análisis mecanicista pavimento rígido bolivia

TESIS DE MAESTRÍA

ING. CHRISTIAN ORLANDO ROJAS TORRICO

Oruro, Mayo de 2008

ESTUDIO DEL DESEMPEÑO DEL PAVIMENTO RÍGIDO “ANCARAVI – HUACHACALLA”

MEDIANTE ANÁLISIS ESTRUCTURAL POR ELEMENTOS FINITOS

Christian O. Rojas Torrico - 2008 2

CONTENIDO

� ANTECEDENTES

� OBJETIVO

� MARCO TEÓRICO

� PROCEDIMIENTO

� ANÁLISIS DE RESULTADOS

� CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES


ANTECEDENTES

� Durante la última década se ha proyectado la construcción de más de 1000 Km de pavimento rígido para la red fundamental de Bolivia.

� Tramos carreteros construidos recientemente con pavimentos de hormigón en el occidente han presentado fisuración prematura en varias losas.

� Las condiciones climáticas de las regiones andinas generan grandes variaciones de humedad y temperatura en el pavimento (inusuales respecto a otras experiencias a nivel mundial)


CAPINOTA – PAROTANI

(Cochabamba)

CUCHU INGENIO – CAMARGO (Potosí – Tarija)

ANTECEDENTES


VITICHI–TUMUSLA

(Potosí)TUMUSLA –COTAGAITA

(Potosí)

ANTECEDENTES


ANTECEDENTES

ANCARAVI –HUACHACALLA

(Oruro)TRAMOS CONSTRUIDOS EN CLIMAS SECOS

(Índices de humedad de Thornthwaite entre -20 a -60)

REGIONES CON ELEVACIONES > 2500 m.s.n.m.


ANTECEDENTES

� Occidente Boliviano se caracteriza por su elevación entre 2500 y 4000 m.s.n.m.

� Clima árido con grandes variaciones de humedad y temperatura


ORURO

PISIGA POTOSI

Cuchu Ingenio

Vitichi

Tumusla

Cotagaita

Capinota

Parotani

Camargo

TARIJAEl Puente

ANTECEDENTES

Toledo

Ancaravi

Huachacalla


ANTECEDENTES

� Todos los proyectos han sido dimensionados según la Guía de Diseño de AASHTO (1993), la cual no considera la variabilidad de las condiciones climáticas.

� Investigaciones realizadas en Bolivia han demostrado que las losas sufren elevadas deformaciones por alabeo cóncavo, producto de fenómenos generados por las condiciones ambientales propias de las regiones de altura.

� La curvatura observada genera pérdida de soporte en los bordes de las losas, afectando su capacidad estructural y acelerando la acumulación de fatiga en el pavimento.


ANTECEDENTES

VACÍOS DEBAJO DEL PAVIMENTO

JUNTA TRANSVERSAL


DEFINICIÓN DEL PROBLEMA


DEFINICIÓN DEL PROBLEMA

� El alabeo de las losas del tramo Ancaravi – Huachacallase encuentra en rangos muy altos, el cual combinado con el tránsito de camiones sobrecargados acelera la fisuración de las losas.

� El comportamiento del pavimento será distinto al estimado por la metodología utilizada en el diseño.

� El problema será estimar el desempeño en función de factores clave que no se consideraron durante la etapa de diseño, como la variación de las deformaciones de las losas por efectos ambientales y la magnitud real de las cargas que transitan la ruta.


CONTENIDO

� ANTECEDENTESANTECEDENTESANTECEDENTES

� OBJETIVO

� MARCO TEMARCO TEMARCO TEÓÓÓRICORICORICO

� PROCEDIMIENTOPROCEDIMIENTOPROCEDIMIENTO

� ANANANÁÁÁLISIS DE RESULTADOSLISIS DE RESULTADOSLISIS DE RESULTADOS

� CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONESCONCLUSIONES Y RECOMENDACIONESCONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES


OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL:

� Realizar la estimación del desempeño estructural del pavimento rígido mediante la simulación de su comportamiento a lo largo del periodo de diseño, introduciendo el efecto de las variables climáticas de la zona, propiedades mecánicas de la estructura, y calculando la progresión de las fisuras para los 20 años de proyecto.


OBJETIVOS

OBJETIVOS ESPECÍFICOS:

� Simular las deformaciones (alabeo) medidas en campo.

� Determinar los mecanismos de daño que generan la aparición de fisuras en el pavimento.

� Estimar el efecto de los gradientes térmicos y de humedad en la variación de la curvatura de las losas.

� Verificar el diseño estructural del pavimento rígido.

� Comparar los resultados obtenidos con relevamientos de fisuras realizados en campo.


CONTENIDO


� OBJETIVO OBJETIVO OBJETIVO

� MARCO TEÓRICO





Alabeo por gradientes térmicos:

MARCO TEÓRICO

Caliente

Frío

Losa de H°

Subbase o Subrasante

Condiciones diurnas(Diferencial positivo)

Condicionesnocturnas(Diferencial negativo)

Losa de H°


Frío

Caliente

Tensión

Tensión

Variación horaria


MARCO TEÓRICO

Alabeo por gradientes de humedad:

Mayor humedad

Menor humedad

Losa de H°


Losa de H°


Más seco

Más húmedo

Variación Estacional


MARCO TEÓRICO

Alabeo por contracción de la superficie(contracción por secado):

Perfil de humedad

H°fresco


H°endurecido


Menor humedaden superficie

Tiempo = 0 Tiempo = ∞∞∞∞

Magnitud permanenteSe fija durante primeros meses de vida


MARCO TEÓRICO

Secado Re-humedecido

Reversible

Fracción Irreversible

Contracc. Total

Tiempo, días

Con

trac

ción

uni

taria

, x10

-6

Contracción por secadoCambios volumétricos por gradientes de humedad


MARCO TEÓRICO

Alabeo por gradiente térmico de construcción (diferencial de temperatura durante el fraguado):

Más caliente

H°fresco


H°fraguado


Diferencial cero

3:00 P.M. 7:00 P.M.

Magnitud permanente


MARCO TEÓRICO

Efecto de la fluencia (relajamiento del hormigón):

Elástico


Viscoelástico


Tiempo = ∞∞∞∞

Magnitud permanente

Edades tempranas


MARCO TEÓRICO

DIFERENCIAL DE TEMPERATURA EQUIVALENTE:

� Magnitud real del alabeo (medida en campo) puede representarse teóricamente.

� Diferencia de temperatura (entre cara superior y cara inferior de la losa de hormigón), que produciría la misma flexión en una placa por efectos de dilatación térmica que la deflexión (curvatura) observada en campo.

