Comportamiento de un pavimento de larga duración con un diseño

MEXICO
COMPORTAMIENTO DE UN PAVIMENTO
DE LARGA DURACION CON UN DISEÑO
NO CONVENCIONAL
ESPECIALIDAD: INGENIERIA CIVIL
ENRIQUE PADILLA CORONA
MAESTRO EN INGENIERIA
29 de Agosto de 2013
Guadalajara, Jalisco, México.
Comportamiento de un pavimento de larga duración con un diseño no convencional
2. CONTENIDO
Contenido
1.
2.
3.
4.
5.
6.
6.1
6.2
6.3
7.
8.
8.1
8.2
8.3
9.
10.
11.
12.
13.
14.
Portada
Contenido
Resumen ejecutivo
Palabras llave
Introducción
Características del subsuelo.
Pruebas Auxiliares del Proyecto
Pruebas de escorias volcánicas
Terraplenes de prueba
Pruebas de placa
Análisis de estabilidad de terraplenes
Diseño del pavimento
Terracerías
Base Hidráulica
Carpeta de dos riegos
Procedimiento constructivo
Comportamiento
Discusión
Conclusiones
Referencias
Curriculum vitae
Especialidad: Ingeniería Civil
Página
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1
2
3
3
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5
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8
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14
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28
2
Comportamiento de un pavimento de larga duración con un diseño no convencional
3. RESUMEN EJECUTIVO
Se describen las actividades desarrolladas para el proyecto, construcción
y estudios de comportamiento de un tramo de la autopista Guadalajara
– Colima en su cruce con dos zonas lacustres, uno de los problemas
importantes que se resolvieron, fue que a lo largo de 35.0 km, la vía
cruza lechos lacustres que permanecen inundados de cuatro a seis
meses del año. En el estudio se presentan los estudios previos, que
incluyeron terraplenes de prueba, la filosofía del proyecto, los
procedimientos constructivos y los principales resultados de los estudios
de comportamiento y de las actividades de mantenimiento que cubren
28 años de operación y se concluye que el comportamiento de este
tramo, ha sido muy satisfactorio y similar al de los pavimentos asfálticos
de larga duración, aunque la estructuración de esta vía es muy
diferente, a la de esos pavimentos.
Palabras llave





Pavimentos asfálticos.
Larga Duración.
Suelos blandos.
Escorias volcánicas.
Carpetas de riego.
Especialidad: Ingeniería Civil
3
Comportamiento de un pavimento de larga duración con un diseño no convencional
4. INTRODUCCION.
Cuando se decidió la construcción de la autopista (1983) Guadalajara –
Colima, se encontró que en una longitud de 35.0 Km, la vía debía cruzar
las zonas lacustres de Zacoalco y Sayula, que forman una cuenca
cerrada que se extiende desde el reborde sur de la ciudad de
Guadalajara, hasta el pie de la Sierra, donde una de las ramificaciones
del Complejo Volcánico Colima mete cuña entre las sierras de Tapalpa y
del Tigre, que limitan por este y oeste, respectivamente la cuenca
mencionada. (Padilla, 1993).
En las zonas lacustres, el terreno es sensiblemente plano y durante el
periodo de lluvias se cubre con una capa uniforme de agua, que casi
nunca alcanza un metro de altura, con un tirante medio cerca de los 0.4
m, y que se seca en primavera.
Para atravesar estas zonas de inundación, el proyecto fijó la
construcción de dos terraplenes con un ancho de corona de 11.0 m,
ancho de faja separadora de 30.0 m (Figura 1), y especificaciones que
corresponden a velocidades de proyecto de 90.0 a 110.0 Km/h, para lo
cual fue necesario estudiar cuidadosamente la construcción de esos
elementos, para evitar los problemas que se tienen al desplantar
cualquier obra en este tipo de formaciones geológicas.
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5. CARACTERISTICAS DEL SUBSUELO.
Figura 1. Aspecto de los dos cuerpos de la vía, en la zona de la laguna
de Sayula.
Para determinar las propiedades del subsuelo se efectuaron un total de
siete sondeos profundos, cuatro de penetración estándar en la zona de
La Laguna de Zacoalco, y tres del tipo mixto continuo en la de Sayula.
Las profundidades alcanzadas, variaron entre 25 y 35 m. Además se
realizaron las pruebas de laboratorio necesarias para caracterizar
adecuadamente el subsuelo.
