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Hoja 19 15-11-07

8. DIAGNÓSTICO DEL PAVIMENTO

El diagnóstico de la estructura de pavimento del corredor en estudio, se estableció a partir de su

evaluación, desde la perspectiva del estado superficial y del estado mecánico, de acuerdo con

las siguientes actividades:

8.1 EVALUACIÓN DEL ESTADO SUPERFICIAL

Permite calificar las fallas de acuerdo con el tipo, severidad y extensión de las mismas y

determinar la influencia del perfil longitudinal de la vía en la calidad de la rodadura. Su

determinación involucra:

a. Inventario de Daños: Este procedimiento determina las características superficiales de la

estructura de pavimento, mediante una observación visual y registro detallado del tipo,

extensión y severidad de los daños que la misma evidencia, a partir de las definiciones

establecidas en el Manual de Diagnóstico del IDU. Este inventario se registró para cada uno

de los segmentos del corredor, que fueron identificados mediante el ((-ID, a partir de los

daños registrados en la Tabla 3. Los resultados se presentan en el ANEXO 2.

TABLA 3. IDENTIFICACIÓN DEL TIpo DE FALLOS - IDU

1 Losas Subdivididas 10 Fisuramiento Longitudinal

2 Dislocamiento 11 Fisuramiento Transversal

3 Fisura Longitudinal 12 Desgaste Superficial

4 Fisura Transversal 13 Ahuellamiento

5 Fisura Diagonal y de Esquina 14 Exudación

6 Deficiencias material Sello 15 Corrugaciones y Desplazamiento

7 Bache - Desintegración Total 16 Piel de Cocodrilo

8 Desgaste Superficial 17 Baches

9 Desportillamiento 18 Hundimiento

19 Fisuras en Bloque

Fuente: Manual de Diagnóstico de !DU. Contrato Idu 092 de 2005

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b. Medición del Índice de Rugosidad Internacional - IRI: Determina las variaciones relativas del

perfil longitudinal de cada uno de los segmentos del corredor. La medición se realizó con el

rugosímetro MERLIN, previa verificación de su estado de calibración. Su cuantificación es

uno de los factores principales para determinar el nivel de servicio, así como también para

establecer los criterios básicos para la definición de sectores homogéneos, y para la

planificación del mantenimiento vial y los costos de operación. Los resultados se presentan

en las matrices de Diagnóstico e Intervención del Corredor Vial (Numeral 8.4, del presente

documento).

c. Determinación de la Condición Superficial del Pavimento: Para cada uno de los segmentos

del corredor vial se determinó la condición Global del Pavimento, en función de la

Metodología PAVER, desarrollada por el Cuerpo de Ingenieros de los Estados Unidos. Esta

metodología se fundamenta en establecer un valor deducible (Pn), para cada tipo de falla

según el porcentaje de daño y su severidad, que luego, mediante una expresión matemática

sencilla, permite calcular el valor del MOR (Modified Distress Ratio) o condición de falla del

pavimento por segmento. Para obtener los valores de Pn, se emplean las gráficas calibradas

por TNM en el Documento Maestro de Inventario y Diagnóstico Vial IDU-2000, para cada

tipo de daño, según su severidad y extensión. Una vez se cuenta con la información del MDR

y con base en el Índice de Rugosidad Internacional (IRI) se obtiene el Overall Pavement

Index (OPI), el cual permite clasificar el desempeño funcional del pavimento. Las

expresiones utilizadas para el cálculo del MOR y OPI son las siguientes, y los resultados

obtenidos se presentan en las matrices de Diagnóstico e Intervención del Corredor Vial

(Numeral 8.4, del presente documento).

Cálculo del MDR:

MDR = 100 -j(fPn, 2)Donde:

MOR: Modified Distress Ratio, en español, índice de Fallas Superficiales, varía de O a

100, donde, O simboliza una vía completamente destruida y 100 una vía en

perfecto estado superficial, de acuerdo con lo presentado en la Tabla 4. Es

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posible que durante el desarrollo de los cálculos se encuentre un valor negativo

para el MOR pero por definición se debe adoptar un valor mínimo de cero (O)

TABLA 4. INTERVALOS DE MDR

Estado Superficial Intervalo MOR

Excelente 100 y 79

Bueno 78 y 59

Regular 58 y 40

Malo 39 y O

Fuente: Manual de Diagnóstico de !DU. Contrato ldu 092 de 2005

Pni: Peso de ponderación del daño. Se obtiene de las curvas del sistema PAVER,

calibradas por TNM.

Cálculo del OPL·

((Se (o 198-02611111) )JO'12

OFf =MDRxS

Donde:

OPI: Overall Pavement Index, en español, Índice de Condición Global del Pavimento.