� Se utiliza un diferencial negativo (superficie más fría que la base) para representar el alabeo cóncavo y un diferencial positivo para curvatura convexa


MARCO TEÓRICO

ALABEO TOTAL (Diferencial de Temp. total equivalente):

∆Ttot = ∆Tgt + ∆Tgh + ∆Tgc + ∆Tcs – ∆Te

Permanente: DTC

Variación mensual

Variación horaria

Curvatura fija mensual (medida en campo para cuatromeses distintos)

Temperaturas en el hormigón (obtenidas con termocuplas)


MARCO TEÓRICODTE según algunas experiencias:

LocalizaciónEspesor DTE

Autor y año(cm) °C

Pista experimental de Florida (EE.UU.) 22.5 -5 Armaghani et al. 1986

Colorado (EE.UU.) 29.5 -11.1 Yu et al. 1998

Aeropuerto de Denver (EE.UU.) 45 -4.5 a -12.2 Fang et al. 2001

Aeropista en Arizona (EE.UU.) 35 -20 a -29.1 Rao et al. 2001

Pennsylvania - -7 a -9 Beckemeyer at al. 2002

Autopista 205 (China) 25 -7.8 Huang et al. 2003

Aeropuerto de Denver (EE.UU.) 45 -5 a -8 Rufino 2004

Calibración para EE.UU. Guía de diseñoNCHRP

todos -5.6 ARA Inc. 2004

Carreteras en Iowa y Wisconsin (EE.UU.) 24, 26 y 28 -4.0 a -6.6 Ceylan et al. 2005

Potosí - Tarija (Bolivia), climas severos 19 y 20 -17 a -47 Darter y Rufino (ARA Inc.) 2006

Potosí - Tarija (Bolivia), climas moderados 19 y 20 -12 a -38 Darter y Rufino (ARA Inc.) 2006

Carretera Potosí - Tarija, Camargo (Bolivia) 19 y 20 -32.5 Ruiz (The Transtec Group) 2006

Carretera Ancaravi - Huachacalla 20 -39 Ruiz (The Transtec

Group)2006


MARCO TEÓRICO

FATIGA DEL HORMIGÓN

� Daño estructural interno progresivo y permanente, producido en un material sometido a esfuerzos y deformaciones fluctuantes en el tiempo.

� Formación y propagación continua de microfisuras que producen la fractura del material después de un determinado número de repeticiones de carga.


MARCO TEÓRICO

HIPOTESIS DE MINER

� Modelo de acumulación lineal de daño, producido por cada situación de carga.

� El daño parcial se representa por la fracción n/N, y se supone que la rotura se produce cuando la suma de todas las fracciones llega a 1

∑=

=k

i i

i

N

nFatigaporDaño

1


CONTENIDO




� PROCEDIMIENTO




DESCRIPCIÓN DEL TRAMO



ANCARAVI

Opoqueri

ORURO

REPUBLIC

A DE CHILE

HUACHACALLA

DEPARTAMENTODE

ORURO

DEPARTAMENTO DE POTOSÍ

DEPARTAMENTO DE LA PAZ

PISIGA

3700 a 3900 m.s.n.m.

BOLIVIA

ORURO



� Tercer tramo de la carretera Oruro – Pisiga (Corredor Vial Brasil – Chile – Perú). De prog. 89+600 a 159+200 (69.6 Km de longitud).

� Carretera de dos carriles (uno por sentido)

� Terreno plano y ondulado en su mayoría, con secciones de terraplén de 1 a 2 m de espesor. Pocas secciones en corte

� Suelos: Arenas limosas con índices de plasticidad bajos o nulos.

� Clima árido, TMI = -40, variaciones drásticas de temperatura y humedad.



� Diseño del paquete estructural:

Losa de hormigón: Ancho total 8 metros. Juntas c/4m Espesor nominal: 20 cm

Bermas: material de subbase con TSD 1 m de ancho

Subbase granular: A-1-a (0) Espesor 20 cm Compactación al 98% Dmax

Subrasante mejorada: A-1-b (0), A-2-4 (0) Espesor 30 cm, 95% Dmax

Cuerpo del terraplén: A-1-b (0), A-2-4 (0) Espesor variable 95% Dmax

Imprimación


DESCRIPCIÓN DEL TRAMO� Tráfico compuesto por 49% pesados (mayormente

camiones rígidos), 15% buses y 36% livianos.

� Presencia de camiones que acarrean sal (llevan hasta un 56% de sobrecarga sobre el límite legal)



� Parámetros del diseño original del proyecto:

Valor Unidad20 años4.52.5

85%

0.3923,220,199 KPa

Módulo de reacción de la subrasante 59.3 KPa/mm1.053.1

3,137,175 EE (80 KN)

4.3 MPa20.0 cmEspesor promedio de la losa de hormigón

Coeficiente de drenaje

Parametro

Desviacion estandar:

Confiabilidad:

Modulo Elastico promedio del Horm. a 28 dias

Periodo de diseño:Serviciabilidad inicial:Serviciabilidad final:

Coeficiente de Transferencia de carga

Resistencia a flexotraccion promedio del H. a 28 dias

Número total de ESAL para el periodo de diseño


CONSTRUCCIÓN


CONSTRUCCIÓN

Compuesto de curado

(curado inicial)

Mantas de curado

(curado final)

Inserción de pasajuntas de 25 mm de diámetro (DBI)


CONSTRUCCIÓN

INSERTADOR DE BARRAS PASAJUNTAS (Dowel Bar Inserter)


CONSTRUCCIÓN


CONSTRUCCIÓNCURADO POR 3 DÍAS:

Lámina de polietileno 200 micronesManta PADEX COLCHONEROLámina de polietileno 200 micrones

CURADO POR 7 DÍAS:

Lámina de polietileno 200 micrones


CONDICIONES CLIMÁTICASESTACIÓN METEOROLÓGICA OPOQUERI (Campamento)


CONDICIONES CLIMÁTICAS

Agosto de 2005 a Septiembre de 2006

-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

25

30

Ene

ro

Feb

rero

Ma

rzo

Abr

il

May

o

Juni

o

Julio

Ag

osto

Sep

tiem

bre

Oct

ubre

Nov

iem

bre

Dic

iem

bre

Tem

pera

tura

am

bien

tal,

°C

Máxima extrema2005-2006

Máxima media2005-2006

Media 2005-2006

Mínima media2005-2006

Mínima Extrema2005-2006

ESTACIÓN METEOROLÓGICA OPOQUERI (Campamento)

Temperatura del aire mensual (2005 – 2006)



