pavimentos

FALLAS DE PAVIMENTOS RIGIOOS Y FlEXIBLES: CAUSAS, CONSECUENCIAS Y REMEDIOS

Guillermo Thenoux Z. Departamento de Ingeniería de Conslrucción.

Pontificia Universidad Católica de Chile. Vicuña Mackenna 4860 Santiago.

RESUMEN

El trabajo presenta un análisis de la importancia que tiene el conocimiento del estado del pavimento dentro de la toma de decisiones para la asignación de presupuesto de proyectos nuevos así como la rehabilitación y mantención de proyectos en servicio.

El trabajo no sólo enfatiza la importancia que tiene la medición de las fallas por algún método estandarizado sino que además demuestra en forma sucinta el significado que tiene el poder establecer, las causas, consecuencias y remedios de las distintas fallas que se pueden presentar en pavimentos de hormigón de cemento y asfalto, y así poder adoptar la estrategia más realista respecto de la mantención y ejecución de proyectos de reconstrucción y conslnlcciones nuevas.

La implementación de una metodología de administración de pavimentos junto con permitir un mejor manejo administración de los recursos existentes deberá incidir significativamente en un aumento de la vida útil de un pavimento. Esto es debido a que la longevidad de un pavimento está directamente relacionada con los cuidados y controles que se le proporcionan a estos durante su construcción y durante su vida en servicio.

-335-

Acta IV Congreso Chileno de Ingeniería de Transporte, 1989

l. lNTRODUCClON

1.1 Origen del Problema

El crecimiento de las áreas urbanas del país lleva asociado un incremento de las inversiones de pavimentación que se resumen en las siguientes áreas.

a) Pavimentación de calles nuevas.

b) Mejoramiento y modificaciones de calles existentes para absorber cambios en la demanda de tráfico y peso de veh!culos.

e) Mantención y reconstrucción de calles pavimentadas para optimizar la circulación, mejorar scrviciabilidad y reducir costos de operación de vehículos.

d) Reconstrucción de calles debido a la intervención de otros servicios públicos.

En general las obras de pavimentación se diseñan para una determinada vida útil. La vida útil de un pavimento o un pavimento reparado dependerá en gran medida de la calidad del proyecto, la calidad de la construcción y el tipo de mantención, además de factores tales como: tráfico, clima y sistemas de drenaje.

En la mayoría de las situaciones, cuando un pavimento comienza a mostrar fallas, éstas fallas pueden multiplicarse y progresar rápidamente. Esto produce un deterioro acelerado y continuo de la estructura del pavimento que puede reducir completamente su funcionalidad en un corto plazo.

Para muchas municipalidades y ciudades en el mundo, el problema de asignación de presupuesto a sus diferentes proyectos de mantención, reconstrucción, construcción y mejoramiento de vías parece verse agravado cada año. Junto con tener que resolver las prioridades de los nuevos proyectos de desarrollo, se ven enfrentados a un gran dilema respecto de las condiciones reales de funcionamiento de las estructuras de pavimentos que conforman su actual red vial.

El dilema en este segundo caso, se origina en el hecho que se reconoce la gran inversión hecha en la actual red vial y que ésta no puede dejarse que colapse en beneficio de proyectos nuevos. Es así que en los últimos años, en mayor o menor grado, municipios, ciudades y países han comprometido parte de sus esfuerzos en la implementación de sistemas de administración y conservación de pavimentos.

Un Sistema de Administración y Conservación de Pavimentos (SACP), entre otros objetivos, establece una metodología que permite la intervención oportuna de las cuadrillas de mantención, reduciendo las probabilidades de deterioro progresivo que puede significar como única solución, la reconstrucción total del camino.

Otro de los objetivos que persigue la implementación de un sistema de administración de pavimentos, es implantar una metodologfa para el seguimiento y evaluación continua del

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estado de los pavimentos. Esto permite reducir la incenidumbre que puede provocar la toma de decisiones en la asignación •e presupuesto a los variados proyectos de mantención y construcciones viales urbanas que se deban realizar anualmente.

