exposición de seminario de transporte

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COMPORTAMIENTO DE PAVIMENTOS EN CLIMAS FRIOS PRESENTADO POR:SALAZAR TAYPE ROYER ALAIN

Universidad Nacional del Altiplano - Puno

Escuela Profesional de Ingeniera CivilSEMINARIO DE TRANSPORTES11.INTRODUCCIONConsiderando las redes viales de Per, existen ms de 4,000 km de carreteras ubicadas por encima de los 3,500 metros sobre el nivel del mar, que requieren una inversin de unos 3,000 millones de dlares, para ser asfaltadas o rehabilitadas. Los pavimentos de estas carreteras, comprendidos en la categora de pavimentos en zonas de altura, son afectados por una serie de factores climatolgicos, como temperaturas bajas, gradiente trmico, radiacin solar intensa, y, por los efectos de flujos de agua superficial y subterrnea, que determinan su deterioro prematuro y acelerado. Adems, en dichas altitudes, existen problemas de escasez de materiales, a lo que converge la limitacin de los pases para contar con productos asflticos de calidad garantizada.Para dar solucin al problema de disear y construir los pavimentos, de manera tal que pueda mantenerse estndares de performance adecuados, y, sobre todo, cumplirse con los perodos de diseo establecidos, se han elaborado mtodos y criterios basados en la experiencia propia, muchos de los cuales han tenido un proceso evolutivo y otros, an, se encuentran en fase de experimentacin. La magnitud de la inversin requerida para la construccin de los proyectos, compromete el esfuerzo de los ingenieros viales, para la bsqueda de cada vez mejores soluciones.


Escuela Profesional de Ingeniera CivilLa problemtica de un pavimento en zona de altura est asociada directamente con los factores hidro-metereolgicos y escasez de materiales, que suelen producirse en tales regiones, y que afectan el normal desarrollo del proceso constructivo, la durabilidad y el comportamiento en servicio de las diversas capas que lo componen.


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Escuela Profesional de Ingeniera Civil1.1Antecedentes:Durante los ltimos aos se ha presentado deterioros sin precedentes en infraestructura de pavimentos ocasionados por factores climticos, particularmente en la de carreteras. Muchos miles de kilmetros de nuevas carreteras fueron construidos alrededor del PERU para satisfacer la demanda. Gran parte de estas carreteras han estado en uso por ms de 2 aos y no han alcanzado el final de su periodo de diseo, adicionando a ello que la masa promedio de los vehculos a aumentado, las mayores cargas por eje y la edad, han contribuido en forma continua a travs de los aos, al deterioro de las carreteras, requiriendo por tanto, el desarrollo de nuevas tcnicas que permitan conservarlas en niveles de servicios aceptables.


Escuela Profesional de Ingeniera Civil2.MARCO HISTORICODentro del grupo de vas, que posee la sierra del Per se encuentran las conocidas vas, las cuales poseen gran importancia desde el punto de vista econmico, ya que unen departamentos potenciales de desarrollo comercial y turstica.Es por ello que se les debe de dar prioridad a este tipo de vas, porque son zonas productivas adems que existe una mejor facilidad en el transito.Las vas se construyen para facilitar el movimiento de vehculos de ruedas.Resultan indudablemente tiles para peatones o vehculos de carga, sin embargo es improbable que el mejoramiento en la movilidad de stos pueda ser tal que se cubran los costos de construccin y mantenimiento de la va.


Escuela Profesional de Ingeniera CivilEstas vas han presentado por muchos aos problemas de funcionalidad, debido a que en el pasado a estas se les daba poca importancia; porque se crea que debido al poco trfico que circulaba por ella, no ameritaban grandes inversiones para su construccin y su mantenimiento.


Escuela Profesional de Ingeniera Civil3. CARACTERISTICAS DE LAS ZONAS DE ALTURALas zonas de altura estn sujetas durante el ao a dos estaciones marcadamente definidas, la estacin lluviosa o verano y la estacin fra o invierno. La estacin de lluvias suele presentarse entre los meses de Noviembre a Abril.La precipitacin media anual caracterstica suele estar en el mes de Junio se produce la estacin invernal o de heladas, en donde se producen temperaturas mnimas absolutas de hasta -20C por las madrugadas, mientras que durante el da la temperatura ambiente media se eleva hasta los 20C.


