Date post: | 07-Dec-2015 |
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UNIVERSIDAD CENTRAL DE CHILE
FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA DE OBRAS CIVILES Y CONSTRUCCIÓN
UNIVERSIDAD CENTRAL DE CHILE
FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA DE OBRAS CIVILES Y CONSTRUCCIÓN
UNIVERSIDAD CENTRAL DE CHILE
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ESCUELA DE OBRAS CIVILES Y CONSTRUCCIÓN
UNIVERSIDAD CENTRAL DE CHILE
FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA DE OBRAS CIVILES Y CONSTRUCCIÓN
MEMORIA PARA OPTAR AL TÍTULO DE:
INGENIERO CIVIL EN OBRAS CIVILES
Profesor Guía: José Alejandro Torres Flores.
Profesores Informantes: Juan Antonio Cea Chacón
Silvana Frontier Frontier
Autores:
MUNIR EDUARDO OLGUÍN MAJLUF - SERGIO ANDRÉS REYES MADRID
“ANÁLISIS COMPARATIVO DE LAS DISTRIBUCIONES DE CARGAS DE
TRÁFICO ENTRE PAVIMENTOS CON CARPETA DE RODADURA LIBRE
DE SELLO SUPERFICIAL Y PAVIMENTOS CON LA APLICACIÓN DE
SELLO SUPERFICIAL DE ALTA FRICCIÓN”.
2014
SANTIAGO - CHILE
ii
DEDICATORIA.
iii
AGRADECIMIENTOS.
iv
ÍNDICE
CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN 1
1.1. RESEÑA 1
1.2. OBJETIVOS 3
1.3. HIPÓTESIS 4
1.4. ALCANCES Y LIMITACIONES 4
1.5. METODOLOGÍA 5
1.6. DIAGRAMA DE FLUJO. 7
1.7. PAVIMENTOS. 8
1.8. PAVIMENTOS RÍGIDOS. 9
1.9. PAVIMENTOS FLEXIBLES. 10
1.10. CAPAS QUE CONSTITUYEN UN PAVIMENTO FLEXIBLE 11
1.11. CONFIGURACIONES DE PAVIMENTOS PARA EL DISEÑO CON PROGRAMA BISAR 3.0 14
CAPÍTULO 2. SOLUCIONES SUPERFICIALES 17
2.1. INTRODUCCIÓN. 17
2.2. FUNCIONES DE LA SOLUCIÓN BÁSICA SUPERFICIAL 18
2.3. SOLUCIÓN BÁSICA CON ESTABILIZACIONES DE CAPAS GRANULARES 18
2.4. SOLUCIÓN BÁSICA CON CAPAS DE PROTECCIÓN. 20
2.5. SELLO SUPERFICIAL DE ALTA FRICCIÓN (SSAF) 21
2.6. BENEFICIOS DEL SSAF 51
2.7. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL SSAF. 53
CAPÍTULO 3. PROYECTOS DEL SSAF EN CHILE Y EN EL EXTRANJERO. 54
3.1. INTRODUCCIÓN 54
3.2. AUSTRALIA. 54
3.3. ESPAÑA 58
3.4. ESTADOS UNIDOS 62
3.5. NUEVA ZELANDA. 69
3.6. REINO UNIDO 72
3.7. CHILE 76
3.8. ANÁLISIS RESPECTO A LA SEGURIDAD DE LA CIRCULACIÓN VIAL 85
v
CAPÍTULO 4. DISEÑO DE PAVIMENTOS SEGÚN CRITERIOS DEL MANUAL DE
CARRETERAS. 99
4.1. INTRODUCCIÓN. 99
4.2. DISEÑO DE MEZCLA ASFÁLTICA DE ALTO MÓDULO Y CONCRETO ASFÁLTICO 100
4.3. DISEÑO DE TRATAMIENTO SUPERFICIAL DOBLE. 104
4.4. PARÁMETROS Y COEFICIENTES DE DISEÑOS 106
CAPÍTULO 5. MÉTODO SHELL , NEOZELANDÉS Y DISEÑO DE PAVIMENTOS
CON PROGRAMA BISAR 3.0. 112
5.1. INTRODUCCIÓN 112
5.2. TEORÍA DEL PROGRAMA BISAR 3.0 113
5.3. COMPAÑÍA SHELL. 114
5.4. PARÁMETROS Y CONSIDERACIONES EN EL DISEÑO CON PROGRAMA BISAR 3.0 115
5.5. DISEÑO CON PROGRAMA BISAR 3.0. 124
CAPÍTULO 6. ANALISIS DE RESULTADOS. 131
6.1. INTRODUCCIÓN 131
6.2. ANÁLISIS RESPECTO AL DISEÑO CON PROGRAMA BISAR 3.0 131
7. COMENTARIOS Y CONCLUSIONES 147
8. BIBLIOGRAFIA 153
ANEXOS. 158
A. TEORÍA PROGRAMA MULICAPA BISAR 3.0. 158
B. PRESCRIPCIONES TECNICAS DEL SSAF. 171
C. DATOS Y RESULTADOS OBTENIDOS EN PROGRAMA BISAR 3.0. 175
vi
ÍNDICE DE FIGURAS.
Figura 1.7-1: Ilustración de la respuesta estructural de un pavimento rígido y flexible .................8
Figura 1.8-1: Respuesta estructural y capas que componen un pavimento rígido. ......................9
Figura 1.9-1: Distribución de cargas en un pavimento flexible ................................................... 10
Figura 2.5-1: Fuerzas laterales que actúan cuando el vehículo atraviesa una curva. ............... 23
Figura 2.5-2: Diagrama vectorial de fuerza de fricción. .............................................................. 24
Figura 2.5-3: Representación de componentes de resistencia al deslizamiento ....................... 27
Figura 2.5-4: Fenómeno de hidroplaneo a distintas velocidades. .............................................. 29
Figura 2.5-5: Zonas de Contacto del neumático con el pavimento. ........................................... 29
Figura 2.5-6: Propiedad física del pavimento: Microtextura y Macrotextura .............................. 33
Figura 2.5-7: Variación gráfica de resistencia al deslizamiento respecto a velocidad ............... 34
Figura 2.6-1: Comparación de distancias de frenado entre pavimento con aplicación de Sello
Superficial y en ausencia de este. .............................................................................................. 51
Figura 3.4-1: Aplicaciones del SSAF en Estados Unidos. .......................................................... 63
Figura 3.4-2: Aplicación en Carretera Interestatal 77 Sur. ......................................................... 67
Figura 3.8-1: Relación entre el riesgo de accidentes y resistencia al deslizamiento ................. 89
Figura 3.8-2: Relación resistencia al deslizamiento vs. tasa de accidentes. .............................. 90
Figura 3.8-3: Relaciones entre fricción y ocurrencia de accidentes. .......................................... 91
Figura 3.8-4: Relación entre tasa de accidentes con pavimento mojado y coeficiente de fricción.
.................................................................................................................................................... 93
Figura 3.8-5: Relación entre el índice de accidentes con pavimento seco y mojado, y la
resistencia al deslizamiento medida con SCRIM. ....................................................................... 94
Figura 3.8-6: Relación entre la resistencia al deslizamiento, medida con SCRIM, y la tasa de
accidentes. .................................................................................................................................. 95
Figura 3.8-7: Distancia de frenado vs. velocidad de aplicación del freno para distintos valores
de coeficiente de fricción. ............................................................................................................ 98
Figura 4.4-1: Esquema pavimento Mezcla Asfáltica de Alto Módulo........................................ 108
Figura 4.4-2: Esquema pavimento Concreto Asfáltico. ............................................................ 109
Figura 4.4-3: Configuración estructural de un Tratamiento Superficial Doble. ......................... 111
Figura 5.4-1: Distribución de carga de diseño. ......................................................................... 123
Figura 5.4-2: Separación de neumáticos de E.S.R.D ............................................................... 124
Figura 5.5-1: Sistema de coordenadas y consideraciones para programa BISAR 3.0 ............ 125
Figura 6.2-1: Componentes de tensión bajo una carga en el eje de simetría. ......................... 159
Figura 6.2-2: Figura con sistema de n capas sujeto a una carga circular. ............................... 161
vii
ÍNDICE DE TABLAS.
Tabla 2.5-1: Clasificación de las irregularidades superficiales de un pavimento 31
Tabla 2.5-2: Equipos para Medición Macrotextura. 39
Tabla 2.5-3: Normativa territorio nacional para macrotextura y resistencia al deslizamiento. 40
Tabla 2.5-4: País, Normativa y Exigencias para la Vida en Servicio del SSAF. 41
Tabla 2.5-5: País, Normativa y Exigencias para el Pulimento Superficial del SSAF. 42
Tabla 2.5-6: País, Normativa y Exigencias para Adherencia al Acero del SSAF. 43
Tabla 2.5-7: País, Normativa y Exigencias para Abrasión del Árido del SSAF. 43
Tabla 2.5-8: País, Normativa y Exigencias para CRD. 44
Tabla 2.5-9: País, Normativa y Exigencias para CRT. 44
Tabla 2.5-10: País, Normativa y Exigencias para CRT. 45
Tabla 2.5-11: Resumen normativa, exigencias y prescripciones técnicas 49
Tabla 2.6-1: Probabilidad de fallecimiento de un peatón. 52
Tabla 2.7-1: Ventajas y desventajas SSAF. 53
Tabla 3.4-1: Referencia de Accidentes en Ruta 22. 65
Tabla 4.2-1: Nivel de confianza y valor del So 102
Tabla 4.2-2: Índice de Serviciabilidad 102
Tabla 4.2-3: Limitaciones a los espesores de las capas estructurales. 103
Tabla 4.4-1: Configuración pavimento de Mezcla Asfáltica de Alto Módulo. 108
Tabla 4.4-2: Configuración pavimento Concreto Asfáltico. 109
Tabla 4.4-3: Parámetros diseño Doble Tratamiento Superficial. 110
Tabla 4.4-4: Configuración pavimento del tipo Doble Tratamiento Superficial. 111
Tabla 5.4-1: Propiedades y tipo de Mezclas asfálticas para configuración Concreto Asfáltico.119
Tabla 5.4-2: Propiedades y tipo de Mezclas asfálticas para configuración de Mezcla Asfáltica de
Alto Módulo. 119
Tabla 5.5-1: Datos entrada Programa Bisar 3.0 126
Tabla 5.5-2: Datos entrada configuración estructural del tipo Mezcla Asfáltica de Alto Módulo.
127
Tabla 5.5-3: Datos entrada configuración estructural del tipo Concreto Asfáltico. 127
Tabla 5.5-4: Datos entrada configuración estructural del tipo Tratamiento Superficial Doble 128
Tabla 5.5-5: Resultados de Bisar 3.0 para configuración tipo Mezcla Asfáltica de Alto Módulo.
129
Tabla 5.5-6: Resultados de Bisar 3.0 para configuración tipo Concreto Asfáltico. 130
Tabla 5.5-7: Resultados de Bisar 3.0 para configuración tipo Tratamiento Superficial Doble. 130
viii
Tabla 6.2-1: Deformaciones de configuración Mezcla Asfáltica de Alto Módulo. 133
Tabla 6.2-2: Deformaciones de configuración Concreto Asfáltico. 133
Tabla 6.2-3: Deformaciones de configuración tratamiento superficial Doble 135
Tabla 6.2-4: Número de repeticiones admisibles necesarias en carpeta asfáltica 137
Tabla 6.2-5: Número de repeticiones admisibles necesarias en subrasante. 138
Tabla 6.2-6: Número de repeticiones de carga para la falla por ahuellamiento. 140
Tabla 6.2-7: Esfuerzo vertical de cada configuración estructural 142
Tabla 6.2-8: Condiciones admisibles y cumplimiento de parámetros. 145
Tabla B.1-1: Requisitos Adhesivo Resina Poliuretano 172
Tabla 6.2-1: Datos entrada en Bisar 3.0 configuración estructural del tipo Mezcla asfáltica de
Alto Módulo sin SSAF 175
Tabla C.16.2-2: Cálculos realizados por programa Bisar 3.0 175
Tabla 6.2-3: Datos entrada en Bisar 3.0 configuración estructural del tipo Mezcla asfáltica de
Alto Módulo con SSAF 176
Tabla 6.2-4: Cálculos realizados por programa Bisar 3.0 176
Tabla 6.2-5: Datos entrada en Bisar 3.0 configuración estructural del tipo Concreto Asfáltico con
SSAF 177
Tabla 6.2-6: Cálculos realizados por programa Bisar 3.0 177
Tabla 6.2-7: Datos entrada en Bisar 3.0 configuración estructural del tipo Concreto Asfáltico sin
SSAF 178
Tabla 6.2-8: Cálculos realizados por programa Bisar 3.0 178
Tabla 6.2-9: Datos entrada en Bisar 3.0 configuración estructural del tipo Tratamiento
Superficial Doble sin SSAF 179
Tabla 6.2-10: Cálculos realizados por programa Bisar 3.0. 179
Tabla 6.2-11: Datos entrada en Bisar 3.0 configuración estructural del tipo Tratamiento
Superficial Doble con SSAF 180
Tabla 6.2-12: Cálculos realizados por programa Bisar 3.0. 180
ix
ÍNDICE DE IMAGENES.
Imagen 3.2-1: Curva pronunciada y representación de carretera Ewingsdale 55
Imagen 3.2-2: Winterfold Road intersección con Carrington Street 57
Imagen 3.3-1: Aplicación SSAF en Núcleos Urbanos de St. Josep de sa Talaia. 61
Imagen 3.5-1: Aplicación SSAF en escuela primaria Warkworth. 70
Imagen 3.5-2: Aplicación SSAF, Hamilton 71
Imagen 3.5-3: Aplicación SSAF en Lower Hutt 72
Imagen 3.6-1: Aplicación SSAF en acceso aeropuerto Heathrow. 73
Imagen 3.6-2: Aplicación del SSAF en Carretera A-177 74
Imagen 3.7-1: Camino la Pólvora, Provincia de Valparaíso, Ruta 60 CH. 76
Imagen 3.7-2: Carretera el Cobre, Provincia de Rancagua, Curva del Espejo. 78
Imagen 3.7-3: San Carlos a San Fabián, Provincia de Ñuble, Ruta N-31. 79
Imagen 3.7-4: By Pass Penco, Ruta del Itata, Provincia de Concepción, Ruta 150 79
Imagen 3.7-5: Escuela el Huape, Ruta N-66 O, Provincia de Ñuble. 80
Imagen 3.7-6: Escuela Llamo Blanco, Provincia del Biobío, Ruta Q-61 R. 81
Imagen 3.7-7: Escuela Juan Jorge Etchevers, Provincia de Ñuble, Ruta N-55. 82
x
RESUMEN
La vida en servicio de un pavimento depende netamente del comportamiento
de los esfuerzos y deformaciones provocadas por las diferentes cargas de tránsito,
que afectan las diferentes capas que constituyen un pavimento y la capacidad de
soporte del suelo donde se emplaza este. Es preciso mencionar que el número de
capas y la rigidez de estas, logran variar las deformaciones y esfuerzos en la
subrasante.
Es por esto que a lo largo de este estudio, se observa sí el Sello Superficial de
Alta Fricción, que tiene aplicación sobre la carpeta de rodadura, genera un grado de
incidencia en la respuesta estructural de las distintas capas del pavimento.
Principalmente, en este estudio se encuentra la normativa, prescripciones
técnicas, variables y parámetros relevantes del sello superficial en cuestión, con la
finalidad de observar las principales propiedades que condicionan dicho sello.
Además, se exponen los diferentes proyectos a nivel internacional y en Chile, para
observar si la utilización de dicha técnica, reduce la tasa de accidentes de tránsito por
deslizamiento y siniestralidades. Finalmente se analiza la correlación entre los
accidentes por deslizamiento y resistencia al deslizamiento demostrando que el sello
en cuestión, si otorga incidencia en la seguridad de la circulación vial.
xi
Posteriormente y estudiado el Sello en cuestión, se realiza el diseño con la
ayuda del programa Bisar 3.0 para tres tipos de configuraciones estructurales (Mezcla
Asfáltica de Alto Módulo, Concreto Asfáltico y Doble Tratamiento Superficial) con la
aplicación del sello y en ausencia de este, con el propósito de comparar y observar las
distintas deformaciones y esfuerzos producidos.
Al momento de comparar y analizar los diferentes diseños, se observa que en
las capas asfálticas existe una incidencia estructural superior al 20% de variación para
las deformaciones y esfuerzos en las configuraciones de Mezcla Asfáltica de Alto
Módulo y Concreto Asfáltico. A su vez, el estudio arroja que para la configuración del
tipo Tratamiento Superficial Doble, no es incidente la aplicación del Sello Superficial de
Alta Fricción debido a que las variaciones de esfuerzos y deformaciones no superan el
3%.
xii
ABSTRACT
The service life of a pavement will depend exclusively on the impact of stresses
and strains produced by different transit loads, which affect the different layers that
comprise the pavement as well as the soil support capability of the ground on which it
is placed. It is important to mention that the number and rigidity of layers will vary the
impact of stresses and strains on the subgrade.
For this reason, this research examines if the application of a high friction
surface seal on the rolling surface, generates any impact on the structural response of
different layers within the pavement.
Primarily, this research outlines the regulations, technical specifications,
relevant variables and parameters of the aforementioned seal, with the purpose of
observing its main properties. Furthermore, a number of local and international case
study projects are presented to examine whether the use of this technique reduces the
incidence of accidents arising from road surface sliding and other accidents. Finally,
the research analyzes the correlation between accidents arising from sliding and
resistance to sliding, demonstrating that the seal in question provides a degree of
impact on the safety of road circulation.
Following the assessment of the seal mentioned, the Bisar 3.0 program is
utilized or prepare designs for three types of structural configurations (high modulus
asphalt mix, Asphalt concrete, and Double surface treatment), both with and without
the use of the seal, with the purpose of comparing and observing different stresses and
strains arising.
xiii
When comparing and analyzing these designs, it can be observed that the
asphalt layers display a structural impact above 20% for the stresses and strains on
both the high modulus asphalt mix and asphalt concrete configurations . In turn, the
research illustrates that for the double surface treatment configuration, it is not
necessary to apply the high friction surface seal, as the impact of stresses and strains
is not more than 3%
1
CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN
1.1. Reseña
La seguridad vial, consiste en la prevención de accidentes de tránsito o en la
minimización de sus efectos, especialmente para brindar las condiciones mínimas
apropiadas que respondan al cuidado de la integridad de las personas. También
implica todas aquellas tecnologías empleadas para dicho fin en cualquier medio de
desplazamiento terrestre.
Un estudio realizado por Conaset (2012) ha demostrado que en la actualidad
una de las causas frecuentes de los accidentes de tránsito es el exceso de velocidad.
Esto, es considerado un grave problema de seguridad, debido a que un aumento de un
kilómetro por hora en las velocidades promedios de una vía, aumenta en un 5% las
lesiones y en un 7% los accidentes fatales. En el territorio nacional, se estima que este
factor es relevante en al menos 1 de cada 5 accidentes y en 1 de cada 3 accidentes
fatales. Además, según estadísticas del Ministerio de Salud, "La principal causa de
muerte en niños y niñas de hasta catorce años, es el traumatismo producto de
accidente de tránsito" (Citado en Conaset 2012,p.6). En función de lo anteriormente es
que la seguridad vial, se torna un ámbito contingente y relevante a considerar a diario.
En países como Inglaterra, España, Estados Unidos, Australia, entre otros; una
medida que aumenta la seguridad de la circulación vial, corresponde a la aplicación de
un Sello Superficial de Alta Fricción (SSAF), el cual bajo estudios correspondientes
asegura que ha provocado una disminución de accidentes por deslizamientos hasta en
un 70%. (Julian y Moler, 2008)
2
En relación a lo anterior, es que surge la necesidad de estudiar una solución
para disminuir dichas cifras de accidentes y así, de esta forma contribuir a la seguridad
vial de las personas y automovilistas a nivel nacional.
Ante la importancia de aumentar la seguridad vial, es que la siguiente
investigación tiene como finalidad analizar y estudiar la aplicación del Sello Superficial
de Alta Fricción (SSAF), donde se espera comprobar si el aumento de la fricción
superficial en la carpeta de rodadura incide positivamente en la seguridad de la
circulación vial. Además, se evaluará si el SSAF tiene incidencia en la redistribución de
las cargas de tráfico en la estructura del pavimento.
Para la siguiente investigación, se analizará la incidencia del sello superficial
respecto a la seguridad de la circulación vial, considerando las variables de
propiedades, parámetros determinantes, normativas, certificaciones y similares.
Además se realizará el diseño de tres configuraciones de pavimentos: Concreto
Asfáltico, Doble Tratamiento Superficial y Mezcla Asfáltica de Alto Módulo; las cuales
serán diseñadas con la aplicación del Sello Superficial y en ausencia de éste, con el
objetivo de analizar comparativamente la distribución de esfuerzos y deformaciones.
Las modelaciones de las distintas configuraciones de pavimentos a estudiar, se
realizarán a partir del programa Bisar 3.0, el cual permite obtener los resultados de
deflexiones, deformaciones y esfuerzos que existen en las diferentes capas del
pavimento. Posteriormente, con los resultados obtenidos, se realizará un análisis de las
diversas deformaciones que se generan a partir de la aplicación del SSAF para que
sean comparadas con las deformaciones que se producen en la ausencia de éste.
Para lograr una comparación más detallada, se realizará el cálculo de número de
3
repeticiones admisibles y de carga, con la finalidad de observar el grado de solicitación
que generan las fallas y el agrietamiento.
1.2. Objetivos
Objetivo General:
Analizar comparativamente la distribución de esfuerzos y deformaciones entre
pavimentos (Concreto asfáltico, Mezcla Asfáltica de Alto Módulo y Doble Tratamiento
Superficial) con sello superficial de alta fricción y en ausencia de este.
Objetivos Específicos:
Describir e identificar el SSAF referente a normativas, usos, aplicaciones,
certificaciones, propiedades y similares en el territorio nacional y extranjero.
Analizar el sello superficial respecto a la incidencia de seguridad en la
circulación vial observando los distintos fenómenos y componentes.
Realizar un diseño con programa Bisar 3.0 de tres configuraciones de
pavimentos con sello superficial de alta fricción y con carpeta de rodadura libre
de dicho sello.
Analizar la aplicación del SSAF en relación a la redistribución de las cargas de
tráfico que solicitan la estructura de pavimento considerando las variables de
deformaciones y esfuerzos de la estructura.
4
1.3. Hipótesis
En la aplicación del SSAF sobre las configuraciones estructurales de
pavimento, se genera una disminución considerable de las deformaciones y un
aumento de los esfuerzos provocados por la carga de tráfico.
1.4. Alcances y Limitaciones
Al momento de realizar las modelaciones debe quedar en evidencia que la
carga utilizada corresponde a una carga estática y puntual, debido a que no se
considera el movimiento del vehículo al momento de la modelación (carga dinámica).
En la actualidad, no existen estudios en el territorio nacional que permitan
describir y entregar antecedentes previos de la incidencia del SSAF en las distintas
configuraciones de pavimentos.
El diseño de las diferentes modelaciones se realizará con ayuda del programa
Bisar 3.0, lo que conlleva a delimitar ciertas variables como: temperatura, tiempos de
carga, crecimiento de tránsito y similares.
Se considera un tiempo de carga de 0.02 seg. para el diseño de las
configuraciones estructurales con SSAF, éste factor debe ser considerado debido a
que al aplicar dicho sello, existe una mayor adherencia entre el neumático y pavimento
por el aumento de fricción en la carpeta de rodadura, traduciéndose en un mayor
tiempo de carga.
Las modelaciones de las distintas configuraciones de pavimentos serán
realizadas conforme al procedimiento especificado en el Manual de Carreteras, Vol.
N°3, 2014. La variable del tránsito queda delimitada por las solicitaciones del SSAF.
5
Los parámetros como el Módulo de Elasticidad y Razón de Poisson serán
obtenidos a través de referencias bibliográficas.
Para la modelación de las distintas configuraciones de pavimentos a analizar,
se considera un pavimento nuevo que cumpla las exigencias y parámetros
establecidos en el Manual de Carreteras, en su edición 2014 tales como: Índice de
Regularidad Internacional (IRI), Índice de Fricción Internacional (IFI), Serviciabilidad,
entre otros.
1.5. Metodología
El procedimiento y metodología de trabajo para la siguiente investigación considera:
Levantamiento de Información (Etapa 1):
Describir estudios relacionados del SSAF.
Recopilar antecedentes, información, normativa y similares del SSAF en Chile y
el extranjero.
6
Diseño (Etapa 2):
Diseñar tres configuraciones de pavimentos (Mezcla Asfáltica de Alto Módulo,
Concreto Asfáltico y Tratamiento Superficial Doble) mediante la metodología del
Manual de Carreteras, Vol. n°3, 2014.
Precisar las variables y parámetros determinísticos para una adecuada
modelación del pavimento en software Bisar 3.0.
Realizar diseño de tres configuraciones de pavimentos: Tratamiento Superficial
Doble, Concreto Asfáltico y Mezcla Asfáltica de Alto Módulo mediante software
especializado Bisar 3.0.
Realizar el diseño mediante programa Bisar 3.0 con la aplicación del SSAF en
las diferentes configuraciones de pavimentos (Doble Tratamiento Superficial,
Mezcla Asfáltica de Alto Módulo y Concreto Asfáltico).
Análisis (Etapa 3):
Análisis de los diversos criterios y parámetros del SSAF.
Análisis de la incidencia del SSAF respecto a la seguridad de la circulación vial
en países como Australia, España, Estados Unidos y Reino Unido.
Análisis de los esfuerzos y deformaciones en pavimentos con aplicación del
sello en cuestión y en ausencia de éste, con la finalidad de observar si el sello
otorga incidencia estructural.
7
Inicio
Tema
de tesis
Título de
tesis
Planteamiento
de objetivos e
hipótesis
Levantamiento
de información
Aprobación
de
información
Correcciones
Sugeridas
NO
SI
Elaboración
de Capítulos
Estudio del
SSAF
NO
Diseño
Sin SSAF Con SSAF
Análisis
Conclusiones
Fin
SI
NO
Etapa 1
Etapa 2
SI
Etapa 3
1.6. Diagrama de Flujo.
Fuente: Elaboración Propia.
8
1.7. Pavimentos.
Los pavimentos están constituidos por un conjunto de capas superpuestas,
colocadas en dirección horizontal. Estas son diseñadas y construidas con materiales
apropiados y adecuadamente compactados. El pavimento recibe las solicitaciones del
tránsito y las acciones de factores climáticos, los cuales se traspasan a la subrasante,
de forma que pueda soportar los esfuerzos sin sufrir deformaciones durante un período
determinado de tiempo (vida útil) (Maureira, 2014) .
En la actualidad, existen principalmente dos tipos de pavimentos: Pavimentos
Flexibles y Rígidos, su respuesta estructural se ilustra esquemáticamente en la figura
1.7-1.
Figura 1.7-1: Ilustración de la respuesta estructural de un pavimento rígido y flexible
Fuente: www.duravia.com
En un pavimento rígido, debido a la consistencia de la superficie de rodadura,
se produce una buena distribución de las cargas, dando como resultado tensiones muy
bajas en la subrasante (Ver figura 1.8-1).
9
De manera contraria ocurre en un pavimento flexible, donde la superficie de
rodadura posee una menor rigidez generando mayores deformaciones y tensiones en
la subrasante.
1.8. Pavimentos Rígidos.
Se componen generalmente por la Carpeta de Rodado, Base y Subrasante. La
superficie de rodadura es una losa de hormigón que en algunas ocasiones presenta
una armadura de acero. En este tipo de pavimentos, la carpeta de rodado tiene la
responsabilidad estructural de soportar cargas a nivel superficial. Además, los
esfuerzos que son transmitidos al suelo ocurren de forma más homogénea mientras
que la base granular debe asegurar una superficie de apoyo uniforme y estable. En la
figura 1.8-1, se observa la respuesta estructural de este tipo de pavimentos y sus
diferentes capas que lo componen (Maureira, 2014).
Figura 1.8-1: Respuesta estructural y capas que componen un pavimento rígido.
Fuente: Asignatura Diseño de Pavimentos, Universidad Central de Chile, 1er
Semestre 2013.
Los tipos de esfuerzos que pueden generar fallas en un pavimento rígido van
relacionado a: Retracción y expansión, alabeo y con la carga del vehículo.
10
1.9. Pavimentos Flexibles.
La primera capa es una carpeta constituida por una mezcla asfáltica que
proporciona la superficie de rodamiento, la cual soporta directamente las solicitaciones
del tránsito y aporta las características funcionales. Estructuralmente, la carpeta
absorbe los esfuerzos horizontales y parte de los verticales, debido a que las cargas de
los vehículos se distribuyen a las capas inferiores por medio de las características de
fricción y cohesión de las partículas de los materiales. Por lo tanto, la carpeta asfáltica
se pliega a pequeñas deformaciones de las capas inferiores sin que su estructura
colapse (Miranda, 2010). El fenómeno descrito anteriormente y la distribución de
cargas se observan en la figura 1.9-1.
Figura 1.9-1: Distribución de cargas en un pavimento flexible
Fuente: http://geotecnia-sor.blogspot.com/2012/11/el-diseno-racional-en-la-ingenieria_8.html
11
1.10. Capas que Constituyen un Pavimento Flexible
Carpeta de Rodadura:
Capa superior expuesta al tránsito vehicular, posee contacto directo con el
neumático siendo ésta la primera en recibir los esfuerzos. Está compuesta
principalmente de agregados seleccionados y cementos asfálticos tradicionales o
modificados cuya finalidad es resistir el desgaste y conservar las propiedades
antideslizantes con estándares mínimos de seguridad y confort para el usuario.
A lo largo de la vida útil de servicio, ésta capa debe entregar determinadas
características funcionales como: Superficie de rodadura cómoda y segura, resistir las
cargas repetidas del tráfico, entre otras.
Por otra parte, las principales características superficiales que debe poseer la
carpeta de rodadura son:
Resistencia al deslizamiento y adherencia incluso en condiciones adversas de
lluvia (Pavimento húmedo o mojado).
Reducción del ruido producido por la fricción neumático-pavimento.
Una baja pérdida de visibilidad debido a deslumbramiento de focos de
vehículos transitando de noche (con y sin lluvia).
Regularidad superficial que anule vibraciones molestas a los ocupantes de un
vehículo o que interfiera en la conducción.
12
Capa Intermedia:
Comúnmente se conoce con el nombre de “Binder” y se ubica entre la base
asfáltica y la capa de rodado. Esta mezcla actúa como capa estructural y se fabrica con
áridos de mayor tamaño que los usados en la capa de rodadura. Normalmente su
espesor está comprendido entre 5 a 10 cm dependiendo del diseño estructural y del
tipo de tránsito, estando indicado principalmente para pavimentos con tránsito pesado,
ayudando de esta forma a conformar una estructura asfáltica decreciente en rigidez.
(Inostroza, 2013).
Base Asfáltica:
Se ubica inmediatamente sobre la base granular imprimada, pudiendo ir sobre
ella la capa intermedia o la capa de rodado, dependiendo del diseño del pavimento.
Esta actúa como capa de soporte en el caso de pavimentos de Mezcla Asfáltica de Alto
Módulo (Inostroza, 2013).
Bases Granulares:
Su función es resistir las solicitaciones del tránsito absorbiendo la mayor parte
de los esfuerzos verticales. Su rigidez o su resistencia a la deformación bajo las
solicitaciones repetidas del tránsito suele corresponder a la intensidad del tránsito
pesado. Así, en tránsito medio y ligero se utilizan las tradicionales bases granulares,
pero para tránsito pesado se emplean materiales granulares tratados con un
cementante. Esta capa, se conforma por una mezcla de suelos, que cumple con
ciertos requisitos en cuanto a granulometría, límites de Atterberg, capacidad de
soporte, entre otros (Miranda, 2010). Dichos requerimientos para la realización de una
13
base granular, se pueden encontrar en Manual de Carreteras: 2014-Vol. 5, Sección
5.302: Bases Granulares.
Subbase Granular:
Se ubica bajo la Base y sobre la Subrasante. Esta capa es un elemento que
brinda un apoyo uniforme y permanente al pavimento, es por esto que la principal
función es proporcionar a la base un cimiento uniforme (Miranda, 2010).
El material para la confección de esta capa debe ser un elemento permeable
que cumpla una acción drenante, para lo cual es imprescindible que los materiales
usados carezcan de finos. Además, debe cumplir con todas las especificaciones que
se mencionan en el Manual de Carreteras: 2014-Vol. 5, Sección 5.301: Subbases
Granulares.
Subrasante:
Terreno donde se funda el pavimento. Este puede ser: terraplén, corte, suelo
natural, suelo de reemplazo o mejorado. Es de gran relevancia para un pavimento
contar con que dicha capa cumpla con una resistencia requerida, dado que si ocurre
deformación en la subrasante, toda la estructura de pavimento experimenta este
fenómeno, incluyendo la carpeta de rodado. En las obras viales se debe contar con
ensayos para obtener el Módulo Resiliente del suelo natural, con la finalidad de
determinar sí dicha capa soporta las cargas solicitantes (Maureira, 2014).
14
1.11. Configuraciones de Pavimentos para el Diseño con Programa Bisar 3.0
Para el diseño con programa Bisar 3.0 se utilizan diferentes mezclas asfálticas y
configuraciones de pavimentos en la actualidad, las más comunes y utilizadas en el
territorio nacional corresponden a: Mezcla Asfáltica de Alto Módulo, Concreto Asfáltico
(CA) y Doble Tratamiento Superficial (DTS); éste último corresponde a una técnica
económica y de fácil aplicación con respecto a un pavimento tradicional. Además, ha
demostrado un buen desempeño frente a variadas adversidades climáticas y bajos
volúmenes de tránsito.