Agosto 2005 - Septiembre 2006

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

25

30

Jul-2005

Ago-2005

Sep-2005

Oct-2005

Nov-2005

Dic-2005

Ene-2006

Mar-2006

Abr-2006

May-2006

Jun-2006

Jul-2006

Ago-2006

Sep-2006

Oct-2006

Tem

pera

tura

del

aire

, °C

Temperatura máxima diaria del aire Temperatura mínima diaria del aire


Temperatura máxima y mínima diaria del aire



Agosto 2005 - Septiembre 2006

17-Jun

07-Feb

04-Sep

0

5

10

15

20

25

30

35

40

Jul-2005

Ago-2005

Sep-2005

Oct-2005

Nov-2005

Dic-2005

Ene-2006

Feb-2006

Mar-2006

Abr-2006

May-2006

Jun-2006

Jul-2006

Ago-2006

Sep-2006

Dife

renc

ial d

e T

empe

ratu

ra d

el a

ire, °

C

Registros de la Diferencia diaria entre Tmax y Tmin


Variación máxima diaria de la temperatura del aire



-15

-10

-5

0

5

10

15

20

25

0:00

2:00

4:00

6:00

8:00

10:0

0

12:0

0

14:0

0

16:0

0

18:0

0

20:0

0

22:0

0

HORA

Tem

pera

tura

del

aire

, °C

Enero

Julio

Septiembre

Noviembre


Promedio horario mensual de la temperatura del aire



0

20

40

60

80

100

120

140

160E

nero

Feb

rero

Mar

zo

Abr

il

May

o

Juni

o

Julio

Ago

sto

Sep

tiem

bre

Oct

ubre

Nov

iem

bre

Dic

iem

bre

Pre

cipi

taci

ón

acum

ulad

a, m

m

Precipitación mensual media 1998 - 2004. Estación Huachacalla (SENAMHI)

Precipitación acumulada estación Opoqueri (Agosto 2005 - Sept. 2006)

Precipitación mensual



Agosto de 2005 a Septiembre de 2006

30

40

50

60

70

80

90

100

Ene

ro

Feb

rero

Mar

zo

Abr

il

May

o

Juni

o

Julio

Ago

sto

Sep

tiem

bre

Oct

ubre

Nov

iem

bre

Dic

iem

bre

Hum

edad

rel

ativ

a am

bien

tal,

%

Máximamedia2005-2006

Media2005-2006

Mínimamedia2005-2006


Variación mensual de la Humedad relativa ambiental



30

40

50

60

70

80

90

100

0:00

2:00

4:00

6:00

8:00

10:0

0

12:0

0

14:0

0

16:0

0

18:0

0

20:0

0

22:0

0HORA

Hum

edad

rela

tiva

ambi

enta

l, %

Enero

Abril

Agosto

Octubre


Variación horaria promedio de la Humedad relativa a mbiental



0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0:00

2:00

4:00

6:00

8:00

10:0

0

12:0

0

14:0

0

16:0

0

18:0

0

20:0

0

22:0

0HORA

Vel

ocid

ad d

el v

ient

o, K

m/h

ora

Septiembre

Noviembre

Enero

Marzo


Variación horaria promedio de la Velocidad del vien to

Coef. De convección


MEDICIÓN DE TEMPERATURAS EN EL HORMIGÓN

INSTALACIÓN DE TERMOCUPLAS

PROG. 95+140

PROG. 112+400



-5

0

5

10

15

20

25

30

01-Ago-05Hora 0:00

03-Ago-05Hora 0:00

05-Ago-05Hora 0:00

07-Ago-05Hora 0:00

09-Ago-05Hora 0:00

11-Ago-05Hora 0:00

13-Ago-05Hora 0:00

15-Ago-05Hora 0:00

FECHA Y HORA

Tem

pera

tura

del

hor

mig

ón, °

C

Cara superior del hormigón Sensor a la mitad del espesor de la losaCara inferior del hormigón



Mediciones realizadas el 13 de agosto de 2005

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

25

30

0.00 4.00 8.00 12.00 16.00 20.00 24.00

HORA

Tem

pera

tura

, °C

Cara Superior delpavimento

Sensor a la mitaddel espesor de lalosa

Cara Inferior delpavimento

Temperatura delaire (Opoqueri)

Diferencial detemperatura en elhormigón



0

3

6

9

12

15

18

21-5 0 5 10 15 20 25

Temperatura del hormigón, °C

Pro

fund

idad

, cm

0:00

2:00

4:00

6:00

8:00

10:00

12:00

14:00

16:00

18:00

20:00

22:00

HORA

Superficie

Base


DIFERENCIALES DE TEMPERATURA MÁXIMOS

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

25

Ago Sep Oct Nov Dic Ene Feb Mar Abr May Jun Jul

Mes

Dife

renc

ial d

e T

empe

ratu

ra e

n el

pa

vim

ento

, °C

Diferencial de temperatura máximo Diferencial de temperatura mínimo


DIFERENCIALES DE TEMPERATURA

-10.0

-7.5

-5.0

-2.5

0.0

2.5

5.0

7.5

10.0

12.5

15.0

17.5

20.000

:00

02:0

0

04:0

0

06:0

0

08:0

0

10:0

0

12:0

0

14:0

0

16:0

0

18:0

0

20:0

0

22:0

0HORA

Dife

renc

ial d

e te

mpe

ratu

ra, °

C

Enero

Febrero

Marzo

Abril

Mayo

Junio

Julio

Agosto

Septiembre

Octubre

Noviembre

Diciembre

+ Superficie más caliente que la base

- Superficie más fría que la base


EFECTO DE LA NO-LINEALIDAD DEL ∆∆∆∆T

Perfil de temperaturasen la losa

(a) Componenteuniforme

(b) Componentelineal

(c) Componenteno lineal

+⋅−⋅⋅⋅−=

6

22 h

yhyCEclinealno ασ

( )2

infsup 22

h

TTTC

centro⋅−+⋅=

Choubane y Tia (1992)


EFECTO DE LA NO-LINEALIDAD DEL ∆∆∆∆T

-100

-75

-50

-25

0

25

50

75

100

00:0

0

02:0

0

04:0

0

06:0

0

08:0

0

10:0

0

12:0

0

14:0

0

16:0

0

18:0

0

20:0

0

22:0

0

HORA

Ten

sión

por

frac

ción

no-

linea

l del

gra

dien

te

térm

ico,

PS

I

Enero

Febrero

Marzo

Abril

Mayo

Junio

Julio

Agosto

Septiembre

Octubre

Noviembre

Diciembre

Durante el día se contrarresta el efecto de las cargas


CARACTERIZACIÓN DE LA SUBRASANTE



0

5

10

15

20

25

30

35

40

89+6

0092

+667

96+0

0099

+333

102+

66710

6+000

109+

33311

2+667

116+

00011

9+333

122+

66712

6+000

129+

33313

2+667

136+

00013

9+333

142+

66714

6+000

149+

33315

2+667

156+

00015

9+200

Progresiva

Rel

ació

n de

Sop

orte

Cal

iforn

ia (

CB

R),

%

CBR = 13% (50% de las secciones)



Módulo de reacción (k) adoptado en base a ensayos y correlación:

250 lb/pulg2/pulg

(67.9 KPa/mm)


CARACTERIZACIÓN DE LA SUBRASANTE� Variación mensual del contenido de humedad de la

subrasante:

0

3

6

9

12

15

18E

nero

Feb

rero

Mar

zo

Abr

il

May

o

Juni

o

Julio

Ago

sto

Sep

tiem

bre

Oct

ubre

Nov

iem

bre

Dic

iem

bre

MES

Con

teni

do d

e ag

ua e

n la

sub

rasa

nte,

%

0

50

100

150

200

250

300

Mód

ulo

de r

eacc

ión

de la

sub

rasa

nte

"k",

ps

i/pul

g

Contenido de humedad en la subrasante

Módulo de reacción "k" de la subrasante

“An Integrated Model of the Climatic Effects on Pavements”. FHWA. Lytton y Dempsey.


