1. INTRODUCCIÓN. 1 CAPÍTULO 1: INTRODUCCIÓN. 1.1. ANTECEDENTES GENERALES. Hoy en día el pavimento asfáltico es la alternativa de uso mayoritario en la infraestructura vial chilena, razón por la cual es importante conocer y estar al tanto de nuevos avances que permitan incrementar la vida útil y la calidad de él. Es por este motivo que en los últimos años se ha puesto mucho énfasis en profundizar más acerca del conocimiento de los materiales y mezclas que componen la estructura de pavimento. Como consecuencia de que el ligante asfáltico es un material muy susceptible a las variaciones térmicas, es necesario que los ensayos utilizados para clasificarlo indiquen condiciones específicas de temperatura. Contrario a esto, los métodos más utilizados en nuestro país para la clasificación de ligantes asfálticos se efectúan bajo condiciones arbitrarias, las cuales no necesariamente representan lo ocurrido en terreno y además no miden propiedades básicas o de comportamiento del producto. Frente a esta situación es que surge la necesidad de implementar un sistema que determine adecuadamente las características fundamentales del material, que defina los requisitos mínimos de asfalto en cuanto a sus propiedades reológicas y a las temperaturas a las que estará expuesto durante su vida útil. Así nace la idea de implementar las especificaciones SUPERPAVE, creadas por el programa SHRP (Strategic Highway Research Program) que en español se define como el Programa Estratégico de Investigación de Carreteras, desarrollado entre 1987 y 1993 en los Estados Unidos. SUPERPAVE (SUperior PERformance Asphalt PAVEments) incluye nuevas especificaciones para asfalto y agregado, un nuevo método de diseño para mezclas asfálticas en caliente y un modelo de predicción del comportamiento de pavimentos asfálticos. En él los ligantes son clasificados dentro de un rango de temperatura en el cual el pavimento poseería propiedades físicas adecuadas, para asegurar así un buen comportamiento frente a las formas de falla asociadas a la calidad del ligante. Por ende, es importante el determinar las temperaturas extremas a las cuales estará sometido el pavimento asfáltico de acuerdo a su ubicación geográfica. 2 1.2. OBJETIVOS. El principal objetivo de este trabajo es caracterizar la variable temperatura de los pavimentos asfálticos. Para ello se realizará un estudio en diversas ciudades de Chile, comprendidas en el tramo Santiago y Los Ángeles, a modo de establecer una sectorización de acuerdo a temperaturas, para la posterior recomendación de un ligante asfáltico de acuerdo a la clasificación SUPERPAVE. También se analizará la relación existente entre el relieve chileno que presenta el sector en estudio y la elección de un cierto tipo de ligante asfáltico, identificándose aquellas ciudades que presentan un comportamiento térmico diferente al que debiera presentar de acuerdo a su ubicación geográfica (ej: Chillán). Por último, se considerará una recomendación específica para vías de tránsito lento y/o muy pesados (ej: corredores del Transantiago). 1.3. ALCANCES. Para cumplir con los objetivos mencionados en primera instancia se efectuará la recopilación de información climatológica de Estaciones meteorológicas de Chile situadas en la zona de estudio, aplicando posteriormente las ecuaciones SUPERPAVE para transformar los datos a temperatura de pavimento. A continuación se asignará un grado de desempeño PG (Performance Grade), que indicará el rango de temperaturas admisibles en el cual el pavimento presentaría propiedades físicas adecuadas, de acuerdo a las condiciones del sector. Es importante mencionar que esta investigación se realizó para las características del sector en estudio, por lo que no es recomendable la extrapolación para el resto de Chile, ya que las variables que influyen en la temperatura del pavimento, principalmente la temperatura del aire, depende de factores característicos de cada región como los son: la latitud, el clima, la geografía, etc. Es vital el reconocer que existen limitantes para la aplicación de las ecuaciones SUPERPAVE en nuestro país, dado que éstas han sido establecidas de acuerdo a condiciones del 3 Hemisferio Norte, específicamente de Estados Unidos y Canadá. Para corroborar esto, en el futuro será necesario realizar mediciones en terreno. 1.4. METODOLOGÍA. Como se mencionó anteriormente, en una primera etapa se efectuará un catastro de todas las estaciones meteorológicas comprendidas en el sector Santiago y Los Ángeles, que presenten registros de temperaturas ambientales. Debido a la poca continuidad existente en el registro de datos, será necesario imponer ciertas condiciones que permitan obtener una mayor cantidad de información. Una vez hecho esto, se determinará mediante las ecuaciones SUPERPAVE la temperatura del pavimento, asignando posteriormente un grado PG específico de acuerdo a las condiciones de la zona. Finalmente se representará esta información en un mapa, donde se recomendará el uso de un ligante asfáltico de acuerdo a una ubicación geográfica. 1.5. ESTRUCTURA DEL ESTUDIO. El presente trabajo está compuesto principalmente por una serie de capítulos que permitirán en forma gradual ir conociendo el Método SUPERPAVE, con el objetivo final de la realización de un mapa donde se recomienda a partir de las condiciones características de una zona (clima, latitud, etc.) un tipo de ligante a utilizar. Buscando cumplir los objetivos, como partida se tiene en el CAPÍTULO 2 una explicación general de lo que pretende realizar la nueva normativa SUPERPAVE, con sus especificaciones y ensayos de laboratorio para simular las diversas condiciones a las que se verá expuesto un pavimento asfáltico durante su vida útil. Aquí también se hace alusión a un método de transición (o Método SIMPLIFICADO) para países en vías de desarrollo, el que se basa en pruebas efectuadas en equipos de costos menores que los originales de SHRP. En el CAPÍTULO 3 se hace un reconocimiento de la zona comprendida entre las ciudades de Santiago y Los Ángeles, identificándose fenómenos como el relieve y el clima de Chile. En base a este último se explican los diversos factores que tienen influencia en él y se visualiza los 4 distintos tipos existentes a lo largo del país, dando especial énfasis a los pertenecientes al sector deseado. En el CAPÍTULO 4 se pretende realizar una validación de los resultados obtenidos mediante el método SHRP estableciendo una comparación con el modelo nacional de estimación de temperaturas de pavimento denominado PROSECA. Se parte estudiando en forma más detallada el Método SUPERPAVE, identificándose las distintas etapas características de él. A continuación se hace una breve mención de lo que pretende conseguir el modelo PROSECA a modo de entender los parámetros involucrados. Planteados estos dos puntos, se procede a establecer la relación existente entre los resultados de ambas normativas fundamentándonos en resultados obtenidos en una memoria hecha con anterioridad [Ref. 1]. Posteriormente se hace la aplicación del método SUPERPAVE a cada una de las zonas estudiadas, identificándose situaciones extraordinarias que pudieran darse en el sector, como lo son comportamientos térmicos discordantes con los de su entorno y aumento del PG producto de altos volúmenes de tránsito. Para este último propósito, se estudiará ciertas Rutas características a lo largo del tramo abarcado en esta memoria. El CAPÍTULO 5 está enfocado principalmente en la confección del mapa de recomendación de uso de ligantes con la información obtenida de estaciones meteorológicas ubicadas en el sector. Para efectuar una correcta zonificación se superponen las condiciones de relieve y climas de la zona, generándose áreas de comportamiento similares en lo referente a temperaturas. Una vez identificados dichos sectores se procede a notificar el PG a usar. Finalmente es posible visualizar a que espacio pertenecen en nuestro mapa las Rutas significativas consideradas, y notificar el nuevo ligante a ocupar. Como último aspecto, en el CAPÍTULO 6 se establecerá las conclusiones pertinentes a cada una de las labores efectuadas en este trabajo 5 2. ANTECEDENTES TEÓRICOS. 6 CAPÍTULO 2: ANTECEDENTES TEÓRICOS. Cuando una mezcla asfáltica es usada como carpeta en un pavimento asfáltico, está sujeta a múltiples acciones que terminan con la vida útil de la misma. Estas acciones son entre otras el tráfico y el clima. Los daños producidos en las carpetas asfálticas son conocidos como deformaciones permanentes (rutting), agrietamiento por fatiga y agrietamiento térmico. Todos estos daños están asociados en mayor escala a las características finales de la mezcla asfáltica cuando forma parte del pavimento y a las características constitutivas de la misma. El elevado número de aplicaciones de cargas o la poca resistencia de la mezcla a resistir los esfuerzos cortantes inducidos al pavimento, puede dar origen a deformaciones permanentes. Para controlar este tipo de deformaciones son recomendadas características granulométricas apropiadas y asfaltos que actúen adecuadamente ante las temperaturas a las que está expuesto un pavimento. El agrietamiento por fatiga es causado en un pavimento por factores que ocurren simultáneamente, se pueden destacar: cargas pesadas repetidas, pobres características de drenaje del pavimento, alta deflexión del pavimento y mezclas asfálticas muy rígidas entre otros. Adicionalmente, es influenciado por deficiencias en los métodos de diseño del pavimento y métodos inadecuados de construcción. El agrietamiento térmico es observado regularmente en zonas donde el clima genera temperaturas muy bajas. Este puede deberse a la utilización de ligantes asfálticos muy duros, los cuales son propensos a la contracción de la carpeta asfáltica, en tiempos fríos. Como consecuencia que las moléculas del asfalto se encuentran sostenidas por débiles estructuras moleculares, pueden ser destruidas por calentamiento o por esfuerzos cortantes; esto proporciona al asfalto, sus características viscoelásticas. El comportamiento reológico del asfalto depende de la temperatura del asfalto y de la duración de la carga. A altas temperaturas y/o cargas lentas el asfalto se comporta como un líquido viscoso, cuya viscosidad varía con las condiciones específicas de carga y temperatura. A bajas temperaturas y/o cargas rápidas el asfalto se comporta como un sólido elástico, cuya rigidez depende de las condiciones específicas de temperatura y carga. 7 A temperaturas intermedias el asfalto se comporta como un material viscoelástico. Este comportamiento se caracteriza por una respuesta combinada ante carga, con una componente viscosa y una componente elástica. 2.1. MÉTODO SUPERPAVE. Según los investigadores del programa SHRP, las propiedades medidas de los ligantes asfálticos mediante los ensayos SUPERPAVE, pueden ser relacionadas directamente con su comportamiento en servicio por principios de ingeniería. Los ensayos se realizan a las temperaturas que se encuentran los pavimentos asfálticos en servicio, para proveer mejor comportamiento del mismo en regiones climáticas específicas. Básicamente la estructura del pavimento, el diseño de la mezcla y las propiedades de la carpeta tal como fue construida junto con las propiedades del ligante, determinan el comportamiento del pavimento durante su vida útil. Por esto, el método busca principalmente la selección adecuada de los ligantes asfálticos en función del clima y la carga. SUPERPAVE intenta mejorar el comportamiento de los asfaltos para evitar que contribuya a producir en los pavimentos deformaciones permanentes, agrietamiento por fatiga y agrietamiento por bajas temperaturas. Para conseguir este objetivo es que se realizan una serie de ensayos. 2.1.1. Equipos y Ensayos. Existen una serie de ensayos dependiendo de los objetivos que se desean cumplir. 2.1.1.1. Viscosímetro Rotacional Brookfield (RV). Durante la construcción de la mezcla asfáltica se requiere manejar el cemento asfáltico a temperaturas que permitan su bombeo. Estas temperaturas deben ser tales que el asfalto pueda ser inyectado en el tambor mezclador y sea capaz de cubrir uniformemente las partículas de agregado. Para este propósito se utiliza el RV. El RV cuenta con el sistema Thermosel y permite evaluar la trabajabilidad del asfalto (mediante la determinación de la viscosidad) frente a temperaturas comprendidas entre los 60° C y 200° C. Los valores medidos mediante este procedimiento se utilizan para desarrollar 8 diagramas temperatura – viscosidad, los que son utilizados para estimar las temperaturas de mezclado y compactación a utilizar durante el diseño de las mezclas asfálticas en caliente. Este equipo determina la viscosidad rotacional mediante la medición del torque necesario para mantener una velocidad rotacional constante de un eje cilíndrico que gira sumergido en una muestra termostáticamente controlada. Este torque está directamente relacionado a la viscosidad del ligante. Vale la pena destacar que es aplicable a una extensa diversidad de asfaltos, tanto modificados como no modificados. El RV permite medir las propiedades del asfalto en su estado líquido (Newtoniano). Figura 2.1. Viscosímetro Rotacional Brookfield (RV). 2.1.1.2. Reómetro de Corte Dinámico (DSR). El DSR es utilizado para caracterizar el comportamiento viscoelástico (no Newtoniano) de las carpetas asfálticas. El reómetro aplica un patrón sinusoidal de tensiones de corte sobre una muestra asfáltica (de dimensiones de 1 mm de espesor por 25 mm de diámetro ó de 2mm de espesor por 8 mm de diámetro), midiendo su respuesta (deformación) entre platos metálicos paralelos, donde uno de ellos oscila con respecto al otro a frecuencia y amplitudes de deformación rotacional preseleccionadas. La respuesta del asfalto presenta un patrón de la misma frecuencia pero de distinta amplitud, desfasada en el tiempo. Dicha muestra es mantenida a la temperatura de ensayo mediante calentamiento y enfriamiento de los platos superior e inferior. Comparando ambos patrones se obtienen dos importantes parámetros reológicos del asfalto: 1. Módulo de Corte Dinámico (G*): que es un indicador de la rigidez o resistencia del ligante asfáltico a la deformación por esfuerzos de corte. 9 2. Angulo de Fase (δ): que es un indicador de las cantidades relativas de deformaciones elástica (recuperable) y viscosa (no recuperable). Ambos parámetros permiten determinar la resistencia a la deformación de corte de un ligante asfáltico, además de otras propiedades que tienen directa relación con ellos. Son sumamente dependientes de la temperatura y de la frecuencia de carga (10 rad/s). El DSR está pensado para determinar las propiedades visco-elásticas (no Newtonianas) de los ligantes asfálticos para requerimientos de especificación. Además es apropiado para materiales tanto en estado original como envejecido y no es aplicable a ligantes asfálticos que contengan material particulado de dimensiones mayores a los 250 µm, ni a aquellos que presenten valores de G* fuera del rango entre los 100 Pa y los 10 MPa (obtenidos usualmente con temperaturas entre los 5° C y 85° C). Figura 2.2. Reómetro de Corte Dinámico (DSR). Durante los tres primeros años de servicio, y especialmente en períodos calurosos, la mezcla es propensa a sufrir ahuellamiento, el cual se define como la acumulación de pequeñas deformaciones no recuperables en la mezcla. Para minimizar la contribución del asfalto al ahuellamiento se exige que éste tenga una alta rigidez frente a temperaturas de servicio elevadas y que presente un comportamiento predominantemente elástico. Así para controlar el ahuellamiento, SUPERPAVE exige que: ° G* /sen (δ) > 2.20 kPa en el rango alto de temperaturas de servicio, en muestras envejecidas previamente en RTFO. Por otro lado, tras varios años de servicio el asfalto alcanzará una condición de envejecimiento de largo plazo, por lo cual su rigidez habrá aumentado. En esta etapa el 10 ahuellamiento ya no es un modo de falla probable, sino más bien es posible que se presenten problemas asociados al comportamiento sólido-frágil del asfalto, como agrietamiento por fatiga y agrietamiento térmico. Para prevenir el desarrollo de grietas por fatiga SUPERPAVE exige que: ° G* sen (δ) < 5000 kPa en el rango alto de temperaturas de servicio, en muestras envejecidas previamente en RTFO y PAV. 2.1.1.3. Reómetro de Viga de Flexión (BBR). Como consecuencia de que los ligantes asfálticos son rígidos a bajas temperaturas, en algún punto a lo largo del estado de tensiones se excederá la resistencia del material provocando grietas en la capa asfáltica. Las pruebas realizadas en la viga de flexión describen como se comportará la carpeta asfáltica frente a bajas temperaturas, más como un sólido elástico. El BBR mide la deflexión en el punto medio de una viga de ligante asfáltico que se encuentra simplemente apoyada, la cual es sometida a una carga constante aplicada durante 240 s y a temperatura controlada (relacionada con la temperatura experimentada por el pavimento en el área geográfica en la cual se considera usar). Dos parámetros son evaluados con el ensayo BBR: 1. El valor m: que es una medida de cómo la rigidez del asfalto cambia en función de las cargas aplicadas y corresponde a la pendiente de la curva generada por el logaritmo de la rigidez versus el logaritmo del tiempo. 