Por lo tanto, las configuraciones estructurales de pavimentos mencionadas
anteriormente, serán diseñadas con la ayuda del programa Bisar 3.0 (Bitumen Stress
Analysis in Roads), realizando la aplicación del sello superficial de alta fricción y en
ausencia de éste con la finalidad de obtener las deformaciones, deflexiones y
esfuerzos en cada configuración estructural.
Mezcla Asfáltica de Alto Módulo:
Corresponde a configuraciones que presentan una rigidez significativamente
superior del orden de dos o tres veces más que las mezclas fabricadas con ligantes
asfálticos convencionales.
Se elabora con un cemento asfáltico de baja penetración y un agregado pétreo
con fuerte esqueleto mineral, de manera de lograr una gran capacidad de absorción de
esfuerzos y gran resistencia a la deformación permanente (Ahuellamiento).
15
En cuanto al agregado, debe proceder de la trituración de roca, grava o una
combinación de ambas, sus fragmentos deben ser limpios, resistentes y durables, sin
exceso de partículas planas, alargadas, blandas o desintegrables.
Las Mezclas de Alto Módulo constituyen una alternativa de gran interés técnico
y económico frente a los materiales tradicionales debido a que dentro de sus
principales ventajas destacan: Gran capacidad de absorción de cargas, resistencia a la
fatiga y reducción de los espesores hasta en un 20% frente a las mezclas
convencionales.
Concreto Asfáltico:
También llamada Mezcla Asfáltica en Caliente (HMA), es utilizada
principalmente en la carpeta de rodadura. Está constituido por un ligante de cemento
asfáltico normal o modificado y agregado mineral o material pétreo con ciertas
características de resistencia y durabilidad. Al ser mezclados, actúan como una
estructura que aporta resistencia y rigidez.
16
Tratamiento Superficial:
Se define un tratamiento superficial a una superficie asfáltica que resulta de una
o más aplicaciones sucesivas y alternadas de ligante asfáltico y áridos sobre una base
granular o sobre un pavimento existente de asfalto o de hormigón, teniendo por
finalidad el mejorar o conservar las características físicas y mecánicas de las
superficies así tratadas. De acuerdo al número de aplicaciones de asfalto y áridos,
éstos reciben el nombre de tratamiento superficial simple, doble, triple o múltiple.
Principalmente consiste en sucesivas aplicaciones de asfalto recubiertas por
áridos, las cuales según al número de aplicaciones de riegos de asfaltos y de áridos
que se han aplicado, es que estos reciben el nombre de tratamiento superficial simple
(una aplicación), doble (dos aplicaciones) o triples (tres aplicaciones). (Queirolo, 2009).
17
CAPÍTULO 2. SOLUCIONES SUPERFICIALES
2.1. Introducción.
Los orígenes de las soluciones superficiales se remontan al año 1870 en
Europa con la introducción del alquitrán, donde su función era reducir el polvo en las
carreteras urbanas. Más tarde, se añadió piedra granulada logrando mejorar con ella
las características de la superficie. A medida que ha transcurrido el tiempo las
soluciones superficiales han sido un método de mantenimiento de carreteras bastante
similar al utilizado hoy en día.
En la actualidad, las soluciones superficiales son una técnica establecida que
otorga a la estructura del pavimento características superficiales como textura
superficial e impermeabilidad, sin un aumento significativo de su capacidad resistente.
Existen diferentes soluciones superficiales, desde considerar estabilizadores
químicos, capas de protección, sellos superficiales, hasta llegar a las superficies de
alta fricción.
Para la realización del estudio de dicho sello, se exponen las diferentes
variables relevantes como fricción, adherencia entre neumático y pavimento, textura
superficial y similares con la finalidad de observar las principales propiedades que
condicionan el sello en cuestión.
Posteriormente, se revisan las diferentes normativas y se precisan las variables
y parámetros relevantes, a la vez que se realiza una evaluación de las prescripciones
técnicas del SSAF con la finalidad de observar los estándares mínimos que debe
cumplir dicho sello.
18
2.2. Funciones de la Solución Básica Superficial
En este subcapítulo se observa principalmente las funciones básicas de una
solución superficial, la cual otorga una cubierta a la superficie del pavimento con la
finalidad de revestir el camino, impermeabilizando y protegiendo la carpeta de rodadura
logrando prolongar la vida de ésta. Además, proporciona una mayor seguridad
mejorando aspectos como textura superficial y fricción. Algunas de las principales
funciones de las soluciones superficiales son:
Prevenir la infiltración de agua en bases granulares y pavimentos que han
comenzado a desintegrarse por el tiempo o que posean fallas.
Proveer una superficie económica y duradera para caminos con bases granulares
que tienen un tránsito ligero y de volumen medio.
Renovar superficies y restaurar la resistencia al deslizamiento de pavimentos
deteriorados por el tránsito en los cuales los agregados superficiales han
comenzado a pulirse.
Restaurar la capa de rodado afectada por las acciones de agentes climáticos y
solicitaciones de tránsito, también prolonga la vida a superficies de pavimentos
resecos.
2.3. Solución Básica Con Estabilizaciones De Capas Granulares
Un suelo que presenta una baja resistencia, sufre grandes deformaciones a
causa de solicitaciones de tránsito o exposición al medio ambiente. Dicho suelo no
puede ser utilizado como un material estructural en un camino, por lo que es necesario
estabilizarlo, aumentando sus propiedades mecánicas mediante la utilización de sales
19
o productos químicos. Dentro de este tipo de solución se encuentran los siguientes
tipos:
Capa de Rodadura de Grava Estabilizada con Arcilla
Cloruro de Magnesio (Bischofita)
Cloruro de Sodio
Cloruro de Calcio.
Comentarios:
Según estudios del Departamento de Vialidad, 2014. Las carpetas estabilizadas
han tenido una durabilidad inferior a la esperada y normalmente es muy baja,
resultando ser menor a 4 meses cuando los productos se aplican a suelos granulares
limpios con finos no plásticos o de plasticidad baja y que sirven como carpeta de
rodadura.
La principal propiedad de los estabilizadores es que mejoran la capacidad de
soporte y otras propiedades de los suelos, de manera que tienen un mejor rendimiento
al utilizarlos en capas intermedias, y no de rodaduras. En función de lo señalado se
desprende que es conveniente proteger las capas de rodadura estabilizadas con
productos químicos con un sello bituminoso. Por ende, definitivamente, no pueden
utilizarse como capa de rodadura suelos granulares limpios estabilizados con estos
productos.
20
2.4. Solución Básica con Capas de Protección.
La selección de la solución para un camino, está directamente relacionado con
el tipo y cantidad de tránsito vehicular, el clima de la zona, la disponibilidad de
materiales y el costo que cada solución pueda llegar a tener.
El concepto capa de protección, se refiere principalmente al recubrimiento de un
pavimento con un riego asfáltico, solo o combinado con algún agregado.
Normalmente, el sellado de la superficie de un pavimento asfáltico es utilizado
en los siguientes casos:
Corrección de pequeñas fisuras y resquebrajamientos de la capa de rodadura,
es importante identificar y reparar a tiempo los defectos.
Pulimento superficial. Ocurre cuando en las mezclas asfálticas se utilizan
agregados que no tienen afinidad con el asfalto, el tránsito en la capa de
rodadura produce un desgaste del ligante, dejando las partículas más gruesas
expuestas provocando; una disminución en el coeficiente de fricción entre
neumático y pavimento.
Desgaste de la superficie de una mezcla asfáltica. Cuando se utilizan
agregados poco tenaces, estos se fracturan provocando pérdidas de asfalto.
Corrección de la carencia de una cantidad adecuada de asfalto en la mezcla,
originada en una falla durante la construcción.
Las técnicas de sellado tienen por finalidad aplicar medidas que pueden ser
preventivas, correctivas o ambas. Los tipos que se incluyen dentro de esta clasificación
son los siguientes:
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Imprimación Reforzada
Riego de Liga
Riego Neblina
Lechada Asfáltica (Slurry Seal)
Tratamiento Superficial Simple, Doble o Triple
Cape Seal
A continuación, luego de observar algunos tratamientos superficiales, los cuales
otorgan al pavimento características como prolongar la vida útil del pavimento y a su
vez mejorar las características del desgaste, se procede a observar y analizar el SSAF
que otorga al pavimento la textura y fricción superficial necesaria para aumentar la
adherencia entre neumático y pavimento. Por lo tanto, se observa la descripción,
propiedades, normativas y similares del sello en cuestión.
2.5. Sello Superficial de Alta Fricción (SSAF)
Descripción:
El SSAF está compuesto por resina de poliuretano y un árido sintético 100%
bauxita calcinada, de grado refractario y granulometría determinada de 1.00 mm a 3.5
mm, este sello debe ser adecuado para la correcta aplicación como riego mono-capa
sobre el pavimento asfáltico, el cual debe presentar una textura superficial entre 0,5
mm y 3 mm.
22
Fricción y Resistencia al Deslizamiento:
La principal propiedad mecánica a relacionar con el SSAF corresponde al
concepto de fricción o resistencia al deslizamiento, el cual señala que el movimiento de
un vehículo es posible mientras las fuerzas resistentes sean iguales o superiores a las
fuerzas de deslizamiento.
La fuerza de fricción (F) depende del coeficiente de fricción (µ) y de la carga
normal (q) sobre la carpeta de rodadura entre neumático y superficie. Por lo tanto, para
la distribución de fuerzas se presenta la siguiente relación:
( ) ( ) ( ) ec. 2.5-1
El coeficiente de fricción (μ) corresponde a la razón entre la resistencia al
deslizamiento y la fuerza normal a la superficie donde el cuerpo desliza. La resistencia
al deslizamiento, por definición es la fuerza desarrollada entre la superficie del
pavimento y el neumático, que estando impedidos de rotar se deslizan a lo largo de la
superficie.
Es preciso señalar que el coeficiente de fricción (µ) se desarrolla en una
dirección longitudinal y transversal como se aprecia en las ecuaciones 2.5-2 y 2.5-3:
( ) ( )
( )⁄ ec. 2.5-2
( ) ( )
( )⁄ ec. 2.5-3
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Se desprende que al combinar y resolver las ecuaciones expuestas
anteriormente queda demostrado que los conceptos de: resistencia al deslizamiento y
fuerza de fricción para fines de este estudio, se consideran prácticamente iguales.
Durante el movimiento del vehículo, diferentes fuerzas son transmitidas entre el
neumático y el pavimento, las cuales actúan normal a la superficie como también de
forma paralelas a ella siendo estas fuerzas: Vertical y Horizontal respectivamente.
Coeficiente de Roce:
Las fuerzas horizontales pueden ser proyectadas en la dirección tangencial, que
es paralela a la trayectoria del vehículo y en la dirección radial, que es normal a la
trayectoria del mismo. Este fenómeno se aprecia de mejor manera en curvas, debido a
que la fuerza de rozamiento compensa el efecto que genera la fuerza centrífuga,
impidiendo que el automóvil pierda el control y sea expulsado fuera de la vía. Dicho
fenómeno se expone en la figura 2.5-1. Es preciso señalar que en una curva el
coeficiente de roce principal corresponde al roce transversal que a lo largo de este
estudio se designa como Coeficiente de Rozamiento Transversal (CRT).
Figura 2.5-1: Fuerzas laterales que actúan cuando el vehículo atraviesa una curva.
Fuente: Elaboración Propia.
24
CRT es la relación entre la fuerza transversal (Fy) al neumático situado en un
plano perpendicular al plano de la misma y el peso que actúa sobre ella (Fz).
Por otra parte, el coeficiente de fricción longitudinal determina las aceleraciones
y desaceleraciones máximas que sufre un vehículo, ejemplo de este fenómeno se
observa en intersecciones y cuando se efectúa un frenado crítico.
Este coeficiente se define como la relación entre la fuerza longitudinal (Fx) a la
rueda situada en un plano vertical al plano de la misma y el peso que actúa sobre ella
(Fz) que para efectos de este estudio y de ahora en adelante se designa como
Coeficiente de Rozamiento Longitudinal (CRL).
Dichas fuerzas de fricción se aprecian esquemáticamente en el diagrama
vectorial representado a continuación en la figura 2.5-2.
Figura 2.5-2: Diagrama vectorial de fuerza de fricción.
Fuente: Elaboración Propia, Adaptado de OCDE, 1984.
25
La condición más desfavorable en función de las fuerzas de fricción es cuando
el pavimento se encuentra mojado. Cuando ocurre este fenómeno, la función se
determina midiendo el coeficiente de rozamiento entre el pavimento artificialmente
mojado y un neumático especial. Mientras que se puede determinar de manera
indirecta midiendo la textura del pavimento con ayuda de técnicas, como por ejemplo el
ensayo del cono de arena.
En la actualidad para la medida de la fricción, se utiliza el índice de fricción
internacional (IFI) el cual es el segundo de una larga serie de indicadores
internacionales que definen el estado de una carretera. El primero corresponde al
índice de regularidad superficial (IRI), el cual se instaura con el fin de estandarizar el
valor de la regularidad superficial que se basa en un modelo matemático denominado
“Golden Quarter Car” circulando a 80 km/hr. Mientras que el IFI se puede describir
como una escala de referencia que relaciona la fricción con la velocidad al
deslizamiento, el cual viene indicado por dos números expresados entre paréntesis y
separados por una coma (F, M); El primero de estos términos representa la fricción (F)
y el segundo la macrotextura (M) de la superficie. El término "F" es un número
adimensional mientras que el último es un número positivo con unidades de velocidad
(km/h). Con este parámetro se estimarán las constantes de referencia de velocidad (Sp)
y la de fricción a 60 km/h (F60) de una superficie de pavimento. El par de valores (F60
y Sp) expresan el IFI de una superficie y permiten calcular el valor de fricción, F(S), a
cualquier velocidad de deslizamiento (S).
26
Adherencia entre neumático y pavimento:
La adherencia en un pavimento se puede definir como “La habilidad de
movilizar las fuerzas de fricción del contacto entre neumático y pavimento por efecto de
las solicitaciones inducidas por el proceso de conducción, tales como aceleración,
frenadas y virajes” (SETRA, 1993). La adherencia permite que el vehículo conserve en
todo momento su trayectoria, especialmente en los virajes. También contribuye a
reducir las distancias de frenado en condición de control y de pánico, y a favorecer las
maniobras de recuperación de trayectoria.
La adherencia entre neumático y pavimento varía según las condiciones del
medio de interfase entre ambos sólidos, identificándose entre estos los siguientes
estados: seco, húmedo, mojado, con nieve y con hielo u otro agente contaminante
como caucho, polvo, grasas, etc. En el estado seco, la interacción se produce por
contacto directo entre el neumático y el pavimento, en presencia de aire, en los casos
húmedo y mojado, la interacción se produce en un ambiente en el cual el agua puede
tender a desplazar el aire en la interfase, produciéndose el fenómeno de hidroplaneo.
Adherencia en presencia de aire:
En condición seca, el mecanismo de adherencia se desarrolla por adhesión e
histéresis. La adhesión es el resultado de la resistencia al corte provisto por la
interacción molecular entre el neumático y los áridos. El fenómeno de histéresis, está
presente por la naturaleza polimérica del caucho del neumático y su comportamiento
visco-elástico, esta acción implica la pérdida de energía en forma de calor por
deformación del neumático. Este fenómeno se observa cuando un cuerpo elástico es
sometido a un esfuerzo y éste sufre una deformación y aquella deformación no vuelve
27
a su estado primitivo, si no que aún persiste de una menor forma. Este desgaste entre
la tensión aplicada y la deformación, provoca que el neumático apoyado sobre una
superficie rugosa abrace las irregularidades de manera asimétrica, generando una
distribución de presiones orientada en sentido contrario al deslizamiento, contribuyendo
así a la fuerza de fricción total aportante; que viene dada por la sumatoria de los
componentes mencionados anteriormente. Dicho fenómeno, se logra apreciar en la
figura 2.5-3 representada a continuación.
Figura 2.5-3: Representación de componentes de resistencia al deslizamiento
Fuente:www.km77.com, Adaptación Propia
Por otra parte, las propiedades superficiales de la capa de rodadura que
influyen directamente en la interacción neumático-pavimento y en su adherencia son:
Coeficiente de rozamiento y textura superficial.
Adherencia en presencia de agua:
En presencia de agua, la adherencia disminuye producto de la disminución de
puntos de contacto entre el neumático y el pavimento. Esto produce una pérdida de
adhesión y una menor deformación por histéresis del neumático.
28
Cuando un neumático se mueve sobre el asfalto en estado seco, el contacto
entre su capa de rodadura y el pavimento se produce en toda la superficie de huella y
el valor de la adherencia suele ser elevado. En cambio, cuando se produce este
contacto en una superficie de rodadura lo suficientemente mojada, en donde se
produce una capa de agua en el pavimento, esta adherencia disminuye
considerablemente. Es necesario que en ocasiones como estas, los canales tallados
en los neumáticos junto a los canales existentes en la capa de rodadura evacuen el
agua a los costados, con la finalidad de eliminar o evitar el fenómeno de deslizamiento
o hidroplaneo, dicho fenómeno es generado por la separación entre el neumático y el
pavimento, provocado por una capa de agua entre ambos. Lo anterior provoca la
pérdida de control del vehículo, la velocidad o los frenos.
En la Figura 2.5-4, se observa cómo se produce el fenómeno de hidroplaneo a
distintas velocidades. A baja velocidad, el neumático corta el agua en el punto de
apoyo con el camino y se mantiene en contacto absoluto con el mismo, generando una
alta rociadura agua.
Por otra parte, a una velocidad entre 50 - 90 kh/h, la película de agua puede
penetrar el punto de contacto del neumático con el camino, produciendo de esa forma
un hidroplaneo parcial y una rociadura de agua menor que el caso anterior.
29
Mientras que a una velocidad de más de 90 km/hr, la película de agua puede
aumentar y el neumático deja de tener contacto completo con el camino, produciendo
de esa forma un hidroplaneo total en donde disminuye la rotación del neumático, tiende
a pararse y perder la dirección al circular.
Figura 2.5-4: Fenómeno de hidroplaneo a distintas velocidades.
Fuente: www.bridgestone.com.mx
Es preciso señalar que los mecanismos por el cual se produce la perdida de
adherencia se explica a través del concepto de las tres zonas, atribuido originalmente a
Gough para una velocidad de circulación lo suficientemente elevada como para que se
genere una condición de hidroplaneo total (Figura 2.5-5).
Figura 2.5-5: Zonas de Contacto del neumático con el pavimento.
Fuente: Modelo de Gough o de Tres Zonas (Do y Lucas, 1995).
30
Gough plantea que al desplazarse en forma relativa una goma respecto de una
superficie con asperezas, en presencia de agua, es posible identificar tres zonas (Do y
Lucas, 1995):
Zona 1, de penetración y evacuación de agua: En esta zona el agua ingresa a
la interfase por aspiración, se acumula y es evacuada por las ranuras del
neumático y la macrotextura del pavimento. Las fricciones son casi nulas en
esta zona.
Zona 2, de transición: El agua es succionada hacia los intersticios. Una parte de
ella es evacuada por las ranuras del neumático, quedando de todos modos
agua residual. Se comienzan a perder los puntos de contacto en tanto no sea
posible la rotura de la lámina de agua.
Zona 3, de contacto: Es la zona seca, en donde se produce el contacto entre el
neumático y el pavimento. La eficiencia del contacto en este caso depende de
la textura, de las propiedades histeréticas de las bandas del neumático, de la
presión interna y de las cargas aplicadas.
Factores que determinan la adherencia:
Los principales factores que determinan el espesor del agua aspirada y la
posibilidad de desplazar el aire en la zona de contacto son la textura del pavimento
(microtextura y macrotextura), las características del neumático (presión de inflado,
naturaleza del caucho, dibujo de la banda exterior, superficie de contacto), el espesor
de la película de agua presente en el pavimento; la carga que soporta el neumático y
que transmite hacia los puntos de contacto con el pavimento.
31
Textura Superficial:
Corresponde a la propiedad física del pavimento y se define como “La
geometría más fina del perfil longitudinal de una carretera" (Achútegi et al, 1996). En el
XVIII Congreso Mundial de Carreteras (Bruselas, 1987), el Comité Técnico de
Características Superficiales de la Asociación Mundial de Carreteras (AIPCR-PIARC)
propuso una clasificación de las características geométricas superficiales basadas en
las longitudes de onda y en las amplitudes de las irregularidades en el sentido de la
circulación, la cual se puede observar en la Tabla 2.5-1.
Tabla 2.5-1: Clasificación de las irregularidades superficiales de un pavimento
Dominio
Rango de dimensiones (Aproximado)
Longitudes de onda Horizontal (λ)
Amplitudes Vertical
Microtextura 0 – 0,5 mm 0,001 – 0,5 mm
Macrotextura 0,5 – 50 mm 0,1- 20 mm
Megatextura 50 – 500 mm 1 – 50 mm
Regularidad Superficial
Onda Corta 0,5 – 5 m 1 – 20 mm
Onda Media 5 – 15 m 5 – 50 mm
Onda Larga 15 – 50 m 10 – 200 mm
Fuente: Comité Técnico PIARC (Bruselas 1987)
Respecto a la clasificación de irregularidades, la regularidad superficial es la
característica que más influye en la sensación de confort y seguridad que experimenta
un usuario al circular por una carretera, este fenómeno depende primordialmente del
perfil longitudinal de la superficie de la carretera, pero también va a depender de las
características mecánicas de los vehículos y de la velocidad en que circulan estos.
32
De acuerdo con la Asociación Mundial de Carreteras, este tipo de
irregularidades superficiales corresponde a una longitud de onda comprendida entre
0,5 m y 50 m. Son siempre indeseables debido a que afecta la comodidad y seguridad
del usuario. En consecuencia, el nivel de rugosidad o más bien, la regularidad
superficial de un pavimento es una muy buena medida de su capacidad funcional; Se
evalúa con el indicador denominado Índice de Regularidad Superficial (IRI).
La interacción vehículo-pavimento da lugar a que estas irregularidades
superficiales influyan en mayor o menor grado en las características superficiales que
afectan al usuario.
La microtextura o asperezas, corresponden a la geometría de los agregados
presentes en la superficie del pavimento (Figura 2.5-6). Es importante para la
adherencia entre el neumático y el pavimento y, por lo tanto, para la resistencia al
deslizamiento, por lo que la microtextura influye en el riesgo de accidente para todas
las velocidades de circulación. Esta textura, debido a la dureza que presenta,
proporciona que los áridos presenten menor desgaste o mayor resistencia al pulimento.
Por otra parte, la macrotextura corresponde a la altura media existente entre la
superficie expuesta del árido y la matriz que está inserto, es decir, refiere al relieve de
la capa de rodadura y depende de la composición de la mezcla, lechada asfáltica o del
tratamiento sobre la superficie dada (figura 2.5-6). Esta, es necesaria para una
adecuada resistencia al deslizamiento a velocidades medias y elevadas (superiores a
60 Km/hr) en pavimentos mojados, debido a que evita la incidencia de accidentes por
efecto de hidroplaneo; Además, proporciona los intersticios necesarios para el
escurrimiento del agua por el pavimento.
33
También la macrotextura, al proveer una buena capacidad de drenaje
superficial de las aguas lluvias, mejora la visibilidad de la demarcación y reduce la
pérdida de visibilidad por el efecto spray, que hace perder visibilidad debido al
levantamiento de aguas pulverizadas, generado por el vehículo que lo precede o que
adelanta, además de contribuir al factor de la histéresis.
Figura 2.5-6: Propiedad física del pavimento: Microtextura y Macrotextura
Fuente: Manual de Carreteras, Volumen N°6 – Figura 6.203.301.A
Es preciso realizar una distinción entre macrotextura positiva y negativa. La
primera es usual, típica de mezclas bituminosas y de tratamientos superficiales tanto
convencionales como el sello de alta fricción. La segunda se refiere principalmente a
pavimentos porosos. Ambos tipos de macrotextura ofrecen en diferente grado, las
ventajas mencionadas. En cambio, son muy diferentes en relación al ruido de rodadura
según las dimensiones de las irregularidades.
La megatextura corresponde a irregularidades de tipo intermedio, relacionadas
con la puesta en obra, con diversos tipos de fallas y sus reparaciones como bacheos,
sellado de grietas y similares. Estas irregularidades aumentan la resistencia a la
34
rodadura y el nivel de ruido. La carpeta de rodadura se torna más incómoda para el
usuario, con vibraciones y dificultades para mantener la estabilidad en las vías.
En función de lo observado anteriormente, se aprecia en la figura 2.5-7, la
variación de la resistencia al deslizamiento respecto a la velocidad que circula un
vehículo frente a diferentes irregularidades superficiales.
Figura 2.5-7: Variación gráfica de resistencia al deslizamiento respecto a velocidad
Fuente: Manual de Carreteras, Volumen N°6 – Lamina 6.203.301.A, PIARC.
Las curvas del gráfico corresponden: A: Macrotextura gruesa y microtextura áspera; B: Macrotextura gruesa y microtextura pulida; C: Macrotextura fina y microtextura áspera; D: Macrotextura fina y microtextura pulida.
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Es recomendable en zonas urbanas (velocidades moderadas) diseñar
pavimentos con macrotextura moderada y microtextura áspera, en vías de alta
velocidad es conveniente que exista una macrotextura mayor, pero la desventaja
principal es que existe una influencia directa en el consumo de neumáticos.
Características del neumático:
Según De Solminihac & Echaveguren, (2005). De acuerdo a la expresión del
equilibrio de Moore, son dos los factores que inciden en la adherencia: La carga normal
ejercida sobre el neumático y su factor de rigidez. A este último, se agrega la presión
de inflado y la geometría de las ranuras de la banda externa. Estos factores determinan
el área efectiva de contacto entre el neumático y el pavimento, y por lo tanto la
adhesión y penetración del mismo en las asperezas del pavimento y de los agregados
La rigidez del neumático está directamente relacionada con la tecnología de
construcción, la presión de inflado y la carga ejercida sobre la rueda. Los aspectos
tecnológicos tienen relación con los tipos de diseño de neumático, los cuales le dan a
la carcasa una mayor o menor deformabilidad, y por lo tanto modifican la forma en que
el neumático se indenta con la textura. Es así como los neumáticos convencionales
poseen una mayor rigidez que los neumáticos radiales, resultando una menor área de
contacto ante igual carga y presión de inflado en el caso de mayor rigidez.
La presión es un componente esencial del neumático, cuando su aplicación es
correcta mejora la seguridad, la resistencia al rodamiento, disminuye el consumo de
combustible, mejora el confort y previene los desgastes y deterioros del neumático.
36
La presión de inflado también contribuye a la mayor o menor deformabilidad del
neumático; en la medida que la presión de inflado es mayor, existe una menor
penetración de neumático en la textura del pavimento y por tanto una menor superficie
efectiva de contacto producto de una menor deformabilidad. Una mayor o menor
deformabilidad se traduce en una mayor o menor área de contacto efectiva con el
pavimento.
La geometría de las ranuras de la banda externa y la disposición de las capas
interiores del neumático modifican la adherencia en presencia de agua. La evidencia
empírica muestra que en general los neumáticos radiales poseen un menor potencial
de hidroplaneo dinámico y viscoso que los convencionales, debido a que estos últimos
poseen una mayor rigidez. Asimismo, el empleo de ranuras con mayor profundidad en
la banda externa permite reducir el riesgo de hidroplaneo (ETS, 1999).
Pulimento y Abrasión:
La durabilidad de las características que otorgan la microtextura y la
macrotextura, dependen de la resistencia que ofrece el árido al pulido (perdida de
microtextura) y la abrasión (pérdida de la macrotextura) bajo la acción del tráfico.
En cuanto al pulido, este efecto es causado por la repetición de cargas de
tránsito. Cuando el agregado en la superficie se vuelve suave al tacto, la adherencia de
este con los neumáticos del vehículo se reduce considerablemente. Cuando la porción
de agregado que esta sobre la superficie es pequeña, la textura del pavimento no
contribuye de manera significativa a reducir la velocidad del vehículo. No obstante,
también está relacionado con la abrasión ejercida por el polvo presente en la superficie
del pavimento, con la geometría del camino y con la petrografía de los agregados. En
37
efecto, la presencia de polvo contribuye a la abrasión de los agregados. Dependiendo
del tamaño de las partículas de polvo, puede producirse un pulimento "general", el cual
tiende a redondear los agregados y un pulimento "diferencial", que tiende a esculpir las
caras de los agregados.
La abrasión se produce cuando dos superficies están en contacto y movimiento
relativo, donde una de ellas resulta más dañada que la otra, ya sea por las propiedades
del material y las condiciones superficiales, como también a causa de la velocidad de
contacto, medio ambiente y tipo de carga.
El desgaste abrasivo corresponde a la pérdida de masa resultante de la
interacción entre partículas o asperezas duras que son forzadas contra una superficie y
se mueven a lo largo de ella (Norma ASTM G40:1992). Dicho de otra forma, la
abrasión es generada por las partículas duras que se introducen entre dos superficies
más blandas, que se deslizan e interactúan mutuamente. Las partículas abrasivas
pueden ser las propias asperezas de la superficie o bien el producto del desgaste de
las mismas que tienden a cortar y/o arrancar material de la superficie causando
deformación plástica.
La diferencia entre desgaste abrasivo y desgaste por deslizamiento es el “grado
de desgaste” entre los cuerpos involucrados siendo mayor en el desgaste abrasivo, ya
sea por la naturaleza, tipo de material, composición química o por la configuración
geométrica.
38
Medición de la textura y resistencia al deslizamiento:
La medición es el conjunto de operaciones que tienen por objetivo determinar
en forma cuantitativa el valor de un atributo o propiedad (magnitud física) que puede
distinguirse cualitativamente en un objeto. Particularmente, la medición de fricción en
pavimentos consiste en registrar valores de resistencia al deslizamiento y de
macrotextura a lo largo de una huella.
Equipos existentes en Chile:
Los estudios relacionados con textura y fricción en pavimentos en Chile datan
de la década del 80´. En 1985, la Dirección de Vialidad realiza los primeros estudios de
resistencia al deslizamiento en caminos de Chile, empleando el Péndulo Británico
desarrollado por la TRRL, que había sido adquirido pocos años atrás y el equipo Mu
Meter, empleado en la Dirección de Aeropuertos.
Actualmente, los equipos de medición existentes en Chile son: 5 Péndulos
Británicos, 3 GripTester, 1 SCRIM y 4 Perfilómetros.
Equipos para la medición de resistencia al deslizamiento:
A continuación se observan algunos de los equipos de medición de resistencia
al deslizamiento utilizados en la actualidad
Péndulo Británico: Dispositivo estático de medición de resistencia al
deslizamiento más difundido en el mundo. Diseñado originalmente en el Reino Unido.
Sideway Coefficient Routine Inspection Machine (SCRIM): Equipo de
medición de tipo dinámico de rueda oblicua, destinado a medir la resistencia al
39
deslizamiento en dirección transversal. Destinada a obtener el valor SFC (Sideway
Force Coefficient). El valor de coeficiente transversal se denomina CRT.
Mu Meter: Equipo de rueda inclinada. Es utilizado principalmente para
evaluar la resistencia al deslizamiento en pistas de aeropuertos.
GripTester: Dispositivo de rueda lisa parcialmente bloqueada, Sirve
para obtener el coeficiente de fricción.
Equipos para la medición de macrotextura:
Las técnicas para realizar la medición de macrotextura pueden clasificarse en:
Drenométricas, Volumétricas y Topométricas. A continuación se representa en la tabla
2.5-2 una síntesis de los tipos de equipos existentes en el mercado para medir
macrotextura.
Tabla 2.5-2: Equipos para Medición Macrotextura.
Técnica de Medición
Equipo Medida Velocidad de
Operación
Drenométrica OutFlow Meter Tiempo de drenaje de
agua Estático
Volumétrico Equipo de Círculo de Arena Profundidad
media de Textura
Estático
Topométrico
CT Meter Estático
TRL Mini Texture Meter (MTM) Profundidad media del
Perfil
3-6 km/h
TRL High Speed Texture Meter (HSTM) Hasta 110 km/h
Rugoláser Hasta 100 km/h
Fuente: Gothié, 1989; Wambold et al, 1995
40
Normativa actual sobre mediciones de fricción en Chile:
En las mediciones de textura y resistencia al deslizamiento que se realizan en
Chile se emplean básicamente cinco equipos. Para medir macrotextura se emplea
Perfilométro Láser y Equipo de Mancha de Arena; para medir la resistencia al
deslizamiento se emplea Péndulo Británico, SCRIM y GripTester.
La normativa para el territorio nacional se encuentra en Manual de Carreteras,
Vol.8 – Especificaciones y métodos de muestreo, ensaye y control, como se observa
en la Tabla2.5-3 a continuación.
Tabla 2.5-3: Normativa territorio nacional para macrotextura y resistencia al deslizamiento.
Variable de Medición
Equipo Código en el Manual
Nombre
Resistencia al deslizamiento
Péndulo Británico
8.502.16 Método para determinar el coeficiente de resistencia al deslizamiento en el pavimento con Péndulo Británico.
SCRIM 8.502.17 Método para la determinación del coeficiente de fricción transversal del pavimento con SCRIM
GripTester 8.502.18 Método para la determinación y procesamiento de datos de resistencia al deslizamiento medido con equipo GripTester.
Macrotextura
Equipo del Circulo de
Arena
8.502.14 Método para determinar la macrotextura del pavimento mediante ensaye del círculo de arena.
Perfilómetro Láser.
8.502.8 Método para determinar la rugosidad de los pavimentos mediante perfilométria longitudinal
Fuente: Elaboración Propia.