En la Figura 2, se presentan los perfiles de los tres sondeos
correspondientes a la zona de Sayula, y puede observarse que desde la
superficie y hasta las profundidades exploradas (35.0 m), se encuentra
una formación constituida por arcillas de alta plasticidad en su mayor
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parte, de consistencia blanda a muy blanda, con una capa superficial de
2.3 a 5.4 m de espesor, de consistencia media a firme y capas
profundas de 18.8 a 22.9 y de 29.0 a 35.2 m de consistencia firme a
dura. El nivel freático se localizó a 1.2 m de profundidad.
El contenido de agua de la formación varía entre 100 y 300 %, el límite
líquido, cercano al contenido de agua, varía entre 110 y 310 %. La
relación de vacíos entre 1.3 y 7.1 y el peso volumétrico entre 12.3 y
16.4 kN/m3, con un valor medio de 13.3 kN/m3.
De acuerdo con los resultados de los ensayes mecánicos realizados, la
arcilla se encuentra preconsolidada. El grado de consolidación es mayor
en las capas superficiales que en las capas subyacentes, sin embargo, la
resistencia al corte es baja, con valores entre 14.7 y 24.5 kN/m2.
En resumen, los suelos lacustres encontrados fueron de baja resistencia,
debido a su alta plasticidad y contenidos de agua muy altos, por lo cual
ofrecían características de compresibilidad altas.
Figura 2. Perfil estratigráfico, laguna de Sayula.
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6. PRUEBAS AUXILIARES PARA EL PROYECTO
Con la información del subsuelo y considerando que por necesidades del
proyecto, se tendrían alturas máximas de terraplén de 1.60 m, se
realizaron una serie de ensayes de campo y laboratorio para
complementar la información.
6.1
Pruebas de escorias volcánicas.
Debido a que por motivos de drenaje no se podía bajar la altura máxima
del terraplén, para disminuir la presión transmitida al terreno, se
buscaron materiales más ligeros con la resistencia suficiente para darle
estabilidad a las estructuras; los materiales elegidos fueron escorias
volcánicas (tezontles), provenientes de algunos de los conos cineríticos,
que abundan en la región.
El estudio consistió en realizar para cada uno de los bancos de tezontle,
una serie de pruebas de compactación en laboratorio, a base de los
métodos Porter y mesa vibratoria, complementadas con ensayes de
resistencia; mientras que en el campo se realizaron tramos de prueba
para determinar grados de acomodo, variando espesores de capas, tipo
de equipos y energía de compactación.
Los resultados se muestran en la Tabla 1, para dos tipos de material y
puede observarse que el grado de acomodo bandeando el material, es
suficiente para obtener una buena resistencia y un bajo peso
volumétrico; así mismo para el caso del material compactado, se
obtienen en el campo, pesos volumétricos semejantes a los obtenidos
en la prueba de mesa vibratoria, también en este caso, la resistencia
obtenida fue muy alta.
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Escorias
Peso vol. seco
suelto, kN/m3
Peso vol. seco
máximo,
mesa
vibratoria kN/m3
Peso vol. seco
bandeado
en
3
terraplén kN/m
Peso vol. seco
compactado
en
capa subrasante
kN/m3
Características de
plasticidad
Valor soporte de
Calif.
Para
material
compactado.
Banco El
Crucero
10.9
Banco El
Zapote
12.1
Brecha
volcánica
Banco Los
Pozos
15.6
14.1
14.9
19.6
11.7
13.3
-----
15.2
14.8
17.4
NP
NP
150 %
142 %
IP= 10%
EA=27%
97%
Tabla 1. Características de los materiales utilizados.
6.2. Terraplenes de prueba.
En el tiempo de iniciarse la construcción, se encontró un banco
denominado “Los Pozos”, con una brecha volcánica de buena calidad
que de utilizarse se podrían tener ahorros en acarreos en relación con
alguno de los bancos de tezontle.
Las características del material, se muestran en la Tabla 1, sin embargo,
su alto peso volumétrico, contenido de finos y cierta plasticidad
provocaban dudas en cuanto a su comportamiento ante la presencia de
un tirante de agua por lo cual se construyeron en el lado este de la
laguna, dos terraplenes de prueba, de aproximadamente 11.0 m de
corona, 20.0 m de longitud y 1.20 m de altura, en el cual se tenían a los
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dos terraplenes con un tirante de agua perimetral de aproximadamente
0.30 m de altura, que se mantenía constante por medio de un equipo de
bombeo (Padilla, 1995a).
