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 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.
