Estado de la investigación de las carreteras de transporte pesado

La revisión del proyecto inevitablemente causará congestión u obstrucción del tráfico, extenderá el tiempo de conducción de los usuarios y aumentará el consumo de combustible. Esto tampoco está permitido para importantes arterias de tráfico interurbano y autopistas urbanas, como las autopistas. muy antieconómico desde una perspectiva. Esto plantea nuevos desafíos a los pavimentos asfálticos en varios países. El pavimento de larga duración se propuso por primera vez en Europa basándose en el principio del coste total más económico durante el ciclo de vida [5]. Al pavimento asfáltico de larga duración o pavimento de larga duración también se le conoce como pavimento asfáltico permanente. Europa propuso pavimentos de larga duración desde 65438 hasta 2009 en la década de 1990, lo que fue confirmado por primera vez por el Reino Unido. A principios de la década de 1950, el Reino Unido construyó una serie de carreteras de prueba con una vida útil de 20 años. Con base en el análisis del desempeño de estas carreteras de prueba, se propuso un método de diseño de pavimento asfáltico temprano basado en la teoría de diseño de Powell. La teoría de Powell defiende que después de 20 años de uso de la carretera, se puede lograr una vida útil de diseño de 40 años reforzando el pavimento original [6]. Desde que se adoptó este enfoque de diseño a mediados de la década de 1980, el crecimiento continuo del volumen de tráfico ha afectado el tráfico normal en la carretera. Por lo tanto, el Instituto Británico de Transportes y Carreteras investigó el desempeño a largo plazo de 565,438+0 pavimentos de asfalto de espesor, y a través de un análisis económico de costos de ciclo de 40 años de caminos flexibles, incluyendo la variabilidad del desempeño del pavimento, los costos de retraso del tráfico y el mantenimiento. -Costos relacionados. Se muestra que, para carreteras de tráfico pesado, un diseño de carretera más económico es aumentar la vida útil de diseño a al menos 40 años, de modo que no se requiera mantenimiento estructural, reduciendo así los costos de mantenimiento de la carretera y los retrasos en el tráfico. Se prefiere el pavimento de larga duración. Por ello, el Departamento de Carreteras, la Asociación Británica de Materiales de Construcción y la Asociación de Asfalto encargaron al Instituto Británico de Transportes y Carreteras integrar la información más reciente sobre el rendimiento de los pavimentos y revisar la teoría actual de los pavimentos asfálticos, con vistas a conseguir una carretera con una vida útil. de al menos 40 años sin mantenimiento estructural, es decir, trayectoria de vida a largo plazo[6]. Concepto de pavimento de larga duración: El pavimento asfáltico está diseñado para durar entre 40 y 50 años o más, y la gruesa capa de asfalto se utiliza para reducir el agrietamiento de la capa de asfalto tradicional y evitar los surcos estructurales. Dado que el daño de este tipo de pavimento se produce sólo en la parte superior del pavimento (25-100 mm), el fresado superficial, la reparación o la superposición solo deben realizarse con regularidad, de modo que el pavimento asfáltico no requiera modificaciones estructurales durante su vida útil [7]. Se caracteriza por una mayor inversión única a cambio de una vida útil más larga, una menor frecuencia de mantenimiento frecuente y menores costos totales del ciclo de vida.

En los Estados Unidos, la American Asphalt Pavement Alliance propuso por primera vez el concepto de pavimento de larga duración. Organizó la American Asphalt Association y la Asphalt Alliance de 36 estados para estudiar conjuntamente el método de diseño de larga duración. acera. Desde la década de 1960 se han construido pavimentos de hormigón asfáltico de espesor total y pavimentos asfálticos de gran resistencia. El pavimento de hormigón asfáltico de espesor total consiste en colocar un cierto espesor de hormigón asfáltico directamente sobre el suelo de subrasante, mientras que el pavimento de asfalto grueso de alta resistencia debe colocar un cierto espesor de capa superficial de asfalto sobre una subbase de agregado delgado [8]. Por lo tanto, el pavimento de larga duración es en realidad una extensión del buen desempeño del pavimento asfáltico de espesor total y del pavimento asfáltico de capa gruesa de alta resistencia.