2. La rigidez o fluencia en flexión (S): que es una medida de cómo el asfalto resiste la constante aplicación de cargas. El ensayo opera en un rango de temperaturas desde los – 36° C hasta los 22° C, siendo aplicable a materiales con valores de rigidez en flexión entre 20 MPa y 1 GPa y además pueden ser utilizados materiales en estado original o envejecido. La rigidez o la deformabilidad flexural en creep describen la respuesta tensión – deformación - tiempo de ligantes asfálticos frente a bajas temperaturas dentro del rango de respuesta viscoelástica lineal. 11 Para minimizar la tendencia al agrietamiento térmico SUPERPAVE controla lo siguientes aspectos: ° S < 300 MPa, valor-m = d log(S(t)) / d log(t) ≤ 0.3 en muestras envejecidas en RTFO y PAV. Figura 2.3. Reómetro de Viga de Flexión (BBR). 2.1.1.4. Ensayo de Tracción Directa (DTT). El DTT permite determinar la deformación y tensión de falla en ligantes asfálticos sometidos a velocidad de deformación constante con bajas temperaturas, contenidas dentro del rango entre 6° C hasta – 36° C, en las cuales el asfalto muestra un comportamiento quebradizo. Para la prueba se deben confeccionar probetas vaciando ligante asfáltico en un molde adecuado para ello. Para poder traspasar el esfuerzo de tracción desde la máquina de ensayo a la probeta de ligante se utilizan dos terminales plásticos hechos de polimetilmetacrilato, a los cuales el asfalto se adhiere en forma fácil. Un transductor de desplazamiento mide la elongación de la probeta al ser estirada a una tasa constante de 1 mm/minuto, registrándose la carga máxima alcanzada, la deformación de falla y tensión de falla. El DTT fue desarrollado para ligantes asfálticos a temperaturas en las cuales muestran una falla frágil o frágil – dúctil, produciéndose esta cuando surge una fractura en la probeta; una falla dúctil se genera cuando la probeta simplemente se alarga sin generar la fractura. En ningún caso esta prueba es aplicable en temperaturas donde se produce una falla por fluencia dúctil. Vale la pena destacar que este ensayo sólo se requiere cuando los resultados obtenidos en BBR no son totalmente satisfactorios. 12 Para minimizar la tendencia al agrietamiento térmico SUPERPAVE controla los siguientes aspectos: ° 300 Mpa < S < 600 Mpa, valor-m < 0.3 y ε > 0.01 en muestras envejecidas en RTFO y PAV. Figura 2.4. Ensayo de Tracción Directa (DTT). 2.1.1.5. Horno de Película Delgada Rotatoria (RTFO). Los ligantes asfálticos envejecen ante todo debido a dos diferentes mecanismos: la pérdida de aceites contenidos en el asfalto mediante procesos de volatilización y por la reacción con el oxígeno presente en el medio ambiente (oxidación). Durante la fabricación de la mezcla asfáltica en la planta en caliente y la colocación de esta, los ligantes asfálticos envejecen debido a las altas temperaturas y al aire involucrado en el proceso. El RTFO es usado para simular esta forma de envejecimiento. Así, este ensayo es usado para medir el efecto de la continua exposición al calor y a la circulación de aire en una película en movimiento de materiales asfálticos semisólidos. Dicha muestra se calienta en un horno durante 75 minutos a una temperatura de 163° C. Los efectos de este tratamiento se determinan en base a mediciones de las propiedades del asfalto antes y después del ensaye. El RTFO sirve principalmente para dos propósitos: 1. Proveer y envejecer los productos asfálticos para ser usados en futuros ensayos o para la determinación de propiedades físicas. 2. Determinar la cantidad de masa asociada a las pérdidas volátiles desde el asfalto durante la prueba. 13 Figura 2.5. Horno de Película Delgada Rotatoria (RTFO). 2.1.1.6. Envejecimiento en Recipiente Presurizado (PAV). Después que el pavimento asfáltico es construido y abierto al tráfico, el envejecimiento continuará principalmente por la oxidación provocada por la acción de temperaturas. Para simular esta clase de envejecimiento en servicio al largo plazo, SHRP desarrolló el PAV. Este método está diseñado para simular el envejecimiento (por oxidación) acelerado que ocurre en ligantes asfálticos durante la vida de servicio del pavimento, mediante aire presurizado (a 2.10 MPa) y temperaturas elevadas. Para poder efectuar este ensayo se necesita una muestra de asfalto previamente envejecida en un Horno de Película Delgada Rotatoria (RTFO), muestra que se colocará en bandejas de acero inoxidable para ser envejecida a la temperatura deseada (según el grado del ligante asfáltico) durante un tiempo aproximado de 20 horas. De esta manera, las propiedades físicas del ligante asfáltico son medidas para determinar su estado tras varios años de servicio. Figura 2.6. Envejecimiento en Recipiente Presurizado (PAV). 14 2.1.2. Grado Asfáltico. Una de las principales diferencias entre las especificaciones tradicionales para asfalto y las del método SUPERPAVE, se refiere a que en este último los resultados de los ensayos se mantienen constantes, variando solamente las temperaturas. Es decir, distintos grados asfálticos cumplen con las mismas propiedades físicas pero a distintas temperaturas. El grado asfáltico se designa como PG XX -YY, donde: PG: Performance Grade o Grado de Desempeño. XX: Temperatura máxima promedio del pavimento (medida a 20 mm de profundidad). YY: Temperatura mínima superficial del pavimento. Los valores de XX e YY se determinan en base a registros históricos de temperatura considerando un factor de confiabilidad. De esta manera, el comportamiento de un determinado grado asfáltico queda determinado por las exigencias que SUPERPAVE impone. La Figura 2.7 muestra un diagrama que relaciona cada ensayo del método con la característica que mide y la condición en que se debe ensayar la muestra. Figura 2.7. Ensayos del Método SUPERPAVE. 15 En la Tabla 2.1 se resumen las especificaciones SUPERPAVE, indicando las temperaturas de ensayo para los niveles de ligante definidos. Surge así la necesidad de determinar las temperaturas características del ligante asfáltico en función de las condiciones climáticas del sector donde se ubicará, para de este modo identificar el PG adecuado. 16 Tabla 2.1. Especificaciones SUPERPAVE – SHRP para Ligantes Asfálticos. GRADO LIGANTE -34 Temperatura máxima de diseño del pavimento, promedio de 7 días, ºC (a) Temperatura mínima de diseño del pavimento, ºC (a) PG 46 -40 -46 -10 -16 -22 < 46 PG 52 -28 -34 -40 -46 -16 -22 PG 58 -28 < 52 -34 -40 -10 -16 PG 64 -22 -28 < 58 -34 -40 < 64 > -34 > -40 > -46 > -10 > -16 > -22 > -28 > -34 > -40 > -46 > -16 > -22 > -28 > -34 > -40 > -10 > -16 > -22 > -28 > -34 > -40 ASFALTO ORIGINAL Temperatura Flesh Point, T48; Mínima ºC Viscosidad, ASTM D4402; (b) Máximo 3 Pa*s, Temperatura de ensayo, ºC 230 135 Corte Dinámico, TP5; (c) G*/sen (δ) Mínimo: 1.00 kPa, Temperatura de ensayo a 10 rad/s, ºC 46 52 58 64 HORNO DE PELÍCULA DELGADA ROTATORIA Pérdida de masa, Máxima, % Corte Dinámico, TP5; G*/sen (δ) Mínimo: 2.20 kPa, Temperatura de ensayo a 10 rad/s, ºC 1.00 46 52 58 64 ENVEJECIMIENTO EN RECIPIENTE PRESURIZADO Temperatura de Envejecimiento en PAV, ºC (d) Corte Dinámico, TP5; G*/sen (δ) Máximo: 5000 kPa, Temperatura de ensayo a 10 rad/s, ºC Endurecimiento Físico (e) Módulo de Rigidez, TP1; (f) S máximo: 300 MPa; valor mínimo de m: 0.300 Temperatura de ensayo a 60 s, ºC Tracción directa, TP3; (f) Deformación de Rotura mínima: 1% temperatura de ensayo a 1.0 mm/min, ºC 90 10 7 100 4 25 22 19 100 16 13 10 7 25 22 100 19 16 13 31 28 25 22 19 16 INFORMAR -24 -30 -36 0 -6 -12 -18 -24 -30 -36 -6 -12 -18 -24 -30 0 -6 -12 -18 -24 -30 -24 -30 -36 0 -6 -12 -18 -24 -30 -36 -6 -12 -18 -24 -30 0 -6 -12 -18 -24 -30 NOTAS: (a) Las temperaturas del pavimento pueden ser calculadas partiendo de la temperatura del aire mediante un algoritmo incluido en el software SUPERPAVE TM o pueden ser provistas por el organismo vial de especificación, o siguiendo procedimientos tales como los detallados en PPX. (b) Esta exigencia puede ser obviada a discreción de la agencia de especificación si el proveedor garantiza que el ligante asfáltico puede ser adecuadamente bombeado y mezclado a temperaturas que cumplen todas las normas de seguridad. (c) Para el control de calidad en la producción de cemento asfáltico sin modificar, la medición de la viscosidad del cemento asfáltico original puede reemplazar a las mediciones de corte dinámico [G*/ sen (δ)] a las temperaturas a las cuales el asfalto se comporta como un fluido Newtoniano. Cualquier ensayo normalizado adecuado de medición de viscosidad puede ser empleado, incluyendo viscosímetros capilares o rotacionales (AASHTO T210 ó T202). (d) La temperatura de envejecimiento en PAV se basa en condiciones climáticas simuladas y es 90 °C, 100 °C ó 110 °C. Para PG 58 y grados superiores la temperatura es de 100 °C, excepto en climas desérticos, para los cuales es 110 °C. (e) El endurecimiento Físico - TP1 se ejecuta sobre un juego de vigas de asfalto de acuerdo a la sección 13.1 de TP1, con la salvedad de que el tiempo de acondicionamiento se extiende a 24 horas ± 10 minutos a 10 °C por encima de la mínima temperatura de performance. La rigidez y el valor de m se reportan sólo por propósitos de información. (f) Si la rigidez en creep es inferior a 300 Mpa, en ensayo de tracción directa no es necesario. Si la rigidez en creep está entre 300 y 600 Mpa, el requerimiento para la deformación específica en falla por tracción puede reemplazar al requerimiento de la rigidez en creep. El valor de m debe cumplirse en ambos casos. 17 Tabla 2.1. Especificaciones SUPERPAVE – SHRP para Ligantes Asfálticos. GRADO LIGANTE -10 Temperatura máxima de diseño del pavimento, promedio de 7 días, ºC (a) Temperatura mínima de diseño del pavimento, ºC (a) -16 PG 70 -22 -28 -34 -40 -10 -16 < 70 PG 76 -22 -28 -34 -10 -16 < 76 PG 82 -22 -28 -34 < 82 > -10 > -16 > -22 > -28 > -34 > -40 > -10 > -16 > -22 > -28 > -34 > -10 > -16 > -22 > -28 > -34 ASFALTO ORIGINAL Temperatura Flesh Point, T48; Mínima ºC Viscosidad, ASTM D4402; (b) Máximo 3 Pa*s, Temperatura de ensayo, ºC 230 135 Corte Dinámico, TP5; (c) G*/sen (δ) Mínimo: 1.00 kPa, Temperatura de ensayo a 10 rad/s, ºC 70 76 82 HORNO DE PELÍCULA DELGADA ROTATORIA Pérdida de masa, Máxima, % Corte Dinámico, TP5; G*/sen (δ) Mínimo: 2.20 kPa, Temperatura de ensayo a 10 rad/s, ºC 1.00 70 76 82 ENVEJECIMIENTO EN RECIPIENTE PRESURIZADO Temperatura de Envejecimiento en PAV, ºC (d) Corte Dinámico, TP5; G*/sen (δ) Máximo: 5000 kPa, Temperatura de ensayo a 10 rad/s, ºC Endurecimiento Físico (e) Módulo de Rigidez, TP1; (f) S máximo: 300 MPa; valor mínimo de m: 0.300 Temperatura de ensayo a 60 s, ºC Tracción directa, TP3; (f) Deformación de Rotura mínima: 1% temperatura de ensayo a 1.0 mm/min, ºC 100 (110) 34 31 28 28 100 (110) 22 19 37 34 31 100 (110) 28 25 40 37 34 31 28 INFORMAR 0 -6 -12 -18 -24 -30 0 -6 -12 -18 -24 0 -6 -12 -18 -24 0 -6 -12 -18 -24 -30 0 -6 -12 -18 -24 0 -6 -12 -18 -24 NOTAS: (a) Las temperaturas del pavimento pueden ser calculadas partiendo de la temperatura del aire mediante un algoritmo incluido en el software SUPERPAVE TM o pueden ser provistas por el organismo vial de especificación, o siguiendo procedimientos tales como los detallados en PPX. (b) Esta exigencia puede ser obviada a discreción de la agencia de especificación si el proveedor garantiza que el ligante asfáltico puede ser adecuadamente bombeado y mezclado a temperaturas que cumplen todas las normas de seguridad. (c) Para el control de calidad en la producción de cemento asfáltico sin modificar, la medición de la viscosidad del cemento asfáltico original puede reemplazar a las mediciones de corte dinámico [G*/ sen (δ)] a las temperaturas a las cuales el asfalto se comporta como un fluido Newtoniano. Cualquier ensayo normalizado adecuado de medición de viscosidad puede ser empleado, incluyendo viscosímetros capilares o rotacionales (AASHTO T210 ó T202). (d) La temperatura de envejecimiento en PAV se basa en condiciones climáticas simuladas y es 90 °C, 100 °C ó 110 °C. Para PG 58 y grados superiores la temperatura es de 100 °C, excepto en climas desérticos, para los cuales es 110 °C. (e) El endurecimiento Físico - TP1 se ejecuta sobre un juego de vigas de asfalto de acuerdo a la sección 13.1 de TP1, con la salvedad de que el tiempo de acondicionamiento se extiende a 24 horas ± 10 minutos a 10 °C por encima de la mínima temperatura de performance. La rigidez y el valor de m se reportan sólo por propósitos de información. (f) Si la rigidez en creep es inferior a 300 Mpa, en ensayo de tracción directa no es necesario. Si la rigidez en creep está entre 300 y 600 Mpa, el requerimiento para la deformación específica en falla por tracción puede reemplazar al requerimiento de la rigidez en creep. El valor de m debe cumplirse en ambos casos. 18 2.2. MÉTODO SIMPLIFICADO. Debido al alto costo que tienen asociados los ensayos del método SUPERPAVE es que se ha estado buscando procedimientos alternativos. Tras variados estudios, se ha logrado desarrollar un método el cual es representativo para países en vías de desarrollo [Ref. 4], el cual considera una serie de ensayos. 2.2.1. Ensayos. Existen los siguientes, dependiendo de los objetivos que se desean alcanzar. 2.2.1.1. Ensayo de Penetración. Este ensayo permite determinar la dureza de materiales bituminosos sólidos y semisólidos, midiendo la distancia que una aguja normalizada penetra verticalmente a una muestra de asfalto en condiciones específicas de temperatura, carga y tiempo. Cuando no se mencionan otras condiciones se determina la penetración normal, la cual es realizada a una temperatura de 25° C, calentando la muestra en un baño de agua termostáticamente controlada, con la aguja cargada con 100 g y un tiempo de aplicación de carga de 5 segundos. Para realizar esta medición se utiliza la unidad décima de milímetro. Este ensayo se utiliza como medida de la consistencia, donde altos valores de penetración indican consistencias más blandas. Figura 2.8. Ensayo normal de Penetración. 19 2.2.1.2. Punto de Fragilidad de Fraass. Este método permite determinar el punto de fragilidad de los materiales bituminosos de consistencia sólida o semisólida, por medio del aparato Fraass. En el ensayo se somete una película de material, en condiciones específicas, a ciclos sucesivos de flexión a temperaturas decrecientes. Se define así el Punto de Fragilidad de Fraass como la temperatura a la cual, debido a la consistencia adquirida por el material bituminoso, se observa la primera fisura o rotura en la superficie de la película. Figura 2.9. Aparato de Fraass. 2.2.1.3. Punto de Ablandamiento con el Aparato de Anillo y Bola. Los asfaltos son materiales termoplásticos y se establece entonces un punto de ablandamiento, determinado por la temperatura a la que alcanza un determinado estado de fluidez. Los asfaltos de diferentes tipos reblandecen a diferentes temperaturas y son posibles de determinar mediante este ensayo. El ensayo consiste en llenar de asfalto fundido un anillo de dimensiones normalizadas, dejándose enfriar a temperatura ambiente. Se ensambla el aparato con los anillos, el termómetro y la guía para centrar las bolas. Se llena el vaso con agua destilada a 5° C y se colocan con una pinza las bolas en cada una de la guías. A continuación se calienta el baño de modo tal que la temperatura del agua suba a velocidad constante. Así se anota la temperatura en el momento en que la bola de acero toca la placa inferior, siendo esta la temperatura de punto de ablandamiento. 20 Figura 2.10. Aparato de Anillo y Bola. 21 3. RECONOCIMIENTO DE LA ZONA EN ESTUDIO. 