES RECOMENDADAS POR EL ARRB (AUSTRALIA) El Índice Plástico (IP) debe encontrarse entre 4 y 15 Los menores valores del rango se recomiendan en climas húmedos, en vías con altos volúmenes de tránsito y donde los materiales tengan bajo contenido de grava, en tanto que los valores más altos se recomiendan para la situación contraria El Producto Plástico (IP * % pasa tamiz de 0.425 mm) debe encontrarse entre 300 y 400 MATERIALES PARA LA CONSTRUCCIÓN DE AFIRMADOS PROPIEDADES RECOMENDADAS POR EL ARRB (AUSTRALIA) El Límite de Contracción debe encontrarse entre 4 y 8 Los menores valores del rango se recomiendan en vías en climas húmedos y con altos volúmenes de tránsito y donde los materiales tengan bajo contenido de grava, en tanto que los valores más altos son recomendables donde se presente la situación contraria El CBR debe ser mayor de 11 para el 95% de compactación MATERIALES PARA LA CONSTRUCCIÓN DE AFIRMADOS PROPIEDADES RECOMENDADAS EN SUDÁFRICA (Jones y Paige-Green, 1996) Tamaño máximo (mm) Cantidad de sobretamaños ( % ) 1 Producto de contracción (Pc) Coeficiente de gradación (Cg )3 Valor de impacto ( % ) CBR ( % ) 1 2 3 4 Rural 37,5 5 máx 2 100 - 365 16 - 34 20 - 65 15 mín4 Urbana 37,5 0 100 - 240 16 - 34 20 - 65 15 mín Producto de contracción = Contracción lineal * % pasa tamiz 0.425 mm Preferible un máximo de 240 Coeficiente de gradación = (%pasa t. 25 mm - % pasa t. 2.0 mm)*%pasa t. 4.25 mm 100 al 95% de compactación tras 4 días de inmersión en agua MATERIALES PARA LA CONSTRUCCIÓN DE AFIRMADOS RELACIÓN ENTRE EL PRODUCTO DE CONTRACCIÓN Y EL COEFICIENTE DE GRADACIÓN VÍAS EN AFIRMADO EVALUACIÓN DE VÍAS EN AFIRMADO EVALUACIÓN DE VÍAS EN AFIRMADO OBJETIVOS DE LA EVALUACIÓN Clasificar y cuantificar los deterioros Determinar la condición de los diferentes segmentos de la vía objeto de la evaluación Observar los cambios en la condición de la calzada durante el transcurso del tiempo Identificar las medidas necesarias de mantenimiento o mejoramiento Establecer prioridades de intervención EVALUACIÓN DE VÍAS EN AFIRMADO CLASIFICACIÓN DE LOS DETERIOROS Deterioros generalizados —Pérdida de grava —Ondulaciones —Ahuellamiento —Pérdida de pendiente transversal Otros deterioros —Baches —Surcos de erosión —Cabezas duras DETERIOROS GENERALIZADOS PÉRDIDA DE GRAVA Desaparición del material superficial como consecuencia de las agresiones sufridas por el afirmado, incluyendo algunas acciones de conservación Su velocidad de evolución es variable de acuerdo con el clima, los materiales de construcción, el tránsito y la topografía Ocurre en cualquier época del año, pero se acentúa en la lluviosa En épocas secas se forman nubes de polvo que reducen la visibilidad y afectan a los vecinos de la vía DETERIOROS GENERALIZADOS Pérdida de grava Nube de polvo DETERIOROS GENERALIZADOS ONDULACIONES Reordenación de la superficie en ondas paralelas orientadas perpendicularmente al sentido del tránsito Ocupan todo el ancho de la vía y su longitud de onda varía desde 300 mm en calzadas arenosas, hasta 1,000 mm en calzadas con alto contenido de grava El deterioro se desarrolla en la estación seca, cuando los materiales presentan débil cohesión DETERIOROS GENERALIZADOS ONDULACIONES DETERIOROS GENERALIZADOS AHUELLAMIENTO Deformación que altera la pendiente transversal, la cual proviene de las fuerzas ejercidas por los neumáticos de los vehículos, siendo más marcada cuanto más pesado y canalizado sea el tránsito. En la estación seca se produce el desplazamiento lateral de los materiales poco cohesivos, en tanto que en la húmeda se puede producir pérdida de estabilidad del afirmado o de la capa de soporte Este deterioro dificulta los desplazamientos laterales de los vehículos y afecta notoriamente la seguridad de los usuarios