Desde finales del siglo XX, los pavimentos de larga duración se han convertido en el tema de investigación más popular sobre pavimentos asfálticos a nivel internacional. Reino Unido y muchos estados de EE. UU. como California, Kentucky, Illinois, Michigan, Minnesota, Nueva Jersey, Ohio, Texas, Wisconsin, Virginia, etc. , realizó la práctica de pavimentos de larga duración y adquirió una valiosa experiencia. Siete de estos proyectos han recibido el Premio Nacional de Carreteras Permanentes de Ohio. La práctica ha demostrado que los pavimentos bien diseñados y construidos exhiben un rendimiento excelente y brindan un servicio efectivo a largo plazo [9-10]. Además, se han llevado a cabo numerosos experimentos e investigaciones en Alemania, Francia, Países Bajos, Canadá, Australia y Sudáfrica.

En la EAPA (Asociación Europea de Pavimentos Asfálticos) de 1996, la ISAP (Sociedad Internacional de Pavimentos Asfálticos) de 1997 y las conferencias internacionales octava y novena de 2002, el pavimento asfáltico de larga duración siempre ha sido un tema importante. En 2004, diferentes organizaciones de pavimentos asfálticos de todo el mundo están organizando seminarios sobre pavimentos asfálticos de larga duración, especialmente el Simposio Internacional sobre Pavimentos Asfálticos de Larga Duración organizado por ISAP en junio de 2004, al que asistieron expertos en carreteras de más de 50 países. . La reunión presentó principalmente la experiencia del uso de pavimentos asfálticos de larga duración en los Estados Unidos, Europa y Canadá y la revisión técnica del pavimento asfáltico de larga duración, y llevó a cabo extensas discusiones sobre el diseño y construcción de pavimentos asfálticos de larga duración. El LPG (European Long Life Pavement Group) en Europa y APA (Asphalt Alliance) en Estados Unidos han trabajado mucho en la investigación y promoción de pavimentos asfálticos de larga duración [6]. Recientemente, una gran cantidad de trabajo en los Estados Unidos en selección de materiales, diseño de mezclas, pruebas de desempeño y diseño estructural de pavimentos ha proporcionado un método confiable para obtener un desempeño del pavimento que puede alcanzar más de 40 años (la capa superficial necesita ser reparada regularmente). . Los resultados muestran que el pavimento asfáltico de larga duración requiere que el pavimento de larga duración adopte capas superficiales antihuellas, impermeables y resistentes al desgaste, capas de conexión antihuellas y capas base de asfalto antifatiga, y enfatiza una base sólida del pavimento [11]. . El daño de las capas gruesas de asfalto y de los pavimentos asfálticos cuidadosamente construidos sólo ocurre en la capa superficial, especialmente en las grietas superficiales, lo cual es una base teórica importante para el concepto de diseño de pavimentos de larga duración. Se realizaron muchas investigaciones y análisis para este fin.

Gerritsen et al. (1987) informaron grietas tempranas en la capa de desgaste del pavimento asfáltico holandés, y las grietas no se extendieron a la capa de conexión ni a la capa base.

