Pathology of interlocking pavements
Carlos Hernando Higuera Sandoval*; Óscar Fabián Pacheco Merchán**
* Ingeniero en Transportes y Vías, especialista en Vías Terrestres, especialista en Carreteras, Especialista en Transportes Terrestres, magíster en Ingeniería de Vías Terrestres, profesor asociado de la Escuela de Transporte y Vías de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia. Tunja, Boyacá. Director de la Escuela de Transporte y Vías, investigador del Grupo de Investigación y Desarrollo en Infraestructura Vial – GRINFRAVIAL. Correo electrónico: carlos.higuera@uptc.edu.co
** Ingeniero en Transporte y Vías, Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia. Tunja, Boyacá. Correo electrónico: pachecoo_m@hotmail.com
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Este artículo presenta los resultados de un proyecto de grado sobre patología de pavimentos articulados, el cual fue elaborado con el propósito de hacer una recolección de los deterioros típicos de los pavimentos articulados construidos con adoquines de concreto o de ladrillo; y de esta forma, elaborar un catálogo de deterioros para este tipo de estructuras que facilitará la identificación y cuantificación de los deterioros en una inspección visual.
El segundo propósito de este proyecto, es la formulación para Colombia de una metodología que permita determinar el Índice de Condición de las estructuras de pavimentos articulados.
Palabras clave: Patología de pavimentos articulados, catálogo de deterioros, índice de condición del pavimento.This article presents the results of a thesis on pathology of interlocking pavements, which objective was to make a compilation of typical damages of interlocking pavements constructed with concrete or brick pavers and, in this way, to elaborate a catalogue of damages for this kind of structures which will make the identification and quantification of deteriorations possible in a visual inspection.
The second purpose of this project is the formulation of a methodology which allows determining the Index of pavement conditions for Colombia.
Key words: pathology of interlocking pavements, catalogue of damages, pavement condition index.
INTRODUCCIÓN
La evaluación del estado y la condición de una carretera es parte fundamental en un sistema de gestión de infraestructura vial, para garantizar la continuidad de ésta en el tiempo, brindando un servicio cómodo, rápido, seguro y económico a los usuarios. Es por esta razón, que realizar la evaluación de una carretera es una necesidad para poder determinar las posibles deficiencias y las labores de mantenimiento que ésta requiera, y de esta forma, garantizar la buena prestación del servicio.
Cada clase de pavimento presenta unos deterioros típicos. Luego, se busca hacer una unificación de criterios y procedimientos para poder cuantificar y reparar estos deterioros de manera fácil y eficaz. Es por esta razón, que hoy día en Colombia existen catálogos de daños para pavimentos en concreto asfáltico, pavimentos rígidos y hasta para pavimentos en afirmado, lo cual es una gran ayuda para el ingeniero al momento de identificar, evaluar y cuantificar los diversos daños con que cuenta un tramo de vía y luego tomar medidas correctivas y/o preventivas.
]]> Pero se han dejado un poco de lado los pavimentos articulados, tal vez, porque hace algún tiempo eran menos usados y no se veía la necesidad de hacer una caracterización de los daños, sus posibles causas y reparaciones. Sin embargo, este tipo de pavimento está siendo cada vez más utilizado en las vías principales de las ciudades importantes, y en las demás zonas urbanas y rurales del país, lo que hace evidente la necesidad de investigar en este tema.Hecha la revisión del estado del arte se encontró que en el mundo es muy escasa la literatura sobre metodologías para la determinación del índice de condición de los pavimentos articulados. Algunas metodologías de referencias son las propuestas por la ICPI (Interlooking Concrete Pavemente Institute),la AmericanAssociation of State Highway Transportation Oficial - AASHTO y algunas entidades encargadas de difundir los avances en los sistemas de gestión de carreteras. Las metodologías enunciadas sirvieron de referencia para formular o proponer la presente metodología para Colombia
La presente investigación surge debido a la inexistencia en Colombia de un catálogo de daños y de una metodología para la evaluación y cuantificación del estado y sus posibles soluciones que pueda dársele a un pavimento articulado.