LOSA DE HORMIGÓN

� Caracterización: Espesores y Resistencias


LOSA DE HORMIGÓN

� Espesores del pavimento (extracción de 556 testigos):

0%

5%

10%

15%

20%

25%

30%

18.0 18.5 19.0 19.5 20.0 20.5 21.0 21.5 22.0 22.5 23.0 23.5 24.0 24.5

Espesor del pavimento, cm

Fre

cuen

cia,

%

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

Fre

cuen

cia

acum

ulad

a, %

Frecuencia Espesores Ancaravi - Huachacalla

Función normal (media=20.85, desv.estandar=0.77)

Frecuencia Acumulada de espesores medidos en Ancaravi-Huachacalla

Función normal acumulada

Máximo 24.24 Mínimo 18.97 Promedio 20.85

Mediana 20.83 Moda 20.90 Desv. Estándar 0.77 Coeficiente de variación 3.7%

Espesor de diseño

nominal (20 cm)


0%

5%

10%

15%

20%

25%

35.75 39.75 43.75 47.75 51.75 55.75 59.75 63.75 67.75 71.75

Resistencia del hormigón a flexotracción, Kg/cm2

Fre

cuen

cia,

%

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

Fre

cuen

cia

acum

ulad

a, %

Frecuencia Espesores Ancaravi - Huachacalla

Función normal (media=52.68, desv.estandar=3.85)

Frecuencia Acumulada de Resistencias a flexotracción de Ancaravi-Huachacalla

Función normal acumulada

LOSA DE HORMIGÓN

� Resistencia a flexotracción (2733 vigas ensayadas a 28 días):

Máximo 67.16 Mínimo 36.76 Promedio 52.68

Mediana 52.75 Moda 54.52 Desv. Estándar 3.85 Coeficiente de variación 7.3%

MR de diseño

nominal (43 kg/cm2)


LOSA DE HORMIGÓN

� Ganancia de resistencia a tracción en el tiempo:

6403 vigas y 35 testigos extraídos del pavimento

30

35

40

45

50

55

60

65

0 50 100 150 200 250 300 350 400

Res

iste

ncia

a F

lexo

trac

ción

, Kg/

cm2

Edad del hormigón, días

Media Control de calidad Ancaravi - Huachacalla

Regresión para datos de Ancaravi - Huachacalla

Modelo propuesto por NCHRP (2004)

Modelo del CEB-FIP (1990)

−⋅

=

34941647.028

12651812.0EDAD

egananciadeFactor


LOSA DE HORMIGÓN

� Ganancia de resistencia a tracción en el tiempo:

6403 vigas y 35 testigos extraídos del pavimento

30

35

40

45

50

55

60

65

0 50 100 150 200 250 300 350 400

Res

iste

ncia

a F

lexo

trac

ción

, Kg/

cm2



Regresión para datos de Ancaravi - Huachacalla



−⋅

=

34941647.028

12651812.0EDAD

egananciadeFactor

0.80

0.85

0.90

0.95

1.00

1.05

1.10

1.15

1.20

1.25

1.30

10 100 1000 10000

Fact

or d

e G

anan

cia

de re

sist

enci

a de

l ho

rmig

ón



Regresión para datos de Ancaravi-Huachacalla



R2 = 0.9864


LOSA DE HORMIGÓN

� Correlación Flexión – Compresión:

774 pares de datos

Correspondientes a promedios diarios para 7105 pares de probetas ensayadas a distintas edades (cilindros y vigas)

0

10

20

30

40

50

60

70

0 100 200 300 400 500 600

Res

iste

ncia

a fl

exot

racc

ión,

Kg/

cm2

Resistencia a compresión, Kg/cm 2

Control de calidad Ancaravi - Huachacalla

Ajuste por regresión para Ancaravi-Huachacalla

Modelo de Raphael (1984)

Modelo del CEB-FIP (Guía de diseño NCHRP, 2004)

( ) 421653.00199.4 cR ff ⋅= en Kg/cm2 R2 = 0.5424


LOSA DE HORMIGÓN

� Módulo de Elasticidad del hormigón (Ec):

� Peso unitario del hormigón:

Promedio: 2271 Kg/m3 (13469 muestras)

Desv. Est.: 33 Kg/m3

en lb/pulg2

(Correlación propuesta por ACI)

( ) 212333 cc fE ⋅⋅= ρ

24000

26000

28000

30000

32000

34000

36000

38000

40000

42000

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000

Módulo de elasticidad Ec, MPa



LOSA DE HORMIGÓN

� Medición del coeficiente de dilatación térmica del Hº (α):

(Realizado por especialistas de The Transtec Group Inc.)


MEDICIÓN DEL ALABEO DEL PAVIMENTO

� Nivelación topográfica en horarios de gradientes térmicos máximos y mínimos (tramos de 150 a 200m)

� Deflexión relativa del centro respecto a esquinas (lienza)

� Medición continua del movimiento vertical de la esquina de una losa mediante deformímetro acoplado.

