1. No category

SEMINARIO INTERNACIONAL DE LA PIARC SOBRE
EXPLOTACION DE TUNELES CARRETEROS
BINACIONALES DE MONTAÑA
“PAVIMENTOS SUSTENTABLES PARA LA
EXPLOTACION DE TUNELES EN ZONAS
DE ALTA MONTAÑA”
Expositor
ING. PABLO DEL AGUILA
Consultor en Tecnologías de Pavimentación
CAMINEROS CONSULTING ENGINEERS LLC
PAVIMENTOS DE MONTAÑA
 IMPORTANCIA
POR QUE ES IMPORTANTE EL
TEMA DE LOS PAVIMENTOS DE
CAMINOS EN ZONAS DE ALTA
MONTAÑA?
LA CORDILLERA DE LOS ANDES
PAISES ANDINOS
COLOMBIA
 ECUADOR
 PERU
 BOLIVIA
 ARGENTINA
 CHILE

IMPORTANCIA DEL TEMA
CARRETERAS LOCALES
 En cada uno de los paises existen redes
viales que se extienden en las áreas
andinas (Ecuador, Perú, Bolivia)
CARRETERAS BINACIONALES
 Conectan paises cuyas fronteras es la
Cordillera de los Andes (Perú-Bolivia,
Argentina-Chile).
CORREDORES BIOCEANICOS
 Ejes de integración regional IIRSA, que
atraviesan la Cordillera de los Andes.
PAVIMENTOS DE MONTAÑA
 CARACTERIZACION
DEL
FENOMENO TERMICO Y OTROS
FACTORES CONCOMITANTES
PAVIMENTOS DE MONTAÑA





CLIMAS EXTREMOS CICLICOS DIARIOS
 TEMPERATURA AMBIENTE BAJA (DURANTE LA
NOCHE)
 TEMPERATURA AMBIENTE BAJA (DURANTE EL
DIA-EVENTOS OCASIONALES)
 TEMPERATURA AMBIENTE ALTA (DURANTE EL
DIA DIA)
RADIACION SOLAR
CONDICIONES TOPOGRAFICAS CRITICAS
MATERIALES DE CONSTRUCCION INAPROPIADOS
FALTA DE UNA TECNOLOGIA APROPIADA
PAVIMENTOS DE MONTAÑA
Temp.Ambiente
30
20
10
0
-10
-20
6
12
18
0
Horas
6
12
PAVIMENTOS DE MONTAÑA

TEMPERATURA AMBIENTE BAJA (NOCHE)





TEMPERATURAS AMBIENTE NEGATIVAS
(HASTA -20ºC)
DEPENDIENTE DE LA ALTITUD (Δ=-6°C/km) Y
VELOCIDAD DEL VIENTO
SE AFECTA LA SUPERFICIE DEL PAVIMENTO
(CONDICION VITREA)
LOS EFECTOS SE HACEN CRITICOS CON EL
TIEMPO (ENVEJECIMIENTO)
EFECTO DE LAS CARGAS PESADAS Y LENTAS A
BAJA TEMPERATURA
PAVIMENTOS DE MONTAÑA

TEMPERATURA PAVIMENTO ALTA (DIA)





TEMPERATURAS AMBIENTE HASTA 28-30ºC
PAVIMENTO ASFALTICO (Black Body)
RELACION ENTRE TEMPERATURA AMBIENTE Y
TEMPERATURA DEL PAVIMENTO ASFALTICO
(Δ=+ 15-20°C)
TEMPERATURA DEL PAVIMENTO ALCANZA
HASTA 50-55°C
EFECTOS DE LAS CARGAS PESADAS Y LENTAS
A ALTA TEMPERATURA
PAVIMENTOS DE MONTAÑA

GRADIENTE TERMICO
PAVIMENTOS DE MONTAÑA

TEMP. AMBIENTE VS. TEMP. CARPETA
PAVIMENTOS DE MONTAÑA

RADIACION SOLAR






CON LA ALTURA DISMINUYE LA PRESION
ATMOSFERICA
CON A MENOR PRESION DISMINUYE LA MASA
VOLUMETRICA DEL AIRE
DEBIDO A LA MENOR DENSIDAD DEL AIRE
AUMENTA LA RADIACION SOLAR
LA RADIACION EN ALTURA ES APROXIMADAMENTE
5 VECES LA RADIACION A NIVEL DEL MAR O EN
LLANO
SE PRODUCE UN MAYOR CALENTAMIENTO DEL
PAVIMENTO
SE PRODUCE LA PERDIDA DE RESISTENCIA AL
ESFUERZO CORTANTE
PAVIMENTOS DE MONTAÑA

