Contenido Pavimentos Flexibles ............................................................................................................................................................... 2 Capas de Pavimento............................................................................................................................................................ 4 Parámetros capas................................................................................................................................................................ 5 Respuesta del Pavimento.................................................................................................................................................... 6 Metodologías de diseño de pavimentos ............................................................................................................................. 7 Módulo Resiliente ............................................................................................................................................................... 8 Módulo Dinámico.............................................................................................................................................................. 10 Diseño ................................................................................................................................................................................... 11 AASHTO ............................................................................................................................................................................. 11 MOP .................................................................................................................................................................................. 12 Gral .................................................................................................................................................................................... 12 Indices de Deterioro de Pavimentos ..................................................................................................................................... 13 PSR: Índice de Serviciabilidad Presente ............................................................................................................................ 13 Auscultación visual de deterioros ..................................................................................................................................... 13 IRI ...................................................................................................................................................................................... 13 NDT: Tests no destructivos ............................................................................................................................................... 14 PCI ..................................................................................................................................................................................... 15 SKID Number ..................................................................................................................................................................... 15 Otros (paja) ........................................................................................................................................................................... 16
Pavimentos Flexibles 01.
02.
¿Cómo debe ser la superficie de un pavimento? Explique brevemente. (CAP 2, DIAP 6) + Robusta - Resistente superficialmente - Que controle la humedad + Suave - Segura - Fricción y drenaje + Económica - De costo inicial - Mantención económica Mencione los 3 tipos de estructuración que se le puede dar a un pavimento y explique en qué consisten. (CAP 2, DIAP 12) + Flexible - Asfalto AC + Rígida - Hormigón - Asfalto AC recapado sobre hormigón + Compuesta - Asfalto + cemento portland - Bases / subbases estabilizadas
04.
¿Cómo se diseñan los pavimentos? Mencione los elementos y sub-elementos a considerar en el diseño. (CAP 2, DIAP 26-27) Los pavimentos se diseñan a falla. Elementos y sub-elementos: + Tráfico - Volumen (ej. TMDA) - Distribución (ej. % camiones; distribución aviones) - Ruedas/ejes; configuración + Medio ambiente - Temperaturas/gradiente - Humedad - Hielo + Materiales: Propiedades - Ligados - No ligados - Estabilizados + Estructura - N/tipo de capas - Espesor + Vida de diseño +Confiabilidad + Costos
09.
Nombre 6 deterioros de un pavimento flexible. Explique 2 de ellos. (CAP 3, DIAP 22-23) Categorías: + Mala condición de rodadura / irregularidad (IRI) + Deformación permanente - Ahuellamiento - Deslizamiento horizontal de la carpeta /ondulaciones longitudinales + Agrietamiento - Fatiga - Térmico (transversal) - Longitudinal - Reflexión - Bloque o mapa - Borde - Desplazamiento con grietas -IRI -Piel de Cocodrilo +Otros -Baches - Parches, deterioro de parches - Segregación Exudación - Perdida de asfalto - Desgaste de agregados - Eyección del agregado de la superficie de la mezcla (popouts) - Deterioro del borde del carril con la berma - Acción de las heladas - Bombeo - Envejecimiento/ oxidación
- Instalaciones de servicio
13) Indique las categorías de deterioros pavimentos rígidos y de ejemplos.
Estructural (capacidad – cargas) v/s Funcional (calidad de rodadura – seguridad)
Asociado a cargas (causado por tráfico de cargas) v/s No asociado a cargas (causado por clima, materiales o construcción) 2. Explique el bombeo en un pavimento de hormigón. ¿Puede haber bombeo en un pavimento flexible? R: el bombeo es la expulsión de agua y material fino provenientes de la base del pavimento producto de una transferencia de carga inadecuada en la junta del pavimento de hormigón, lo cual genera deflexiones diferenciales producto del paso de los vehículos. Para que se produzca bombeo es necesario el paso de carga además de la presencia de agua y finos en la base o subrasante. En un pavimento flexible agrietado es posible la ocurrencia de este fenómeno. Explique la variación de los costos en la vida de un pavimento. ¿Cómo afecta el valor de la confiabilidad utilizada en el diseño? Los costos asociados a un pavimento son: Costos de Construcción: Dependen de los materiales, mano de obra, condiciones locales, tecnología usada. Costos de Mantención Anual: Debidos a reparaciones periódicas orientadas a mantener la serviciabilidad del camino y así prolongar su vida útil. Costos de Rehabilitación: Se presentan cuando el camino ha llegado a un nivel de serviciabilidad bajo y por lo tanto sus capas superiores deben ser reconstruidas. Variación de costos en el tiempo:
07.