Nunn (1998) citó el informe del Ministerio de Transporte holandés y realizó una encuesta en 176 secciones de prueba de pavimento flexible en los Países Bajos. Los resultados muestran que cuando el espesor de la capa de asfalto supera los 160 mm, la superficie de la carretera se agrietará primero y las grietas no penetrarán toda la capa de asfalto. Su estudio encontró que había pocas o ninguna fisura tradicional de abajo hacia arriba, el principal tipo de falla en los pavimentos de asfalto grueso. Nunn (1998) informó que en el Reino Unido, el agrietamiento de la superficie es un fenómeno común al final de la vida útil de los pavimentos flexibles con capas gruesas de asfalto, y generalmente se descubre 10 años después de la colocación del pavimento. También señaló que cuando el espesor de la capa de asfalto en las carreteras británicas es superior a 180 mm, rara vez se producen grietas por fatiga en la capa de conexión y la capa base. Sólo la capa de desgaste sufre grietas por fatiga y las grietas en la superficie son normales. Myers et al. (1998) reportaron que el 90% de las grietas del pavimento observadas en las carreteras de Florida fueron grietas superficiales, por lo que este tipo de grietas predominaron generalmente en los 5-10 años de construcción, y las grietas aparecieron en ambos lados. o un lado. La capa de asfalto del pavimento estudiado tiene un espesor de 50 a 200 mm. Algunas grietas tienen sólo 25 mm de profundidad y algunas capas de asfalto están completamente agrietadas. Uhlmyers et al. (2000) informaron que el agrietamiento de las capas superficiales del pavimento asfáltico con capas gruesas de asfalto (más de 160 mm) en el estado de Washington es relativamente común. Estas grietas generalmente se limitan a la capa de desgaste, con una profundidad promedio de 46 mm, mientras que el agrietamiento de las capas superficiales del pavimento asfáltico es relativamente común. El pavimento original generalmente ocurre entre 3 y 8 años después de la construcción. En 2001, Geoffrey et al. (2001) observaron la autopista interestatal I-287 en Nueva Jersey y encontraron que la mayoría de las grietas eran grietas superficiales y se detenían cuando se desarrollaban hasta la HMA (caliente). mezclar asfalto) capa base (dentro de una profundidad de 75 mm) [6] . Según los hallazgos de Nunn et al. en 1997, para pavimentos asfálticos con capas gruesas de asfalto, cuando el espesor de la capa de asfalto excede un cierto espesor, una estructura de pavimento bien construida no producirá grietas por fatiga ni formación de surcos estructurales en la parte inferior de la capa. [6]. Esto se debe a que existe un nivel límite de deformación por flexión y tracción en la parte inferior del pavimento asfáltico. Cuando la deformación inferior es inferior a este nivel, no se producirá falla por fatiga. La aplicabilidad de los límites de fatiga es otra base teórica importante para el concepto de diseño de pavimentos de larga duración. Los investigadores japoneses Nishizawa et al. propusieron el límite de fatiga de la mezcla asfáltica en 1997, creyendo que la mezcla asfáltica tiene capacidad de autocuración, por lo que cuando su nivel de deformación es inferior a 200 με, no se producirá agrietamiento por fatiga. Monishmith y Long sugirieron que la parte inferior de la mezcla asfáltica no se producirá; la capa La tensión de flexión no debe ser superior a 60 με y la tensión de compresión en la parte superior de la plataforma no debe ser superior a 200 με. Harold et al. creen que la tensión máxima de HMA es de 65 με a una temperatura anual equivalente [6].

Existen muchas versiones de métodos de diseño de pavimentos de larga duración en varios países, pero los parámetros y estándares de diseño siguen siendo diferentes y siguen cambiando y unificándose. El método de diseño de estructuras de pavimento basado en la mecánica de Illinois fue desarrollado en la Universidad de Illinois. Este método se basa en los resultados del análisis de elementos finitos del programa ILL-PAVE y utiliza ecuaciones de fatiga para controlar la deformación, que pueden usarse para controlar la relación de mezcla, la tensión de tracción y el rendimiento de la carretera de la capa de HMA. En los resultados de diseño típicos de IDOT (Departamento de Transporte de Illinois), se requiere que las deformaciones de flexión y tracción en la parte inferior de la capa sean inferiores a 60 με, e IDOT también adopta este método de diseño. Minnesota desarrolló una metodología de diseño mecánico basada en datos recopilados por el Proyecto de Investigación de Carreteras de Minnesota. Se utilizó el programa informático de teoría de elasticidad laminar WESLEA para calcular la respuesta de las estructuras de pavimento bajo carga, con algunas sugerencias para cambios estacionales en las propiedades de los materiales y estándares de servicio obtenidos del análisis de datos del Proyecto de Investigación de Carreteras de Minnesota. Este enfoque está siendo evaluado y modificado para su adopción por el Departamento de Transporte de Minnesota. La Michigan Asphalt Alliance utiliza el programa ELSYMS para calcular las deformaciones y tensiones de la estructura del pavimento y utiliza el método de daño acumulativo para calcular el pavimento para un período de diseño de 40 años [12]. No importa qué método de diseño mecánico se utilice, el principio fundamental es determinar la respuesta de tensión y deformación de la capa estructural del pavimento bajo la acción de la carga del tráfico. Un parámetro de tráfico en el diseño de pavimentos asfálticos de larga duración es la carga por eje de diseño. Si el espesor del pavimento se calcula en función de una determinada carga por eje de diseño, cuando la carga por eje del automóvil excede la carga por eje de diseño, la capa estructural puede exceder la deformación última, causando daños por fatiga de la capa estructural cuando alcanza un cierto nivel. , causará daños al pavimento. Se pierde el significado de pavimento de larga duración.