CALIDAD DE LOS SUELOS Y AGREGADOS







AGREGADOS DE TIPO VOLCANICO
BAJO PESO ESPECIFICO
ALTA ABSORCION DE AGUA  ASFALTO
BAJO ANGULO DE FRICCION INTERNA
BAJA RESISTENCIA AL CORTE DE LAS CARPETAS
BAJO MODULO DE RESILIENCIA DE LAS CAPAS
GRANULARES
SUELOS CON ALTA RESILIENCIA
PAVIMENTOS DE MONTAÑA

CALIDAD DE LOS LIGANTES ASFALTICOS






PEN 85-100 / PEN 120-150
BAJO PUNTO DE ABLANDAMIENTO
BAJO PUNTO DE TRANSICION VITREA
ALTA SUSCEPTIBILIDAD TERMICA
CONTENIDO DE PARAFINAS
PROPENSION A LA OXIDACION  CAMBIOS
RADICALES EN LA COMPOSICION QUIMICA 
ENDURECIMIENTO
PAVIMENTOS DE MONTAÑA

CONDICIONES TOPOGRAFICAS CRITICAS
 CURVAS CON RADIOS PEQUEÑOS
 PENDIENTES PRONUNCIADAS
PAVIMENTOS DE MONTAÑA

FALTA DE UNA TECNOLOGIA APROPIADA




SOLO HAY PAVIMENTOS EN ALTURA EN
ARGENTINA, CHILE, BOLIVIA Y PERU
NO HAY UNA TECNOLOGIA APROPIADA PARA EL
DISEÑO ESTRUCTURAL O DISEÑO DE MEZCLAS
LA APLICACION DE LA TECNOLOGIA
CONVENCIONAL NO HA DADO RESULTADOS
POSITIVOS(AASHTO, PCA, ASPHALT INSTITUTE,
SUPERPAVE)
ES NECESARIO UNA NORMATIVIDAD ESPECIFICA
PARA EL DISEÑO Y CONSTRUCCION DE LOS
PAVIMENTOS EN ALTURA
FACTORES QUE AFECTAN A LOS
PAVIMENTOS DE ALTA MONTAÑA
CARGAS DE TRAFICO
TEMPERATURA BAJA
GRADIENTE TERMICO
RADIACION SOLAR
VIENTO OXIGENO (AIRE)
OXIGENO (AGUA)
AGREGADOS DE
MALA CALIDAD
ASFALTO DE
CALIDAD DUDOSA
SUELOS DE MALA CALIDAD (RESILIENTES)
PAVIMENTOS DE MONTAÑA
 TEMPERATURAS
BAJAS VERSUS
TEMPERATURAS CICLICAS
EXTREMAS
PAVIMENTOS DE MONTAÑA

TEMPERATURA DE RUPTURA VS FATIGA
TERMICA
PAVIMENTOS DE MONTAÑA

BAJA TEMPERATURA
PAVIMENTOS DE MONTAÑA

MECANISMO DE FALLA


FALLA DEBIDO AL ALTO NIVEL DE DE
ACUMULACION DEFORMACIONES
UNITARIAS CICLICAS
A MAYOR VELOCIDAD DE ENFRIAMIENTO
MAYOR MAGNITUD DE ESFUERZOS
PAVIMENTOS EN ALTURA

ENSAYO THERMAL STRESS RESTRAINED
SPECIMEN TEST (TSRST)
PAVIMENTOS DE MONTAÑA

TEMPERATURA DE TRANSICION Y FRACTURA
FUENTE: SHARP A-400 REPORT
PAVIMENTOS EN ALTURA

VELOCIDAD DE ENFRIAMIENTO
FUENTE: NORTH CAROLINA UNIVERSITY, 2002
PAVIMENTOS DE MONTAÑA
VELOCIDAD DE ENFRIAMIENTO Y FATIGA
TERMICA
1000
Fatigue Life (cycles)

O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
0
10
Stress
O
30
40
MECANISMOS DE FALLA EN LOS
PAVIMENTOS ASFALTICOS ……………..

ESTADIO INICIAL







MICROFISURAMIENTOS DURANTE LA COMPACTACION
MICROFISURAMIENTOS DURANTE LA NOCHE POR
GRADIENTE TERMICO (TASA DE ENFRIAMIENTO
ELEVADA)
PROPAGACION DEL FISURAMIENTO POR ACCION DE
LAS CARGAS DE TRAFICO
PERDIDA DEL LIGANTE POR PRESION DEL AGUA Y
FALTA DE AFINIDAD AGREGADO-LIGANTE
BOMBEO DE FINOS
PROPAGACION DE MALLAS (PIEL DE COCODRILO)
FALLA POR CORTE POR SATURACION
MECANISMOS DE FALLA EN LOS
PAVIMENTOS ASFALTICOS ……………….