El terraplén de pruebas, formado con la brecha volcánica, gris oscura del
banco Los Pozos, presentó en pocos días, huellas de humedad hasta la
superficie, midiéndose saturación del material hasta 0.60 m, por encima
del tirante de agua. La prueba de placa realizada en la superficie del
terraplén confirmó la baja resistencia de este elemento. Adicionalmente
se observó, que al descender el tirante de agua, había una pérdida
notable de finos (Figura 3).
Figura 3. Terraplenes de prueba.
El otro terraplén se formó con tezontle rojo del banco El Crucero, en
este caso la humedad se elevó hasta aproximadamente 0.20 m por
encima del tirante de agua; la prueba de placa demostró que la
resistencia del tezontle no disminuye significativamente por efecto del
tirante de agua. Igualmente se observó que al descender el tirante, se
causaba una pérdida de finos no significativa.
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6.3. Pruebas de placa.
Para auxiliar en la evaluación del comportamiento de los terraplenes de
prueba, comprobar las hipótesis de proyecto y obtener parámetros
adicionales de resistencia del suelo de cimentación, se realizaron
pruebas de placa, tanto a nivel de terreno natural como sobre
terraplenes, incluyendo los de prueba, anteriormente explicados.
En los ensayes se utilizaron placas de asiento redondas de 305 y 457
mm de diámetro; con dos tipos de procedimientos, carga no repetida y
cargas repetidas. Para fines comparativos, todos los resultados se
convirtieron a valores de módulo de reacción con placa de asiento de
762 mm de diámetro.
En la Tabla 2, se presentan algunos de los resultados obtenidos.
Ubicación y nivel
de prueba
Km 35+000
Terreno natural
Km 35+800, tezontle
Terraplén de 1.20m
de altura
Laguna de Zacoalco,
terraplén de prueba
de brecha volcánica
Laguna de Zacoalco,
terraplén de prueba
de tezontle
Módulo de
reacción, MN/m3
3.4 – 5.3
95.1 – 111.3
Observaciones
Pruebas de carga no
repetidas, aplicando
teorías de capacidad,
se
obtiene
una
cohesión
de
39.2
3
kN/m
Pruebas de carga no
repetidas
Pruebas
de
repetidas
carga
26.8
Pruebas
de
repetidas
carga
50.0
Tabla 2. Resultados de pruebas de placa.
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Comportamiento de un pavimento de larga duración con un diseño no convencional
El examen de los resultados de estas pruebas mostró que:
Las pruebas en terreno natural, dieron presiones de falla bajas (156.9 a
235.4 kN/m2), pero muy superiores a los esfuerzos transmitidos por la
futura estructura vial, por lo cual no se tendrían problemas en cuanto a
fallas por corte.
Los resultados de las pruebas realizadas sobre los terraplenes de
tezontle, mostraron una alta resistencia aunque con deflexiones
elásticas altas, tal como se esperaba de acuerdo a las características de
las escorias.
Los resultados obtenidos en los terraplenes de prueba, mostraron las
ventajas de utilizar el tezontle en las zonas inundables, ya que la brecha
volcánica, era más susceptible al efecto de los tirantes de agua.
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7.
ANALISIS DE ESTABILIDAD DE LOS TERRAPLENES.
Tomando en cuenta la información obtenida, el problema principal que
debía resolverse era el asentamiento de los terraplenes, por lo cual se
enfocó el estudio a resolver este problema.
En los primeros tanteos, se encontró, que para una estructura
convencional del terraplén, el asentamiento máximo esperado era del
orden de los 220 mm, para una presión transmitida al terreno de 25.5
kN/m2, el cálculo arrojaba un lapso de 300 días, para alcanzar, un 80 %
del asentamiento total. Estos valores correspondían a la zona más
crítica, en los demás puntos, los valores eran menores.