DETERIOROS GENERALIZADOS AHUELLAMIENTO DETERIOROS GENERALIZADOS PÉRDIDA DE PENDIENTE TRANSVERSAL Deterioro causado por el desgaste superficial producido por el tránsito, así como por pérdidas irregulares de grava o asentamientos desiguales del suelo de fundación Se traduce en estancamientos de agua y en el reblandecimiento del cuerpo de la calzada DETERIOROS GENERALIZADOS PÉRDIDA DE PENDIENTE TRANSVERSAL OTROS DETERIOROS BACHES Depresiones localizadas de forma más o menos circular que tienen su origen en defectos del perfil de la subrasante o en otros deterioros preexistentes Se desarrollan principalmente en época húmeda, debido a que el agua estancada satura el material superficial y lo hace más vulnerable a la acción del tránsito OTROS DETERIOROS BACHES OTROS DETERIOROS SURCOS DE EROSIÓN Pueden ser paralelos o perpendiculares al eje de la calzada y se producen por deficiencias en el drenaje superficial Afectan la calzada principalmente en zonas con fuerte pendiente y baja compactación La intensidad del fenómeno depende de la cantidad de agua involucrada y de la velocidad de los cursos de agua formados OTROS DETERIOROS SURCOS DE EROSIÓN Longitudinales Transversales OTROS DETERIOROS CABEZAS DURAS Partículas gruesas que se asoman en la superficie del afirmado, por desprendimiento del material fino alrededor de ellas El fenómeno se puede producir por la presencia de sobretamaños, por discontinuidades en la granulometría de la grava o por diferencias de dureza entre las partículas del agregado grueso Dan lugar a una pésima calidad del rodamiento y obligan a una drástica disminución en la velocidad de circulación OTROS DETERIOROS CABEZAS DURAS EVALUACIÓN DE VÍAS EN AFIRMADO CUANTIFICACIÓN DE LOS DETERIOROS Aunque todos los deterioros inciden en la condición del afirmado, los dos cuya presencia continua afecta más las condiciones de circulación son: —Pérdida de pendiente transversal (incluyendo en ella los ahuellamientos y los surcos de erosión) —Ondulaciones Estos deterioros se cuantifican en función de su amplitud y su gravedad EVALUACIÓN DE VÍAS EN AFIRMADO CUANTIFICACIÓN DE LOS DETERIOROS Amplitud —Porcentaje de la longitud del tramo evaluado en el cual se presenta el deterioro Gravedad —Severidad que presenta el deterioro —Si en un determinado trayecto se observan diferentes niveles de severidad, se deberá establecer un grado ponderado de gravedad EVALUACIÓN DE VÍAS EN AFIRMADO ÍNDICES DE CALIFICACIÓN DEL ESTADO DE LA CALZADA Partiendo de las amplitudes y de los niveles de gravedad de las pérdidas de pendiente transversal y de las ondulaciones, se pueden establecer índices representativos de dichos deterioros en cada tramo (Ip e Io) A partir de ellos, se puede determinar un índice de deterioro (Id) del tramo evaluado EVALUACIÓN DE VÍAS EN AFIRMADO ÍNDICES DE CALIFICACIÓN DEL ESTADO DE LA CALZADA EVALUACIÓN DE VÍAS EN AFIRMADO ÍNDICE ESTRUCTURAL DE LA CALZADA AFIRMADA (Ie) La pérdida de grava es un deterioro característico de las calzadas afirmadas Entre más delgada sea la cobertura de grava, más esforzada se encontrará la subrasante y mayores serán los riesgos de un deterioro pronunciado La falta de capacidad estructural se hace más evidente a medida que la intensidad del tránsito aumenta El Índice Estructural de la calzada afirmada (Ie) combina estos dos factores EVALUACIÓN DE VÍAS EN AFIRMADO ÍNDICE ESTRUCTURAL DE LA CALZADA AFIRMADA VÍAS EN AFIRMADO SOLUCIONES PARA EL MANTENIMIENTO SOLUCIONES PARA EL MANTENIMIENTO DETERMINACIÓN DEL TIPO DE SOLUCIÓN Las opciones de intervención para el mantenimiento se establecen en función de los factores que inciden en el estado y comportamiento actual del afirmado, resumidos a través de los índices de deterioro (Id) y estructural (Ie) SOLUCIONES