ESTADIO MEDIO



FISURAMIENTOS POR FATIGA TERMICA
DEFORMACIONES PERMANENTES
LOCALIZADOS
EXUDACION
MECANISMOS DE FALLA EN LOS
PAVIMENTOS ASFALTICOS ……………….

ESTADIO FINAL





FISURAMIENTOS POR FATIGA TERMICA
FISURAMIENTOS POR FATIGA MECANICA Y
ENDURECIMIENTO DEL PAVIMENTO
DEFORMACIONES PERMANENTES
GENERALIZADAS (CANALIZACION Y
AHUELLAMIENTOS)
EXUDACION
PELADURAS
PAVIMENTOS DE MONTAÑA
 TECNOLOGIA
PARA
PAVIMENTOS EN ALTURA.
ESTADO DEL ARTE
PAVIMENTOS DE MONTAÑA

ANTECEDENTES TECNOLOGICOS
DE PAVIMENTOS EN ALTURA

PAISES HEMISFERIO NORTE ?
 EE.UU.,
CANADA
 EUROPA

PAISES LATINOAMERICANOS ?
 VENEZUELA,
COLOMBIA, BRASIL, URUGUAY Y
PARAGUAY
 ARGENTINA Y CHILE ?
PAVIMENTOS DE MONTAÑA

ANTECEDENTES TECNOLOGICOS DE
PAVIMENTOS EN ALTURA



LA PROBLEMÁTICA DE LOS PAVIMENTOS EN
ZONAS DE ALTURA Y CLIMA CICLICO, ES UN
TEMA EXCLUSIVAMENTE COMPARTIDO POR
PERU, BOLIVIA, CHILE Y ARGENTINA
NO EXISTE UNA TECNOLOGIA DESARROLLADA
POR LOS PAISES ADELANTADOS, PARA EL
DISEÑO Y CONSTRUCCION DE PAVIMENTOS EN
ALTURA.
ES NECESARIO DESARROLLAR UNA
TECNOLOGIA PROPIA!
DISEÑO MEZCLA PARA PAVIMENTOS EN
ZONAS DE MONTAÑA

PAVIMENTOS FLEXIBLES

EMPLEO DE MATERIALES ASFALTICOS DE ALTA
PERFORMANCE





TEMPERATURA SUPERIOR (+50ºC)
TEMPERATURA INFERIOR (-20ºC)
CARGAS Y ESFUERZOS DE TRAFICO
CONDICIONES DE OXIDACION Y ENDURECIMIENTO DEL
LIGANTE
SOLUCION OPTIMA

ASFALTOS MODIFICADOS (P.A.= 60ºC, P.F.=-20ºC,
RESISTENCIA A LA OXIDACION, RECUPERACION ELASTICA
ER>70-80%)
DISEÑO MEZCLA PARA PAVIMENTOS EN
ZONAS DE MONTAÑA

PAVIMENTOS FLEXIBLES

FILOSOFIA DE DISEÑO DE MEZCLAS
ASFALTICAS CON POLIMEROS
ALTO CONTENIDO DE GRAVA (> 50%)
 ALTO CONTENIDO DE ASFALTO (> 6.5%)
 VACIOS REDUCIDOS (2%)
 BUEN RECUBRIMIENTO (>0.08 microns)
 RESISTENCIA A LA OXIDACION
 RESISTENCIA A LA FATIGA Y DEFORMACIONES
 INCREMENTO DE LA VIDA DE SERVICIO

DISEÑO MEZCLA PARA PAVIMENTOS EN
ZONAS DE ALTURA
Vida de Fatiga (N)
60000
50000
CAP-20
4% SBS-AA
40000
6% SBS-AA
30000
4% SBS-BB
7% SBS-BB
20000
4% SBS-CC
6% SBS-CC
10000
0
4
7
8
10
15
Diferencia de tensiones (kg/cm2)
20
PAVIMENTOS EN ALTURA
 APLICACION
DE LOS
ASFALTOS MODIFICADOS CON
POLIMEROS
PROYECTO MODELO PARA PAVIMENTOS
FLEXIBLES EN ZONAS DE ALTURA