Este artículo presenta un catálogo de daños de los pavimentos articulados para Colombia, el cual fue elaborado con base en las observaciones directas de campo realizadas por los autores en diversos tipos de estructuras de pavimentos articulados. A los distintos daños encontrados en el trabajo de campo, se les hizo su respectiva identificación, su descripción, sus posibles causas, forma de medición, símbolo, niveles de severidad, medidas generales de reparación, además esquemas y fotos del daño para facilitar su interpretación.
También, se propone para Colombia la metodología para determinar el Índice de Condición del Pavimento en estructuras de pavimentos articulados.
1. METODOLOGÍA
1.1 Catálogo de deterioros
Para la elaboración de este catálogo fue de gran apoyo el libro Nociones sobre evaluación y rehabilitación de estructuras de pavimentos [1]. A continuación en la tabla 1, se muestra una agrupación general de los deterioros.
]]> 1.1.1 DeformacionesLas deformaciones son cambios repentinos en los perfiles de los pavimentos. Estos cambios tienen flechas apreciables que repercuten negativamente en el confort de los usuarios. En las figuras 1 y 2 se describen los deterioros de este grupo.
2.1.2 Desprendimientos
Los desprendimientos son la pérdida de material en zonas localizadas del pavimento.
En la figura 3 se describen los deterioros de este grupo.
2.1.3 Desplazamientos
Los desplazamientos son el corrimiento localizado de los elementos constitutivos del pavimento. En la figura 4 se describen los deterioros de este grupo.
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2.1.4 Fracturamientos
Es la aparición de fisuras y grietas en las piezas de adoquines o demás elementos constitutivos del pavimento, como son los elementos de confinamientos (bordillos). Cuando los fracturamientos llegan a evolucionar, ocurren pérdidas de material, formación de concavidades e incrustación de objetos ajenos al pavimento. En las figuras 5 y 6 se describen los deterioros de este grupo.
2.1.5 Otros deterioros
En esta categoría se encuentran diversos deterioros que afectan el correcto funcionamiento estructural y funcional del pavimento. En las figuras 7 y 8 se describen los deterioros de este grupo.
2.2 Índice de condición del pavimento, ICP
]]> La metodología propuesta para Colombia permite hallar el índice de condición para los pavimentos articulados; se fundamenta en determinar cómo un deterioro repercute negativamente en los parámetros de tipo funcional y estructural, teniendo en cuenta su clase, gravedad y extensión. Por tal razón, se desarrollaron dos índices: Índice de Condición Funcional (ICF) e Índice de Condición Estructural – ICE[2].A partir del Índice de Condición Funcional (ICF) y del Índice de Condición Estructural – ICE, se determina el Índice de Condición del Pavimento – ICP.
Una vez determinado el Índice de Condición del Pavimento, se determina la calificación del estado del tramo en estudio: muy malo, malo, regular, bueno y muy bueno. Por último, resta dar las recomendaciones de los tipos de intervención que deban efectuarse en el tramo en cuestión, fundamentados en la anterior calificación. En la figura 9 está el resumen de la metodología propuesta para hallar Índice de Condición del Pavimento – ICP.
Para el establecimiento de los factores de penalización y demás criterios se tomaron como referencia otros manuales y metodologías como los contenidos en las propuestas [2-4].
2.2.1 Inventario de deterioros
El inventario de deterioros es el primer paso para el establecimiento de la condición de un pavimento. Con la información del inventario de deterioro se procede a hacer la calificación y cuantificación de la serviciabilidad del pavimento o de su condición funcional.
2.2.2 Identificación del tipo y grado de influencia de los deterioros por clase, FC
En la tabla 2, se muestra cada tipo de deterioro y si éste afecta estructural y/o funcionalmente el pavimento y también se muestran los factores de influencia de los deterioros según su clase.
]]> 2.2.3 Cálculo del área total (AT) y del porcentaje de área afectada (%Aa)Para el cálculo del área total (AT) de cada tramo, se recomienda tomar tramos de cien metros de longitud y se multiplican por su ancho de calzada. El porcentaje de área afectada (%Aa) para un deterioro se calcula haciendo la relación entre el área afectada por el deterioro y el área total (1).
