RETROCÁLCULO EN

PAVIMENTOS ASFÁLTICOS
PARA CARRETERAS

SESIÓN 1

M.I. Carlos Adolfo Coria Gutiérrez

Puebla, Puebla a 16 de Junio del 2018
Objetivo.- Mediante un taller teórico-práctico conocer la importancia de la
evaluación deflectométrica en pavimentos para carreteras mediante la
técnica de Retrocálculo o cálculo inverso y su uso en la elaboración de
programas plurianuales de conservación y rehabilitación
Objetivos particulares

1.- El participante obtendrá conocimientos sobre evaluación

estructural en pavimentos flexibles mediante la técnica de
retrocálculo

2.- El participante será capaz de aplicar estos conocimientos para

desarrollar programas plurianuales de conservación de
pavimentos aplicables a proyectos de inversión tipo Asociación
Público Privada (APP) o a Mantenedor-Rehabilitador-Operador
(MRO) de BANOBRAS.
Perfil de egreso del participante.

Al terminar el taller los participantes habrán obtenido los conocimientos

básicos de la rutina de retrocálculo o cálculo inverso en pavimentos
flexibles para la obtención de vidas remanentes y elaboración de
programas de conservación y/o rehabilitación de pavimentos
Temario.

1.- Evaluación estructural y funcional de pavimentos

2.- Objeto de la evaluación estructural de pavimentos
3.- Medición mediante equipos no destructivos (NDT)
4.- Deflexiones y deflectometría (cuencas de deflexión)
5.- Deflectómetro de Impacto (HWD)
6.- Campañas de auscultación (programa de medición, carriles, temperatura, etc.).
7.- Tramos Homogéneos
8.- Análisis de la información obtenida con el HWD (coordenadas geográficas, temperatura del
aire, temperatura de la superficie del pavimento)
9.- Corrección por carga y por temperatura (efectos)
10.- Metodologías de análisis empleadas a nivel internacional
11. Módulos de superficie del pavimento
12.- Estructuras equivalentes: Método de Odemark-Boussinesq
13.- Ejercicios prácticos con el programa PITRA-BACK (UCR)
14.- Recomendaciones prácticas y criterios de cálculo
15.- Cálculo de la vida remanente de pavimentos
16.- Comparativa entre métodos y sobreposición de resultados
17.- Conclusiones y recomendaciones
 INTRODUCCIÓN: ACTIVOS
CARRETEROS E
IMPORTANCIA ECONÓMICA
IMPORTANCIA DE LOS ACTIVOS CARRETEROS
 INTRODUCCIÓN: DEFINICIÓN DE
PAVIMENTOS Y COMPORTAMIENTO DE
LOS MISMOS DURANTE SU VIDA
OPERATIVA
 DEFINICIÓN DE PAVIMENTO FLEXIBLE

Parte de la carretera o vía formada por un conjunto de capas de materiales

seleccionados comprendidas entre el nivel superior de la subrasante y la superficie de
rodamiento y cuya función principal es la de soportar las cargas del tránsito y
transmitirlas adecuadamente a las capas inferiores distribuyéndolas en tal forma que
no se produzcan deformaciones perjudiciales en ellas. Tienen además que
proporcionar una superficie de rodamiento cómoda, rápida y segura para los usuarios
del camino.
 DETERIORO DEL
PAVIMENTO
DURANTE SU VIDA
OPERATIVA
 DETERIORO DEL
PAVIMENTO
DURANTE SU VIDA
OPERATIVA
 DETERIORO DEL
PAVIMENTO
DURANTE SU VIDA
OPERATIVA
 DETERIORO DEL
PAVIMENTO
DURANTE SU VIDA
OPERATIVA
 EVALUACIÓN ESTRUCTURAL Y
SUPERFICIAL (FUNCIONAL) DE LOS
PAVIMENTOS
 Definición de evaluación estructural y funcional de pavimentos

La evaluación estructural y funcional tiene por objeto el de revisar o auscultar la estructura del
pavimento una vez que este ha sido abierto a la circulación. Con ello podemos determinar si
dicha estructura de pavimento se encuentra en buenas u óptimas condiciones de servicio y si
es necesario llevar a cabo trabajos de conservación rutinaria, rehabilitación o reconstrucción.

