La evaluación estructural de pavimentos consiste, básicamente, en la determinación de la capacidad portante del sistema pavimento-subrasante en una estructura vial existente, en cualquier momento de su vida de servicio, para establecer y cuantificar las necesidades de rehabilitación, cuando el pavimento se acerca al fin de su vida útil o cuando el pavimento va a cambiar su función (un nuevo tipo de avión en un aeropuerto existente, por ejemplo). Las necesidades de evaluar estructuralmente los pavimentos de una red aumentan a medida que se completa el diseño y la construcción de una red vial nacional o regional y consecuentemente aumenta la necesidad de su preservación y rehabilitación. (Hoffman y Del Aguila, 1985, p.1)
La evaluación estructural de pavimentos presenta dos fases; en la primera se realiza el proceso de recolección de datos mediante ensayos en campo (auscultación estructural) y la segunda se procede con la aplicación de un método para hallar los resultados (deflexiones, módulo de elasticidad, CBR, número structural) denominado retrocálculo.
Los métodos de retrocálculo pueden ser iterativos cuando realizan comparaciones sucesivas entre el cuenco de deflexión medido y el teórico, este último puede ser determinado por programas de computación, por el conjunto de estructuras evaluadas y almacenadas en un banco de datos o por regresión estadística, mientras los métodos simplificados son aquellos que se realizan por medio de la utilización de ecuaciones, tablas y gráficos basados en la teoría de elasticidad, este procedimiento es más rápido que los iterativos, pero con mucha menor precision. (Nóbrega, 2003)
Para el presente Proyecto se realiza los procedimientos anteriormente mencionados por etapas; por ende, se realiza una evaluación deflectométrica del pavimento por cada capa estructural del mismo, esto nos permite evaluar la interacción existente entre ellas según el orden del proceso constructivo mediante un análisis del cuenco de deflexiones.
La evaluación estructural de los pavimentos ha ido variando de la mano con los avances tecnológicos, requiriendo cada vez un mejor rendimiento de trabajo, una recolección sistemática de los parámetros del pavimento y menor daño físico y operacional al pavimento en estudio.
2.1.1 Factores que afectan la magnitud de las deflexiones
Dentro de las mediciones realizadas en la evaluación estructural habrá que considerar los siguientes aspectos ya que influyen en la toma de resultados y pueden inducir errores al interpretar los resultados:
2.1.1.1 Temperatura
• Se debe realizar ajustes en los datos de deflexiones en base a la temperatura bajo las que se realizaron los ensayos y se observará cuál es el comportamiento térmico del pavimento.
• A medida que la temperatura es mayor, las deflexiones se incrementan, debido al decrecimiento de rigidez de las capas.
• A temperaturas altas del pavimento (del orden de 40ºC) comienza a intervenir la deformación plástica de las mezclas, sobre todo cuando la carga de ensayo es estática • La temperatura del pavimento se debe medir según norma ASTM D 4695
• Las deflexiones deben ser corregidas a una temperatura estándar, generalmente 20 °C. 2.1.1.2 Humedad.
componentes de las mismas tienen una gran susceptibilidad a dicha humedad.
• En zonas tropicales se producen mayores deflexiones en épocas lluviosas, en tanto que en áreas con estaciones, ello ocurre en la época de deshielo.
• Se deben medir las deflexiones en época crítica o aplicar factores de corrección por temporada climática.
• El efecto de las variaciones de humedad es más intenso en el caso de pavimentos delgados sobre suelos de subrasante finos.
2.1.1.3 Tiempo de carga.
• Materiales ligados con cemento asfáltico: Están fuertemente influenciados por el tiempo de carga debido a la naturaleza visco elástica del asfalto. Este efecto se reduce a bajas temperaturas.
• Materiales ligados con cemento hidráulico: El modulo dinámico para materiales cementados puede ser aproximadamente el doble del módulo estático, si el tiempo de aplicación de carga es muy alta, este efecto se reduce a medida que el módulo aumenta. • Suelos finos: Manifiestan mayor rigidez en respuestas a cargas dinámicas.
