Mantenimiento de pavimentos
El mantenimiento de pavimentos comprende una serie
de actividades que van desde la planificación de las
obras hasta la ejecución de acciones de reparación o
reposición. A escala de planificación, habitualmente
se realizan una serie de tareas intermedias que parten
con:
• Un inventario de los sectores pavimentados,
que considera longitud, geometría, tráfico, diseño
estructural existente.
• Una sistematización de los deterioros a fin de lograr
identificarlos en terreno.
• Un sistema de auscultación, que puede consistir en la
ejecución de inspecciones visuales hasta ensayos no
destructivos y eventualmente métodos de evaluación
del estado generalizado del pavimento.
• Un catálogo de reparaciones estandarizado,
asociado al tipo de deterioro identificado en terreno, el
cual incluye soluciones estandarizadas con sus costos
asociados.
Estas tareas permiten evaluar en el corto y mediano
plazo, planes de acción para mantener los pavimentos
de adoquines con un cierto nivel de funcionalidad.
Puesto que en el estado del arte aún no existen
modelos universales de comportamiento de los
pavimentos de adoquines, es conveniente que
las evaluaciones y planes de intervención estén
asociados estrechamente a la evaluación de estado
de manera de actuar en base a necesidades de corto
plazo e ir adquiriendo período a período conocimiento
acerca de cómo progresan los deterioros.
Particularmente, en este capítulo se discutirán
elementos básicos acerca de los deterioros, la
inspección visual y la evaluación de estado de los
pavimentos de adoquines.
Deterioros en pavimentos de adoquines
Los deterioros de los pavimentos de adoquines, al
igual que todo tipo de pavimento, corresponden a
la respuesta del pavimento ante la variabilidad de
solicitaciones de tráfico, clima, de los materiales y
de los métodos constructivos. Por tanto, existe una
combinación de variables que hacen muy complejo
el determinar relaciones causales muy directas. Aun
así diversos investigadores han realizado extensos
trabajos a fin de catalogar los deterioros de este tipo
de pavimentos (Emery, 1987; Emery, 1993; Shackel y
Pearson, 2001; Abe et al., 2002; Shackel et al., 2003;
Omoto et al., 2006; Visser, 2006; Hein et al., 2009;
Nakamura et al., 2009). En base a tales resultados, es
posible ofrecer la siguiente clasificación de deterioros.
Ahuellamiento o deformaciones permanentes:
este deterioro se debe al efecto del tráfico acumulado,
combinado eventualmente con un diseño estructural
deficiente, con materiales de base y sub base
inadecuados, una cama de arena con alto contenido
de finos o granulometrías discontínuas y la presencia
de suelos compresibles (Omoto et al., 2006).
En pavimentos en pendiente la falta de confinamiento
y anclaje lateral también producen ondulaciones que
se traducen en deformaciones permanentes. Los
métodos de diseño modernos, establecen un diseño y
calidad de los materiales tales que en la vida de diseño
el ahuellamiento sea inferior a un valor determinado
que depende del uso que se le dará al pavimento.
Pérdida de resistencia al deslizamiento: ese
deterioro se debe esencialmente al pulimiento de los
agregados superficiales del adoquín de hormigón. Se
manifiesta como una superficie pulida, muy lisa en la
cual las asperezas de los agregados se encuentran
pulidas también. Sólo puede detectarse mediante
ensayos en terreno con equipos tales como el péndulo
británico.
Degradación de la superficie de los adoquines: este
deterioro se refiere al desprendimiento de partículas
minerales que forman parte de los agregados con los
cuales se fabrican los adoquines.
De acuerdo a Visser (2006), ocurre más frecuentemente
cuando se utilizan agregados sintéticos o de escorias
de acería o minería, los cuales al contener impurezas
que en contacto con el ambiente se degradan
rápidamente.
Rotura de adoquines: la rotura de unidades de
adoquines tiene su causa en un mal confinamiento
de borde unido a la presencia de micro fisuras en el
adoquín, especialmente cuando en su manufactura
no se realiza un adecuado control de la densidad del
adoquín.