Evaluación funcional o superficial

(fricción, IRI, rodera, etc.)

Evaluación estructural (deflexiones y

capacidad estructural)
 NORMATIVA SCT

http://normas.imt.mx/busqueda-desplegable.html#03
¿Por qué debo de evaluar un pavimento?

Mejor programa de conservación

Costos de operación para los usuarios
Costos de operación para los usuarios
 ¿QUÉ NECESITO PARA EVALUAR
ESTRUCTURAL Y FUNCIONALMENTE
UN PAVIMENTO?
 Insumos para Evaluación Estructural

Geometría y ubicación de la carretera

Geometría y ubicación de la carretera (Localización de bancos de
materiales)
 Carretera: Tepic-Mazatlán

𝑇𝐷𝑃𝐴 𝐴2 − 𝐴 𝐴 ∗ 𝑇𝐷𝑃𝐴
𝑎0 =
𝑁 𝐴2 − 𝐴 2

𝑁 𝐴 ∗ 𝑇𝐷𝑃𝐴 − 𝐴 𝑇𝐷𝑃𝐴
𝑎1 =
𝑁 𝐴2 − 𝐴 2

𝑁 (𝑎1
𝑖=
𝑇𝐷𝑃𝐴 − (𝑎1 𝐴

𝒊 = 𝟗. 𝟑𝟗%
Insumos para Evaluación Estructural

Tránsito

• Porcentaje de vehiculos ligeros = 62.2%

• Porcentaje de vehiculos pesados = 37.8%
• Factor sentido = 1.0 (aforo en un sentido)
• Factor carril = 0.9 (dos carriles)
• TDPA en un sentido (2016) = 1,484
• TDPA diseño = (1,484) x (1.0) x (0.9) = 1,336
• 80% de vehiculos cargados
• Tasa de crecimiento = 9.39%
• ESALS (10 años) = 15.0 millones
• ESALS (20 años) = 55.5 millones
• ESALS (36 años) = 304.8 millones
Clima
 Insumos para Evaluación Estructural

Estratigrafía: GPR y Sondeos Simples

Estratigrafías
Calidades de los materiales de cada una de las capas de los
pavimentos
Inspecciones visuales
 Deflectómetro de
Impacto (HWD)

• Ensaye no destructivo
• Respuesta estructural del pavimento
• Deflexión superficial
• Caracterización estructural mediante
índices de cuenca de deflexiones
Insumos para Evaluación Funcional o Superficial

Fricción

Rodera, MTX, IRI

INVENTARIO DE DETERIOROS
Condiciones de entorno del pavimento: Verificar OBRAS DE DRENAJE

Zonas SIN drenes

Zonas CON drenes

Zonas SIN drenes
SEGMENTACIÓN DE UNA
CARRETERA EN TRAMOS
HOMOGÉNEOS
 Tramos Homogéneos

Dado que existen marcados cambios en un cuanto a geometría, tránsito y características en

materiales a lo largo de un tramo carretero, es necesario llevar a cabo un proceso de
homogenización de los mismos. Un tramo homogéneo es un segmento de carretera que
tiene características semejantes en cuanto a tipo de pavimento, deterioros, deflexiones,
topografía, tránsito, etc.
PROGRAMA DE CONSERVACIÓN DE
PAVIMENTOS
Algunas recomendaciones prácticas

Sobrecarpeta
asfáltica
 Año 0. - Reconstrucción inicial.
 Año 2. - Riego de sello.
 Año 5.- Riego de sello.
 Año 8.- Riego de sello.
 Año 11.- Riego de sello.
 Año 14.- Riego de sello.
 Año 15.- Fresado de 3 cm de carpeta existente y colocación de una
sobrecarpeta nueva de 5 cm.
 Año 17.- Riego de sello.
 Año 20.- Fresado de 3 cm y colocación de una sobrecarpeta nueva de 5 cm
 Año 23.- Riego de sello.
 Año 25.- Fresado de 3 cm y colocación de una sobrecarpeta nueva de 4 cm.
 Año 27.- Riego de sello.
 Año 30.- Fresado de 3 cm y colocación de una sobrecarpeta de 5 cm (Al menos
que se considere una reconstrucción total del pavimento).
 MÉTODOS NO DESTRUCTIVOS (NDT)
EN LA EVALUACIÓN DE PAVIMENTOS