¿Cuáles son los factores que afectan el desempeño de un pavimento? Mencione. (CAP 3, DIAP 6)
Capas de Pavimento 26) explique la reologia de los asfaltos: Los asfaltos están construidos con materiales viscoelasticos, lo cual implica que su comportamiento en el tiempo, al aplicarse una carga, va variando. En otras palabras, están compuestos de materiales cuyas propiedades se encuentran entre un fluido newtoniano y un sólido elástico, por lo que tienen características de ambos. Por lo anterior, las propiedades de los asfaltos, como su rigidez, varia con la temperatura, disminuyendo al aumentar esta.
1. Porqué se emplea base en los pavimentos R: Se utiliza para el control de: • control de Bombeo • control de Deshielo • control de cambios de volumen • mejorar el drenaje • facilitar la construcción
Heladas: La acción de las heladas produce 2 efectos perjudiciales: Levantamiento del pavimento por la presión que origina el mayor espacio que ocupa el agua congelada Ablandamiento de la sub rasante por el agua de deshielo
13. Explique gráficamente porqué los espesores intermedios no son adecuados para la vida en fatiga de un pavimento.
def. horizontal unitaira
4.00E+02 3.00E+02 2.00E+02 1.00E+02 0.00E+00 ‐1.00E+02 0 ‐2.00E+02
0.05
0.1
0.15
0.2
espesor capa asfáltica
R: de acuerdo al gráfico, en carpetas delgadas un aumento del espesor podría generar un aumento en las deformaciones por tracción, lo cual disminuye la vida en fatiga de un pavimento.
1.
Se puede concluir que a mayor espesor de la capa asfáltica, mayor es la vida útil de un pavimento. FALSO. Como se ve en la tarea, en el rango de espesores bajos (4] - [10 [cm]) en que los espesores más bajos presentan menores tensiones y deformaciones que los espesores mayores y por lo tanto, tendrán una mayor vida útil.
Parámetros capas 2.
El valor del módulo de Poisson de una mezcla asfáltica depende de la Temperatura. VERDADERO
3. Cuando se emplea sistema multicapa elástico, la respuesta es muy sensible al módulo de Poisson. FALSO. La respuesta no varía mayormente con el módulo de Poisson. 4. A mayor rigidez de la capa superior de un Pavimento Flexible, mayores serán los esfuerzos verticales en las capas inferiores de éste. FALSO. Los esfuerzos verticales de las capas inferiores disminuyen a medida que aumenta la rigidez de la capa asfáltica superficial. Esto se debe a que una capa más rígida distribuye la carga en una mayor área y por lo tanto los esfuerzos serán menores en la capa inferior. 5. La calidad del Drenaje de un pavimento es malo si el tiempo de evacuación es de 1 día. FALSO.
Drenaje malo:
1 mes
11. Explique por qué el módulo de reacción de la subrasante no es un valor fundamental. R: para ser una propiedad fundamental, k debería depender sólo de las características del material. Sin embargo, k depende también del tiempo de carga y de factores geométricos como: ancho y forma del área cargada y posición en la losa.
7. ¿De qué depende el coeficiente de fricción en un pavimento? R: varía de acuerdo a la estación del año en que se mida, depende del nivel de tráfico, de la velocidad de tráfico, de la lluvia, del estado de los neumáticos, varía si el pavimento se encuentra o no cepillado.
17. ¿Por qué no es adecuado un alto módulo de la carpeta asfáltica en pavimentos de bajo tránsito? R: para pavimentos de bajo tránsito, como resultado del diseño, se obtienen espesores delgados, por lo que un alto módulo de la carpeta (más rígida) favorece la aparición temprana de grietas en el pavimento.
Respuesta del Pavimento 6.