Valor que permite calificar y clasificar la condición superficial de la estructura de

pavimento, en términos de serviciabilidad, movilidad, seguridad y comodidad. Se

tiene una valoración de OPI = O para pavimentos en pésimo estado y de 100 para

pavimentos en excelente estado.

MOR: Índice de fallas superficiales.

IRI: Índice de Rugosidad Internacional (m/km)

De acuerdo con los límites establecidos por el IDU sobre niveles aceptables de servicio, se

presenta en la Tabla 5 y la Tabla 6 los intervalos de IRI, MDR Y OPI, en relación a la

clasificación por color y al tipo de intervención, respectivamente.

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(

TABLA 5. INTERVALOS DE IRI, MOR, OPI y ALTERNATIVA DE INTERVENCIÓN

Intervalo Intervalo Intervalo Tipos de Intervenciónde IRI de MDR de OPI

0-6 79 - 97 70 - 100Mantenimiento RutinarioMantenimiento Periódico con un bajo nivel

7-9 40 -78 30 -70Mantenimiento RutinarioMantenimiento Periódico con un nivel medio a alto

> 10 0-39 0-30Rehabilitación y/o ConstrucciónMantenimiento Rutinario Posterior

FUENTE: MANUAL DE DIAGNOSTICO DEL IDU

TABLA 6. INTERVALOS DE IRI, MOR, OPI y CLASIFICACIÓN POR COLOR

Intervalo Intervalo Intervalo Calificación Clasificaciónde IRI de MDR deOPI

0-4 79-100 71-100 Excelente Verde

5-6 59-78 51-70 Bueno Amarillo

7-9 40-58 31-50 Regular Naranja

> 10 0-39 0-30 Malo Rojo

FUENTE: MANUAL DE DIAGNOSTICO DEL IDU

Conforme a la tabla anterior se presentan las siguientes definiciones:

:~ Mantenimiento Rutinario: Actividad tendiente a conservar la vida útil de la estructura de

pavimento. Constituye una práctica preventiva y comprende las siguientes actividades: sello

de fisuras, limpieza de drenajes (alcantarillas, pozos de inspección, sumideros), limpieza de

obras adyacentes, demarcación horizontal, limpieza de señales verticales.

tI Mantenimiento Periódico: Actividad tendiente a garantizar el período de vida útil de la

estructura de pavimento. Puede constituir una práctica preventiva ylo correctiva, comprende

las siguientes actividades: parcheo, bacheo, colocación de sobrecarpeta para mejorar~ -

regularidad superficial (sin aporte estructural).

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Rehabilitación: Actividad necesaria para recuperar las condiciones iniciales de soporte de

carga y de estado superficiales de la estructura de pavimento, así como su nivel de servicio

en términos de seguridad y comodidad. Constituye una práctica correctiva, comprende

actividades como: colocación de sobrecarpeta de refuerzo (con aporte estructural) y/o

técnicas alternativas como fresado y reciclado in situ, pudiéndose intervenir las capas

granulares superiores.

:-J Reconstrucción: Actividad que comprende la construcción de una estructura nueva a partir

de una existente, cuando ésta no es apta para las condiciones de servicio y seguridad

necesarios y la rehabilitación no es suficiente. Implica intervenciones profundas, incluyendo

el retiro y reconformación de las capas inferiores de la estructura de pavimento. La

estructura es nueva, pero los materiales no necesariamente.

.......... "

:~ Construcción: Ejecución de una estructura de pavimento nueva, sobre vías que por su

estado de deterioro se encuentran en afirmado, o que no existen. Este tipo de intervención

se considera además, cuando es necesario modificar el diseño geométrico de la sección

transversal existente.

8.2 EVALUACIÓN DEL ESTADO ESTRUCTURAL

Proporciona información detallada del estado del pavimento desde el punto de vista de su

respuesta mecánica, es decir, evalúa la capacidad de las capas que conforman el pavimento,

para soportar las solicitaciones externas, tales como cargas de tránsito y agentes de

intemperismo. Su determinación involucra:

a. Medición Deflectométrica: Es una medida de la respuesta elástica del conjunto pavimento-

subrasante frente a una determinada solicitación (acción de las cargas dinámicas o estáticas

de los vehículos). Las medidas obtenidas son función directa de la energía del impacto, de la

rigidez del conjunto de las capas estructurales, la temperatura ambiente y la temperatura del

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pavimento, a partir de esta información se determina el módulo equivalente de la estructura

(Ep), el número estructural efectivo (SNEfectivo)y las características de la subrasante (Módulo