Por otra parte, existían y existen, en el área de la Laguna de Sayula dos
terraplenes carreteros, que tenían más de 10 años de servicio, que se
encontraban en buenas condiciones de operación y tras una revisión
exhaustiva de esas estructuras, se concluyó que no habían tenido
problemas mayores de asentamiento; por lo tanto se contaba con dos
prototipos que fueron muy útiles, ya que si no se rebasaba la presión
máxima transmitida al terreno por esas estructuras, 20.6 kN/m2, no se
tendrían problemas severos de asentamientos.
Al utilizar escorias para formar los terraplenes, se bajaba la presión
aplicada al terreno a 21.6 kN/m2, con lo cual de acuerdo a los análisis
teóricos, se disminuía el asentamiento esperado a 180 y 150 mm como
máximo, según se aplicaran para el cálculo de transmisión de esfuerzos
teóricos de una o dos capas respectivamente.
El análisis de los dos caminos existentes, de acuerdo a los parámetros
de laboratorio daba como resultado un asentamiento máximo de 140
mm, cantidad que no se reflejaba en esas estructuras que tenían
evidencias de menos de 80 mm, por lo cual se determinaron los
parámetros de acuerdo al comportamiento mostrado y utilizando esos
valores para el proyecto, se encontró que el asentamiento máximo
esperado sería del orden de los 120 mm, con un hundimiento diferencial
de 50 mm, por lo cual en el proyecto se indicó construir los terraplenes
a base de tezontle.
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También se analizaron los terraplenes en relación a la estabilidad de
taludes respecto al deslizamiento y de capacidad de carga del suelo de
cimentación; se obtuvieron factores de seguridad mayores a 2.5 en el
primer caso y de más de 4.0 en el segundo.
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8. DISEÑO DEL PAVIMENTO.
8.1
Terracerías.
De acuerdo a los criterios definidos en los análisis de estabilidad y a las
características de los tezontles por utilizar; se decidió colocar en los
cuerpos del terraplén dicho material bandeado y una capa subrasante
hecha del mismo tezontle, pero compactada al peso volumétrico
máximo, obtenido en el ensaye de la mesa vibratoria vía húmeda.
Con las condiciones descritas, la capa subrasante ofrecía valores de
resistencia medidos en la prueba de valor relativo de soporte, mayores a
30 %, con las cuales y considerando una vida de proyecto de 15 años y
tránsito diario inicial de 5000 vehículos, se encontró que un espesor de
pavimento de 350 mm, era suficiente, por lo cual, tomando en cuenta
que se iban a tener terraplenes con respuestas elásticas de
consideración, se optó por manejar un pavimento flexible, que consistió
de 350 mm de base hidráulica y una carpeta de dos riegos.
8.2 Base hidráulica.
Al elegir el pavimento flexible de carpeta delgada, la capa de base
hidráulica con agregados no tratados, debía diseñarse cuidadosamente
para asegurar un comportamiento mecánico adecuado del pavimento al
ofrecer en la base una buena resistencia a las cargas de los vehículos así
como mantener su integridad estructural a través de los diversos climas
durante su vida de operación. Esto último es influenciado por la
presencia negativa del agua en la estructura y la capacidad de drenaje
de la base.
Para el diseño de la base se hicieron estudios y pruebas de laboratorio y
campo, a los materiales disponibles para esa función; que generaron las
conclusiones siguientes:
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


El comportamiento mecánico del agregado, es función del
tamaño máximo de la partícula, de su distribución de tamaños
y de su sensibilidad al medio ambiente, que a su vez depende
del contenido de finos (partículas que pasan la malla de 0.073
mm) y de su plasticidad.
El contenido de agua del material, afecta primordialmente al
módulo de resistencia (medido en V.R.S.) y a la deformación
permanente; igualmente cuando se incrementan los finos, baja
el módulo de resistencia, inclusive a bajos contenidos de agua.
Un contenido de finos bajo, mostró un comportamiento más
estable de los agregados no tratados, cuando se someten a
contenidos de agua fluctuantes.
A mayor tamaño de grano en la base, se minimizan las
deformaciones elásticas y permanentes. Por otra parte una
compactación enérgica, puede resultar en rotura de partículas,
que a su vez, afecta la distribución de tamaños de los granos y
puede variar las propiedades de deformación permanente y
elástica.