41
Normativa y Exigencias del Sello Superficial de Alta Fricción (SSAF):
Respecto a la situación del territorio nacional, en la actualidad no se ha
encontrado evidencia sobre exigencias y normativas para la aplicación del SSAF en el
país. Es preciso destacar, que si bien no existe normalización, están disponibles los
instrumentos, equipos y laboratorios para realizar pruebas y medidas respecto del sello
en cuestión, pudiendo lograr una aplicación efectiva, debido a que los métodos
constructivos de pavimento y las formas de conducción son distintas en todos los
países.
En función del levantamiento de datos realizado respecto del SSAF, se procede
a evidenciar las diferentes normativas, exigencias y parámetros mínimos que debe
cumplir dicho sello.
Vida en Servicio: Depende directamente de los niveles de tráficos que circulan
por dicha solución a diario.
Tabla 2.5-4: País, Normativa y Exigencias para la Vida en Servicio del SSAF.
País Normativa Asociada Contenido principal Exigencias
España Orden FOM/3460/2003, del año 2003, aprueba la norma 6.1-IC, “Secciones de Firmes”.
Categoría de tráfico pesado. (T0, T1, T2, T3 y T4).
>T0
Reino Unido
Guidelines Document for the Assessment and Certification of High-Friction Surfaces for Highways, 1998.
Área de aplicación por tipo de clasificación de tráfico. (Tipo 1,2 y 3)
Tipo 1
Fuente: Elaboración Propia.
42
Pulimento Superficial: Causado por la repetición de cargas de tránsito,
perdida de la microtextura de los áridos.
Tabla 2.5-5: País, Normativa y Exigencias para el Pulimento Superficial del SSAF.
País Normativa Asociada Contenido principal Exigencias
Reino Unido.
BS 812, Part 114 - “Testing Aggregates: Method for determination of the Polished-Stone Value", 1990
Ensayo para determinar el Coeficiente del Pulido.
50
Unión Europea
UNE- EN 1097-8:2000. En la sección N°8, 2000.
Estándares para determinar propiedades físicas y mecánicas de los áridos respecto al pulido. Determinación del coeficiente de pulimento acelerado.
-
Estados
Unidos
ASTM E303:93 (2013) –“Standard Test Method for Measuring Surfaces Frictional Properties Using The British Pendulum Tester”.
-
España NLT 174 - "Pulimento Acelerado de los Áridos", 1993.
Procedimiento para ensayar la susceptibilidad al pulimento de los áridos.
0.5
Unión Europea
UNE EN 146130:2000 – “Áridos para mezclas bituminosas y tratamientos superficiales de carreteras, aeropuertos y otras áreas pavimentadas", 2000
Fuente: Elaboración Propia.
Adherencia al Acero: Obtenido mediante la medición de la tensión por tracción
mínima necesaria para separar o romper el recubrimiento en una dirección
perpendicular al sustrato.
Además, dicho factor está influenciado no sólo por las propiedades mecánicas
del sistema, sino también por la naturaleza y la preparación del sustrato, el método de
aplicación de la pintura, la temperatura, la humedad y otros factores como el tipo de
instrumento de prueba que se ha utilizado.
43
Tabla 2.5-6: País, Normativa y Exigencias para Adherencia al Acero del SSAF.
País Normativa Asociada Contenido principal Exigencias
Unión Europea
UNE-EN 24624:1994-Pintura y Barnices: Ensayo de adherencia por Método de tracción, 1994.
Estándares y procedimientos para determinar por método de tracción la adherencia al acero.
1.5 MPa.
Estándar
Europeo
EN ISO 4624:2003 – “Paints, varnishes and plastics, Pull-off test for adhesion”
Método para evaluar la adherencia por tracción mediante una prueba de desprendimiento
-
Fuente: Elaboración Propia.
Abrasión del Árido: La pérdida de masa resultante de la interacción entre
partículas o asperezas duras que son forzadas contra una superficie y se mueven a lo
largo de ella.
Tabla 2.5-7: País, Normativa y Exigencias para Abrasión del Árido del SSAF.
País Normativa Asociada Contenido principal Exigencias
Reino Unido.
BS 812, Part 113 - “Testing Aggregates: Method for determination of Aggregate Abrasion Value", 1990
Ensayo para determinar la abrasión del árido.
10 AAV
Unión Europea
UNE-EN1097-8:2000, Anexo A, 2000 - : “Determinación del Coeficiente de Abrasión del árido (AAV)”
Estándares para determinar propiedades físicas y mecánicas de los áridos. Se establecen los procedimientos necesarios para determinar el coeficiente AAV.
-
Unión
Europea
UNE-EN1097-2:2010, Parte 2: “Métodos para la determinación de la resistencia a la fragmentación”.
Medición de la resistencia a la fragmentación (Desgaste de Los Ángeles).
-
Fuente: Elaboración Propia.
44
Coeficiente de Resistencia al Deslizamiento (CRD): Solo es aplicable y
determinado cuando la superficie de rodadura está construida. Se acepta como
alternativa a los valores de Coeficiente de Rozamiento Transversal (CRT).
Tabla 2.5-8: País, Normativa y Exigencias para CRD.
País Normativa Asociada Contenido principal Exigencias
España NLT 175:1988 - "Coeficiente de resistencia al deslizamiento con el péndulo TRRL”
Procedimiento para realizar las medidas de resistencia al deslizamiento.
-
Chile Manual de Carreteras, Vol. 8, 8.502.16, 2014.
Método para determinar el coeficiente de resistencia al deslizamiento en el pavimento con Péndulo Británico.
(1) (2)
Min. 65 Min 55.
Fuente: Elaboración Propia.
(1): Sectores con Singularidades (Curvas de radio < 100 m; Pendientes ≥ 10%; Aproximaciones a intersecciones; Intersecciones; Aproximaciones a semáforos; Aproximación a señalización de prioridad) (2): Sectores sin Singularidades.
Coeficiente de Rozamiento Transversal (CRT): Es la relación entre la fuerza
transversa al neumático situado en un plano perpendicular al plano de la misma y el
peso que actúa sobre ella. Éste coeficiente es medido a través del equipo de medida
SCRIM.
Tabla 2.5-9: País, Normativa y Exigencias para CRT.
País Normativa Asociada Contenido principal Exigencias
Reino Unido
HD28/04 (highways Agency), 2004
Determinación del coeficiente de fricción transversal.
-
España NLT-336:1992- “Determinación de la resistencia al deslizamiento con el equipo de medida del rozamiento transversal”,
0.65
Chile Manual de Carreteras, Vol. 8, 8.502.17, 2014
(1) (2)
0,5 0,4
Fuente: Elaboración Propia.
(1): Sectores con Singularidades; (2): Sectores sin Singularidades.
45
TRL Reporte 176:1997: Realizado por Laboratory Tests on High-Friction
Surfaces for Highways, del Transport Research Laboratory de Reino Unido contiene
una serie de protocolos de pruebas diseñadas con el objetivo de que los materiales
necesarios para el SSAF cumplan a cabalidad con los valores mínimos, máximos y los
procedimientos adecuados para el cálculo del desgaste, adhesión a la tracción,
desprendimiento, hielo-deshielo, resistencia al petróleo y otros.
Macrotextura: El método del círculo de arena se encuentra normalizado en
numerosos países, dado su bajo costo y facilidad de aplicación.
Tabla 2.5-10: País, Normativa y Exigencias para CRT.
País Normativa Asociada Contenido principal Exigencias
España
NLT-335:88 - “Medida de la Macrotextura Superficial de un Pavimento por la Técnica Volumétrica”
Procedimiento de ensayo mediante el círculo de arena
0.7 mm
Chile
Manual de Carreteras. Vol. 8, 8.502.14 - “Método para determinar la macrotextura del pavimento mediante ensaye del círculo de arena”
0.6 mm
Fuente: Elaboración Propia.
Por otra parte, el reporte TRL 176:1997 sugiere como ensayo opcional
determinar la medida de la profundidad de la textura, esta prueba está diseñada para
comprobar que el SSAF puede ser aplicado con éxito cuando la profundidad de la
textura del sustrato esta fuera del rango de 0,5 mm a 2,0 mm.
46
Resistencia a la Tracción y Elongación a la Rotura: Este factor es
determinado mediante la normativa BS 2782: Part 3, Method 320 A:“Methods of
Testing Plastics. Mechanical Properties. Tensile Strength, Elongation and Elastic
Modulus” del Reino Unido, en la cual se evidencian los procesos necesarios para
obtener la resistencia a la tracción relacionando la fuerza aplicada respecto al área de
la sección de interés. Posteriormente, se obtiene la elongación porcentual calculando la
distancia de deformación del elemento respecto a su estado original.
Mantenimiento y Variación Total del Color: Se considera para este punto los
ensayos mencionados en el reporte TRL 176, los cuales corresponden al ensayo de
desgaste “Wear Test” y ensayo de desgaste “Scuffing Test”, donde sus prescripciones
técnicas se evidencian en el "Anexo B" de este estudio.
Resina de Poliuretano:
Por definición, es un conjunto de dos componentes líquidos, poliol e isocianato,
que mediante reacción química entre ellos dan lugar a la resina de poliuretano.
La cantidad necesaria de resina varía en función de la textura y porosidad de la
superficie del pavimento, pero en ningún caso debe ser inferior a 1.35 kg/cm2.
Es preciso señalar que la resina de poliuretano presenta las siguientes ventajas:
Sellan un amplio rango de capa de suelo debajo de la capa superficial del
mismo.
Buena resistencia a los productos químicos
Se puede pintar.
47
Presentan fenómenos de histéresis, que pueden aprovecharse en la
amortiguación de ruidos, vibraciones, aumento de fricción y similares.
Bauxita Calcinada:
Muchos áridos que tienen una elevada resistencia al pulido, tienen en cambio
una baja resistencia a la abrasión, por lo que sólo aquellos materiales que combinen
una buena resistencia al pulido y a la abrasión se pueden utilizar en la aplicación del
SSAF. En función de lo anterior, se observa el árido sintético bauxita calcinada.
El árido sintético en estudio, está compuesta por bauxita sometida a un
tratamiento térmico, alcanzando temperaturas muy altas y para éste sello debe ser
superior a 1500°C.El mineral al ser tratado a una alta temperatura, el agregado es más
denso, de mayor pureza y más estable. Por lo tanto, la bauxita calcinada en cuestión
asegura una estable resistencia a la temperatura y buena resistencia mecánica como
tenacidad y dureza.
Dentro de los componentes del árido sintético utilizado en el SSAF, se
encuentra el óxido de aluminio (Al2O3) y oxido férrico (Fe2O3), donde el contenido
mínimo y máximo admisible son de 75% y 4% en peso respectivamente.
La dureza del árido en cuestión es medida en la escala de Mohs, la cual es
una relación de diez minerales ordenados por su dureza, de menor a mayor. El árido
sintético bauxita calcinada posee una dureza con un rango de 5.5 - 6. Es decir, está
entre el mineral apatita y ortoclasa, los cuales se pueden rayar difícilmente con
un cuchillo y se puede rayar con una lija para el acero respectivamente.
48
El árido sintético bauxita calcinada utilizado en el SSAF, se caracteriza por
proporcionar a la carpeta de rodadura una gran adherencia y fuerte resistencia al
pulimento debido a que posee una elevada microtextura y resistencia al deslizamiento.
Prescripciones Técnicas:
Para el cumplimiento de los estándares mínimos del SSAF, se debe cumplir los
requerimientos y exigencias descritas anteriormente.
Principalmente, la totalidad de dichas prescripciones y ficha técnica se
encuentran en "Anexo B" de este estudio, el sello en cuestión debe cumplir las
siguientes prescripciones técnicas, considerando la unión del árido más el adhesivo,
las cuales serán utilizadas para su posterior diseño sobre las configuraciones
estructurales de pavimentos:
Cantidad de Tránsito: 3.500 Vehículos/ día / Carril.
Vida en Servicio: 5 - 10 años.
Espesor total: 5 mm.
Contacto Árido-Neumático: 100% debido a que no hay contacto con el adhesivo
CRT: Superior al 80 durante toda la vida de servicio.
Macrotextura Superficial: Debe ser inicialmente mayor a 1,8 mm y durante toda
la vida de servicio mayor a 1,1 mm.
49
En función de los antecedentes, exigencias mínimas de las normativas y
prescripciones técnicas del sello, se realiza un cuadro resumen donde queda
demostrado que el sello superficial en cuestión cumple a cabalidad la normativa
anteriormente expuesta, incluso durante toda la vida de servicio.
Tabla 2.5-11: Resumen normativa, exigencias y prescripciones técnicas
Contenido Normativa Coef. Prescripción
Técnica
Vida en Servicio( Durabilidad) (1) - 5-10 años,
Tipo1.
Coef Pulimento Acelerado (CPA)
EN1097: Parte N°8 (2)
-
70
ASTM E303:1993 (2013)(3)
UNE 146130 (4)
50 (0,5)
NLT-174:1993(5)
50 (0,5)
BS812 (1990), Parte 114 (6)
50 (0,5)
Coef. Resist. deslizamiento
NLT-175 (7)
2.5.9.3 -
MC 8.502.16:2014(8)
MC 5.408.303.C
(8)
65 -
Coef. Abrasión del Árido (AAV)
BS812-Part 113:1990 (9)
≤10
≤4 EN1097-8: Anexo A. (10)
EN1097:2010,Part N° 2
(11)
-
Adherencia al Acero EN 24624
(12)
1.5 MPa ≥15 MPa EN ISO 4624:2003
(13)
Coef. Rozamiento Transv. (CRT)
NLT-336:1992(14)
65
≥80 MC 8.502.17:2014(15)
MC 5.408.303.B
(15)
55
Macrotextura
NLT-335 (16)
≥0.7 mm Inicial: ≥1.8 mm Vida Serv:≥ 1.2
mm MC 5.408.303.A
(17)
MC 8.502.14(17)
≥0.6 mm
Resistencia Tracción BS 2782-Parte 3, Method 320A
(18)
- ≥14 MPa
Elongación a Rotura ≥45%
Mantenimiento y Variación Total del Color
TRL Report 176:1997 (19)
-
2.5.10 – Tabla 7 BS 3900:Part F12:85(91) (20)
ASTM G53-96 (21)
Fuente: Elaboración Propia
50
Referencia Normativa.
(1): Guidelines Document for the Assessment and Certification of High-Friction Surfaces for
Highways por HAPAS/BBA
(2): EN1097: Parte N°8: Ensayos para determinar las propiedades mecánicas y físicas de los
áridos- Parte 8: Determinación del Coeficiente del Pulimento Acelerado (CPA)
(3): ASTM E303:93 (2013) –“Standard Test Method for Measuring Surfaces Frictional Properties
Using The British Pendulum Tester”.
(4): UNE 146130: Áridos para mezclas bituminosas y tratamientos superficiales de carreteras,
aeropuertos y otras áreas de pavimentación, Unión Europea
(5): NLT-174: 1993- Pulimento Acelerado de los Áridos; España
(6): BS812 (1990), Part 114: “Methods for determination of the Polished Stone Value (PSV)”, UK
(7): NLT-175:1989 - Medida coeficiente de resistencia al deslizamiento con péndulo TRRL.
(8) Manual de Carreteras, 2014 – Vol.8: 8.502.16: Método para determinar el coeficiente de
resistencia al deslizamiento en el pavimento con péndulo británico (TRRL)
(8) Manual de Carreteras, 2014 – Vol.5: 5.408.303.C: Tabla de exigencias mínima de
coeficiente de fricción con péndulo TRRL.
(9): BS812-Parte 113:1990: “Methods for determination of the aggregate abrasión value (AAV)
(10): EN1097-8: Ensayos para determinar las propiedades mecánicas y físicas de los áridos -
Anexo A: Determinación del Coef de Abrasión del árido, Unión Europea
(11): UNE-EN1097:2010 – Parte N°2: Métodos para la determinación de la resistencia a la
fragmentación.
(12): EN 24624: Pintura y Barnices, Ensayo de Adherencia por tracción, Unión Europea
(13): EN ISO 4624:2003: “Paints, Varnishes and Plastics, Pull-off test for adhesion”
(14): NLT-336: Determinación de la resistencia al deslizamiento con el equipo de medida del
rozamiento transversal, España.
(15): Manual de Carreteras, 2014 – Vol.8: 8.502.17: Método para la determinación del
coeficiente de fricción transversal del pavimento con SCRIM.
(15): Manual de Carreteras, 2014 – Vol.5: 5.408.303.B: Tabla de exigencias mínima de
coeficiente de fricción medido con SCRIM.
(16): NLT-335- Medida de la macrotextura superficial de un pavimento por la técnica
volumétrica, España.
(17): Manual de Carreteras, 2014 – Vol.8: 8.502.14: Método para determinar la macrotextura del
pavimento mediante ensaye del círculo de arena.
(17): Manual de Carreteras, 2014 – Vol.5: 5.408.303.A: Tabla de exigencias mínima de
macrotextura superficial.
(18): BS 2782-Part 3, Method 320A: Methods of testing plastics Mechanical properties. Tensile
strenght, elongation and elastic modulus, UK
(19): TRL Report 176:1997 – Laboratory Test son High-Friction surfaces for Highways, UK.
(20): BS 3900: Part F12:1985(1991) – “Methods of tests for paints”, UK
(21): ASTM G53-96 Standard Practice for “Operating Light and Water – Exposure Apparatus for
Exposure of non-metallic materials
51
2.6. Beneficios del SSAF
El aspecto más relevante a la hora de analizar los beneficios del SSAF, es la
drástica reducción de la distancia de frenado con el pavimento en estado húmedo, la
cual es inferior a las obtenidas sobre la carpeta asfáltica en estado seco. El automóvil,
al frenar sobre este sello superficial en seco puede detenerse completamente en 26 m.
en el caso de que sea un vehículo moderno equipado con ABS, circulando a 90 Km/hr.
Sin embargo, sobre una superficie de rodadura con la ausencia del sello en cuestión, el
vehículo descrito anteriormente realizaría la misma maniobra requiriendo como mínimo
10 m. más de vía para lograr detenerse.
Por lo tanto, estudios físicos demuestran que un vehículo frenando sobre el
pavimento sin sello, aún circularía a 46 km/hr en los 26 m donde la configuración con el
sello ya ha hecho que el vehículo termine su recorrido (Figura 2.6-1). Dicha velocidad
se considera suficiente para destrozar un automóvil frente a un impacto lateral.
Figura 2.6-1: Comparación de distancias de frenado entre pavimento con aplicación de Sello
Superficial y en ausencia de este.
Fuente: www.colorvial.com
52
La misma prueba de frenado, realizada en mojado, requeriría una distancia de
frenado de 32 m en el caso de la solución con SSAF y de 55 m para el caso del
pavimento sin sello. Es preciso señalar, que el vehículo que frena sobre la carpeta de
rodadura en ausencia del Sello, aún circularía a 60 Km/hr al cabo de esos 32 m en
donde la solución con sello hace que el vehículo se detenga por completo.
Es preciso señalar, que las velocidades y distancias mencionadas
anteriormente se deben tener en cuenta a la hora de valorar la seguridad de la
circulación vial respecto a la tasa de accidentes por deslizamientos, la probabilidad de
muerte de un peatón por atropello y similares. En la tabla 2.6-1, se observa claramente
que la probabilidad de fallecimiento de un peatón aumenta significativamente si la
velocidad de colisión es mayor.
Al momento de reducir las distancias de frenado, se logra disminuir las
fatalidades y las serias lesiones que se producen en las colisiones de los automóviles.
Tabla 2.6-1: Probabilidad de fallecimiento de un peatón.
Velocidad de colisión (Km/h) Probabilidad de Fallecimiento del peatón.
80 100%
60 85%
40 30%
20 10%
Fuente: www.colorvial.com
Por otra parte, existen otros beneficios asociados al SSAF, dentro de los cuales
se encuentra que dicha solución superficial es: Impermeable a agentes climáticos,
presenta una ausencia total de exudaciones, posee una buena resistencia a los
hidrocarburos, entrega a la superficie de rodadura un menor ruido respecto a la carpeta
53
asfáltica sin SSAF. En países globalizados, la utilización de este SSAF ha entregado
buenos resultados disminuyendo la siniestralidad en puntos críticos.
2.7. Ventajas y desventajas del SSAF.
Tabla 2.7-1: Ventajas y desventajas SSAF.
Ventajas
Durabilidad. Los valores iniciales de SFC se estabilizan al final de la vida
de servicio en un nivel igual a una superficie asfáltica recién instalada.
Mínimo retraso del tráfico
Reduce el riesgo de hidroplaneo y mejora el drenaje superficial.
Las superficies con SSAF no sufren problemas de adherencia por heladas
Reduce el nivel de ruidos de la superficie entre 3 a 4 dBA, debido a la
estructura fina del árido sintético
Visibilidad mejorada durante la noche por la reflexión de las luces.
Inmune a la sal y puede soportar exposición limitada a combustibles
Desventajas
El nivel del tráfico que soporta hace que la aplicación quede inválida para
algunas vías del territorio nacional, debido a que en la capital existen
zonas donde circulan más de 3500 vehículos por día y pista.
El árido sintético no es de uso común, su procedencia es específica, por lo
que se requiere importar este material, incrementando considerablemente
los costos.
Los ligantes son sintéticos y por tanto no son de uso masivo
La limitación de costos, limita las áreas de aplicación.
La superficie donde se instala el SSAF debe estar completamente seca,
limpia, sin irregularidades y grietas.
Mínimo 30 días realizado el pavimento para la correcta instalación del
SSAF
En el territorio nacional, no existen estudios con gran nivel de precisión
sobre el SSAF y solo se han realizado tramos de pruebas, por lo que
existe una ausencia de normativa para la instalación, aplicación y
evaluación del desempeño.
La resina utilizada es un material termoestable, las posibilidades de
reciclaje son menores a las de un plástico termoplástico. Los materiales
termoestables se encuentran entrecruzados y no se pueden volver a
fundir.
Fuente: Elaboración propia.
54
CAPÍTULO 3. PROYECTOS DEL SSAF EN CHILE Y EN EL EXTRANJERO.
3.1. Introducción
A lo largo de este capítulo se presentan los principales proyectos de aplicación
del SSAF, realizados en países como Australia, Chile, España, Nueva Zelanda y Reino
Unido.
El objetivo principal de esta aplicación es lograr aumentar la adherencia entre
el neumático y pavimento hasta estándares adecuados y a su vez aumentar la
resistencia al deslizamiento. La utilización de dicha técnica tiene la finalidad de reducir
considerablemente los accidentes de tránsito ocurridos en curvas peligros, exceso de
velocidad, pistas de alta montaña y accesos de alta concurrencia peatonal y vehicular.
La finalidad de realizar este capítulo, radica principalmente en observar si la
aplicación del SSAF tiene incidencia en la seguridad de la circulación vial y si
disminuye la tasa de accidentes y siniestralidades en proyectos extranjeros en los
cuales a diferencia del territorio nacional, existe seguimiento de la aplicación del SSAF.
Por lo anterior, es que al finalizar este capítulo se realiza un análisis entre la relación
de accidentes y fricción destacando la correlación entre resistencia al deslizamiento y
accidentes por deslizamiento.
3.2. Australia.
Perry Street Lilyfield, Sídney:
La esquina de Perry Street Lilyfield, en Sídney, Australia, es caracterizada por
poseer una resistencia al deslizamiento extremadamente baja, lo cual es perjudicial en
los periodos de clima húmedo, provocando cientos de accidentes, debido a que los
55
conductores perdían el control fácilmente del vehículo, colisionando con locales
cercanos a aquella localidad. La solución a estos "eventos" ocurre en diciembre del
año 1998, donde se propone implementar el SSAF.
Posteriormente, con la tecnología implementada, se ha reducido en esta
esquina un 27% los accidentes debido a su alta resistencia al deslizamiento que hasta
la fecha continua manteniendo niveles muy por encima de los alcanzados por
superficie de asfalto tradicional.
Ewingsdale Interchange, Pacific Hwy, New South Wales:
La carretera del pacifico posee accesos a la carretera de Ewingsdale, estas
entradas correspondientes en dirección Sur y Norte se caracterizan por ser curvas muy
pronunciadas y con gran peralte como se observa en la imagen 3.2-1.
Fuente:http://antiskid.com.au/services/road-pavement-carpark-surfacing/high-friction-road-
treatment
Imagen 3.2-1: Curva pronunciada y representación de carretera Ewingsdale
56
Desde el año 2000, con el crecimiento de la población se observa un gran
aumento de tráfico de hasta 4.000 vehículos por día, por lo que se incrementan las
solicitaciones de este tramo, afectado directamente la resistencia al pulido de los áridos
en la vía y generando en consecuencia una disminución de la resistencia al
deslizamiento. Además, en los periodos climáticos muy húmedos, los conductores
perdían el control del automóvil, logrando ser expulsados al exterior de la curva. Por lo
tanto, en virtud de esto, en Junio del año 2008 con el objetivo de aumentar la
resistencia al deslizamiento para evitar más accidentes, se decide implementar el
SSAF teniendo resultados satisfactorios de un 32% menos de accidentes.
Vicroads, Melbourne, Victoria:
En Vicroads, al Sureste de la Región de Melbourne, Victoria, Australia. Se
realizó en el año 2005 la entrega de uno de los programas de obras más grandes
referente al SSAF. Dicho programa, abarca un área de aplicación de 10.000 m2 en más
de 12 ubicaciones distintas. Los sitios seleccionados son intersecciones, cruces
ferroviarios y peatonales donde existían innumerables accidentes al año.
Debido a los innumerables accidentes se implementa dicho sello para mejorar
la textura de la superficie y de esta forma lograr una reducción de las distancias de
frenado y aumento de las desaceleraciones del vehículo en caso de condiciones
climáticas de humedad.
En las áreas de instalación, se realizaron pruebas de fricción a la superficie
donde se observa que en la carpeta de asfalto normal se tiene un estándar de 0.55
Sideway-force Coefficient (SFC) mientras que con la instalación del sello y medido 6
57
meses después de la instalación inicial, el coeficiente es mayor a 0.90 Sideway-force
Coefficient (SFC) medido con equipo SCRIM demostrando de esta forma que aumenta
la fricción y seguridad de la circulación vial.
Winterfold Road – Carrington Street:
Entre los años 2000 y 2002 la unidad "Black Spot" incorpora el SSAF a sus
nuevos programas de seguridad en el oeste de Australia. Parte de este programa
consta en la instalación en 8 sitios diferentes del sello en cuestión como se logra
apreciar en la imagen 3.2-3. Posteriormente, se realizan pruebas de resistencia al
deslizamiento supervisado por las autoridades locales donde se aprecian mejoras
significativas al fenómeno de resistencia al deslizamiento. Finalmente, en el año 2005,
“Injury Research Centre” en la Universidad Western Australia, entrega su informe de
evaluación del programa “Black Spot”, en donde se analiza y concluye que se generó
una reducción general de los accidentes en un 6.7% y una reducción de accidentes
fatales de un 10.1%.
Imagen 3.2-2: Winterfold Road intersección con Carrington Street
Fuente:http://antiskid.com.au/services/road-pavement-carpark-surfacing/high-friction-road-
treatment
58
3.3. España
La aplicación del sello superficial de alta fricción (SSAF) se ha utilizado en
tramos de concentración de accidentes desde el año 2003. Un gran número de estas
aplicaciones han tenido lugar en carreteras de montaña, lugares urbanos con gran
concentración de personas y existen algunos proyectos desarrollados por el Ministerio
de Fomento del mismo país y Dirección General de Carreteras.
Carreteras de montañas:
El sello de alta fricción está presente en varios tramos de carreteras de
montaña, cercano a los 1.000 m sobre el nivel del mar, dónde hay períodos de nieve
durante a lo menos cuatro meses de cada año.
Una de ellas es la carretera
Nacional N-230, que comienza en
Lérida, 150 km al oeste de Barcelona
y Termina en la frontera con Francia
cruzando el túnel de Viella, que es el
túnel más largo de España con 5,5
km. La presencia de dicho sello se
encuentra en los últimos 60 km antes
de llegar a Francia en pleno Pirineo
Catalán. Esta ha sido la carretera
considerada como "Banco de Pruebas", ya que es una vía de alto tráfico de camiones
(más de 1.500 vehículos diarios) y adquiere nieve muy abundante durante 4 meses al
año.
59
Otro camino muy significativo es
la carretera C 13, la cual
comienza en la llanura de Lérida y
se adentra en la cordillera del
Pirineo. No es una vía de alta
capacidad o troncal, pero si tiene
un altísimo índice de accidentes
por su trazado, muy peligroso. Ahí
es donde se encuentra el "túnel
rojo" de Camarasa. En esta
carretera se encuentran los tramos de Santa Engracia, Tremp y finalmente Esterri
D'Aneu. A lo largo de esta existen hasta la fecha 8 actuaciones del SSAF en un tramo
de poco más de 100 km.
Ministerio de Fomento:
El ministerio de fomento de España es el actual departamento ministerial con
competencias en obras públicas, transportes y comunicaciones. Principalmente, es el
encargado de la preparación y ejecución de la política de gobierno en materia de
infraestructuras de transporte terrestre, aéreo y marítimo de competencia estatal, y el
control, la ordenación y regulación administrativa de los servicios de transportes.
La introducción del SSAF en España ha dado espectaculares resultados.
Cuando se ha aplicado en puntos negros, se ha eliminado la siniestralidad en más del
95%. Ya lo utiliza la mayor parte de las administraciones con competencia sobre
60
carreteras, en especial el Ministerio de Fomento y su Dirección General de Carreteras,
algunos de los proyectos son:
S.T de Carreteras de Les Terres de I´Ebre, Cataluña:
Aplicación en carretera C-12, desde
el kilómetro 66,00 en Mora d´Ebre,
Tarragona. El SSAF se puede
encontrar también en el punto Km
85,5 en Flix, Tarragona de la misma
carretera. Ambas aplicaciones
realizadas en curvas altamente
pronunciadas.
Unidad de Carreteras en Tarragona:
Aplicación en carretera N-340, en el
kilómetro 1179.5 a la altura de
Torredembarra, Tarragona.
Unidad de Carreteras en Teruel:
Se realiza la instalación del SSAF en
la carretera N-234, Cella, Teruel.
Específicamente en el kilómetro 138
en todo el ancho del carril.
61
Demarcación de Carreteras del Estado en Cataluña:
Autovía A-2 en dirección a Madrid,
se realizó la aplicación del SSAF en
los kilómetros 599.0 km y 576.0.
Además, en salidas 599 enlace B-
24, Pallejá, salida Esparreguera
Nord ambas en Barcelona.
Departamento de Xarxa Viaria, Consell Insular d´ Eivisa i Formentera:
Aplicación del SSAF en los Núcleos Urbanos de St. Josep de sa Talaia, Santa Eulária
Des Riu, Portinaxt, Forada i Can Bellotera (Eivissa)
Fuente: Colorvial, España.
Imagen 3.3-1: Aplicación SSAF en Núcleos Urbanos de St. Josep de sa Talaia.
62
Otros Proyectos:
Junta de Extremadura, Consejería de Fomento, Sección de conservación de
Carreteras: Carretera EX – 111, Punto Km 0, Intersección con N-432, Azuaga
Ayuntamiento de Sant Just Desvern: Calle St. Josep. Sant Just Desvern
(Barcelona)
Cabildo Insular de Tenerife – Buenavista, San José y Sta. Úrsula.
Dirección General de Tráfico y Cabildo Insular de El Hierro – Carretera. HI-
1 de Valverde a San Andrés, “Rotonda de Isora” (Isla de El Hierro).
3.4. Estados Unidos
Los difíciles y cerrados accesos en autopistas genera en este país la mayoría
de las víctimas mortales de carretera, y muchos de ellos se producen en las aceras
mojadas.
En el año 2008, más de 19.000 personas perdieron la vida en accidentes a las
salidas de las autopistas en Estados Unidos. Principalmente, las condiciones de
pavimentos descuidados, pobres y especialmente en pavimento mojado, donde éste
último se ha identificado como un factor importante que contribuye a los accidentes
viales.
Además, investigaciones llevadas a cabo por la National Transportation Safety
Board y Federal Highway Administration (FHWA) indica que alrededor del 70% de
accidentes en pavimento mojado puede prevenirse o minimizarse mediante la mejora
de la fricción del pavimento.
63
Por lo tanto, en Junio del año 2010 un documento técnico llamado “Pavement
Friction Management”, ofrece orientación a los organismos viales estatales y locales
referentes a la gestión de la fricción de la superficie del pavimento comenzando así la
aplicación del SSAF a lo largo del país.
En la figura 3.4-1 representada a continuación se logra apreciar algunos de los
estados donde se ha implementado dicho sello.
Figura 3.4-1: Aplicaciones del SSAF en Estados Unidos.
Fuente: http://www.highfrictionroads.com
A continuación, quedan evidenciados algunos proyectos realizados en Estados
Unidos, para los estados de Kentucky, Pennsylvania, Texas, Virginia y California
64
Estado de Kentucky:
En Estados Unidos, a nivel estatal en Kentucky, se realiza la aplicación del
SSAF. Es el primer estado en llevar a cabo un programa de seguridad para superficies
de alta fricción contemplando dicho sello en estudio.
La administración federal de carreteras cuenta con un equipo de monitoreo en
éste estado con la finalidad de revisar cada instalación de los diferentes tratamientos
realizados a la superficie de rodadura.
Principalmente, en el estado de Kentucky se realiza la instalación de dicho Sello
Superficial en 26 curvas horizontales, lo cual se ha traducido en una reducción de
accidentes del 67% a nivel general; Estas cifras de reducción de choque, están
basadas en el clima húmedo/seco. A continuación se presentan algunos proyectos
influyentes en Kentucky respecto al Sello Superficial en cuestión.