Se manifiesta como desprendimientos vertical de
pequeños trozos o de láminas oblicuas similares a los
desconches en las juntas de pavimentos de hormigón
o como fracturas francas de los bloques (Omoto et
al., 2006; Hein et al., 2009). En aeropuertos puede
deberse a shock térmicos que se ven magnificados
por las grandes extensiones involucradas (Emery,
1987). En zonas frías o con gradientes térmicos
importantes, puede deberse a una baja resistencia
del adoquín a ciclos de variación térmica.
Pie de elefante: este deterioro se refiere
específicamente a hundimientos con forma
aproximadamente circular de unos pocos cm de
diámetro (Lilley y Dawson, 1988). Se manifiesta
esencialmente en sectores donde existe una alta
concentración de cargas en poca superficie, como
por ejemplo en los puntos de apoyo de contenedores
cargados. Pueden ocurrir en sectores en donde
además existen localmente materiales débiles o
debilitados por falta de compactación homogénea,
presencia de agua, y materiales de base y subbase
inadecuados.
Pérdida de arena en las juntas: la pérdida de
arena en las juntas reduce la capacidad de fricción
entre bloques, afectando la trabazón mecánica entre
ellos. Asimismo, aumenta el riesgo de infiltración de
contaminantes hacia la cama de arena. Este deterioro
puede ser la resultante del uso de chorros de agua
o aire comprimido destinados a limpiar la superficie
de los adoquines. En aeropuertos, puede deberse
al chorro de gas provenientes de las turbinas de las
aeronaves a reacción durante el despegue (Emery,
1993).
Bombeo de agua en las juntas: cuando se produce
acumulación de agua en la base y subbase, es posible
que por las juntas de adoquines se expulse el agua
por las cargas de tráfico, con lo cual se desprende
progresivamente la arena, limitando la trabazón y
favoreciendo la degradación progresiva de la cama
de arena. En etapas más avanzadas de deterioro,
puede verse acompañada de torsión de adoquines e
indicios de escalonamiento.
Abertura de juntas: este deterioro está relacionado
con errores constructivos, con ahuellamientos
y desplazamientos horizontales. Producen una
pérdida de la trabazón mecánica entre adoquines y
por tanto una pérdida de eficiencia. Generalmente
se ve acompañado de acumulación de tierra, arena
contaminada y en zonas húmedas florece vegetación
y musgos.
Escalonamiento: el escalonamiento se refiere
al descenso relativo de las piezas de adoquines,
formando escalones habitualmente en el sentido del
tránsito. Se originan en defectos constructivos en la
base y/o cama de arena, falta de trabazón mecánica y
la aplicación de cargas de tráfico, los que en conjunto
producen torsión y levantamiento de los adoquines
formando un patrón de escalones característico.
Eventualmente este fenómeno puede ser más severo
en las zonas de confinamiento lateral.
Desplazamientos horizontales: estos deterioros
son comunes en zonas en pendiente que no poseen
confinamiento y anclaje, y en zonas terminales
que no tienen confinamiento lateral adecuado.
Eventualmente puede deberse a efectos térmicos
cuando el pavimento vecino es de hormigón y no
cuente con juntas de dilatación. Se ven favorecidos
por la aplicación de fuerzas horizontales tales como
frenados y giros, que son comunes en pavimentos
industriales, en intersecciones de calles y pasajes, y
en zonas de curvas cerradas.
Desprendimiento de adoquines: este deterioro se
refiere al desprendimiento de piezas completas o
trozos de adoquines. Generalmente se ve acompañado
de fracturamiento, ahuellamiento y desplazamientos
horizontales.
Existe evidencia de desprendimientos masivos, que
en general son raros y se deben a la conjunción de
falta de adherencia entre el adoquín y su base y a
la aplicación de fuerzas provenientes por ejemplo de
vientos fuertes o gases a alta presión expulsados por
los eyectores de aeronaves.