No. Fecha ProgresivaDescripción de la

medición

# losas

observadas

1 22 y 23 de octubre de 2006 112+400 Contínuo 1*

2 23 de octubre de 2006 112+800 a 112+944 Nivelación topográfica 36

3 7 al 14 de noviembre de 2006 112+440 a 112+460 Lienza 10

4 15, 27 y 28 de febrero de 2007 112+400 a 112+416 Lienza 8*

5 1, 7, 8 y 9 de marzo de 2007 112+400 a 112+416 Lienza 8*

6 13 y 14 de marzo de 2007 124+800 a 125+000 Nivelación topográfica 50*

7 13 y 14 de marzo de 2007 124+800 a 125+000 Lienza 50*

105*Nota: Losas que se observaron en más de una fecha



Nivelación topográfica de un tramo (mediciones cada metro en tres franjas)

Nivelación topográfica de un tramo (medición de elevaciones de esquinas y centro)



MEDICIONES EFECUADAS CON LIENZA

DR: Deflexión relativa del centro respecto a las es quinasVista en elevación

DR

Losa de Hº

DR

Vista en planta



MEDICIONES EFECUADAS CON LIENZA



MEDICIONES EFECUADAS CON DEFORMÍMETRO ACOPLADO A LA ESQUINA DE UNA LOSA

Precisión 0.001”

Registro cada 30 min



DEFORMÍMETRO ACOPLADO A LA ESQUINA DE UNA LOSA

Alabeo del pavimento - PROG. 112+400 - OPOQUERI-1.2

-1.0

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

10:0

0

22/1

0/20

06

16:0

0

22/1

0/20

06

22:0

0

22/1

0/20

06

04:0

0

23/1

0/20

06

10:0

0

23/1

0/20

06

16:0

0

23/1

0/20

06

22:0

0

23/1

0/20

06

04:0

0

24/1

0/20

06

10:0

0

24/1

0/20

06

Fecha y hora

Mov

imie

nto

verti

cal r

elat

ivo

de la

esq

uina

de

la lo

sa,

(mm

)

-5

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

Tem

pera

tura

de

la

supe

rfici

e de

l pav

imen

to, °

C

Elevación relativa de la esquina de la losa entre el 22 y 23 de octubre de 2006

Temperatura de la superficie del pavimento

Temperatura ambiente


DETERMINACIÓN DE LA DEFORMACIÓN PERMANENTE ESTACIONAL DEL PAVIMENTO

Resumen para promedios diarios de las mediciones realizadas en el pavimento

0

1

2

3

4

5

6

7

-10 -5 0 5 10 15 20

Diferencial de temperatura en el pavimento, °C

Diferencia vertical entre esquinas y

centro de las losas, mm

15, 27 y 28 deFebrero de2007

1, 7, 8, 9, 13 y14 de Marzode 2007

23 de Octubrede 2006

7 al 14 deNoviembre de2006

Dife

renc

ia d

e el

evac

ión

entr

e es

quin

as y

cen

tro,

mm

Diferencial de temperatura en la losa de Hº, ºC

Octubre

Noviembre

Marzo

Febrero


DETERMINACIÓN DE LA DEFORMACIÓN PERMANENTE ESTACIONAL DEL PAVIMENTO

73.82.83 mmMarzo

84.02.57 mmFebrero

59.84.35 mmNoviembre

47.85.82 mmOctubre

Humedad relativa ambiental promedio

mensual, %

Diferencia fija entre esquinas y centro de

las losasMes

Deformaciones independientes del gradiente térmico


CÁLCULO DEL DIFERENCIAL DE TEMPERATURA EQUIVALENTE

MÉTODO DE LOS ELEMENTOS FINITOS

Cortesía de P.C.A. Ingenieros Consultores S.A.



MÉTODO DE LOS ELEMENTOS FINITOS

Deflections

0.02830.02100.0102-0.0007-0.0116-0.0225-0.0334-0.0442-0.0551-0.0660-0.0769-0.0878-0.0986-0.1095-0.1131

Deflexión Relativa

Deflexiones en pulgadas

Modelo para el tramo Ancaravi – HuachacallaDiferencial de temperatura: -20°C (-36°F)



-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

10

20

-4 -2 0 2 4 6 8 10 12

Diferencia vertical entre esquinas y centro de las losas, mm

Dife

renc

ial d

e te

mpe

ratu

ra li

neal

en

las

losa

s, °C



� Diferenciales de temperatura equivalentes:

Octubre: -30.5 °C (-54.9 °F)Noviembre: -23.5 °C (-42.3 °F)Febrero: -15.1 °C (-27.2 °F)Marzo: -16.3 °C (-29.4 °F)

� Estimación de la Variación mensual:

( ) ( )100

323

2 ⋅⋅

−⋅⋅−⋅⋅⋅=

h

hhhSS

ETG

s

savehhisu

iSh α

εϕ ahi RHS ⋅= 1.1

ahi RHS ⋅−= 01.04.1

ahi RHS ⋅−= 03.00.3Modelo propuesto por NCHRP 1-37



Feb -15.1°C Marzo, -16.3°C

Octubre, -30.5°C

Noviembre, -23.5°C

-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

Ene

ro

Feb

rero

Mar

zo

Abr

il

May

o

Juni

o

Julio

Ago

sto

Sep

tiem

bre

Oct

ubre

Nov

iem

bre

Dic

iem

bre

MES

Dife

renc

ial d

e te

mpe

ratu

ra e

quiv

alen

te

(DT

E),

°C

DTE ajustado mensualmente por variaciones climáticas

DTE calculado a partir de mediciones de las deformacionesde las losas en distintas épocas del año


ESTIMACIÓN DE LA VARIACIÓN DE LAS DEFORMACIONES DEL PAVIMENTO

-2.0

-1.0

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

8.0

00:0

0

02:0

0

04:0

0

06:0

0

08:0

0

10:0

0

12:0

0

14:0

0

16:0

0

18:0

0

20:0

0

22:0

0HORA

Dife

renc

ia v

ertic

al e

ntre

esq

uina

s y

cent

ro d

e la

s lo

sas

(Ala

beo

cónc

avo)

, mm

Enero

Febrero

Marzo

Abril

Mayo

Junio

Julio

Agosto

Septiembre

Octubre

Noviembre

Diciembre

Octubre: 5.82 mm

Febrero: 2.57 mm

Christian O

. Rojas T

orrico -2008

83

TR

ÁF

ICO

DIS

TR

IBU

CIÓ

N H

OR

AR

IA D

EL T

PD

A

0% 1% 2% 3% 4% 5% 6% 7% 8% 9%

10%

12 - 13

13 - 14

14 - 15

15 - 16

16 - 17

17 - 18

18 - 19

19 - 20

20 - 21

21 - 22

22 - 23

23 - 24

0 - 1

1 - 2

2 - 3

3 - 4

4 - 5

5 - 6

6 - 7

7 - 8

8 - 9

9 - 10

10 - 11

11 - 12

HO

RA

Distribución horaria del tráfico promedio diario TPDA, %

Estim

ación en base a estadística vial del S.N

.C. y aforos de cam

po


TRÁFICO

FACTORES DE AJUSTE MENSUAL DEL TPDA

Estimación en base a estadística vial del S.N.C. y aforos de campo

0.7

0.8

0.9

1.0

1.1

1.2

1.3

Ene

ro

Feb

rero

Mar

zo

Abr

il

May

o

Juni

o

Julio

Ago

sto

Sep

tiem

bre

Oct

ubre

Nov

iem

bre

Dic

iem

bre

MES

Fac

tor d

e aj

uste

men

sual

de

l TP

DA


TRÁFICO

COMPOSICIÓN VEHICULAR DEL TRÁFICO

13.8%

1.7%0.2%

5.4% 5.8%

2.5% 2.6% 2.4%3.3%

0.4% 0.2%

19.3%

9.9% 10.0%

18.7%

3.8%

0%

5%

10%

15%

20%

25%

Automovil o Vagoneta

Camioneta

Mini Bus

Micro B

us

Bus Mediano (1

:1)