PARA EL MANTENIMIENTO DETERMINACIÓN DEL TIPO DE SOLUCIÓN E1: Calzada en buen estado para la intensidad del tránsito por servir, donde el trabajo necesario se reduce a operaciones rutinarias de barrido y perfilado ligero, sin aporte de material E2: Calzada de bajo tránsito y con alto deterioro o de tránsito y deterioro medios, que amerita un reperfilado pesado sin aporte de material, escarificando y cortando hasta el fondo de las deformaciones y reponiendo debidamente el afirmado existente E3: Calzada con alto deterioro y bajo espesor de grava, donde el tránsito es de alguna consideración. La solución es similar a la E2, pero se requiere una recarga de grava para que la calzada recupere la capacidad estructural DESCRIPCIÓN DE LAS SOLUCIONES PARA EL MANTENIMIENTO TRATAMIENTO CON RASTRAS Y ESCOBAS Es un tratamiento continuo durante la temporada seca, para detener la formación de ondulaciones, eliminando el material suelto de la superficie El tratamiento con escobas sólo es eficaz en caminos con bajo volumen de tránsito y superficies de suelo arenoso y suelto El tratamiento con rastras es más eficiente y su frecuencia depende del volumen de tránsito, del tipo de material por tratar y de la rapidez con la cual tienden a formarse las ondulaciones DESCRIPCIÓN DE LAS SOLUCIONES PARA EL MANTENIMIENTO TRATAMIENTO CON ESCOBA DESCRIPCIÓN DE LAS SOLUCIONES PARA EL MANTENIMIENTO TRATAMIENTO CON RASTRAS DE LLANTAS DESCRIPCIÓN DE LAS SOLUCIONES PARA EL MANTENIMIENTO TRATAMIENTO CON RASTRAS DE CLAVOS DESCRIPCIÓN DE LAS SOLUCIONES PARA EL MANTENIMIENTO PERFILADO LIGERO Consiste en rebajar ligeramente la superficie del camino para controlar las asperezas y las ondulaciones superficiales leves. El trabajo no contempla la adición de materiales DESCRIPCIÓN DE LAS SOLUCIONES PARA EL MANTENIMIENTO PERFILADO PESADO Se aplica cuando las operaciones de perfilado ligero resulten ineficientes y su frecuencia deba ser tan alta que dicha opción se vuelva impráctica y costosa Es deseable realizar el trabajo al final de la temporada lluviosa, para que la humedad del material sea alta y facilite la recompactación y evite la pérdida de grava El perfilado pesado es impracticable en afirmados con espesor inferior a 75 mm DESCRIPCIÓN DE LAS SOLUCIONES PARA EL MANTENIMIENTO PERFILADO PESADO DESCRIPCIÓN DE LAS SOLUCIONES PARA EL MANTENIMIENTO RECARGA DE GRAVA Se aplica cuando el material de afirmado se ha desgastado por el tránsito, por los perfilados periódicos, por la erosión hídrica y por la dispersión causada por el viento El espesor de recarga se establece como la diferencia entre el espesor de un nuevo afirmado para servir el tránsito previsto y el espesor remanente del afirmado existente No se debe permitir que la compactación se deba a la acción exclusiva del tránsito, pues ella se concentraría en las zonas de rodada, causando ahuellamientos con notable rapidez DESCRIPCIÓN DE LAS SOLUCIONES PARA EL MANTENIMIENTO RECARGA DE GRAVA DESCRIPCIÓN DE LAS SOLUCIONES PARA EL MANTENIMIENTO REAPLICACIÓN LOCALIZADA DE GRAVA Consiste en el relleno de baches o surcos en áreas de reducida extensión, mediante métodos manuales El procedimiento consiste en retirar el agua y los materiales sueltos de la zona deteriorada, cortar los costados de ella hasta alcanzar el material en buen estado, rellenar con material humedecido y compactarlo con pisones pequeños o vibradores manuales, dejando la última capa unos 30 mm por encima de la superficie de la calzada DESCRIPCIÓN DE LAS SOLUCIONES PARA EL MANTENIMIENTO REAPLICACIÓN LOCALIZADA DE GRAVA DESCRIPCIÓN DE LAS SOLUCIONES PARA EL MANTENIMIENTO CONTROL DEL POLVO Aplicación de un producto supresor de polvo en forma de riego Los productos más empleados son los cloruros (de calcio y