Levantamientos: corresponden a protuberancias
localizadas en el pavimento que pueden deberse al
hinchamiento de la base y subbase. Generalmente
se presentan cuando la sub rasante está compuesta
por suelos expansivos, acompañados de bases
y subbases con una fracción elevada de material
arcilloso. En pavimentos urbanos, pueden deberse
también a cambio volumétricos de obras de hormigón
armado como por ejemplo cámaras de inspección,
cajones de hormigón, etc..
Asentamientos en los bordes: se refiere a
hundimientos localizados en los bordes del pavimento.
Se deben generalmente a la falta de un método
adecuado de confinamiento lateral, acompañado de
un déficit de compactación. También puede deberse
a asentamientos locales de las zonas adyacentes al
pavimento.
Falta de restricciones de borde: este deterioro
se refiere a la ausencia total, parcial o localizada
de elementos de restricción de borde, que pueden
producirse por rotura, desprendimiento o extracción.
Generalmente se ve acompañado de otros deterioros
tales como asentamientos en los bordes, lavado de
material de las juntas, entre otros.
Rotura de confinamientos intermedios: cuando
se pavimentan grandes extensiones de terreno con
adoquines, es necesario contar con un reticulado de
confinamientos intermedios para prevenir o limitar los
desplazamientos horizontales. Asimismo, en calles o
pasajes en pendiente es necesario confinamiento
intermedio transversal para este mismo fin. Con el
paso del tiempo, dependiendo de las características
del confinamiento (principalmente resistencia y
espesor), estos pueden romperse debido a las
cargas horizontales, caso en el cual pierden
sustancialmente la función para la cual fueron
proyectados.
Abrasión: este deterioro es más común en patios
industriales o en zonas en donde se aplican
frecuentemente flujos de agua a alta presión para
limpieza de superficie o de juntas. Corresponde
al desprendimiento de parte de la superficie del
adoquín, lo que redunda en una pérdida de espesor.
La magnitud de este deterioro está asociada también
a la calidad lograda en la fabricación del adoquín.
Contaminación de la superficie: se refiere a la
acumulación de contaminantes que reducen la
adherencia entre el neumático y el pavimento o que
pueden reaccionar con los materiales del adoquín.
Puede corresponder a combustibles, aceites, caucho
de neumáticos o cualquier material que se adhiere a
la superficie. Cuando los adoquines están además
afectados por abrasión, los contaminantes se adhieren
más fácilmente y dificulta su retiro. En algunos casos
puede ser más conveniente sustituir los adoquines
afectados.
Auscultación de pavimentos de adoquines
La auscultación se define como un proceso de dos
fases que permite, mediante un proceso sistemático,
tomar datos de estado de un pavimento y sintetizarlos
en indicadores o índices objetivos. Se clasifica en
auscultación Estructural y Funcional (de Solminihac,
2001; Echaveguren et al., 2002). Puede ser visual, no
destructiva y destructiva.
La inspección visual y no destructiva permite detectar
visualmente o con ayudas de instrumentos deterioros
típicos, determinar su magnitud y severidad para así
calificarlos mediante algún tipo de escala de calidad.
La magnitud de cada deterioro se mide generalmente
en unidades físicas tales como metros lineales,
superficie, porcentaje de área etc. La severidad de
un deterioro es la relevancia del deterioro para la
integridad estructural o funcional del pavimento,
y generalmente se mide con la ayuda de escalas
semánticas del tipo: severidad “alta”, “media”, o “baja”.
La auscultación destructiva en tanto, tiene que ver
con la investigación forense de las causas de los
deterioros, lo cual implica muchas veces desmontar
el pavimento y levantar las capas inferiores para su
evaluación. Eventualmente se acompaña de una
evaluación estructural mediante deflectometría de
impacto.