Donde:
%Aa: Porcentaje de área afectada por el deterioro i
Aa: Área afectada por el deterioro i
AT: Área total del tramo
i: Deterioro
Para el caso de los deterioros cuantificados por magnitud y con el fin de mantener unidades consistentes, esa magnitud se va a multiplicar por un ancho de referencia de 0,6 m[4].
2.2.4 Determinación de los factores de penalización
]]> Según el grado de influencia que cada deterioro ocasione por su clase, su severidad y extensión en los parámetros de tipo estructural y/o funcional, se les han asignado pesos y valores de penalización; entre mayores sean estos valores, indican que su efecto negativo es mayor. En las tablas 3 y 4 se muestran factores de penalización.2.2.5 Cálculo del porcentaje de área equivalente afectada, %Ae
El porcentaje de área equivalente afectada (%Ae) es la combinación de tres factores (2).
Donde:
%Ae: Porcentaje de área equivalente afectada para los deterioros de clase i
i: Clase de deterioro
PI: Peso del deterioro j en su clase i ]]>
%Aa: Porcentaje de área afectada por el deterioro j
FNS: Factor de penalización por nivel de severidad del deterioro j
j: Deterioro
El porcentaje de área equivalente afectada es un porcentaje igual o mayor que cero (%Ae = 0,0%) y cuando éste dé más del 15,0%, simplemente se debe anotar que dio mayor al 15,0% (%Ae> 15,0%).
2.2.6 Cálculo del factor de penalización por área afectada, FA
Este factor es el grado de afectación que causó la combinación de los deterioros de una misma clase al porcentaje de influencia de esa clase de deterioros en los parámetros estructurales y funcionales.
Para hallar el factor de penalización por área afectada (FA), se utiliza la tabla 3 para el ICE y la tabla 4 para el ICF. En estas tablas, es necesario interpolar entre los rangos el porcentaje de área equivalente afectada (%Ae).
2.2.7 Cálculo de los índices (ICE Y ICF)
Para calcular el ICE y el ICF se utilizan los modelos matemáticos que están en función del factor de influencia por clase del deterioro (FC) y del factor de penalización por área afectada (FA). El resultado debe redondearse al número entero.
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(4) Donde:
ICE: Índice de condición estructural
ICF: Índice de condición funcional
FC: Factor de influencia por clase de deterioro en el índice
FA: Factor de penalización por área afectada
i: Clase de deterioro
Los índices varían en una escala de 0 a 100. Siendo cero para un pavimento fallado o en pésimo estado y cien para un pavimento en excelentes condiciones.
2.2.8 Cálculo del índice de condición del pavimento, ICP
El índice de condición del pavimento (ICP) es la combinación del índice de condición estructural (ICE) y el índice de condición funcional (ICF). Su valor es un número entero que varía en una escala de uno a cinco. Para el cálculo del índice de condición del pavimento (ICP) se utiliza la matriz de la tabla 5.
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2.2.9 Escala del índice de condición del pavimento, ICP
Obtenida la calificación del índice de condición del pavimento (ICP), en la tabla 6 se determina el nivel de servicio y las acciones de actuación necesarias.
3. RESULTADOS
Se hizo un inventario de deterioros de tres tramos de vías, con el objetivo de hacer una demostración de la forma de cálculo y para ver la consistencia de la metodología propuesta para hallar el índice de condición del pavimento – ICP.
3.1 Datos obtenidos y determinación del índice de condición del pavimento, ICP
Sitio. Urbanización Las Quintas, Carrera 5a No 48 - 48A - 48B - 48C, Tunja.
El tramo analizado es una vía en adoquines de arcilla cocida (ladrillo). Se hizo el inventario de daños de 200 m y se dividió en dos tramos de 100 m. El ancho de calzada es de 10 m.
Según el ICP obtenido de 3, se tiene que el nivel de servicio de este tramo es regular y el tipo de categoría de acción que requiere es un refuerzo-mantenimiento rutinario. A continuación se presentan unas fotografías (figuras 10 y 11) con la intención de dar una idea del estado del tramo de la vía.