22 CAPÍTULO 3: RECONOCIMIENTO DE LA ZONA EN ESTUDIO. 3.1. RELIEVE DE CHILE. La República de Chile, ubicada al sur del continente americano, presenta una geografía muy particular, donde es posible encontrar un relieve conformado principalmente por cuatro tipos: Planicies Litorales, Cordillera de la Costa, Depresión Intermedia y Cordillera de Los Andes, que estructuran las características fisiográficas de las zonas del país. Las Planicies Litorales corresponden al relieve plano que se extiende junto a la playa. Se localizan entre el Océano Pacífico por el oeste y la Cordillera de la Costa por el este, entre el límite norte del país hasta la isla de Chiloé. Se caracterizan por ser elevadas, muy estrechas y cortadas por acantilados en el norte, interrumpidas por acantilados en la zona central y muy anchas al sur del país. La Cordillera de la Costa define a los paños y alineamientos que sobresalen del nivelamiento general de la pampa. Se inicia al sur de la ciudad de Arica, formando una cadena montañosa alta y continua en el norte, confundiéndose con encadenamientos transversales; en la zona central es longitudinal y comienza a declinar en altitud; al sur del Bío Bío vuelve a aumentar levemente sus cimas, recibiendo incluso el nombre de Cordillera de Nahuelbuta. A medida que va avanzando en latitud comienza a perder su homogeneidad, desmembrándose, hasta que finalmente se hunde en los canales australes. La Depresión Intermedia corresponde al sector bajo de la superficie terrestre y se encuentra rodeada de relieves montañosos o más altos. Se extiende entre la Cordillera de la Costa por el oeste y la Cordillera de Los Andes por el este desde el extremo norte hasta el valle de Relongaví. Se caracteriza por ser árida en el norte y más fértil en el área austral. Su extensión como rasgo continuo facilita el asentamiento de gran parte de la población nacional. La Cordillera de Los Andes es un cordón montañoso relativamente joven, con algunas particularidades que hacen variar su fisonomía y declinar en altitud mientras avanza en latitud. Corresponde a la principal forma de relieve chileno. Sus características cambian según el área observada: en el norte dominan las depresiones de los salares, donde se presenta la cumbre más alta del país el Nevado Ojos del Salado con 6893 m de altura. La proyección como rasgo permanente la perfila incluso en el territorio antártico, donde se conoce como Antartandes. 23 3.1.1. Identificación del Relieve en el tramo en estudio. En la realización de este estudio es vital el poder establecer una correlación entre una ciudad del país y el ligante asfáltico a utilizar en función de características principalmente climáticas; siendo importante para esto el identificar el grado de incidencia que presenta el relieve frente al comportamiento de las temperaturas para los diversos lugares en estudio. Con la finalidad de cumplir este objetivo es que se ha confeccionado un mapa dónde se muestra a que tipo de relieve pertenecen las zonas consideradas para esta memoria. 24 Figura 3.1. Mapa del Relieve de Chile y sector en estudio. 25 3.2. EL CLIMA DE CHILE. Dentro de los elementos climáticos, la temperatura depende principalmente del efecto directo de la radiación solar. Siendo ésta el elemento más significativo para una clasificación o descripción de un tipo de clima, razón por la cual su distribución temporal como espacial reviste gran importancia. La temperatura es el elemento del clima que se ve afectado principalmente por las condiciones locales de la composición de la atmósfera. Siendo así, que la insolación sufre variaciones notables en distancias muy reducidas influyendo en el comportamiento térmico. En el campo espacial la temperatura se ve modificada según la latitud, a través de la insolación, la cual será de mayor o menor magnitud dependiendo de la incidencia de los rayos solares sobre la superficie de la Tierra. Es así como en la zona ecuatorial la insolación es mayor e irá disminuyendo a medida que aumenta en latitud. Otro agente del cual depende la temperatura, es el relieve, el cual incide directamente en el comportamiento térmico modificando su distribución, manifestándose éste en mayor o menor grado según la altitud y forma orográfica, el que además altera la incidencia de los rayos solares en sus vertientes, así como también determina la duración de la insolación diaria. Las isolíneas que manifiestan el comportamiento térmico en Chile, acusan una deflección típica cuando pasamos de una zona ubicada en la parte costera hacia aquellas ubicadas en los valles interiores del país. Esto se explica, a que el agente moderador del mar actúa atenuando el efecto de radiación solar en las zonas costeras, de modo que en verano éstas presentan temperaturas inferiores y en invierno mayores que aquellas ubicadas hacia el interior del país. En Chile, las temperaturas disminuyen gradualmente de norte a sur, y el efecto moderador del mar hace que aquellas zonas ubicadas en las cercanías del sector costero mantengan una amplitud térmica muy baja en el día y la noche. La insolación es mayor en el extremo norte y va disminuyendo a medida que se acerca al extremo sur; por su lado, la vertiente norte del relieve costero y andino recibe una mayor cantidad de insolación por su exposición a los rayos solares. Por otro lado, la temperatura presenta variaciones hacia el interior del país, desde oeste a este en donde el factor predominante es la 26 altura, observándose procesos de inversión térmica, es decir, en vez de disminuir la temperatura con la altura, ésta aumenta. 3.2.1. Factores del Clima en Chile. 3.2.1.1. Latitud. Extendiéndose Chile continental entre los 19º S y los 55º S se puede distinguir en primera instancia dos grandes regiones separadas aproximadamente por el paralelo 30º S. Al norte una región con deficiencia de precipitaciones y al sur otra caracterizada por la alternancia de períodos secos y con cielos despejados y períodos con lluvias, nubosidad y mal tiempo, provocada por el paso de los sistemas frontales y ciclones extratropicales. Existe una franja intermedia en el Chile continental, que debido a los desplazamientos latitudinales de los regímenes de la circulación general se encontrarán en el régimen seco en la estación de verano y sometida al régimen de los vientos oestes en las estaciones invernales. En general, dentro de la región de los oestes la frecuencia e intensidad de las manifestaciones frontales aumentarán hacia el sur, con la excepción del extremo austral del país en donde existirá un leve descenso de las precipitaciones en invierno al quedar más al sur de la faja de mayor actividad ciclónica. De este modo la latitud determina primero el régimen de vientos de gran escala: predominio de vientos de componente sur en la parte norte del país, viento suroeste en una faja que va desde la latitud de Rancagua a la de Concepción y vientos del oeste en la parte austral de Chile, del paralelo 60º hasta los polos se encuentra la región de los vientos polares del este, separados de los oestes por la zona del frente polar. Por otra parte la latitud ejerce una influencia capital sobre el régimen de temperatura y su causa, la insolación. La duración del día por ejemplo no es igual sobre todo el globo, depende de la latitud y de la estación del año. Por otro lado el ángulo de incidencia de los rayos solares será siempre mayor en las regiones tropicales con el consecuente mayor calentamiento neto de las latitudes bajas. Así en general la temperatura media disminuye desde regiones tropicales hacia los polos. 3.2.1.2. Relieve. El relieve modifica la distribución de insolación debido a tres hechos. Primero por la altitud, ya que cuanto más elevado el lugar, menor es el espesor de atmósfera que la radiación debe cruzar; segundo altera el ángulo de incidencia de los rayos solares haciendo que las laderas 27 se vean favorecidas en mayor o menor grado según la hora del día y su orientación y, tercero, modifica la duración de la insolación diaria al ocultar prematuramente el sol en las tardes y demorar su salida en las mañanas. Estas influencias sobre la insolación no se hacen sentir íntegramente en las temperaturas del aire debido a que éste al ser calentado por el suelo inicia movimientos de convección que lo mezclan. Sin embargo, cuando se trata de un enfriamiento el aire más frío (más denso) se ubica en las partes más bajas de la superficie, en donde permanece estancado. El ejemplo típico de tal situación lo provoca un enfriamiento radiativo nocturno que trae consigo las temperaturas mínimas en los fondos de los valles. El resultado de este fenómeno es que lugares resguardados están sometidos a temperaturas mínimas muy rigurosas en tanto que las localidades altas tienen un régimen térmico diario más homogéneo, haciendo que incluso las temperaturas medias sean mayores en estos últimos. El relieve también influye en los vientos. Las grandes cadenas montañosas, por obstrucción directa, canalizan los grandes flujos atmosféricos, acentuando, por ejemplo, en el valle central la constancia de vientos del sur y extendiéndolos a regiones que de otro modo deberían mostrar vientos del suroeste. A este efecto se deben agregar otros de explicación más elaborada. La diferencia de insolación ya mencionada de las laderas provoca la alternancia de las brisas de valle y montaña: vientos que desde el centro del valle soplan hacia las laderas en las horas de insolación y el drenaje de aire frío hacia el fondo del valle en la noche. La Cordillera de la Costa, la Depresión Intermedia y la Cordillera de los Andes constituyen una sucesión de relieves de poderosa influencia sobre la precipitación. Esta brusca elevación del litoral en el norte del país hace que la delgada capa de aire húmedo y relativamente frío que existe bajo la inversión de subsidencia afecte sólo a una estrecha faja costera, quedando el interior del país dominado por la masa superior seca y estable. Por otro lado, la presencia de cumbre andina impide el libre acceso hacia Chile de las masas de aire tropicales que se generan en el sur del Brasil y sobre el Atlántico, y modifica la evolución normal de los sistemas ciclónicos o retarda su avance con las consiguientes repercusiones para la región próxima y al oeste de la cordillera. 28 3.2.1.3. Proximidad del Mar. La diferencia de comportamiento térmico de los océanos y continentes se puede sintetizar en una gran inercia térmica de las masas de agua, es decir, una reacción muy lenta a los cambios de insolación jugando así un papel de reguladores frente a las variaciones diarias y estacionales de la temperatura. Retardan y atenúan los valores extremos. Es importante tener presente que la acción reguladora se extiende por el transporte de masas de aire desde las regiones oceánicas hacia las continentales de modo que en las regiones de los “oestes” en ausencia de obstáculos orográficos la influencia marítima será sentida en mayor intensidad y más al interior en las costas occidentales que en las orientales. 3.2.2. Clasificaciones Climáticas de Chile. Se realiza una clasificación climática de Chile según los criterios usados por Fuenzalida en la publicación “Climatología de Chile”, la cual se basa en la clasificación empírica de Copen en la que cada clima se define según sus valores medios anuales, mensuales de temperatura y precipitación. 29 Figura 3.2. Mapa del Clima de Chile y sector en estudio. 30 De la imagen anterior es posible apreciar los diferentes climas existentes en la zona comprendida entre Santiago y Los Ángeles (indicado como regiones Metropolitana, VI, VII y VIII). Dada la gran importancia que ejerce el clima en esta memoria, es necesario conocer las características que identifican a cada uno de sus tipos. 3.2.2.1. Clima Templado Cálido. Este clima se presenta aproximadamente a partir desde los 32° S. Se caracteriza por una estación seca bien establecida lo que se presenta en los meses de verano, las precipitaciones son de origen frontal y se registran en períodos de otoño invierno alcanzando incluso en algunas zonas hasta los meses de primavera. Las precipitaciones registradas en verano suelen ser de origen convectivo y en forma de tormentas las que ocasionalmente suelen ser muy violentas, aunque por su rareza e irregularidad no aportan al promedio con valores significativos. La duración de la estación seca ha permitido dividir estos climas siguiendo la cantidad de meses que mantiene su período seco: de 7 a 8 meses secos, de 4 a 5 y menos de 4 meses. La temperatura registra valores significativos en su amplitud anual en todas las zonas ubicadas en los Valles Centrales, no así en los lugares ubicados en la zona Costera donde la acción del mar modera estas amplitudes térmicas presentando valores relativamente poco significativos. A lo largo del país es posible encontrar cuatro tipos de este clima con ciertos factores determinantes. A continuación se menciona cada uno de ellos. a) Clima Templado Cálido con estación seca prolongada (7 a 8 meses) y gran nubosidad. Este clima lo encontramos desde Pichidangui a los 32° S por la costa hasta las proximidades de Pichilemu 34° S. Las características que definen este clima es la baja amplitud térmica producto de la proximidad del mar el cual es un agente es un agente moderador de esta variable y los registros de temperatura que muestran una amplitud térmica anual de no más de 6.0° C, con una temperatura promedio anual entre 12.0° C y 14.0 ° C. 31 La nubosidad característica es la del anticiclón del pacífico sur, siendo también esta zona la última en sentir su accionar. La humedad atmosférica es alta en estas regiones alcanzando valores entre un 80% y un 89% como promedio anual. El régimen pluviométrico registra sus mayores concentraciones entre los meses de Mayo y Agosto con valores no superiores a los 450 mm. b) Clima Templado Cálido con estación seca prolongada (7 a 8 meses). La ubicación geográfica de este clima abarca desde los 32° S aproximadamente por el norte hasta la altura de Linares 35° S por el sur, a través de los valles interiores. Las características son similares a las registradas en el clima templado cálido con lluvias invernales y estación seca prologada de 7 a 8 meses, con la diferencia que la nubosidad no es muy persistente en las zonas bajo este tipo de clima y las temperaturas registran mayores amplitudes anuales. Como ejemplo, tenemos Santiago que alcanza valores de 21.0° C en verano y 8.5° C en invierno, con un promedio anual de 14.4° C. El régimen pluviométrico es básicamente de origen frontal el que presenta incremento en los meses entre Mayo y Agosto, registrando un valor climatológico anual entre 300 mm y 600 mm. La circulación es predominante del suroeste, registrándose en horas de la mañana vientos calma, para en horas de la tarde pasar a predominar los vientos del suroeste con intensidades de aproximadamente 18 km/h como promedio. c) Clima Templado Cálido con estación seca (4 a 5 meses). Se extiende desde la costa aproximadamente de los 35° S hasta los 37° S constituyendo una franja que abarca hasta el sector cordillerano por el este desde un poco más allá de los 32° S hasta poco antes de los 37° S. Las características térmicas bajo este clima presentan hacia la zona costera un régimen moderado con amplitudes bajas, producto de la proximidad del mar. Es así como la zona de 32 Concepción registra una amplitud de sólo 7.5° C, con un valor climatológico anual de 12.2° C. La zona intermedia bajo este clima presenta características propias del valle central, con temperaturas que alcanzan un promedio anual de 12.7° C y con una amplitud algo mayor que en la costa. La humedad atmosférica para el sector costero es relativamente alta producto de la influencia marítima registrando un valor climatológico anual sobre el 80%, siendo más baja en el Valle Central. El régimen pluviométrico es de origen ciclónico alcanzando valores climatológicos anuales por sobre los 1000 mm. La mayor concentración de precipitación se registra entre los meses de Abril y Octubre y en algunas zonas abarca hasta el mes de Noviembre. d) Clima Templado Cálido con estación seca corta (menos de 4 meses). A continuación del clima templado cálido con estación seca de 5 a 4 meses y hasta aproximadamente los 38° S se encuentra este tipo de clima. Lo define una franja que va por el sector costero desde los 37° S hasta aproximadamente los 38° S, extendiéndose en forma latitudinal hasta la Cordillera de los Andes desde los 36° S hasta los 38° S. Las temperaturas bajo este clima no son alteradas en la zona ubicada en el litoral, la influencia del mar sigue ejerciendo su carácter moderador, por lo que la amplitud térmica anual es bastante regular y de bajo valor, en cambio en las zonas ubicadas más hacia el este por el valle central presentan valores de una amplitud de aproximadamente 9.0° C y un valor climatológico anual cercano a los 11.5° C. El mes más frío registra un valor promedio de aproximadamente 7.0° C y el más cálido cercano a los 16.0° C. Las precipitaciones presentan registros significativos entre los meses de Marzo a Noviembre, inclusive en algunas zonas desde Marzo a Diciembre. Los valores climatológicos anuales van desde los 1400 mm hasta poco más de los 1500 mm. 3.2.2.2. Clima Templado Lluvioso. Después de los climas templados cálidos con lluvia suficiente desde aproximadamente los 38° S al sur es posible distinguir este tipo de clima. 