Escuela Profesional de Ingeniera Civil3.1 Disponibilidad de materiales

En las zonas de altura no existen cauces de ros explotables, o si existen, no tienen la suficiente cantidad de material de arrastre requerido para la construccin de los pavimentos. Por otro lado, los bancos rocosos existentes son generalmente de origen volcnico. Los agregados con que se cuenta para la fabricacin de las mezclas asflticas son de bajo peso especfico y alta absorcin de agua.


Escuela Profesional de Ingeniera Civil3.2 Limitaciones para la provisin de cemento asflticoEsta es una situacin particularmente importante y que es caracterstica del Per, y tiene que ver con la oferta limitada relacionada con el asfalto. El asfalto utilizado en el Per procede de la nica refinera que existe en el pas, perteneciente a una empresa estatal, la cul es favorecida con un virtual proteccionismo que impide la importacin de otras alternativas.


Escuela Profesional de Ingeniera CivilLas limitaciones para la provisin de cemento asfltico, de cuya calidad depende en gran parte el comportamiento de los pavimentos sujetos a condiciones extremas de clima, configuran tambin un problema que debe ser tomado en cuenta al momento de establecer las soluciones para el diseo de los pavimentos. * Las temperaturas bajas afectan las propiedades reolgicas del asfalto y en consecuencia las propiedades fsicas de las mezclas, originando el fisuramiento de las capas asflticas, por contraccin trmica y/o por el incremento de la rigidez con la accin combinada del trfico pesado.*La radiacin solar severa que se produce en las zonas de altura, promueve la evaporacin de las fracciones blandas del asfalto y crea un ambiente propicio para la oxidacin y envejecimiento de las estructuras asflticas. La radiacin solar provoca, la decoloracin inmediata de la superficie asfltica, la prdida del material fino de la mezcla (peladuras) y el incremento la permeabilidad de la capa.


Escuela Profesional de Ingeniera Civil4.- PROBLEMAS QUE AFECTAN A LOS PAVIMENTOS EN ZONAS DE ALTURA


Escuela Profesional de Ingeniera Civil* El agua superficial tambin contribuye a la oxidacin del asfalto, al ingresar por los vacos de la capa de rodadura. Sin embargo, su mayor efecto destructivo se manifiesta en forma combinada con las cargas de trfico, ya que el agua alojada en las fisuras del pavimento, por efecto de la presin de los neumticos, genera una presin de poros que gradualmente destruye el pavimento asfltico.





Ahuellamiento Falla de piel de cocodrillo



Carretera Ilo-Desaguadero. Pavimento con geotextil-membrana

Baches (huecos)


Escuela Profesional de Ingeniera Civil* El problema de disponibilidad de materiales en las zonas de altura, es un factor que limita la posibilidad de adoptar soluciones adecuadas para la construccin de los pavimentos. * El cemento asfltico de procedencia nica, utilizado para la construccin de pavimentos en zonas de altura, entra en la categora de problema, cuando no presenta caractersticas adecuadas para su uso en condiciones severas de clima. Ante la carencia de arenas gruesas, en la prctica se produce la tendencia a usar mezclas de gradacin fina, de alto consumo de asfalto en funcin a su rea especfica16


Escuela Profesional de Ingeniera Civil5. AVANCES LOGRADOS PARA LA SOLUCION DEL PROBLEMALa experiencia peruana en lo referente al diseo y construccin de pavimentos para zonas de altura, se ha basado en tres aspectos fundamentales: el diseo estructural utilizando materiales no convencionales, la adopcin de criterios de diseo de mezclas asflticas, tambin no convencionales, y el refinamiento de las recomendaciones para los procedimientos constructivos. Las soluciones se han ido planteado paulatinamente, en funcin a los resultados obtenidos.