Las metodologías de administración de pavimentos han alcanzado un importante desarrollo teórico en los últimos años y sus aplicaciones prácticas ofrecen una amplia gama de resultados. Esto último, se debe a que un sistema de administración de pavimentos involucra una gran malla de actividades en donde no sólo deben interactuar distintos niveles de profesionales y funcionarios si no que, además, deben interactuar diferentes oficinas y entidades administrativas y de desarrolle Es así, que al implementar un sistema de administración de pavimentos dentro de cualquier sistema administrativo de gobierno se pueden causar distintos grados de trastornos que en último término pueden inactivar las relaciones entre las actividades que conforman una malla de organización de un sistema de administración de pavimentos.

1.2 Definiciones

Se puede definir un sistema de administración de pavimentos como el proceso de toma de decisiones sobre el manejo de proyectos viales antes, durante y después de la puesta en servicio de cada uno o el conjunto de proyectos que están bajo la tuición de una jurisdicción en particular.

La implementación de un sistema de administración de pavimentos no sólo involucra una gestión de conservación de proyectos en marcha sino que además, incluye una metodología integral de gestión que correlaciona todas las etapas que dieron origen al proyecto, es decir, etapas tales corno estudio de factibilidad, estudio y desarrollo del proyecto, construcción, control, seguimiento y programas de mantención . La administración de pavimentos involucra la coordinación, programación, y el logro de todas las actividades desarrolladas por una dirección de vialidad en el proceso de proveer adecuados pavimentos con el fin de servir continuamente a la comunidad.

La parte sistemática del método de administración de pavimentos provee al proceso una metodología de decisión racional y altamente estructurada, con el objeto de obtener la mayor rentabilidad posible del dinero invertido en pavimentos. El contexto en el cual la administración de pavimentos es utilizada hoy en día, es concluir las decisiones en base a la utilización de una gran cantidad de información, en orden a que éstas decisiones sean las más adecuadas.

En administración de pavimentos, las decisiones están consideradas en dos niveles; nivel de proyecto y nivel de red.

a)

b)

El análisis a nivel de proyecto es el proceso de observación intensiva de un pavimento o proyecto en particular con el propósito de determinar el momento en que se deben realizar operaciones de mantención o rehabilitación.

El análisis a nivel de red es el proceso de observación programada de todos los pavimentos o proyectos que conforman una red integral de caminos, con el propósito de optimizar la asignación de recur.;os en el mediano plazo.

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Es precisamente en el análi~i~ de pavimentos, tanto a nivel de proyecto como a nivel de red, en donde queda de manifiesto el dilema respecto de las condiciones reales de funcionamiento de las estructuras de pavimentos. Del mismo modo, frente a estructuras deterioradas, se crea un alto grado de incertidumbre respecto de las causas y consecuencias de las fallas asf como un grado de incertidumbre respecto de las posibles soluciones que se pueden adoptar.

2. ACTIVIDADES PROPIAS DE UN SISTEMA DE ADMINISTRACION DE PAVIMENTOS.

Dentro de un sistema de administración de pavimentos urbanos debemos distinguir algunas actividades principales, las cuales, interactúan entre e11as. Estas actividades se pueden coordinar de acuerdo a un esquema administrativo como el que se indica en la Figura l.

La Figura 1, muestra un diagrama tipo de las actividades que componen un sistema de administración de pavimentos. Este diagrama enfatiza la importancia de la evaluación periódica del estado de los pavimentos debido a que es esta la etapa donde se origina la pregunta si el pavimento requerirá o no algún grado de intervención.

Dependiendo del nivel de detalle en que se lleve a cabo la evaluación así como el nivel de conocimientos y-e-xperiencia del equipo evaluador, es que se puede determinar con mayor uniformidad de criterio y objetividad el estado presente de una estructura de pavimento.

La Figura 2 adaptada de Hass and Hudson (1983), esquematiza las tres principales variables que deben de considerarse y ponderarse adecuadamente en la evaluación del estado presente de un pavimento. A saber;

a) Seguridad

b) Serviciabilidad

e) Costo de mantención o reposición del nivel de serviciabilidad.

- Resistencia al patinaje.