Una ventaja de los pavimentos de adoquines por
sobre otro tipo de pavimentos, es justamente su
característica de fácil montaje y desmontaje, lo cual
permite en el caso de una auscultación destructiva,
el reponer totalmente el pavimento sin mayor costo
asociado.
Existen diversos métodos de inspección visual. En
Chile tanto el Ministerio de Vivienda y Urbanismo
como el de Obras Públicas, proponen métodos de
inspección visual asociados a pavimentos asfálticos,
de hormigón y recapados (MIDEPLAN, 1992; MOP,
2001). Pero no proponen métodos de inspección
visual de adoquines, por lo cual a la fecha, no existen
en Chile métodos de inspección visual aceptados
para ejecutar esta tarea.
Por tal motivo, en esta sección del manual se proponen
guías a tener en cuenta para aplicar un proceso
de inspección visual de este tipo de pavimentos,
tomando como base los métodos existentes en Chile
y particularmente el método de inspección visual
continua de Estados Unidos (SHRP, 2003). Sobre esta
base se presentan esencialmente las características
genéricas de un proceso de inspección visual,
inspirada en los trabajos antes mencionados.
La Figura 6.1 muestra un esquema genérico de
inspección visual, que considera 4 procesos:
codificación, inventario, inspección e informes. El
resultado de este proceso generalmente se integra
inmediatamente al proceso de evaluación de estado.
Codificación
La codificación consiste en definir una topología y
nomenclatura de la red o eje a inspeccionar. Cuando se
trata de superficies extensas, como estacionamientos
o patios industriales, la codificación permite identificar
las áreas de circulación, carga y almacenamiento, que
al recibir solicitaciones distintas poseen diferentes
comportamientos.
Un aspecto importante de esta etapa es la definición
de balizado y de unidades de muestreo en los casos
en que no se realice auscultación continua. El balizado
se refiere a la especificación en terreno de puntos
kilométricos de referencia que determinan la posición
de cada unidad de muestreo.
Inventario
El inventario se realiza para conocer las características
del pavimento en cuanto a características geométricas, de
drenaje, sentido de tránsito, edad del pavimento, historia
y intervenciones, características del diseño estructural.
Los datos de inventarios en general se utilizan tanto para
planificar las auscultaciones como para definir y diseñar a
nivel de detalle las operaciones de mantenimiento.
Inspección
La inspección corresponde a la actividad mediante la
cual se identifican y valoran en terreno los deterioros
en base a un catálogo de deterioros, que describe la
identificación, medición de magnitud y severidad.
Usualmente esta actividad se realiza mediante el
apoyo de fichas de inspección en papel o digitales
que permiten un registro detallado.
Informes
Los informes corresponden esencialmente a síntesis
de los resultados de terreno complementados con la
evaluación de estado de los pavimentos de adoquines.
Permiten tener una visión general del estado de los
pavimentos, la cual es especialmente útil cuando se
cuenta con grandes extensiones de pavimentos de
adoquines.
Los formatos y tipos de informe dependen de las
regulaciones y normativas de cada país, por lo cual
no es posible establecer un formato tipo.
Evaluación de estado de pavimentos de
adoquines
La evaluación de estado de pavimentos de adoquines
se vincula estrechamente con la inspección y la
catalogación de los deterioros. A partir de estas tareas,
se obtienen las variables de entrada para calificar el
estado del pavimento y posteriormente evaluarlo. En
Chile no existe experiencia en torno a la evaluación de
pavimentos de adoquines. Por tanto, en este capítulo
del manual se ofrecen 3 métodos alternativos que
pueden aplicarse con los convenientes ajustes a las
condiciones locales y al tipo de solicitación (tráfico
liviano, tráfico industrial, almacenaje, etc). Los
métodos que aquí se describen corresponden a la
obtención de índices según los enfoques Japonés
(MCI), de Hein et al. (2009) (PCI) y colombiano
(ICP).