GUAQUI-DESAGUADERO
 AÑO DE CONSTRUCCION: 1999-2000
 EQUIPOS UTILIZADOS: CONVENCIONALES
 ESPECIFICACIONES PARA AGREGADOS: SUPERPAVE
(Línea de Máxima Densidad y por debajo de la zona restringida)
 AGREGADOS: Volcánicos y areniscas, de bajo peso específico
y alta absorción.
 TIPO DE LIGANTE: Asfalto modificado con polímero tipo SBS
(Primera Generación)
 CONTENIDO DE ASFALTO: 6.5%
 CONTENIDO DE VACIOS DE AIRE: 2-3%
 CONDICION ACTUAL: PCI= 99% (NO EXISTE
FISURAMIENTO TERMICO DESPUES DE 5 AÑOS DE VIDA
DE SERVICIO)
CARRETERA ILO-DESAGUADERO (PERU)
CONSTRUIDO SIN ASFALTO MODIFICADO
Desvío Humajalso km 99+340
Puente Humajalso km 100+870
CARRETERA ILO-DESAGUADERO (PERU)
CONSTRUIDO SIN ASFALTO MODIFICADO
Estado del pavimento
Desvío Humajalso-Mazocruz
Estado del pavimento
Desvío Humajalso-Mazocruz
CARRETERA GUAQUI-DESAGUADERO
(BOLIVIA) CON ASFALTO MODIFICADO
CARRETERA GUAQUI-DESAGUADERO
(BOLIVIA) CON ASFALTO MODIFICADO
CARRETERA GUAQUI-DESAGUADERO
(BOLIVIA) CON ASFALTO MODIFICADO
NUEVA CONCEPCION DE DISEÑO
PAVIMENTOS PERPETUOS
PARA VIAS DE ALTA MONTAÑA
FILOSOFIA DE DISEÑO PARA
PAVIMENTOS PERPETUOS
Cargas
Llantas
Espesores Típicos
pulg.
Zona de Alta
Compresión
Material
HMA/SMA/OGFC Alta Calidad
pulg.
HMA Alto Módulo
Resistente al Rutting
pulg.
HMA Resistente a Fatiga
Máximo Strain
a Tensión
Subrasante
FILOSOFIA DE DISEÑO PARA
PAVIMENTOS PERPETUOS
El SUELO-CEMENTO
ADITIVADO O CONCRETO
ZEOLITICO
PROYECTO DE PAVIMENTOS PERPETUOS
47

MODELACION MECANISTICA (Alternativa con Zeolitas Sintéticas)
Carpeta Polímeros (e=10 cm)
E=82,700 kg/cm2 (8,110 MPa)
t  19.3  106
Base Reciclada con Cemento
y Zeolitas (e=35 cm)
E=58,600 kg/cm2 (5,750 MPa)
σ t  0.195MPa  27.86psi
c  63.6  106
Suelo (CBR=10%)
E=1,122 kg/cm2 (110 MPa)
PROYECTO DE PAVIMENTOS PERPETUOS
48

MODELACION MECANISTICA (FUNCIONES DE TRANSFERENCIA)
 Criterio de Agrietamiento por Fatiga en la Carpeta Asfáltica
(función de transferencia desarrollada por el Asphalt Institute)
N f  0.0796t 3.291 E1 0.854

Criterio de Agrietamiento por Fatiga en la Base Reciclada
Cementada con adición de zeolitas (función de transferencia
tomada de la Guía Empírico-Mecanística de diseño de Pavimentos
AASHTO 2008)
log N f 
0.972c1 
t
MR
0.0825c2
PROYECTO DE PAVIMENTOS PERPETUOS
49

MODELACION MECANISTICA (FUNCIONES DE TRANSFERENCIA)
 Criterio de Deformación Permanente (Ahuellamiento) en la
Subrasante (función de transferencia desarrollada por el Asphalt
Institute)
Nd  1.365109  c 4.477

En todos los casos los tráficos de falla resultaron superiores
al tráfico de diseño.
PROYECTO DE INVESTIGACION
50

APLICACIÓN DE LA SOLUCION
 Se construyó un Tramo Experimental considerando la
dosificación obtenida en laboratorio.
 Dosificación de Cemento Portland Tipo I: 140 kg/m3
 Dosificación de Aditivo Zeolítico: 1.4 kg/m3
 Dosificación de Agua: OCH=6% (+2%).
 Se estableció el procedimiento constructivo a seguir
PROYECTO DE INVESTIGACION
51