Ruta 21-Milla 1:
Kentucky, Condado de Madison, Ruta 21, específicamente en Milla 12 a las
afueras de Berea. Esta ruta es conocida localmente por sus choques semanales
debido a que en condiciones de humedad, no era inusual tener dos o más accidentes
en un solo día. Desde la primera instalación del Sello de Alta Fricción en el carril
direccional este en el año 2010, se han registrado solo dos accidentes
Ruta 22 - Bridge Hill:
Ruta 22 en Bridge Hill, Kentucky, Condado de Oldham. Es un tramo de
carretera que tuvo 57 accidentes registrados desde agosto 2007 hasta agosto de 2010
principalmente provocados por deslizamiento en calzada mojada y resbaladiza.
65
En función de esto, se decide aplicar un SSAF que ha tenido como resultado una
disminución dramática de un 91% los accidentes en la sección de la carretera.
Tabla 3.4-1: Referencia de Accidentes en Ruta 22.
Agosto 2007 Agosto 2010
Mojado Promedio Seco Promedio Mojado Promedio Seco Promedio
53 17,7 3 1 5 1.4 0 0
Fuente: http://www.dbiservices.com/high-friction-surfacing-treatment, Elaboración Propia.
Ruta 231 en Condado de OHIo:
La Ruta 231, en el condado de OHIO, Kentucky. Es la última en poseer la
aplicación del SSAF. Esta implementación es realizada debido a que los vehículos se
deslizan sobre la superficie en condiciones húmedas, afectando la seguridad de los
estudiantes y funcionarios de una escuela primaria ubicada adyacente a esta ruta.
Posterior a la implementación de dicho Sello, se ha obtenido una reducción de los
accidentes de tráfico en un 100%.
William Natcher Parkway:
William Natcher Green River Parkway, Salida 60B en dirección Oeste. Es un
acceso limitado de la autopista de Bowling Green a Owensboro en el estado de
Kentucky. Corresponde a una de las nueve carreteras que forman parte del sistema
Kentucky Parkway.
Esta salida de alta velocidad, provoca más de 50 patinajes fuera de la carretera
e innumerables choques y accidentes relacionados con el deslizamiento del vehículo.
Por lo tanto, en función de lo anterior se instalan 2.200 m2 de SSAF para aumentar la
seguridad en dicha salida en cuestión lo que se ha traducido en la reducción de
incidentes de arrastre fuera de la carretera por muchos años por venir.
66
Estado de Pennsylvania:
Ruta 611 – Pennsylvania:
En 2007, un segmento de la Ruta 611 ha sido escenario de accidentes fatales
dejando 3 muertos y veinte heridos en un periodo de 8 años. Debido a esto, en 2012 el
Departamento de Transporte del Distrito 5-0 Pennsylvania que consiste en los
condados de Monroe, Carbon, Northampton, Schuylkill, Lehigh y Berks instaura 12
proyectos que contemplan la instalación del SSAF con la finalidad de reducir, y en
algunos casos eliminar por completo los accidentes que cobran víctimas mortales.
Estado de Texas:
Condado de Bexar, Texas:
En el condado de Bexar, Texas, a unos 190 kilómetros al oeste de Houston se
decide instalar el SSAF específicamente en cuatro enfoques de intersección en
conflicto. Uno de ellos corresponde a un cruce escolar de especial importancia debido
a la cantidad de niños presentes. Las otras tres intersecciones donde se realiza la
aplicación del Sello son Rockwall Mill y Palmetto Camino; Wiseman Boulevard y Tally
carretera; Cuerno Post y Rainbow Creek aplicándose 150 metros lineales en un ancho
de vía completo para cada zona en estudio. Las áreas escogidas por la agencia de
carreteras del condado se caracterizaban por el deslizamiento de los automóviles tanto
en condiciones climáticas húmedas y secas. Debido a la gran cantidad de siniestros, se
decide instalar dicho SSAF el cual en el año 2011 ha demostrado una disminución de
un 31% de accidentes causados por deslizamiento
67
Estado de Virginia:
Interestatal 77 Sur:
Las autoridades locales identificaron muchos lugares de alto riesgo que están
continuamente expuesto a accidentes. Uno de estos es la interestatal 77 en Princeton,
Virginia. La cual desde hace algunos años ha demostrado tener una tasa de accidentes
mortales e incapacitantes. En función de esto, el distrito local propuso la
implementación del SSAF a varias curvas de la carretera en cuestión. Por lo tanto, en
otoño del año 2011 se instala el sello en cuestión en ambos carriles hacia al sur de la
milla 7.1-8.39 (Figura 3.4-2).
Este tramo fue identificado por tener la tasa de incidencia de accidentes más
alta que cualquier estado.
Figura 3.4-2: Aplicación en Carretera Interestatal 77 Sur.
Fuente: http://www.dbiservices.com/high-friction-surfacing-treatment
68
Ruta 3, Condado de Boone:
Ruta 3 del condado de Boone, en West Virginia. Está caracterizada por la
cantidad de curvas serpenteantes y cerradas que sirven a la comunidad de la minería
del carbón en éste condado. Las dificultades y diseño complicado de la autopista han
presentado problema a los residentes locales. Durante 5 años se han reportado 200
accidentes, donde unas de las soluciones que se adopto fue implementar una barrera
de choque, lo cual no redujo los accidentes. Posteriormente, tras no variar la tasa de
accidentes, en el año 2011 se decide implementar el SSAF, el cual se ha instalado en
varias secciones de rutas o carreteras, reduciendo considerablemente los siniestros
causados por exceso de velocidad. Se realizaron mediciones de fricción en la
superficie a lo largo de la sección de la Ruta 3, donde se obtuvo que antes de la
instalación del sello en cuestión el indicador de fricción era de 29 y luego de la
aplicación del sello, el coeficiente de fricción aumento a 70.
Estado de California:
El estado de california posee 10 aplicaciones del SSAF hasta la fecha. Sin
embargo, se están estudiando en la actualidad 50 puntos donde se realizará la
instalación de dicho sello, incluyendo secciones de alta velocidad. La mayoría de las
aplicaciones provistas de instalación será para accesos y curvas de carreteras. Los
principales proyectos que se encuentran en dicho estado son:
Carretera 101:
El Parque Redwood atrae a miles de visitantes cada año, este se encuentra en
la Carretera 101 cercana a Crescent City, California. Es una tortuosa carretera con
69
mucho tráfico a través del Parque Nacional Redwood donde cada año en las curvas
cuesta abajo horizontales de la pista ocurren innumerables siniestralidades.
Debido a esto, para reducir el número de accidentes, el departamento de
transportes de California implementa el SSAF disminuyendo los accidentes en un 69%.
Ruta 105 Sepúlveda Blvd, Los Ángeles, California:
Acceso y punto de salida primario del aeropuerto de Los Ángeles. Dicha
sección de la vía es cerrada durante los eventos de humedad y lluvia para evitar
accidentes. Los 31.000 accidentes registrados se produjeron como consecuencia de la
curvatura cerrada, la baja fricción y conducción agresiva de los automovilistas. En los
últimos cinco años, estudios demostraron que 68 de los 85 accidentes ocurridos en
dicha sección eran ocasionados por deslizamiento y/o pavimento mojado. Po lo tanto,
las autoridades locales aplican el SSAF en una superficie de 1.300 pies lineales
aproximadamente. Posterior a la implementación del sello, no se ha cerrado
nuevamente el acceso.
3.5. Nueva Zelanda.
Hibisco, Silverdale:
La carretera de hibisco en Silverdale, se destaca por la gran tasa de
accidentes que ocurren en sus curvas. Para lograr reducir al mínimo la gran tasa de
siniestralidad y fatalidades, se opta por utilizar el SSAF en una superficie de 2.500 m2
caracterizada por un color gris. Al año de dicha implementación, se observa que los
accidentes disminuyen en un 41%.
70
Warkworth Primary School:
En los alrededores de la Escuela Primaria Warkworth han ocurrido eventos
inesperados de accidentes afectando a escolares que asisten a dicha primaria. Por lo
tanto, las autoridades locales deciden aplicar el SSAF con la finalidad de que los
accidentes disminuyan y al mismo tiempo provocar una alerta a los conductores
utilizando parches Vistagrip haciendo mención a "Zona de Escuela" (imagen 3.5-1).
Imagen 3.5-1: Aplicación SSAF en escuela primaria Warkworth.
Fuente: http://tekservices.co.nz/project11.html
Waiheke Island:
En dicha localidad, en una curva cerrada eran innumerables los accidentes
caracterizados principalmente por el deslizamiento de los vehículos dejando todos los
años una gran cantidad de heridos y fallecidos. En función de lo anterior, en
septiembre del año 2012 se implementa el SSAF, con la finalidad de lograr una mayor
adherencia entre el neumático y el pavimento. El proyecto abarca una superficie total
de aplicación de dicho sello de 600 m2 y la reanudación del tráfico se logró en 20
minutos.
71
Waiere Drive, Hamilton:
Este proyecto era caracterizado por ser un cruce peligroso (imagen 3.5-2),
tanto para automovilistas, ciclistas y peatones teniendo una alta tasa de siniestros. En
función de esto, en enero del año 2013 se implementa el SSAF de color verde, en la
vía de circulación de automóviles y en ciclovías. El proyecto abarca una superficie de
aplicación de 550 m2.
Imagen 3.5-2: Aplicación SSAF, Hamilton
Fuente: http://tekservices.co.nz/project11.html
The Esplanade – Lower Hutt:
En las cercanías del borde costero, en The Esplanade – Lower Hutt, circula
diariamente una gran cantidad de peatones y automóviles a velocidades elevadas
donde se destaca la baja regularidad superficial de la superficie de rodado, generando
el deslizamiento de los vehículos cuando circulan a elevadas velocidades sobre un
pavimento en estado húmedo, generando innumerables accidentes por deslizamiento.
72
Con el objetivo de prevenir estos accidentes y aumentar la adherencia entre
neumático y pavimento, las autoridades locales deciden en enero del 2014 instaurar el
SSAF en una superficie de 1383 m2 como se observa en la imagen 3.5-3. Posterior a
la instalación del sello, el tráfico fue reanudado tras 6 horas.
Imagen 3.5-3: Aplicación SSAF en Lower Hutt
Fuente: http://tekservices.co.nz/project11.html
3.6. Reino Unido
La experiencia obtenida luego de más de 30 años de uso del Sello Superficial
de Alta Fricción (SSAF) en Reino Unido demuestra que dicha aplicación ha resultado
ser altamente efectiva para reducir la ocurrencia de accidentes en sitios con alta
densidad de tránsito y elevado riesgo de pérdida de fricción. Por otra parte, estudios
realizados por el mismo país demuestran una reducción de los accidentes causados
por deslizamiento entre un 60 y 70%. Además los mismos estudios y seguimientos
estadísticos, señalan la reducción de casi un 60% de los accidentes de tráfico mortales
desde el año 1965 hasta 2010.
73
A continuación, se evidenciaran algunos de los proyectos realizados en el Reino
Unido, principalmente en los países de Escocia, Inglaterra e Irlanda.
Inglaterra:
Aeropuerto Heathrow, Londres:
La carretera M4 posee una pista únicamente para buses, la cual es el acceso
al aeropuerto de Heathrow en la ciudad de Londres, este aeropuerto se destaca por ser
el más activo del mundo al tener más de 57 millones de pasajeros al año, donde 13
millones de estos pasajeros utilizan el transporte público para los desplazamientos de
entrada y salida al aeropuerto.
En función de esto, se decide implementar de forma preventiva el Sello
Superficial de Alta Fricción con la finalidad de evitar los posibles accidentes peatonales
futuros. La implementación del sello en cuestión se aprecia en la imagen 3.6-1.
Imagen 3.6-1: Aplicación SSAF en acceso aeropuerto Heathrow.
Fuente: Fuente: http://www.ennisflint.co.uk/projects/project-4
74
Carretera A-177, Durham:
En la carretera A177, Stockton en Tees TS21, específicamente entre Sedgefield
y Thorpe Larches, se registraba un historial de accidentes de suficiente preocupación,
lo que conlleva a realizar una investigación con la finalidad de identificar las soluciones
aptas para prevenir los innumerables accidentes. En la zona de estudio, se obtiene que
durante un periodo de 10 años, entre 1998 y 2007, se reportaron los siguientes
accidentes: 5con víctimas fatales, 3 con víctimas de lesiones graves y 15 con víctimas
de lesiones leves.
Además, es preciso señalar que un número significativo de los siniestros
ocurridos fueron en condiciones de vías húmedas, donde los automovilistas pierden el
control por la baja adherencia entre neumático y pavimento.
Por lo tanto, en función de las lamentables cifras, se decide en el año 2009
implementar el SSAF en la zona de estudio (Imagen 3.6-2) con la finalidad de
aumentar la adherencia y lograr una reducción en la tasa de accidentes.
Imagen 3.6-2: Aplicación del SSAF en Carretera A-177
Fuente: http://www.dbiservices.com/high-friction-surfacing
75
República de Irlanda:
Dublín:
En la cercanía de Dublín, Irlanda, se presenta una vía empinada cuesta abajo
la cual es muy concurrida por los automovilistas, en los últimos 3 años, han fallecido 21
personas debido al exceso de velocidad en la circulación vial y los responsables fueron
incapaz de reducir la velocidad debido a la poca adherencia entre el neumático y el
pavimento. Como solución se implementa el Sello Superficial de Alta Fricción (SSAF),
obteniendo como beneficios una mejor adherencia entre neumático y pavimento, lo
cual generó una reducción significativa de los accidentes.
Escocia:
En el año 2009, en las localidades de Leydoge, Cottown, Swailend y Olmeldrum
de la ciudad de Aberdeen, en Escocia, se registraron 34 accidentes de tránsito, lo que
llevó a las autoridades locales a construir un programa de seguridad para las vías de
carreteras. Decidiendo en el año 2010 implementar SSAF en las localidades
mencionadas anteriormente. El proyecto en estos sitios contempló un área total de
18.000 m2. Posteriormente, tras realizar un seguimiento luego de 10 meses realizada la
aplicación, se destaca que los accidentes fueron reducidos en un 100%.
76
3.7. Chile
A lo largo del territorio nacional, la instalación del SSAF ha sido aplicada a la
fecha en una superficie de más de 19.000 m2 en distintas regiones del país. Dicho sello
fue instalado por primera vez en un tramo de prueba en el año 2011 en el Camino La
Pólvora, Provincia de Valparaíso. Región de Valparaíso, Ruta 60 CH siendo esta
una obra piloto y la primera realizada en Chile y Sudamérica (Imagen 3.7-1).
Dicho proyecto corresponde al camino de acceso al puerto de Valparaíso,
específicamente a una curva peligrosa, en la llamada Cuesta Balmaceda, con gran
tráfico de camiones con contenedores.
La aplicación de este sello es realizada sobre un pavimento asfáltico,
corresponde a un área comprendida de 1.800 m2 donde el tráfico medio diario alcanza
los 4.500 vehículos.
Imagen 3.7-1: Camino la Pólvora, Provincia de Valparaíso, Ruta 60 CH.
Fuente: www.Colorvialchile.cl
77
Posteriormente, en el país se han desarrollado diferentes aplicaciones del
SSAF como en carreteras, cruces peatonales, accesos entre otras. A continuación se
presentan algunos proyectos donde se ha utilizado dicho Sello.
Curvas Pronunciadas:
La aplicación del SSAF en las carreteras del país ha ido en aumento al pasar de
los años, uno de los proyectos más influyentes y conocidos en este tiempo con la
aplicación del sello, corresponde a la carretera el cobre en provincia de Rancagua.
Dicho proyecto y algunas aplicaciones del SSAF se explican a continuación:
Carretera El Cobre en Provincia de Rancagua:
Ubicada en Región del Libertador Bernardo O´Higgins al interior de la División
el Teniente. Se realiza la aplicación del SSAF en la Carretera El Cobre siendo este
sello de prueba debido a que la carpeta de rodadura sufría procesos de Hielo -
Deshielo por la ubicación de la vía. En países Europeos esta solución ha demostrado
un buen comportamiento en rutas de alta montaña, las características principales de
este tipo de rutas corresponde a la alta presencia de nieve, bruma, lluvia y el efecto de
congelamiento que también se ve sometida la carretera El Cobre.
78
Esta vía posee instalación en el kilómetro 41,8, en la curva del km 50 que
corresponde al sector curva del espejo (Imagen 3.7-2) y las curvas del km 51,5 del
Sector la Muela. Teniendo una aplicación de 780 m2, 540 m2 y 800 m2
respectivamente. El proyecto además incluye la implementación de esta carpeta en las
cuatro curvas del retorno del tramo 4, entre Sewell y la ADIT 42.
Imagen 3.7-2: Carretera el Cobre, Provincia de Rancagua, Curva del Espejo.
Fuente: www.Colorvialchile.cl
Linares a Termas de Panimávida. Provincia de Linares:
Este proyecto, se encuentra ubicado en la Ruta L-11 de la Región del Maulé,
esta vía posee un tránsito medio diario anual correspondiente a 4.300 vehículos.
Principalmente el sello se instaló en una curva con aproximación a intersección
peligrosa ubicada en zona urbana con alto tránsito. El sello de alta fricción abarca una
superficie de 196 m2.El tránsito que circula a diario en la zona es equivalente a 12.800
vehículos.
79
San Carlos a San Fabián, Provincia de Ñuble:
En la Región del Biobío,
específicamente en la ruta N-31,
existe una curva peligrosa en este
camino, donde el sector derecho de
la vía posee viviendas
habitacionales. La aplicación de este
sello es realizada sobre asfalto en un
tramo de 350 m2 (Imagen 3.7-3) en el
cual se tiene un tráfico medio diario
anual (TMDA) equivalente a 2.320
vehículos.
Penco en cruce con Ruta Itata, Provincia de Concepción:
La superficie aplicación del sello abarca
un área de 540 m2. La implementación
es en una curva peligrosa, ubicada en
camino Penco en la región del Biobío
(Imagen 3.7-4), específicamente en la
ruta 150, la cual se ubica bajo la
carretera del Itata, a la llegada de
Penco.
Imagen 3.7-3: San Carlos a San Fabián, Provincia de
Ñuble, Ruta N-31.
Imagen 3.7-4: By Pass Penco, Ruta del Itata,
Provincia de Concepción, Ruta 150
80
Otra aplicación de una curva pronunciada en el territorio nacional, se puede
observar en el camino rural Santo Domingo, Ruta 66 Rapel a Santo Domingo,
específicamente en el km 132 con una superficie de aplicación de 510 m2
Escuelas:
Principalmente en la zona Sur del país, se ha implementado el sello para
diferentes escuelas, dentro de las cuales se pueden encontrar las siguientes:
Escuela el Huape, Camino Chillan, Provincia de Ñuble:
Confluencia en la Provincia de Ñuble, región del Biobío. Específicamente en la
ruta N-66 O se realiza la aplicación del sello en estudio abarca para este proyecto. En
una superficie de 260 m2se instala dicho sello en un camino rural de asfalto frente a
salida de escuela donde el tráfico medio diario corresponde a 1.400 vehículos.
Imagen 3.7-5: Escuela el Huape, Ruta N-66 O, Provincia de Ñuble.
Fuente: www.Colorvialchile.cl/proyectos
La instalación de este sello debe permitir la aplicación conjuntamente de elementos de
baliza luminosa de limitación de velocidad, isla con demarcación vial, paso de cebra,
señalización y paradero de buses con bahía (Imagen 3.3-5), como se especifica en el
diseño MOP para seguridad vial en escuelas rurales.
81
Escuela Santa Rita, Camino Panguilemo, Provincia de Talca:
Camino rural desde Panguilemo a Pelarco, ruta k-45 en la región del Maulé, se
tiene un tramo recto en el cual se aplica el SSAF contemplando una superficie de 182
m2 en ambas vías. El tráfico medio diario que se presenta en esta zona corresponde a
2.700 vehículos.
Escuela Llamo Blanco, Camino Los Ángeles – Santa Bárbara:
En la provincia de Biobío, en la ruta Q-61 R. Corresponde a un tramo recto de
un camino rural de asfalto en la salida de la escuela con un tránsito medio diario de
6.000 vehículos, en el cual se aplica el SSAF sobre una superficie de 260 m2 en ambas
vías de la ruta (Imagen 3.7-6).
Imagen 3.7-6: Escuela Llamo Blanco, Provincia del Biobío, Ruta Q-61 R.
Fuente: www.Colorvialchile.cl/proyectos
Escuela Vegas de Concha, Provincia de Ñuble:
Proyecto emplazado en la región del Biobío, específicamente en ruta O-66,
camino Chillan – Ñipas en donde se realiza la aplicación del SSAF en una superficie de
260 m2 sobre un camino rural de asfalto en un tramo recto. La cantidad de vehículos
que circulan por esta ruta al día corresponde a 1.400 vehículos.
82
Escuela Juan Jorge Etchevers, Región del Biobío:
En la ruta N-55, camino Chillan – Termas de Chillan, en la provincia de Ñuble.
Frente a dicha escuela, la solución aplicada en un camino rural de asfalto corresponde
a una superficie de 260 m2 por el cual circulan diariamente alrededor de 6.700
vehículos (Imagen 3.7-7)
Imagen 3.7-7: Escuela Juan Jorge Etchevers, Provincia de Ñuble, Ruta N-55.
Fuente: www.Colorvialchile.cl/proyectos
Escuela el Huertón, Región del Biobío:
Este proyecto consta de la aplicación de una superficie de 260 m2 del SSAF en
las afueras de la escuela el Huertón, camino Los Ángeles–Antuco en la región del
Biobío. La ruta Q-45, corresponde a un camino rural de carpeta de rodadura de
hormigón donde no existe información y estudio referente a la cantidad de tráfico que
circula por esta vía.
83
Otras aplicaciones del SSAF frente a escuelas ubicadas en varios caminos
rurales de la Región del Maulé y Biobío son:
Escuela Sotomayor, Ruta N-55, Chillán Termas de Chillán, 260 m2 del SSAF.
Escuela Pehuén, Ruta 160 Cañete a Lebu, 260 m2 del SSAF.
Escuela J Lavín, Ruta P-70, Cañete, 260 m2 del SSAF.
Escuela Jardines de Lautaro, Ruta N-55, Termas de Chillán, 350 m2 del SSAF.
Escuela la Loma, Ruta N-50, San Nicolás a Quirihue, Chillán, 355 m2 del SSAF.
Escuela Pedro Lagos, Ruta N-49, Chillán a Coihueco, 350 m2 del SSAF.
Escuela Roberto Cabrera, Ruta L-75, Parral a Bullileo, 220 m2 del SSAF.
Escuela Las Camalias, Ruta L-75, Parral a Bullileo, 220 m2 del SSAF.
Escuela Ignacio Urrutia, Ruta L-85, Parral a Catillo, 220 m2del SSAF.
Escuela Callejones, Ruta K-635, Talca a Duao, 290 m2del SSAF.
Escuela La Obra, Ruta J-665, Curicó a los Niches, 260 m2
Escuela Adventista, Ruta Q-45, Los Ángeles a Antuco, 260 m2
Escuela Callaqui, Ruta Q-61R, Los Ángeles a Ralco, 260 m2
Accesos:
Como se ha observado, la aplicación del sello superficial ha sido implementada
en diferentes sitios del país como escuelas y curvas con altos índices de accidentes.
En función de esto, dicho sello se ha instalado en zonas de alta concurrencia de
automóviles, algunos de estos proyectos son:
Acceso a puente N°4 en la ruta 148 Concepción-Bulnes, en la región del
Biobío. Contemplando una superficie de 1.135 m2.
84
Ruta Iquique – Humberstone, Provincia de Iquique, Región de Tarapacá. Ruta
16. Carretera de dos pistas por vía, de salida y entrada a Iquique.
Acceso a Plaza de peaje Casablanca en la ruta 68, Región de Valparaíso, la
cual abarca un área total de 971 m2 con aplicación del SSAF
Acceso a plaza de Peaje Lo Prado en la ruta 68, región Metropolitana, la cual
comprende una superficie total de aplicación de 908 m2.
Accesos puente Nueva Tobalaba sobre Rio Mapocho frente a Costanera
Center, Región Metropolitana, abarcando una superficie con la aplicación del
SSAF de 320 m2. (Resina y árido bauxita con pigmentar, color gris).
Acceso calle San Antonio esquina diagonal Cervantes, región Metropolitana,
obra piloto para Transantiago, con una superficie de 70 m2 con la aplicación del
SSAF.
Acceso a calle Nataniel Cox, obra piloto para Transantiago, región
Metropolitana, abarcando un área total de aplicación del SSAF de 310 m2.
Acceso a calle Sierra Bella con Franklin, Región Metropolitana, obra piloto para
Transantiago, con un área total de 150 m2 con la aplicación del SSAF.
Revisados los diferentes proyectos en el extranjero y en el territorio nacional, se
procede a realizar un análisis respecto de la seguridad de la circulación vial, donde se
expone la relación directa entre accidentes y fricción correlacionando la resistencia al
deslizamiento y los accidentes ocurridos por deslizamiento, con la finalidad de observar
si el sello en cuestión tiene incidencia en la seguridad vial disminuyendo las cifras de
accidentes.
85
3.8. Análisis respecto a la Seguridad de la Circulación Vial
Relaciones entre Accidentes y Fricción:
Conocer la relación entre la fricción y el riesgo de accidentes es de gran utilidad
en el análisis de seguridad de una carretera. Eventualmente, conocer esta relación
permite analizar y sugerir valores mínimos de fricción permitidos, para distintas
condiciones de diseño y circulación, de modo de identificar aquellos sectores de la vía
en que se deben aplica medidas correctivas sobre el pavimento.
En Chile, actualmente no se dispone de herramientas teórico prácticas para el
análisis de la relación causal entre accidentes y fricción. Estudios realizados por
Seguridad Vial del Ministerio de Obras Públicas solo señalan que el 60% de los
accidentes se producen en rectas, el 25% en curvas y el resto en otros sectores de la
vía.
A nivel internacional, diversos autores han desarrollado investigaciones para
relacionar la fricción de una vía con el riesgo o tasa de accidentes.
Correlación entre resistencia al deslizamiento y accidentes por deslizamiento:
Esta corriente de investigación considera que es posible establecer una
correlación cuantificable entre los valores de fricción medidos y las tasas de accidentes
registradas, existiendo entre ambas una relación de tipo inversa; a menores niveles de
fricción, mayores tasas de accidentes.
86
El primer estudio que se tiene conocimiento, respecto de la relación fricción-
accidentes, fue desarrollado por el Reino Unido, en el año 1956. En este estudio se
comparó las mediciones de fricción con SCRIM (SFC) en aquellos lugares en que
ocurrían accidentes por deslizamiento y se comparó con las mediciones realizadas en
una muestra representativa, bajo condiciones en lo posible idénticas.
Principalmente el estudio realizado por el laboratorio de investigación de
transporte y carretera del Gobierno Británico consta en la realización de pruebas en la
combinación de agregados duros como la bauxita, basalto, granito, piedras calizas y
similares con diversos aglutinantes para producir superficies de alta fricción. Las
pruebas se realizaron en la autopista A4, cerca del aeropuerto Heathrow de Londres.
Los estudios concluyeron que las superficies más eficaces de alta fricción pueden ser
producidas mediante la combinación de pequeños chips de bauxita calcinada de
aproximadamente 0.32 cm, en comparación con 1.27 cm a 0.64 cm para pavimentos
estándares, con un betún de resina epóxica o algún betún de similares características.
La evaluación de las superficies mostró una reducción de los accidentes por
deslizamiento en 60-70% y una reducción de 50% de todos los choques producidos en
los sitios de mediciones. Además, este estudio concluyo que cerca del 30% de los
sitios donde ocurrieron accidentes registraba valores de SFC entre 0.3 y 0.4, mientras
que dentro de la muestra representativa, solo un 4% de los sectores presentaba
valores en este rango. A su vez, cuando el coeficiente de fricción es menor a 0.4 (a 30
mph), el riesgo de accidentes aumentaba notoriamente, por lo que concluyó que un
valor critico de fricción en la ocurrencia de accidentes es 0.4.
87
En el Reino Unido, en la década 50´ y 60´,según lo descrito por Julian y Moler,
(2008), se experimentaba un fuerte aumento en el tráfico generando también un
aumento en accidentes de vehículos y víctimas mortales en sus vías. En 1960, con una
población de 51 millones, se estimaban 6.970 muertes de personas a causa de
accidentes de tránsito. Según cifras del Departamento de Transportes del Reino Unido,
los accidentes de tráfico aumentaron a 7.952 en 1965 siendo este uno de los peores
años de la historia de las muertes de tráfico. Luchando con un clima húmedo y
población relativamente densa, el Departamento de Transportes comienza a centrar
sus estudios en el deslizamiento del vehículo como la causa de muchos accidentes,
sobre todo en rotondas, curvas horizontales e intersecciones.
Es por esto que, en el año 1966, se utiliza por primera vez el concepto de
superficie de alta fricción en el Reino Unido donde se habla respecto a tecnologías
para reducir el deslizamiento de los vehículos en el pavimento, principalmente en
condiciones húmedas. Posteriormente, los estudios realizados por Greater London
Council (GLC, 1970), concluyen que las superficies más eficaces de alta fricción
pueden ser producidas mediante la combinación de árido bauxita calcinada y resina
epoxi. La evaluación de este nuevo sistema muestra una reducción de los accidentes
por deslizamiento de 60-70% y una reducción de siniestralidades en un 50% en los
distintos sitios de prueba.
88
En 1978, en relación a los estudios y ensayos realizados años anteriores,
Highways Agency- Organismo homólogo de la Dirección General de Carreteras del
Reino Unido, introduce la primera normativa referente al Coeficiente de Rozamiento
Transversal (CRT), la que exige un parámetro de 55 puntos de CRT en áreas de
“puntos negros” de alto riesgo.
Debido a las exigencias propuestas por los programas de seguridad del Reino
Unido referente al aumento de fricción en zonas con altos índices de siniestralidad
(Puntos negros), se registró un descenso constante en muertes de tráfico después de
las altas cifras de finales de los años 60`. El total de accidentes mortales se redujo de
7.499 en 1970, a 5.953 en 1980 y 5.217 en 1990.
Es preciso señalar que en al año 1964, el Road Research Laboratory del Reino
Unido estudió la correlación entre la fricción, media con Péndulo Británico y los
accidentes por deslizamiento en condiciones de pavimentos húmedos. La fricción
también fue medida en una muestra de tramos elegidos al azar, a modo de efectuar
una comparación de los datos. En el caso de las zonas con accidentes frecuentes, el
valor de BPR (British Pendulum Number) fue de 0.45, mientras en los tramos elegidos
al azar este valor de 0.60 (Giles et al, 1964).
89
Con los valores obtenidos, fue posible obtener la probabilidad de riesgo de
accidentes en función de los distintos valores de fricción. (Figura 3.8-1)
Figura 3.8-1: Relación entre el riesgo de accidentes y resistencia al deslizamiento
Fuente: Investigación y Desarrollo de Procedimientos para la Medición y Control de Fricción
Superficial en Pavimentos en Chile, 2005
De los resultados obtenidos se concluyó que los valores menores a 0.55 solo
pueden ser aceptados en caminos de tránsito favorables, mientras que valores
menores a 0.45 probablemente indican condiciones de deslizamiento, cualquiera sean
las condiciones del camino y del tránsito.
Wallman y Astrom (2001) mencionan un estudio desarrollado en 1976, por
Schulze, Gerbaldi y Chavet, quienes hicieron la relación entre las tasas de accidentes y
la fricción en carreteras de Holanda, Alemania y Francia.
90
En Holanda se analizaron las tasas de accidentes en los caminos estatales en
los años 1965 y 1966, y se correlacionaron con las medidas de fricción tanto en
condiciones de pavimento seco y húmedo.
Figura 3.8-2: Relación resistencia al deslizamiento vs. tasa de accidentes.
Fuente: Investigación y Desarrollo de Procedimientos para la Medición y Control de Fricción
Superficial en Pavimentos en Chile, 2005.
Al igual que en el estudio de Giles, los resultados mostraron una relación no
lineal entre la tasa de accidentes y la resistencia al deslizamiento, aumentando
rápidamente para valores menores a 0.50. La gráfica también muestra el umbral de
fricción (0.51) establecido para el control de fricción en Holanda (medido con el RWL-
Trailer), el cual se asocia a una tasa de accidentes de 10/(106 veh-km).
En el caso de Alemania, sólo se analizaron los accidentes bajo condiciones de
pavimento húmedo los cuales se correlacionaron con los valores de resistencia al
deslizamiento medido como SN (Skid Number), con un neumático al 100% de bloqueo
a una velocidad de 80 km/h. se encontró que en las secciones analizadas, la
proporción de accidentes en condiciones húmedas, respecto del total, es en promedio
91
un 33%. Si en alguna sección de la red la proporción de accidentes supera este
porcentaje, se puede considerar como un indicador de poca seguridad para el tránsito
bajo condiciones húmedas. La relación entre la proporción de accidentes en
condiciones húmedas y la fricción se puede ver en la figura 3.8-3 a.
El estudio desarrollado en Francia encontró que a medida que la fricción
decrece, la proporción relativa de accidentes por deslizamiento en los sitios estudiados,
aumenta rápidamente (Figura 3.8-3 b). Esta proporción relativa se refiere al número de
pavimentos con un determinado valor de fricción, en el que hay accidentes, respecto
del número total de pavimentos que tienen ese valor de fricción.
Figura 3.8-3: Relaciones entre fricción y ocurrencia de accidentes.