De acuerdo a las consideraciones anteriores, se escogió como agregado
para formar la base, el procedente del Banco Anoca, que se trataba de
un lecho fluvial y que mediante el tratamiento de trituración parcial y
cribado, cumplía totalmente las especificaciones vigentes; las
características físicas que destacan de ese material son: su distribución
de tamaños se ubica en la zona 1 de las especificaciones, con un
contenido máximo de finos no plásticos de 6% y tamaño máximo de
partícula de 38 mm. Los agregados mostraban un desgaste máximo en
la prueba de Los Angeles de 35%.
Cabe señalar que el Banco Anoca, se encontraba localizado a 1.5 km del
trazo de la vía, con acarreos a precios muy bajos, razón por la cual se
decidió colocar los 350 mm de espesor de pavimento, exclusivamente
con base hidráulica.
Finalmente, con este diseño se buscaba una base con la capacidad de
carga suficiente, para distribuir las presiones transmitidas por los
vehículos, hasta la cimentación de la vía, de manera de limitar el efecto
de las roderas a las terracerías.
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8.3
Carpeta de dos riegos.
Como antecedentes del comportamiento de carpetas de riegos, se
explica brevemente en el estudio del comportamiento de los tramos
carreteros de prueba, de Izúcar y Salinas (1964-1978) que ha sido
presentado en diferentes congresos (Corro, 1979). El estudio consistió
en construir en tres tramos de carretera, 84 secciones de prueba, con
espesores de pavimento de 10 a 40 cm, con terracerías malas, regulares
y buenas, tránsito de intensidad media y ubicados en dos climas,
tropical y estepario frio. Las carpetas en todos los casos, fueron de dos
riegos, los cuales mostraron un comportamiento excelente, ya que a
partir del inicio de su operación, solo requirieron como mantenimiento,
un solo riego de sello a lo largo de 14 años, en que se mantuvo el
experimento, soportando volúmenes de tránsito, acumulado de mas de
un millón de ejes equivalentes de 8.2 ton.
Para elegir la carpeta delgada del pavimento, se tenían dos alternativas,
una carpeta de concreto asfáltico de 40 a 60 mm de espesor, la otra a
base de tratamientos asfálticos superficiales. Se eligió esta solución,
porque las carpetas asfálticas de poco espesor, son susceptibles a fallar
rápidamente, por las altas deflexiones elásticas que iban a estar
sometidas por sus terracerías resilentes; por lo cual se decidió usar una
carpeta de dos riegos.
La carpeta elegida, consiste en después de terminar la base, aplicar un
riego de impregnación con asfalto líquido para sellar la base y mejorar la
adherencia, y a continuación aplicar cada uno de los riegos, uno tras
otro. El espesor final del tratamiento doble es de 12.7 mm, que permite
tener una capa densa.
Se esperaban vidas mínimas de 5 a 8 años, para este tipo de carpeta,
de acuerdo a experiencias mexicanas y se hicieron recomendaciones
para la supervisión, para evitar errores tales como: un pobre diseño,
una práctica constructiva mala, el intemperismo adverso al momento de
construir, etc.
El agregado utilizado fue un basalto triturado a los tamaños requeridos
para los riegos, transportado de la ciudad de Guadalajara a la obra,
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Comportamiento de un pavimento de larga duración con un diseño no convencional
lavado para eliminar la presencia de polvo que podría afectar la
adherencia entre agregado y asfalto.
En resumen el colocar la carpeta de dos riegos, sobre una base muy
resistente no puede ser considerada una capa cosmética, porque le
aporta a la estructura vial, protección al intemperismo, reduce el
desgaste y la permeabilidad y proporciona a los vehículos una buena
superficie contra el deslizamiento.
En otros estudios hechos después de la construcción de la autopista
Guadalajara Colima (Padilla 1990 y Padilla 1995b), se analizó entre
otras, el comportamiento de las carpetas de riegos en varias carreteras
del estado de Jalisco, todas con terracerías resilentes; en estos trabajos,
se aplicó un modelo de tres capas elásticas, caracterizando a los
materiales con pruebas de placa y con la aplicación de un programa de
cómputo para calcular esfuerzos y deformaciones para diferentes
condiciones de carga y espesores de capas. Los análisis de este modelo
permitieron explicar el comportamiento de las carpetas de riego, ya que
encontramos, que el uso de materiales estabilizados reduce el riesgo
asociado con la transmisión de esfuerzos verticales, ya que los
disminuye notablemente, pero la presencia de una capa rígida, trae un
incremento de los esfuerzos de tensión en el fondo de esa capa, así
como un marcado incremento de los esfuerzos horizontales; de acuerdo
a los resultados mostrados, los estudios, concluyen que las carpetas de
riegos, han tenido un comportamiento excelente, ya que han sido lo
suficientemente flexibles para retardar los efectos de la fatiga y cubrir
ampliamente la vida de proyecto.