Bus Grande (1

:2)

Camión Mediano (1

:1)

Camión Grande eje si

mple (1:1)

Camión Grande eje ta

ndem (1:2)

Camión Grande co

n remolque (1

:2:1:1)

Camion con Semiremolque (1

:1:2)


:1:3)


:2:2)


:2:3)

Motocicletas

Otros vehícu

los

Fre

cuen

cia,

%


TRÁFICO

PROYECCIÓN DEL TPDA PARA EL PERIODO DE DISEÑO

Readecuación al diseño final del proyecto Oruro – Pisiga: Tramo Ancaravi – Huachacalla

0

75

150

225

300

375

450

525

600

675

1986 1990 1994 1998 2002 2006 2010 2014 2018 2022 2026

AÑO

Trá

fico

prom

edio

dia

rio a

nual

, veh

/día

Proyección del TPDA para el tramo Ancaravi - Huachacalla

Estadística vial del S.N.C. para el tramo


TRÁFICO

DETERMINACIÓN DEL ESPECTRO DE CARGAS

0%

2%

4%

6%

8%

10%

12%

14%

16%

18%

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34

Carga por eje, Toneladas Fuerza

Fre

cuen

cia,

%

Ejes Simples Ejes Tandem Ejes Tridem


TRÁFICO

DISTRIBUCIÓN TRANSVERSAL DEL TRÁFICO

Ancho total de losa: 4.0 m

0%

1%

2%

3%

4%

5%

6%

7%

8%

-100 -50 0 50 100 150 200 250 300 350 400

Distancia transversal desde el borde libre de la lo sa, cm

Fre

cuen

cia

Llanta externa Llanta interna

Demarcación externa del carril Borde libre de la losa

BERMA

Sobreancho

LOSA DE HORMIGÓN

53 cm (20.9 pulg)

DesvEst = 30 cm


� Modelo estructural : Dos capas no adheridas apoyadas sobre fundación líquida (Winkler)

� 8 losas interconectadas. Cada losa dividida en 729 elementos finitos (malla 27 x 27)

ANÁLISIS CON ISLAB2000

70% Transferencia de carga

90% Transferencia de carga

4.0 m 4.0 m

Capas de la estructura


ANÁLISIS CON ISLAB2000COMBINACIONES DE CONDICIONES PARA EL ANÁLISIS INTEGRAL

Parámetro Rango de Magnitud Incremento Factoriales

Espesor losa: 18.5 a 24.5 cm 3 cm 3

Espesor subbase: 20 cm - 1

Módulo elástico del hormigón: 27580 a 41370 MPa 6895 MPa 3

Módulo elástico de la subbase: 276 MPa (40000 psi) - 1

Módulo de reacción de la fundación: 27.15 a 81.5 KPa/mm 27.15 KPa/mm 3

Peso unitario del hormigón: 2270 Kg/m3 - 1

Peso unitario de la subbase: 2160 Kg/m3 - 1

Coeficiente de dilatación térmica del hormigón: 11.6 x 10-6 °C/m/m - 1

Coeficiente de Poisson del hormigón: 0.17 - 1

Coeficiente de Poisson de la subbase: 0.35 - 1

Diferencial de temperatura: 0°C a -42 °C -14°C 4

Carga por peso propio Solo peso propio - 1

Carga para ejes simples 2 a 18 Ton 8 Ton 3

Carga para ejes tandem 4 a 28 Ton 12 Ton 3

Carga para ejes tridem 6 a 36 Ton 15 Ton 3

Presión de inflado de las llantas: 120 psi - 1Relación ancho/largo para las huellas: 0.6 - 1

1080TOTAL:


MECANISMOS DE DAÑO EN EL PAVIMENTO

� Curvatura CÓNCAVA todo el tiempo

� Genera concentraciones de tensiones en la CARA SUPERIOR DE LAS LOSAS

� Dos posibles mecanismos de deterioro en las losas:

� Fisuración longitudinal de arriba hacia abajo, iniciada sobre las

juntas transversales, a la mitad del ancho de las losas.

� Fisuración transversal de arriba hacia abajo, iniciada en el centro de

la losa, a la mitad de su longitud entre juntas transversales.


MECANISMOS DE DAÑO EN EL PAVIMENTOFISURACIÓN INICIADA EN LA SUPERFICIE



MECANISMO DE FISURACIÓN LONGITUDINAL

Tensiones máximas en la superficie del

pavimento sobre las juntas

transversales

Tensiones máximas concentradas en la superficie del pavimento (sobre las juntas transversales)



Stresses in X-direction

3763452982512041571116417

-30-77

-124-171-218-234

Carga del

eje tandem

Esfuerzo transversal

máximo en la cara superior

y

x

Tensión(lb/pulg 2)

Carga del

eje simple

TRÁFICO

1 lb/pulg2 = 6.89 KPa

MECANISMO DE FISURACIÓN LONGITUDINAL

26.4 Kg/cm2


MECANISMOS DE DAÑO EN EL PAVIMENTOESPESOR EFECTIVO EN LA JUNTA TRANSVERSAL



SEPARACIÓN ENTRE PASAJUNTAS: 30 cm



20.85 cm

Fisura superficial, espesor 2 cm

Barra pasajunta, espesor 2.54 cm

45 cm

fisurabarratotalareahormigón IIII −−=

I

yM ⋅=σReducción en el espesor efectivo: 2.65 cm (1.04 pulg)


MECANISMOS DE DAÑO EN EL PAVIMENTOMECANISMO DE FISURACIÓN LONGITUDINAL

394.40

270.87

-50

50

150

250

350

450

-8.0 -6.0 -4.0 -2.0 0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 12.0 14.0 16.0

Distancia D, metros

Ten

sió

n so

bre

la ju

nta

tran

sver

sal

(car

a su

per

ior

del p

avim

ento

)ps

i

Tensión en sentido transversal por tráfico Tensión en sentido longitudinal por tráfico

Tensión longitudinal a media losa por alabeo

4 m

D(variable)

Tráfico



MECANISMO DE FISURACIÓN TRANSVERSAL

Tensiones máximas concentradas en la superficie del pavimento (a media losa entre juntas transversales)