Resiliente -MR). Esta medición se realizó con el equipo dinámico Falling Weight Deflectometer

(FWD), cada 50 m a lo largo de cada calzada. Los resultados se presentan en el ANEXO 3.

b. Determinación del SN: El SN efectivo, se obtiene por retrocálculo a partir de las deflexiones

medidas con FWD, empleando la Metodología descrita en la página III-96 del documento

Guide for Design of Pavement Structures - AASHTO 1993. Los resultados se exponen en el

ANEXO 3 Y en las Matrices de Diagnóstico e Intervención del Corredor Vial (Numeral 8.4, del

presente documento). Las expresiones empleadas para el cálculo son:

:~ Corrección por carga de las deflexiones: Dado que la reacción al aplicar la carga no

siempre es constante, se requiere la corrección por carga, respecto con la normalizada

que es de 40 KN. Esta corrección se realiza aplicando la siguiente ecuación:

Prdi = di x-

II Po

di: Deflexión del sensor i, corregida a la carga Pro

Deflexión del sensor i, medida en campo con la carga de aplicación Po.

Pr: Carga a la cual se normalizarán las mediciones.

Po: Carga (en KN) aplicada en las mediciones de campo.

tJ Corrección por temperatura de las deflexiones: Considerando el espesor promedio de

carpeta asfáltica y la temperatura a la que se realizaron las mediciones, se calcula el

factor que afecta las mediciones de deflexión, respecto con la temperatura normalizada

de 20 oc. Para la corrección se consideró el pavimento con base granular convencional, y

la siguiente expresión:

Df(T) = Factor (T) x Df(t)



Df(T): Deflexión corregida.

Factor (T): Factor de corrección según la AASHTO.

Df(t): Deflexión obtenida en campo.

Cálculo del Módulo Resiliente de la subrasante:

M . = C[0.24PJN !)/sci)o drr

MR: Modulo Resiliente de la subrasante, psi

C: La guía AASHTO recomienda un valor de 0.33

P: Carga aplicada, libras

dr: Deflexión a una distancia r desde el centro de la carga, pulgadas

r: Distancia desde el centro de la carga, pulgadas.

~: Cálculo del Módulo Equivalente de la estructura:

do: Deflexión medida en el centro del plato de carga, corregido a 20°C

p: Carga del Plato, psi

a: Radio del plato de carga, pulgadas

D: Espesor total de la estructura de pavimento, pulgadas

MR: Módulo de resiliente de la subrasante, psi

Ep: Módulo efectivo de la estructura de pavimento, psi. Se obtiene por un proceso

iterativo.

hrsllh,'n td-e,(l~'S'l'IffU'11JUrba80;CP.Ht.I''Ü {,le tl'()cllmtm,la,¡~n


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tl Cálculo del Número Estructural efectivo:

SNefálivu = O.0045DifEP

8.3 CLASIFICACIÓN DE LOS CORREDORES VIALES

Con base en los Índices de Funcionalidad del Pavimento (MOR, IRI, OPI), el Número de Ejes

Simples Equivalentes (NESE) y el Número Estructural Efectivo (SNefectivo),se efectúa la

clasificación de los corredores viales con base en los diferentes árboles de decisión o

flujogramas que presenta el Manual de Diagnóstico del IDU, donde se jerarquiza el tipo de

intervención a realizar de acuerdo con la tipología de colores (Ver Tabla 7).

TABLA 7. JERARQUIZACIÓN DE LAS VÍAS POR TIpOLOGÍA DE COLOR

L ]<> ".

!=stado(le No. de Fichas DeScripción de Intervención\,

. ,.... ' CO.r1didón IDU

Se prevé la realización de labores de mantenimientoVerde Excelente 1,4 Y 11 rutinario como actividades suficientes para sostener el

Estado de Condición que presenta la vía.Se prevé la realización de actividades de mantenimientorutinario como actividades suficientes para sostener el

Amarillo Bueno 2, 5, 8, 12 Y 15 Estado de Condición que presenta la vía. A diferencia de lasverdes, estas vías también requerirán de obras y labores demantenimiento periódico,Se prevé la realización de labores de mantenimientoperiódico como las únicas posibles para lograr obtener un

Naranja Regular 6, 9, 13 Y 16Estado de Condición bueno en el caso de presentarcapacidad estructural. De lo contrario se plantea lanecesidad de realizar actividades de rehabilitación oreconstrucción.Se prevé la necesidad de realizar actividades de

Rojo Malo 3, 7, 10, 14 Y 17 rehabilitación o reconstrucción, Estas actividades seencuentran fuera del alcance de este contrato.