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9
PROCEDIMIENTO CONSTRUCTIVO.
La formación de los terraplenes se llevó a cabo acomodando las escorias
volcánicas mediante el paso de un tractor D-6, tres veces por cada
punto de la superficie de la primera capa, con un espesor aproximado de
1.00 m, con el procedimiento “punta de lanza”, que consiste en tirar
material hacia adelante por medio de camiones y enseguida bandeado
con el tractor; esta secuencia se llevó a cabo inclusive en las zonas
inundadas (Figura 4), sin ningún problema.
Figura 4. Procedimiento constructivo.
La capa subrasante de 300 mm de espesor (Figura 5), se construyó de
acuerdo al proyecto, es decir de tezontle compactado al 100 % de su
peso volumétrico máximo en la prueba de mesa vibratoria; para facilitar
su acomodo y no degradar excesivamente al material, se tendió en dos
capas de 150 mm de espesor cada una.
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Figura 5. Compactación de capa subrasante
La base hidráulica formada con materiales triturados de origen basáltico,
se tendió en dos capas de 150 y 200 mm, compactos respectivamente.
El proceso terminó con la aplicación de la carpeta de dos riegos.
Hay que resaltar que en todas las etapas de la construcción se llevó a
cabo un control de calidad muy riguroso.
En relación al drenaje de la carretera, se colocaron tubos de concreto de
600 mm de diámetro, a cada 100.0 m de la vía, para que trabajaran
como vasos comunicantes, guiar el agua de un lado a otro de la
autopista.
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Comportamiento de un pavimento de larga duración con un diseño no convencional
10 COMPORTAMIENTO.
Al entrar en operación estos tramos durante marzo de 1985, se inició el
monitoreo de la vía a base de tomar medidas de resistencia de conjunto
con viga Benkelman y equipo Dynaflect; determinación de secciones
transversales con perfilógrafo y estimaciones subjetivas de la calidad de
rodamiento, con el uso del concepto de calificación actual. El
comportamiento mostrado hasta abril de 1992, se describe a
continuación.
En relación a las medidas de resistencia de conjunto, desde la medida
inicial, con viga Benkelman, deflexión máxima media = 0.96 mm
(0.038”), se comprobó tal y como se había previsto, que los terraplenes
mostraban una respuesta elástica alta, la cual, de acuerdo a los
métodos de refuerzo de pavimentos basados en medidas de deflexión, el
pavimento nuevo que se tenía requería para funcionar, 110 mm de
carpeta asfáltica.
En la Tabla 3, se presentan algunas de las medidas de deflexión
realizadas durante los 28 años de vida de servicio de la vía y puede
observarse que la evolución de la deflexión, ha sido pequeña y con poca
influencia del aspecto climático; esto es muy importante, ya que
comprueba que la presencia de los tirantes de agua aledaños al camino,
no influyen significativamente en la resistencia de la estructura vial y
por lo tanto, la vía ofrece un comportamiento uniforme, durante todo el
año.
En la misma Tabla 3, se presentan dos mediciones hechas con
deflectómetros de impactos y se observa que los resultados son
similares a los obtenidos con viga Benkelman, es decir, deflexiones
elásticas altas.
Especialidad: Ingeniería Civil
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Comportamiento de un pavimento de larga duración con un diseño no convencional
Subtramo
Deflexión media con viga
Benkelman mm. *
Dic 85
Dic 87
Sep 88
Abr.
92
Deflexión
media con
deflectómetro
de impacto
mm **
2000
2003
Cuerpo
derecho km
0.92
0.91
0.93
0.89
12+000
–
21+000
Cuerpo
derecho km
0.98
1.07
1.16
1.19
37+000
–
49+000
Cuerpo
izquierdo km
0.99
0.94
1.03
1.02
37+000
–
49+000
Deflexión
0.96
0.97
1.04
1.03
1.60
media
*Deflexiones máximas medidas bajo carga de 4086 kg.
