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Copy of INSPECCIÓN PATOLÓGICA DE PAVIMENTOS FLEXIBLES EN LA

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by

andres carrillo

on 11 September 2014

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Transcript of Copy of INSPECCIÓN PATOLÓGICA DE PAVIMENTOS FLEXIBLES EN LA

1. Resumen
El presente trabajo tuvo como propósito identificar los tipos de deterioro superficial de las vías en asfalto, analizando si el origen de estos obedece a factores climatológicos. Lo anterior se desarrolló con el fin de llevar a cabo la primera fase del proyecto
"Comparativa Patológica de Pavimentos en Climas Extremos y la Toma de Decisiones Asociadas"
, proyecto planteado bajo el convenio interinstitucional entre la Universidad Distrital Francisco José de Caldas
(UDFJC)
, la Universidad Federal De Integración Latinoamericana
(UNILA)
de Brasil y la Universidad de Juárez del estado de Durango - México
(UJED)
.

En cada universidad se conformaron varios grupos de estudiantes de Ingeniería Civil con el fin de llevar a cabo la toma de datos y el análisis de los mismos en zonas específicas de cada país, teniendo en cuenta que las condiciones ambientales y climatológicas fuesen totalmente distintas.

Para el caso de Colombia, la localidad de Fontibón (Figura 1) ubicada en la ciudad de Bogotá, es la evaluada en el presente proyecto donde se analizaron alrededor de 24 km de vía.

2. Introducción
El pavimento flexible está formado por varias capas constructivas, siendo la capa de rodadura la que se encuentra expuesta directamente al medio ambiente lo cual produce su envejecimiento. Este envejecimiento es asociado con
factores ambientales
como el t
iempo de exposición directa a la radiación
,
los rayos UV
,
el oxígeno
,
la evapotranspiración
,
precipitación
y
humedad relativa
. Los factores en mención inciden directamente en la degradación de las carpetas asfálticas afectando la vida útil del pavimento.
Si bien es cierto que una vía en buen estado es para el usuario símbolo de seguridad, confort y ahorro en los tiempos de recorrido, ésta se diseña teniendo en cuenta además del tránsito factores como, la resistencia a la carga, el periodo de diseño, entre otros.

3. Marco Teórico
Los pavimentos pueden ser clasificados en términos generales como flexibles, rígidos y articulados. Para el presente proyecto, se tendrán en cuenta los pavimentos flexibles, ya que estos son el objeto de evaluación. Estos tipos de pavimentos están conformados por una capa de rodadura en material de mezclas bituminosas, apoyada sobre capas de material granular llamados bases granulares las cuales tienen unas características especiales que tienen como función principal transmitir las cargas originadas del tránsito de los vehículos a la subrasante.
La durabilidad de las vías de acuerdo al periodo de diseño ha sido la problemática principal, puesto que el comportamiento de la estructura de la vía varía de acuerdo a las condiciones medio ambientales, la variación extrema del tránsito generado, la no esperada del tránsito atraído, los desaciertos en el momento de diseñar tanto geométrica como geotécnicamente y los indebidos procesos constructivos, entre otros.

4. Metodología
El desarrollo del proyecto inicia con la búsqueda de la documentación bibliográfica relacionada con la construcción y evaluación de pavimentos flexibles.
Depurando la información se encontró, que la herramienta de evaluación viable a seguir es la adoptada por el Instituto Nacional de Vías - INVIAS, mediante el "Manual para la Inspección Visual de Pavimentos Flexibles - octubre 2006", documento desarrollado en conjunto con la Universidad Nacional de Colombia mediante convenio interadministrativo 0587-03. (INVIAS, 2006).
El objeto principal del proyecto es la evaluación superficial de pavimentos flexibles en la localidad de Fontibón. Por lo tanto se hace necesaria la búsqueda de planos y mapas de la ciudad de Bogotá que brinden información confiable del área que se va a evaluar, para así delimitar, generar un orden y organizar los trabajos a desarrollar en campo.


5. Resultados y análisis
Se realizó el levantamiento de aproximadamente
24.000 m
de vía en capa asfáltica en la localidad de Fontibón con un área aproximada de
152.244,24 m2
de los cuales
13.678,84 m2
se encuentran afectados por algún daño, correspondiendo al
9%
del área total. Así mismo se encontraron segmentos de vía en muy buen estado, dando en total un área de
60.570,44 m2
que representa el
39,78 %
del are total.
Durante el trabajo de campo se tomó el registro de las patologías presentes en cada uno de los segmentos viales de la zona elegida, en donde se encontraron daños de todo tipo y de diferentes medidas.