33 La característica principal de este tipo de clima es la ausencia de algún mes seco, mostrando una distribución de las precipitaciones casi uniforme durante todos los meses del año. La visita en forma periódica de sistemas frontales la mayoría de los días produce un registro continuo de lluvias durante todo el año y cuando las perturbaciones dejan de hacer sentir su accionar aparecen las inestabilidades propias de estos sistemas, dando origen nuevamente a precipitaciones y períodos muy cortos con cielos despejados, siendo esta una característica casi permanente de nubosidad durante todo el año bajo este clima. La situación característica de este tipo de clima permite distinguir: un clima templado lluvioso con influencia mediterránea y luego donde el valor máximo de agua caída invernal no se presenta muy bien definido, un clima templado frío de costa occidental. Para continuar por la zona costera hacia el sur en donde las características térmicas que se presentan son muy bajas y permiten distinguir un clima de Tundra y por último la baja concentración de lluvias del sector andino y trasandino con relación a las regiones distantes de éstas permiten distinguir un clima de estepa. A lo largo del tramo es posible encontrar un tipo de este clima, que se menciona a continuación. a) Clima Templado Lluvioso con influencia mediterránea. Después de los climas templados con lluvias suficientes se ubica geográficamente este clima, que se extiende por el norte desde poco más allá de los 38° S hasta las proximidades de Castro ubicada poco antes de los 42° S. La distribución de las precipitaciones es continua durante todo el año alcanzando valores climatológicos anuales de hasta 2000 mm aproximadamente. Aunque en los períodos de verano presenta valores relativamente bajos en relación a los meses de invierno, no es posible distinguir una estación seca ya que como promedio en las zonas ubicadas bajo este clima las precipitaciones registran valores que fluctúan entre 50 y 120 mm. Las temperaturas presentan características de baja amplitud anual con un valor cercano a los 9.0° C, registrando en los períodos cálidos temperaturas promedio de aproximadamente 34 16.0° C y en períodos de invierno de casi los 7.0° C. La temperatura media anual oscila entre los 10.0° C y los 11.0° C. La circulación del aire registra en horas de la mañana vientos predominantes del suroeste en los meses de verano con intensidades de hasta 18 km/h, pero en los meses de invierno esta situación cambia registrando vientos de predominante calma. La humedad atmosférica es bastante alta producto de la proximidad del mar, alcanzando valores entre un 83% y 85% como promedio anual, un 90% en períodos fríos y un 77% en los períodos cálidos. 35 4. APLICACIÓN DEL MODELO PREDICTOR DE TEMPERATURA DE PAVIMENTO. 36 CAPÍTULO 4: APLICACIÓN DEL TEMPERATURA DE PAVIMENTO. MODELO PREDICTOR DE 4.1. ANALISIS DE LOS MODELOS SUPERPAVE Y PROSECA. Es importante establecer las diferencias existentes entre ambos modelos a modo de validar los resultados obtenidos mediante las ecuaciones de SUPERPAVE. A continuación se describen ambos métodos. 4.1.1. Modelo SUPERPAVE. Este modelo clasifica los ligantes por grado de Performance o desempeño, designado por PG XX –YY, donde XX indica la temperatura máxima promedio del pavimento (a 20 mm de profundidad) e YY indica la temperatura mínima superficial del pavimento. Los valores XX e YY se determinan en base a registros históricos de temperatura y considerando un factor de confiabilidad. 4.1.1.1. Grado del Ligante Asfáltico. La nueva especificación SUPERPAVE establece una selección de ligantes asfálticos de acuerdo a las temperaturas a las que se verá sometido el pavimento durante su vida útil. Por otra parte, las propiedades físicas requeridas (Creep, G*, δ, etc.) son las mismas para todos los grados de ligantes asfálticos, diferenciándose en la temperatura a la cual se deben cumplir dichas exigencias. En la Tabla 4.1 se muestran los distintos ligantes asfálticos establecidos en el método SUPERPAVE, recordando que la clasificación es del tipo PG XX -YY. Tabla 4.1. Grados del Ligante Asfáltico de acuerdo a SUPERPAVE. PG XX 46 52 58 64 70 76 82 - YY -34, -40, -46 -10, -16, -22, -28, -34, -40, -46 - 10, -16, -22, -28, -34, -40 -10, -16, -22, -28, -34, -40 -10, -16, -22, -28, -34, -40 -10, -16, -22, -28, -34 -10, -16, -22, -28, -34 37 Vale la pena mencionar que los grados PG 76 y 82 son utilizados exclusivamente para incluir cargas detenidas, a velocidades bajas o a excesivo tránsito. 4.1.1.2. Base de Datos. Para la confección de este trabajo se cuenta con información de 38 estaciones metereológicas distribuidas a lo largo del tramo comprendido entre las ciudades de Santiago y Los Ángeles, siendo estas las siguientes: • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • Colina. Santiago Pudahuel. Santiago Quinta Normal. Santiago Los Cerrillos. Chorombo. La Platina. Melipilla. Río Clarillo. Paine. Longovilo. Alhué Graneros. Hidango. Machalí. Río Cipreses. Parrón. Puente Arqueado. El Romero. Pichilemu. San Fernando. Paredones. Laguna Torca. Curicó General Freire. Quivolgo. Constitución. Vilches. Curepto. Armerillo. Chanco. Laguna Invernada. Yerbas Buenas. Cauquenes. Parral. Chillán Bernardo O’Higgins. Concepción Carriel Sur. 38 • • • Bellavista Universidad Concepción. Polcura. Los Ángeles María Dolores. En el ANEXO A se entregan las ubicaciones de las estaciones meteorológicas. 4.1.1.3. Confiabilidad. En las especificaciones SUPERPAVE la confiabilidad es el porcentaje de probabilidad asociado a un año singular en que la temperatura real no excederá a la de diseño. Al tomar como ejemplo la estación Santiago Pudahuel, las temperaturas máximas del aire alcanzaron un promedio de 34,6° C y una desviación estándar de 1,0° C. En un año promedio existe un 50% de probabilidad de que el valor determinado sobrepase los 34,6° C. Sin embargo, hay un 2% de probabilidad de que la temperatura exceda los 36,7° C, siendo así que la temperatura de diseño de 36,7° C otorga un 98% de confianza. Estos valores se pueden apreciar en la Tabla 4.2. Tabla 4.2. Resumen condición Estación Santiago Pudahuel. Variable T max σ T 50% T 98% Unidad [° C] [° C] [° C] [° C] Valor 34,6 1,0 34,6 36,7 (OBS: estos valores son extraídos del ANEXO B) 4.1.1.4. Conversión a Temperatura de Pavimento. Frente a la necesidad de determinación de temperaturas de pavimento, el programa SHRP propone ecuaciones que la relacionan con la temperatura del aire. Estas expresiones matemáticas han sido deducidas a partir de modelos de flujo de calor y ajustadas en base a mediciones de temperaturas de pavimentos en Norteamérica. Para determinar la exigencia de temperatura máxima en el pavimento se cuenta con la siguiente expresión: T1 = 0,9545 * (T max – 0,00618 * L2 + 0,2289 * L + 42,2) – 17,78 Donde: T1 : Temperatura máxima característica del pavimento a 20 mm de profundidad, en °C. 39 T max : Temperatura máxima característica del aire (mayor media móvil de las temperaturas máximas diarias en 7 días consecutivos), en °C. L : Latitud del lugar considerado, en grados sexagesimales. En que T max es una variable aleatoria normal estimada con registros de al menos 20 años. Para el cálculo de la temperatura mínima característica del pavimento se propuso inicialmente utilizar la mínima absoluta en un año como variable aleatoria normal, esto resultó ser muy conservador. Posteriormente, durante el programa LTPP, se recomendó usar: T2 = 0,859 * T min + 1,7 Donde: T2 : Temperatura mínima característica del pavimento, en °C. T min : Temperatura mínima absoluta anual del aire, en °C. En que T min también corresponde a una variable aleatoria normal, estimada en 20 años. La finalidad de este modelo es determinar, con una confiabilidad dada, las temperaturas extremas a las cuales estará sometido el ligante asfáltico durante su vida útil, por lo que es válida sólo para las condiciones atmosféricas de un determinado lugar. Para contar con un mayor número de estaciones, a modo de obtener un resultado más representativo de la realidad, se decidió ocupar dos grupos de registros; es así como se tienen datos entre 1983 y 2004 y registros entre 1966 y 1987, analizando para ambos casos 22 años de observación. También se utilizaron registros meteorológicos que cuentan con información de menos de 20 años. Al no existir la posibilidad de obtener todo lo recopilado en un año, fue imposible determinar la media móvil de 7 días consecutivos para el caso de la temperatura máxima característica del aire. Se optó entonces por utilizar la temperatura máxima anual del aire, reconociendo que si bien no se está en el óptimo, se llegarían a resultados sobreestimados. Para el caso de la temperatura mínima anual del pavimento, no hubo problemas. 40 4.1.2. Modelo PROSECA (Plan De Control y Seguimiento de Pavimentos Asfálticos). En 1984 el MOP encargó a la Universidad de Chile y a la Universidad Católica de Chile la creación de sistemas de gestión de pavimentos, de hormigón y de asfalto respectivamente, con el fin de predecir en el momento oportuno la ejecución de conservaciones y el tipo de solución a materializar de modo de optimizar la inversión de recursos. La Universidad Católica se enfocó en el desarrollo de modelos de deterioro de pavimentos asfálticos, los cuales se calibraron gracias a la instalación de 18 zonas testigos ubicadas entre Antofagasta y Osorno, elegidas de modo de representar distintas condiciones climáticas, niveles de tránsito y estructuras usadas en Chile. Tanto los datos recopilados como los modelos desarrollados son parte constituyente del sistema computacional GIMP (Gestión Integral de Mantención de Pavimentos). El trabajo efectuado puede dividirse en ocho actividades: 1. Implementación y evaluación de 18 tramos testigo. 2. Creación de un banco de datos de la construcción. 3. Desarrollo de programas computacionales para la determinación de indicadores representativos del estado actual del pavimento y su transferencia a bases de datos. 4. Desarrollo de un modelo de clima. 5. Desarrollo de un modelo estructural. 6. Calibración de modelos de deterioro superficial. 7. Definición de umbrales de intervención. 8. Implementación de las bases del sistema GIMP en computadores personales. El modelo de clima desarrollado estudia la temperatura de las capas asfálticas en valores medios de un ciclo diario y el efecto de la humedad estacional en el comportamiento de las capas granulares y del suelo de fundación. Para ello ubica en cada tramo testigo termocuplas en la superficie del pavimento y cada 5 cm hacia abajo, además siguiendo la norma AASHTO T 256, se coloca una termocupla en un orificio tapado con glicerina a 4 cm de profundidad (medida representativa de la temperatura del pavimento) y otra para medir la temperatura ambiental a la sombra. 41 Posteriormente se procedió a realizar campañas de medición en grupos de Zonas Testigo en un día de cada estación del año, registrándose las temperaturas medidas por termocuplas en su mayoría entre las 9:00 y las 19:00 horas. En algunos casos se hicieron mediciones continuas durante 24 horas, de las que además se pudo obtener las temperaturas mínimas de ese día en las distintas profundidades del pavimento. Todo esto genera un modelo que se aplica a un día y lugar en particular, donde las variables de entrada son: 1. Latitud del lugar y día del año: para el cálculo de la radiación solar extraterrestre en función del tiempo t = 0:00 a 23:00 horas, y la duración del medio día solar (D). 2. Horas de sol del día considerado: para calcular la fracción de radiación que llega a la superficie de la Tierra. 3. Temperatura media del día considerado: para el cálculo de las temperaturas ambientales de cada hora según la curva promedio de la zona y de la estación del año correspondiente. En el ANEXO F se indican mayores aspectos de este modelo. 4.1.3. Autenticidad de resultados obtenidos mediante el método SUPERPAVE. El modelo PROSECA ha sido calibrado a las condiciones climáticas de Chile en los sectores donde se cuenta con zonas testigo, pero está orientado a la predicción de condiciones térmicas medias, originadas en el uso de información meteorológica que promedia días fríos y cálidos como también nublados y despejados. Las ecuaciones del modelo SHRP están adaptadas al clima de Estados Unidos y Canadá, los que no necesariamente presentan las mismas condiciones que los climas de Chile en variables fijadas implícitamente en las ecuaciones, por esto el método puede no representar adecuadamente el estado térmico de los pavimentos nacionales en los períodos de máxima y mínima temperatura. Utilizando los registros de temperatura obtenidos por Jaime Faúndez Constenla [Ref. 1] para el método PROSECA y SUPERPAVE, se procederá a hacer una comparación de los resultados obtenidos para la temperatura del pavimento a modo de apreciar cuan certeros son dichos valores. Estos registros se entregan en el ANEXO G. 42 En base a los gráficos mostrados en el ANEXO G, se puede decir que se generan curvas prácticamente paralelas, resultando que: 1. Nivel de confianza del 50%. Pendiente PROSECA = 0,7958 °C máxima del pavimento / °C máxima del aire Pendiente SHRP = 0,9899 °C máxima del pavimento / °C máxima del aire 2. Nivel de confianza del 98%. Pendiente PROSECA = 0,7366 °C máxima del pavimento / °C máxima del aire Pendiente SHRP = 0,9100 °C máxima del pavimento / °C máxima del aire Así, el modelo PROSECA difiere sólo en una constante con el modelo norteamericano, la que depende en distinta magnitud de sus variables y que en el modelo SHRP están prefijadas. La posibilidad de manejar mayor cantidad de parámetros de entrada toma gran importancia cuando se presentan variaciones climáticas a igual latitud, las que no sólo afectan la temperatura máxima del aire sino que también se manifiestan en la nubosidad, amplitud térmica y en casos particulares la fecha de ocurrencia de ellas. De acuerdo a esto, es posible decir que es muy factible que los resultados obtenidos en este trabajo sean representativos de lo que sucede en la realidad, salvo aquellos casos en que uno se encuentre en el límite de temperatura máxima y al llevarse a resultados en PROSECA obligue a aumentar en un nivel el grado del PG. En todo caso, es recomendable la verificación en terreno de los resultados obtenidos en esta memoria. 4.2. APLICACIÓN DEL MÉTODO SUPERPAVE DE ACUERDO A LOS REQUISITOS DE CADA UNA DE LAS ZONAS ESTUDIADAS. El cálculo asociado a la variable de temperatura del aire se realizó con datos extraídos de las estaciones meteorológicas mencionadas anteriormente, existiendo dos tipos de registros: desde el año 1983 hasta el 2004, y desde 1966 hasta 1987. Con dichos valores se efectuaron los cálculos necesarios para obtener el promedio de temperatura y desviación estándar asociado, para las máximas y mínimas temperaturas apreciadas. Posteriormente se determinó la temperatura del aire asociada a los niveles de confianza del 50% y 98%. Estos valores se puede observar en los ANEXOS B, C, D Y E. 43 Una vez logrados estos objetivos es posible aplicar las ecuaciones del método SUPERPAVE, las cuales permitirán determinar el grado del ligante asfáltico a utilizar de acuerdo a los requisitos del sector y al nivel de confianza deseado. Cumpliendo con este procedimiento se obtienen los valores mostrados en las Tablas 4.3 y 4.4, donde: T max : Temperatura máxima característica del aire. T min : Temperatura mínima absoluta anual del aire. T1 : Temperatura máxima característica del pavimento. T2 : Temperatura mínima característica del pavimento. 