NDT = Non Destructive Test (Prueba No Destructiva)

 PRUEBAS NO DESTRUCTIVAS EN PAVIMENTOS (NDT)

Se emplean para determinar las propiedades de los materiales sin causar daño a la estructura
del pavimento. Una de las pruebas utilizadas es aquella donde se miden las deflexiones
superficiales para pavimentos nuevos y en operación, estas mediciones se utilizan para
obtener:

• Módulos de elasticidad de cada capa

• Rigidez de todo el sistema del pavimento
• Eficiencia de la transferencia de carga y
detección de oquedades bajo pavimentos rígidos
• Módulo de reacción de la subrasante
• Capacidad estructural del pavimento
• Análisis y diseño de rehabilitación estructural del
pavimento
• Vida remanente
DEFLEXION Y DEFLECTOMETRÍA
APLICABLE A PAVIMENTOS
 Definición de Deflexión
La deflexión es el parámetro más importante en la evaluación estructural de pavimentos flexibles.
La deflexión es el desplazamiento vertical que experimenta un pavimento al paso de una carga.
La deflexión del pavimento se utiliza normalmente como indicador de la resistencia
global de la estructura. Las técnicas de medición de la deflexión se utilizan
generalmente en preferencia a los métodos no destructivos por ser menos
costosos, menor necesidad de cierre de carriles para su medición y por no generar
daños en el pavimento. Además permiten realizar un mayor número de ensayos
que los que podrían realizarse utilizando procedimientos destructivos como calas o
PCAS.
La aplicación de una carga a la superficie del pavimento produce una deflexión,
cuya magnitud disminuye al aumentar la distancia a la carga aplicada. La forma
resultante se denomina CUENCA DE DEFLEXIÓN. Por lo general, la notación
utilizada para referirse a la deflexión máxima superficial en un punto es la letra D
con un subíndice que indica la distancia de éste al punto de máxima deflexión. Por
lo tanto D0 indica la deflexión máxima registrada y D300 la deflexión a 300 mm (30
cm) desde el punto en el que se registró D0.
Según la normativa de la SCT, la deflexión es la medida de la deformación elástica
o de recuperación vertical que experimenta un pavimento al paso de una carga. Es
función tanto del tipo y estado del pavimento como del método y equipo de
medición, así como de la temperatura y humedad presentes en el pavimento.
DISPOSITIVOS DE MEDICIÓN
 Viga Benkelman
La viga Benkelman fue desarrollada por el Ing. AC Benkelman en la década de 1950. El ensayo
consiste en la aplicación de una carga a través de las ruedas de un eje simple de ruedas gemelas
(generalmente cargado 8.2 ton). La deflexión se mide utilizando una viga pivotante con la punta de
medición situada entre las ruedas gemelas del eje, en la rodada del objeto del estudio. El vehículo
de carga se desplaza lentamente alejándose de la viga y el movimiento resultante de la viga se
registra en el pivote.
El ensaye de deflexión del pavimento utilizando Viga Benkelman es un proceso lento,
laborioso y no es práctico para ensayar longitudes largas de carretera, ni para la
realización de ensayos con pequeños intervalos entre ellos. En consecuencia, el uso
de la Viga Benkelman para el seguimiento del estado de un firme a nivel de red es
impracticable.
 Deflectómetro de Impacto (FWD/HWD)
Los Deflectómetros de impacto fueron desarrollados en Dinamarca a finales de 1960, los ensayos
con deflectómetro de impacto implican la aplicación de una carga dinámica inducida por una masa
que cae a una altura determinada aplicando una fuerza a una placa estática en contacto con la
superficie del pavimento. La respuesta del pavimento se mide por medio de geófonos localizados
dentro de la placa de carga y a diferentes distancias de ésta.
FWD: 1,500 – 27,000 lbf (7 – 120 kN)