**Deflexiones máximas medidas bajo carga de 6103 kg.
1.49
Tabla 3. Resultados de medidas de resistencia de conjunto.
En relación con las medidas de roderas, en los primeros siete años,
mostraron una evolución moderada a partir de los perfiles transversales
iniciales, con valores máximos de 15 mm, y una media de 9 mm, para la
última medición. Después y hasta el presente, las variaciones son
pequeñas, debido a la realización de los trabajos de mantenimiento, que
se han aplicado a periodos de 3 a 5 años, con los cuales se renivelan las
roderas. Actualmente (Feb 2013), las roderas máximas son del orden de
12 mm.
En relación a las distorsiones longitudinales producidas por
asentamientos de los terraplenes, en la Tabla 4, se muestran los
resultados obtenidos durante el mes de agosto de 1988, a partir de
Especialidad: Ingeniería Civil
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Comportamiento de un pavimento de larga duración con un diseño no convencional
perfiles transversales y medidas directas de campo (reglas). La revisión
de la tabla, muestra que la longitud afectada es pequeña del orden de
3.7 % de la longitud total, con deformaciones máximas de 35 mm,
congruentes con los pronósticos de asentamientos. Al realizarse estas
medidas, los terraplenes tenían 52 meses (1560 dias) de estar
construidos, de acuerdo al diseño se había llegado al 94% del proceso
de consolidación por lo cual la estabilidad de las estructuras estaba
asegurada. La ventaja de poner como mantenimiento carpetas de
riegos, es que no se aplica una carga considerable y por lo tanto no se
inicia otro proceso de consolidación.
Subtramo
Deformación
mm
Longitud
zonas
afectadas, m
Cuerpo derecho
km
12+00021+000
Cuerpo derecho
km
37+00049+000
Cuerpo
izquierdo
km
37+00049+000
10-30
274
Porcentaje
total de la
longitud total
de zonas
afectadas
3.0
5-35
430
3.5
10-35
600
5.0
Tabla 4. Resultados de medidas de deformación longitudinal.
La calificación media inicial de este tramo de via varió de 3.8 a 4.0 y en
los primeros siete años de operación, los trabajos de conservación
consistieron en colocar dos riegos de sello, uno a los cuatro años de
operación y el segundo a los siete, además de reparar previamente
algunos baches que mostraba la superficie de rodamiento. En ese
tiempo se pronosticaba que para el futuro , se requirieran carpetas de
uno o dos riegos en intervalos de tiempo, que variarían de tres a cinco
años, dependiendo de factores aleatorios como incrementos de tránsito,
calidad de las labores de mantenimiento, etc.
Especialidad: Ingeniería Civil
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Comportamiento de un pavimento de larga duración con un diseño no convencional
En general, se han tenido labores de mantenimiento, cada cuatro años
en promedio; en algunos subtramos se ha llegado a colocar carpeta
asfáltica de 50 mm de espesor combinada con fresado aunque en buena
parte se han seguido aplicando carpetas de riegos. En la última
medición que se hizo en Febrero de 2013, se obtuvo una calificación
media de 3.1, variando de 2.7 a 3.2 con pocos baches, algunos
agrietamientos y roderas. En la Figura 6, se muestra un aspecto de la
vía, el 14 de febrero de 2013.
Figura 6. Aspecto de la vía, el 14 de febrero de 2013.
Se hace notar que de haber colocado inicialmente como superficie de
rodamiento, una carpeta asfáltica de 80 mm de espesor, típica en
México en esa época habría sido un error dadas las características
elásticas (resilentes), de las terracerías, ya que la carpeta habría fallado
rápidamente por fatiga.
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Comportamiento de un pavimento de larga duración con un diseño no convencional
Cabe mencionar que en estos lechos lacustres se han construido varios
terraplenes hasta de 8.0 m de altura, con el sistema de precarga, con
excelentes resultados, ya que después de 16 años en operación, no se
aprecian deformaciones, que afecten el movimiento de vehículos
(Padilla,2004).