1.2.2 Estado de la investigación nacional

En mi país, el pavimento asfáltico de larga duración comenzó tarde. La autopista Guangzhou-Shenzhen se abrió al tráfico en 1994. La estructura de la carretera adopta una gruesa capa de asfalto y el volumen de transporte de pasajeros y carga es considerable. Según las encuestas, el volumen de tráfico en 1997 alcanzó los 74.500 vehículos/día, y la tasa de crecimiento del volumen de tráfico de 1995 a 1997 fue del 94%. En los últimos años, su volumen de tráfico ha seguido creciendo de forma constante, alcanzando los 65.438+0.999.65.438+0.850 vehículos diarios en el año 2000 y los 65.438+0.654,38+0.940 vehículos diarios en 2008./día, alcanzando los 65.438+0.940 vehículos/día. en 2002. En términos de volumen de transporte, los vehículos de transporte de contenedores son numerosos, pesados ​​y tienen ejes pesados, y los vehículos de carga siguen estando gravemente sobrecargados cada año. El volumen de tráfico acumulado de la autopista Guangzhou-Shenzhen alcanzó los 218.830 vehículos, lo que equivale a 75,694 millones de viajes de vehículos en todo el tramo de la carretera, y la carga por eje estándar en un solo sentido (BZZ-100) fue de 215.800 viajes de vehículos.

En 2002, el Instituto de Investigación del Transporte por Carreteras y la Universidad Changsha Jiaotong llevaron a cabo una encuesta sobre las condiciones de las carreteras de Guangshen Road.

Los resultados de la encuesta muestran que el daño al pavimento de la autopista Guangzhou-Shenzhen se debe principalmente al daño de la capa superficial (baches, ranuras) y la atenuación de las funciones de la superficie (suavidad, resistencia al deslizamiento, drenaje). El análisis de la estructura del pavimento muestra que su capacidad de carga es relativamente fuerte y que la resistencia estructural del pavimento de la autopista Guangzhou-Shenzhen cumple plenamente con los requisitos.

Para restaurar la función superficial de la carretera, en 2002, el Proyecto de Mantenimiento de Carreteras de Guangshen alisó ligeramente la sección de aproximadamente 42,59 km de largo y colocó una capa superficial SMAl3 de 4 cm de espesor. El estado de la carretera es bueno después de la reparación[13-14].

A partir de los ejemplos anteriores de pavimento asfáltico de larga duración, podemos encontrar que la carretera real aún mantiene una buena integridad estructural y resistencia incluso cuando excede con creces la vida útil o el volumen de tráfico de diseño, y nunca ha sido estructuralmente mantenimiento, por lo que se cree que el concepto de pavimento asfáltico de larga duración debería surgir, al menos en parte, de la práctica.

En 2003-2004, la Universidad de Tongji y Guangyun Expressway Co., Ltd., ciudad de Yunfu, provincia de Guangdong, firmaron un proyecto cooperativo de investigación científica sobre la "Investigación sobre el rendimiento estructural de pavimentos asfálticos de larga duración" en La autopista Guangwu (Guangzhou-Wuzhou) de la ciudad de Yunfu, provincia de Guangdong, ha construido una sección de prueba de pavimento asfáltico de larga duración de 1.000 m. Este proyecto absorbió experiencia de investigación extranjera en estructuras de pavimentos de larga duración y adoptó estándares y parámetros de diseño extranjeros para el diseño de pavimentos de larga duración [15]. En resumen, mi país todavía está relativamente atrasado en el campo del pavimento asfáltico de larga duración. Se necesita más investigación para analizar y discutir los parámetros de los materiales, las cargas por eje de diseño y los indicadores de diseño de pavimentos de larga duración que sean adecuados para las necesidades específicas de mi país. características del tráfico.

1.2.1 Estado actual de la investigación extranjera