Fuente: Investigación y Desarrollo de Procedimientos para la Medición y Control de Fricción
Superficial en Pavimentos en Chile, 2005
a) Resultados para Alemania b) Resultados para Francia
92
Los valores de resistencia al deslizamiento fueron medidos con un neumático al
100% de bloqueo. En este caso, se puede identificar una relación no lineal entre el
coeficiente de fricción y la proporción relativa de accidentes, cual crece rápidamente
para valores de fricción menores a 0.50
Los tres estudios anteriores muestran la tasa de accidentes aumenta a medida
que los valores de fricción superficial se reducen. La magnitud del cambio en la tasa de
accidentes (aumento o reducción) es mayor para los valores bajos de fricción.
En el año 2004, el comité Técnico de Seguridad Vial de Asociación Técnica de
Carreteras de España (ATC), realizó una recopilación de antecedentes respecto a la
relación entre accidentes y las características superficiales del pavimento. En dicho
documento se mencionan algunos estudios desarrollados a nivel internacional que
muestran que existe una relación decreciente entre la tasa de accidentes y los valores
de resistencia al deslizamiento.
Uno de los estudios mencionados por la ATC, es el desarrollado en Estados
Unidos por Blackburn (1978), quien analizó la variación del índice de accidentes con
pavimento húmedo (Nº accidentes con pavimento húmedo/ 106 veh-km) en función de
la fricción, medida como SN40 (40 mph) y del tipo de carretera. En dicho estudio se
consideraron carreteras urbanas e interurbanas, con dos o más carriles, con y sin
control de accesos, encontrándose que para todos los tipos de carreteras estudiados,
la tasa de accidentes disminuía en una relación lineal respecto del aumento del SN40,
pero que existían grandes diferencias entre el índice de accidentes según el tipo de
carretera.
93
Sin embargo, la pendiente de las curvas resultó ser la misma en todos los
casos, siendo igual a -0.0286 unidades de accidentes con pavimento húmedo por 106
veh-km, por cada unidad de SN40 (figura 3.8-4).
Figura 3.8-4: Relación entre tasa de accidentes con pavimento mojado y coeficiente de fricción.
Fuente: Investigación y Desarrollo de Procedimientos para la Medición y Control de Fricción
Superficial en Pavimentos en Chile, 2005
Estos resultados muestran una clara diferencia respeto de los resultados
anteriores, ya que consideran una relación del tipo lineal en la cual, para una misma
carretera, el efecto de una reducción de los valores de fricción es siempre el mismo
independiente del valor de fricción que se tenga. También este estudio considera que
las tasas de accidentes, como valor absoluto, dependen del tipo de carretera que se
esté analizando, siendo superiores para carreteras de dos pistas, sin control de acceso
94
y con alto tránsito. Estos resultados ya indican que el efecto de la fricción sobre los
accidentes está condicionado por otros factores al camino (pistas, tránsito, accesos,
etc.). Otros estudios mencionados por la ATC son los desarrollados en las autopistas
alemanas en 1989, y en las autopistas francesas en el año 1990.
Según De Solminihac y Echaveguren (2005). El primer estudio fue desarrollado
por Kamplade, quien estudió la relación entre el índice de accidentes con pavimento
seco y mojado y la resistencia al deslizamiento medida con SCRIM. Los resultados
mostraron que la tasa de accidentes en seco no depende de los niveles de fricción, en
cambio, ésta si depende en el caso de calzada mojada. La relación entre la resistencia
al deslizamiento y la tasa de accidentes presenta una relación de tipo no lineal, con un
crecimiento acelerado para valores de CRT menores a 0.5 (figura 3.8-5).
Figura 3.8-5: Relación entre el índice de accidentes con pavimento seco y mojado, y la
resistencia al deslizamiento medida con SCRIM.
Fuente: Investigación y Desarrollo de Procedimientos para la Medición y Control de Fricción
Superficial en Pavimentos en Chile, 2005
95
Además, De Solminihac, et al (2005), Señala que el segundo estudio fue
desarrollado por Gothié, quien concluyo que existe una estrecha relación entre la
resistencia al deslizamiento, medida con SCRIM, y la tasa de accidentes. En tres de los
cuatro casos analizados, la tasa de accidentes presenta una relación descenderte
respecto del aumento de los valores de resistencia al deslizamiento, aun cuando
presentan una concavidad distinta.
De acuerdo a Gothié, el efecto de la reducción de fricción sobre la tasa de
accidentes es mayor para valores mayores de fricción (figura 3.8-6).
Figura 3.8-6: Relación entre la resistencia al deslizamiento, medida con SCRIM, y la tasa de
accidentes.
Fuente: Gothié, 1989.
Otros estudios se han desarrollado para relacionar los accidentes con las
características superficiales del pavimento. Roet et al (1991) trataron de relacionar la
macrotextura, expresada mediante el indicador SMTD (Sensor Measure Texture
Depth), con los accidentes de tránsito en pavimentos asfálticos, considerando cuatro
96
condiciones de pavimento: seco no deslizante, seco deslizante, húmedo no deslizante
y húmedo deslizante. La macrotextura fue medida con HSTM (High-Speed Texture
Meter) y la resistencia al deslizamiento fue medida con SCRIM, llegando a la
conclusión que la fricción es independiente de la macrotextura, con la excepción de
valores muy bajos de fricción, a los que corresponden valores de macrotextura muy
bajos (De Solminihac y Echaveguren, 2005).
En el estudio de Roe, se consideró como hipótesis que el factor preponderante
en el número de accidentes era la macrotextura, concluyéndose que:
Existe una relación entre la macrotextura y la siniestralidad
El porcentaje de accidentes resultó mayor en los tramos de macrotextura bajas,
y menor para macrotexturas altas
Esta tendencia fue la misma para todos los tipos de accidentes estudiados
(accidente con o sin deslizamiento, en calzada seca o mojada)
La principal crítica a este estudio es que no consideró el tránsito existente en
las distintas carreteras, por lo que puede ocurrir que en aquellas zonas de
macrotextura baja exista un alto tránsito (mayor desgaste), influyendo en las tasas de
accidentes.
Otro estudio llevado a cabo en España por la Asociación Técnica de Carreteras
de España en el 2004, trató de relacionar el coeficiente de rozamiento con la
siniestralidad, en base a los accidentes ocurridos en los bienios 1997-1998 y 2000-
2001, con calzada húmeda. Las características superficiales se midieron con SCRIM
(microtextura) y Texturómetro Láser (macrotextura), concluyéndose que:
97
El 63% de los accidentes se produjeron en los tramos de coeficiente de
rozamiento transversal (CRT) inferior a 50, que correspondían al 31 % de la
red.
El 5% de los accidentes se produjeron en los tramos de CRT> 65, que
corresponde al 29% de la red.
En este estudio también se analizó el tránsito en cada tramo seleccionado,
encontrándose que los resultados de siniestralidad obtenidos eran similares tanto en la
red local (tránsito menor) como en la red básica (tránsito mayor). Por tanto, este
estudio concluye que independientemente del tránsito existente, a mayor valor de
fricción (CRT) se produce un menor número de accidentes, y viceversa.
Todos los estudios presentados anteriormente establecen que existe una
relación inversa entre los valores de fricción superficial del pavimento en condiciones
húmedas y la tasa de accidentes por deslizamiento, independientemente de la forma
que puede tomar esta relación. Esta relación ha sido cuantificada y ha permitido en
algunos casos establecer umbrales mínimos de resistencia al deslizamiento, bajo los
cuales la seguridad de la vía se reduce bruscamente.
En función de lo anterior, considerando el enfoque de la relación entre la fricción
y el riesgo de accidentes, Giles demostró que los valores entre 0.4 y 0.6 son los más
críticos al determinar la probabilidad de accidentes por deslizamiento.
98
Los estándares propuestos fueron los siguientes (Figura 3.8-7):
Figura 3.8-7: Distancia de frenado vs. velocidad de aplicación del freno para distintos valores
de coeficiente de fricción.
Fuente: http://www.omnicrete.com.au/
Coeficientes superiores a 0.6: Buena resistencia al deslizamiento y baja
probabilidad de accidentes.
Coeficientes entre 0.5–0.6: Generalmente satisfactorio, salvo en situaciones de
curva con radio pequeño con velocidades altas o pendientes descendentes con
frenos desbalanceados.
Coeficientes entre 0.4-0.5: Satisfactorio, excepto para condiciones
especialmente complicadas, como curvas de radio pequeño, pendientes,
intersecciones, entre otras.
Coeficientes menores a 0.4: Potencialmente deslizante. Pueden ocurrir
accidentes por deslizamiento en recta. Permitidos solo en lugares de
velocidades bajas y tráfico esporádico.
99
CAPÍTULO 4. DISEÑO DE PAVIMENTOS SEGÚN CRITERIOS DEL MANUAL DE
CARRETERAS.
4.1. Introducción.
Los primeros diseños de pavimentos, fueron resueltos de forma matemática por
Boussinesq en 1885 y considera la estructura del pavimento como una capa infinita, la
cual está compuesta por un material de suelo homogéneo e isótropo, siendo dicho
supuesto muy alejado de la realidad.
Posteriormente, se plantea la solución mecanicista, la cual es estudiada en una
pista de prueba con diversos tipos de combinaciones de pavimentos bases y sub-
bases, de estos estudios se obtienen métodos de diseño que representan los
resultados medidos en dicha pista. La primera pista de importancia fue construida por
la WASHO Road Test en Idaho U.S.A. en 1954, de los estudios realizados se concluyó
que era insuficiente por lo cual se programó por la AASHTO una pista en gran escala
en Illinois en 1958. De los resultados de ésta pista y de consideraciones posteriores se
concluyó un método de diseño que actualmente es usado en nuestro país y que está
ampliamente descrito en el Volumen 3 del Manual de Carreteras.
En función de lo anterior y utilizando la versión 2014 mencionada del Manual de
Carreteras, se diseñan a lo largo de este capítulo, tres configuraciones estructurales de
pavimentos: Mezcla Asfáltica de Alto Módulo, Concreto Asfáltico y Doble Tratamiento
Superficial, para lograr este objetivo, se utiliza el diseño basado en encontrar un
número estructural “NE” para que el pavimento que se está diseñando soporte el nivel
de carga solicitante.
100
Para encontrar dicho “NE”, se consideran parámetros determinísticos, los
cuales dependen de factores como el tránsito y factores de ejes equivalentes que
circulan por una vía, solicitaciones que afectan la estructura de pavimento,
serviciabilidad para que el pavimento sirva por un determinado lapso de tiempo
llamado vida de diseño, coeficiente de drenaje que permite ajustar el coeficiente
estructural de las capas granulares no tratadas (bases y subbases granulares) y el
coeficiente estructural que depende directamente del Módulo Elástico del material que
compone cada capa para finalmente obtener un número estructural total “NET” que
debe ser mayor al número estructural mínimo.
El capítulo comienza con el diseño de las configuraciones tipo Mezcla Asfáltica
de Alto Módulo, Concreto Asfáltico y Tratamiento Superficial Doble, en donde se
evidencia a grandes rasgos el método utilizado por el Manual de Carreteras para el
diseño de dichas configuraciones. Posteriormente, se exponen los parámetros y
coeficientes de diseño que se utilizan para las configuraciones señaladas
anteriormente, obteniendo así los espesores correspondientes a cada capa estructural.
4.2. Diseño de Mezcla Asfáltica de Alto Módulo y Concreto Asfáltico
Para el diseño de las configuraciones de pavimentos de Mezcla Asfáltica de
Alto Módulo y de Concreto Asfáltico, se consideran los siguientes parámetros para
obtener los espesores de las capas del pavimento. El diseño está basado
primordialmente en identificar un número estructural “NE” para que el pavimento
flexible pueda soportar el nivel de carga solicitante. La fórmula general de diseño
(ec.4.3-1) relaciona la cantidad de EE solicitantes con el número estructural y el nivel
101
de confianza, de manera que la estructura experimente una pérdida de serviciabilidad
determinada.
ec. 4.2-1
ec. 4.2-2
Donde:
EE: Ejes equivalentes de 80 kN acumulados durante la vida de diseño
NE: Número estructural (mm)
ZR: Coeficiente estadístico que depende del nivel de confianza que se adopte
So: Desviación estándar del error combinado de todas las variables que intervienen en
el modelo
MR: Módulo Resiliente del suelo de la subrasante (MPa)
pi: Índice de serviciabilidad inicial.
Pf: Índice de serviciabilidad final.
La valorización de los parámetros necesarios para establecer la ecuación ec.4.2
anterior, se encuentran en el Manual de Carreteras, Volumen 3. La tabla 4.2-1 indica
los valores que se recomienda utilizar para ZR y S0 en el diseño de pavimentos, en
función de las solicitaciones esperadas y del coeficiente de variación de la serie de
valores representativos de las características de los suelos de la subrasante.
102
Tabla 4.2-1: Nivel de confianza y valor del So
Fuente: Manual de Carreteras, 2014 – Vol. N°3: Tabla 3.604.104.A.
El índice de serviciabilidad (p), mide la calidad de servicio del pavimento para
ofrecer un manejo seguro y confortable. Se mide en una escala de valores entre 0 a 5,
donde p=0 indica un camino en pésimas condiciones (intransitable) y p=5 indica un
pavimento en perfecto estado.
La ecuación de diseño 4.2, establece un estado inicial del pavimento, que
depende de las posibilidades tecnológicas disponibles para construirlo y un nivel de
deterioro considerado como final o inconveniente para transitar (pf). La tabla 4.3-1
representada a continuación indica los valores que recomienda el Manual de
Carreteras en el diseño de pavimentos.
Tabla 4.2-2: Índice de Serviciabilidad
Índice de Serviciabilidad Inicial (Pi) 4,2
Índice de Serviciabilidad Final (Pf) 2,0
Fuente: Manual de Carreteras, 2014 – Vol. N°3: Tabla 3.604.102.A.
103
Mecanismo de diseño:
El primer cálculo es determinar el número estructural que se requiere sobre la
subrasante, el cual viene dado por la ecuación ec.4.2-3. Luego, todas las capas que
componen la estructura del pavimento, incluyendo asfálticas y no ligadas, se deben
estructurar por tipo y espesores, de manera que cumplan la siguiente ecuación:
( ) ec. 4.2-3
Dónde:
NE: Número Estructural (mm).
a1, h1: Coeficiente estructural y espesor (mm) de cada capa.
m2, m3: Coeficiente de drenaje de bases y subbases granulares.
Dicha ecuación no tiene una solución única, debido a que los espesores tienen ciertas
limitaciones a las que deben ajustarse para hacerlos compatibles con requerimientos
constructivos y de estabilidad. La tabla 4.3-5 representada a continuación indica dichas
limitaciones.
Tabla 4.2-3: Limitaciones a los espesores de las capas estructurales.
Capa Espesor (mm)
Cada capa asfáltica individual, mín. 50
Capa granular no tratada, mín. 150
Fuente: Manual de Carreteras, 2014 – Vol. N°3: Tabla 3.604.108.A
El cálculo del número estructural mínimo de capas asfálticas, se calcula según
un procedimiento de 2 etapas: primero, se determina la temperatura media anual
ponderada del aire (TMAPA) según Manual de Carreteras, 2014, 3.604.108.A, luego
con los gráficos del MC, 2014, Gráficos 3.604.108. (B1–B3) para distintos TMAPA, las
104
solicitaciones previstas (EE) para la vida útil de diseño y el Módulo Resiliente (Mr) de la
subrasante, se determina el número estructural mínimo que deben tener las capas
asfálticas.
Se debe cumplir entonces que:
( ) ∑ ec. 4.2-4
En que:
ai: Coeficiente estructural de la capa asfáltica de orden i.
hi: Espesor (mm) de la capa asfáltica de orden i.
Luego, las capas no ligadas (Subbases y bases granulares) deben
estructurarse de manera que cumpla la siguiente relación:
( ) ec. 4.2-5
Dónde:
a2, a3: Coeficiente estructural de la base y subbase granular.
h2, h3: Espesor (mm) de la base y subbase granular.
m2, m3: Coeficiente de drenaje de la base y subbase granular.
4.3. Diseño de Tratamiento Superficial Doble.
El diseño del doble tratamiento superficial que da objeto al estudio de este
proyecto, es realizado mediante el método de diseño denominado “Tropical
Procedures for Flexibles Pavements” desarrollados por W.J. Morín y Peter Todor, que
permite establecer las dimensiones de las capas estructurales de un pavimento tipo
tratamiento superficial.
105
El aspecto más importante de este método de diseño radica en que los
coeficientes estructurales de las capas no sólo son función de las propiedades del
material que las componen, sino que también de la posición relativa en que éstas se
encuentran dentro de la estructura.
Básicamente el procedimiento de cálculo se desarrolla en tres etapas:
Establecer el Índice Estructural (IE), que es función de los ejes equivalentes
(EE) que solicitarán el pavimento durante su vida útil y del coeficiente de variación (ν)
adecuado para reflejar la variabilidad de la construcción.
( ) (
) ec. 4.3-1
En función del valor del CBR, determinado como representativo de la
subrasante, se determina el espesor mínimo que debe darse a la suma de los
espesores de la base más la subbase.
( ) ( ) ec. 4.3-2
El proceso de estructuración consiste en determinar una estructura tal que
cumpla con las siguientes condiciones:
El espesor de la base (h1) más subbase (h2) debe ser igual o mayor que emin.
h1+h2≥emin ec. 4.3-3
El Índice Estructural de diseño (IEdiseño), determinado como la suma de los
productos de los espesores por los correspondientes coeficientes estructurales de cada
106
una de las capas que conforman el pavimento y hasta 900 mm por debajo de la
rasante, debe ser al menos igual al IErequerido.
IEdiseño= a 1h1+a 2 h2 +.......+anhn≥ IErequerido ec. 4.3-4
h1+h2+.....+hn=900 mm ec. 4.3-5
En general, el diseño de tratamientos superficiales se recomienda cuando las
solicitaciones no superan los 750.000 Ejes Equivalentes (EE) en la pista de diseño. Sin
embargo, actualmente el tipo de solución DTS se acepta para caminos con tránsito de
1-1,5 MEE. Para mayores solicitaciones de tránsito, normalmente es más adecuado
considerar pavimentos en base a capas de mezcla asfálticas.
4.4. Parámetros y coeficientes de diseños
En función de los parámetros explicados a lo largo de este capítulo, se procede
a obtener los espesores de las capas de las configuraciones de pavimentos de Mezcla
Asfáltica de Alto Módulo, Concreto Asfáltico y Tratamiento Superficial Doble.
Mezcla Asfáltica de Alto Módulo y Concreto Asfáltico:
La cantidad de tránsito que se considera como eje equivalente (EE), viene dado
por las prescripciones técnicas del SSAF, las cuales señalan que dicho sello soporta
solicitaciones hasta 3.500 vehículos por día y carril. Se considera entonces una vida en
servicio mínimo de 5 años, por lo que se considera que durante esta vida de servicio se
tienen aproximadamente 10 millones de EE.
107
En función de lo anterior, se consideran los siguientes parámetros
representados para las configuraciones de pavimentos de Mezcla Asfáltica de Alto
Módulo y Concreto Asfáltico.
Eje Equivalente (EE): 10.000.000 EE
Temperatura (T°) Media Anual Ponderada del Aire (TMAPA): 14.9°C; Santiago-
Pudahuel
Coeficientes de Drenaje: 1, Subrasante Granular, Base > 10% finos.
Vida en Servicio: Mínimo 5 años.
Confiabilidad, R: 65.0%
Coeficiente Estadístico Zr: -0.385.
Error Estándar Combinado, So: 0.45
Precipitación media Anual: 312.5 mm
Serviciabilidad Inicial, pi: 4.2
Serviciabilidad Final, pf: 2.0
Fundación, Módulo Resiliente: 77.00 MPa
Número Estructural Requerido de Asfalto: 5.9 cm
Número Estructural Requerido total: 9.0 cm.
En función de los parámetros, coeficientes y ecuaciones establecidas, se
obtiene los distintos espesores para las configuraciones de pavimentos de Mezcla
Asfáltica de Alto Módulo y Concreto Asfáltico:
108
Mezcla Asfáltica de Alto Módulo:
El pavimento de Mezcla Asfáltica de Alto Módulo posee una carpeta de rodado,
capa intermedia, base asfáltica, base y subbase granular. En la tabla 4.4-1 se
encuentra la configuración de pavimento obtenida, cumpliendo los requerimientos
estructurales.
Tabla 4.4-1: Configuración pavimento de Mezcla Asfáltica de Alto Módulo.
Capa Coeficiente Estructural
Espesor (cm)
Carpeta de rodado 0.43 5
Capa Intermedia 0.41 5
Base Asfáltica 0.33 7
Base Granular 0.13 15
Sub Base Granular 0.12 20
Número Estructural Asfalto - 6.5
Número Estructural Total - 10.9
Fuente: Elaboración Propia.
Quedando esquemáticamente de la siguiente forma:
Figura 4.4-1: Esquema pavimento Mezcla Asfáltica de Alto Módulo.
Fuente: Elaboración Propia
109
Configuración pavimento Concreto Asfáltico:
El pavimento de Concreto Asfáltico posee una carpeta de rodado, capa
intermedia, base y subbase granular.
En la tabla 4.4-2 a continuación se encuentra la configuración de pavimento
obtenida cumpliendo los números estructurales tanto de asfalto y total.
Tabla 4.4-2: Configuración pavimento Concreto Asfáltico.
Capa Coeficiente Estructural
Espesor (cm)
Carpeta de rodado 0.43 6
Capa Intermedia 0.41 8
Base Granular 0.13 15
Sub Base Granular 0.12 20
Número Estructural Asfalto - 5.9
Número Estructural Total - 10.2
Fuente: Elaboración Propia.
Quedando esquemáticamente de la siguiente forma:
Figura 4.4-2: Esquema pavimento Concreto Asfáltico.
Fuente: Elaboración Propia.
110
Tratamiento Superficial Doble:
Para el diseño del Tratamiento Superficial Doble, se considera un tránsito de
1,25 millones de ejes equivalentes, correspondiente a un año en la vida de diseño con
una circulación de 3.500 vehículos/día.
Por otra parte, el CBR de diseño se considera de un 10% como representativo
de la subrasante y el coeficiente de variación corresponde a un 25% debido a que se
trata de datos parciales y es la recomendación de la Dirección de Vialidad según
Manual de Carreteras, Vol.3: 3.604.302(2), 2014.
La siguiente tabla 4.4-3 entrega los parámetros de diseño del tratamiento
superficial doble; se obtiene el índice estructural y espesor mínimo que debe cumplir la
configuración a diseñar.
Tabla 4.4-3: Parámetros diseño Doble Tratamiento Superficial.
Fuente: Elaboración Propia
Parámetro Valor
Tránsito 1.25 Millones de EE
CBR, Percentil 90% 10%
Coeficiente de variación deflexiones 25%
Índice Estructural (IE) 484 mm
H min 284 mm
111
Finalmente, la configuración tratamiento superficial es la siguiente:
Tabla 4.4-4: Configuración pavimento del tipo Doble Tratamiento Superficial.
Capa Base (0-250 mm)
Coef. Estructural Espesor (cm)
CBR 100% 1.394 20
Capa Sub Base (250-500 mm)
Coef. Estructural Espesor (cm)
CBR 40% 0.576 25
Capa Subrasante (500-900 mm)
Coef. Estructural Espesor (cm)
Terreno Natural (CBR=10%)
0.212 30
Fuente: Elaboración Propia.
Por lo tanto, la altura total de la configuración es de 450 mm y el índice
estructural (IE) total corresponde a 486 mm, cumpliendo de esta forma los parámetros
mínimos ya establecidos.
La configuración estructural del pavimento tipo Tratamiento Superficial Doble es
considerada según método de diseño Neozelandés utilizándose para el diseño la
configuración como se aprecia en la figura 4.4-3.
Figura 4.4-3: Configuración estructural de un Tratamiento Superficial Doble.
Fuente: Seguimiento de un Doble Tratamiento Superficial para caminos, Marzo 2009, Universidad de Chile. Elaboración Propia.
112
CAPÍTULO 5. MÉTODO SHELL , NEOZELANDÉS Y DISEÑO DE PAVIMENTOS
CON PROGRAMA BISAR 3.0.
5.1. Introducción
Para lograr un adecuado diseño de las distintas configuraciones de pavimentos
en el software Bisar 3.0, se realiza a lo largo de este capítulo, el cálculo del Módulo de
Elasticidad y Razón de Poisson para las capas de los pavimentos diseñados en el
capítulo anterior. Además, se obtienen e identifican los parámetros de entrada para el
modelo computacional.
Es preciso destacar, que para obtener el valor del módulo de elasticidad en las
capas granulares, se utilizará el método Shell para los pavimentos tipo Mezcla Asfáltica
de Alto Módulo y Concreto Asfáltico, mientras que para el Tratamiento Superficial
Doble se utiliza la teoría del método Neozelandés. Por otra parte, se observa que los
valores de módulo de elasticidad de las diferentes mezclas asfálticas utilizadas en las
configuraciones de pavimentos, se determinaron de manera bibliográfica, exponiendo
en este capítulo, el tipo de mezcla a utilizar, la temperatura, porcentaje de volumen de
agregados, asfalto y porcentaje de vacios.
Posteriormente, se expone el criterio de Razón de Poisson, el cual es
característico de cada material, debido a que indica la relación entre las deformaciones
relativas transversales y longitudinales. Este parámetro es obtenido de manera
bibliográfica para las distintas capas de los pavimento y al igual que el Módulo de
Elasticidad, es un parámetro relevante al momento de realizar el diseño en programa
Bisar 3.0.
113
5.2. Teoría del programa Bisar 3.0
Estos diseños están basados en la suposición de que un pavimento puede ser
modelado como una estructura multicapa elástica o visco - elástica sobre una
cimentación elástica o visco - elástica. Suponiendo que los pavimentos pueden ser
modelados de esta manera, es posible calcular los esfuerzos, deformaciones o
deflexiones debidas a la acción del tránsito en cualquier punto del pavimento. Sin
embargo, existen factores que no pueden ser modelados, por lo que es necesario
calibrar los modelos con observaciones de campo.
En estos modelos, la caracterización de los materiales que conforman las capas
de un pavimento se realiza tomando como propiedad básica al Módulo de Elasticidad,
que es una medida de las propiedades elásticas de un suelo, pero tomando en
consideración la existencia de características no lineales en su comportamiento,
fundamentalmente su dependencia con el nivel de esfuerzos.
Para la modelación de los pavimentos se hace considerando un sistema
estructural multicapa, donde cada capa i, se caracteriza por su espesor (hi), Módulo de
Elasticidad (Ei) y Coeficiente de Poisson (μi).
Para la estructuración, se asume que se cumplen las hipótesis a partir de las
cuales Burmister desarrollo sus ecuaciones, las cuales son: (Huang, 1967)
El pavimento está compuesto por capas planas paralelas, de extensión infinita
en cualquier dirección sobre el plano horizontal.
Todas las capas tienen un espesor finito, con excepción de la última (suelo de
fundación), que es semi-infinita en el sentido vertical.
114
El apoyo en cada capa sobre la inmediatamente subyacente es uniforme.
Los materiales que constituyen cada capa son homogéneos e isotrópicos.
La relación tensión – deformación de los materiales es lineal.
5.3. Compañía Shell.
El método Shell se desarrolló y extendió para incorporar todos los parámetros
que son relevantes en el diseño estructural de pavimentos asfálticos. Este método, se
basa en un modelo donde la estructura de pavimento es considerada como un sistema
multicapa lineal elástico, cuyos materiales se caracterizan a través de un Módulo de
Elasticidad y una Razón de Poisson. Mediante el programa Bisar 3.0 se calculan todas
las tensiones, deformaciones unitarias y desplazamientos en cualquier punto del
sistema multicapa y bajo cualquier número de cargas en la superficie, verticales y/o
horizontales. De este modo, se han establecido los principales criterios de diseño, el de
deformación unitaria en compresión sobre la subrasante y el de deformación unitaria
horizontal en tensión en la capa de rodadura.
El valor permisible para la deformación unitaria en comprensión en la
subrasante se deriva del análisis de secciones y estructuras del AASHO Road Test de
acuerdo al CBR de diseño. La deformación unitaria permisible del asfalto se determinó
a través de mediciones en laboratorios para varios tipos de mezclas y para diferentes
módulos de rigidez del asfalto (stiffness). En la aplicación del criterio por fatiga del
asfalto, se incluye la influencia del desplazamiento lateral de las ruedas y el efecto del
“healing” o capacidad de autocicatrización del asfalto producto de cargas intermitentes.
115
Los módulos de la subrasante y de la capa granular son altamente dependiente
del estado de tensiones, por lo que el módulo de los materiales granulares está en
función del módulo de la subrasante. El módulo del asfalto se determinó a través de
mediciones de laboratorio para un gran número de muestras tipo. Se ha demostrado
que el módulo para una determinada mezcla, acorde con el diseño estructural, puede
ser derivado con suficiente cuidado utilizando un monograma. Para efectos prácticos
en el diseño
5.4. Parámetros y consideraciones en el diseño con programa Bisar 3.0
Módulo de Elasticidad
El Módulo de Elasticidad o Módulo de Young (E) de cualquier material es una
medida del comportamiento Esfuerzo-Deformación del material. En el análisis de
pavimentos, el Módulo de Elasticidad tiene un fuerte efecto sobre la deflexión del
pavimento y los esfuerzos en toda la estructura.
A continuación se describe el procedimiento para la determinación de los
parámetros según procedimientos del método Shell para obtener el Módulo de
Elasticidad en la capas granulares y subrasante para las configuraciones estructurales
de pavimentos de Mezcla Asfáltica de Alto Módulo y Concreto Asfáltico. Además, se
explica algunas directrices del método Neozelandés para la configuración estructural
tipo Tratamiento Superficial Doble.
116
Subrasante:
Los suelos de subrasante muestran un comportamiento dependiente del estado
de tensiones, donde varios investigadores han publicado relaciones entre las
tensiones, deformaciones unitarias, módulos, etc. Las mediciones efectuadas en un
carril de ensayo de laboratorio y en pavimento a escala real, han demostrado que para
describir la respuesta del pavimento se puede utilizar la teoría lineal elástica,
proporcionando el módulo de los materiales determinado bajo determinadas
condiciones de carga.
Por lo tanto, el módulo de la subrasante se determina preferentemente in situ a
través de mediciones de reflexión dinámica o mediciones de propagación de ondas con
cargas que sean representativas del tránsito real. Alternativamente, se pueden utilizar
mediciones hechas en laboratorio, tales como el ensayo triaxial dinámico.
En casos donde no se disponga de estas mediciones, se recomienda usar las
relaciones empíricas entre el CBR y el módulo de la subrasante, tal como lo muestra la
siguiente relación recomendada por Shell.
(
) ( ) ec. 5.4-1
Los valores del CBR se determinan aproximadamente donde las deformaciones
son de consideración, mientras que el módulo dinámico de la subrasante se deriva de
las mediciones hechas con muy pocas deformaciones y frecuencias relativamente
altas. Por lo tanto, la ecuación 5.4-1 es una relación indirecta entre los dos parámetros,
pero esta relación empírica ha demostrado ser satisfactoria en la práctica. Para suelos
más plásticos se recomienda utilizar un módulo levemente superior al calculado con la
117
ecuación 5.4-1, estando próximo al límite superior de la banda de dispersión normal en
un factor de 2.
Por otra parte, para obtener el Módulo de Elasticidad de la capa subrasante en
la configuración estructural del tipo Tratamiento Superficial Doble, se utiliza el Método
Neozelandés.
Este método de diseño fue implementado en Nueva Zelanda por el National
Road Board (NRB) como un manual para el diseño y rehabilitación de pavimentos en
carreteras estatales.
Principalmente el procedimiento de diseño se basa en la teoría elástica de las
capas y para la subrasante, el Módulo Elástico se calcula según la siguiente expresión:
( ) ec. 5.4-2
ec. 5.4-3
Capas Granulares:
El módulo de las capas granulares es altamente dependiente del estado de
tensiones. Arduas mediciones hechas en terreno, apoyado por análisis teóricos, han
demostrado que los módulos de las capas de base granular (E2) dependen de su
espesor (h2) y del módulo de la subrasante (E3) de acuerdo a la siguiente relación
determinada para el método Neozelandés en el caso de la configuración tipo
Tratamiento Superficial Doble y para el método Shell en el caso de las configuraciones
estructurales tipo Mezcla Asfáltica de Alto Módulo y Concreto Asfáltico;
ec. 5.4-4
Dónde: con h2 en mm, con límites: 2< k2<4
118
En el caso del Tratamiento Superficial Doble, la aplicación del método
Neozelandés considera las capas base y subbase como una sola capa simple para la
modelación quedando de esta forma el espesor de ambas capas sumados y se obtiene
un solo Módulo de Elasticidad para dichas capas.
No es posible utilizar valores de módulos de base granular más altos, ya que
ellos dan como resultado esfuerzos en tensión demasiado elevados en el interior de la
capa, más de lo que el material puede soportar. Sin embargo, si la base es del tipo
"sandwich" entre capas ligadas, se pueden utilizar valores de módulos más altos. Si la
capa de base granular está formada por capas sucesivas, cuya relación entre módulos
está entre 1.5 y 2.5, mediante la teoría elástica se puede observar que la capa actual
igual que una capa uniforme, donde es muy poco probable que la razón E2/E3 sea
mayor que 4 para los espesores de las capas utilizadas en la práctica.
El procedimiento de diseño asume que el material de base aplicado es de
suficiente calidad para alcanzar un módulo efectivo a lo menos igual al valor entregado
por la ecuación 5.4-4.
Mezclas Asfálticas:
Los valores del Módulo de Elasticidad para las capas de mezclas asfálticas se
obtienen mediante bibliografía, la cual corresponde a: Normalización de Mezclas
Asfálticas, Proyecto Innova Chile CORFO realizado por Instituto Chileno del Asfalto y
Bitumix S.A.