Figura 2.1 Evaluación estructural
Fuente: Análisis comparativo de la evaluación de pavimentos por medio de la viga benkelman y el deflectómetro de impacto (Escobar, Garcia y Guzman, 2007)
2.1.2 Solicitaciones principales de un pavimento 2.1.2.1 Tránsito
Ésta es quizá la variable de mayor importancia para calcular los espesores del pavimento. El Tránsito que soportará la vía durante el periodo para el cuál se ha dimensionado es siempre difícil de preveer, motivo por el cual se recomienda disponer de estaciones de pesaje o cables piezométricos que mantengan información de las cargas. Si se presentan variaciones en el tránsito, el cual puede aumentar de forma distinta a lo previsto a causa del cambio de las condiciones económicas de la region, el diseño estará subdimensionado, por lo que se deberá reforzar la estructura progresivamente. (Reyes, 2003, p.27)
El tránsito está compuesto por la variedad de vehículos, diferencia de pesos así como el número de ejes. Esta variedad viene acompañada en el crecimiento de la cantidad de vehículos con el pasar de los años y más aún si hablamos en términos de carga que transportan; todo ello influye considerablemente en la evaluación estructural de los pavimentos.
Evaluar esta diversidad es un trabajo complejo, actualmente algunas metodologías definen la conversión del tránsito existente, proyectado o inducido en un número de ejes equivalentes identificado como EAL, el cual consiste en el número de repeticiones de carga equivalentes a 8.2 ton o 18 kips, durante la vida útil del pavimento.
El efecto de las cargas producidas por los vehículos en los pavimentos son la principal causa del deterioro de éste, a lo cual se suma el efecto del clima, reduciendo así la capacidad del pavimento.
2.1.2.2 Clima
Las condiciones del medio ambiente (como la precipitación, temperatura y la profundidad del nivel freático) tienen efectos sobre el comportamiento de los pavimentos rígidos y flexibles.
La humedad y la temperatura son dos de las variables que pueden afectar la capa de pavimento, las propiedades de la subrasante, base y sub base, por lo tanto, su capacidad de soportar cargas.
• Efectos de la temperatura.
En pavimentos rígidos, como resultado del cambio de temperatura, se obtiene una desigual dilatación o contracción de las fibras paralelas a la superficie con la profundidad, lo que provoca el alabeo de la losa. Este movimiento está parcialmente impedido por el peso propio y reacciones en los dispositivos de transmisión de cargas entre losas, lo cual provoca tensiones; El alabeo altera el régimen de contacto de la losa con la sub-base, aumentando las tensiones producidas por el tránsito. En pavimentos flexibles la temperatura producirá envejecimiento superficial de la capa de rodadura; además de ablandamiento y reducción de la viscosidad del asfalto y en presencia de bajas temperaturas se producirá pérdida de flexibilidad y grietas de contracción en el asfalto. (Escobar, Garcia y Guzman, 2007)
La ecuación para calcular la corrección por temperatura se muestra a continuación, donde h es el espesor del pavimento en cm.
𝐷20°𝐶 =[10−3∗𝑒∗(𝑡−20°𝐶)]+1𝐷𝑡 Criterio USA … (ecuación 2.1)
Donde:
𝐷𝑡= Deflexión recuperable medida en la temperature “t” en centésimos de milimetros (mm*10^2)
t = temperatura en °C medida en el interior de la capa de carpeta asfáltica
𝐷20°𝐶 = Deflexión corregida para la temperatura de 20°C e= espesor de la carpeta asfáltica en centímetros.
• Efectos de la lluvia.
El contenido de humedad, provoca una considerable influencia sobre las propiedades de los materiales que constituyen la estructura de pavimentos y sobre su comportamiento.
La accion del agua puede ocasionar daños como erosión, saturación y exceso de subpresión, pérdida de resistencia de la subrasante cuando ésta se satura, degradación de la calidad del material por la humedad entre otros.