HWD: 6,500 – 72,000 lbf (30 – 320 kN)

El FWD/HWD genera una carga dinámica de tipo impulso con
las siguientes características:

•20 - 30 microsegundos de duración

•Aproxima el efecto de una rueda viajando a 50 – 80 km/h

•Cualquier nivel máximo de carga entre:

FWD: 1,500 – 27,000 lbf (7 – 120 kN)
HWD: 6,500 – 72,000 lbf (30 – 320 kN)
Adicionalmente a la configuración del sistema FWD, todos los equipos FWD incluyen:

1. GPS (Latitud, Longitud, and Elevación)

2. Instrumento de Medición de Distancia(DMI)
3. Sensores de Temperatura del aire y de la superficie del pavimento
4. Video Cámara
5. Certificado de calibración
Los ensayos con FWD/HWD se realizan mientras el equipo está parado. La alta precisión de los
sensores, geófonos utilizados y la aplicación repetida de la carga, sobre el mismo punto de ensayo,
hace posible la medición precisa de la carga aplicada y de la deflexión producida. Algunos
profesionales consideran que los equipos FWD/HWD son los sistemas más precisos de medida de
la deflexión.
 FACTORES QUE AFECTAN LAS DEFLEXIONES

Existen varios factores que afectan la magnitud de las deflexiones medidas en los
pavimentos mismas que pueden dificultar la interpretación posterior.

Los principales 4 factores que afectan las deflexiones del pavimento son:

• Estructura de pavimento
• Carga aplicada en el pavimento (magnitud de la carga y el tipo de carga)
• El clima
• Temporada de medición
 FACTORES QUE AFECTAN A LAS DEFLEXIONES: LA ESTRUCTURA DEL PAVIMENTO

La deflexión de un pavimento representa una respuesta general de todo el sistema:

capas asfálticas, base hidráulica, sub-base y subrasante. Por lo tanto, los parámetros de
la capa superficial (espesor y rigidez) y de las capas de cimentación afectan la magnitud
de las deflexiones medidas.

En términos generales, los sistemas más débiles tienen mayores deflexiones bajo la
misma carga y los sistemas más resistentes tienen menores deflexiones. Otros factores
también relacionados con el pavimento son:

• Pruebas cerca de bordes, grietas o en áreas que contienen agrietamiento piel de

cocodrilo, pueden producir deflexiones más altas que las pruebas en partes menos
deterioradas.
• Las variaciones aleatorias en el espesor de la capa del pavimento pueden crear
variabilidad en las deflexiones.
• Variaciones en la subrasante tales como capas de roca o altos niveles de aguas
freática (N.A.F.) pueden proporcionar una variabilidad significativa en deflexiones.
 La separación de las líneas de la figura nos da un indicativo de la resistencia
de las capas del pavimento. Cuando las líneas están más cercanas unas
con otras indican una estructura y subrasante más resistente que
cuando la separación de las líneas es mayor.

Cuencas de delfexión
Cadenamiento (km)
0.000 1.000 2.000 3.000 4.000 5.000 6.000
0

100

200
D0
300 D300
D450
Deflexión (micras)

400
D600
500 D900
D1200
600
D1500
700

800

900

1000
 FACTORES QUE AFECTAN A LAS DEFLEXIONES: CARGA APLICADA EN EL
PAVIMENTO

Uno de los factores que más afecta las deflexiones del

pavimento, es la magnitud de la carga aplicada. La
mayoría de los equipos actuales (HWD) pueden
imponer niveles de carga de tan solo 13 kN a más de
245 kN y es importante enfocar los niveles de carga
apropiados para cada aplicación.

El tipo de carga también puede afectar la deflexión del

pavimento: una carga lenta y estática produce una
respuesta diferentes que una carga dinámica y rápida.
En general, cuanto más corto es el impulso de carga
más pequeñas son las deflexiones. Cuando el impulso
es más grande las deflexiones son mayores.