- Rugosidad del pavimento o conducción confortable. - Capacidad estructural. - Nivel de deterioro superficial.

Es difícil y probablemente poco práctico emplear simultáneamente las cinco curvas indicadas en la Figura 2, de modo de optimizar el momento de la primera intervención del pavimento. Las razones principales tienen dos orígenes diferentes.

a) Primeramente existen otras instancias independientes del estado del pavimento, que puedan significar que al pavimento se le realice algún grado de intervención o mejora antes de alcanzar un mínimo aceptable. Entre estas instancias cabe señalar las siguientes:

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Aquellas que se originan por aumento de la demanda de tráfico yio cambios en las características de los vehículos pesados que circulan. En otras palabras un aumento en la demanda en la capacidad de servicio y/o en la capacidad estructural.

- Aquellas que responden a la demanda de mantener o mejorar las condiciones de seguridad de la .circulación de vehículos. Aquello relacionado con las condiciones de drenaje o requerimientos de otros servicios.

b) La segunda razón, que interesa enfatiz.ar en el presente trabajo, está relacionada con la infraestructura mínima tanto de personal especializado como de equipos de medición que se requeriría para cuantificar, el patinaje, rugosidad, capacidad estructural y medición de las fallas visibles. Es así, que en mayor o menor grado y dependiendo de la importancia de la red vial en estudio, es que la metodología de evaluación del estado del pavimento deberá simplificarse.

Cualquier nivel de simplificación que se adopte no deberá ignorar el objetivo principal de la evaluación del estado de la estructura de un pavimento. Este es, determinar objetivamente si el pavimento requerirá o no algún nivel de intervención.

Idealmente un sistema de administración de pavimentos se debe estructurar en base a los siguientes elementos:

a) Una sólida organización administrativa principalmente debido a que la gran cantidad de información y decisiones se deben manejar en fonn.q muy dinámica.

b) Se deberá contar con un sistema computacional que permite almacenar y ma...-1ejar gran cantidad de información.

e} Eventualmente se puede contar con sofisticados equipos electrónicos y electro-mecánicos para la medición del estado del pavimento.

d) Un equipo profesional que no solo realice observaciones y/o mediciones estandarizadas de pavimento, si no que además cuenten con sólidos conocimientos respecto de las causas consecuencias y remedios de los distintos tipos de fallas, de tal modo que las acciones que se decidan tomar vengan con el conocimiento y recomendaciones aportados directamente por el equipo evaluador.

Es así que el autor estima que, aunque un sistema de administración de pavimentos no podría subsistir sin los elementos a, by e descritos, es fundamental la capacitación y la difusión de conocimientos técnicos de la problemática que se maneja, la que permitirá el alcance de los objetivos principales de un sistema de administración de pavimentos, eficaz.mente.

3. FALLASENPAVIMENTOS

3.1 Causas

Los métodos empleados para el diseño de pavimentos consideran dentro de sus parámetros de cálculo: Tráfico Medio Diario Anual (TMDA), estratigrafía de pesos, propiedades del suelo, propiedades de los materiales que componen el pavimento y en alguno de los métodos de diseño considera además, caracteristicas climáticas y otros factores. Es así

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como se puede concluir que, si un pavimento no alcanza a cumplir su vida útil, las razones principales por las cuales comienza a manifestar fallas prematuras podrlan ser:

Los parámetros de diseño no se proyectaron en el tiempo de acuerdo a lo acontecido realmente (por ejemplo, TMDA, estratigrafía de cargas). Información insuficiente de las características y propiedades del suelo y los materiales.

- Método de diseño empleado no considera adecuadamente condiciones locale1> del proyecto.

Sin embargo, y como se observa en la realidad, existen una serie de ot.ra,s causas relacionadas con el tipo de material empleado, características de la base de fundación, calidad de la ejecución de la obra, controles de calidad de los materiales, efectividad de la mantención rutinaria y otros factores diversos fundamentalmente relacionados con el clima y condiciones de drenaje, los cuales son muy difícil de condensar en el presente trabajo.