MECANISMOS DE DAÑO EN EL PAVIMENTOMECANISMO DE FISURACIÓN TRANSVERSAL

Stresses in Y-direction

5014724283853422982552121681258238-5

-48-63

Carga

del eje

tandem

Tensión longitudinal

máxima en la cara

superior

y

x

Tensión(lb/pulg 2)

Carga

del eje

simple

TRÁFICO

1 lb/pulg2 = 0.0703 Kg/cm2

35.2 Kg/cm2



324

392.99

504.45

150

250

350

450

550

-10.0 -8.0 -6.0 -4.0 -2.0 0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 12.0 14.0

Distancia D, metros

Ten

sión

al c

entr

o d

e la

losa

(c

ara

supe

rior

del p

avim

ento

)ps

i



4 m

D(variable)

Tráfico



346

394432

150

250

350

450

550

-10.0 -8.0 -6.0 -4.0 -2.0 0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 12.0 14.0

Distancia D, metros

Ten

sión

al c

entr

o de

la lo

sa

(car

a su

perio

r del

pav

imen

to)

psi



5.5 m

D(variable)

Tráfico


CÁLCULO DE TENSIONES

� Regresiones obtenidas a partir de resultados de ISLAB2000 para la cara superior del pavimento:

� Tensión en sentido transversal sobre las juntas

� Tensión en sentido longitudinal a la mitad de la losa

� Ejes simples, tandem, tridem y peso propio (alabeo)

PsKiPsDhDTgPsfDeDTdPscKbDaconsttransvT ⋅⋅+⋅⋅+⋅+⋅+⋅+⋅+⋅+⋅+⋅+= 222

DTKDqDTDpPsKoPsDnDTmDTPslDTKkDTDj ⋅⋅⋅+⋅⋅+⋅⋅+⋅⋅+⋅+⋅⋅+⋅⋅+⋅⋅+ 2223

22 DTDuDTPstDTPsKsDTPsDr ⋅⋅+⋅⋅+⋅⋅⋅+⋅⋅⋅+ 22 DTPswDTKv ⋅⋅+⋅⋅+

DTDjPsKiPsEchEcDgDTfPseDTdPscEcbDaconstlongT ⋅⋅+⋅⋅+⋅⋅+⋅⋅+⋅+⋅+⋅+⋅+⋅+⋅+= 22

2223 PsKrPsDqPsEcDpEcDoDnDTPsmDTKlDTEck ⋅⋅+⋅⋅+⋅⋅⋅+⋅⋅+⋅+⋅⋅+⋅⋅+⋅⋅+DTPsDyDTKxDTKEcwDTKDvDTEcuDTEcDtDTDs ⋅⋅⋅+⋅⋅+⋅⋅⋅+⋅⋅⋅+⋅⋅+⋅⋅⋅+⋅⋅+ 222

+⋅⋅⋅+ DTPsEcz +⋅⋅+⋅⋅+⋅⋅+⋅⋅+⋅⋅⋅ 2222 DTKeeDTEcddDTDccDTPsbbDTPsKaa

2DTPsff ⋅⋅+


CÁLCULO DE TENSIONES

Residuales vs. Predicción

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

25

0 200 400 600 800

Predicción, (psi)

Res

idua

les,

(ps

i)

Predicción vs. Respuesta

0

100

200

300

400

500

600

700

800

0 200 400 600 800

Respuesta, (psi)

Pre

dicc

ión,

(ps

i)

Pseudo Main Effects Plot - Model Predictions

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

D:7

.3

D:8

.5

D:9

.6

Ec:

4

Ec:

5

Ec:

6

k:10

0

k:20

0

k:30

0

Ps:

4.4

Ps:

22

Ps:

39.

7

DT

:-75

.6

DT

:-37

.8

DT

:0

Factors

Pre

dict

ed R

espo

nse

Efecto del espesor

Efecto del Módulo elástico

Efecto del Módulo de reacción (k)

Efecto de la magnitud de la carga

Efecto del diferencial de temperatura

R^2 = 0.998824Error: 0.8% a 5%


SIMULACIÓN DEL DAÑO INCREMENTAL EN EL PAVIMENTO

(Algoritmo de fatiga)


DAÑO INCREMENTAL EN EL PAVIMENTO

� Proceso de acumulación de daño con cada aplicación de carga

Edad del pavimento, Años

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Variación mensual del módulo de reacción (k)

Variación mensual del alabeo estacionalIncremento mensual del Tráfico Incremento del Módulo

elástico del Hº

Incremento continuo de la resistencia del Hº∆t



� Proceso de acumulación de daño con cada aplicación de carga

módulo de reacción (k)

Alabeo estacional (mensual)

Módulo elástico del Hº

Resistencia del Hº

Edad del pavimento, días1 2 3

∆tCálculo de tensiones y fatiga

Variación horaria del Tráfico

Variación horaria del Diferencial de temperatura



� Acumulación de daño: (Hipótesis de Miner)

F = Daño total por acumulación de fatiga, porcentajen i,j,k,l,m,n = aplicaciones de carga para las condiciones i,j,k,l,mN i,j,k,l,m,n = número admisible de repeticiones

i = años (edad del Hormigón y tráfico)j = mes (diferencial de temperatura equivalente mensual y

módulo de reacción de la subrasante)

k = tipo de eje (simple, tandem, tridem para fisuración longitudinal. Combinaciones de ejes para fisuración transversal)

l = carga del eje o combinación de ejes

m = gradiente térmico (deformación horaria)

∑∑∑∑∑= = = = =

=i

i

j

j

k

k

l

l

m

m mlkji

mlkji

N

nF

1 1 1 1 1 ,,,,

,,,,


donde:

N = Número admisible de repeticiones para la relación de esfuerzos

RTv = Relación de tensiones respecto al módulo de rotura medido como la resistencia a flexotracción de vigas

T = tiempo de la aplicación de la carga

R = Rango de esfuerzo entre la tensión máxima y la mínima,


� Selección del modelo de fatiga para el hormigón:

( ) 4371.02log 22.1 +×= −vRTN

)297.01(162.0

)log085.0236.0(1log

R

TRTN v

⋅−⋅⋅+⋅−

=

maxmin σσ

ERES Consultants(Darter et al., 2001),

Rao y Roesler, (2005)


VARIABILIDAD EN LA CALIDAD DE CONSTRUCCIÓN

� Secciones débiles fallan primero (menor espesor y menor resistencia).