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5.1Diseo estructural de pavimentos Solucin todo-asflticaLa solucin todo asfltica para el diseo estructural del pavimento, se emple por primera y nica vez, para la construccin del tramo carretero San Mateo-Morococha, sector de la Carretera Central que atraviesa la Cordillera de Los Andes a una altitud de 4,818 m.s.n.m El paquete estructural esta conformado por un geotextil separador sobre la subrasante, una base drenante granular de 0.15 m de espesor, una base asfltica de 0.10 m de espesor, una carpeta asfltica de 0.05 m de espesor y una carpeta de rodadura asfltica de 0.05 m de espesor.

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Escuela Profesional de Ingeniera Civil5.2 Solucin con geotextil impermeabilizanteAnte la persistencia del fisura miento trmico, a pesar del uso de una estructura todo asfltica y la adopcin de cuidados especiales para el diseo y la construccin del pavimento, la tendencia posterior fue la de elaborar una solucin adoptando una posicin ms realista, primero, buscando una solucin ms econmica y, segundo, aceptando el fisuramiento como un hecho inevitable a costos razonables.


Escuela Profesional de Ingeniera CivilEsta nueva solucin busca que obtener el efecto impermeabilizante observado en la solucin todo asfltica pero utilizando un material ms econmicoEsta solucin fue empleada por primera vez en 1994, para el diseo del tramo carretero Conococha-Puente Sahuay, sector de la Carretera Pativilca-Huaraz-Caraz que atraviesa la Cordillera de los Andes a una altitud de 4,200 m.s.n.m . De esa manera, producidos los fisuramientos en la capa de rodadura, el agua no penetra y la capacidad estructural del pavimento se mantiene inalterable.La solucin con geotextil se ha utilizado para disear ms de 800 km de pavimentos, de los cules se han construido o se estn construyendo ms de 400 km, en el Per.

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Escuela Profesional de Ingeniera Civil5.3 Uso de asfaltos modificadosSin embargo, considerando la tecnologa actual respecto a la calificacin del bitumen en funcin a su performance y la calidad de los materiales asflticos disponibles para la construccin de los pavimentos, la solucin al problema de los fisuramientos trmicos de las estructuras asflticas, trabajando en climas fros y zonas de altura, se encuentra en utilizar un ligante asfltico modificado que permita obtener una mezcla capaz de mantenerse flexible y elstica a la temperatura ms baja prevista para su vida en servicio, y con una mejor resistencia a la fatiga y al envejecimiento.


Escuela Profesional de Ingeniera CivilLa solucin de pavimento flexible utilizando asfalto modificado, fue propuesta para el diseo del tramo Sicuani-Santa Rosa, ubicado en la carretera Puno-Cusco, en la zona sur del Per, en donde el cruce de la cordillera de los Andes se encuentra a una altitud de 4,500 m.s.n.m.Y tambin se ha empleado para el diseo del tramo Guaqui- Desaguadero, actualmente en construccin con financiamiento del Banco Interamericano de Desarrollo


Escuela Profesional de Ingeniera Civil5.4 Diseo de mezclas asflticas para carpetas de rodaduraLa experiencia en el tema del diseo de mezclas asflticas, abarca tres rubros: la seleccin de materiales, el ajuste de la combinacin de agregados y la determinacin del ptimo contenido de bitumen. Al respecto, no existe consenso an con relacin a los criterios ms convenientes a emplear en cada uno de estos temas, por lo tanto, lo que se refiere a continuacin es una recopilacin de las recomendaciones ms empleadas.