En las Tablas 1 y 3, se han ordenado las fallas más comunes que presentan los pavimentos de hormigón y asfalto respectivamente. Cada tabla contiene cinco columnas en donde se describen cinco causas principales que pueden dar origen a una falla.

La descripción de fallas se puede obtener con más detalle de Thenoux (1989), trabajo preliminar desarrollado en base a la información presentada en MTC ( 1982).

Es importante analizar las tablas con un amplio criterio ingenieril en donde las afirmaciones y negaciones no son excluyentes. Asimismo, aquellas variables indicadas con signo (-)sólo indican que son menos o de muy poca importancia relativa a las otras variables.

3.2 Consecuencias

Las Tablas 2 y 4 resumen las consecuencias más relevantes de cada falla para pavimentos de hormigón y pavimentos de asfalto respectivamente.

Nuevamente estas tablas deben analizarse con un amplio criterio pues, su objetivo es indicar en fonna relativa la incidencia de tres de las más importantes consecuencias para el usuario y que pueden tener origen en las distintas fallas del pavimento.

El término "proporcional" empleado en dichas tablas indican que los sobre-costos del usuario serán proporcionales a la magnitud y extensión de las fallas. El signo menos(-) tiene el mismo significado descrito en la sección 3.1.

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3.3 Remedios

Las Tablas 2 y 4 resumen además las principales estrategias a emplearse como remedios en el mejoramiento de las distintas fallas de pavimentos de hormigón y asfallo respectivamente.

La estrategia frente a cualquier enfermedad inminente o en desarrollo son normalmente.

prevención mantención o cuidado operación o tratamiento mayor. Este último requiere de un correcto diagnóstico de las causas que originan el problema.

Es así que se ha enfocado el tema de los remedios. Es difícil incluir en el presente trabajo las técnicas específicas que se requieren para la aplicación de cualquier remedio tanto para fallas de hormigón así como para fallas de asfalto.

4 . CONCLUSIONES

a) El mensaje que se desea traspasar luego de analizar con más detalles las Tablas 1 al 4, es que aquellas fallas de pavimentos tanto de hormigón como asfalto, que traen mayores consecuencias, así como los remedios más caros, corresponden a aquellas fallas que se pudieron háber prevenido en la etapa de construcción y/o con una adecuada base de soporte la que también se com.igue con buenos controles de calidad en la construcción.

No obstante, se reconoce en el trabajo la importancia que tienen las distintas variables de diseño de estructura del pavimento, las que al escogerse equivocadamente pueden resultar en un deterioro prematuro del pavimento y acelerado, cuando esta situación se combina con las diferentes causas expuestas en las Tablas 1 y 3.

b) También queda de manifiesto el hecho que el equipo evaluador de un pavimento no debe seguir rece• as pan establecer,.¡ diagnóstico de las fallas , si no que por lee...:e;;'6)1Ci'lttl'ffl:Wtfttiordéee1btne::-- - --- - ser hecho por profesionales entrenados que puedan hacer uso de las diferentes herramientas de evaluación con un bien asentado criterio.

e) El trabajo no pretende analizar o comparar las ventajas y desventajas de un tipo de pavimento (Asfalto/Hormigón) respecto del otro, pues existen otra serie de consideraciones las cuales son muy dependientes de la situación local de un determinado proyecto.

REFERENCIAS

Hass, R. y Hudson, W.R. (1983). Pavement Mana¡:ement Systems. McGraw-Hill, New York.

MTC (1982). Manual for Condition Rating of Rjgid and Flexible Payement Ministry of Transportation and Communications, Ontario Canadá.

Thenoux, G. (1989). Metodología para un Sistema de Gestión de Pavimentos Urbanos. Dirección de Investigación, Pontificia Universidad Católica de Chile.

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Y CRECIMIENTO COMUNAL

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DIVERSOS PROYECTOS

1 1 RECONSTRUCCIONES PROYECTOS NUEVOS

FIGURA l. Di ogrmna Simplificado de llls Principales Activid6des que Componen un S1stemc de Administración de Pavimentos.

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FIGURA 2. Diagramas de Deterioro de Estructuras de Pavimentos

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