magnesio), los cuales absorben la humedad del ambiente, manteniendo húmeda la superficie del camino También se emplean resinas, asfaltos y productos comerciales La aplicación del producto reduce la emisión de polvo, la pérdida de grava y la frecuencia de las operaciones de perfilado La dosis por aplicar depende de la concentración del producto DESCRIPCIÓN DE LAS SOLUCIONES PARA EL MANTENIMIENTO CONTROL DEL POLVO VÍAS EN AFIRMADO FRECUENCIA DE LAS OPERACIONES DE MANTENIMIENTO PERIÓDICO FRECUENCIA DE LAS OPERACIONES DE MANTENIMIENTO PERIÓDICO PERFILADO LIGERO BANCO MUNDIAL Paso de motoniveladora cada 4,000 a 8,000 vehículos INGEROUTE (MOPT Colombia) FRECUENCIA DE LAS OPERACIONES DE MANTENIMIENTO PERIÓDICO PERFILADO LIGERO TRL (Reino Unido) FRECUENCIA DE LAS OPERACIONES DE MANTENIMIENTO PERIÓDICO PERFILADO PESADO Depende del tránsito, de las condiciones atmosféricas y de la frecuencia con la cual se realice el perfilado ligero Los intervalos se fijan en cada caso particular, dependiendo del tiempo que transcurra hasta que la combinación de los índices de deterioro (Id) y estructural de la calzada (Ie), exijan una intervención de mantenimiento del tipo E 2 FRECUENCIA DE LAS OPERACIONES DE MANTENIMIENTO PERIÓDICO RECARGA DE GRAVA Hay coincidencia en la necesidad absoluta de hacerlo cuando el espesor del afirmado haya disminuido hasta alcanzar 75 mm El espesor de recarga se establece como la diferencia entre el espesor de un nuevo afirmado para servir el tránsito previsto y el espesor remanente del afirmado existente No hay consenso entre los expertos, en cuanto a la rapidez con la cual se pierde la grava del afirmado FRECUENCIA DE LAS OPERACIONES DE MANTENIMIENTO PERIÓDICO RAPIDEZ CON LA CUAL SE PIERDE LA GRAVA La situación se debe resolver en cada caso, aunque hay guías de carácter muy general: —TRL – 30 mm/año por cada 100 vehículos diarios (pero cita casos de pérdidas hasta de 80 mm/año) —INGEROUTE – 20 a 30 mm/año por cada 200 vehículos diarios —LCPC – 20 a 40 mm/año por cada 150 a 500 vehículos diarios —AASHTO – presenta 3 ecuaciones empíricas para calcular las pérdidas a partir de las lluvias, condiciones geométricas de la vía, calidad del afirmado, tránsito y frecuencia del perfilado ligero VÍAS EN AFIRMADO UMBRAL DE PAVIMENTACIÓN DE LAS VÍAS AFIRMADAS UMBRAL DE PAVIMENTACIÓN DE LAS VÍAS AFIRMADAS (I) La decisión de pavimentar una vía en afirmado depende de muchos factores (técnicos, políticos, económicos, sociales) La aplicación de un sistema de administración de mantenimiento es el mejor recurso del que pueden disponer los gobiernos para determinar los tratamientos más efectivos a largo plazo para todas sus vías, controlar sus costos de mantenimiento e invertir los recursos de la manera más acertada UMBRAL DE PAVIMENTACIÓN DE LAS VÍAS AFIRMADAS (II) En términos muy amplios, se justifica pavimentar una vía en afirmado cuando los costos de provisión y mantenimiento de la vía pavimentada, más los de operación de los vehículos que circulen sobre ella, resulten inferiores a los costos de mantenimiento y operación de la vía sin pavimentar UMBRAL DE PAVIMENTACIÓN DE LAS VÍAS AFIRMADAS IMPACTO DE LAS SUPERFICIES NO PAVIMENTADAS SOBRE LOS COSTOS DE LOS USUARIOS UMBRAL DE PAVIMENTACIÓN DE LAS VÍAS AFIRMADAS SELECCIÓN ECONÓMICA DEL UMBRAL DE PAVIMENTACIÓN UMBRAL DE PAVIMENTACIÓN DE LAS VÍAS AFIRMADAS RECOMENDACIONES INTERNACIONALES BANCO MUNDIAL Entre menos de 100 y más de 400 vehículos por día YODER El punto de equilibrio se encuentra en el entorno de los 500 vehículos diarios FHWA Los volúmenes de tránsito promedio diario que justifican pavimentar, varían desde 50 hasta 400 o 500 vehículos CONCLUSIÓN Cada país o región debe realizar sus definiciones, a partir de sus condiciones singulares