Las mezclas empleadas se obtienen mediante una matriz de mezclas asfálticas,
se considera una mezcla semi densa IV-A-12, clasificada según banda granulométrica
119
definida por el manual de carreteras. Dicha mezcla contiene nueve subtipos de
mezclas, cinco de ellas para carpetas superiores y cuatro para bases asfálticas.
Las mezclas y sus características de cada mezcla a utilizar para el diseño se
encuentran en la tabla 5.4-1 para la configuración estructural del pavimento tipo
Concreto Asfáltico.
Tabla 5.4-1: Propiedades y tipo de Mezclas asfálticas para configuración Concreto Asfáltico.
Capa N° Mezcla Tipo Mezcla T° % Vol. Agreg.
%Vol. Asfalto
% Vacíos
Concreto Asfáltico
1 CA 24 (35/50) 20°C 83.3 12 4.7
Capa Intermedia
2 CA 24 (50/70) 20°C 83.3 12 4.7
Fuente: Normalización de mezclas asfálticas, Bitumix – Instituto Chileno del Asfalto.
Por otra parte, las mezclas asfálticas y sus características que se utilizarán para
la configuración estructural del pavimento tipo Mezcla Asfáltica de Alto Módulo quedan
expresadas en la siguiente tabla 5.4-2
Tabla 5.4-2: Propiedades y tipo de Mezclas asfálticas para configuración de Mezcla Asfáltica de
Alto Módulo.
Capa N° Mezcla Tipo Mezcla T° % Vol. Agreg.
%Vol. Asfalto
% Vacíos
Concreto Asfáltico
4 Alto Módulo
(10/20) 20°C 83.5 12 4.4
Capa Intermedia
5 Alto Módulo
(20/30) 20°C 82.3 12.6 5.1
Base Asfáltica
9 Alto Módulo
(20/30) 20°C 82.9 10.5 6.6
Fuente: Normalización de mezclas asfálticas, Bitumix – Instituto Chileno del Asfalto.
120
En el caso de la configuración estructural tipo Tratamiento Superficial Doble, la
capa superficial se considera de espesor despreciable según lo señala el método
Neozelandés.
Sello Superficial de Alta Fricción (SSAF):
Para efectos de cálculo de este parámetro, se considera necesario citar la
normativa BS 2782:1996 - “Methods of Testing, Plastics – Part3: Mechanical
Propierties – Methods 320A to 320F”. La cual en su apéndice 11.4, describe el
procedimiento y formulación para determinar el Módulo de Elasticidad para el SSAF.
Para un material elástico lineal y para la modelación mediante software Bisar
3.0, el Módulo de Elasticidad longitudinal es considerado con un valor constante y no
variable. En este caso, su valor se define como el cociente entre la tracción y la
deformación en el material.
La fórmula empleada se representa a continuación en la ecuación 5.4-5
( )
ec. 5.4-5
Razón de Poisson:
Es un parámetro característico de cada material que indica la relación entre las
deformaciones relativas en sentido transversal que sufre el material y las
deformaciones relativas en dirección de la fuerza aplicada sobre el mismo. Así, si sobre
un cuerpo se aplica una fuerza de tracción en dirección X, se produce un alargamiento
relativo en el eje X y un acortamiento relativo en los ejes Z e Y.
121
Esta razón, ha sido determinada por diferentes investigadores en rangos de
valores. La razón de Poisson es difícil de determinar, debido a que requiere de mucha
exactitud en las mediciones. Es más, el valor de la razón de Poisson puede variar con
las tensiones, temperatura, etc. Sin embargo, generalmente los cambios en dicho valor
tienen poco efecto en los criterios de diseño (máxima deformación unitaria en
compresión de la subrasante y máxima deformación unitaria en tensión del asfalto).
Subrasante:
Para la obtención del parámetro de la Razón de Poisson, se utiliza la
bibliografía de tesis “Análisis de estructuras de pavimentos de asfaltos en caliente,
diseñadas por el Manual de Carreteras Vol. 3, desde el punto de vista del
comportamiento mecánico-elástico” (Acevedo, Araya, 2008). Además, se utiliza la
recomendación de la bibliografía “Diseño de Obras de Rehabilitación para la corrección
de deficiencias estructurales” Basado en Manual AASHTO y The Asphalt Institute,
realizado por Ing. Fernando Sánchez Sabogal y la bibliografía " The Shell Bitumen
Handbook" 5ta edición de la compañía Shell.
Capas Granulares:
Para la obtención del parámetro de la razón de Poisson, se utiliza la bibliografía
de tesis “Análisis de estructuras de pavimentos de asfaltos en caliente, diseñadas por
el Manual de Carreteras Vol. 3, desde el punto de vista del comportamiento mecánico-
elástico” (Acevedo, Araya, 2008). Además, se utiliza a recomendación de la bibliografía
“Nuevos Materiales y Métodos de Diseño por Teoría Elástica de Capas en Pavimentos
de Aeropuertos” realizado por María Inmaculada García Hernández y la bibliografía "
The Shell Bitumen Handbook" 5ta edición de la compañía Shell.
122
Mezclas Asfálticas:
Para la carpeta asfáltica, base cementada y capa intermedia se utiliza la
recomendación de la bibliografía “Evaluación técnica del pavimento y comparación de
métodos de diseño de capas de refuerzo asfáltico” realizado por Guillermo Thenoux y
Rodrigo Gaete y la bibliografía " The Shell Bitumen Handbook" 5ta edición de la
compañía Shell.
Para la carpeta asfáltica de Alto Módulo se utiliza la recomendación de la
bibliografía “Nuevos Materiales y Métodos de Diseño por Teoría Elástica de Capas en
Pavimentos de Aeropuertos” realizado por María Inmaculada García Hernández.
Sello Superficial de Alta Fricción:
Para la obtención de la razón de Poisson del SSAF, se considera como valor a
adoptar la deformación provocada por la tracción a la rotura (Deformación
Longitudinal) respecto a la deformación unitaria transversal, obteniendo de esta forma
un valor de razón de Poisson de 0.45.
Además, diversos autores señalan que dicho coeficiente para áridos finos
corresponde a valores entre 0.4-0.5. Por lo tanto, es preciso señalar que la bauxita
calcinada es un árido sintético de granulometría fina, por lo que el valor de 0,45
adoptado está dentro del rango anteriormente señalado.
123
Carga sobre neumáticos (P):
Las cargas que se considerarán en este trabajo serán aplicadas a un eje simple
de rueda doble (E.S.R.D) correspondiente al eje patrón de la prueba AASHTO. La
distribución de cargas desde el eje a cada uno de los neumáticos se considera de
forma equitativa según muestra la figura 5.4-1
La carga aplicada como se menciona anteriormente, corresponde a una carga
aplicada sobre los neumáticos de 8,2 Ton (P) o 80 KN. Como se observa en la figura
5.4-1 - la carga es transmitida a las ruedas del eje por lo que se considera una carga
sobre el neumático de 2,05 Ton o 20 KN reflejándose en la figura como P/4.
Figura 5.4-1: Distribución de carga de diseño.
Fuente: Elaboración propia.
Esfuerzo vertical o Presión de contacto (q):
Para el diseño con programa Bisar 3.0 se considera una presión de inflado de
neumático de 75 Psi, la cual es equivalente a un esfuerzo vertical de 520 KPa,
correspondiente al eje patrón de la prueba AASHTO.
124
Separación entre ejes de carga (S):
La separación entre ejes de carga a utilizar para el diseño corresponde a una
distancia entre los neumáticos del eje simple de rueda doble (E.S.R.D) de 35 cm como
se observa en la figura 5.4-2.
Figura 5.4-2: Separación de neumáticos de E.S.R.D
Fuente: Elaboración Propia
Además, es preciso señalar que solo se hace mención a la separación entre
neumáticos de un lado del eje de carga, esto es debido a que para efectos de análisis
se utiliza la mitad de la carga en esta sección y para el diseño se utiliza finalmente ¼
de la carga para cada neumático.
5.5. Diseño con Programa Bisar 3.0.
El programa Bisar 3.0 está diseñado para el cálculo automatizado de los
esfuerzos, deformaciones y deflexiones presentes en una estructura de pavimento
flexible.
Las coordenadas de posición de entrada para las cargas en Bisar es expresada
en relación con un sistema de coordenadas cartesianas (X, Y, Z). Sin embargo, los
cálculos de este programa, determinan la reacción de una carga en cierta posición en
relación con los esfuerzos, deformaciones y deflexiones resultantes realizadas en un
sistema de coordenadas cilíndricas local (r, θ, z) para cada carga.
125
Por lo tanto, para el diseño de los distintos tipos de pavimentos a analizar se
consideran los datos de entrada para el programa Bisar 3.0 en función de la figura 5.5-
1 representada a continuación donde se observan la forma de aplicación de las cargas
(P), la separación entre ejes (S) y el esfuerzo o presión de contacto (q).
El sistema de coordenadas de posición de las cargas señala conceptualmente
la forma de aplicación y estudio de las distintas variables para el diseño mediante el
programa.
Figura 5.5-1: Sistema de coordenadas y consideraciones para programa BISAR 3.0
Fuente: Elaboración Propia.
Datos de entrada:
Para la configuración estructural del pavimento tipo Mezcla Asfáltica de Alto
Módulo y Concreto Asfáltico se utilizan los espesores obtenidos anteriormente
siguiendo el procedimiento del capítulo 4.
Para fines de este estudio no se considera en el diseño con programa Bisar 3.0 la
aplicación del riego de liga e imprimación, los cuales solo se deben considerar en el
proceso constructivo
126
Por otra parte, los distintos Módulos de Elasticidad y Razón de Poisson son
obtenidos conforme a lo señalado anteriormente en capítulo 5.4 “Parámetros y
consideraciones para el diseño con programa Bisar 3.0”
Por lo tanto, con los datos de entrada expuestos, se realiza el diseño mediante
software Bisar 3.0 de seis configuraciones de pavimentos, las cuales consisten en
realizar 2 diseños de cada configuración propuesta, en donde: 3 estructuras de
pavimento con la aplicación del SSAF sobre la carpeta de rodadura y 3 libre de este
sello superficial en cuestión con la finalidad de comparar ambos diseños para las
distintas configuraciones de estructuras de pavimentos.
Parámetros generales:
Los parámetros de entrada para el programa Bisar 3.0 son: carga sobre
neumático, esfuerzo vertical y separación entre ejes de carga los cuales ya fueron
designados anteriormente.
Tabla 5.5-1: Datos entrada Programa Bisar 3.0
Fuente: Elaboración Propia.
Parámetro Valor
Carga sobre neumáticos 20 KN
Esfuerzo vertical o Presión de Contacto 520 KPa.
Separación entre ejes de carga 35 cm
127
Mezcla Asfáltica de Alto Módulo:
Para el diseño con programa Bisar 3.0 de la configuración estructural de
pavimento tipo Mezcla Asfáltica de Alto Módulo, los parámetros de entrada para los
diseños con SSAF y en ausencia de éste, quedan estipulados en la siguiente tabla 5.5-
2
Tabla 5.5-2: Datos entrada configuración estructural del tipo Mezcla Asfáltica de Alto Módulo.
Capa h (cm) Módulo Elasticidad (MPa) Razón Poisson
SSAF 0.5 32 0.45
Carpeta Asfáltica Alto Módulo
5 8.540 0.30
Capa Intermedia 5 5.830 0.35
Base Asfáltica 5 6.310 0.25
Base Granular 15 434 0.35
Subbase Granular 20 217 0.35
Subrasante (10% CBR) Semi – Infinito
100 0.4
Fuente: Elaboración Propia.
Concreto Asfáltico:
En el caso del diseño con programa Bisar 3.0 de la configuración estructural de
pavimento tipo Concreto Asfáltico, los parámetros de entrada para los diseños con
SSAF y en ausencia de éste, quedan estipulados en la siguiente tabla 5.5-3.
Tabla 5.5-3: Datos entrada configuración estructural del tipo Concreto Asfáltico.
Capa h (cm) Módulo Elasticidad (MPa) Razón Poisson
SSAF 0.5 32 0.45
Concreto Asfáltico 6 5.260 0.35
Capa Intermedia 8 3.290 0.35
Base Granular 15 434 0.35
Subbase Granular 20 217 0.35
Subrasante (10% CBR) Semi - Infinito
100 0.40
Fuente: Elaboración Propia.
128
Tratamiento Superficial Doble:
En este tipo de configuración estructural, la capa superficial se considera de
espesor despreciable, la base y la subbase a pesar de que el método Neozelandés
sugiere la modelación como una capa simple, se utiliza la configuración obtenida en el
capítulo anterior. Los valores del Módulo de Elasticidad se consideran iguales para
ambas capas señaladas, al igual que en las configuraciones estructurales anteriores,
se realizan dos diseños, uno con la aplicación del SSAF y el otro en ausencia del sello
en cuestión.
Por lo tanto, los parámetros de entrada del diseño en el programa Bisar 3.0
quedan estipulados en la tabla 5.5-4 representada a continuación.
Tabla 5.5-4: Datos entrada configuración estructural del tipo Tratamiento Superficial Doble
Capa h (cm) Módulo Elasticidad (MPa) Razón Poisson
SSAF 0.5 32 0.45
Base Granular 20 272 0.35
Subbase Granular 25 272 0.35
Subrasante (10& CBR) Semi - Infinito 87 0.40
Fuente: Elaboración Propia.
129
Resultados Programa Bisar 3.0
Con los datos de entrada expuestos anteriormente, se ingresan los parámetros
generales y los correspondientes a cada configuración estructural al programa Bisar
3.0. Posteriormente, ingresado dichos parámetros se realizan las mediciones en mitad
de la capa asfáltica, al término de ésta, al comienzo y final de cada capa subyacente.
La ubicación de cada evaluación quedan expresadas en las tablas 5.5-5 a 5.5-7 en
donde "I" y "II" corresponden a las mediciones obtenidas bajo el neumático y bajo el eje
de carga respectivamente.
De esta forma, se obtienen los esfuerzos, deformaciones y desplazamientos de
cada configuración estructural modelada. La memoria de cálculo de los valores
obtenidos en el software se encuentra en el anexo C de este estudio.
Resultados obtenidos para cada configuración estructural:
Tabla 5.5-5: Resultados de Bisar 3.0 para configuración tipo Mezcla Asfáltica de Alto Módulo.
Mezcla Asfáltica de Alto Módulo.
Parámetro Unidad Ubicación Sin SSAF Con SSAF
Deformación
Radial en la base del pavimento
m I -1.011E-5 -0.728E-5
Vertical carpeta asfáltica
m II (Mitad capa) 3.37E-5 3.315E-5
II (Final Capa) 2.24E-5 1.588E-5
Vertical Subrasante
m II -20.87E-5 -20.7E-5
Esfuerzo vertical
Carpeta Asfáltica MPa II -2.716E-2 -4.035E-2
Capa Intermedia MPa II -5.916E-2 -6.472E-2
Base Asfáltica MPa II -6.631E-2 -6.607E-2
Base MPa II -3.808E-2 -3.766E-2
Subrasante MPa II -2.064E-2 -2.048E-2
Desplazamiento Carpeta asfáltica mm II 0.2623 0.2613
Subrasante mm II 0.2054 0.2047
Deflexión Estructura mm I 0.2596 0.2582
Fuente: Elaboración Propia.
130
Tabla 5.5-6: Resultados de Bisar 3.0 para configuración tipo Concreto Asfáltico.
Concreto Asfáltico.
Parámetro Unidad Ubicación Sin SSAF Con SSAF
Deformación
Radial en la base del pavimento
m I 1.583E-5 1.831E-5
Vertical carpeta asfáltica
m II (Mitad capa) 4.718E-5 4.604E-5
m II (Final Capa) 1.301E-5 0.9897E-5
Vertical Subrasante
m II -25.08E-5 -22.79E-5
Esfuerzo vertical
Carpeta Asfáltica MPa II -5.024E-2 -6.135E-2
Capa Intermedia MPa II -8.495E-2 -8.491E-2
Base MPa II -4.803E-2 -4.744E-2
Subrasante MPa II -2.458E-2 -2.436E-2
Desplazamiento Carpeta Asfáltica mm II 0.2231 0.2223
Subrasante mm II 0.2948 0.2936
Deflexión Estructura Mm I 0.294 0.292
Fuente: Elaboración Propia.
Tabla 5.5-7: Resultados de Bisar 3.0 para configuración tipo Tratamiento Superficial Doble.
Tratamiento Superficial Doble.
Parámetro Unidad Ubicación Sin SSAF Con SSAF
Deformación
Radial en la base del pavimento
m
I 23.0E-5 21.93E-5
Vertical Base m II (Mitad capa) -12.95E-5 -17.42E-5
II (Final Capa) -34.79E-5 -35.10E-5
Vertical Subrasante
m II -48.84E-5 -47.71E-5
Esfuerzo Vertical Base MPa II -11.54E-2 -11.42E-2
Subrasante MPa II -4.433E-2 -4.328E-2
Desplazamiento Base mm II 0.4311 0.4257
Subrasante mm II 0.3526 0.3484
Deflexión Estructura mm I 0.6247 0.6152
Fuente: Elaboración Propia.
Con el diseño de las configuraciones de pavimentos: Mezcla Asfáltica de Alto
Módulo, Concreto Asfáltico y Doble Tratamiento Superficial, las cuales se diseñaron en
ausencia del SSAF y con la aplicación del sello en cuestión, se procede a analizar el
diseño de las configuraciones de pavimento
131
CAPÍTULO 6. ANALISIS DE RESULTADOS.
6.1. Introducción
Para lograr responder los objetivos establecidos en este estudio y las hipótesis
que enmarca este proyecto de título, se procede a realizar un análisis desde la
perspectiva que enmarca este capítulo, la cual corresponde al análisis de resultados
respecto al diseño con programa Bisar 3.0 realizado en el capítulo anterior.
En el transcurso de este capítulo, se realiza la comparación de las deformaciones y
esfuerzos para las configuraciones estructurales con SSAF y en ausencia de éste sello.
Por otra parte, se realiza el cálculo del número de repeticiones para obtener la
deformación admisible en la carpeta asfáltica y subrasante de las distintas
configuraciones. Además, se observa el cálculo de las repeticiones de carga para que
se produzca una falla por deformación permanente (Ahuellamiento) de 13 mm.
observando finalmente sí las soluciones calculadas de servicio cumplen los valores
admisibles.
6.2. Análisis respecto al diseño con programa Bisar 3.0
La respuesta de un pavimento ante una solicitación está dada en términos de
esfuerzos, deformaciones y deflexiones. En general, se acepta que los cuatro
indicadores más significativos del comportamiento de un pavimento flexible son:
deflexión superficial, deformación a la tensión de la carpeta de rodadura, los esfuerzos
y deformaciones de compresión en la subrasante. La deflexión superficial y la máxima
deformación a la tensión en el plano inferior de la superficie de rodadura están
directamente relacionadas con el agrietamiento por fatiga. Los esfuerzos y
deformaciones de compresión en la subrasante se relacionan con las deformaciones
132
permanentes. La suficiencia del diseño estructural de un pavimento de puede evaluar
comparando los esfuerzos y deformaciones calculados en puntos críticos.
Comparación de las configuraciones estructurales de pavimentos:
Una vez realizado el diseño con la ayuda del programa Bisar 3.0 para las
configuraciones estructurales de pavimentos: Mezcla Asfáltica de Alto Módulo,
Concreto Asfáltico y Doble Tratamiento Superficial con la aplicación del SSAF y en
ausencia de este se logra observar las siguientes variaciones porcentuales respecto a
los esfuerzos, deformaciones y desplazamientos con la finalidad de observar la
incidencia estructural del sello en cuestión.
Análisis de Deformaciones:
Con los datos obtenidos con la ayuda del programa Bisar 3.0 se calcula la
variación porcentual que existe entre la configuración estructural con SSAF respecto a
la configuración en ausencia de este. Las deformaciones a observar corresponden a
las siguientes:
Vertical carpeta asfáltica: en este caso, el dato a utilizar para el análisis
proviene de la deformación entre capas (carpeta asfáltica y capa intermedia)
observado bajo eje de carga.
Vertical Subrasante: dato obtenido al inicio de la capa subrasante, y al igual que
en el caso de la capeta asfáltica, es observado bajo eje de carga.
133
Tabla 6.2-1: Deformaciones de configuración Mezcla Asfáltica de Alto Módulo.
Mezcla Asfáltica de Alto Módulo Sin SSAF Con SSAF Variación Porcentual
Deformación Vertical (m)
Carpeta Asfáltica 2.240E-5 1.588E-5 (-) 29.1%
Vertical Subrasante -20.87E-5 -20.70E-5 (-) 0.9%
Fuente: Elaboración Propia.
Como se puede inferir de la tabla 6.2-1 expuesta anteriormente, la mayor
variacion porcentual para la configuración de la Mezcla Asfáltica de Alto Módulo, se
obtiene al término de la carpeta asfáltica y al inicio de la capa intermedia, demostrando
que se obtiene una menor deformación en aquella configuración con SSAF incidiendo
de manera positiva en la duración de la vida del pavimento.
Por otra parte, al existir una disminución importante en las deformacion vertical
de la carpeta asfáltica y que no se transmita de igual forma dicha deformacion en las
capas inferiores, demuestra que la capa intermedia, base asfáltica y granular actuan
como capas estructurales, con la finalidad de proteger la subrasante donde se observa
una variacion porcentual de 0.9%, la cual se considera despreciable en la incidencia
estructural respecto de las comparaciones de las configuraciones con SSAF y en
ausencia de esta.
Tabla 6.2-2: Deformaciones de configuración Concreto Asfáltico.
Concreto Asfáltico Sin SSAF Con SSAF Variación Porcentual
Deformación Vertical (m)
Carpeta Asfáltica 1.301E-5 0.9897E-5 (-) 23.92 %
Subrasante -25.08E-5 -22.79E-5 (-) 9.13%
Fuente: Elaboración Propia.
134
Respecto al caso de la configuración estructural del tipo Concreto Asfáltico, se
logra observar que la variación porcentual de deformación varía considerablemente al
término de la carpeta asfáltica y al comienzo de la subrasante, caso contrario al
observado en la configuración estructural del tipo Mezcla Asfáltica de Alto Módulo, en
donde dicha configuracion posee una variacion porcentual poco significativa en la
capa subrasante.
Es preciso señalar que dicha variación porcentual en la capa subrasante tiene
fundamento en que la configuracion estructural de está solución posee una capa
estructural menos (Base Asfáltica).
Además, los valores de los Módulos de Elasticidad para cada capa estructural
en éste caso, son menores respecto a la configuracion estructural del tipo Mezcla
Asfáltica de Alto Módulo. Es preciso señalar, que un material con bajo Módulo de
Elasticidad se caracteriza por poseer gran rigidez, lo cual se refleja en mayores
esfuerzos, provocando menores deformaciones en las capas. Mientras que en el caso
de la configuraciones estructural del tipo Mezcla Asfáltica de Alto Módulo, las
deformaciones son mayores debido a que la rigidez de las capas son menores.
Al momento de observar la variación porcentual entre la configuracion
estructural con SSAF y en ausencia de este, se logra apreciar que existe una
disminución significativa en las deformaciones de la carpeta asfáltica y de la capa
subrasante, de lo que se infiere que la solución con SSAF tendrá una mayor duración
en terminos de vida del pavimento, provocando de esta forma una incidencia
estructural positiva desde el punto de vista de las deformaciones.
135
Tabla 6.2-3: Deformaciones de configuración tratamiento superficial Doble
Tratamiento Superficial Doble Sin SSAF Con SSAF Variación Porcentual
Deformación Vertical (m)
Base -34.79E-5 -35.10E-5 0.9 %
Subrasante -48.84E-5 -47.71E-5 (-) 2.31 %
Fuente: Elaboración Propia.
Para el caso de la configuración estructural del tipo Tratamiento Superficial
Doble, se logra apreciar que las deformaciones verticales para esta configuración son
mayores respecto a las otras soluciones de pavimentos, obteniendo de esta forma una
menor vida de servicio, debido a que está configuración posee una cantidad menor de
capas provocando mayores deformaciones en la subrasante.
Respecto a la variación porcentual existente entre la solución con SSAF
respecto al tratamiento en la ausencia de dicho sello, se infiere que se obtiene una
incidencia estructural despreciable para ambas capas en cuestión debido a que el
porcentaje de variación es prácticamente insignificante.
Por otra parte, es preciso señalar respecto a la deformación vertical que en la
superficie de la estructura del pavimento dicha deformación es de tensión y pasa de
ser a compresión a medida que se incrementa la profundidad para las configuraciones
del tipo Mezcla Asfáltica de Alto Módulo y Concreto Asfáltico. Este comportamiento es
básico para el análisis de criterio de fatiga de una estructura de pavimento flexible. Las
deformaciones descritas y expuestas, se logran observar en las tablas 6.2-1 a 6.2-3 y
en la memoria de cálculo incluida en anexo C.
136
Por lo tanto, en funcion de los deformaciones obtenidas es posible inferir que si
bien la base del pavimento protege a la subrasante de las deformaciones, en el caso
de la configuracion estructural con SSAF posee menor deformacion vertical en la
subrasante provocando una mayor duración de la serviciabilidad del pavimento, puesto
que si la subrasante se deforma, todas las capas del pavimento lo harán, pudiendo
producir un colapso total del pavimento lo que conlleva a una reparación completa de
este.
Obtenidas las diferentes variaciones porcentuales para cada configuración
estructural diseñada se realiza un cálculo del número de repeticiones admisibles para
cada configuración.
Calculo de número de repeticiones admisibles:
El estado tensional y de deformaciones a los que se ve expuesto el pavimento
es bastante complejo, sin embargo se puede comprobar que las tensiones y
deformaciones críticas, que pueden llevar a la fatiga de la estructura, se verifican por la
deformación unitaria vertical de compresión sobre la subrasante.
El concepto de fatiga se introduce como la falla de un material bajo una
solicitación cíclica, que no necesariamente provoca tensiones y deformaciones iguales
a la de ruptura. Por lo tanto, se procede a realizar un cálculo del número de
repeticiones (N) para obtener la deformación admisible de la carpeta asfáltica y de la
subrasante mediante los métodos recomendados por el Asphalt Institute y la fórmula
propuesta por Edwards y Valkering respectivamente.
137
Formula de Asphalt Institute:
ec. 6.2-1
Formula de Edwards y Valkering:
ec. 6.2-2
Donde:
N: Número de repeticiones admisibles
E: Módulo de Elasticidad
εt: Deformación vertical carpeta asfáltica
εz: Deformación vertical en la subrasante.
Los resultados que se han obtenido para el número de repeticiones admisibles
necesarias para obtener las deformaciones maximas en la carpeta asfáltica de las
distintas configuraciones estructurales de pavimentos se muestran a continuacion en la
tabla 6.2-4.
Tabla 6.2-4: Número de repeticiones admisibles necesarias en carpeta asfáltica
Mezcla Asfáltica de Alto Módulo Concreto Asfáltico
Sin SSAF 715.061.024 6.497.864.777
Con SSAF 2.218.249.262 15.982.878.666
Δ Diferencial 210% 146%
Fuente: Elaboración Propia.
138
Por otra parte, para la comparacion de repeticiones necesarias para llegar a las
deformaciones limites de la subrasante se muestra se utiliza la ecuacion anteriormente
mencionada de Edwards y Valkering y los resultados quedan expuestos a continuacion
en la tabla 6.2-5.
Tabla 6.2-5: Número de repeticiones admisibles necesarias en subrasante.
Mezcla Asfáltica de Alto Módulo
Concreto Asfáltico Tratamiento Superficial
Doble.
Sin SSAF 323.968.481 155.339.687 10.801.645
Con SSAF 334.742.745 227.832.279 11.861.917
Δ Diferencial 3.32% 46.67% 9.82%
Fuente: Elaboración Propia.
Una vez obtenido el número de repeticiones de la carpeta asfáltica y de la
subrasante, se elige como repeticiones de fatiga el menor valor obtenido.
Es preciso destacar la diferencia que existe, entre el número de repeticiones
obtenido con el modelo multicapa y el número de repeticiones del método AASHTO. En
el primero, el valor corresponde al número de repeticiones determinado para la fatiga
producida en la capa asfáltica y que da inicio a su agrietamiento; en cambio el número
de repeticiones de la AASHTO está determinado para el final de la serviciabilidad del
pavimento, correspondiendo a un agrietamiento progresivo.
Al momento de observar el cálculo admisible del número de repeticiones, es
posible inferir que en las distintas configuraciones estructurales diseñadas y estudiadas
se obtiene un mayor número de repeticiones en la solución propuesta con el SSAF. Por
lo tanto, la vida útil del pavimento soportará mayores repeticiones de carga
aumentando así la vida del pavimento.
139
Es preciso señalar, que al tener una mayor deformación vertical en las distintas
capas del pavimento, se obtiene un menor número de repeticiones admisibles, esta
relación es inversamente proporcional debido que al poseer una menor deformación,
el número de repeticiones es mayor.
Como los resultados obtenidos anteriormente respecto al cálculo admisible son
altamente superiores a los diseñados por metodo AASHTO, se opta por calcular el
número de repeticiones de carga para que se produzca la falla por ahuellamiento.
Principalmente, para este deterioro, se supone que la falla por deformacion
permanente está relacionada con niveles excesivos de tensión-deformación inducidos
por las repeticiones de carga en la superficie de la subrasante. Según el modelo
empírico del Asphalt Institute (1981), la relación entre la falla por ahuellamiento, y las
deformaciones verticales de compresión en la parte superior de la subrasante, esta
representada po el número de aplicaciones de carga según la ec. 6.2-3.
En este modelo, el criterio de falla se define como el número mínimo de
repeticiones de carga que causan 13 mm de ahuellamiento superficial.
( ⁄ ) ec. 6.2-3
Donde:
N: Número de repeticiones de carga para que se produzca la falla por ahuellamiento
εv: Deformación vertical de compresión en la parte superior de la subrasante.
140
En funcion de la ecuacion 6.2-3 representada anteriormente, se calcula el
número de repeticiones de carga para que se produzca la falla por ahuellamiento para
las distintas configuraciones estructurales señaladas durante este estudio.
Tabla 6.2-6: Número de repeticiones de carga para la falla por ahuellamiento.
Mezcla Asfáltica de Alto Módulo
Concreto Asfáltico Tratamiento Superficial Doble
Sin SSAF 40.985.538 18.002.934 910.928
Con SSAF 42.514.141 27.638.298 1.011.575
Δ Diferencial 3.73% 53.5% 11.1%
Fuente: Elaboración Propia.
Respecto a los resultados obtenidos para el número de repeticiones de carga
para que se produzca la falla de 13 mm de ahuellamiento, se infiere:
En el caso de la configuraciones estructural del tipo Mezcla Asfáltica de Alto
Módulo, se observa que al aplicar la solucion propuesta del SSAF se obtiene que el
número de repeticiones incrementa en 1.533.609 equivalente al 3.73% superior
respecto a la configuracion estructural libre del SSAF.
Por otra parte, el Concreto Asfáltico con el sello en cuestión tiene un delta
diferencial de 53.5% superior, lo que equivale a 9.635.364 mas de repeticiones de
carga respecto a la solución sin el SSAF.
En la configuracion estructural del tipo Doble Tratamiento Superficial, al igual
que en las configuraciones anteriormente descritas, se obtiene que el número de
repeticiones de carga resulta ser mayor para el caso de la solución con SSAF para que
se produzca la falla de 13 mm de ahuellamiento.
141
Ademas, es preciso destacar que respecto al número de repeticiones
calculadas para que se produzca la fatiga en la carpeta asfáltica, subrasantey la falla
por ahuellamiento en cada configuración estructural, se puede apreciar que los
calculos realizados para la determinacion del calculo admisible de la fatiga son
mayores respecto al diseño realizado por el metodo del Manual de Carreteras, para
cada configuración estructural.
Por otra parte,el calculo de repeticiones admisibles para que se produzca el
ahuellamiento de 13 mm ha demostrado ser menor respecto a las solicitaciones de
diseño planteadas en la configuracion estructural del tipo Tratamiento Superficial
Doble.
Referente a la falla por ahuellamiento, se considera necesario destacar que es
la primera falla que presenta el pavimento debido a que resiste un número bastante
menor de repeticiones admisibles.
Analisis de esfuerzos:
Con los datos obtenidos con la ayuda del programa Bisar 3.0 se calcula la
variación porcentual respecto a los esfuerzos para las distintas configuraciones de
pavimentos, entre la configuración estructural con SSAF respecto a la configuración en
ausencia de este.
142
Los datos son obtenido al término de cada capa y al comienzo de la
subyacente encontrando el mayor valor entre estas y se logran apreciar en la siguiente
tabla:
Tabla 6.2-7: Esfuerzo vertical de cada configuración estructural
Tipo Esfuerzo Vertical (MPa) Sin SSAF Con SSAF Variación Porcentual
Mezcla Asfáltica de Alto Módulo
Carpeta Asfáltica -2.716E-2 -4.035E-2 48.56%
Capa Intermedia -5.916E-2 -6.472E-2 9.40%
Base Asfáltica -6.631E-2 -6.607E-2 (-) 0.36%
Base -3.808E-2 -3.766E-2 (-) 1.10%
Subrasante -2.064E-2 -2.048E-2 (-) 0.77%
Concreto Asfáltico
Carpeta Asfáltica -5.024E-2 -6.135E-2 22.11%
Capa Intermedia -8.495E-2 -8.491E-2 (-) 0.05%
Base -4.803E-2 -4.744E-2 (-) 1.22%
Subrasante -2.458E-2 -2.436E-2 (-) 0.90%
Tratamiento Superficial
Doble
Base -11.54E-2 -11.42E-2 (-) 1.04%
Subrasante -4.433E-2 -4.328E-2 (-) 2.37%
Fuente: Elaboración Propia.