0.0%

0.5%

1.0%

1.5%

2.0%

2.5%

3.0%

3.5%

35.0 40.0 45.0 50.0 55.0 60.0 65.0 70.0

Resistencia a flexotracción, Kg/cm 2

Po

rcen

taje

del

tota

l de

losa

s ex

iste

nte

s

19.0

19.5

20.0

20.5

21.0

21.5

22.0

22.5

23.0

23.5

24.0

ESPESOR, cm

Valores promedio tienen mayor probabilidad de ocurrencia


CONTENIDO





� ANÁLISIS DE RESULTADOS



ESTIMACIÓN DEL DESEMPEÑO DEL PAVIMENTO

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Edad del pavimento, años

Por

cent

aje

de lo

sas

fisur

adas

Estimación para Fisuras Longitudinales

Estimación para Fisuras Transversales

Observaciones de campo para fisuras longitudinales

Observaciones de campo para fisuras transversales 72.4%

61.5%

Umbral recomendado para el mantenimiento (15 a 45% de losas fisuradas dependiendo de la clase funcional de la vía)



0.0%

0.5%

1.0%

1.5%

2.0%

2.5%

3.0%

3.5%

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

Edad del pavimento, años

Por

cent

aje

de lo

sas

fisur

adas

Modelo de Rao y Roesler (2005) Modelo de NCHRP (Darter, 2001)

Observaciones de campo

Modelo de Guía E-M (NCHRP, 2004)

Modelo de Rao y Roesler(Univ. California, EE.UU., 2005)

Observaciones de campo

Tiempo actual


ANÁLISIS DE RESULTADOS

� Influencia de la calidad y variabilidad de la construcción:

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

30 35 40 45 50 55 60 65 70

Resistencia a flexotracción a los 28 días, Kg/cm 2

Eda

d a

la q

ue s

e ac

umul

a el

100

% d

e da

ño

por

fatig

a, (

años

)

19.0

19.5

20.0

20.5

21.0

21.5

22.0

22.5

23.0

23.5

24.0

43

Espesor del hormigón,

cm

52.68

Espesor y resistencia promedio de diseño



� Influencia de la calidad y variabilidad de la construcción:

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

30 35 40 45 50 55 60 65 70

Resistencia a flexotracción a los 28 días, Kg/cm 2

Eda

d a

la q

ue s

e ac

umul

a el

100

% d

e da

ño

por

fatig

a, (

años

)

19.0

19.5

20.0

20.5

21.0

21.5

22.0

22.5

23.0

23.5

24.0

43

Espesor del hormigón,

cm

52.68

Espesor y resistencia promedio de la obra


0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

4.5

5.0

0 5 10 15 20

EDAD DEL PAVIMENTO, AÑOS

IRI,

m/K

m

Modelo de la Guía de diseño E-M(NCHRP, 2004)

Modelo utilizado por HDM - IV(ERES, 1995)


Modelos de predicción de IRI (Para espesor medio = 20.85 cm y Módulo de rotura medio = 52.68 Kg/cm2)


0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

4.5

5.0

0 5 10 15 20

EDAD DEL PAVIMENTO, AÑOS

PS

I

Correlación IRI - PSI (K.T.Hall)


PREDICCIÓN DEL ÍNDICE DE SERVICIABILIDAD(Para espesor medio = 20.85 cm y Módulo de rotura medio = 52.68 Kg/cm2)

?Espesor medio = 20 cm y Módulo de rotura medio = 43 Kg/cm 2

(Diseño por el método AASHTO)



� Influencia de las condiciones climáticas estacionales en el daño por fatiga:

3.1%

4.4%

7.0%7.9%

10.4% 10.2%

11.9% 11.6%

10.1%

9.0%

7.9%

6.4%

0%

2%

4%

6%

8%

10%

12%

14%

Enero

Febre

ro

Mar

zo

Abril

Mayo

Junio Julio

Agosto

Septiem

bre

Octub

reNov

iem

bre

Diciem

bre

Mes

Por

cent

aje

del d

año

tota

l

71% del daño (2.45 veces más que en época de lluvias)


0% 10% 20% 30% 40% 50%

Ejes simples pordebajo de 11 Ton

Ejes tandem pordebajo de 18 Ton

Ejes tridem pordebajo de 25 Ton

Ejes simplessobrecargados

Ejes tandemsobrecargados

Ejes tridemsobrecargados

Porcentaje del tráfico total Porcentaje del daño total acumulado


� Influencia de las sobrecargas:

64% del daño producido por el 39% del tráfico

36% del daño producido por el 61% del tráfico

Daño 2.78 veces mayor al producido por ejes legales


CONCLUSIONES


CONCLUSIONES

� Objetivo alcanzado: Estimación del desempeño estructural del pavimento rígido mediante el cálculo de tensiones.

� Se logró estimar el efecto de factores clave que no se consideraron durante la etapa de diseño, como la variación de las deformaciones de las losas por efectos ambientales

� El comportamiento del pavimento será distinto al esperado según el diseño por el método AASHTO/93.

� La fisuración observada se debe a fatiga del material y no a deficiencias del curado


CONCLUSIONES (Cont.)

� Se ha realizado la caracterización de las deformaciones de las losas medidas en campo, mediante la definición de un diferencial de temperatura equivalente que representa la magnitud observada de las deflexiones .

� Se identificaron los posibles mecanismos de daño actuantes en el pavimento.

� Los resultados obtenidos por la estimación realizada se han comparado satisfactoriamente con relevamientos de campo realizados en el tramo .



� Se ha visto que las concentraciones de tensiones sobre las juntas transversales, especialmente sobre las barras pasajuntas, son críticas para el caso del tramo Ancaravi –Huachacalla. Esto concuerda con las observaciones de campo.

� Las estimaciones muestran la preponderancia de la fisuración longitudinal, la cual se calculó que llegaría al 72.4% del total de las losas al final del periodo de 20 años de vida útil .



� El análisis efectuado ha permitido evidenciar que el daño causado por los vehículos sobrecargados (con cargas por encima de las permitidas según ley) es muy importante.

� Los adecuados controles de calidad, realizados durante la construcción de la obra, han resultado en un espesor y resistencia promedio mayores a los de diseño (20.85cm y 52.68 Kg/cm2), lo cual tendrá considerable importancia en la vida útil del tramo



� El espesor medio y la resistencia promedio de diseño, 20 cm y 43 Kg/cm2 respectivamente, obtenidos por el método AASHTO/93, son insuficientes para soportar las solicitaciones a las que se verá sometido el pavimento.

� Los elevados porcentajes de fisuración estimados para el tramo Ancaravi – Huachacalla indican que se requerirámantenimiento antes de lo esperado.

� Estas razones indican que la metodología de diseño AASHTO tiende a subdimensionar el pavimento para condiciones como las del tramo estudiado.


RECOMENDACIONES

� Principalmente instalar estaciones de pesaje y control en la ruta para restringir las sobrecargas .

� Realizar relevamientos adicionales a lo largo de los años.

� Con los resultados obtenidos se puede planificar el mantenimiento.

� Utilizar técnicas de reparación preventiva para evitar un mayor daño.

� Incorporar el tipo de análisis efectuado en la etapa de diseño de futuros proyectos.


Muchas gracias por su atención

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