Tramo. 100 – 200 m. El estado actual de este tramo a simple vista es de bueno a muy bueno, los deterioros hallados eran despreciables. La figura 12 da una idea del estado de la vía.
El ICP obtenido es de 5 y por lo tanto el nivel de servicio de este tramo es Muy bueno y el tipo de categoría de acción que requiere es un Mantenimiento rutinario.
Sitio. Barrio Suamox, Transversal 0A Este Calle 69, Tunja. ]]> Es una vía adoquinada con ladrillos de arcilla. La longitud del tramo es de 75 m y su ancho de 5,40 m. El estado actual de este tramo a simple vista es de malo a muy malo. Las figuras 13 a 16 dan una idea del estado de la vía.
El ICP obtenido es de 1 y, por lo tanto, el nivel de servicio de este tramo es muy malo y el tipo de categoría de acción que requiere es una reconstrucción.
Sitio: Barrio Suamox, Transversal 0 Este Calle 69, Tunja.
Tiene una longitud de 75 m y su ancho es de 5,40 m. El estado actual de este tramo a simple vista es de malo a muy malo. Las figuras 17 a 20 dan una idea del estado de la vía.
El ICP obtenido es de 1 y, por lo tanto, el nivel de servicio de este tramo es muy malo y el tipo de categoría de acción que requiere es una reconstrucción.
4. CONCLUSIONES
El trabajo realizado propone para Colombia la primera metodología para determinar el índice de condición estructural –ICE–, y el índice de condición funcional –ICF– para carreteras que tengan estructuras de pavimentos articulados, teniendo en cuenta la patología típica encontrada en esta clase de estructuras.
La metodología propuesta fue probada con el fin de comprobar la coherencia y así determinar el índice de condición del pavimento –ICP–. Se realizó un inventario de deterioros a unos tramos de vías en la ciudad de Tunja, en condiciones estructurales y funcionales diferentes; se aplicó la metodología, y los resultados obtenidos son acordes con el estado real de los tramos a simple vista, lo que indica que la metodología desarrollada en este trabajo sí es coherente.
Los autores recomiendan emplear la metodología propuesta en diversas vías del territorio colombiano, con el fin de realizar ajustes posteriores de acuerdo con las investigaciones y experiencias realizadas. También es importante que las entidades que tienen a su cargo la red vial del país la empleen y así obtener una serie de experiencias que son importantes para realizar los ajustes posteriores a la metodología y en especial la tipificación de los deteriores y los factores de ponderación.
Como una segunda fase de la investigación, se propone profundizar en la definición de nuevos deterioros, la determinación de los factores de penalización de cada deterioro y en la definición de las categorías de acción, teniendo en cuenta las experiencias en diversas vías estudiadas, de manera de poder establecer las diferentes acciones o actividades a desarrollar para la rehabilitación de las carreteras con estructuras de pavimentos articulados.
]]> AGRADECIMIENTOS
Los autores agradecen al Grupo de Investigación y Desarrollo en Infraestructura Vial –GRINFRAVIAL– de la Escuela de Transporte y Vías de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia, por el apoyo brindado en la realización de la presente investigación.
REFERENCIAS
[1] C. Higuera, Nociones Sobre Métodos de Diseño de Estructuras y Pavimento de Carreteras, Tunja: Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia, 2008, [ Links ]
[2] C. Pérez, y D. Restrepo, “Carreteras destapadas: Nociones de diseño, construcción y mantenimiento – Patología y técnicas de mantenimiento –”, Trabajo de grado de Ingeniero en Transporte y Vías, Facultad de Ingeniería, Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia, Tunja, 2007. [ Links ]
[3] INVIAS, Metodología para la determinación y calificación del estado de la red vial, Bogotá: Instituto Nacional de Vías, 2004, [ Links ]
[4] UNAL, Manual de inspección visual de pavimentos rígidos. Estudio e investigación del estado actual de las obras de la red nacional de carreteras, Bogotá: Universidad Nacional de Colombia, Instituto Nacional de Vías, 2006. [ Links ]
Recibido: 10/04/2009. ]]> Aceptado: 08/10/2010.
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