Para una carga dada, no es relevante la presión de inflado de la rueda, ya que no influye en la respuesta del pavimento. FALSO. La presión de inflado de la rueda influye de manera importante en las zonas cercanas a la carga de la rueda, viéndose disminuido el efecto a mayor distancia de la carga y a mayor profundidad . A mayor presión del neumático, mayor esfuerzo vertical en la zona aledaña y por lo tanto mayor deformación.
12.
¿Para qué se emplea el Círculo de Mohr ( (t))? Explique. Permite modelar la obtención de la deformación de tracción en la capa asfáltica, debido a que el círculo entrega los esfuerzos o deformaciones principales, respecto a un plano cualquiera de un elemento diferencial. m = (x + y) / 2 x – m = ( x – y) / 2 Despreciando la deformación angular se llega a la aproximación min = x Esta aproximación no es conservativa debido a que el valor mínimo sería menor aún si se considerara la deformación angular.
14.
¿Cuáles son las fórmulas que se emplean para caracterizar el daño por fatiga y el daño por deformación en subrasante? Explique cada parámetro de ellas. (CAP 4, DIAP 56-57) Daño por Fatiga la Subrasante
Daño por Deformación en
Metodologías de diseño de pavimentos 5.
Explique en qué se basan las metodologías para diseñar pavimentos empírica y mecanicista. + Experiencia + Empírica - Modelos estadísticos de pistas de ensayo + Empírico-mecanicista + Mecanicista - Cálculo de tensiones/deformaciones/deflexiones - Modelos mecánicos de performance
Qué tipos de falla considera el método mecanicista los métodos mecanicistas se considera el Agrietamieto por fatiga (de arriba hacia abajo y de abajo hacia arriba), agrietamiento por fatiga en capas estabilizadas químicamente, deformación permanente, agrietamiento térmico y pérdida de regularidad.
14. En el diseño mecanicista, ¿cómo se decide la vida de diseño si hay varios criterios de falla? (Coeficiente 2) R: se comparan los resultados de aplicar los modelos de falla a un pavimento, con lo que la vida en fatiga se establece a partir del modelo que entregue una menor vida de diseño, es decir, el que falla primero.
31) explique que es un modelo de dimensionamiento empírico mecanicista. Un modelo de dimensionamiento empírico mecanicista establece que se debe realizar un ciclo lógico (diagrama de flujo para el diseño (dimensionamiento) de los pavimentos, para el cual se debe tomar en cuenta las propiedades de materiales y su confiabilidad, además de la correspondiente a la del tráfico y las cargas proyectadas. También se debe considerar el clima y los criterios de falla.
Módulo Resiliente 8. ¿Qué es el módulo resiliente de un suelo? R: el módulo resiliente se define como: tensión desviatoria ( ∆σ )/( ∆ε ) deformación resiliente.
9. Explique la diferencia entre el módulo resiliente de un suelo granular y uno fino. R: el módulo resiliente de un suelo granular aumenta con el incremento del esfuerzo desviador, mientras que en un suelo fino el Mr disminuye.
10. Explique cómo varía el módulo resiliente con el contenido de humedad y densidad. Humedad Inversamente proporcional Densidad directamente proporcional
1. ¿De qué depende el módulo resiliente en suelos granulares y en suelos finos? Además muestre cualitativamente como se manifiestan las dependencias anteriores. En suelos granulares el Mr depende principalmente de la tensión de confinamiento (bulk stress) θ. En suelos finos el Mr depende principalmente de la tensión deviatoria σd, mostrando una relación bilineal. Además, para ambos tipos de suelo, un aumento en la densidad significa un aumento en Mr y un aumento en la humedad, implica una disminución en Mr. Suelos Granulares
Suelos Finos
16.
¿Qué es el módulo resiliente? Explique todo lo que le tenga que ver con él. (Coef. 4)
El Mr es un módulo elástico del suelo que se emplea para describir en forma más exacta el comportamiento de la subrasante bajo cargas dinámicas, en las cuales la fuerza ejercida por la rueda tiene un valor “peak” por breves instantes. Se obtiene a partir del ensayo triaxial, con la particularidad de ser determinado con cargas dinámicas entre períodos de reposo. En suelos finos el Mr disminuye a medida que se aumenta el esfuerzo desviador, modelada como bilineal. En cambio, en suelos granulares
El Mr depende de la humedad y de la densidad, por lo que se multiplica por unos factores correspondientes. El efecto que produce un aumento en la humedad es el ablandamiento y un aumento de la densidad provoca rigidización.