Fuente:ManualdeDiagnóstico- IDU

De la metodología del IDU, se toma como referencia únicamente la clasificación por colores,

más no la intervención propuesta en los flujogramas, ya que ésta se propone de acuerdo con las

condiciones propias del corredor en estudio.

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8.4 RESULTADOS DEL DIAGNÓSTICO

De acuerdo con la metodología expuesta anteriormente, se presenta en la siguiente página la

Matriz de Inventario y Diagnóstico del corredor vial. Al respecto, cabe mencionar en cuanto al

estado superficial de la estructura de pavimento, que la calzada occidental se caracteriza por

presentar un porcentaje alto de daños del tipo piel de cocodrilo y desgaste superficial. En menor

escala, se presentan fisuras en bloque, longitudinales y transversales, y algunos baches. Los

valores de MDR son inferiores a 39 y los de OPI menores a 30, lo que clasifica como rojo según

la Tabla 6, de este documento. No obstante, dada la tipología de daños, se encontró una buena

condición de regularidad superficial de la estructura, por cuanto se obtuvo valores bajos de IRI,

del orden de 1.0. En cuanto a la capacidad estructural, se obtuvieron valores altos de número

estructural, del orden de 7.7, calculado éste por retrocálculo a partir de las deflexiones medidas

con el equipo FWD. Al respecto es importante mencionar, que el corredor cuenta con un

espesor considerable de material granular, superior a un (1) metro.

En la calzada oriental, los fallos característicos corresponden a piel de cocodrilo en alto nivel, y

en menor escala, desgaste superficial, fisuras en bloque, transversales y longitudinales, baches

y hundimientos. Los valores de MDR en su mayoría son inferiores a 39 y los de OPI menores a

30, lo que clasifica como rojo según la Tabla 6 de este documento. La condición de regularidad

superficial de la estructura, arrojó valores de IRI, del orden de 3 a 6. En cuanto a la capacidad

estructural, se obtuvo valores altos de número estructural, del orden de 8.0.

A partir de la evaluación de la condición funcional, la condición estructural y el tránsito del

corredor, se obtiene una clasificación de color rojo, para ambas calzadas. Al sobreponer las

secciones transversales de las estructuras existente y nueva, se observa que lo aprovechable de

la actual es muy poco dadas las imposiciones geométricas relacionadas con la ampliación de 2 a

3 carriles, además el consecuente desplazamiento del eje hacia el costado oriental hace que la

estructura deba ser reconstruida para generar una sección transversal lo más homogénea

posible.

DIAGNÓSTICO E INTERVENCIÓN Dr~LCORREOOR VIAl., EP-FR-II-06

Proceso: Ejecución de Proyectos I Procedimiento: Ejecución de Estudios y Diseños de Obras de Ingeniería Civil I Instructivo: Estudios y Discños de PavímenlOS

C.ontrato: IDU 030 DE 2(X)6 (C-0l5) Fech~' 17JeAgostoJe2007

J'áginaldel

Objeto:Consultoría a Precio Global Fijo sin Reajuste Para las Obras de Vías, InterS<."Cciones,Puentes Peaton~les y ES¡XlcioPllblico que Conrorman el Grupo E, Zona e de Proyectos de Valorización en Hogotn D.C

Vía: Avenida Colombia (AK 24) desde la Calle 76 hasta Avenida Medellín (AC 80).- Código 106

Flllaldel'lvim~nto~'lex;ble

F.II ••• de Pnimenln ESPESORESRlgidn (cm)

" l'

4.93f.,06 3D7 10,0

NESE(8,2D

50

dO d6

OPI (0,001 (0,001

mm)I,~m)

CLAS1FlCACION

1

Color'Nn.,

1, " DESCR~PCION DE ACTIV!DADES ,

COb ..••¡.o<;':iduntol

Filurll V Dca alU:

0,00 0.00 0.00 0.()0 0,00 16,0 100.0 \16,0 6.\7¡';o06 2-I8J 7.7 0,6

,,," " "

'1IlexiblcRIgido Flexible

6.2 0.0 ROJO(3)

l' ,~ 11 l'1.L~",

6,2 1,0 ROJO (3)

ROJO (3)

0,00 0,00 0.00

95,98 7.00 671.RIi 0,00 0,36 0.79 1,\4 5.1H 0,58 5,76

22<l1 7,7 3.6 22 20 6,4 0,0 a ROJO (3)

617.40 0,00 0.00 0.00 0.00 0,04 0.00 0,24 29,100.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0,00 16,0 \00,0116,0 6.\7Eo06 1472