44 Tabla 4.3. Temperaturas Características del pavimento con un 50% de confianza. Estación Colina Santiago Pudahuel Santiago Quinta Normal Santiago Los Cerrillos Chorombo La Platina Melipilla Río Clarillo Paine Longovilo Alhué Graneros Hidango Machalí Río Cipreses Parrón Puente Arqueado El Romero Pichilemu San Fernando Paredones Laguna Torca Curicó General Freire Quivolgo Constitución Vilches Curepto Armerillo Chanco Laguna Invernada Yerbas Buenas Cauquenes Parral Chillán Bernardo O' Higgins Concepción Carriel Sur Bellavista Universidad Concepción Polcura Los Ángeles María Dolores T max [°C] T min [°C] Latitud [°] T1 [°C] T2 [°C] 35,03 34,61 34,56 34,65 33,65 32,68 35,35 33,60 34,70 35,71 36,93 32,07 31,93 34,56 33,63 32,25 33,50 30,13 29,17 33,38 29,73 33,80 34,03 31,90 28,18 29,08 32,38 35,33 27,55 32,56 34,70 36,30 34,48 35,57 29,14 30,58 34,18 35,09 -3,64 -4,00 -1,92 -2,08 -3,29 -3,12 -1,50 -2,41 -2,50 -3,52 -3,66 -3,47 -1,17 -3,24 -4,07 -4,50 0,13 -0,27 0,00 -2,24 -3,21 -0,60 -3,62 -2,42 0,68 -5,77 -0,86 -0,20 -1,02 -5,39 -3,80 -2,86 -3,86 -3,89 -1,35 -1,32 -4,16 -5,40 33,22 33,38 33,43 33,48 33,52 33,57 33,68 33,72 33,77 33,93 34,05 34,07 34,10 34,17 34,27 34,27 34,28 34,35 34,35 34,58 34,65 34,75 34,97 35,32 35,33 35,60 35,63 35,70 35,70 35,73 35,75 35,80 36,13 36,57 36,77 36,78 37,32 37,40 56,68 56,25 56,20 56,28 55,32 54,38 56,91 55,23 56,27 57,21 58,35 53,70 53,56 56,07 55,16 53,84 55,03 51,81 50,88 54,86 51,36 55,23 55,41 53,31 49,75 50,55 53,71 56,50 49,08 53,85 55,89 57,41 55,60 56,55 50,37 51,74 55,06 55,91 -1,42 -1,73 0,05 -0,09 -1,12 -0,98 0,41 -0,37 -0,45 -1,33 -1,45 -1,28 0,69 -1,08 -1,79 -2,17 1,81 1,47 1,70 -0,22 -1,06 1,18 -1,41 -0,38 2,28 -3,26 0,96 1,53 0,82 -2,93 -1,56 -0,76 -1,62 -1,64 0,54 0,56 -1,88 -2,94 45 Tabla 4.4. Temperaturas Características del pavimento con un 98% de confianza. Estación Colina Santiago Pudahuel Santiago Quinta Normal Santiago Los Cerrillos Chorombo La Platina Melipilla Río Clarillo Paine Longovilo Alhué Graneros Hidango Machalí Río Cipreses Parrón Puente Arqueado El Romero Pichilemu San Fernando Paredones Laguna Torca Curicó General Freire Quivolgo Constitución Vilches Curepto Armerillo Chanco Laguna Invernada Yerbas Buenas Cauquenes Parral Chillán Bernardo O' Higgins Concepción Carriel Sur Bellavista Universidad Concepción Polcura Los Ángeles María Dolores T max [°C] T min [°C] Latitud [°] T1 [°C] T2 [°C] 36,97 36,69 36,52 36,53 35,23 34,51 36,97 36,35 36,32 37,44 39,15 33,73 33,91 37,05 36,05 32,98 37,83 33,02 31,12 34,50 31,60 36,46 35,55 37,18 34,27 32,00 36,33 39,91 32,00 37,27 37,66 39,47 37,06 38,58 33,29 35,00 36,54 40,40 -5,47 -6,62 -3,68 -4,02 -5,30 -4,68 -3,63 -4,43 -4,62 -6,42 -5,83 -4,91 -3,29 -5,26 -6,32 -8,28 -3,18 -1,57 -2,17 -4,05 -5,14 -3,09 -5,69 -4,12 -2,10 -9,06 -4,05 -3,40 -3,02 -8,06 -6,63 -6,21 -6,57 -6,50 -3,03 -3,14 -7,55 -8,17 33,22 33,38 33,43 33,48 33,52 33,57 33,68 33,72 33,77 33,93 34,05 34,07 34,10 34,17 34,27 34,27 34,28 34,35 34,35 34,58 34,65 34,75 34,97 35,32 35,33 35,60 35,63 35,70 35,70 35,73 35,75 35,80 36,13 36,57 36,77 36,78 37,32 37,40 58,53 58,24 58,07 58,07 56,82 56,13 58,46 57,86 57,82 58,86 60,47 55,29 55,46 58,44 57,47 54,54 59,16 54,56 52,75 55,93 53,15 57,77 56,86 58,35 55,56 53,34 57,47 60,88 53,33 58,35 58,72 60,43 58,07 59,42 54,34 55,97 57,31 60,98 -3,00 -3,98 -1,46 -1,75 -2,86 -2,32 -1,42 -2,10 -2,27 -3,82 -3,31 -2,52 -1,12 -2,82 -3,73 -5,41 -1,03 0,35 -0,17 -1,78 -2,72 -0,95 -3,19 -1,84 -0,11 -6,08 -1,78 -1,22 -0,90 -5,22 -3,99 -3,63 -3,94 -3,89 -0,90 -1,00 -4,78 -5,32 46 Para la selección del ligante asfáltico se debe utilizar la Tabla 2.1 que contiene las especificaciones SUPERPAVE. Para explicar la selección del tipo de ligante, se realiza una ejemplificación. De la Tabla 4.5 se aprecia que para un nivel de confianza del 50%, la estación de Santiago Pudahuel presenta una Temperatura máxima característica del pavimento (T1) de 56,25° C, y una Temperatura mínima característica del pavimento (T2) de -1,73° C. Así se puede deducir, a partir de la Tabla 2.1, que como T1 es menor a 58° C se ocupará un PG 58. Para este tipo de ligante existen diversas posibilidades para la temperatura mínima y como en nuestro caso T2 es mayor que -10° C, se utilizará el tipo -10. Así entonces se tiene un ligante del tipo PG 58 -10. Tabla 4.5. Resumen condición Estación Santiago Pudahuel con un 50% de confianza. Estación Santiago Pudahuel T1 [°C] T2 [°C] 56,25 -1,73 (OBS: Esta Tabla corresponde a un extracto de la Tabla 4.3.) Realizando el procedimiento mencionado recientemente es posible calcular los distintos ligantes asfálticos asociados a las estaciones metereológicas estudiadas, para los niveles de confianza del 50% y 98%. Estos resultados se muestran en las Tablas 4.6 y 4.7. 47 Tabla 4.6. Determinación Ligante Asfáltico con un 50% de confianza. Estación PG Colina Santiago Pudahuel Santiago Quinta Normal Santiago Los Cerrillos Chorombo La Platina Melipilla Río Clarillo Paine Longovilo Alhué Graneros Hidango Machalí Río Cipreses Parrón Puente Arqueado El Romero Pichilemu San Fernando Paredones Laguna Torca Curicó General Freire Quivolgo Constitución Vilches Curepto Armerillo Chanco Laguna Invernada Yerbas Buenas Cauquenes Parral Chillán Bernardo O' Higgins Concepción Carriel Sur Bellavista Universidad Concepción Polcura Los Ángeles María Dolores 48 58 -10 58 -10 58 -10 58 -10 58 -10 58 -10 58 -10 58 -10 58 -10 58 -10 58 -10 58 -10 58 -10 58 -10 58 -10 58 -10 58 -10 52 -10 52 -10 58 -10 58 -10 58 -10 58 -10 58 -10 52 -10 52 -10 58 -10 58 -10 52 -10 58 -10 58 -10 58 -10 58 -10 58 -10 52 -10 52 -10 58 -10 58 -10 Tabla 4.7. Determinación Ligante Asfáltico con un 98% de confianza. Estación PG Colina Santiago Pudahuel Santiago Quinta Normal Santiago Los Cerrillos Chorombo La Platina Melipilla Río Clarillo Paine Longovilo Alhué Graneros Hidango Machalí Río Cipreses Parrón Puente Arqueado El Romero Pichilemu San Fernando Paredones Laguna Torca Curicó General Freire Quivolgo Constitución Vilches Curepto Armerillo Chanco Laguna Invernada Yerbas Buenas Cauquenes Parral Chillán Bernardo O' Higgins Concepción Carriel Sur Bellavista Universidad Concepción Polcura Los Ángeles María Dolores 49 64 -10 64 -10 64 -10 64 -10 58 -10 58 -10 64 -10 58 -10 58 -10 64 -10 64 -10 58 -10 58 -10 64 -10 58 -10 58 -10 64 -10 58 -10 58 -10 58 -10 58 -10 58 -10 58 -10 64 -10 58 -10 58 -10 58 -10 64 -10 58 -10 64 -10 64 -10 64 -10 64 -10 64 -10 58 -10 58 -10 58 -10 64 -10 Observando los valores de las Tablas 4.6 y 4.7 es posible decir que existen casos donde se obtiene un mismo PG para ambos niveles de confianza, mientras que en otros se sube un grado más producto de variaciones que se producen en los estimadores estadísticos. Como consecuencia de esto, se confeccionará el mapa de recomendación para la utilización de ligantes asfálticos para un nivel de confianza del 98%, dado que representa en forma más fidedigna lo que ocurre en la realidad (sólo está asociado a un nivel de error del 2%). 4.3. IDENTIFICACIÓN DE LOS CASOS SINGULARES EN LA ZONA. 4.3.1. Temperaturas máximas superiores al entorno. Es de importancia para este estudio el poder reconocer aquellas estaciones meteorológicas que presentan temperaturas por sobre lo usual del sector en el cual se encuentran emplazadas. Para ello, se ha hecho un estudio estadístico con los registros de temperaturas con que se cuenta, explicándose en detalle lo desarrollado. En primera instancia, se ordenó las diversas estaciones participantes de acuerdo al tipo de clima en el que está ubicada, utilizando para esto la clasificación climatológica establecida en el CAPITULO 3 y especialmente la Figura 3.2. Efectuándose esto se han podido apreciar los resultados expuestos en la Tabla 4.8. Vale la pena mencionar que como las temperaturas asociadas al 98% de confiabilidad son más representativas de la realidad, se trabajará con dichos valores al momento de efectuar este análisis. 50 Tabla 4.8. Clasificación Climatológica de las Estaciones Meteorológicas. Estación Tipo de Clima Colina Santiago Pudahuel Santiago Quinta Normal Santiago Los Cerrillos Chorombo La Platina Melipilla Río Clarillo Paine Longovilo Alhué Graneros Hidango Machalí Río Cipreses Parrón Puente Arqueado El Romero Pichilemu San Fernando Paredones Laguna Torca Curicó General Freire Quivolgo Constitución Vilches Curepto Armerillo Chanco Laguna Invernada Yerbas Buenas Cauquenes Parral Chillán Bernardo O' Higgins Concepción Carriel Sur Bellavista Universidad Concepción Polcura Los Ángeles María Dolores 51 En base a esta clasificación, con los datos registrados en los ANEXOS B Y C, es posible determinar la temperatura promedio asociada a cierto tipo de clima y la desviación estándar de dicha muestra. Se establecerá como una temperatura que exceda a la de su entorno, aquella que cumpla: T ≥ ( T prom + 2*σ ) = T adm Donde: T: Temperatura máxima característica de la estación. T prom : Temperatura máxima promedio de las estaciones para un mismo clima. σ : Desviación estándar. T adm : Temperatura admisible. Equivale a la suma de la temperatura máxima promedio y dos veces la desviación estándar de las estaciones pertenecientes a un mismo clima. Se asume dicho criterio ya que al momento de graficar los registros existentes para un período de 22 años se genera una serie de puntos, donde la recta representada por la temperatura promedio pasa aproximadamente por el centro de ella. Como es necesario establecer aquellos valores que se escapan del comportamiento general, se establece la condición límite establecida por una nueva recta, la resultante de la suma entre la temperatura promedio y dos veces la desviación estándar. De este modo, cualquier registro de temperatura que se encuentre por sobre la recta de temperatura admisible para un cierto tipo de clima será un valor eliminable (ya que no sería representativo del fenómeno). Al desarrollarse esto, se obtienen los resultados que se muestran. 4.9. Templado Cálido con estación seca prolongada de 7 a 8 meses y gran nubosidad. T [°C] Estación Pichilemu 31,12 prom 31,12 T Al existir solamente una estación meteorológica no es posible aplicar el criterio, ya que el factor desviación no existe. 52 4.10. Templado Cálido con estación seca prolongada de 7 a 8 meses. T [°C] Estación Colina Santiago Pudahuel Santiago Quinta Normal Santiago Los Cerrillos Chorombo Melipilla Paine Longovilo Alhué Hidango Puente Arqueado El Romero Paredones Laguna Torca 36,97 36,69 36,52 36,53 35,23 36,97 36,32 37,44 39,15 33,91 37,83 33,02 31,60 36,46 T prom σ T adm 36,05 2,00 40,04 4.11. Templado Cálido con estación seca corta menos de 4. T [°C] Estación Concepción Carriel Sur Bellavista Universidad Concepción Polcura Los Ángeles María Dolores 33,29 35,00 36,54 40,40 T prom σ T adm 36,31 3,031 42,37 53 4.12. Templado Cálido con estación seca de 4 a 5 meses. T [°C] Estación La Platina Río Clarillo Graneros Machalí Río Cipreses Parrón San Fernando Curicó General Freire Quivolgo Constitución Vilches Curepto Armerillo Chanco Laguna Invernada Yerbas Buenas Cauquenes Parral Chillán Bernardo O' Higgins 34,51 36,35 33,73 37,05 36,05 32,98 34,50 35,55 37,18 34,27 32,00 36,33 39,91 32,00 37,27 37,66 39,47 37,06 38,58 T prom σ T adm 35,92 2,31 40,54 Se puede apreciar que bajo ningún caso las temperaturas de las estaciones sobrepasan al valor T admisible; por ende, se puede llegar a decir que si bien las temperaturas por fenómenos particulares del sector presentan valores superiores a los de su entorno (en algunos casos), no representan situaciones que se arranquen del comportamiento general de su tipo de clima. 4.3.2. Incremento del grado del Ligante Asfáltico. De acuerdo a lo estudiado con anterioridad se pudo apreciar que el ligante asfáltico está asociado directamente a fenómenos como lo son: el clima, la latitud, etc. Existen otras situaciones que también son muy influyentes en la determinación del PG y es por este motivo que deben ser consideradas. Al hablar así se hace referencia exclusivamente al volumen y la velocidad del tránsito. 54 De acuerdo a las especificaciones SUPERPAVE planteadas en la Ref. 1, existen cuatro posibles situaciones: 1. Frente a cargas lentas se debe incrementar un nivel la temperatura alta (TA) de la graduación. 2. Frente a cargas estáticas incrementar TA dos niveles. 3. Para volumen de tránsito medio, incrementar TA un nivel. 4. Para volumen de tránsito alto, incrementar TA dos niveles. Estas condiciones deben ser consideradas para la elección de la temperatura alta del grado del ligante asfáltico. También se debe tener claro que no existen condiciones para el caso de la elección de la temperatura mínima. Como el tramo considerado en este estudio es extenso, se consideran sólo algunas de las Rutas más importantes dentro de la zona y aquellas calles donde circulará Transantiago. En la Tabla 4.13 se indican las Rutas que se analizarán. Tabla 4.13. Rutas consideradas para el estudio de tráfico. Región Considerada Nomenclatura Nombre camino Rol Metropolitana A Santiago San Antonio 78 Sexta B C D Longitudinal El Manzano Las Cabras San Fernando Pichilemu 5 66 I - 50 Séptima E F Longitudinal San Javier Constitución 5 L - 30 M Octava G H Longitudinal Concepción Lota 5 160 Para el análisis se considera el Tránsito Medio Diario Anual (TMDA) entre ciertos puntos establecidos dentro de las Rutas. Como criterio se plantea lo siguiente: 1. Se considerará un nivel de tráfico bajo si: TMDA < 1000 [vehículos / día] 2. Se considerará un nivel de tráfico medio si: 1000 [vehículos / día] ≤ TMDA ≤ 8000 [vehículos / día] 3. Se considerará un nivel de tráfico alto si: TMDA > 8000 [vehículos / día] 55 A continuación se visualiza el tránsito para cada uno de las vías mencionadas anteriormente. Estos valores se extrajeron de la Ref. 16. Tabla 4.14. Determinación TMDA para camino A de Región Metropolitana. Estación Control 13 - 030 - 01 - 1 Camino 2 De/a 3 Lugar Nombre camino Rol Santiago San Antonio Santiago San Antonio Santa Adriana 1 Km El Monte Tránsito Medio Diario Anual 78 10181 Tabla 4.15. Determinación TMDA para camino B de Sexta Región. Estación Control 06 - 001 - 02 - 1 Camino 2 De/a 3 Lugar Nombre camino Rol Longitudinal Rancagua 2 Km Graneros Tránsito Medio Diario Anual 5 17076 Tabla 4.16. Determinación TMDA para camino C de Sexta Región. Estación Control 06 - 013 - 01 - 1 Camino 2 De/a 3 Lugar Nombre camino Rol El Manzano Las Cabras El Manzano Bif. El Manzano 18 Km L. Cab. Tránsito Medio Diario Anual 66 6897 Tabla 4.17. Determinación TMDA para camino D de Sexta Región. Estación Control 06 - 005 - 01 - 1 Camino 2 De/a 3 Lugar Nombre camino Rol San Fernando Pichilemu San Fernando Cóndor Apalta Tránsito Medio Diario Anual 6018 56 I - 50 Tabla 4.18. Determinación TMDA para camino E de Séptima Región. Estación Control 07 - 112 - 01 - 1 Camino 2 De/a 3 Lugar Nombre camino Rol Longitudinal Directo Cruce San Javier Tránsito Medio Diario Anual 5 6512 Tabla 4.19. Determinación TMDA para camino F de Séptima Región. Estación Control 07 - 051 - 01 - 1 Camino 2 De/a 3 Lugar Nombre camino Rol San Javier Constitución San Javier Cruce Constitución L – 30 M Tránsito Medio Diario Anual 4682 Tabla 4.20. Determinación TMDA para camino G de Octava Región. Estación Control 08 - 004 - 01 - 1 Camino 2 De/a 3 Lugar Nombre camino Rol Longitudinal Chillán Bifurcación Concepción Tránsito Medio Diario Anual 5 10229 Tabla 4.21. Determinación TMDA para camino H de Octava Región. Estación Control 08 - 055 - 01 - 1 Camino 2 De/a 3 Lugar Nombre camino Rol Concepción Lota Directo Acceso sur Puente Nuevo Bío Bío Tránsito Medio Diario Anual 160 31782 Utilizando el criterio establecido anteriormente para clasificar los niveles de tránsito, se obtienen los resultados mostrados en la siguiente tabla. 