21) Indique como varía el módulo resiliente con la humedad con la compactación, con la tensión volumétrica y con la tensión de corte octaédrica.
Módulo Dinámico 12. Explique de qué depende el módulo dinámico de una mezcla. ¿Cuál es el modo de carga del módulo dinámico? ¿Cómo se relaciona con la rueda de un vehículo? (Coeficiente 2) R: el módulo dinámico de una mezcla depende del tiempo de carga y de la temperatura. El modo de carga es en compresión y su forma es la de una función de Haversine, cuya longitud de onda es 12 veces el radio de la rueda de un vehículo.
24) Explique la diferencia entre el modulo resiliente y el modulo dinámico de una mezcla asfáltica. El modulo resilente es un modulo de elasticidad que depende del nivel de esfuerzo y que se mide tras aplicar una carga sinusoidal dinámica pero con periodos de reposo. El modulo dinámico representa lo mismo que el modulo resilente, la diferencia esta en que para medir el modulo dinámico se aplica una carga sinusoidal sin reposo.
Al imponer una señal (carga) con periodos de reposo se permite recuperar un poco el nivel de deformación plástica.
Diseño 1) elementos de diseño de un pavimento: -Tráfico: Volumen (TMDA), distribución (%camiones, aviones,), Ruedas- Ejes (configuración) -Medio Ambiente: Temperaturas-gradientes, humedad, hielo -Propiedades de los Materiales: (ligados, no ligados, estabilizados) -Estructura: (Nº-tipo de capas, espesor) - Vida de diseño: confiabilidad -Costos
AASHTO 18. ¿Por qué el método AASHTO 93 no es adecuado para nuestro país? R: el método AASHTO93 utiliza ecuaciones calibradas con mediciones realizadas en Illinois, bajo condiciones similares a las del sur de Chile, por lo que no se garantiza que su aplicación en otras regiones proporcione diseños adecuados.
20. Comente y haga una crítica a los coeficientes estructurales AASHTO. R: los coeficientes estructurales buscan cuantificar el aporte de cada capa al requerimiento del número estructural de un pavimento. Sin embargo no hace mayor diferencia de acuerdo a la composición de las capas, por ejemplo, el coeficiente estructural de una carpeta asfáltica es 0.43, sin importar si se trata de una mezcla convencional o una SMA, donde claramente las respuestas del pavimento son muy diferentes.
21. ¿Cuál es el criterio de falla de AASHTO y cuáles con los principales criterios de falla de los métodos mecanicistas? R: el criterio de falla AASHTO es la Serviciabilidad, mientras que para los métodos mecanicistas se considera el Agrietamieto por fatiga (de arriba hacia abajo y de abajo hacia arriba), agrietamiento por fatiga en capas estabilizadas químicamente, deformación permanente, agrietamiento térmico y pérdida de regularidad.
23. ¿Cuál fue la innovación más importante del método AASHTO 93 en su época? R: a partir de la guía de diseño AASHTO93 se considera la opinión de los usuarios a través de la serviciabilidad.
6.
¿Cuáles son las variables y cuáles los parámetros en el método AASHTO 93?
Variables:
Características del suelo (CBR o Mr) [1 pt] Tráfico (Ejes Equivalentes) [1 pt] Parámetros: Confiabilidad (R) [0.5 pt] Variabilidad (Zr) [0.5 pt] Desviación Estándar del error combinado de las variables (So) [0.5 pt] Serviciabilidad (p) [0.5 pt] Coeficiente Estructural (a) [0.5 pt] Coeficiente de Drenaje (m) [0.5 pt]
MOP 19. Comente por qué el método de diseño de pavimentos asfálticos MOP no es riguroso. R: el método del Manual de Carreteras (MOP) carece de rigurosidad dado que utiliza criterios de falla provenientes del método AASHTO93 e incorpora ajustes por temperatura y efectos ambientales provenientes del método de diseño SHELL.
Gral
15. Explique de qué dependen los ejes equivalentes. R: dependen de: rango de carga, tipo de eje, serviciabilidad, espesor del pavimento (hormigón) o Número Estructural (asfalto) y Tránsito Medio Diario Anual (TMDA). 18.