,

18,20 9.00 163,80 0.00 0,00 0,00 0,00 0.00 0.28 0,28 0,00 14,01 0.00 0.00 0,00 16,0 116,0

6.1 0.0 AMARILLO(2) Re<:<:mmucc;ón

,

0.00 0,00 0,00 0.00 0,00 0.00 0,00 0,00 0,00 \9,0 100,0 4,93E.06 2358

45.57 0,00 \.OJ 0,00 0,00 0,00 0,00 O.lX] \9.0 100,0 \\9.0 4.93f;,06 210J 7,3 3,2

1>8.20 7,00 0.00 0.00 0,\3 0,24 0,38 0,00 0.00 0,00 0,00 o, O" RO/O (:3)

7,00 671,86 0,00 0,00 0,00 0,00 0,34 8,2\J 0,00 5.9 0.0 • n%(3)

\\9,63 8,00 957,04 0,00 0.00 0.00 0,\2 0,24 0,~5 11.81 1.97 13.78 0,00 0.52 0.52 22.t~ 0,00 0,00 0,00 0.00 0.00 19,0 100.0 5,5 0,0 :..:i.- ROJO(:!)

VCr$ióo:OO:)I,lodifi~a"oparadPrOyCCloC_1115 SISTEMA DE GESTIÓN DE CALIDAD Fct:hu:6dcJunio"¡c2007


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9. CÁLCULO DEL NÚMERO DE EJES EQUIVALENTES

Para el cálculo del número de ejes simples equivalentes de 8.2 T (NESE), se empleó la siguiente

expresión:

NESE = ¿(TPDp x %V x Fo) X Foc x Foo x 365

Donde:

TPDp: Tránsito promedio diario proyectado a 10 años, por ser éste el período de diseño

establecido para pavimentos flexibles. La deducción del TPD debe ser consultada en el

informe de Tránsito.

%V: Composición vehicular de acuerdo con lo establecido en el informe de Tránsito.

Factor Daño. Se trabajó con los valores establecidos por la Universidad del Cauca

(Pesajes de vehículos comerciales realizados a nivel nacional en el año 1.996 por el

INVIAS), los cuales se presentan en la Tabla 8.

TABLA 8. FACTOR DAÑO UNIVERSIDAD DEL CAUCA

FACTOR DAÑO

l"PC C2G C2P

1 3,44 1,14

C3 C4, es >csTIPO VEHÍCULO. , ". . , .. , .

3,76 6.73 4.4 4.72

FDc: Factor de distribución por carril. Se establece de acuerdo con lo estipulado en la Tabla

9, tomada de la página Ir-9, del documento Guide for Design of Pavement Structures -

AASHTO de 1993

TABLA 9. FACTOR DE DISTRIBUCIÓN POR CARRIL

~. ---

Número de Carriles en % de NESE de 8.2 t ...

cada Dirección en el carril de diseñol.. (Factorde Distribución)

1 100

2 80 -100

3 60 - 80

4 50 -75


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FDD: Factor de distribución direccional. Una vez se realizó el análisis de tránsito por calzada,

se asumió como 1.0 por tener flujo vehicular hacia un mismo sentido cada calzada.

De cuerdo con el número de ejes simples equivalentes se establece la categoría del tránsito, a

partir de lo estipulado en las Especificaciones IDU 2005:

TABLA 10.CATEGORÍAS DE TRÁNSITO

.....

Nivel deCategoría del ...

••? Tránsito l···· Tránsito

TO NAEC80 < 0.2

T1 0.2:5 NAEE-80 <0.5

T2 0.5:5 NAEE_80 < 1.5

T3 1.5:5 NAEE_80 < 3.0

T4 3.0:5 NAEE_80 < 7.5

T5 NAEE_80 ~ 7.5

NAEE_80: numero acumulado de ejes equivalentes de 80 kN en elperíodo de diseño, en el carril. Fuente: Especificación IDU ET 2005

Las siguientes tablas, presentan la composición vehicular y el número de ejes simples

equivalentes de 8.2 T (NESE) por calzada, calculado de acuerdo con lo mencionado

anteriormente.

TABLA 11. COMPOSICIÓN VEHICULAR

Oriental 1,66% 1,59% 0,01% 0,00%95,56% 1,12% 0,05% 0,01%

0,03%Occidental 93,30% 4,71% 0,95% 0,84% 0,03% 0.01% 0,13%



TABLA 12. TPD PROYECTADOS Y CÁLCULO DEL NESE: CARRIL NORTE - SUR, CALZADA OCCIDENTAL

TABLA 13. TPD PROYECTADOS Y CÁLCULO DEL NESE: CARRIL SUR - NORTE, CALZADA ORIENTAL

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