Método MCI
Este método, utilizado actualmente en Japón
(Omoto et al., 2003), estima un índice agregado
denominado MCI (Maintenance Control Index)
que asigna un puntaje entre 1 y 10 al pavimento
dependiendo del ahuellamiento promedio (D, en
mm) de la rugosidad media (r, en mm) y a la tasa
de deterioro del pavimento (C, en %). La Ecuación
6.1 expresa la relación entre las variables antes
descritas.
Mediante el MCI es posible establecer un ránking
que determina la necesidad o no de mantención,
según:
• Nivel “A”. El pavimento se encuentra en buen
estado y no se aprecian deficiencias. MCI
varía entre 8 y 10.
• Nivel “B”. El pavimento se encuentra en
buen estado a pesar que exhibe algunas
deficiencias. El MCI varía entre 6 y 8.
• Nivel “C”. El pavimento posee deficiencias
pero no requiere mantenimiento. El MCI varía
entre 4 y 6.
• Nivel “D”. El pavimento necesita mantención
menor. El MCI varía entre 2 y 4.
• Nivel “E”. El pavimento requiere mantención
mayor. El MCI es inferior a 2.
Método PCI
Este método corresponde a una adaptación
del método PCI (ASTM, 2007) utilizado por el
sistema PAVER y para la evaluación de estado
de estacionamiento y calles de bajo tránsito. Fue
realizada por Hein y Burak (2007) considerando
además, elementos del método de medición de
deterioros de Geller (1996). El método utiliza el
sistema de evaluación de estado PCI, como el que
se muestra en la Figura 6.2. El método requiere
esencialmente de un catálogo de deterioro al cual
asociarle las curvas de transformación en función
de la magnitud y severidad del deterioro.
Hein y Burak (2007), consideraron 11 deterioros:
adoquines dañados, depresiones, restricciones de
borde, ancho de junta excesivo, escalonamiento,
abultamientos, desplazamientos horizontales, pérdida
de arena de las juntas, adoquines desprendidos,
presencia de parches y ahuellamiento. Para cada
uno de ellos definieron un catálogo que comprende
una descripción, su identificación en terreno, forma y
unidad de medición de magnitud de cada deterioro y,
tres niveles de severidad (alta, media baja) para cada
deterioro. Una de las desventajas de este método
es la necesidad imperiosa de calibrar las curvas
de transformación, para lo cual se requiere de un
inventario completo de deterioros de una muestra
representativa de pavimentos. Ramos (2007)
propuso un método sencillo de calibración basado
en este concepto para los pavimentos urbanos de
la ciudad de Concepción, Chile. El método permite
realizar una calibración numérica a partir de la cual
es posible obtener curvas de transformación propias.
Método ICP
Este método fue desarrollado en Colombia por Higuera
y Pacheco (2011). Esencialmente utiliza una función
de ponderación denominada Indice de Condición del
Pavimento (ICP) que toma elementos del método MCI
de Japón y PCI. El método establece un catálogo
de deterioros clasificados en deformaciones,
desprendimientos, desplazamientos, fracturamientos
y otros deterioros, estableciendo un catálogo que
describe tipo de deterioro y unidad de medida, posibles
causas, esquemas para identificación en terreno,
nivel de severidad y técnicas de reparación. A partir
de la inspección en terreno, establece dos Indices
de Condición Estructural (ICE) y Funcional (ICF) los
cuales se resumen en una Tabla de doble entrada
para calcular el ICP. La Ecuación 6.2 muestra los
índices ICE e ICP. En donde FCi corresponde al factor
de influencia por clase de deterioro y FAi representa
una penalización por área afectada.
Los factores de penalización dependen del tipo de
deterioro, de la severidad del deterioro y de la superficie
afectada. Estos factores varían entre 0 y 1. A partir de los
valores de ICE e ICF, Higuera y Pacheco (2011), proponen
una escala de cálculo de condición según la Tabla 6.1. A
partir de los datos de la Tabla 6.1, Higuera y Pacheco
(2011) establecen además una escala de valoración de
serviciabilidad, como se muestra en Tabla 6.2.