¿Qué entiende por el concepto “Factor Eje Equivalente”? Explique uso (Coef. 4) Concepto básico: Determine las pasadas de un vehículo de una configuración determinada que causa el mismo deterioro que un eje estándar simple.
24. Comente la procedencia de los coeficientes de drenaje “mi”. R: los coeficientes de drenaje buscan cuantificar la capacidad de un pavimento para evacuar las aguas lluvias. Estos coeficientes afectan directamente a la satisfacción que un pavimento asfáltico debe efectuar del número estructural, con lo que se obtiene como resultado un aumento en el espesor de las capas de base y sub‐base. Nada de lo anterior puede reemplazar un buen diseño en el proyecto de aguas lluvias, que es lo que realmente permitirá la evacuación de las aguas del pavimento.
Indices de Deterioro de Pavimentos Determinaciónd e la condición del pavimento
Subjetiva (PSR) Determinación visual (PCI) Tests no destructivos (IRI, FWD, fricción) Test Destructivos (testigos)
PSR: Índice de Serviciabilidad Presente
Auscultación visual de deterioros
Performance estructural y funcional Más detallada que psr Mas objetiva Información detallada del deterioro No invasiva La de la cámara
IRI 4. Qué es el IRI ¿Cuál es el umbral de recepción de un pavimento nuevo? R: El IRI es el índice de rugosidad internacional, es un indicador estadístico de la irregularidad superficial del pavimento de una carretera. Representa una forma de cuantificar la diferencia entre el perfil longitudinal teórico y el perfil longitudinal real existente en el instante de la medida.
[
]
38) Explique qué entiende por IRI ¿Que efectos produce un aumento de la irregularidad? ¿Qué valor Máximo debe tener cuando se termina un pavimento según las especificaciones vigentes? (Coef 3) El IRI es un indicador estadístico de la irregularidad superficial del pavimento de una carretera. Al igual que otros indicadores, representa una forma de cuantificar la diferencia entre el perfil longitudinal teórico (recta o parábola continua perfecta, IRI = 0) y el perfil longitudinal real existente en el instante de la medida Medida de performance funcional. “Es la desviación longitudinal de la superficie del pavimento con respecto a una superficie plana ideal”
El aumento de la irregularidad produce: + Incomodidad + Disminución de velocidad + Aumento del potencial de accidentes + Aumento del daño a los vehículos + Aumento de costos de operación vehicular Vialidad exige un máximo de 2.
Se miden puntos a cierta distancia y se los compara con los valores teóricos, las diferencias se suman (valores absolutos) y se los divide por la longitud total del trayecto medido, entregándose el resultado en [in/km]. 29) Cual es la importancia de la relación del iri con el índice de serviciabilidad (p)? b) la importancia de la relación del IRI con el índice de servicialidad radica en que a través del IRI se puede obtener un indicador objetivo del nivel de servicio entregado por un determinado pavimento, el cual permite que se pueda establecer como será en parte el índice de servicialidad percibido por los usuarios, además, dependiendo de este, el nivel real del pavimento se puede conocer con el IRI:
NDT: Tests no destructivos
Medida de la performance estructural Usos en pavimentos flexibles (retrocálculo E -> vida remanente, diseño de rehabilitaciones) Ej: Viga benkelman, deflectómetro de impacto (FWD) 6. ¿Para qué sirve el FWD? R: El deflectrómetro de impacto se utiliza para retrocalcular las propiedades de los materiales de un pavimento existente (E de las capas), efectuar una evaluación estructural del pavimento y determinar la vida remanente de éste. Retroanálisis, módulo resiliente.
14) Explique el concepto de vida remanente. El concepto de vida remanente se refiere a la capacidad estructural remanente de un pavimento con respecto a su capacidad estructural inicial.
