Análisis Mecanicista Pavimento Rígido Bolivia

ESTUDIO DEL DESEMPEÑO DEL PAVIMENTO RÍGIDO “ANCAR “AN CARAVI AVI – HUA HUACHA CHACAL CALLA” LA” MEDIANTE ANÁLISIS ESTRUCTURAL POR ELEMENTOS FINITOS

TESIS DE MAESTRÍA ING. CHRISTIAN ORLANDO ROJAS TORRICO Oruro, Mayo de 2008

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CONTENIDO 

ANTECEDENTES



OBJETIVO

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MARCO TEÓRICO

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PROCEDIMIENTO ANÁLISIS DE RESULTADOS





























ANTECEDENTES 

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

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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





























ANTECEDENTES

CUCHU INGENIO – CAMARGO (Potosí – Tarija)





























ANTECEDENTES

VITICHI– TUMUSLA (Potosí)

TUMUSLA – COTAGAITA





























ANTECEDENTES ANCARAVI – HUACHACALLA (Oruro) TRAMOS CONSTRUIDOS EN CLIMAS SECOS (Índices de humedad de Thornthwaite entre -20 a -60) - 60) REGIONES CON ELEVACIONES > 2500 2 500 m.s.n.m.































ANTECEDENTES 

Occidente Boliviano se caracteriza por su elevación entre 2500





























ANTECEDENTES Parotani Capinota

ORURO Toledo Ancaravi





























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.





























ANTECEDENTES





































































































































































































































































































































































































































































































































































































DESCRIPCIÓN DEL TRAMO 

Diseño del paquete estructural:

Bermas: material de subbase con TSD 1 m de ancho

Imprimación

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






























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 sobrecarga sobre el límite legal)






























Parámetros del diseño original del proyecto:

Parametro Periodo de diseño: Serviciabilidad inicial: Serviciabilidad final: Confiabilidad: Desvi Desviacion acion estandar: Modulo Elastico promedio del Horm. a 28 dias Módulo de reacción de la subrasante Coeficiente de drenaje

Valor 20 4.5 2.5 85% 0.39 23,220,199 59.3 1.05

Unidad años

KP a KPa/mm





























CONSTRUCCIÓN





























CONSTRUCCIÓN Inserción de pasajuntas de 25 mm de diámetro (DBI) Compuesto de curado (curado inicial)































CONSTRUCCIÓN INSERTADOR DE BARRAS PASAJUNTAS (Dowel Bar Inserter)





























CONSTRUCCIÓN





























CONSTRUCCIÓN CURADO POR 3 DÍAS: Lámina de polietileno 200 micrones Manta PADEX COLCHONERO Lámina de polietileno 200 micrones





























CONDICIONES CLIMÁTICA CLIMÁTICAS ESTACIÓN METEOROLÓGICA OPOQUERI (Campamento)





























CONDICIONES CLIMÁTICA CLIMÁTICAS ESTACIÓN METEOROLÓGICA OPOQUERI (Campamento) Temperatura del airedemensual (2005 – de 2006) Agosto 2005 a Septiembre 2006 30 25

Máxima ex trema 2005-2006









































































































































































































































































































































































































































































































































































LOSA DE HORMIGÓN 

Espesores del pavimento (extracción de 556 testigos): testigos): 30% 25% 20%

% , a i c n 15% e u c e r F 10%

5%

100%

Espesor de diseño nominal (20 cm)

Máximo Mínimo Promedio

Mediana Moda Desv. Estándar Coeficiente de variación

24.24 18.97 20.85

20.83 20.90 0.77 3.7%

90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10%

% , a d a l u m u c a a i c n e u c e r F






























Resistencia a flexotracción (2733 vigas ensayadas a 28 días): 25%

20%

% 15% , ia c n e u c 10% e r F 5%

100%

MR de diseño nominal (43 kg/cm2)

Máximo Mínimo

67.16 36.76

Promedio

52.68

Mediana Moda Desv. Estándar Coeficiente de variación

52.75 54.52 3.85 7.3%

90% 90 % 80% 80 % 70% 70 % 60% 60 % 50% 50 % 40% 40 % 30% 30 % 20% 20 % 10% 10 %

0%

0%

% , a d la u m u c a ia c n e u c e r F





























LOSA DE HORMIGÓN Ganancia de resistencia a tracción en el tiempo:



Factor de ganancia = e

0.34941647     28   0.2651812⋅ 1−       EDAD     

65 2

m c / g K , n ó i c c a tr o x e l F

60 55 50 45

Media Control Control de calidad Ancaravi - Huachacalla





























LOSA DE HORMIGÓN Ganancia de resistencia a tracción en el tiempo:



Factor de ganancia = e

0.34941647     28   0.2651812⋅ 1−       EDAD     

65 1.30 l 1.25 2e d 60 m c /a 1.20 i g c

K ,n n te ó i is s c e c r a tre d o x a i e lc F n

55 1.15 50 n ó g i m r 45 o

1.10 1.05 1.00

Media MediaControl Control Control de de calidad calidad Ancaravi Huachacalla Ancaravi - Huachacalla

R2 = 0.9864






























Correlación Flexión – Compresión: f R 70

2

m c / g K , n ó i c c a tr o x e fl

=

4.0199 ⋅ ( f c )0.421653

en Kg/cm2

R2 = 0.5424 774 pares de datos

60 50 40 30

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































LOSA DE HORMIGÓN 42000



Módulo de Elasticidad del hormigón (Ec):

40000

a P 38000 M

E

=

32

33 ⋅ ρ

⋅

12

( f )

en lb/pulg2






























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





























MEDICIÓN DEL ALABEO DEL PAVIMENTO PAVIMENTO   

Nivelación topográfica en horarios de gradientes térmicos máximos y mínimos (tramos de 150 a 200m) Deflexión relativa del centro respecto a esquinas (lienza ( lienza)) Medición continua del movimiento vertical de la esquina de





























MEDICIÓN DEL ALABEO DEL PAVIMENTO PAVIMENTO Nivelación topográfica de un tramo (medición de elevaciones de esquinas y





























MEDICIÓN DEL ALABEO DEL PAVIMENTO PAVIMENTO MEDICIONES EFECUADAS CON LIENZA DR: Deflexión relativa del centro respecto a las esquinas Vista en elevación DR















































































































































































































































































































































































































































































































































































MECANISMOS DE DAÑO EN EL PAVIMENTO FISURACIÓN INICIADA EN LA SUPERFICIE





























MECANISMOS DE DAÑO EN EL PAVIMENTO FISURACIÓN INICIADA EN LA SUPERFICIE





























MECANISMOS DE DAÑO EN EL PAVIMENTO MECANISMO DE FISURACIÓN LONGITUDINAL

Tensionesmáximas máximasen concentradas la Tensiones la superficieendel superficie pavimento (sobre las juntas j untas avimento del sobre las juntas transversales) transversales





























MECANISMOS DE DAÑO EN EL PAVIMENTO MECANISMO DE FISURACIÓN LONGITUDINAL Stresses in X-direction Tensión (lb/pulg2) 26.4 Kg/cm2 x y

Carga del eje tandem

Carga del eje simple

376 345 298 251 204 157 111 64 17 -300 -3





























MECANISMOS DE DAÑO EN EL PAVIMENTO ESPESOR EFECTIVO EN LA JUNTA TRANSVERSAL






















































































































MECANISMOS DE DAÑO EN EL PAVIMENTO ESPESOR EFECTIVO EN LA JUNTA TRANSVERSAL Fisura superficial, espesor 2 cm





























MECANISMOS DE DAÑO EN EL PAVIMENTO MECANISMO DE FISURACIÓN LONGITUDINAL D (variable)

Tráfico









































































































































































































































































































































































































































































































































































ANÁLISIS DE RESULTAD RESULTADOS OS 

Influencia de las sobrecargas: Ejes Ejes simples s imples por debajo de 11 Ton Ejes tandem por debajo de 18 Ton

36% del daño producido por el 61% del tráfico

Ejes tridem por debajo de 25 Ton Ejes Ejes simples sobrecargados Ejes tandem sobrecargados

64% del daño producido por el 39% del tráfico Daño 2.78 veces





























CONCLUSIONES





























CONCLUSIONES 

Objetivo alcanzado: 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.





























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






























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.






























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.





























RECOMENDACIONES 

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



Realizar relevamientos adicionales a lo largo de los años.





























Análisis Mecanicista Pavimento Rígido Bolivia

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