Como se puede apreciar en la tabla 6.2-7, la variación porcentual para las
configuraciones estructurales del tipo Mezcla Asfáltica de Alto Módulo y Concreto
Asfáltico varían para la carpeta asfáltica de forma significativa, mientras que en las
capas inferiores no se aprecia el mismo efecto.
Por otra parte, en el caso del Doble Tratamiento Superficial, la configuración
con SSAF y la solución con ausencia de dicho sello no poseen grandes variaciones de
esfuerzos.
Es preciso destacar que al poseer un Módulo de Elasticidad alto en las capas
estructurales del pavimento, la configuración es más flexible, lo que conlleva a un
menor soporte de cargas y mayores deformaciones como se demuestra para las
143
configuraciones estructurales del tipo Mezcla Asfáltica de Alto Módulo y Concreto
Asfáltico.
Para el caso de la configuración estructural del tipo Tratamiento Superficial
Doble, se observa lo contrario, debido que al ser una solución con mayor rigidez y
poseer un número menor de capas en comparación a las otras configuraciones, la
concentración de esfuerzos es superior en la capa subrasante.
La diferencia que existe entre un pavimento con SSAF y libre de dicho sello es
debido a que el sello es mucho más rígido que la mezcla de la carpeta de rodadura,
provocando una rigidez en dicha capa y de esta forma cada carga aplicada provoca
que la carpeta asfáltica se deforme más que el sello, traduciéndose en diferencias de
tensiones internas, como se puede observar en tablas de resultados en Anexo C.
Otros puntos que se deben tener en consideración para observar las diferencias
de concentraciones de esfuerzos y que no son consideradas en el diseño, son:
Mayores esfuerzos transmitidos a la capa de rodadura, como consecuencia de
la mayor adherencia entre neumático – pavimento al frenar o acelerar, en
curvas, pendientes, etc. Concentrándose todo el esfuerzo en la unión por
fricción interna que tiene el agregado grueso en el asfalto especialmente en la
superficie cercana al SSAF.
Los diferentes coeficientes térmicos de la capa del sello y de asfalto que crean
tensiones significativas dentro de la carpeta asfáltica, especialmente en la
superficie donde el asfalto se expande y se contrae a diferencia del sello.
144
Calculo de deformaciones y esfuerzos admisibles:
Como se ha mencionado anteriormente, la determinacion de esfuerzos,
deformaciones y la deflexion de las diferentes configuraciones estructurales de
pavimentos se realizó con ayuda del programa Bisar 3.0 de la Compañía SHELL. Por
lo tanto, para esta parte del capítulo se obtienen las deformaciones, esfuerzos y
deflexiones admisibles para cada configuración estructural. Es preciso señalar que
dichos párametros se calculan de acuerdo a los criterios de la compañía Shell, a los
criterios de los ingenierios Dormon – Keerrhoven y el criterio de Yang H. Huang
respectivamente. A continuación se describe el calculo admisible de cada uno de ellos.
Deformacion vertical admisible por compresión sobre la subrasante: De acuerdo
con el criterio de la Shell, la ley de comportaiento de la deformación
verticaladmisible de compresión sobre la subrasante, para un nivel de confianza
del 85%, es la siguiente:
ec. 6.2-4
Donde:
N: Tránsito de diseo expresado en ejes equivalentes de 8.2 toneladas durante
el periodo de diseño
εz adm: Deformación vertical admisible por compresión sobre la subrasante.
Esfuerzo vertical admisible de compresion sobre la subrasante: El esfuerzo
admisible de compresión sobre la subrasante se deterrmina de acuerdo al
criterio de Dormon – Kerhoven, mediante la siguiente expresión:
ec. 6.2-5
145
Donde:
N: Tránsito de diseo expresado en ejes equivalentes de 8.2 toneladas durante
el periodo de diseño.
σz adm: Esfuerzo vertical admisible de compresión sobre la subrasante, kg/cm2
Es: Módulo resiliente de la subrasante, Kg/cm2
Deflexión admisible de la estructura del pavimento: Se determina la deflexion
admisible de la estructura del pavimento, su determinacion se calcula por medio
del criterio de Yang H. Huang, de la siguiente manera:
ec. 6.2-6
Donde:
N: Tránsito de diseo expresado en ejes equivalentes de 8.2 toneladas durante el periodo de diseño. Δz adm: Deflexión admisible de la estructura, mm.
Teniendo en cuenta las ecuaciones anteriores, se realiza el calculo de las
condiciones admisibles obteniendo lo siguiente:
Tabla 6.2-8: Condiciones admisibles y cumplimiento de parámetros.
Configuración Estructural
Parámetro Valor de Servicio Sin SSAF
Valor de Servicio Con SSAF
Valor Admisble
Cumplimiento
Sin SSAF
Con SSAF
Mezcla Asfáltica de Alto Módulo
εz -20,87E-5 -20,7E-5 3,735E-4
56% 55%
σz -2,064E-2 -2,048E-2 1,186E-1
17% 17%
Δz 0,2596 0,2582 5,172E-1
50% 50%
Concreto Asfáltico
εz -25,08-E5 -22,79E-5 3,735E-4 67% 61%
σz -2,458E-2 -2,436E-2 1,186E-1 21% 20%
Δz 0,294 0,292 5,172E-1
57% 56%
Tratamiento Superficial Doble
εz -48.84E-5 -47.71E-5 6,208E-4
79% 76%
σz -4.433E-2 -4.328E-2 1,328E-1
33% 32%
Δz 0.6247 0.6152 8,588E-1
72% 71%
Fuente: Elaboración Propia.
146
Tras los resultados obtenidos para las diferentes configuraciones estructurales,
bajo los valores de servicio de deformaciones y esfuerzos, es preciso señalar que se
cumplen a cabalidad los valores admisibles en cada una de las soluciones propuestas.
Además, es preciso mencionar, que al aplicar el SSAF en cada configuracion
estructural, los valores de servicio para cada párametro poseen un mayor cumplimiento
del valor (porcentaje) admisible
147
7. COMENTARIOS Y CONCLUSIONES
Respecto a Objetivos e Hipótesis:
Es necesario mencionar que se genera una disminución de las deformaciones y
un aumento de los esfuerzos en las carpetas asfálticas, en las configuraciones de
pavimento de Mezcla Asfáltica de Alto Módulo y en el Concreto Asfáltico, logrando de
esta forma una incidencia estructural sobre un 20% de variación de esfuerzos y
deformaciones para los casos señalados. Por lo contrario, en la configuración del
Doble Tratamiento Superficial, la variación de las deformaciones y esfuerzos no son
incidentes debido a que las variaciones porcentuales reflejadas no superan el 3%.
En lugares como curvas horizontales los agregados del pavimento son
afectados por el pulimento, lo cual reduce la fricción del pavimento contribuyendo a que
el automóvil pierda el control cuando este acelera, frena o gira bruscamente. Al
implementar el SSAF se genera una curva de mejor calidad y mayor adherencia,
ofreciendo una mayor fricción y disminuyendo en un gran porcentaje que el automóvil
se pueda volcar.
Seguridad de la Circulación Vial:
Contrariamente a las ideas erróneas en el entorno de la ingeniería de tránsito,
la instalación de un SSAF no equivale necesariamente a reducir las tasas de incidencia
de accidentes. Se debe entender que la función básica de dicho sello, es impartir y
mantener un nivel de fricción y textura que no es alcanzable por métodos tradicionales
de la construcción de pavimentos.
148
Por lo tanto, el SSAF en condiciones normales de tráfico no tiene impacto en
el día a día referente al comportamiento del conductor y actitudes. Por ende, el sello en
cuestión no está diseñado para proporcionar una reducción en las estadísticas de
accidentes de tráfico que se atribuyen directamente a las consideraciones de
comportamiento en sus muchas y diversas formas. De hecho un SSAF se convierte en
un instrumento eficaz de seguridad vial en situaciones de emergencia, condiciones en
las cuales el conductor debe realizar una frenada brusca, maniobras inadecuadas y
similares para evadir un incidente potencial. En dichas circunstancias, la superficie de
alta fricción entrega la física y la capacidad de rendimiento que permiten a un vehículo
obtener y mantener la máxima adherencia y contacto de fricción con la superficie del
pavimento. Esto, a su vez, permite que el vehículo desacelere en menor tiempo y se
detenga por completo en una menor distancia. Por consiguiente, en el caso de existir
un accidente, la velocidad del impacto en la superficie de alta fricción será
significativamente menor respecto a la velocidad de impacto en un pavimento con
menor nivel de fricción en la superficie.
Se destaca que el SSAF presenta elevados niveles de fricción a lo largo de su
vida útil, lo que permite mantener una buena adherencia en pavimentos secos y
mojados. Sus características fricciónales permiten reducir la velocidad en
localizaciones de alto riesgo y reducir la distancia de frenado, especialmente en
pavimentos mojados. En estas condiciones, se ha determinado que entre un 15% y un
35% de los accidentes producidos se debe al hidroplaneo, donde al aplicar el SSAF y
observando el capítulo nº3 de este estudio se obtiene que dicha solución disminuye los
accidentes mejorando la calidad de la textura, el drenaje superficial y así la seguridad
de la circulación vial.
149
Aspecto importante a considerar, es que la normativa existente en el territorio
nacional no especifica periodo de medición de fricción, con lo cual no se considera la
variabilidad que determinan éste factor dentro de un mismo año como la humedad del
pavimento, variaciones estacionales del clima, nivel de precipitaciones, entre otras.
Respecto a la posibilidad de desarrollar estudios que relacionen fricción y
accidentes en el territorio nacional, puede inferirse que no se cuenta con datos
suficientes para desarrollar un análisis similar a los que se han realizado en proyectos
extranjeros que han tenido la aplicación del SSAF. Por lo tanto, es necesario requerir
mejorar los procedimientos de recolección de datos, análisis de las situaciones “in situ”
y seguimiento para realizar evaluaciones y tomar medidas de seguridad en la
circulación vial.
La mayor dificultad a la hora de establecer una relación entre fricción y
accidentes, consiste en que los accidentes, además de estar influenciados por la
fricción del pavimento, también dependen de una serie de factores como la geometría
del trazado, estado del vehículo, visibilidad, etc., que son los que finalmente
condicionan el comportamiento del conductor en un determinado momento.
Respecto al diseño con programa Bisar 3.0:
La caracterización de las solicitaciones en los pavimentos depende de la
magnitud de las cargas, forma geométrica de las solicitaciones, velocidad de los
vehículos y estado tensional que producen las cargas. La magnitud de las cargas está
en función de la composición del tránsito que circula sobre las vías y el número de
repeticiones de carga que produce el paso de estos vehículos
150
Si bien es cierto, es imposible que por un pavimento transiten todos los
vehículos con una carga de 8.2 ton por eje, siempre existe una mezcla de cargas en el
tránsito real, y para poder tener un diseño más acorde a la realidad, debería existir un
conteo de ejes y un estudio de las cargas que llevan los diferentes vehículos y
camiones. Es decir, realizar diseños de pavimentos a través de los llamados espectros
de carga.
La aplicación del SSAF genera mayores esfuerzos y menores deformaciones
en la carpeta asfáltica para las configuraciones de Mezcla Asfáltica de Alto Módulo y
Concreto Asfáltico, esto es debido a que existe una mayor adherencia entre el
neumático y pavimento al frenar o acelerar, en curvas, pendientes y similares,
concentrándose todo el esfuerzo en la unión por fricción interna que tiene el agregado
grueso en el asfalto especialmente en la superficie cercana al SSAF. Es preciso
destacar que el sello en cuestión es mucho más rígido que la mezcla asfáltica, esto es
debido a que el sello posee un menor Módulo de Elasticidad lo que conlleva para las
configuraciones estructurales (Mezcla Asfáltica de Alto Módulo y Concreto Asfáltico)
donde se aplica el sello, una menor deformación y mayores esfuerzos.
A nivel nacional, se ha observado que la principal falla del SSAF es por
concentración de tensiones de corte superficial. Dicha concentración, se produce por
mayores esfuerzos trasmitidos a la carpeta de rodadura, diferentes coeficientes
térmicos de la capa del sello y de asfalto y que el sello es normalmente mucho más
rígido que la mezcla asfáltica.
151
En el cálculo del número de repeticiones admisibles, es posible observar que
las configuraciones estructurales con SSAF resisten mayores solicitaciones, lo que se
traduce en una prolongación de la vida útil del pavimento soportando mayores
repeticiones para llegar a la deformación limite que da inicio al agrietamiento. Es
preciso señalar, que la primera falla que se observa en las configuraciones de
pavimento, son entregadas por la deformación plástica permanente (Ahuellamiento) y
la configuración estructural del tipo Tratamiento Superficial Doble es la que resiste un
menor número de solicitaciones para todas las fallas analizadas.
Teniendo en cuenta las condiciones admisibles, se realizó el cálculo de la
deformación vertical por compresión sobre la subrasante, esfuerzo vertical de
compresión sobre la subrasante y la deflexión de la estructura del pavimento, donde
se obtiene que se cumplen a cabalidad los parámetros de servicio otorgados por las
configuraciones de pavimentos con sello y en ausencia de este. Además, se observa
que los valores de servicio para la solución con SSAF cumple en un mayor porcentaje
el valor admisible.
152
Si bien el SSAF será incluido en las próximas ediciones del Manual de
Carreteras, se considera proponer a nivel nacional un seguimiento de las aplicaciones
del SSAF donde se logre identificar si efectivamente disminuye la tasa de accidentes.
Además, considerar realizar especificaciones técnicas acorde a la normativa y
construcción del ámbito nacional, a su vez se recomienda que se especifique dentro de
método establecido para la aplicación del sello, la incorporación de un estudio de las
propiedades mecánicas de la mezcla asfáltica que va a recibir el sello; el análisis de
saneamiento de la zona para determinar las necesidades de preparación de la
superficie previo al sello.
Es preciso señalar, que la aplicación del SSAF sobre las distintas
configuraciones estructurales de pavimentos, demuestra a lo largo de este estudio el
cumplimiento de los objetivos y las hipótesis anteriormente planteadas.
153
8. BIBLIOGRAFIA
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158
ANEXOS.
A. TEORÍA PROGRAMA MULICAPA BISAR 3.0.
Teoría elástica:
El pavimento es una estructura compuesta por una o más capas colocadas
sobre la subrasante o suelo de fundaciones, con el objeto de soportar las cargas
producidas por el tránsito y distribuir adecuadamente las tensiones y deformaciones
hasta el suelo de fundación. Es por esta razón que se utiliza la teoría elástica para
modelar el comportamiento de una estructura de pavimento y para la determinación de
los esfuerzos internos y deformaciones unitarias. Los primeros modelos para
estructuras de pavimentos flexibles son bastantes simplificados, ya que asume un
medio espacio elástico y la determinación de tensiones y deformaciones unitarias se
realiza a través de simples ábacos de diseño. Sin embargo, con los avances de las
investigaciones en el tema y mediante el uso de programas computacionales, se han
llegado a modelar sistemas multicapas con distintas propiedades.
Masa Homogénea (Teoría de Boussinesq):
La forma más simple de caracterizar el comportamiento de un pavimento
flexible bajo la acción de cargas, es considerarlo como un medio espacio elástico
homogéneo. Un medio espacio tiene área y profundidad infinita, con una base plana
sobre la cual se aplica las cargas. La teoría original del matemático francés boussinesq
se basa en una concentrada aplicada en un medio espacio elástico homogéneo. Para
obtener las tensiones, deformaciones unitarias y deflexiones debido a cargas
circulares, estas deben ser integradas.
159
La figura A.1-1 muestra un medio espacio homogéneo sujeto a una carga
circular con un radio a y una presión uniforme q, el medio espacio tiene un Módulo de
Elasticidad E y una Razón de Poisson (ʋ). También se muestra un elemento cilíndrico
con un centro a una distancia Z bajo la superficie y una distancia (r) del eje de simetría.
Debido al eje de simetría, las tensiones normales son tres: σz σr y σt, y tensión de corte
(ζzr) que es igual a (ζrz). Estas tensiones están en función de q, r/a y z/a.
Figura 6.2-1: Componentes de tensión bajo una carga en el eje de simetría.
Fuente: Pavement analysis and Design, Yang H. Huang, 2Da
edición.
Soluciones gráficas:
En 1954, Foster y Ahlvin presentaron gráficos para determinar la tensión vertical
(σz), tensión radial (σr), tensión tangencial (σt), tensión de corte (ζrz) y deflexión vertical
(w), la carga se asumió aplicada bajo un área circular con un radio a y una presión q.
debido a que la razón de Poisson tiene un efecto relativamente pequeño en las
tensiones y deflexiones, Foster y Ahlvin asumieron el medio espacio incompresible con
160
una razón de Poisson de 0,5 de esta forma disminuye la cantidad de gráficos en lugar
de uno para cada razón de Poisson. Estos gráficos se encuentran concentrados en la
literatura (Y. Huang, 1993).
En 1962, este trabajo fue reiniciado por Ahlvin y Ulery, los que presentaron una
serie de ecuaciones y tablas donde se pueden calcular las tensiones, deformaciones
unitarias y deflexiones para cualquier razón de Poisson.
Una vez obtenida las tensiones de los gráficos, las deformaciones unitarias se
calculan a partir de las siguientes expresiones de la ley de Hooke generalizada.
( ( ))
( ( ))
( ( )) ec.6.2-1
Si el área de contacto consta de 2 cargas circulares, las tensiones y
deformaciones se calculan mediante superposición.
Con la aplicación de las soluciones propuestas por Boussinesq, se asume que
el pavimento sobre la subrasante no está afectado por deformaciones, por lo que la
deflexión en la superficie del pavimento es igual a la deflexión sobre la subrasante.
Sistema de capas (Teoría de Burmister):
Los pavimentos flexibles son sistemas de capas que poseen materiales de
mejor calidad en la superficie y no pueden ser representados por una masa
homogénea, de manera que la teoría de capas de Burmister es la más apropiada para
el diseño de pavimentos. Burmister desarrollo en 1943 soluciones para sistemas de
dos capas y luego en 1945 extendió estas soluciones a sistemas de tres capas.
161
Con el avance de la computación, la teoría se puede aplicar a sistemas
multicapas, es decir, a sistemas con cualquier número de capas (Huang 1968), la
figura A.1-2 muestra un sistema de n capas.
Figura 6.2-2: Figura con sistema de n capas sujeto a una carga circular.
Fuente: Pavement analysis and Design, Yang H. Huang, 2Da
edición.
Las hipótesis de la teoría de Burmister son las siguientes:
1. Cada capa es homogénea, isotrópica y linealmente elástica con un Módulo
Elástico E y una Razón de Poisson v
2. El material no tiene peso propio y cada capa se considera de área infinita.
3. Cada capa tiene un espesor finito h, siendo la capa inferior (subrasante) un
medio espacio infinito.
4. Se aplica una presión uniforme q sobre un área circular de radio a.
162
5. Se satisface las condiciones de continuidad en las interfaces de las capas, es
decir, se tiene las mismas tensiones verticales, tensiones de corte,
desplazamientos verticales y desplazamientos radiales.
En la realidad, un sistema de dos capas lo representa la construcción de una
estructura full-depth, en la cual el espesor de la capa asfáltica o HMA (Hot Mix Asphalt)
se coloca directamente sobre la subrasante. Si un pavimento está compuesto de tres
capas, por ejemplo una carpeta superficial de asfalto, una carpeta de base granular y
una subrasante, es necesario combinar la carpeta de base y la subrasante en una sola
capa para calcular las tensiones y deformaciones unitarias en la capa de asfalto, o bien
combinar la carpeta superficial de asfalto y la carpeta de base para calcular las
tensiones y deformaciones unitarias en la subrasante.
Modelo iterativo según la teoría de Burmister:
Para mostrar el efecto de no-linealidad en tensiones, deformaciones unitarias y
deflexiones de los materiales granulares, Huang (1968) dividió el medio espacio en
siete capas y aplicó la teoría de capas de Burmister para determinar las tensiones en la
parte media de cada capa. La capa inferior se modeló como una base rígida con un
Módulo Elástico infinito. Una vez que se obtiene las tensiones por medio de la teoría
de capas de Burmister, el Módulo Elástico de capa se determina por:
( ) ec. 6.2-2
Donde θ es la tensión volumétrica o la suma de las tensiones normales; E es el
Módulo Elástico para la tensión volumétrica dada; E0 es el Módulo elástico inicial o el
módulo para una tensión volumétrica cero; y β es una constante del suelo que indica el
163
incremento en el Módulo Elástico por cada unidad de incremento en la tensión
volumétrica. La tensión volumétrica incluye el efecto de la aplicación de la carga y la
tensión geoestática, expresándose de la siguiente forma:
( ) ec. 6.2-3
En donde σz, σr y σt son las tensiones vertical, radial y tangencial ocasionadas
por una carga en la superficie; γ es el peso unitario del suelo; z es la profundidad del
punto donde se calcula la tensión volumétrica (en la mitad de cada capa); y K0
corresponde al coeficiente de presión del suelo.
El problema se puede resolver mediante un método de aproximaciones
sucesivas. En primer lugar, se asume un Módulo Elástico para cada capa y se obtienen
las tensiones por medio de la teoría elástica de capas. Utilizando dichas tensiones, se
calculan nuevos módulos por medio de la ecuación A.1-2, y así nuevamente se
recalculan las tensiones. El proceso se repite hasta que el módulo entre dos
iteraciones consecutivas converja, con una tolerancia especifica.
Al aplicar la teoría elástica de capas en un análisis no lineal, se debe definir la
distancia radial que se utilizará para determinar las tensiones y módulos. Huang(1968)
demostró que para distancias radiales de r=0 y r=∞, las tensiones verticales no se ven
afectadas significativamente al determinar el Módulo Elástico, pero también demostró
que los desplazamientos verticales se ven altamente afectados. Más tarde, en 1969,
Huang utilizó un método de elementos finitos y encontró que el comportamiento no
lineal de los suelos tiene una gran incidencia en los desplazamientos verticales y
radiales, un efecto intermedio en las tensiones radiales y tangenciales y un muy bajo
efecto en las tensiones verticales y de corte. Dependiendo de la profundidad del punto
164
en cuestión, la tensión vertical basada en la teoría no lineal puede ser mayor o menor
que aquellas basadas en la teoría lineal, aunque a aciertas profundidades, ambas
teorías permitieron producir la misma tensión. Esto permitió explicar por qué las
soluciones propuestas por Boussinesq para tensiones verticales basadas en la teoría
lineal se aplican a suelos con distintos niveles de éxito en los resultados, aunque cabe
hacer notar que los suelos en si son básicamente no lineales.
Método aproximado según la teoría de Boussinesq:
Un método aproximado para analizar un medio espacio no lineal es dividirlo en
un cierto número de capas y determinar las tensiones en las partes medias de cada
capa, por medio de las ecuaciones basadas en la teoría lineal de Boussinesq, con las
tensiones calculadas, se determina el Módulo Elástico E en cada capa mediante la
ecuación A.1-2. Basándose en el E resultante, se puede obtener la deformación en
cada capa, que es la diferencia entre la deflexión por la parte superior e inferior de
cada capa. Comenzando por la base rígida, a una profundidad lejana de la superficie
donde el desplazamiento vertical se puede asumir cero, se suman las deformaciones
para obtener las deflexiones a distintas profundidades. Vesic y Domaschuck (1964)
utilizaron el supuesto de la distribución de tensión de Boussinesq para predecir la
forma de deflexión en caminos pavimentados, con la cual se informan satisfactorios
acuerdos.
Es preciso hacer notar que la ecuación A.1-2 es una de las tantas ecuaciones
constitutivas para suelos arenosos. Para arenas y arcillas se pueden utilizar otras
ecuaciones.
165
Para calcular las deformaciones en cada capa, se puede recurrir a las
ecuaciones del plato flexible propuesta por Boussinesq, donde la diferencia entre las
deflexiones entrega la deformación en cada capa. Es interesante hacer notar que la
tensión volumétrica θ ocasionada por la aplicación de cargas decrece con la
profundidad, mientras que aquellas ocasionadas por tensiones geoestáticas aumentan
en la profundidad. Además, el Módulo Elástico de todas las capas, excepto para la
primera y última capa, son aproximadamente iguales.
Para verificar el método aproximado, se utilizan programas computacionales de
sistemas multicapas elásticos Elsym5 y Bisar, incorporando la ecuación A.1-2 en los
programas. Las diferencias de distribución de tensiones y módulos entre la teoría de
Boussinesq y la teoría de Burmister son bastante estrechas.
Teoría de sistemas de Capas:
En esta sección, se incorporan las ecuaciones utilizadas por los programas
multicapas como Bisar 3.0, para determinar tensiones y deformaciones unitarias,
basándose en la teoría elástica y en sistemas de multicapas bajo la acción de cargas
circulares.
Ecuaciones básicas :
En la teoría clásica de la elasticidad, se defina una función de tensión φ que
satisface la siguiente ecuación diferencial para cada una de las capas:
ec. 6.2-4
Para sistemas con una distribución de tensiones axialmente simétricas, se
tienen:
166
4= (
) (
) ec. 6.2-5
Donde r y z son las coordenadas cilíndricas para la dirección radial y vertical
respectivamente. Una vez determinada la función tensión, se pueden determinar las
tensiones y desplazamientos mediante las siguientes relaciones:
(( v)
ec.6.2-6
(
) ec.6.2-7
(
) ec.6.2-8
(( )
ec.6.2-9
(( )
ec.6.2-10
(
) ec.6.2-11
Donde es la tensión en la dirección vertical o dirección z: es la tensión en
la dirección radial o dirección r; es la tensión en la dirección tangencial o dirección t;
es la tensión de corte, w es el desplazamiento en la vertical o z.
Debido a que las ecuaciones A. 1-4 y A. 1-5son de cuarto orden, las tensiones y
desplazamientos determinados tendrán cuatro constantes de integración, las que serán
determinadas a través de las condiciones de borde y de continuidad.
Definiendo
y
, donde H es la distancia desde la superficie hasta la
parte superior de la última capa, la solución para la función tensión de una capa i, que
satisface la ecuación 4.5, tendrá la siguiente forma:
( )
(
( ) ( )
( ) ( ) ec. 6.2-12
Donde es una función de Bessel del primer grupo y de orden 0; m es un
parámetro: son constantes de integración que se determinan con las
167
condiciones de borde y de continuidad. El subíndice i varía desde 1 hasta n y se refiere
a la cantidad de capas i. Luego, sustituyendo la ecuación A.1-12 en las relaciones
desde A.1-6 a A.1-11 anteriormente descritas, se tiene:
( ) ( )(( ( )) ( ) ( ( ))
( ))
ec.6.2-13
( ) ( ( )
)(( ( ))
( ) ( ( )) ( ))
( )( ( )
( )) ec.6.2-14
( ) ( ( )
)(( ( ))
( ) ( ( )) ( ))
( )( ( )
( )) ec. 6.2-15
( ) ( ) (( ( )) ( ) ( ( )
( )))
ec. 6.2-16
( )
( )(( ( ))
( ) ( (
) ( ))) ec. 6.2-17
( )
( )(( ( ))
( ) ( ( ) ( ))) ec. 6.2-18
Para determinar las tensiones y desplazamientos debido a una carga distribuida
sobre un área circular de radio a, se emplea el método de las transformaciones de
Hankel. La transformada de Hankel para dicha carga es:
∫ (
)
( ) ec. 6.2-19
Donde
. La inversa de la función de Hankel es:
( ) ∫ ( ) ( ) ∫ ( ) ( )
ec. 6.2-20
Si R* es la tensión o el desplazamiento de las ecuaciones A.1-12 debido a las
cargas ( ), R es aquella debido a la carga Q, y la tensión se considera
negativa, entonces:
∫
( ) ec. 6.2-21
El análisis de sistema de capas se puede resumir en los siguientes pasos:
168
Asignar valores sucesivos de m desde cero hasta un número positivo mucho
mayor, hasta que R en la ecuación A.1-13 converja
Para cada valor de m, determinar las constantes de integración Ai, Bi, Ci y Di
para condiciones de borde y continuidad dadas.
Sustituir tales constantes dentro de las ecuaciones A.1-13 a A.1-18 para
obtener R*
Determinar R de la ecuación A.1-13 por integración numérica.
En la integración numérica, se determinan los ceros de J0 (mρ) y J1 (mα), y la
integral entre esos dos ceros se evalúa mediante una fórmula Gaussiana de cuarto
orden.
Condiciones de Borde y Continuidad:
En la superficie, i=1 y λ=0, por lo que las condiciones de borde son:
( ) ( ) ( ) ec. 6.2-22
Resultando en 2 ecuaciones:
[
] ( ) [
( )
] ( ) (
) ec. 6.2-23
Todas las ecuaciones de los sistemas de capas se basan en suposición de que
las capas están completamente ligadas, con la misma tensión vertical, tensión de corte,
desplazamiento vertical y desplazamiento radial en todos los puntos a lo largo de la
interfase. Por lo tanto, cuando λ=λi , las condiciones de continuidad son las siguientes:
( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ec. 6.2-24
169
Resultando en cuatro ecuaciones:
[
( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )
](
) ec. 6.2-25
[
( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )
](
)ec.6.2-26
En donde:
(
ec. 6.2-27
Puesto que las tensiones y los desplazamientos tienen a cero cuando λ tiende a
infinito, se puede concluir de las ecuaciones A.1-12 que para la capa inferior con i=n
An=Cn=0 ec. 6.2-28
Para un sistema de n capas, se tienen 4n constantes de integración. Con
An=Cn=0, con otras 4n-2 constantes se determinan mediante 4n-2 ecuaciones, dos de
la matriz A.1-23 y 4(n-1) de la matriz A.1-26 en:
[
] [
] [
] ec. 6.2-29
Por multiplicaciones sucesivas, las constantes de la primera capa se pueden
relacionar con las constantes de la última capa mediante la siguiente matriz:
[
] [
] ( ) ec. 6.2-30
Sustituyendo la ecuación A.1-30 dentro de la ecuación A.1-23, se obtienen dos
ecuaciones con dos incógnitas, y . Después de determinar y , estas
sustituyen en la ecuación A.1-29, con An=Cn=0, para determinar las constantes de las
170
(n-1) capas. El procedimiento se repite hasta que se determinen las constantes de
todas las capas.
Si la interfase i (λ=λi), no está completamente ligada o tiene una baja fricción, la
continuidad de los esfuerzos de corte cero en ambos lados de la interfase, es decir:
( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ec. 6.2-31
Luego, las ecuaciones A.1-26 se reemplaza por:
[
( ) ( ) ( ) ( )
](
) ec. 6.2-32
[
( ) ( ) ( ) ( ) ( )
](
) ec. 6.2-33
Las ecuaciones A.1-26 y A.1-33 se utilizan en la mayoría de los programas
multicapas. Si la interfase posee una alta fricción, se utiliza la ecuación A.1-26. Si la
interfase posee baja fricción, se utiliza la ecuación A.1-33. Los programas
computacionales son más eficientes cuando todas las capas están completamente
ligadas, ya que se necesitan resolver solo dos ecuaciones. Si una o más interfases
poseen baja fricción, el programa será menos eficiente, ya que necesita más tiempo
para resolver las 4n-2 ecuaciones.
171
B. PRESCRIPCIONES TECNICAS DEL SSAF.
Para la aplicación del SSAF, se debe cumplir como mínimo los requerimientos y
exigencias descritas en éste subcapítulo.
Principalmente, dicho sello superficial, es aplicado sobre la carpeta de rodadura
y posee homologación de máxima categoría Tipo 1. “Guidelines Document for the
Assessment and Certification of Highways” – Hapas/BBA, la cual certifica una vida en
servicio del SSAF de 5 a 10 años en pistas con índices de tráfico de hasta 3.500
vehículos pesados por pista y día, definiendo la vida útil del Sello.
Además, el SSAF cumple todos los requisitos exigidos en Clause 924 “High
Friction Surfaces Department for Transport´s Specification for Highway Works”, del
Reino Unido para su uso en vías de alta capacidad.
Sello Superficial
Las características del SSAF, considerando la unión del árido más el adhesivo,
son las siguientes:
Espesor Total:5 mm
Contacto Árido – Neumático: 100% debido a que no hay contacto con el
adhesivo
CRT: ≥ 80, durante toda la vida de servicio.
Macrotextura Superficial: Debe ser inicialmente mayor a 1,8 mm y durante
toda la vida de servicio mayor a 1,1 mm
Ruido: Interior: 67.5 dBA. Exterior (eje trasero): 100.1 dBa. Exterior (7.5 m de
línea central): 78.9 dBa.
172
Adhesivo:
El adhesivo es de una resina de poliuretano de dos componentes pigmentados
del mismo color que el árido a utilizar (Resina Base y Activador), que polimerizan al ser
mezclados en la proporción adecuada (70% en peso de resina base y 30% en peso de
activador), No Inflamable, No Tóxica y Sin efectos contaminantes para el medio.
La dosis de adhesivo a aplicar es de 1,7 +/- 0,1 kg/m2, excepto para capas de
rodadura de mezclas asfálticas drenantes, para este caso la dosis a aplicar es de 2,1
+/- 0,1 kg/m2. Es preciso señalar, que las dosis definitivas a aplicar se determinan a
través de la confección de tramos de prueba.
Los requisitos que debe cumplir el adhesivo en cuestión, se observan en la
tabla B.1-1 a continuación.
Tabla B.1-1: Requisitos Adhesivo Resina Poliuretano
Composición Resina Base Mezcla de polioles ramificados, con Agrupación de éteres y ésteres combinados con prepolímeros y aditivos.
Composición Activador Endurecedor de poliisocianato, consistente en diisocianato de difenilmetano.
Temperatura Ambiente: 5°C - 35°C.