Escuela Profesional de Ingeniera Civil5.5 Recomendaciones para la seleccin del ptimo contenido de asfaltoPara el caso de los pavimentos en zonas de altura, se requiere de una mezcla asfltica con las siguientes caractersticas: Trabajabilidad, Impermeabilidad, y Flexibilidad.La mezcla debe ser lo suficientemente trabajable que permita una adecuada y rpida compactacin. La trabajabilidad estar en funcin a una adecuada combinacin de agregados.La impermeabilidad de la mezcla es vital, a fin de evitar la oxidacin y envejecimiento precoz de la capa asflticaLa flexibilidad es fundamental para los efectos de comportamiento a bajas temperaturas

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Escuela Profesional de Ingeniera Civil5.6 Recomendaciones para la seleccin de materiales.La oferta de cemento asfltico permite elegir slo entre dos alternativas, cemento asfltico con penetracin 85-100 y cemento asfltico con penetracin 120-150. Ante este reducido nmero de posibilidades, el criterio recomendado es que para la seleccin del ligante debe primar el parmetro de suceptibilidad trmica antes que la penetracin. Los agregados en zonas de altura presentan usualmente bajo peso especfico y alto contenido de absorcin de agua, por lo que absorben una importante fraccin del asfalto proporcionado a la mezcla, fenmeno que continua an despus de concluido el proceso constructivo. En consecuencia, se recomienda poner especial cuidado para que el clculo de la cantidad de asfalto absorbido por los agregados25


Escuela Profesional de Ingeniera Civil6.CONCLUSIONES: Las fallas que se pueden en las vas en climas frios pueden ser el Piel de Cocodrillo, Agrietamiento , Abultamiento y hundimiento, corrugacin, grieta de borde, grieta longitudinal y transversal, parcheo, , huecos, ahuellamientos, y desprendimientos de agregados. Las causas principales de las fallas localizadas en las vas en son principalmente: la condicin climtica de la zona, las cargas de trnsito, materiales de baja calidad y una base inestable.

En cuanto a las fallas en las vas en climas frios son producidas por proceso constructivo incorrecto y por no contar con el material adecuado. Segn la categora de mantenimiento sugerido segn condicin actual de las vas en climas frios se debe de realizar un MANTENIMIENTO INTENSIVO.

26 7.RECOMENDACIONES:*Realizar un buen proceso constructivo de las vas en climas frios, para as evitar las fallas.*Se recomienda un mejor control en las vas en climas frios, que permitir establecer el ritmo de deterioro del pavimento, a partir del cual se identifica con la debida anticipacin las necesidades de rehabilitacin y mantenimiento de la va. *Se recomienda realizar una Rehabilitacin de la Va , ya que se necesita hacer que nuestra va vuelva a tener las mismas condiciones de servicio que las que tena cuando comenz su vida til.


Escuela Profesional de Ingeniera Civil En cuanto a las fallas en las vas en climas frios son producidas por proceso constructivo incorrecto y por no contar con el material adecuado. Segn la categora de mantenimiento sugerido segn condicin actual de las vas en climas frios se debe de realizar un MANTENIMIENTO INTENSIVO.

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Escuela Profesional de Ingeniera Civil8.REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS1. Del Aguila, P.M. Memoria de Suelos y Pavimentos. Carretera Ilo-Desaguadero. P. yV. Ingenieros S.A. Lima, 1995.2. Greenstein, J. Evaluacin de los procedimientos de construccin y del control decalidad del concreto asfltico usado en la carretera Oroya-Hunuco. Louis BergerInternational, Inc. Lima, 19823. Montalvo, M. Proyecto de Carreteras en Zonas Andinas. Memorias del I CongresoNacional del Asfalto. Asociacin Peruana de Caminos, Lima, 1997.4. Del Aguila, P.M. Memoria de Suelos y Pavimentos. Carretera Conococha-PuenteSahuay. Oficina de Ingeniera y Servicios Tcnicos S.A. Lima, 1994.5. FHWA. Background of SUPERPAVE asphalt mixture design and analysis.Publication N FHWA-SA-95-003. Lexington, 1994.6. DNER-IPR. Estudo dos Asfaltos Modificados por Polimero. Departamento Nacionalde Estradas de Rodagem. Instituto de Pesquisas Rodoviarias. Ro de Janeiro, 1998.7. Del Aguila, P.M. Carretera Sicuani-Santa Rosa. Informe de Revisin del Diseo delPavimento. Ministerio de Transportes y Comunicaciones del Per, Direccin Generalde Caminos. Lima, 1997.

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