Capacidad estructural inicial (CEI) = f( modulo de rigidez inicial del material)
Capacidad estructural actual (CEA) = f( modulo de rigidez actual del material) Capacidad estructural restante (CER) = (CEI) – (CEA)
Considerando una tasa de flujo anual, se puede calcular la vida remanente. Vida estructural remanente = (CER) / tráfico anual promedio
PCI: Índice de Condición de Pavimentos Factor que se obtiene de dividir la red en unidades muestrales homogéneas, agrupadas en secciones, en las que se mide la severidad del deterioro a partir del valor a deducir DV
11) Explique los beneficios de la mantención de pavimentos. La mantención de pavimentos es beneficiosa, no solo porque mejora la serviciabilidad, sino que además puede prolongar la vida útil de la estructura. Por ejemplo, si se compara en el tiempo “to” el comportamiento de dos pavimentos idénticos, el con mantención presenta una mejor serviciabilidad que el sin mantención
SKID Number [ ] Varía con:
Época del año Tráfico Velocidad del vehículo Humedad pav Cepillado del concreto Valor recomendado tabulado para velocidades de diseño
Otros (paja) 15) Cual es el objetivo de la mecánica de los pavimentos flexibles. Reconocer las respuestas críticas en los pavimentos flexibles Identificar la ubicación de las respuestas críticas Calcular y predecir las magnitudes de las respuestas criticas Evaluar los efectos de las características del diseño en las respuestas críticas ¿Porqué?: Las tensiones/deformaciones unitarias/deflexiones deterioros 16) Explique los modelos de deterioro del sistema de pavimentos flexibles. Deformación permanente Agrietamiento (por fatiga, térmico, reflexión) Otros
23) Explique en que consiste tierra armada. La tierra armada consiste en una estructura de tierra compactada por capas, entre las cuales se ponen láminas de acero galvanizado que se anclan a unas placas mediante tornillos. De esta forma se logra obtener un muro vertical, de altura “h” con buena resistencia al volcamiento y sobre todo con bajos costos. su comportamiento sísmico ha demostrado ser bastante bueno. No es aplicable en arcillas. Trabajan por fricción. 25) criterios de falla en pavimentos flexibles: Falla de agrietamiento por fatiga producida en la parte inferior producto de la tensión provocada por las cargas. Falla por ahuellamiento producida en la capa asfáltica. Falla por ahuellamiento producida por la disminución en el espesor de la subrasante. Falla por fatiga térmica provocado por cambios bruscos de temperatura entre el día y la noche Agrietamiento térmico producido por temperaturas muy bajas (ej: -23ºC)
27) a) explique como y porque un modelo de burgen es la representación más simple de un asfalto b) explique porque a partir del modelo de burgen si las cargas son rápidas el material lo podemos considerar como elástico a) un modelo de Burgen es la representación más simple de un asfalto porque considera tanto sus características viscosas como elásticas, las cuales, además de determinar la existencia de deformaciones elásticas y viscosas, incorporan el concepto de deformación remanente, la cual aumenta gradualmente en el tiempo según la duración de la carga.
b) como se puede observar en el grafico de la parte (a), si las cargas tienen una duración muy pequeña (t 0 ), el material no alcanza a desarrollar las deformaciones viscosas y remanentes, produciéndose solo una deformación elástica, lo cual indica que el material puede comportarse elásticamente ante duraciones pequeñas de las cargas. 28) explique el alabeo en los pavimentos de hormigón el alabeo es uno de los tipos de tensiones que sufren los pavs de hormigón, los cuales son producidos al existir gradientes de temperatura. Los esfuerzos, son producidos en la parte inferior de la capa de pavs, cuya dirección (tracción o compresión) depende de si es día o noche. De día: al flectarse la losa producto de la variación de temperatura a través de ella, el peso propio de esta hace que la fibra inferior se tracccione De noche: como se flecta en el otro sentido, el peso propio hace que se comprima la fibra inferior. Cabe señalar que estos esfuerzos provocados por la temperatura se pueden combinar con los esfuerzos producidos por las cargas.
También hay alabeos por humedad.
30) explique para que sirve la deflectometria de impacto y que es el retroanalisis La deflectometria de impacto consiste en una masa que se debe dejar caer desde cierta altura, con lo cual se puede medir lo sgte: Modulo resiliente del suelo de fundación Traspaso de carga entre los sensores de deflexión (geófonos) Carga remanente El retroanalisis es el método por el cual se procesan los datos obtenidos por el deflectometro de impacto y se conocen los de interés (rigidez remanente). 32) ¿Cuáles son las fórmulas que se emplean para caracterizar el daño por fatiga y el daño por deformación en subrasante? Explique cada parámetro de ellas.
En pavimentos débiles los ejes pueden ser tratados independientemente En pavimentos fuertes los ejes multiples causan menos daños