Temperatura Pavimento:
5°C – 60°C. Solo puede efectuarse cuando la T° supere al menos 3°C la temperatura del punto de rocío, Calculada de acuerdo a Tabla 5.704.305.A de la sección 5.704 del MC-V5
Humedad Relativa Menor a 90%
Densidad Base: 1,13 g/cm
3
Activador: 1,23 g/cm3
Contenido No volátil 100%
Adherencia al Acero Superior a 15 MPa.
Resistencia a la Tracción Superior a 14 MPa.
Elongación a la rotura Mayor al 45%
Color Base: Gris Activador: Marrón.
Tiempo de curado 1,5 a 4 h (Según Temp. y Humedad)
Tiempo útil de trabajo 15 a 40 min. (Según Temp. y Humedad)
Fuente: Colorvial Chile, Elaboración Propia.
173
Árido Sintético:
El árido sintético bauxita calcinada no puede tener una humedad total mayor al
0,5%. Para la aplicación, el árido se esparcirá a razón de 10 kg/m2, de los cuales
quedan adheridos entre 6 y 8 kg/m2, dependiendo de la macrotextura y de la textura
superficial de la carpeta de rodadura. Los requisitos mínimos del árido sintético se
aprecian en la siguiente tabla:
Tabla B.1-2: Requisitos Árido Bauxita Calcinada.
Granulometría: +1,40 – 3,55 mm.
% Pasa (Tamiz N°6 ASTM): % Pasa ( Tamiz N°165 ASTM):
< 5% retenido en el tamiz 3,35 mm < 5% pasa por el tamiz 1,18 mm
Coef. Pulimento Acelerado (CPA): Superior a 70
Coef. Abrasión del Árido (AAV): Inferior a 4
Humedad total: Inferior al 5%
Densidad: Superior a 2,6 g/cm3
% Al2O3: Superior a 80
% Fe2O3: Inferior a 4
Temperatura de Calcinación (Tc): Superior a 1500°C
Fuente: Colorvial Chile, Elaboración Propia.
Ensayo de prestaciones
El SSAF aplicada sobre pavimentos de asfalto debe satisfacer las siguientes
prestaciones de desgaste según tabla B.1-3 ensayadas en laboratorios y certificadas
por las distintas normativas mencionadas anteriormente.
174
Tabla B.1-3: Ensayo de prestaciones de desgaste
Ensayo de desgaste “Wear Test” – Método “TRL Report 176, Apéndice H.
Inicial Textura Superficial CRD
≥ 1,4 mm ≥ 65
Luego de 100.000 ciclos Textura Superficial CRD EI (Ind. Erosión)
≥ 1,2 mm ≥ 70 ≤ 3
Ensayo de desgaste “Scuffing Test” a 45°- Método “ TRL Reporte 176, Apéndice G
Inicial Textura Superficial CRD
≥ 1,4 mm ≥ 65
Luego de 500 ciclos Textura Superficial EI (Ind. Erosión)
≥ 1,2 mm ≤ 3
Después de envejecimiento durante 112 días a 70 ±3°C, tras 500 ciclos:
Textura Superficial EI (Ind. Erosión)
≥ 1,2 mm ≤ 5
Fuente: www.colorvial.com, Elaboración Propia.
Además, el SSAF debe satisfacer los ensayos de resistencia al Hielo/Deshielo,
Resistencia al Petróleo y Expansión Térmica con la finalidad de obtener resultados
deseados calculados bajo las especificaciones técnicas del Reporte TRL 176:1997.
Cuando la superficie de alta fricción sea pigmentada, el sistema deberá
satisfacer las siguientes prestaciones adicionales:
Tabla B.1-4: Prestaciones Adicionales
Ensayos Variación
Total Color
Desgaste “Wear Test”
Después de 10.000 ciclos Después de 100.000 Ciclos
≤10 ≤12,5
Desgaste “Scuffing Test”. Durante 9 minutos y luego de 24 horas de aplicación de petróleo.
≤ 15
Resistencia a la Niebla Salina. Exposición durante 500 h a 35°C ≤ 1.5
Resistencia a la Radiación Ultravioleta UV-A
2000 h en ciclos de 4 h QUV-A- 45°C/ 4h condensación a 50°C
≤ 10
Fuente: Elaboración propia, Adaptación de www.stopsl.com
175
C. DATOS Y RESULTADOS OBTENIDOS EN PROGRAMA BISAR 3.0.
A continuación, se logran apreciar los resultados (deformaciones, deflexiones y esfuerzos) obtenidos con la ayuda
del programa Bisar 3.0 para las distintas configuraciones de pavimentos.
a. Mezcla Asfáltica de Alto Módulo sin SSAF.
Tabla 6.2-1: Datos entrada en Bisar 3.0 configuración estructural del tipo Mezcla asfáltica de Alto Módulo sin SSAF
Layer Number
Thickness (m)
Modulus Elasticity (MPa)
Poisson's Ratio
Load Number
Vertical Load (kN)
Vertical Stress(MPa)
Horz. (Shear) Load(kN)
Horz. (Shear) stress(MPa)
Radius (m)
X-Coordinate (m)
Y-Coordinate (m)
Shear Angle (Degrees)
1 0,050 8,540E+03 0,30 1 2,000E+01 5,200E-01 0,000E+00 0,000E+00 1,106E-01 0,000E+00 -1,750E-01 0,000E+00
2 0,050 5,830E+03 0,35 2 2,000E+01 5,200E-01 0,000E+00 0,000E+00 1,106E-01 0,000E+00 1,750E-01 0,000E+00
3 0,050 6,310E+03 0,25
4 0,150 4,340E+02 0,35
5 0,200 2,170E+02 0,35
6 1,000E+02 0,40
Tabla C.16.2-2: Cálculos realizados por programa Bisar 3.0
Position Number
Layer Number
X-Coordinate (m)
Y-Coordinate (m)
Depth (m)
Stress XX (MPa)
Stress YY (MPa)
Stress ZZ (MPa)
Strain XX µstrain
Strain YY µstrain
Strain ZZ µstrain
Displacement UX(µm)
Displacement UY(µm)
Displacement UZ(µm)
1 1 0,000E+00 0,000E+00 0,000E+00 -8,807E-01 -4,371E-01 0,000E+00 -8,777E+01 -2,025E+01 4,629E+01 0,000E+00 0,000E+00 2,607E+02
2 1 0,000E+00 0,000E+00 2,500E-02 -5,562E-01 -4,252E-01 -6,520E-03 -4,996E+01 -3,003E+01 3,371E+01 0,000E+00 0,000E+00 2,617E+02
3 1 0,000E+00 0,000E+00 5,000E-02 -2,542E-01 -3,429E-01 -2,716E-02 -1,677E+01 -3,027E+01 1,780E+01 0,000E+00 0,000E+00 2,623E+02
4 2 0,000E+00 0,000E+00 5,000E-02 -1,964E-01 -2,547E-01 -2,716E-02 -1,677E+01 -3,026E+01 2,242E+01 0,000E+00 0,000E+00 2,623E+02
5 2 0,000E+00 0,000E+00 1,000E-01 1,811E-01 5,302E-02 -5,916E-02 3,144E+01 1,772E+00 -2,420E+01 0,000E+00 0,000E+00 2,623E+02
6 3 0,000E+00 0,000E+00 1,500E-01 6,288E-01 2,741E-01 -6,631E-02 9,142E+01 2,116E+01 -4,628E+01 0,000E+00 0,000E+00 2,606E+02
7 4 0,000E+00 0,000E+00 3,000E-01 4,039E-02 3,040E-02 -3,808E-02 9,925E+01 6,820E+01 -1,448E+02 0,000E+00 0,000E+00 2,385E+02
8 5 0,000E+00 0,000E+00 5,000E-01 1,811E-02 1,594E-02 -2,064E-02 9,103E+01 7,756E+01 -1,500E+02 0,000E+00 0,000E+00 2,054E+02
9 6 0,000E+00 0,000E+00 5,000E-01 7,689E-04 -1,930E-04 -2,064E-02 9,103E+01 7,756E+01 -2,087E+02 0,000E+00 0,000E+00 2,054E+02
10 1 0,000E+00 -1,750E-01 0,000E+00 -1,260E+00 -1,087E+00 -5,200E-01 -9,106E+01 -6,480E+01 2,156E+01 0,000E+00 8,103E+00 2,596E+02
11 1 0,000E+00 -1,750E-01 2,500E-02 -7,443E-01 -6,431E-01 -4,962E-01 -4,713E+01 -3,173E+01 -9,367E+00 0,000E+00 5,287E+00 2,597E+02
12 1 0,000E+00 -1,750E-01 5,000E-02 -2,900E-01 -2,534E-01 -4,254E-01 -1,011E+01 -4,535E+00 -3,073E+01 0,000E+00 2,590E+00 2,592E+02
13 2 0,000E+00 -1,750E-01 5,000E-02 -3,068E-01 -2,827E-01 -4,254E-01 -1,011E+01 -4,535E+00 -3,758E+01 0,000E+00 2,590E+00 2,592E+02
14 2 0,000E+00 -1,750E-01 1,000E-01 1,618E-01 1,168E-01 -2,182E-01 3,384E+01 2,342E+01 -5,415E+01 0,000E+00 -2,367E+00 2,569E+02
15 3 0,000E+00 -1,750E-01 1,500E-01 7,120E-01 5,632E-01 -8,371E-02 9,384E+01 6,437E+01 -6,379E+01 0,000E+00 -7,630E+00 2,543E+02
16 4 0,000E+00 -1,750E-01 3,000E-01 3,801E-02 2,919E-02 -3,621E-02 9,325E+01 6,580E+01 -1,376E+02 0,000E+00 -1,198E+01 2,306E+02
17 5 0,000E+00 -1,750E-01 5,000E-01 1,691E-02 1,402E-02 -1,931E-02 8,645E+01 6,851E+01 -1,389E+02 0,000E+00 -1,305E+01 1,998E+02
18 6 0,000E+00 -1,750E-01 5,000E-01 6,787E-04 -6,031E-04 -1,931E-02 8,645E+01 6,851E+01 -1,934E+02 0,000E+00 -1,305E+01 1,998E+02
176
b. Mezcla Asfáltica de Alto Módulo con SSAF.
Tabla 6.2-3: Datos entrada en Bisar 3.0 configuración estructural del tipo Mezcla asfáltica de Alto Módulo con SSAF
Layer Number
Thickness (m)
Modulus elasticity(MPa)
Poisson's Ratio
Load Number
Vertical Load(kN)
Vertical Stress(MPa)
Horz. (Shear) Load(kN)
Horz. (Shear) Stress(MPa)
Radius (m)
X-Coordinate(m) Y-Coordinate (m)
Shear Angle (Degrees)
1 0,005 3,200E+01 0,45 1 2,000E+01 5,200E-01 0,000E+00 0,000E+00 1,106E-01 0,000E+00 -1,750E-01 0,000E+00
2 0,050 8,540E+03 0,30 2 2,000E+01 5,200E-01 0,000E+00 0,000E+00 1,106E-01 0,000E+00 1,750E-01 0,000E+00
3 0,050 5,830E+03 0,35
4 0,050 6,310E+03 0,25
5 0,150 4,340E+02 0,35
6 0,200 2,170E+02 0,35
7 1,000E+02 0,40
Tabla 6.2-4: Cálculos realizados por programa Bisar 3.0
Position Number
Layer Number
X-Coordinate(m)
Y-Coordinate (m)
Depth (m)
Stress XX (MPa)
Stress YY (MPa)
StressZZ(MPa) Strain XX µstrain
Strain YY µstrain
Strain ZZ µstrain
Displacement UX(µm)
Displacement UY(µm)
Displacement UZ(µm)
1 2 0,000E+00 0,000E+00 5,000E-03 -8,592E-01 -4,949E-01 -5,708E-04 -8,320E+01 -2,775E+01 4,750E+01 0,000E+00 0,000E+00 2,597E+02
2 2 0,000E+00 0,000E+00 3,000E-02 -5,386E-01 -4,565E-01 -1,544E-02 -4,649E+01 -3,399E+01 3,315E+01 0,000E+00 0,000E+00 2,607E+02
3 2 0,000E+00 0,000E+00 5,500E-02 -2,406E-01 -3,460E-01 -4,035E-02 -1,460E+01 -3,065E+01 1,588E+01 0,000E+00 0,000E+00 2,613E+02
4 3 0,000E+00 0,000E+00 5,501E-02 -1,892E-01 -2,587E-01 -4,042E-02 -1,450E+01 -3,059E+01 1,996E+01 0,000E+00 0,000E+00 2,613E+02
5 3 0,000E+00 0,000E+00 1,050E-01 1,816E-01 5,778E-02 -6,472E-02 3,156E+01 2,894E+00 -2,547E+01 0,000E+00 0,000E+00 2,612E+02
6 4 0,000E+00 0,000E+00 1,550E-01 6,210E-01 2,883E-01 -6,607E-02 8,961E+01 2,371E+01 -4,650E+01 0,000E+00 0,000E+00 2,595E+02
7 5 0,000E+00 0,000E+00 3,050E-01 3,983E-02 3,031E-02 -3,766E-02 9,769E+01 6,808E+01 -1,433E+02 0,000E+00 0,000E+00 2,376E+02
8 6 0,000E+00 0,000E+00 5,050E-01 1,792E-02 1,581E-02 -2,048E-02 9,009E+01 7,702E+01 -1,488E+02 0,000E+00 0,000E+00 2,047E+02
9 7 0,000E+00 0,000E+00 5,050E-01 7,384E-04 -1,955E-04 -2,048E-02 9,009E+01 7,702E+01 -2,070E+02 0,000E+00 0,000E+00 2,047E+02
10 2 0,000E+00 -1,750E-01 5,000E-03 -1,182E+00 -1,016E+00 -5,199E-01 -8,441E+01 -5,921E+01 1,633E+01 0,000E+00 7,954E+00 2,582E+02
11 2 0,000E+00 -1,750E-01 3,000E-02 -6,833E-01 -5,877E-01 -4,901E-01 -4,215E+01 -2,759E+01 -1,274E+01 0,000E+00 5,164E+00 2,582E+02
12 2 0,000E+00 -1,750E-01 5,500E-02 -2,513E-01 -2,187E-01 -4,115E-01 -7,287E+00 -2,323E+00 -3,168E+01 0,000E+00 2,495E+00 2,576E+02
13 3 0,000E+00 -1,750E-01 5,501E-02 -2,745E-01 -2,531E-01 -4,112E-01 -7,195E+00 -2,257E+00 -3,885E+01 0,000E+00 2,485E+00 2,576E+02
14 3 0,000E+00 -1,750E-01 1,050E-01 1,657E-01 1,203E-01 -2,070E-01 3,363E+01 2,312E+01 -5,268E+01 0,000E+00 -2,403E+00 2,553E+02
15 4 0,000E+00 -1,750E-01 1,550E-01 6,890E-01 5,422E-01 -8,072E-02 9,090E+01 6,182E+01 -6,157E+01 0,000E+00 -7,612E+00 2,528E+02
16 5 0,000E+00 -1,750E-01 3,050E-01 3,740E-02 2,877E-02 -3,565E-02 9,171E+01 6,487E+01 -1,355E+02 0,000E+00 -1,189E+01 2,297E+02
17 6 0,000E+00 -1,750E-01 5,050E-01 1,673E-02 1,391E-02 -1,917E-02 8,560E+01 6,801E+01 -1,378E+02 0,000E+00 -1,296E+01 1,992E+02
18 7 0,000E+00 -1,750E-01 5,050E-01 6,510E-04 -6,052E-04 -1,917E-02 8,560E+01 6,801E+01 -1,919E+02 0,000E+00 -1,296E+01 1,992E+02
177
c. Concreto Asfáltico sin SSAF.
Tabla 6.2-5: Datos entrada en Bisar 3.0 configuración estructural del tipo Concreto Asfáltico con SSAF
Layer Number
Thickness (m)
Modulus Elasticity(MPa)
Poisson's Ratio
Load Number
Vertical Load (kN)
Vertical Stress (MPa)
Horz. (Shear) Load(kN)
Horz. (Shear) Stress(MPa)
Radius (m)
X-Coordinate (m)
Y-Coordinate (m)
Shear Angle (Degrees)
1 0,060 5,260E+03 0,35 1 2,000E+01 5,200E-01 0,000E+00 0,000E+00 1,106E-01 0,000E+00 -1,750E-01 0,000E+00
2 0,080 3,290E+03 0,35 2 2,000E+01 5,200E-01 0,000E+00 0,000E+00 1,106E-01 0,000E+00 1,750E-01 0,000E+00
3 0,150 4,340E+02 0,35
4 0,200 2,170E+02 0,35
5 1,000E+02 0,40
Tabla 6.2-6: Cálculos realizados por programa Bisar 3.0
Position Number
Layer Number
X-Coordinate
(m)
Y-Coordinate
(m)
Depth (m)
Stress XX (MPa)
Stress YY (MPa)
Stress ZZ (MPa)
Strain XX µstrain
Strain YY µstrain
Strain ZZ µstrain
Displacement UX(µm)
Displacement UY(µm)
Displacement UZ(µm)
1 1 0,000E+00 0,000E+00 0,000E+00 -7,450E-01 -3,419E-01 0,000E+00 -1,189E+02 -1,543E+01 7,232E+01 0,000E+00 0,000E+00 2,921E+02
2 1 0,000E+00 0,000E+00 3,000E-02 -4,031E-01 -3,476E-01 -1,458E-02 -5,254E+01 -3,829E+01 4,718E+01 0,000E+00 0,000E+00 2,939E+02
3 1 0,000E+00 0,000E+00 6,000E-02 -8,432E-02 -2,547E-01 -5,024E-02 4,261E+00 -3,947E+01 1,301E+01 0,000E+00 0,000E+00 2,948E+02
4 2 0,000E+00 0,000E+00 6,000E-02 -6,287E-02 -1,694E-01 -5,024E-02 4,261E+00 -3,947E+01 9,445E+00 0,000E+00 0,000E+00 2,948E+02
5 2 0,000E+00 0,000E+00 1,400E-01 4,293E-01 1,553E-01 -8,495E-02 1,230E+02 1,058E+01 -8,802E+01 0,000E+00 0,000E+00 2,915E+02
6 3 0,000E+00 0,000E+00 2,900E-01 5,151E-02 3,608E-02 -4,803E-02 1,283E+02 8,034E+01 -1,813E+02 0,000E+00 0,000E+00 2,637E+02
7 4 0,000E+00 0,000E+00 4,900E-01 2,242E-02 1,928E-02 -2,458E-02 1,119E+02 9,232E+01 -1,805E+02 0,000E+00 0,000E+00 2,231E+02
8 5 0,000E+00 0,000E+00 4,901E-01 1,324E-03 -7,104E-05 -2,458E-02 1,118E+02 9,230E+01 -2,508E+02 0,000E+00 0,000E+00 2,231E+02
9 1 0,000E+00 1,750E-01 0,000E+00 -1,219E+00 -1,076E+00 -5,200E-01 -1,256E+02 -8,887E+01 5,390E+01 0,000E+00 -9,906E+00 2,940E+02
10 1 0,000E+00 1,750E-01 3,000E-02 -6,047E-01 -5,381E-01 -4,790E-01 -4,729E+01 -3,018E+01 -1,503E+01 0,000E+00 -5,565E+00 2,945E+02
11 1 0,000E+00 1,750E-01 6,000E-02 -7,490E-02 -7,753E-02 -3,744E-01 1,583E+01 1,516E+01 -6,104E+01 0,000E+00 -1,419E+00 2,933E+02
12 2 0,000E+00 1,750E-01 6,000E-02 -1,224E-01 -1,240E-01 -3,744E-01 1,583E+01 1,516E+01 -8,760E+01 0,000E+00 -1,419E+00 2,933E+02
13 2 0,000E+00 1,750E-01 1,400E-01 5,378E-01 4,367E-01 -1,175E-01 1,295E+02 8,804E+01 -1,394E+02 0,000E+00 8,804E+00 2,850E+02
14 3 0,000E+00 1,750E-01 2,900E-01 4,856E-02 3,592E-02 -4,606E-02 1,201E+02 8,075E+01 -1,743E+02 0,000E+00 1,441E+01 2,538E+02
15 4 0,000E+00 1,750E-01 4,900E-01 2,078E-02 1,678E-02 -2,282E-02 1,055E+02 8,061E+01 -1,657E+02 0,000E+00 1,548E+01 2,160E+02
16 5 0,000E+00 1,750E-01 4,901E-01 1,186E-03 -5,922E-04 -2,281E-02 1,055E+02 8,059E+01 -2,305E+02 0,000E+00 1,548E+01 2,160E+02
178
d. Concreto Asfáltico con SSAF.
Tabla 6.2-7: Datos entrada en Bisar 3.0 configuración estructural del tipo Concreto Asfáltico sin SSAF
Layer Number
Thickness (m)
Modulus Elasticity (MPa)
Poisson's Ratio
Load Number
Vertical Load (kN)
Vertical Stress (MPa)
Horz. (Shear) Load (kN)
Horz. (Shear) Stress (MPa)
Radius (m)
X-Coordinate (m)
Y-Coordinate (m)
Shear Angle (Degrees)
1 0,005 3,200E+01 0,45 1 2,000E+01 5,200E-01 0,000E+00 0,000E+00 1,106E-01 0,000E+00 -1,750E-01 0,000E+00
2 0,060 5,260E+03 0,35 2 2,000E+01 5,200E-01 0,000E+00 0,000E+00 1,106E-01 0,000E+00 1,750E-01 0,000E+00
3 0,080 3,290E+03 0,35
4 0,150 4,340E+02 0,35
5 0,200 2,170E+02 0,35
6 1,000E+02 0,40
Tabla 6.2-8: Cálculos realizados por programa Bisar 3.0
Position Number
Layer Number
X-Coordinate (m)
Y-Coordinate (m)
Depth (m)
Stress XX (MPa)
Stress YY (MPa)
Stress ZZ (MPa)
Strain XX µstrain
Strain YY µstrain
Strain ZZ µstrain
Displacement UX (µm)
Displacement UY (µm)
Displacement UZ (µm)
1 2 0,000E+00 0,000E+00 5,000E-03 -7,286E-01 -4,016E-01 -5,756E-04 -1,118E+02 -2,782E+01 7,509E+01 0,000E+00 0,000E+00 2,909E+02
2 2 0,000E+00 0,000E+00 3,500E-02 -3,897E-01 -3,723E-01 -2,453E-02 -4,768E+01 -4,322E+01 4,604E+01 0,000E+00 0,000E+00 2,928E+02
3 2 0,000E+00 0,000E+00 6,500E-02 -7,462E-02 -2,491E-01 -6,126E-02 6,469E+00 -3,833E+01 9,897E+00 0,000E+00 0,000E+00 2,936E+02
4 3 0,000E+00 0,000E+00 6,500E-02 -5,839E-02 -1,679E-01 -6,135E-02 6,642E+00 -3,831E+01 5,431E+00 0,000E+00 0,000E+00 2,936E+02
5 3 0,000E+00 0,000E+00 1,450E-01 4,262E-01 1,692E-01 -8,491E-02 1,206E+02 1,511E+01 -8,914E+01 0,000E+00 0,000E+00 2,900E+02
6 4 0,000E+00 0,000E+00 2,950E-01 5,074E-02 3,607E-02 -4,744E-02 1,261E+02 8,045E+01 -1,793E+02 0,000E+00 0,000E+00 2,624E+02
7 5 0,000E+00 0,000E+00 4,950E-01 2,214E-02 1,910E-02 -2,437E-02 1,105E+02 9,161E+01 -1,788E+02 0,000E+00 0,000E+00 2,223E+02
8 6 0,000E+00 0,000E+00 4,951E-01 1,279E-03 -6,568E-05 -2,430E-02 1,103E+02 9,145E+01 -2,479E+02 0,000E+00 0,000E+00 2,220E+02
9 2 0,000E+00 -1,750E-01 5,000E-03 -1,136E+00 -9,985E-01 -5,199E-01 -1,149E+02 -7,967E+01 4,317E+01 0,000E+00 9,696E+00 2,920E+02
10 2 0,000E+00 -1,750E-01 3,500E-02 -5,467E-01 -4,847E-01 -4,717E-01 -4,031E+01 -2,437E+01 -2,104E+01 0,000E+00 5,394E+00 2,922E+02
11 2 0,000E+00 -1,750E-01 6,500E-02 -4,889E-02 -5,428E-02 -3,606E-01 1,831E+01 1,693E+01 -6,168E+01 0,000E+00 1,302E+00 2,910E+02
12 3 0,000E+00 -1,750E-01 6,500E-02 -1,022E-01 -1,057E-01 -3,602E-01 1,848E+01 1,705E+01 -8,734E+01 0,000E+00 1,289E+00 2,910E+02
13 3 0,000E+00 -1,750E-01 1,450E-01 5,189E-01 4,188E-01 -1,128E-01 1,252E+02 8,410E+01 -1,340E+02 0,000E+00 -8,817E+00 2,829E+02
14 4 0,000E+00 -1,750E-01 2,950E-01 4,767E-02 3,532E-02 -4,521E-02 1,178E+02 7,939E+01 -1,711E+02 0,000E+00 -1,431E+01 2,525E+02
15 5 0,000E+00 -1,750E-01 4,950E-01 2,054E-02 1,662E-02 -2,262E-02 1,043E+02 7,994E+01 -1,642E+02 0,000E+00 -1,536E+01 2,153E+02
16 6 0,000E+00 -1,750E-01 4,951E-01 1,145E-03 -5,880E-04 -2,257E-02 1,041E+02 7,981E+01 -2,279E+02 0,000E+00 -1,533E+01 2,150E+02
179
e. Tratamiento Superficial Doble sin SSAF.
Tabla 6.2-9: Datos entrada en Bisar 3.0 configuración estructural del tipo Tratamiento Superficial Doble sin SSAF
Layer Number
Thickness (m)
Modulus Elasticity (MPa)
Poisson's Ratio
Load Number
Vertical Load (kN)
Vertical Stress (MPa)
Horz. (Shear) Load (kN)
Horz. (Shear) Stress (MPa)
Radius (m)
X-Coordinate (m)
Y-Coordinate (m)
Shear Angle (Degrees)
1 0,200 2,720E+02 0,35 1 2,000E+01 5,200E-01 0,000E+00 0,000E+00 1,106E-01 0,000E+00 -1,750E-01 0,000E+00
2 0,250 2,720E+02 0,35 2 2,000E+01 5,200E-01 0,000E+00 0,000E+00 1,106E-01 0,000E+00 1,750E-01 0,000E+00
3 8,700E+01 0,40
Tabla 6.2-10: Cálculos realizados por programa Bisar 3.0.
Position Number
Layer Number
X-Coordinate (m)
Y-Coordinate (m)
Depth (m)
Stress XX (MPa)
Stress YY (MPa)
Stress ZZ (MPa)
Strain XX µstrain
Strain YY µstrain
Strain ZZ µstrain
Displacement UX (µm)
Displacement UY (µm)
Displacement UZ (µm)
1 1 0,000E+00 0,000E+00 0,000E+00 -9,673E-02 3,050E-02 0,000E+00 -3,949E+02 2,366E+02 8,522E+01 0,000E+00 0,000E+00 4,496E+02
2 1 0,000E+00 0,000E+00 1,000E-01 -3,629E-02 -1,447E-01 -9,856E-02 1,796E+02 -3,584E+02 -1,295E+02 0,000E+00 0,000E+00 4,588E+02
3 1 0,000E+00 0,000E+00 2,000E-01 -2,977E-03 -5,633E-02 -1,154E-01 2,100E+02 -5,478E+01 -3,479E+02 0,000E+00 0,000E+00 4,311E+02
4 2 0,000E+00 0,000E+00 2,000E-01 -2,977E-03 -5,633E-02 -1,154E-01 2,100E+02 -5,478E+01 -3,479E+02 0,000E+00 0,000E+00 4,311E+02
5 2 0,000E+00 0,000E+00 4,500E-01 6,228E-02 4,729E-02 -4,433E-02 2,251E+02 1,508E+02 -3,040E+02 0,000E+00 0,000E+00 3,526E+02
6 3 0,000E+00 0,000E+00 4,500E-01 1,101E-05 -4,611E-03 -4,433E-02 2,251E+02 1,508E+02 -4,884E+02 0,000E+00 0,000E+00 3,526E+02
7 1 0,000E+00 -1,750E-01 0,000E+00 -4,816E-01 -4,624E-01 -5,200E-01 -5,065E+02 -4,110E+02 -6,971E+02 0,000E+00 2,569E+01 6,247E+02
8 1 0,000E+00 -1,750E-01 1,000E-01 -6,831E-02 -7,627E-02 -3,626E-01 3,136E+02 2,740E+02 -1,147E+03 0,000E+00 4,129E+00 5,104E+02
9 1 0,000E+00 -1,750E-01 2,000E-01 -4,456E-03 -1,986E-02 -1,716E-01 2,300E+02 1,536E+02 -5,997E+02 0,000E+00 -8,201E+00 4,253E+02
10 2 0,000E+00 -1,750E-01 2,000E-01 -4,458E-03 -1,986E-02 -1,716E-01 2,300E+02 1,536E+02 -5,997E+02 0,000E+00 -8,200E+00 4,253E+02
11 2 0,000E+00 -1,750E-01 4,500E-01 5,703E-02 4,247E-02 -4,084E-02 2,076E+02 1,353E+02 -2,782E+02 0,000E+00 -2,572E+01 3,364E+02
12 3 0,000E+00 -1,750E-01 4,500E-01 -1,222E-04 -4,613E-03 -4,084E-02 2,076E+02 1,353E+02 -4,477E+02 0,000E+00 -2,572E+01 3,364E+02
180
f. Tratamiento Superficial Doble con SSAF.
Tabla 6.2-11: Datos entrada en Bisar 3.0 configuración estructural del tipo Tratamiento Superficial Doble con SSAF
Layer Number
Thickness (m)
Modulus Elasticity (MPa)
Poisson's Ratio
Load Number
Vertical Load (kN)
Vertical Stress (MPa)
Horz.(Shear) Load (kN)
Horz.(Shear) Stress (MPa)
Radius (m)
X-Coordinate (m)
Y-Coordinate (m)
Shear Angle (Degrees)
1 0,005 3,200E+01 0,45 1 2,000E+01 5,200E-01 0,000E+00 0,000E+00 1,106E-01 0,000E+00 -1,750E-01 0,000E+00
2 0,200 2,720E+02 0,35 2 2,000E+01 5,200E-01 0,000E+00 0,000E+00 1,106E-01 0,000E+00 1,750E-01 0,000E+00
3 0,250 2,720E+02 0,35
4 8,700E+01 0,40
Tabla 6.2-12: Cálculos realizados por programa Bisar 3.0.
Position Layer Number
X-Coordinate (m)
Y-Coordinate (m)
Depth (m)
Stress XX (MPa)
Stress YY (MPa)
Stress ZZ (MPa)
Strain XX µstrain
Strain YY µstrain
Strain ZZ µstrain
Displacement UX (µm)
Displacement UY (µm)
Displacement UZ (µm)
1 2 0,000E+00 0,000E+00 5,000E-03 -9,363E-02 -2,720E-02 -6,482E-04 -3,084E+02 2,132E+01 1,531E+02 0,000E+00 0,000E+00 4,487E+02
2 2 0,000E+00 0,000E+00 1,050E-01 -3,313E-02 -1,367E-01 -1,068E-01 1,915E+02 -3,224E+02 -1,742E+02 0,000E+00 0,000E+00 4,554E+02
3 2 0,000E+00 0,000E+00 2,050E-01 -2,182E-03 -5,138E-02 -1,142E-01 2,051E+02 -3,915E+01 -3,509E+02 0,000E+00 0,000E+00 4,257E+02
4 3 0,000E+00 0,000E+00 2,051E-01 -2,160E-03 -5,132E-02 -1,142E-01 2,050E+02 -3,898E+01 -3,510E+02 0,000E+00 0,000E+00 4,256E+02
5 3 0,000E+00 0,000E+00 4,550E-01 6,062E-02 4,656E-02 -4,328E-02 2,186E+02 1,488E+02 -2,970E+02 0,000E+00 0,000E+00 3,484E+02
6 4 0,000E+00 0,000E+00 4,550E-01 -3,907E-05 -4,377E-03 -4,328E-02 2,186E+02 1,488E+02 -4,771E+02 0,000E+00 0,000E+00 3,484E+02
7 2 0,000E+00 -1,750E-01 5,000E-03 -4,222E-01 -4,059E-01 -5,198E-01 -3,610E+02 -2,801E+02 -8,456E+02 0,000E+00 2,381E+01 6,152E+02
8 2 0,000E+00 -1,750E-01 1,050E-01 -5,653E-02 -6,599E-02 -3,384E-01 3,125E+02 2,655E+02 -1,086E+03 0,000E+00 2,877E+00 4,976E+02
9 2 0,000E+00 -1,750E-01 2,050E-01 -3,314E-03 -1,871E-02 -1,612E-01 2,193E+02 1,429E+02 -5,642E+02 0,000E+00 -8,659E+00 4,177E+02
10 3 0,000E+00 -1,750E-01 2,051E-01 -3,291E-03 -1,868E-02 -1,611E-01 2,192E+02 1,428E+02 -5,639E+02 0,000E+00 -8,666E+00 4,177E+02
11 3 0,000E+00 -1,750E-01 4,550E-01 5,544E-02 4,148E-02 -3,981E-02 2,017E+02 1,324E+02 -2,711E+02 0,000E+00 -2,529E+01 3,325E+02
12 4 0,000E+00 -1,750E-01 4,550E-01 -1,663E-04 -4,473E-03 -3,981E-02 2,017E+02 1,324E+02 -4,362E+02 0,000E+00 -2,529E+01 3,325E+02