Lo anterior significa que una alta frecuencia (alta

velocidad) genera una cuenca de deflexión más
pequeña y que una baja frecuencia (baja velocidad)
genera una cuenca de deflexión más grande.
 FACTORES QUE AFECTAN A LAS DEFLEXIONES: CLIMA

La temperatura es un factor muy importante que se debe de considerar. En los pavimentos

flexibles, las capas asfálticas (carpeta y bases asfálticas) son susceptibles a la temperatura.
Cuando se incrementa la temperatura, la rigidez de esas capas disminuyes (altas deflexiones).
Por tal motivo debe de considerarse una corrección por temperatura, generalmente al patrón
estándar que es de 20°C.
 FACTORES QUE AFECTAN A LAS DEFLEXIONES: TEMPORADA DE MEDICIÓN

Las variaciones estacionales afectan las deflexiones en el pavimento. Las deflexiones son
mayores en la primavera (calor) y son más bajas en temporadas en invierno (frío).
CAMPAÑAS DE AUSCULTACIÓN
CONDICIONES
ESPECIALES
CONDICIONES
ESPECIALES
NORMA Oficial Mexicana NOM-
086-SCT2-2015, Señalamiento y
dispositivos para protección en
zonas de obras viales.
 Distribución de convoy, brigada de deflexiones.

México

Barrera Central ó Eje de Camino

Camellón

Vehiculo piloto 1
Vehículo piloto 3
Vehiculo piloto 1
c h uca
(Volteo) con un banderero
con un banderero
Pa

300 m min
300 m min 100 m min
Banderero 1 Banderero 2

Vehículo (Grúa)
Remolque (HWD)
Ubicación de las deflexiones
NORMALIZACIÓN Y CORRECCCIÓN
POR TEMPERATURA DE LAS
DEFLEXIONES
 Normalización de deflexiones

Inicialmente los datos de Deflexión obtenidos, se normalizan por carga teniendo en cuenta
el valor de la carga con que fueron generados y considerando que la reacción al aplicar la
carga no siempre es constante. Esta corrección se realiza proporcionalmente
Ejemplo: Normalizar a 566 kPa el siguiente set de deflexiones obtenidas con equipo
HWD.

Solución para D0:

Ejercicio 1
 Corrección por temperatura

Es sabido que, debido a la naturaleza del concreto asfáltico, la temperatura tiene un impacto
directo sobre el comportamiento esfuerzo-deformación de la estructura del pavimento flexible. Este
efecto se ve directamente reflejado en los parámetros del cuenco de deflexiones medido con el
deflectómetro de impacto (FWD) a diferentes temperaturas. El grado de influencia de la
temperatura sobre el módulo de elasticidad del asfalto, y consecuentemente sobre las deflexiones,
depende entre otros factores del tipo de mezcla, de su edad, de su grado de deterioro, espesor,
etc.

 Método AASHTO 93 para una temperatura de referencia de 20°C.

 Método del Instituto del Asfalto 1983 para una temperatura de referencia de 21°C.
 Método del CEDEX para una temperatura de referencia de 20°C.
 Método de la Universidad Católica de Chile de 1989 para ajustar deflexiones a 20°C.
 Método MOPT de Costa Rica de 1977 para una temperatura de referencia de 20°C.
 Método del FHWA la cual solo involucra la temperatura a la cual se realizó la medición.
 Método del IMT del 2015 para una temperatura de referencia de 20°C.
Módulo Dinámico de
la Carpeta Asfáltica
Método IMT
Ejercicio 2
TRAMOS HOMOGÉNEOS
 Tramos Homogéneos

El método seguido para la delimitación de zonas homogéneas es el recomendado por la

guía AASHTO 93 (Apéndice J) denominado “Aproximación por diferencias acumuladas” el
cual nos permite visualizar de una mejor manera los cambios en el comportamiento del
pavimento.

El método de Diferencias acumuladas es una herramienta que permite delimitar

estadísticamente tramos homogéneos utilizando mediciones de respuesta del pavimento.
Ejercicio 3