6. conclusiones
INSPECCIÓN PATOLÓGICA DE PAVIMENTOS FLEXIBLES EN LA
LOCALIDAD No. 9 DE BOGOTÁ D.C., COMO FASE DEL PROYECTO
“COMPARATIVA PATOLÓGICA DE PAVIMENTOS FLEXIBLES EN CLIMAS EXTREMOS Y LA TOMA DE DECISIONES ASOCIADAS”

Presentado por:
Fredy Alexander Salazar Cuervo y
Andrés Felipe Carrillo Navarro

2.1 Objetivos de la investigación
2.1.1 Objetivo general

Realizar la inspección patológica de 24 km aproximados de pavimentos flexibles en la localidad de Fontibón en la ciudad de Bogotá, con el fin de determinar si las causas de las patologías superficiales presentadas en estos pavimentos están relacionadas con el clima.

2.1.2 Objetivos específicos

• Identificar las principales patologías en la construcción de pavimentos flexibles durante su ciclo de vida.

• Realizar la revisión bibliográfica sobre los distintos modelos de medición del deterioro de pavimentos flexibles.

• Establecer los parámetros que se van a emplear en el instrumento de medición.

• Definir la metodología a desarrollar en el trabajo de campo.

• Realizar el trabajo de campo y de oficina relacionado con la evaluación visual de los deterioros superficiales del pavimento asfáltico.

• Analizar la información obtenida en el desarrollo del trabajo de campo, determinando, si dichas patologías obedecen al clima de Bogotá D.C. – Colombia.

2.2 Síntesis
Para el desarrollo del proyecto se tomó como muestra las vías en pavimento flexible de la localidad de Fontibón en la ciudad de Bogotá. Está etapa comprende la evaluación y análisis del estado patológico superficial de aproximadamente 24 km de vías en concreto asfáltico, correspondiente a un área promedio de 20x20 segmentos viales.

Para llevar a cabo esto, se dividieron las labores de oficina y campo tal como se describe a continuación.
2.2.1 Trabajo de oficina
2.2.2 Trabajo de campo

• Documentación relacionada con el diseño, construcción y evaluación patológica de pavimentos flexibles.

• Búsqueda de herramientas de evaluación de daños en pavimentos flexibles existentes.

• Búsqueda de planos y mapas en medio magnético con información válida para el desarrollo del proyecto.

• Desarrollo de formatos para trabajo en campo y tabulación en oficina.

• Realización y presentación de informes a los asesores del proyecto de grado y consulta del proceso llevado a cabo.

• Elaboración de análisis y muestra de los resultados obtenidos.

• Elaboración del documento final del trabajo de grado.

• Identificación de las zonas en las cuales se hizo el levantamiento de información.

• Recorrido por las vías a evaluar, identificando inicialmente el tipo de pavimento.

• Evaluación patológica superficial de las vías en pavimento asfáltico, identificando el tipo de daño, tomando las medidas correspondientes y calificando la magnitud del mismo.

• Registro en el formulario diseñado para tal fin, de las patologías identificadas en las vías.

• Registro fotográfico georreferenciado de cada uno de los daños.

Parámetros climáticos promedio de Observatorio Meteorológico Nacional, Bogotá (1971-2000)
Tabla 1
Temperatura y precipitación de la ciudad de Bogota
Colombia debido a su posición geográfica, presenta temperaturas relativamente altas durante todo el año, pero en el caso de Bogotá, debido a la altitud posee un clima templado. Su baja latitud genera una oscilación térmica a lo largo del año que va desde los
5ºC a los 20ºC
, con una media anual de
15ºC
. No obstante, según la estación meteorológica del Aeropuerto de Guaymaral, ubicado al norte de la Sabana de Bogotá, los picos de temperatura extrema que se han registrado dentro de los límites de la capital han sido de
30ºC y -7.1 ºC
. (IDEAM, 2011).
En cuanto a la lluvia como se puede observar en la tabla 1, la precipitación total anual en la ciudad de Bogotá es de
1013 mm
. Las precipitaciones hacen que se eleve el nivel freático, influyendo en la resistencia, la compresibilidad y generando cambios volumétricos en los suelos, especialmente en la subrasante, a su vez oxida la capa asfáltica, que con el tiempo envejece, produciéndose fisuras o agrietamientos, allí el agua se filtra produciendo un fenómeno llamado stripping, que es la separación entre el ligante asfalto y el agregado, dando lugar a ciertos daños en la capa estructural de asfalto (Rondón y Reyes, 2013).
Tipos de fallas que se presentan en las vías de pavimento flexible
Los principales deterioros en las vías en asfalto están clasificados tal como se presenta en la Tabla 2. (INVIAS, 2006)
Tabla 2
Los tipos de daño en pavimentos flexibles indicados en la Tabla 2, se clasifican así:

• Fisuras.
• Deformaciones
• Perdida de capas estructurales.
• Daños superficiales.
• Otros daños.

Los mapas empleados son tomados de las páginas:


Google Earth
• Google Maps
• Mapa de "Aplicación de Licencias de Construcción" de la página del Instituto de Desarrollo Urbano - IDU. (Figura 2)

Adicionalmente es empleado un Plano en formato dwg, de la ciudad de Bogotá
Con esta información se procede a ubicar en el plano las zonas y vías de la localidad de Fontibón a evaluar, con el fin de crear un plan de trabajo en campo.
Figura 1. Zona evaluada en la localidad de Fontibon
FUENTE: http://webidu.idu.gov.co:9090/LICENCIAS_EXCAVACION/
Figura 2. Aplicación Licencias de Excavación IDU
Con la anterior premisa se procedió a realizar el trabajo inicial de oficina, así:

a)
Abcisado de las vías a evaluar, sobre el plano dwg.
b)
Codificación de las vías a evaluar de acuerdo a los CIV consultados en la página "Aplicación Licencias de Excavación" - (IDU, 2014) sobre el plano dwg.
c)
Desarrollo del formato para la toma de datos en el trabajo de campo, basado en el formato establecido para ello en el "Manual para la Inspección Visual de Pavimentos Flexibles - octubre 2006". (Tabla 3)

Antes de iniciar con el trabajo de campo se hizo necesario contar con herramientas que proporcionaran agilidad y precisión al trabajo de campo, para ello se contó con las siguientes.

• Cinta métrica
• Odómetro


Formato para la evaluación del pavimento flexible.
Tabla 3
Con la documentación clara y las herramientas listas para trabajar se procedió a iniciar el trabajo de campo de la siguiente forma.

a)
Ubicación en terreno de acuerdo al plan de ruta creado según el abcisado.
b)
Identificación del tipo de capa de rodadura de la vía, evaluando únicamente las de asfalto.
c)
Identificación visual de los tipos de deterioro superficial existentes en la vía.
d)
Análisis y registro en el formato de los tipos de deterioros superficiales según la dimensión y la severidad.
e)
Registro fotográfico de los daños. (Figura 3)

Nuevamente en oficina se procedió a tabular la información y procesarla en medio magnético, así:

a)
Organización del registro fotográfico en carpetas, tanto para calles como carreras.
b)
Transcripción de los registros tomados en terreno al formato en "Microsoft Excel”(2010), hipervinculando el registro fotográfico según cada daño.

c)
Ubicación de los deterioros superficiales encontrados en las vías, sobre el plano en formato dwg, hipervinculando estos a los registros fotográficos.

Figura 3. Registro fotográfico de las fallas
d) Tabulación de los tipos de daño con el fin de extraer de esta información los porcentajes de daño por tipo.
e) Elaboración del documento de trabajo de grado.

Para la identificación de los deterioros encontrados en el plano de autocad fue necesario hacer diferentes simbolos los cuales identifican a cada tipo de falla y se muestran a continuacion:

5.1 Patologías presentes en las calles
Tabla 4. FISURAS
Tabla 5. DEFORMACIONES
Tabla 6. DESGASTE SUPERFICIAL
Tabla 7. DETERIORO DE CAPAS ESTRUCTURALES
5.2 Segmentos de calles que se encontraron en buen estado
A continuación se presenta en la tabla 8 los segmentos de calles en buen estado.
En síntesis, contabilizando la cantidad de daños, fueron
205
los que se encontraron a lo largo de todas las calles y
32
fueron los segmentos encontrados en buen estado.
5.3 Patologías presentes en las carreras
Tabla 9. FISURAS
Tabla 10. DEFORMACIONES
Tabla 11. DESGASTE SUPERFICIAL
Tabla 12. DETERIORO DE CAPAS SUPERFICIALES
5.4 Segmentos de carreras en buen estado
A continuación se presenta en la tabla 13 los segmentos de carreras en buen estado.
En síntesis, contabilizando la cantidad de daños, fueron
129
los que se encontraron a lo largo de todas las carreras y
23
fueron los segmentos encontrados en buen estado.
Tabla 13. CARRERAS EN BUEN ESTADO
Tabla 8. CALLES EN BUEN ESTADO
5,5 PORCENTAJES DE LOS DAÑOS SEGÚN CADA TIPO
Teniendo en cuenta la cantidad de daños por cada tipo de patología, a continuación se presentan los porcentajes que corresponden a cada una de ellas del total de fallas obtenidas según la clase:
5.5.1 PARA LAS CALLES
Tabla 14. PORCENTAJE POR CADA TIPO DE FISURA
Se puede analizar las fisuras que más se presentan en las calles son, las
fisuras en bloque y la piel de cocodrilo.
Tabla 15. PORCENTAJE POR CADA TIPO DE DEFORMACION
De los tipos de deformaciones existentes los hundimientos corresponden al 100% de las deformaciones encontradas a lo largo de las calles.
Tabla 16. PORCENTAJE POR CADA TIPO DE DAÑO SUPERFICIAL
Tabla 17. PORENTAJE POR CADA TIPO DE DETERIORO DE CAPA
Los descascaramientos y los baches representan un poco más del 85% de los deterioros de capas estructurales encontrados en las calles.
5.5.2 PARA LAS CARRERAS

Tabla 18. PORCENTAJE POR CADA TIPO DE FISURA

Al igual que en las calles, aquí en las carreras las fisuras en bloque y la piel de cocodrilo son las que más se encontraron, representando el 78,88%.
Tabla 19. PORCENTAJE POR CADA TIPO DE DEFORMACION
Tabla 20. PORCENTAJE POR CADA TIPO DE DAÑO SUPERFICIAL

Tabla 21. PORCENTAJE POR CADA TIPO DE DETERIORO DE CAPA

En este punto los Baches al igual que en las calles representan un alto porcentaje dentro de los daños encontrados, en este caso representan un 55,88% de los tipos que deterioran las capas.
5.6 PORCENTAJE TOTAL SEGÚN DAÑO PARA LAS CALLES
Tabla 22. PORCENTAJE TOTAL SEGUN CADA DAÑO
5.7 PORCENTAJE TOTAL SEGÚN DAÑO PARA LAS CARRERAS
Tabla 23. PORCENTAJE TOTAL SEGUN CADA DAÑO
Según el análisis de las tablas 22 y 23 respectivamente, se puede apreciar que tanto para las calles como para las carreras, las fisuras y los daños que deterioran las capas estructurales representan un alto porcentaje dentro de todos los daños encontrados en cada lado.
5.8 PORCENTAJE TOTAL SEGÚN DAÑO TENIENDO EN CUENTA LAS CALLES Y LAS CARRERAS
Tabla 24. PORCENTAJE SEGÚN CADA DAÑO DEL TOTAL ENCONTRADO TANTO EN CALLES COMO EN CARRERAS
La tabla 24 muestra que un poco más del
55%
del total de los daños encontrados tanto en calles como en carreras son fisuras y los daños que deterioran las capas estructurales representan el
37,42%
, siendo las
fisuras en bloque y la piel de cocodrilo
para las fisuras,
los descascaramientos y los baches
para el deterioro de capas estructurales (como se puede observar en las tabla 14 y 17, y las tablas 18 y 21 respectivamente) los daños que más se presentan.
Estos resultados son coherentes con una variable tan importante como lo es el clima, más específicamente la temperatura, debido a que los cambios de temperatura no afectan las capas granulares pero si afectan las propiedades mecánicas y reologicas del asfalto y las mezclas asfálticas.
Bogotá D.C., al tener un clima predominantemente frio hace que las mezclas se rigidicen y los esfuerzos dentro de ella sean mayores, haciendo que ésta se fracture o se fisure y de lugar a todos los tipos de fisuras existentes, las cuales con el tiempo pueden llegar a un punto crítico como lo es la piel de cocodrilo, los descascaramientos y los baches (las fallas que más se encontraron durante el estudio), como se puede observar en la figura 4.
A continuación se mostrará una gráfica con los porcentajes que representa cada daño del total encontrado:

Los daños sin importar cuáles sean tienen un grado de severidad, el cual indica en qué estado se encuentra la falla. A continuación se mostrará una tabla con las cantidades y porcentajes de todos los daños obtenidos según la severidad:
Tabla 25. CANTIDAD Y PORCENTAJE DE TODOS LOS DAÑOS OBTENIDOS SEGÚN LA SEVERIDAD
La tabla 25 muestra que el
64,67%
de los daños obtenidos y analizados tienen grado de severidad
ALTO
, los daños con severidad alta son daños a los que no se les ha prestado atención, estos empiezan con un grado de severidad bajo y debido a la falta de mantenimiento o de gestión para repararlos van evolucionando hasta llegar a un grado crítico. Esta tabla también muestra que los daños con grado de severidad
BAJA
representan solo un
2,69 %
del total, lo que indica que la mayoría de los segmentos analizados que presentan daños están lejos de estar en óptimas condiciones.
Cabe analizar tambien que los asfaltos tienen dos tipos de envejecimiento, uno a corto plazo; que es el originado en el momento de la fabricación en planta de asfalto y compactación en obra, y otro a largo plazo; que es el que ocurre luego de que es puesto en servicio, ya que con el tiempo los factores ambientales oxidan la mezcla asfáltica. En Colombia los asfaltos son de baja resistencia al envejecimiento a largo plazo (IDU, 2014). Los asfaltos envejecen a largo plazo por acción de los rayos UV, la acción de la lluvia que oxida el material asfáltico, por la carga y por la acción de gradientes térmicos, entre otros. Cuando esto sucede, la superficie del asfalto se decolora, y aparecen micro-fisuras debido a la rigidez y fragilidad que se genera en el ligante asfáltico. Así mismo, el comportamiento frágil que desarrollan las mezclas envejecidas u oxidadas en climas fríos, disminuyen la capacidad de permitir deformarse bajo carga sin desarrollar agrietamiento, especialmente en capas asfálticas delgadas.


3. Los fenómenos que más afectan las vías en mezcla asfáltica de la zona evaluada son los agrietamientos o fisuras (las cuales representan un poco más del 55% del total de daños encontrados) debido al envejecimiento a largo plazo (producto de un mal mantenimiento) y del predominante clima frio de la ciudad de Bogotá, estos factores cambian el comportamiento dúctil ideal que debe poseer una mezcla asfáltica en servicio, por uno frágil y rígido al paso del tráfico, originando todo tipo de fisuras que ya no se recuperan y por el contrario salen a la superficie, como por ejemplo las fisuras longitudinales que con el tiempo se convirtieron en piel de cocodrilo (tipo de fisura), efecto que aumento la permeabilidad, exponiendo la estructura de la vía al agua, evolucionando el área afectada, a un bache.

4. Los descascaramientos, que representan el 15,27% de los daños encontrados como se mencionó anteriormente están relacionados directamente con la precipitación o la constante lluvia ya que son originados por el paso del agua hacia la estructura, produciendo el envejecimiento de la mezcla asfaltica y el fenómeno de stripping que es la separación entre el ligante asfaltico y el agregado.

5. Los costos de reparación de la carpeta asfáltica son muy elevados y en muchos casos ineficientes, debido a la falta de mantenimiento oportuno en las vías, ya que cuando el deterioro es avanzado y la estructura está expuesta a los agentes ambientales, esta pierde su capacidad de soporte, obligando a realizar nuevamente su construcción.

Una vez puesta en marcha la metodología, desarrollando la evaluación visual del estado superficial de los pavimentos flexibles de 24,00 km aproximados de vía en la localidad de Fontibón de la ciudad de Bogotá, se concluye que:

1. El 9 % del área de las vías evaluadas, presenta deterioro superficial, donde del total de los daños encontrados tanto en las calles como en las carreras el 64,67 % son de severidad alta, el 26,64% de severidad media, el 2,69% es de severidad baja y el 6% de los daños encontrados no tiene ningún grado de severidad.

2. El deterioro superficial más frecuente y el que tiene el mayor porcentaje en la zona son las fisuras en bloque con un 29,34 % con las siguientes severidades: baja 12,85%, media 7,14%, y alta 80%. Los siguientes tipos de deterioro encontrados mediante la evaluación en jerarquía de mayor a menor son: los baches con 16,77% del total de daños encontrados los cuales están relacionados directamente con las fisuras ya que son productos de ellas, y le sigue es el descascaramiento con el 15,27%, daños que se encuentran relacionados entre si según la evolución y asociados directamente con el envejecimiento del pavimento.


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