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Comportamiento de un pavimento de larga duración con un diseño no convencional
11 DISCUSION
De acuerdo a la definición de Newcomb et al (2002), el concepto de
pavimento perpetuo o de larga duración se ha establecido a través del
comportamiento de pavimentos asfálticos gruesos y bien construidos
que aunque diseñados para ser comparables en comportamiento con
pavimentos flexibles, convencionales, la resistencia mayor a la
profundidad y tener secciones muy gruesas de asfalto, han mostrado
que confinar a las capas superiores de pavimento, permite la remoción
periódica de la capa superficial y reemplazarla rápidamente. Esta
práctica de reparar solamente la carpeta, ofrece varias ventajas de la
rehabilitación en términos de velocidad en la reparación, menor costo
por retardo de los usuarios y menor costo de reconstrucción.
Para lograr una vida de servicio larga (Nunn, 1997), se establece que es
necesario que la carpeta sea bien construida con asfalto y materiales
pétreos de buena calidad y una buena cimentación, de manera que los
deterioros no resulten de una mala construcción y/o de materiales
inadecuados.
De acuerdo a lo expresado, la estructura de la autopista Guadalajara –
Colima, en este tramo, ha tenido un comportamiento similar al de los
pavimentos asfálticos de larga duración, pero con una estructuración
totalmente diferente, en este caso, se tuvo un terreno de cimentación
blando, que se superó con un diseño adecuado y sobre las terracerías se
colocó un pavimento flexible, con materiales de alta calidad, con un
control de calidad muy cuidadoso, y además una carpeta asfáltica de 12
mm de espesor, en vez de tener capas asfálticas mayores a 300 mm,
como se utilizan en los pavimentos de larga duración; a pesar de esas
diferencias la conservación, de esa autopista, después de 28 años en
operación, las labores de mantenimiento se han concentrado
básicamente a la carpeta de la vía, igual meta que tienen en su filosofía
los pavimentos de larga vida.
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Comportamiento de un pavimento de larga duración con un diseño no convencional
12 CONCLUSIONES.
Después de más de 28 años en operación, del tramo ubicado del km
14+000 al 49+000, de la Autopista Guadalajara – Colima, la cual ha
dado servicio a más de 24 millones de ejes equivalentes de 80.4 kN, se
concluye que tanto el diseño y la construcción fueron adecuados, ya que
la vía ha rebasado con creces su vida de proyecto de 15 años y además
con un comportamiento similar al de un pavimento de larga vida, es
decir con un sistema de mantenimiento de bajo costo.
Se considera que el buen comportamiento de este tramo, empezó con la
interacción estrecha de todos los participantes del proyecto para
encontrar una solución armónica; también se tuvo un sistema
constructivo adecuado, ayudado por un control de calidad y supervisión
minuciosa y finalmente con labores de mantenimiento oportunas y de
calidad.
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Comportamiento de un pavimento de larga duración con un diseño no convencional
13. REFERENCIAS
Santiago Corro, “Programa de investigación sobre pavimentos
flexibles en carreteras”, Ponencia oficial México, XVI Congreso Mundial
de Carreteras, Viena, Austria, 1979.
David E. Newcomb et al, “U.S. perspective on design and construction
of perpetual asphalt pavements”, Ninth International Conference on
Asphalt Pavements”, Plenum Session, pp. 1-16, Copenhaguen,
Denmark, 2002.
Michael Nunn, “Long-life flexible roads”, Eight International
Conference on Asphalt Pavements”, pp. 3-16, Seattle, Washington,
U.S.A. 1997.
Enrique Padilla, “Experiencias mexicanas en el uso de carpetas
asfálticas a base de riegos”, XXI Convención de la Unión
Panamericana de Asociaciones de Ingenieros (UPADI), Washington,
D.C., U.S.A. 1990.
Enrique Padilla, “Diseño estructural de terraplenes carreteros en
zonas lacustres”, XII Congreso Mundial IRF, pp. 1201-1210, Madrid,
España, 1993.
Enrique Padilla, “The use of basaltic slags in the construction of road
embankments on soft soils”, Second International Conference on
Road and Airfield Technology, pp. 872 -880, Singapore, 1995a.
Enrique Padilla, “Comportamiento de carpetas asfálticas colocadas en
carreteras con terracerías resilentes”, VIII Congreso Iberolatinoamericano del Asfalto, Santa Cruz de la Sierra, Bolivia, 1995b.
Enrique Padilla, “Experiencias mexicanas en la mejora del suelo por
precarga”, Simposio sobre Geotecnia Ambiental y Mejora del Terreno,
Sociedad Española de Mecánica de Suelos e Ingeniería Geotécnica,
pp. 359 – 364, Valencia, España, 2004.
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