APLICACIÓN DE LA SOLUCION
FRESADO Y MEZCLADO DE CARPETA CON MATERIAL DE BASE EXISTENTE
APLICACIÓN DE ZEOLITAS Y MEZCLADO CON EL MATERIAL RECICLADO
PROYECTO DE INVESTIGACION
52

APLICACIÓN DE LA SOLUCION
NIVELACION Y PRE-COMPACTACION DEL MATERIAL TRATADO CON ZEOLITAS
APLICACIÓN DE CEMENTO, MEZCLADO, NIVELACION Y COMPACTACION
PROYECTO DE INVESTIGACION
53
EVALUACION ESTRUCTURAL IN-SITU
Se hicieron ensayos con un deflectómetro de Impacto KUAB, y se
determinaron los módulos del suelo (Esg) y de la base cementada (Ebase)
por retro-cálculo. Los Módulos se expresan en MPa como Percentil 30.
DISEÑO
TRAMO
EDAD
(Días)
Esg
(MPa)
Ebase
(MPa)
Zeolitas
16+400
12
200
4,268
Zeolitas
16+400
75
275
4,700
PROYECTO DE INVESTIGACION
54
ENSAYOS DE LABORATORIO EN EE.UU.
Se efectuaron ensayos de laboratorio con muestras
obtenidas en campo, las que fueron ensayadas en los EE. UU.
En el laboratio PRI Construction Inc., de Tampa, Florida.
PROYECTO DE INVESTIGACION
55
ENSAYOS DE LABORATORIO
Se efectuaron ensayos de laboratorio con muestras obtenidas en
campo, las que fueron ensayadas en los EE. UU. En el laboratio
PRI Construction Materials Technologies Inc., de Tampa, Florida.
PROYECTO DE INVESTIGACION
56
Resultados Ensayos de Laboratorio en EE.UU.
Muestra
1
2
3
4
5
6
7
Resistencia a la
Compresión
Módulo de Elasticidad Estático
Módulo Resiliente
(Dinámico)
ksi
Mpa
ksi
Mpa
Poisson
Ratio
ksi
Mpa
1.43
1.91
1.56
2.02
9.85
13.16
10.74
13.93
1,514
1,128
1,473
10,436
7,779
10,157
0.24
0.28
0.15
1,927
3,302
2,661
-
13,296
22,765
18,347
-
11.9 MPa
120 kg/cm2
9,450 MPa
94,500 kg/cm2
18,100 MPa
181,000 kg/cm2
CONCLUSIONES
57


Los resultados obtenidos en la investigación sobre el
empleo de materiales tratados con cemento, para la
construcción de pavimentos perpetuos, demuestran que
ello es posible mediante el empleo de aditivos que
permiten conformar bases sumamente estables.
Los aditivos alcalinos del tipo zeolitas sintéticas, permiten
optimizar el proceso de hidratación del cemento, lo que
posibilita alcanzar estructuras de cristalización muy
competentes, que se traduce en capas tratadas de alta
resistencia y adecuada flexibilidad.
CONCLUSIONES
58


Con el empleo de esta solución, tambien llamado de
concreto zeolítico, es posible eliminar completamente el
fisuramiento por contracción de fragua, siempre que los
procesos sean correctamente desarrollados.
Mediante el mejoramiento de la tecnología, es posible
incrementar la resistencia de las capas de 4 a 5 veces,
obteniendo ganancias estructurales que pueden ser
aprovechadas cuando se requiere soluciones muy
competentes, como es el caso de los pavimentos sujetos a
cargas pesados, y condiciones particulares de alta
montaña.
CONCLUSIONES
59


El empleo de aditivos zeolíticos permite además el
empleo de materiales marginales, toda vez que la
performance del producto estabilizado no se basa mas
en la calidad del material original, sino en la generación
de una estructura de cementación mas competente,
capaz de contener y encapsular al material.
Este tema tiene una implicancia económica clave, sobre
todo cuando hay poca disponibilidad de agregados,
tradicionalmente adecuados, como es el caso de los
proyectos en alta montaña.
CONCLUSIONES
60


Para el caso de proyectos de mantenimiento, la
posibilidad del reuso de los materiales, al no haber mas
la limitación en cuanto a su calidad o las dudas en
cuanto a la performance del producto terminado,
permite al implementación de procesos de reciclado
sumamente rápidos, económicos y ambientalmente
amigables (PAVIMENTOS SUSTENTABLES).
Para el caso de pavimentos en servicio, concesiones
viales, aeropuertos, caminos de montaña, túneles, etc., la
rapidez en los procesos constructivos para la reparación
de los pavimentos, es de una importancia fundamental.
UNA PRESENTACION DE
61
[email protected]