57 Tabla 4.22. Determinación de niveles de tránsito. Región Nombre camino Rol TMDA Nivel Tránsito Acción Metropolitana Santiago San Antonio 78 10181 Alto Subir TA 2 niveles Sexta Longitudinal El Manzano Las Cabras San Fernando Pichilemu 5 66 I - 50 17076 6897 6018 Alto Medio Medio Subir TA 2 niveles Subir TA 1 nivel Subir TA 1 nivel Séptima Longitudinal San Javier Constitución 5 L - 30 M 6512 4682 Medio Medio Subir TA 1 nivel Subir TA 1 nivel Octava Longitudinal Concepción Lota 5 160 10229 31782 Alto Alto Subir TA 2 niveles Subir TA 2 niveles Dados los grandes flujos circulantes por las Rutas, es necesario subir el grado del ligante, siendo en unos casos un aumento de un nivel y en otros de dos. Esta condición se debe aplicar posteriormente de determinar el PG asociado a una cierta zona, verificando ciertamente que dicha Ruta pertenezca a esa área. 58 5. CONFECCIÓN DEL MAPA. 59 CAPÍTULO 5: CONFECCIÓN DEL MAPA. 5.1. GENERALIDADES. En este capítulo se procede a realizar la sectorización de acuerdo al tipo de ligante asfáltico a utilizar en el tramo comprendido entre las ciudades de Santiago y Los Ángeles. La sectorización se basa principalmente en las condiciones de relieve y clima de la zona, parámetros que se encuentran directamente vinculados con el comportamiento térmico. Así, se procede en primera instancia a la identificación del relieve existente (de acuerdo a la Figura 3.1) y de los diversos tipos de climas comprendidos en la zona (Figura 3.2). Posteriormente se reúnen aquellas estaciones meteorológicas comprendidas dentro de una misma zona, generada por las características del relieve y clima, y se le asigna un número que permite visualizar en una tabla anexa el grado del ligante asfáltico a ocupar. Por último, se identifica el nuevo ligante a usar en las Rutas analizadas. 5.2. PROCEDIMIENTOS. Para efectuar un buen mapa con los datos obtenidos, es necesario estudiar detalladamente las diversas posibilidades existentes, a modo de establecer una zonificación detallada y representativa de lo que acontece en la realidad. Buscando alcanzar dichos objetivos es que se han efectuado ciertas consideraciones que permiten hacer una caracterización de los diversos sectores componentes de cada una de las regiones en estudio. Es así como en primera instancia se identifican los diversos tipos de relieves existentes, mostrados en la Figura 5.1. Dado que la zona climática también influye para establecer los límites de ciertos sectores, es que también se identifica, en la Figura 5.2, los tipos de climas que se encuentra en la zona. 60 Figura 5.1. Relieve en zona de estudio. 61 Figura 5.2. Clima en zona de estudio. 62 Superponiendo los dos mapas anteriores, que muestran los límites establecidos para el clima y el relieve, se generan sectores que por geografía debieran tener comportamientos similares con respecto a sus registros de temperatura. Posteriormente se procede a estudiar caso a caso los PG calculados a modo de reunir en una misma área, aquellos que tengan valores similares y aislar los que no. Efectuando esta labor es posible entonces confeccionar un Mapa de Recomendación para el uso de Ligantes Asfálticos mediante la normativa SUPERPAVE. Es importante destacar que dicho mapa se efectúa para el nivel de confianza del 98% ya que se obtienen parámetros más representativos de lo que ocurre en la realidad (existe solamente un 2% de error asociado en la determinación de la temperatura). 5.3. MAPA DE RECOMENDACIÓN DE USO DE LIGANTES ASFÁLTICOS SEGÚN CLASIFICACIÓN SUPERPAVE, APLICADO AL TRAMO COMPRENDIDO ENTRE SANTIAGO Y LOS ÁNGELES. Desarrollando los procedimientos indicados, se confecciona en la Figura 5.3 el mapa con la sectorización según el tipo de ligante asfáltico que se debe usar. En la Tabla 5.1 se entrega el detalle del grado PG del ligante según el sector. 63 Figura 5.3. Mapa de Recomendación de uso de Ligantes Asfálticos según clasificación SUPERPAVE, aplicado al tramo comprendido entre Santiago y Los Ángeles (98% conf). 64 Tabla 5.1. Especificaciones del Mapa. Número del sector Estaciones Meteorológicas PG Chorombo 58 -10 Melipilla Longovilo Colina Santiago Pudahuel Santiago Quinta Normal Santiago Los Cerrillos 64 -10 64 -10 Paine 58 -10 Alhué 64 -10 La Platina 58 -10 Río Clarillo 58 -10 Pichilemu 58 -10 Hidango El Romero Paredones 58 -10 Puente Arqueado 64 -10 Graneros Parrón San Fernando 58 -10 Machalí 64 -10 Río Cipreses 58 -10 Laguna Torca 58 -10 Quivolgo 64 -10 Constitución Curepto Chanco 58 -10 65 Tabla 5.1. Especificaciones del Mapa. Número del sector Estaciones Meteorológicas Cauquenes PG 64 -10 Curicó General Freire Vilches Armerillo Yerbas Buenas Parral 58 -10 64 -10 Laguna Invernada 64 -10 Concepción Carriel Sur Bellavista Universidad Concepción 58 -10 Chillán Bernardo O’Higgins 64 -10 Los Ángeles María Dolores 64 -10 Polcura 58 -10 La zona achurada representa aquellos sectores en los que no se cuenta con ningún tipo de registro. Teniendo presente las 24 zonas existentes en el tramo comprendido entre las regiones Metropolitana y Octava, es posible identificar aquellas Rutas en que se analizó el nivel de tránsito mediante el parámetro denominado TMDA, con la finalidad de actualizar el ligante asfáltico a usar en esos tramos en particular. Los nuevos PG para esas Rutas se pueden apreciar en la siguiente tabla. 66 Tabla 5.2. Actualización del Ligante Asfáltico para Rutas analizadas. Región Nombre camino Metropolitana Sexta Sector perteneciente PG original PG final Santiago San Antonio 64 -10 76 -10 Longitudinal 58 -10 70 -10 El Manzano Las Cabras 64 -10 70 -10 San Fernando Pichilemu 58 -10 64 -10 -------- --------- San Javier Constitución 58 -10 64 -10 Longitudinal 64 -10 76 -10 Concepción Lota 58 -10 70 -10 Longitudinal Séptima Sin info. Octava Es necesario mencionar que entre los nuevos ligantes a utilizar, el PG 76 es usado exclusivamente para situaciones en que se tienen cargas detenidas, a bajas velocidades o a excesivo tránsito. En nuestro caso en particular corresponde a la Ruta Longitudinal (más conocida como 5 Sur) y las vías principales de la ciudad de Santiago, convendría ocupar un tipo de ligante de mayor grado que lo indicado en el mapa. Se puede decir también que el camino El Manzano Las Cabras es el único que presenta un PG 70, considerando una situación de nivel de tránsito medio. Esto se debe principalmente a que esta Ruta está emplazada en una de las zonas con temperaturas más elevadas a lo largo de la sexta región. Otro caso importante a considerar para aumentar el nivel del ligante es la situación a la que se verá expuesta la ciudad de Santiago, al comenzar el plan de transporte Transantiago. Frente a este fenómeno existen dos posibles tipos de incremento: 1. Por cargas estáticas: Producto de constantes virajes, detenciones y frenadas a las que se ve sometida la carpeta asfáltica en las esquinas o zonas de parada de buses, se debe colocar un ligante de rango más amplio en dicho sector. Como no se puede diversificar en 67 demasía el tipo de ligante por tramo, conviene considerar todo el sector como de carga detenida. Si bien esto resulta más caro, asegura el buen comportamiento del pavimento durante su vida útil. 2. Volumen de tránsito alto: Como consecuencia del alto flujo vehicular al que se verá sometida la ciudad de Santiago y en forma concentrada en los corredores del Transantiago, será necesario incrementar el PG a ocupar en esas vías. Para este ejemplo en particular daría lo mismo considerar cualquiera de los dos motivos expuestos, ya que en ambos casos se debe efectuar un aumento de la temperatura máxima característica del ligante en dos grados. Esto significa que se aplica uno u otro fenómeno (nunca ambos). Considerando entonces a la ciudad de Santiago identificada por las estaciones meteorológicas de Pudahuel, Quinta Normal y Los Cerrillos (pertenecientes al área 3), se vuelve necesario modificar el grado asociado a las ecuaciones del método SUPERPAVE con un 98% de confianza, utilizando entonces un ligante del tipo 76 -10. 68 6. CONCLUSIONES. 69 CAPÍTULO 6: CONCLUSIONES. El objetivo principal de este trabajo de investigación era estudiar la realización de un mapa de recomendación para el uso de ligantes asfálticos mediante la normativa norteamericana denominada SUPERPAVE, aplicándose a un tramo específico de Chile. Para desarrollar dicho trabajo, se contó con información climática de 38 estaciones meteorológicas situadas en el tramo comprendido entre las ciudades de Santiago y Los Ángeles, con la finalidad de transformar las temperaturas ambientales a temperaturas de pavimento mediante las ecuaciones integradas en el método desarrollado por SHRP. Al existir poca continuidad en el registro de datos climatológicos, fue necesario efectuar ciertas consideraciones. Para poder contar con un mayor número de estaciones meteorológicas, a modo de obtener un resultado más representativo de la realidad, se decidió ocupar dos grupos de registros; es así como para 33 estaciones se tienen datos entre 1983 y 2004 y para las 5 restantes registros entre 1966 y 1987, considerándose para ambos casos 22 años de observación (existiendo registros que cuentan con información de menos de 20 años). Todo esto puede llevar a errores al momento de determinar la temperatura promedio del aire, ya que SUPERPAVE considera que se debe analizar un período no inferior a 20 años en que se espera que en dicho tiempo el clima de una cierta zona sea representativo, presentando ciclos de altas temperaturas unos años y más bajas otros. Por otro lado, como no existía la posibilidad de obtener todo lo recopilado en un año, fue imposible determinar la media móvil de 7 días consecutivos para el caso de la temperatura máxima característica del aire. Frente a este problema es que se optó por utilizar la temperatura máxima anual de él, reconociendo que si bien no se está en el óptimo, se llegarían a resultados sobreestimados. Para el caso de la temperatura mínima anual del pavimento, no hubo problemas dado que se contaba con la mínima temperatura anual del aire. Una vez determinadas las temperaturas del pavimento, fue posible identificar de acuerdo a los requisitos del método el tipo de ligante asfáltico a utilizar en un sector, en base a sus condiciones particulares (latitud, clima, etc.) y al nivel de confianza deseado. Es así como se obtienen los resultados mostrados en las Tablas 4.6 y 4.7 para los distintos niveles de confianza. En ellas es posible ver que el tipo de ligante asociado a un nivel del 50% se 70 caracteriza, en gran mayoría, en ser de un grado menor que el determinado para un 98% de confiabilidad. También es apreciable que el parámetro asociado a la temperatura inferior de diseño del ligante se caracterizó por ser de tipo -10, para ambos niveles de confianza y para todas las estaciones consideradas. Esto se debe principalmente a que el sector estudiado se caracteriza por no presentar temperaturas inferiores a los -10 °C. En este momento es importante decir que el mapa se desarrolló solamente para un nivel de confianza del 98%. Es vital el reconocer que existen limitantes en la aplicación de las ecuaciones SUPERPAVE, dado que éstas han sido planteadas exclusivamente para las condiciones del Hemisferio Norte. Por esta razón es importante conocer que tan certeros (o errados) son los resultados obtenidos. Buscando satisfacer esta necesidad, se hace una comparación de resultados mediante este método y el PROSECA, basada en registros extraídos de otro estudio efectuado por un alumno de nuestra universidad. Se dedujo que el modelo desarrollado por la Universidad Católica difiere con el norteamericano en tan solo una constante. En base a esto último es posible decir que es muy factible que los resultados obtenidos en este trabajo sean representativos de lo que acontece en la realidad; sin embargo, es recomendable la verificación en terreno. Haciendo alusión a fenómenos que conllevan a un comportamiento climático extraño en base a su ubicación geográfica, se hizo un estudio donde se pretendió determinar aquellas estaciones que presentan registros de temperatura mayores con respecto a su entorno. Para ello se agruparon las estaciones identificándose los cuatro tipos de climas existentes y en base a esto se determinó una temperatura admisible. Se pudo determinar que bajo ningún caso las temperaturas máximas promedio de los años considerados supera nuestro valor límite; no obstante, temperaturas mayores a las de su alrededor se pueden deber a fenómenos particulares del sector (ej: zona de poco viento). Se estudió también la influencia del tránsito en los PG, considerándose para ello ciertas Rutas representativas pertenecientes a las regiones Metropolitana, Sexta, Séptima y Octava. Para conocer el flujo asociado a ellas se estudió el TMDA y en base a este se estableció un criterio para determinar si se tiene un nivel de tráfico alto, medio o bajo. Así, frente a las masivas solicitaciones fue necesario aumentar en distinta medida un nivel o dos, el tipo de ligante a usar. 71 Teniendo presente los tipos de relieves y climas existentes en el tramo comprendido entre Santiago y Los Ángeles, se efectuó una regionalización de acuerdo a ellos, generándose zonas (designadas por números) donde posteriormente se identificaron las estaciones incluidas en dicho sector y el ligante a ocupar. Es así como finalmente se tiene el Mapa de recomendación de uso de ligantes asfálticos mediante clasificación SUPERPAVE, mostrado en la Figura 5.3. Dicha representación viene con una tabla anexada que permite identificar las características de esa área (estaciones pertenecientes y PG). Vale la pena mencionar que existen sectores donde no se pudo determinar el ligante dado que no se cuenta con estaciones allí, no existiendo información. Apreciando el mapa es posible notificar el nuevo ligante a usar en aquellas Rutas analizadas por su nivel de tránsito, llegando incluso a tenerse ligantes del tipo 76 -10, considerados exclusivamente para rutas con excesivo tránsito vehicular, cargas detenidas o a bajas velocidades. Con respecto a lo que sucederá en la ciudad de Santiago frente al nuevo tipo de transporte al que se verá expuesta, denominado Transantiago, se deduce que podrá ser necesario el uso de un PG 76 -10. Dada la existencia de un gran número de zonas originadas en el Mapa de recomendación realizado, queda propuesto para futuros usuarios la confección de un mapa integrado para la aplicación en cada camino o red vial específicos, a modo de efectuar una identificación más simple del ligante a ocupar dependiendo de la zona. Finalmente, es importante decir que SUPERPAVE presenta un pequeño inconveniente: los equipos necesarios para efectuar los ensayos se caracterizan por presentar altos costos. Surge entonces la necesidad de estudiar alguna alternativa económica que permita a países con menos recursos efectuar pruebas más baratas pero igual de representativas. De esta manera nace el concepto del método SIMPLIFICADO, el cual considera los equipos de laboratorio utilizados en el control actual de los ligantes. Es importante mencionar que existe una memoria de Título [Ref. 2] donde se compara el Método SUPERPAVE con los ensayos tradicionales de control de ligante. 72 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS. 1. Faúndez, Jaime. “Zonificación de Chile para la elección de ligantes de pavimentos asfálticos según el método SUPERPAVE – SHRP”. Memoria, Universidad de Chile, 1999. 2. Sanz, Leonardo. “Caracterización no Tradicional de Ligantes Asfálticos “. Memoria, Universidad de Chile, 1997. 3. Sagredo, Raúl. “Las mezclas asfálticas bajo la visión de los nuevos conceptos SHRP – SUPERPAVE”. Memoria, Universidad de Chile, 1998. 4. Bahía, H. – Vivanco, J. “Transición hacia un sistema de graduación por desempeño de asfaltos para países en vías de Desarrollo”. Congreso Ibero – Latinoamericano de Asfalto, Costa Rica, 2005. 5. Gobierno de Chile. Ministerio de Obras Públicas. “Especificaciones y Métodos de Muestreo, Ensaye y Control”. Dirección de Vialidad, Manual de Carreteras Volumen N ° 8, 2003. 6. SUPERPAVE (Parte I): Especificaciones para asfalto. www.ichasfalto.cl/boletines.php 7. SUPERPAVE LAB. mehr.sharif.edu/~superpave/lab-pav.htm 8. Superpave Asphalt Technology Program. www.utexas.edu/research/superpave 9. Ministerio de Obras Públicas, Transporte, Vivienda y Desarrollo Urbano. “SUPERPAVE. Consideraciones Recientes”. Unidad de Investigación y Desarrollo Vial, El Salvador. 10. Ministerio de Obras Públicas. Universidad Católica de Chile. “Plan de Control y Seguimiento de Pavimentos Asfálticos”. Informe Final, Volumen X, 1989. 73 11. Dirección General de Aeronautica Civil. Dirección de Meteorología de Chile. Subdirección Climatología y Meteorología Aplicada. “Anuario Climatológico”. Años 1966 – 2004. 12. Dirección Meteorológica de Chile. Departamento de Meteorología Aplicada, “Anuario Agrometeorológico”. Años 1966 – 2004. 13. Dirección Meteorológica de Chile. Subdirección Climatología y Meteorología Aplicada. Departamento de Meteorología. “Climatología de Chile”. 14. Relieve de Chile. www.bcn.cl/pags/regional/cont/pags/20001123160109.html 15. Mapa Relieve de Chile. mapasdechile.com/relieve/index.htm 16. Registros TMDA. www.vialidad.cl/toda/index.htm 17. Mapas de Chile. www.turistel.cl 74 ANEXOS. 75 ANEXO A. UBICACIÓN ESTACIONES METEOROLÓGICAS. 76 Tabla A.1. Ubicación Estaciones Meteorológicas consideradas. Estación Región Colina Santiago Pudahuel Santiago Quinta Normal Santiago Los Cerrillos Chorombo La Platina Melipilla Río Clarillo Paine Longovilo Alhué Graneros Hidango Machalí Río Cipreses Parrón Puente Arqueado El Romero Pichilemu San Fernando Paredones Laguna Torca Curicó General Freire Quivolgo Constitución Vilches Curepto Armerillo Chanco Laguna Invernada Yerbas Buenas Cauquenes Parral Chillán Bernardo O' Higgins Concepción Carriel Sur Bellavista Universidad Concepción Polcura Los Ángeles María Dolores Metropolitana Metropolitana Metropolitana Metropolitana Metropolitana Metropolitana Metropolitana Metropolitana Metropolitana Metropolitana Metropolitana VI VI VI VI VI VI VI VI VI VI VII VII VII VII VII VII VII VII VII VII VII VII VIII VIII VIII VIII VIII 77 Latitud [°] 33,22 33,38 33,43 33,48 33,52 33,57 33,68 33,72 33,77 33,93 34,05 34,07 34,10 34,17 34,27 34,27 34,28 34,35 34,35 34,58 34,65 34,75 34,97 35,32 35,33 35,60 35,63 35,70 35,70 35,73 35,75 35,80 36,13 36,57 36,77 36,78 37,32 37,40 Longitud [°] 70,67 70,78 70,68 70,68 71,22 70,62 71,20 70,48 70,75 71,38 71,25 70,75 71,78 70,65 70,47 70,67 71,35 71,85 71,93 71,00 71,88 72,12 71,23 72,38 72,42 71,00 72,40 71,10 72,55 70,78 71,57 72,33 71,82 72,03 73,05 73,12 71,53 72,43 Elevación [m] 570 475 520 519 140 630 170 890 200 140 123 475 296 560 981 692 119 500 279 350 125 10 228 10 12 1175 553 450 60 1325 150 140 170 124 12 15 740 109 Figura A.1. Representación gráfica de ubicación Estaciones Meteorológicas. 78 ANEXO B. REGISTRO DE TEMPERATURAS MÁXIMAS ABSOLUTAS ANUALES (AÑOS 1983 – 2004). 79 Tabla B.1. Registro de Temperaturas Máximas Absolutas Anuales y Día en que se produce. Fuente: Ref. 11 y 12 Colina AÑO °C 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 T max σ T 50% T 98% 33,8 35,4 34,4 34,1 35,0 36,8 35,3 35,4 Día Santiago Pudahuel °C Día 34,7 32,3 34,9 34,4 34,7 34,5 35,1 35,3 35,8 33,8 34,8 34,0 34,5 34,5 35,8 36,6 32,9 33,9 34,4 33,5 36,3 34,7 35,03 0,95 09-Feb 03-Feb 25-Ene 25-Ene 09-Ene 04-Ene 09-Dic 13-Ene 22-Ene 14-Feb 14-Feb 12-Mar 17-Ene 26-Feb 19-Ene 16-Dic 01-Feb 29-Ene 03-Mar 34,61 1,02 35,03 36,97 34,61 36,69 01-Feb 22-Dic 21-Ene 14-Feb 09-Ene 17-Ene Ene Ene Santiago Quinta Normal °C Día 21-Feb 34,9 06-Ene 33,2 04-Ene 34,6 09-Feb 34,8 03-Feb 34,4 34,0 34,8 36,6 33,8 34,1 34,4 33,6 36,4 34,2 14-Feb 17-Ene 24-Ene 19-Ene 27-Dic 01-Feb 29-Ene 03-Mar 34,56 0,95 34,56 36,52 Santiago Los Cerrillos °C 34,8 32,9 Día 21-Dic 16-Ene 34,3 04-Ene 34,2 35,0 34,7 34,8 35,6 36,2 33,8 34,4 34,2 33,8 36,4 34,7 01-Feb 22-Dic 21-Ene 30-Nov 12-Mar 17-Ene 09-Ene 19-Ene 27-Dic 01-Feb 29-Ene 03-Mar 34,65 0,91 34,65 36,53 80 Chorombo La Platina Melipilla °C Día °C Día °C Día 32,2 34,4 33,2 34,2 34,2 34,0 34,0 33,0 24-Ene 13-Ene 23-Ene Ene 16-Ene 17-Ene Feb Nov 32,0 33,0 32,8 32,8 33,6 34,0 31,8 31,4 09-Dic 13-Ene 23-Ene 30-Nov 10-Feb 17-Ene Feb Dic 34,0 35,4 35,4 35,0 34,6 36,2 36,2 36,0 07-Dic 13-Ene 23-Ene 28-Mar 10-Feb Dic Feb Ene 33,65 0,77 32,68 0,89 35,35 0,79 33,65 35,23 32,68 34,51 35,35 36,97 Tabla B.1. Registro de Temperaturas Máximas Absolutas Anuales y Día en que se produce. Fuente: Ref. 11 y 12 AÑO 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 T max σ T 50% T 98% Río Clarillo Paine Longovilo Alhué °C Día °C Día °C Día °C 32,2 33,0 33,0 33,4 35,8 35,6 33,0 32,8 09-Abr 25-Ene 23-Ene 12-Dic 12-Mar 17-Ene 34,0 35,0 34,6 33,6 35,4 35,6 02-Nov 13-Ene 23-Ene 24-Dic 10-Feb 17-Ene 35,2 35,2 34,9 35,0 35,4 37,2 36,4 36,4 15-Ene 13-Ene 23-Ene 24-Dic 22-Feb Dic Ene Ene 36,0 38,6 35,8 37,8 37,8 37,0 36,8 35,6 Ene 33,60 1,34 34,70 0,79 35,71 0,84 33,60 36,35 34,70 36,32 35,71 37,44 Día Graneros 36,93 1,08 36,93 39,15 81 Machalí °C Día °C Día °C Día 31,2 01-Feb 31,0 31,8 33,0 32,0 31,8 33,4 32,0 30,4 13-Ene 11-Abr 11-Feb 11-Mar Dic Feb Dic 35,2 33,6 33,2 36,2 34,6 13-Ene 04-Feb 24-Dic 11-Mar 23-Feb 13-Ene Mar 11-Mar Dic Ene Ene Hidango 32,8 32,2 Ene Ene 32,07 0,81 31,93 0,97 34,56 1,21 32,07 33,73 31,93 33,91 34,56 37,05 Tabla B.1. Registro de Temperaturas Máximas Absolutas Anuales y Día en que se produce. Fuente: Ref. 11 y 12 AÑO Río Cipreses °C 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 T max σ T 50% T 98% 32,6 33,0 32,8 33,8 33,8 35,8 Día Parrón °C 32,5 Día 21-Dic 32,0 21-Dic 03-Nov 22-Dic 23-Ene 22-Mar 12-Mar 17-Ene El Romero °C Día 31,6 28,8 30,0 19-Mar 10-Mar Abr Pichilemu °C 30,1 29,2 28,2 San Fernando Paredones Día °C Día °C Día Dic Feb Oct 32,5 33,9 33,2 33,4 33,5 32,8 33,5 34,2 02-Ene 07-Dic 05-Feb 28-Ene 12-Mar Dic Ene Ene 31,0 30,0 29,0 29,0 31,0 30,0 28,8 29,0 07-Feb 16-Mar 11-Abr 22-Mar 30-Ene 16-Ene Feb Dic Laguna Torca °C Día 35,2 35,2 32,7 32,7 33,2 22-Dic Dic Feb 10-Feb 11-Ene 33,63 1,18 32,25 0,35 30,13 1,40 29,17 0,95 33,38 0,55 29,73 0,91 33,80 1,29 33,63 36,05 32,25 32,98 30,13 33,02 29,17 31,12 33,38 34,50 29,73 31,60 33,80 36,46 82 Tabla B.1. Registro de Temperaturas Máximas Absolutas Anuales y Día en que se produce. Fuente: Ref. 11 y 12 AÑO Curicó General Freire °C 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 T max σ T 50% T 98% 33,6 32,8 33,8 34,9 33,5 34,8 33,2 34,3 33,6 33,7 33,8 35,2 33,0 33,4 34,2 34,0 35,1 33,0 34,2 35,0 34,7 34,8 Quivolgo Vilches Curepto Chanco Yerbas Buenas Cauquenes Día °C Día °C Día °C Día °C Día °C Día °C Día 09-Feb 06-Ene 08-Feb 25-Ene 13-Feb 19-Ene 02-Ene 14-Ene 05-Feb 24-Dic 12-Dic 35,5 32,0 30,1 30,0 07-Feb 22-Dic 31-Dic Mar 30,0 30,2 26,4 28,6 30,2 29,0 30,4 27,8 19-Mar 22-Dic 05-Feb 22-Mar 12-Mar 17-Ene Oct Dic 31,4 35,4 32,3 32,4 29,6 33,2 27-Dic 22-Dic 21-Dic 11-Feb 07-Dic 28-Feb 31,4 26,8 26,0 25,8 27,8 27,0 30,2 25,4 07-Feb 10-Mar 15-Ene 12-Dic 04-Abr 01-Mar Feb Feb 36,0 33,0 33,0 35,6 33,6 34,0 36,4 36,0 18-Feb 14-Ene 28-Dic 14-Feb 09-Ene 11-Feb Ene Dic 39,4 35,4 35,4 35,6 36,6 36,2 37,4 34,4 03-Feb 13-Ene 05-Feb 14-Feb 25-Dic 25-Ene Nov 05-Feb 02-Feb 06-Ene 05-Feb 34,03 0,74 31,90 2,57 29,08 1,42 32,38 1,92 27,55 2,17 34,70 1,44 36,30 1,54 34,03 35,55 31,90 37,18 29,08 32,00 32,38 36,33 27,55 32,00 34,70 37,66 36,30 39,47 83 11-Feb Ene Ene Tabla B.1. Registro de Temperaturas Máximas Absolutas Anuales y Día en que se produce. Fuente: Ref. 11 y 12 Parral AÑO °C 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 T max σ T 50% T 98% 35,2 34,2 34,8 33,8 34,0 34,6 36,8 32,4 Día 29-Dic 14-Ene 28-Dic 18-Feb 06-Feb 14-Feb Ene Dic 34,48 1,26 34,48 37,06 Chillán B. O' Higgins °C 35,6 33,3 33,1 35,6 36,2 35,4 36,0 37,5 33,9 36,8 34,2 36,2 35,2 34,6 34,8 36,0 38,3 33,4 35,0 38,0 36,5 36,9 Día 09-Feb 14-Feb 12-Ene 06-Feb 13-Feb 15-Mar 03-Feb 26-Ene 05-Feb 28-Dic 04-Mar 02-Mar 14-Feb 13-Ene 26-Ene 24-Dic 19-Feb 06-Mar 05-Feb 35,57 1,46 35,57 38,58 Concepción Carriel Sur °C 27,3 30,8 27,2 28,4 27,4 28,0 26,6 33,2 28,2 33,2 28,2 27,4 30,9 31,7 27,3 29,2 28,4 27,4 28,2 31,6 29,6 30,9 Día 09-Mar 14-Feb 08-Feb 19-Dic 13-Feb 11-Mar 08-Feb 16-Mar 11-Dic 22-Mar 12-Dic 19-Feb 30-Ene 18-Feb 18-Dic 16-Dic 19-Feb 03-Mar 13-Ene 29,14 2,02 29,14 33,29 Bellavista U. Concepción Los Ángeles María Dolores °C 31,0 Día 18-Ene °C 34,6 Día 13-Dic 29,6 04-Ene 34,4 30,2 27,5 33,2 28,4 30,7 30,2 08-Feb 16-Mar 04-Feb 22-Mar 01-Mar 30-Ene 18-Feb 34,2 33,6 12-Dic 13-Mar 32,0 40,1 34,6 36,5 30,58 2,15 30,58 35,00 84 20-Feb 23-Feb 05-Feb 35,09 2,59 35,09 40,40 ANEXO C. REGISTRO DE TEMPERATURAS MÁXIMAS ABSOLUTAS ANUALES (AÑOS 1966 - 1987). 85 Tabla C.1. Registro de Temperaturas Máximas Absolutas Anuales y Día en que se produce. Fuente: Ref. 11 y 12 AÑO Puente Arqueado °C Día 33,3 03-Ene 1966 1967 1968 1969 1970 1971 1972 1973 1974 1975 1976 1977 1978 1979 1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 T max σ T 50% T 98% 31,5 35,7 16-Ene 16-Mar Constitución °C 26,0 25,7 Día 05-Mar 10-Mar Armerillo Laguna Invernada Polcura °C Día °C Día °C Día 04-Feb 14-Ene 04-Feb 14-Ene 10-Ene 05-Abr 06-Ene 35,6 34,6 18-Feb 31-Dic 15-Ene 31-Dic 33,8 34,6 28,7 32,5 33,2 33,4 33,1 02-Ene 08-Dic 33,0 06-Oct 37,2 32,6 27,4 28,8 15-Ene 10-Feb 37,1 34,4 33,50 2,11 28,18 2,96 35,33 2,23 32,56 2,29 34,18 1,15 33,50 37,83 28,18 34,27 35,33 39,91 32,56 37,27 34,18 36,54 86 ANEXO D. REGISTRO DE TEMPERATURAS MÍNIMAS ABSOLUTAS ANUALES (AÑOS 1983 - 2004). 87 Tabla D.1. Registro de Temperaturas Mínimas Absolutas Anuales y Día en que se produce. Fuente: Ref. 11 y 12 Colina AÑO °C 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 T min σ T 50% T 98% -4,3 -3,6 -2,8 -3,0 -3,0 -3,0 -5,4 -4,0 Día 10-Ago 25-Jun 04-Ago 01-Jun Ago Jul Jul -3,64 0,89 -3,64 -5,47 Santiago Pudahuel °C -4,8 -3,8 -2,6 -1,8 -4,4 -4,0 -4,0 -4,7 -3,6 -5,9 -6,2 -3,1 -3,4 -5,9 -2,0 -4,4 -4,0 -3,2 -6,2 -2,3 -4,0 -3,6 Día 15-Jun 30-Abr 15-Jun 15-Jun 02-Jul 31-May 01-Ago 01-Ago 10-Ago 08-Jul 16-Jul 30-May 04-Ago 18-Jul 15-Jul 12-Jul 24-Jun 25-Jul 25-Jul 11-Jun -4,00 1,28 -4,00 -6,62 Santiago Quinta Normal °C -3,3 -2,2 -1,5 -0,6 -3,1 -2,0 -1,0 -2,4 -2,2 -2,2 -3,0 -2,5 -2,2 -1,9 -1,6 0,2 -3,0 -2,2 -1,6 -0,9 -1,4 -1,7 Día 24-Jun 15-Jun 07-Ago 15-Jun 15-Jun 07-Jul 02-Jul 19-Jul 10-Ago 01-Ago 09-Ago 25-Jun 16-Jul 19-Jun 13-Ago 16-Jul 12-Jul 27-Jul 25-Jul 12-Jun -1,92 0,86 -1,92 -3,68 Santiago Los Cerrillos Chorombo La Platina Melipilla Día 25-Jun °C Día °C Día °C Día 09-Ago 25-Jun 16-Jul 19-Jun 29-Jun 13-Ago 16-Jul 12-Jul 24-Jun 01-Jul 25-Jul 12-Jun -2,08 0,94 -2,08 -4,02 -4,2 -3,0 -3,0 -5,2 -3,2 -3,0 -2,7 -2,0 12-Jul 25-Jun 25-Jun Jun 04-Ago Ago Ago Jul -4,4 -3,4 -3,4 -2,6 -2,2 -2,2 -3,6 -3,2 09-Ago 25-Jun 16-Jul 19-Jun 04-Ago Ago Jul Jul -3,0 -1,6 -2,0 -1,2 -0,4 -2,4 -1,6 0,2 09-Ago 22-Ago 01-Ago 20-Jun 01-Jul Jun Jul Jul °C -2,8 -1,8 -0,4 -4,0 -3,0 -3,0 -2,7 -1,2 -0,8 -2,2 -2,0 -2,2 -1,2 -2,0 -1,9 88 -3,29 0,98 -3,29 -5,30 -3,13 0,76 -3,12 -4,68 -1,50 1,04 -1,50 -3,63 Tabla D.1. Registro de Temperaturas Mínimas Absolutas Anuales y Día en que se produce. Fuente: Ref. 11 y 12 AÑO 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 T min σ T 50% T 98% Río Clarillo Paine Longovilo Alhué °C Día °C Día °C Día °C -2,6 -1,7 -3,0 -4,0 -1,2 -1,2 -3,0 -2,6 08-Ago 25-Jun 19-Jul 19-Jun 20-Ago Ago Jul Jul -4,2 -2,4 -1,8 -3,2 -1,4 -2,0 29-Jul 07-Jul 19-Jul 01-Jun 04-Ago Jul -5,4 -1,8 -4,2 -5,2 -1,8 -3,2 -4,0 -2,6 30-Jul 11-May 02-Ago 03-Jun -5,1 -2,8 -2,8 -5,3 -3,1 -3,6 -4,0 -2,6 -2,41 0,98 -2,41 -4,43 -2,50 1,03 -2,50 -4,62 Jun Jul Jul -3,53 1,41 -3,52 -6,42 Día May 04-Ago Jul Jul May -3,66 1,06 -3,66 -5,83 89 Graneros Hidango °C Día °C Día -4,2 12-Jul -1,0 -0,6 -2,2 -2,2 0,4 -2,0 -1,8 0,0 29-Jul 29-Jul 05-Ago 20-Jun 03-Ago Ago Ago Ago -2,8 -3,4 Jul Jul -3,47 0,70 -3,47 -4,91 -1,18 1,03 -1,17 -3,29 Machalí °C Día -2,4 -4,2 -3,6 -4,0 -2,0 07-Jul 04-Ago 30-May 04-Ago Ago -3,24 0,98 -3,24 -5,26 Tabla D.1. Registro de Temperaturas Mínimas Absolutas Anuales y Día en que se produce. Fuente: Ref. 11 y 12 AÑO Río Cipreses °C 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 T min σ T 50% T 98% -4,3 -2,3 -5,2 -3,6 -3,8 -5,2 Día Parrón °C -5,8 Día 24-Jun -3,2 06-Jun 09-Ago 25-Jun 16-Jul 18-Jun 03-Ago Ago -4,07 1,10 -4,07 -6,32 El Romero °C Día -1,0 0,1 0,1 09-Ago 09-Ago Ago Pichilemu °C 0,4 -1,2 0,8 -4,50 1,84 -4,50 -8,28 -0,27 0,64 -0,27 -1,57 Paredones Día °C Día °C Día Ago Jul Jul -1,8 -1,4 -2,5 -4,2 -2,5 -1,9 -2,0 -1,6 26-May 04-Jul 04-Ago 31-May 04-Ago Ago Jul Jul -3,0 -2,0 -4,8 -4,2 -2,2 -3,2 -3,4 -2,9 29-Jul 30-Ago 19-Jul 20-Jun 03-Ago Ago Jul Jul 0,00 1,06 0,00 -2,17 90 San Fernando -2,24 0,88 -2,24 -4,05 -3,21 0,94 -3,21 -5,14 Laguna Torca °C Día 0,6 0,2 -1,2 -2,0 30-Ago Jun Jun 27-Jun -0,60 1,21 -0,60 -3,09 Tabla D.1. Registro de Temperaturas Mínimas Absolutas Anuales y Día en que se produce. Fuente: Ref. 11 y 12 AÑO Curicó General Freire °C 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 T min σ T 50% T 98% -4,0 -3,8 -2,8 -1,2 -4,0 -3,4 -2,3 -4,4 -3,0 -4,8 -5,0 -3,2 -4,4 -3,8 -2,6 -2,0 -4,0 -3,6 -4,0 -5,5 -3,8 -4,0 Día 26-Jun 15-Jun 01-May 15-Jun 15-Jun 23-Jul 05-Jul 21-Jul 02-Ago 31-Jul 29-Jul 11-May 15-Jul 20-Jun 29-Jun 10-Jul 16-Jul 19-Jul 19-Jun 12-Jul 05-Ago 12-Jun -3,62 1,01 -3,62 -5,69 Quivolgo Vilches Curepto Chanco Yerbas Buenas Cauquenes °C Día °C Día °C Día °C Día °C Día °C Día -3,0 -1,2 -2,8 -2,7 29-Jul 09-Jul 19-Jul 19-Jul -7,6 -7,2 -7,6 -4,6 -5,0 -3,4 -6,2 -4,6 28-Jul 24-Jun 16-Jul 17-Jun 03-Ago Ago Jul Jul -1,2 1,1 -1,3 0,1 -3,0 09-Ago 24-Jun 17-Jul 19-Jun 23-Sep 0,6 -1,4 -1,0 -2,7 -1,4 -0,1 -1,2 -1,0 26-May 17-Ago 05-Ago 20-Jun 02-Ago May Jul Jul -3,2 -2,4 -6,0 -4,6 -4,2 -2,0 -5,0 -3,0 23-Jul 09-Jul 19-Jul 31-May 03-Ago Sep Jul Jul -2,3 -1,2 -6,0 -4,4 -1,2 -2,6 -3,0 -2,2 30-Jul -2,43 0,83 -2,42 -4,12 -5,78 1,60 -5,77 -9,06 -0,86 1,55 -0,86 -4,05 91 -1,03 0,97 -1,02 -3,02 -3,80 1,38 -3,80 -6,63 19-Jul 20-Jun 19-Jul Ago Jul Jul -2,86 1,63 -2,86 -6,21 Tabla D.1. Registro de Temperaturas Mínimas Absolutas Anuales y Día en que se produce. Fuente: Ref. 11 y 12 Parral AÑO °C 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 -5,2 -3,3 -5,2 -5,0 -2,2 -2,0 -4,6 -3,4 Día 29-Jul 08-Jul 19-Jul 20-Jun 04-Ago Jun Jul Jul Chillán B. O' Higgins °C -3,4 -3,6 -2,5 -1,7 -3,4 -5,6 -3,7 -4,3 -4,6 -4,4 -5,0 -4,3 -6,0 -4,8 -2,0 -2,0 -4,4 -3,6 -3,0 -6,4 -4,2 -2,7 Día 05-Jun 15-Jun 09-Ago 15-Jun 19-Jul 01-Jun 05-Jul 21-Jul 02-Ago 01-Ago 26-May 09-Jul 19-Jul 28-Jun 25-Jul 16-Jul 12-Jul 19-Jun 01-Jul 18-May 16-Jul Concepción Carriel Sur °C -0,8 -1,3 0,0 -0,3 -1,8 -1,6 -1,0 -2,5 -1,8 -1,3 -1,4 -0,5 -3,5 -1,5 -1,0 -1,4 -1,6 -0,4 -1,1 -2,4 -2,0 -0,4 Día 24-Jun 15-Jun 05-Jul 15-Jul 19-Jul 01-Ago 29-Abr 31-Ago 10-Ago 30-Jun 09-Ago 30-Ago 31-Jul 20-Jun 03-Ago 21-Ago 15-Jul 03-Sep 03-Sep 02-Jul 23-Ago Bellavista U. Concepción °C -0,4 Día 24-Jun Los Ángeles María Dolores °C -7,0 Día 01-Ago -6,6 -3,8 28-Jun 19-Jul -5,2 -5,9 -3,9 23-Jul 02-Nov 12-Jun -1,5 -1,8 -1,4 -3,0 -1,8 -0,2 -1,4 -0,4 09-Ago 30-Ago 31-Jul 21-May 21-Ago T min σ -3,86 1,32 -3,89 1,27 -1,35 0,82 -1,32 0,89 -5,40 1,35 T 50% -3,86 -3,89 -1,35 -1,32 -5,40 T 98% -6,57 -6,50 -3,03 -3,14 -8,17 92 ANEXO E. REGISTRO DE TEMPERATURAS MÍNIMAS ABSOLUTAS ANUALES (AÑOS 1966 - 1987). 93 Tabla E.1. Registro de Temperaturas Mínimas Absolutas Anuales y Día en que se produce. Fuente: Ref. 11 y 12 AÑO Puente Arqueado °C Constitución Armerillo Laguna Invernada Polcura Día °C Día °C Día °C Día °C Día -1,9 -1,0 -1,3 1,7 -1,0 2,1 1,8 17-Jul 11-Ago 21-Jul 23-Jul 01-Jun 02-Ago 26-May 0,2 0,8 0,1 0,6 -2,0 2,0 0,0 2,4 2,0 04-Ago 17-Ago 21-Jul 11-Ago 21-Jul 26-Jul 30-Jun 04-Jul 15-Ago -1,5 1,7 -1,6 -2,1 0,7 0,3 1,9 19-Jul 25-Ago 21-Jul 10-Ago 17-May 15-Jul 17-Jul -5,0 -3,5 -7,3 -6,4 -6,2 -4,7 -4,6 01-Jul 17-Jul 31-Ago 16-Jul 12-Jun 05-Jul 17-Jul -5,9 -4,8 -2,0 -4,2 -6,1 -5,3 -2,1 21-Jul 12-Ago 06-Jun 15-Jul 25-Jul 14-Jul 03-Ago 0,6 10-Ago -1,0 29-Abr -2,9 26-Ago 1966 1967 1968 1969 1970 1971 1972 1973 1974 1975 1976 1977 1978 1979 1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 T min σ 0,13 0,68 -0,20 -5,39 -4,16 1,61 1,35 1,56 1,30 1,65 T 50% 0,13 0,68 -0,20 -5,39 -4,16 T 98% -3,18 -2,10 -3,40 -8,06 -7,55 94 ANEXO F. TEORÍA DEL MODELO PROSECA. 95 A continuación se explicará la teoría básica fundamental bajo la cual se desarrolla el modelo PROSECA, información extraída de la Memoria de Título: “Zonificación de Chile para la elección de Ligantes de Pavimentos Asfálticos según el Método SUPERPAVE”. (Ref. 1) La distribución de temperatura en el pavimento está determinada por la cantidad de calor que se transmite a través de él por choques moleculares, es decir, por conducción. Aunque una mezcla asfáltica está constituida por materiales de distinta naturaleza como lo son los áridos, el bitumen y el aire en los intersticios, y forma una delgada capa sobre un suelo también heterogéneo, se puede modelar el comportamiento térmico de las capas más cercanas a la superficie asimilando al conjunto de pavimento y suelo como un sólido semi-infinito isotrópico, cuya superficie intercambia con la atmósfera flujos de calor que determinan la temperatura en cada instante en el aire y en el pavimento en las cercanías de dicha interface. En general, el fenómeno de conducción de calor en los sólidos se describe a partir de la Ley de Fourier que establece que la cantidad de calor que atraviesa una superficie de área dA en un tiempo dt en una dirección dada, es proporcional a la magnitud del gradiente de temperatura en esa dirección. Dicha expresión está dada por: O bien: dQ = − λ ⋅ δθ ⋅ dA ⋅ dt δn δθ δn (2) dq = − λ ⋅ (1) Donde: λ : Conductividad térmica (en un sólido homogéneo e isotrópico es constante). θ : Temperatura del sólido. De no haber fuentes internas de calor se puede plantear que la energía térmica neta que entra en un elemento de volumen de sólido es igual al cambio de energía interno, planteando esa igualdad y considerando ecuaciones cartesianas: dQ = (Q x − Q x + dx ) + (Q y − Q y + dy ) + (Q z − Q z + dz ) = dU En que: Q i − Q i + di = (q i − q i + di ) ⋅ dj ⋅ dk ⋅ dt 96 (3) (4) Expandiendo en serie de Taylor y despreciando términos de segundo grado se tiene que: δq i ⋅ dt δi q i + di = q i + (5) Agrupando y expresando la energía interna como función de la temperatura: δq x δq y δq z δθ − δx − δy − δz ⋅ dx ⋅ dy ⋅ dz ⋅ dt = ρ ⋅ c ⋅ δt ⋅ dx ⋅ dy ⋅ dz ⋅ dt (6) Donde: ρ: Densidad. c: Calor específico del material. δ δθ δ δθ δ δθ δθ = ρ ⋅ c ⋅ λ ⋅ + + δt δx δx δy δy δz δz Aplicando la ecuación de Fourier: (7) Al ser semi-infinito limitado por el plano x = 0, presenta por su simetría, derivadas nulas de la temperatura respecto a las coordenadas z e y, obteniéndose: k⋅ δ 2θ δx 2 = δθ δt (8) Donde: k: Difusibidad térmica. (k = λ / ρ) Para ser resuelta la ecuación anterior se necesitan condiciones iniciales y de borde, las cuales son las siguientes: q 0 (t) = −λ ⋅ δθ δx x = 0 θ(x, t) = θ aire (x) , para t ≥ 0 (9) , para t = 0 (10) Pero a su vez el flujo de calor (q0) viene dado por: q 0 = q radiación + q convecciòn + q latente (11) En que el flujo de calor por radiación viene dado por: q radiación (t) = α ⋅ q i (t) − ε ⋅ σ ⋅ [θ(0, t)]4 (12) 97 Donde: qi: Total de radiación incidente. θ: Temperatura absoluta de la superficie del pavimento. (°K) ε: Emisividad del pavimento. σ: Constante de Stefan-Boltzmann. (σ = 5,6697 *10-8 [W /m2 K4]) Para el caso del flujo de calor por convección, los modelos indican que es proporcional a la diferencia de temperaturas entre la superficie del pavimento y la del aire, presentando la siguiente ecuación: q convección = h c ⋅ [θ aire (t) − θ(0, t)] (13) Donde: hc: Constante de convección. El flujo de calor latente es la energía que absorbe o emite un cuerpo debido a su cambio de estado, en el caso del pavimento la presencia de agua perturba la transferencia de calor, no sólo alterando las propiedades de la interface asfalto-atmósfera, sino que también absorbiendo calor. Para efectos de este estudio, este fenómeno no se consideró debido a lo variable del flujo de energía, aspecto que escapa al nivel de información presente. Utilizando los parámetros mencionados recientemente y aplicando una serie de condiciones, se llega finalmente a que: α ⋅R q 0 (t) = H ⋅ θ aire + s − θ0 H (14) Donde: H: Constante de calor superficial. ( H = 4 ⋅ ε ⋅ σ ⋅ θ 3 + h c ) ∆θR : variación de temperatura por radiación solar. α ⋅R (∆θ R = s ) H αs : Coeficiente de absorción de radiación solar del asfalto. R: Radiación que llega a la superficie de la Tierra, que depende principalmente de: latitud, día del año, hora del día, altitud y nubosidad. De esta manera, q0(t) corresponde al calor transferido en la superficie del pavimento ante una diferencia de temperatura existente entre él y un medio a una temperatura : 98 α ⋅R Θ(t) = θ aire + s H (15) Reordenando términos y aplicando la ley de Fourier: q 0 (t) = − λ ⋅ δθ = H ⋅ Θ(t) − H ⋅ θ 0 δx x = 0 (16) Así la ecuación (8) más las condiciones de temperatura nula inicial y de borde, tiene solución analítica. Carslaw y Jaeger la deducen para una temperatura de forma sinusoidal, teniendo finalmente la expresión siguiente (17): θ(x, t) = h⋅e − w′ ⋅ x (h + w′ ) 2 + w′ h= con: 2 ⋅ sin(wt + ϕ − w′x − δ) + 2 2kh ∞ (wcosϕ − ku sinϕ ) ⋅ (ucosux + hsinux) − ku 2 t ⋅e ⋅ u ⋅ du ∫ 2 4 2 2 2 π 0 (k ⋅ u + w ) ⋅ (h + u ) H λ w′ = w 2k w′ δ = arctan h + w′ El primer término corresponde a la situación de régimen permanente y el segundo al efecto de la condición inicial que tiende a cero a medida que transcurre el tiempo. La variable de radiación solar, incorporada en ∆θR, se estima con la relación entre insolación diaria y transparencia atmosférica: i R(t) = 0,22 + 0,54 ⋅ ⋅ R e (t) 2D (18) Donde: i: Horas de sol del día analizado. D: Duración del medio día solar, se calcula con las relaciones astronómicas usuales. Re: Radiación solar extraterrestre, se usa constante solar = 1382 watt /m2. 99 La condición de borde de transferencia de calor por convección y radiación se ha simplificado considerando sólo la parte radiativa, entonces: H = 4 ⋅ ε ⋅ σ ⋅ θ 3 . La transferencia por convección, que incluye el efecto de la velocidad del viento se incorpora con un factor de ajuste que reduce la magnitud de la radiación solar absorbida por el pavimento, con esto: α q 0 (t) = H ⋅ θ(t) aire + f ⋅ s ⋅ R(t) − θ 0 (t) H (19) Donde: αs: Coeficiente de absorción de radiación solar del asfalto. (αs = 0,95) f: Factor de ajuste que considera fenómenos de los cuales depende la temperatura del pavimento (mención principalmente a la lluvia y velocidad del viento). Se aplica este factor en todas las zonas, tanto en invierno como en verano. (f = 0,5) H: Constante de transferencia de calor superficial. ( H = 7,3817 [w/m2C] ) R: Radiación que llega a la superficie de la Tierra, que depende principalmente de: latitud, día del año, hora del día, altitud y nubosidad. Para expresar matemáticamente este conjunto discreto de 24 valores de temperatura efectiva se usa una interpolación mediante serie de Fourier, la que tomando un período de 24 horas y un conjunto de sus primeras 12 armónicas constituye la condición de borde: − Θ(t) = Donde: δθ + h ⋅ θ(0, t) = h ⋅ Θ(t) δx x = 0 (20) N ∑ A n sin(w n t) + B n cos(w n t) [°C] n =0 wn = 2π ⋅ n [horas-1] 24 h = 60948 [m-1] N = 12 De la ecuación (17) se ha despreciado la parte transiente, quedando la solución de régimen pemanente correspondiente a la serie: θ ( x, t ) = N ∑ n=0 h ⋅ e − w ′x [(h + w ′2 )+w ′2 ] ⋅ {An cos( wn t − wn′ x − δ n ) + Bn sin( wn t − w′n x − δ n ) 100 } (21) Donde: w′ = w 2k w′ δ = arctan h + w′ m2 k = 5,7834 ⋅ 10 − 7 s La difusividad térmica del asfalto se ha calculado con las siguientes propiedades: λ = 1,2111 * 10-4 [w /m °C] c = 0,09207 [Joule / Kg °C] ρ = 2274,55 [Kg / m3] 101 ANEXO G. REGISTROS DE TEMPERATURAS PARA COMPARACIÓN DE MODELOS. 102 Tabla G.1. Temperaturas máximas del pavimento para un 50% de confiabilidad. Estación Parinacota Carlos Ibáñez Quintero La Florida Punta Ángeles Juan Fernández Cerro Moreno El Tepual Balmaceda Puerto Aysén El Loa Chacalluta Iquique Carriel Sur Coyhaique Mataveri Lord Cochrane Cañal Bajo Chamonate Pichoy Vallenar Maquehue General Freire Pudahuel El Belloto Bernardo O'Higgins T aire [°C] 19,97 22,79 23,66 24,77 25,44 25,73 27,09 27,62 27,95 28,06 28,27 28,72 28,74 28,76 28,93 28,98 29,00 30,59 31,44 31,48 31,72 32,78 33,92 34,53 34,69 35,03 50% Confianza T T PROSECA [°C] [°C] 43,6 49,8 39,3 52,4 45,9 56,9 47,4 59,4 47,6 60,5 47,7 61 50,2 61,1 47,8 59,1 46,8 58,9 47,0 61,4 51,4 58,4 51,9 62,7 51,9 63,5 50,0 59,8 47,8 60,7 51,7 62,9 47,3 59,8 50,9 61,4 54,1 64,3 51,9 62,5 54,2 64,3 53,4 63,1 55,3 64,5 56,2 65,6 56,4 60,5 56,0 65,3 SUPERPAVE Fuente: Ref. 1 Donde: T aire: Promedio de las temperaturas máximas anuales. T SUPERPAVE: Temperatura determinada con el modelo de SHRP. T PROSECA: Temperatura calculada mediante método PROSECA. 103 Tabla G.2. Temperaturas máximas del pavimento para un 98% de confiabilidad. Estación Parinacota Carlos Ibáñez Quintero La Florida Punta Ángeles Juan Fernández Cerro Moreno El Tepual Balmaceda Puerto Aysén El Loa Chacalluta Iquique Carriel Sur Coyhaique Mataveri Lord Cochrane Cañal Bajo Chamonate Pichoy Vallenar Maquehue General Freire Pudahuel El Belloto Bernardo O'Higgins T aire [°C] 19,97 22,79 23,66 24,77 25,44 25,73 27,09 27,62 27,95 28,06 28,27 28,72 28,74 28,76 28,93 28,98 29,00 30,59 31,44 31,48 31,72 32,78 33,92 34,53 34,69 35,03 98% Confianza T T PROSECA [°C] [°C] 46,9 53,3 43,3 56,6 48,4 59,5 49,3 61,4 51,9 65,0 49,6 62,9 53,4 64,4 52,9 64,4 51,1 63,5 53,0 67,6 54,0 61,0 54,1 65,0 55,0 66,3 54,1 64,1 51,0 64,0 53,0 64,1 49,9 62,5 55,0 65,7 56,1 66,5 55,1 65,8 57,4 67,7 56,7 66,6 56,7 65,9 58,0 67,5 59,0 65,0 58,4 67,5 SUPERPAVE Fuente: Ref. 1 Donde: T aire: Promedio de las temperaturas máximas anuales. T SUPERPAVE: Temperatura determinada con el modelo de SHRP. T PROSECA: Temperatura calculada mediante método PROSECA. 104 Graficando dichos resultados es posible visualizar la relación existente entre las rectas generadas por la regresión lineal de las temperaturas de pavimento determinadas con ambos métodos. Temperatura pavimento [°C] Resultados con un 50% de confianza. y = 0,7958x + 37,786 R2 = 0,6884 72 66 60 54 48 42 36 30 y = 0,9899x + 21,563 2 R = 0,8115 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 Temperatura aire [°C] SUPERPAVE PROSECA Lineal (PROSECA) Lineal (SUPERPAVE) Figura G.1. Comparación de métodos para nivel de confianza del 50%. Temperatura pavimento [°C] Resultados con un 98% de confianza. y = 0,7366x + 42,726 2 R = 0,6655 72 66 60 54 y = 0,91x + 26,93 2 R = 0,8281 48 42 36 30 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 Temperatura aire [°C] SUPERPAVE Lineal (PROSECA) PROSECA Lineal (SUPERPAVE) Figura G.2. Comparación de métodos para nivel de confianza del 98%. 105 INDICE. CAPÍTULO 1: INTRODUCCIÓN............................................................................................. 2 1.1. ANTECEDENTES GENERALES. ................................................................................ 2 1.2. OBJETIVOS. .................................................................................................................. 3 1.3. ALCANCES.................................................................................................................... 3 1.4. METODOLOGÍA. .......................................................................................................... 4 1.5. ESTRUCTURA DEL ESTUDIO.................................................................................... 4 CAPÍTULO 2: ANTECEDENTES TEÓRICOS. ..................................................................... 7 2.1. MÉTODO SUPERPAVE................................................................................................ 8 2.1.1. Equipos y Ensayos.............................................................................................. 8 2.1.1.1. Viscosímetro Rotacional Brookfield (RV)............................................. 8 2.1.1.2. Reómetro de Corte Dinámico (DSR). .................................................... 9 2.1.1.3. Reómetro de Viga de Flexión (BBR)................................................... 11 2.1.1.4. Ensayo de Tracción Directa (DTT)...................................................... 12 2.1.1.5. Horno de Película Delgada Rotatoria (RTFO)..................................... 13 2.1.1.6. Envejecimiento en Recipiente Presurizado (PAV). ............................. 14 2.1.2. Grado Asfáltico................................................................................................. 15 2.2. MÉTODO SIMPLIFICADO......................................................................................... 19 2.2.1. Ensayos. ............................................................................................................ 19 2.2.1.1. Ensayo de Penetración. ........................................................................ 19 2.2.1.2. Punto de Fragilidad de Fraass. ............................................................. 20 2.2.1.3. Punto de Ablandamiento con el Aparato de Anillo y Bola. ................. 20 CAPÍTULO 3: RECONOCIMIENTO DE LA ZONA EN ESTUDIO. ................................ 23 3.1. RELIEVE DE CHILE. .................................................................................................. 23 3.1.1. Identificación del Relieve en el tramo en estudio............................................. 24 3.2. EL CLIMA DE CHILE................................................................................................. 26 3.2.1. Factores del Clima en Chile.............................................................................. 27 3.2.1.1. Latitud. ................................................................................................. 27 3.2.1.2. Relieve.................................................................................................. 27 3.2.1.3. Proximidad del Mar.............................................................................. 29 3.2.2. Clasificaciones Climáticas de Chile. ................................................................ 29 3.2.2.1. Clima Templado Cálido. ...................................................................... 31 3.2.2.2. Clima Templado Lluvioso.................................................................... 33 CAPÍTULO 4: APLICACIÓN DEL MODELO PREDICTOR DE TEMPERATURA DE PAVIMENTO...............................................................................................................................37 4.1. ANALISIS DE LOS MODELOS SUPERPAVE Y PROSECA. ................................. 37 4.1.1. Modelo SUPERPAVE. ..................................................................................... 37 4.1.1.1. Grado del Ligante Asfáltico. ................................................................ 37 4.1.1.2. Base de Datos. ...................................................................................... 38 4.1.1.3. Confiabilidad........................................................................................ 39 4.1.1.4. Conversión a Temperatura de Pavimento. ........................................... 39 4.1.2. Modelo PROSECA (Plan De Control y Seguimiento de Pavimentos Asfálticos)................................................................................................................... 41 4.1.3. Autenticidad de resultados obtenidos mediante el método SUPERPAVE....... 42 4.2. APLICACIÓN DEL MÉTODO SUPERPAVE DE ACUERDO A LOS REQUISITOS DE CADA UNA DE LAS ZONAS ESTUDIADAS. .......................................................... 43 4.3. IDENTIFICACIÓN DE LOS CASOS SINGULARES EN LA ZONA. ...................... 50 4.3.1. Temperaturas máximas superiores al entorno. ................................................. 50 4.3.2. Incremento del grado del Ligante Asfáltico. .................................................... 54 CAPÍTULO 5: CONFECCIÓN DEL MAPA. ........................................................................ 60 5.1. GENERALIDADES. .................................................................................................... 60 5.2. PROCEDIMIENTOS.................................................................................................... 60 5.3. MAPA DE RECOMENDACIÓN DE USO DE LIGANTES ASFÁLTICOS SEGÚN CLASIFICACIÓN SUPERPAVE, APLICADO AL TRAMO COMPRENDIDO ENTRE SANTIAGO Y LOS ÁNGELES.......................................................................................... 63 CAPÍTULO 6: CONCLUSIONES............................................................................................. 70 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS. ..................................................................................... 73 ANEXOS............................. ......................................................................................................... 75 ANEXO A. UBICACIÓN ESTACIONES METEOROLÓGICAS. ............................................. 76 ANEXO B. REGISTRO DE TEMPERATURAS MÁXIMAS ABSOLUTAS ANUALES (AÑOS 1983 – 2004)…………….............................................................................................................. 79 ANEXO C. REGISTRO DE TEMPERATURAS MÁXIMAS ABSOLUTAS ANUALES (AÑOS 1966 - 1987)………….. ................................................................................................................ 85 ANEXO D. REGISTRO DE TEMPERATURAS MÍNIMAS ABSOLUTAS ANUALES (AÑOS 1983 - 2004)………… .................................................................................................................. 87 ANEXO E. REGISTRO DE TEMPERATURAS MÍNIMAS ABSOLUTAS ANUALES (AÑOS 1966 - 1987)…………… .............................................................................................................. 93 ANEXO F. TEORÍA DEL MODELO PROSECA. ...................................................................... 95 ANEXO G. REGISTROS DE TEMPERATURAS PARA COMPARACIÓN DE MODELOS.102